锂电池充电技术 电动车是充坏的,锂电池和铅酸电池的这几种充电方法,很伤电动车

小编 2025-01-23 锂离子电池 23 0

电动车是充坏的,锂电池和铅酸电池的这几种充电方法,很伤电动车

电动车作为现在保有量很高的一种交通工具,它的故障率也是目前三大交通工具(汽车、摩托车、电动车)中比较高的车型,而有经验的维修师傅得出结论,大部分需要修复、更换电池的电动车,它的原因都是“充坏”的。

电动车容易被“充坏”是无论铅酸电池还是锂电池,都会有的特性,而这2种电池也是目前电动车搭载的主流电池,因此,学会避免一些充电方法,让电动车免于被“充坏”,对于延长电动车的寿命,就很有必要,小行家今天就和大家分享,几种会让锂电池和铅酸电池会“受伤”的充电方法,车主要学会避免。

锂电池电动车应当避免的充电方法

锂电池是相对铅酸电池,它在充电过程中“受伤”其实是比较小的一类电池,但锂电池在使用的过程中,还是要避免“锂枝晶”,它的形成会降低电池容量,甚至还会带来安全隐患,其中,有3种充电方法,需要车主避免;

第1种:乱用充电器

锂电池在充电的时候,必须要限流限压充电,不然会出现过流、过热,不仅会伤害电池,还会存在一定的安全隐患。

简单的来说,就是不要混用充电器,比如电动车是60V的电压,那么使用充电器就切勿使用48V和72V的充电器,尽量使用60V电压充电器,而且尽可能的选择原车搭配的原装充电器,这样会有利于保护电池,也不会因为过充,导致电池出现“锂枝晶”。

第2种:零度以下充电

锂电池和铅酸电池的最佳充电、使用温度是25℃,温度越低,就会影响电池的充电和放电,这一点很多车主都知道,在温度低的情况下,电池的蓄电能力会变差,影响电池的续航,而且容易出现过充,损伤电池。

虽然锂电池相比铅酸电池,在低温下续航下降不会那么严重,但锂电池如果在零度以下的环境充电,造成的伤害不仅是充不满那么简单,而是会加剧“锂枝晶”的形成,给电池搭载不可逆的伤害,因此,这是很多锂电池工程师都在强调应该避免这样充电的方法。

第3种:不用不充电

有一段时间不使用电动车其实很正常,有的人出差用不到电动车,有的是冬天,觉得电动车不能抵御寒冷,所以选择其他的交通工具,这样的情况很正常,能理解,但在这样的情况下,切勿“不用不充电”。

无论是锂电池还是铅酸电池,其实都应该避免这样的情况,因为“不用就不充电”会导致电池出现“亏电”,而亏电则是加速电池老化,铅酸电池会硫化,锂电池会形成“锂枝晶”,都会影响电池的寿命,并且会严重影响电池以后使用的续航,因此,即使电动车不用,小行家也建议每半个月左右,给电动车充次电。

铅酸电池是电动车应当避免的充电方法

相比锂电池的3种受伤方式,对于铅酸电池其实也受用,不仅如此,铅酸电池充电,还有5种常见的充电方法,也很伤电池,需要车主注意避免;

第1种:使用快速充电站

据我了解,目前普通的铅酸电池电动车,都是不支持快速充电装置,也不会配备快速充电器,但街头还是有很多快速充电站,这些充电站会大电流的电池输送,达到较短时间内完成电池充满的目的,但这样的充电,其实很伤电池。

铅酸电池因为能量密度比较低,它适应不了快速充电的那样“大胃王式”的充电方法,它更适合“细嚼慢咽”的充电方法,这也是为什么铅酸电池充电时间,普遍会比锂电池长的原因,所以,为了保护电池,尽量避免使用快速充电站。

第2种:未充满就拔电

对于铅酸电池来说,未充满就拔电会伤害电池,而造成伤害,主要是2个方面的原因;

原因1:铅酸电池的充电器,主要是三段式的充电,其中包括了第一和第二阶段主要是为了充电,而第三阶段充电的目的是保养电池,如果长期的未充满就拔掉电源,会让电池无法经历保养充电,造成电池的耐用性变差。

