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[汽车杂谈] 快充到底伤不伤电池?

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发表于 2020-12-10 13:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
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电动车发展的最大掣肘是什么?
——是电池。

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围绕电动车的争议,大部分都与电池脱不开关系,这里包括但不限于成本、续航、安全、用车便利性等一系列衍生问题,不仅影响了消费者的购买决策,也让电动车车主感到忧虑。

电池是一门材料学,而材料学的发展往往不可预期。虽然电池的能量密度一年比一年高、续航能力一年一年强,但是“续航焦虑”这个词始终没有从消费者的脑海里消失,说到底,还是电池材料没有出现革命性突破。

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既然材料发展举步维艰,那么就只能从充电技术上寻求转机。『充电三分钟、通话一小时』,这句经典的广告词想必大家都有印象,智能手机带动了快充技术的大规模普及,如今,快充也成为了电动车的标配——30分钟从30%充到80%,很大程度上节省了充电时间,缓和电动车主对于充电的“麻烦”心理。

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但随之而来的又是一个新的问题,快充究竟伤不伤电池呢?

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电池的寿命

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要解答这个问题,我们得先弄明白电池的寿命。

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大部分人有一个误解,认为锂电池的寿命就是看充电的次数。其实不然,电池的寿命取决于电池的『完全充放循环次数』。它是指电池完成一次100%用电/充电的完整过程,譬如『电池从满电到用光,然后一次性从0%充至100%』这是一次完整充放循环,『充一点用一点,分两次从30%充到80%』也是一次完整充电循环。

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于是我们有了一个基础共识——在除去其他条件下的影响下,电池的寿命是固定的,且足以覆盖车辆的生命周期。作为现在电动车的主流配置,三元锂电池的理论循环寿命在1500次左右,磷酸铁锂的寿命更长,理论可达2000次。

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但是理想和现实总是有差距,在实际使用中,有诸多的因素都在加快电池的损耗,包括温度、过充过放以及快充。

快充伤不伤电池?

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弄明白电池的寿命,我们接下来就说快充的原理。

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其它种类的电池(如燃料电池),工作时会发生转化(Conversion)化学反应,伴随着物质的转化而释放能量。但是锂电池采用的是非常独特的锂嵌入(Intercalation)化学反应,我们可以将电池内部视作一个泳池:充放电时,锂离子在正极与负极之间游来游去。

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锂电池中的正极为锂化合物,负极为石墨。充电时,在电场作用下,锂离子嵌入到负极的石墨碳层微孔,存储能量;放电时,电解液发生反应,这些带电荷的锂离子从负极脱嵌流向正极,使其处于富锂状态,这个过程形成电流供电。

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理想状态下,只要正负极材料的化学结构不发生变化,锂离子电池就能保证长时间、多次数循环,达到理想的工作寿命。

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但是!快充之所以快,就是强行使锂离子快速从正极嵌出并嵌入负极,增大锂离子的流量与速度。

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快充时,由于锂离子在电极颗粒内部的迁移速率小于其表面发生的电化学反应速率,因此会引起电极的浓差极化现象,使得正负极电极电势差偏离平衡电势。在电流很大时,电极负极(石墨)表面的一层半透膜(SEI 膜——类似于隔离墙的存在,将电极材料和电解液分开,避免其发生反应)会开始发生破裂,随后电极材料和电解液产生反应,电极材料被破坏。

持续快充,电极处的离子浓度进一步升高,极化加剧。电极材料破坏越严重,能够存储的锂离子就越少,可逆性变低,电池的容量就会出现衰减。同时,大电流充电,内阻的增大会导致发热以及其它副反应,如电解液的反应分解、产气等问题。

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这是短期的影响,再看长期的影响。

快充带来的发热量与发热不均匀,会成为电池热失控(Thermal Runaway)的潜在诱因,当然,这个链式反应存在温度临界点。通常来说,为了安全,电池的温度零界点一般都非常高。但是快充的另一个负面效果——析锂效应(Li Plating)会降低这个温度零界点。

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以前的主流学说认为,锂枝晶会刺破电池导致短路(Internal Short Curcuit),但是这个说法现在受到不少质疑,而替代的理论是,锂枝晶的树状结构会导致电池的临界温度大幅降低,进而使热失控风险增加。

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也就是说,快充时的热效应提高了电池温度、析锂效应降低了临界温度,两种负面效果里应外合,增加了热失控的风险。

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那我们应该怎么用快充呢?

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当然,我们并不想危言耸听,不能一棒子打死说快充就是不好,更不希望你买了电动车就畏首畏尾。因为这些副反应虽然不可避免,但是过程还是非常缓慢的,保守估计也要数百次快充才能对电池造成可见的伤害。

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更何况,电动车厂商也相应的保护措施。

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现在的电动车上都会搭载BMS系统(Battery Management System),它是管理和监控电池的中枢,负责调配、维护、保护电池的各个模块,目的是保证电池工作效率、防止过充过放、延长电池寿命、帮助电池正常运行等等工作。

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就拿快充来说,BMS在快充时会智能调节快充的电流与电压,在低电量的情况下使用大功率充电,当电量超过80%后,就限制充电功率,改为涓流充电。这样既享受了快充及时补能的便利性,也尽可能地减少了快充对电池的伤害。

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这是车企在技术上的应对措施,我们车主也可以从充电习惯上入手。

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如果有机会装个人充电桩就尽量装,能慢充就慢充。如果在外只有快充可选,那么也尽量不要让电量掉到太低,剩余20-30%就可以准备充电了,同时,快充时不要追求一定得充满,充到80%左右就可以拔枪了,一是80%之后的涓流充电耗时太久、二是也能主动防止电池过充和电池过热。

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总之,快充一定程度上缓解了充电的烦恼,但也不要过分依赖快充。慢充为主,快充为辅,是更加健康的选择。

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最后,举一个可能不太恰当的比喻:低电量的电池就像是虚弱的病人,慢充就好比给病人喝瘦肉汤,让他自己慢慢消化、吸收营养;快充就是直接往病人的静脉注射葡萄糖,让他快速回复元气。但是我们都知道,我们没病的时候,都是正常吃饭喝汤,而不是天天挂葡萄糖。

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  • TA的每日心情
    开心
    2015-7-4 22:06
  • 签到天数: 14 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2021-1-17 13:15 | 显示全部楼层
    说了一堆没有的废话!还不如直接点明,现在充电技术已经是充电速度处于可控阶段,电瓶低电量的情况下初始电流会小,待达到一定容量后再通过加大电流电压的方式控制总充电时间,最后别忘记补充几句,电瓶车不能长时间处于低电量状态
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