原因2:对于大部分车主来说,没充满电就拔掉充电器,都是着急用车,这个时候刚充完电就骑车,会让电池的温度升高,造成电池失水、鼓包等问题,影响电池的寿命。

第3种:骑完车马上就充电

电池怕高温,那么,在骑行和充电的过程中,电池都会释放热量,但一个合格的电池,这些热量都是在承受范围之内,但如果一些不规范的充电,会让温度超出设定的承受范围,让电池出现高温导致的失水、容量下降等问题。

避免骑完车马上就充电,其实就是为了避免温度过高导致超出设定的承受范围,因为车辆在骑行之后,电池的热量不会马上消失,而马上充电,会让电池再次散发热量,会形成热量的叠加,而封闭的电池空间,会造成热量蒸发电解液,造成损伤电池的后果。

第4种:整夜的充电

大部分电动车电池因为充电受损的车主,都会有一个习惯,就是给电池整夜的充电,这样的方式虽然省事,但其实很伤害电池,整夜充电的时候,充电器虽然变为绿灯,但其实还是会不断的“浮充”,再加上电动车本身要自放电,也就是说,会有源源不断的电流输入,而充电时间过长,对电池会造成“过充”伤害。

因此,在给电动车充电的时候,要避免充电时间超过说明书的建议时长,如果想要充电省事,也可以选择一些充满自动关机的充电器,可以有效避免整夜充电带给电池的伤害。

第5种:充电时机不合理

什么时候给电动车充电,这是保养电动车的一个基础知识,但有很多车主其实不太了解,有的是随用随充,有的是用完再充,其实这样充电,对于铅酸电池来说,都不够规范。

结合各大厂商的建议,以及维修师傅对于电池的了解,电动车的充电时机,普遍是在电动车还有1格多电,也就是25%到35%的时候,这个时候充电,会更有利于电池寿命的延长。

总结 :以上就是关于锂电池和铅酸电池,在充电的时候,车主应当避免的方式,避免这些充电方法,电动车的自然能够用更久,而且不会受到续航快速下降的烦恼,当然,电池的寿命长短,不仅仅充电方法,还和电池的品质也有直接关系,为了电动车更耐用,小行家建议车主,不仅学会保养电池,还要会选电池,这样你的电动车,才会比其他人的更耐用。

希望以上可以帮助到您,关注电动车小行家,每天分享电动车相关资讯和观点。

充电10分钟,续航400公里!华人学者发明锂电快充技术,可产业化

10 分钟充电可让电动汽车充满 80%,续航 300 公里到 400 公里,并且经过 2500 次充放电后,电池容量只有 8.3% 的损耗。这个结果已经远远超出了美国能源部的目标。

作为对比,特斯拉的 Model S 目前快充效率为 40 分钟充电 80%。

这个神奇结果由宾夕法尼亚州立大学王朝阳教授团队发布在 10 月 30 日的《焦耳》杂志(Joule)。在方法上,他们并没有盯着改进电池材料不放,而是"曲线救国",采用了一种更为简捷、成本低廉的热刺激技术,攻克了锂电池快速充电和电池寿命难以兼得的关键问题,也有望解决新能源汽车发展的"里程焦虑"和"充电时间焦虑"难题。

与绝大多数实验室研究不同,这项成果最厉害的地方是其成熟程度非常高。王朝阳告诉 DeepTech,热刺激快充技术基本上不需要工业化前的改进了,"是能直接用的"。

60 摄氏度,10 分钟

图 | 高温下充电会加快,金色小球代表锂离子。(来源:宾夕法尼亚州立大学)

电池中的离子从正极流向负极就会产生能量,这便是电池的充电过程,其充电速度受限于离子移动的速度。如果提高温度,离子移动速度就会加快,充电速度相应提升。这正是王朝阳团队研究的出发点。

然而长时间高温充电会让电解液分解,缩短电池寿命。这就需要摸索出一个适当的温度参数和时间参数。

经过反复测试,王朝阳团队发现,如果电池能在充电前迅速加热到 60 摄氏度,快充 10 分钟,然后迅速降温到环境温度,那么就不会形成电池的热衰减,还能避免严重的固体电解质界面膜(SEI 膜)增长,后者是电极材料与电解液在固液相界面上发生反应形成的钝化层。王朝阳说,这个技术关键是在特定高温下快速充电。

具体而言,他们对 3 款动力电池分别在 40 摄氏度、49 摄氏度和 60 摄氏度下进行了恒温充电测试,以 20 摄氏度下充电作为对照,之后将电池拆解来检查其有无发生析锂(锂离子在负极表面的沉积)。

结果发现,经过 2500 次 60 摄氏度 10 分钟的极端快速充电(6 C,4.2 V),209 瓦时每千克(Wh / kg)的高能量密度电池电池仍可拥有 91.7%的容量,只有 8.3% 的容量损耗,这远远超过了美国能源部 (DOE) 的"500 次循环、容量损耗 20%"目标,并且在充电过程中未发现析锂。

以前人们普遍担心锂离子电池在高温下充电可能加速副反应,王朝阳团队的研究则表明,限定时间的高温充电所带来减少析锂的收益,远远大于副反应的负面损失。

高温下充电能减少析锂。电池的正极或负极具有类似海绵的物理结构,可以释放或接收锂离子。由于充电时的极化作用,锂离子会在负极表面沉积,发生析锂。而析锂在低温下会更加严重,因为锂离子的移动速度减缓会更容易沉积在负极表面。也就是说,低温充电时会更加减少充电效率和增加安全风险。高温充电时锂离子移动速度足够大,锂离子会均匀地渗透进去。

电池自加热

图 | "全气候"电池。(来源:宾夕法尼亚州立大学)

图 | 自加热电池结构图,Cathode 为阴极,Anode 为阳极,Elecetrolyte 为电解液,Metal foil 指的是镍箔。(来源:王朝阳)

为了让电池能够在快充前迅速加热到指定温度,王朝阳团队开发了"全气候"电池。他们在电池内部插入 50 微米厚度的镍箔,可有效进行自加热。电流在低温时开启,流过镍箔,产生热量。一旦电池内部温度超过 60 摄氏度时,就会触动温度传感器关闭镍箔电流。

该电池可以在 30 秒内自加热到 60 摄氏度,同时不减弱电池在常温下的性能和寿命。这一过程既不需要外部加热设备的帮助,也不需要在电解质里添加特别的添加剂。

王朝阳说,这个自加热过程可以进一步改进,使其自加热时间更少。

研究指出,这个研究可以在量产电池上推广,镍箔会增加 0.47% 的成本和 1.3% 的重量,但由于其削减了目前外接加热器的需求,所以实际上减少了电池组的成本。

王朝阳创建的 EC Power 公司已经实现"全气候"电池的商业化,并且这个成果即将用于 2022 年北京冬奥会。

2022 冬奥会将会大规模使用新能源汽车,但这些车辆将面临零下 20℃至零下 30℃的低温工作环境,那么电动车辆将会面临电池的充电速度变差,容量和寿命也会衰减。

王朝阳与北京理工大学团队合作,将其发明的电池自加热技术应用于新能源汽车动力电池。据报道,经过试验验证,新技术对电池安全性能没有影响,电池系统比能量达到 170 瓦时每千克,系统可靠性实验累计完成充切断数超过 5000 次,能够彻底解决电动汽车在冬季续驶里程急剧下降、无法启动、衰减、安全隐患等诸多难题。

专访王朝阳:用简捷、低成本的技术做快充开发

DeepTech :热刺激快充是你们独家的发现吗?你们是如何想到这个更"简捷"方法的?

王朝阳 :热刺激快充是我们的独家发明。各种快充的实质是一样的,即增加锂离子的传递速率,只是我们用了加热的物理方法。

我研究了 25 年锂电池,做过各种尝试,包括改良材质,改进电解液,在电解液中添加各种添加剂,以及改良石墨颗粒,目的都是让锂离子传输得快一点。但是这些改进有一个很大的局限,就是一旦增加了某个方面的收益,你就会牺牲另一方面的优势。

比如说,如果把电解液改良了,其导电率提升,加快了充电速度,但同时这个电池就变得更加危险,其发生内短路起火或爆炸风险就相应增加。再比如说,如果把石墨颗粒变小会加快锂离子移动,但是这样的材料也会增加电池风险。

而我们目前采用的热刺激是一个主动控制的办法,不必改变材料本身,其安全性能没有任何变化,10 分钟速战速决也避免了析锂。

一般而言,我们希望寻找这样的简单方法,方法越简单,技术就越成熟,成本也会降下来。

DeepTech :这项新发表的研究比你们此前的研究有哪些改进?

王朝阳 :以前我们只是把电池温度自加热到常温,这次我们是突破温度的禁区,把温度时间自加热到了 60 摄氏度。

常温下充电太慢了,所以我们把温度提高到 60 摄氏度,可以让离子移动速率大大提高,来满足 10 分钟快充的需求。这里的难题是,我们怎么避免电池材料在高温下衰老。

通过大量的实验跟理论推算,我们发现电池材料在高温下的衰老与时间有关,只要能够限制电池材料暴露在高温的时间,就能够让电池的损伤做到最小,那么 10 分钟快充正好满足这个条件。

按照 2500 次、每次快充续航至少 300 公里估算,一块电池差不多有 75 万到 100 万公里的寿命。

DeepTech :快充完毕后的迅速冷却是怎么实现的?

王朝阳 :其实靠自然冷却就可以实现。假如环境温度是 25 摄氏度的话,电池的 60 摄氏度降温到 25 摄氏度就有 35 摄氏度的温差,这与电池充电温度 30 摄氏度降温到 25 摄氏度相比,温差是 7 倍。此外,与 60 摄氏度下电池内阻相比,30 摄氏度下的内阻高了 3 倍,那么总的来看,电池在 60 摄氏度下散热速率比 30 摄氏度下散热就会高出很多倍。

DeepTech :10 分钟快充技术距离产业化有多远?

王朝阳 :基本上是能直接用的。有 2 个原因,一是我们的实验用了工业界标准的电池;二是我们的技术通过了第三方、美国阿贡国家实验室测试。

目前我们已经很轻松满足美国能源部"500 次循环、容量损耗 20%"的要求,它的成熟程度是非常高的,基本上不需要工业化前的改进了。

DeepTech :那么美国的充电桩准备好了吗?在中国的情况如何呢?

王朝阳 :我们的快充可以适应特斯拉新建的 240 千瓦充电站,其实这个充电速率超出了他们 45 分钟快充需求。另外,到今年年底,美国会新建 2000 个到 2500 个快充桩,充电功率为 300 千瓦到 350 千瓦,其资金来自大众的"柴油门"罚款。

在中国,特斯拉也在准备建 240 千瓦的快充站。

中国几家最主要的电池制造商都在关注我们的技术,因为这个技术相对比较简单,且比较成熟,我估计不久就会出现在中国市场。

DeepTech :你们的"全气候"电池在助力 2022 冬奥会的进展如何?

王朝阳 :我们已经做过 2 年的冬季车队实验。2018 年 3 月份在内蒙古做了第一轮冬季测试,这些实验一定要等到冬季最冷的时候去做,所以那时候要应对零下 40 度的低温。第二轮是今年 1 月份在内蒙古海拉尔,都非常成功。

在国外,我们的全气候电池技术已经授权给了宝马等车企。

DeepTech :你们的技术会用到智能手机上吗?

王朝阳 :手机上原则上也能用。但这里需要技术上更加成熟,以及更多的安全测试,毕竟人们对智能手机的电池安全性更为看重。

DeepTech :听说你们的下一个目标是 5 分钟快充?

王朝阳 :5 分钟快充是我们的终极目标。为什么是 5 分钟呢?因为如果 5 分钟能充好电的话,就会让车主有接近加油站加油的体验。当然 5 分钟充电有很多挑战,这就像让汽车的百米加速,从 4 秒到 3.8 秒的 0.2 秒提升都是一个巨大的进步。

王朝阳简介

(来源:宾夕法尼亚州立大学)

王朝阳(Chao-Yang Wang),宾夕法尼亚州立大学机械工程系主任,机械工程、化学工程和材料科学与工程系杰出教授。他是宾夕法尼亚州电化学发动机中心(ECEC)和电池与储能技术(BEST)中心的创始董事。研究工作包括电池和燃料电池中的运输、材料制造和建模等方面。王朝阳拥有 50 多项专利(美国,中国,欧盟和日本)。他最近关于全气候电池(ACB)技术的研究发表在 Nature 杂志上,后来被 2022 年冬季奥运会选中,为奥运会的电动汽车提供动力。

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