Nguyên tắc sạc nhanh của pin lithium là gì?

Sạc nhanh là cho phép nhiều năng lượng hơn được nạp vào pin từ lưới điện. Nếu vấn đề này được chia nhỏ, cần có một số liên kết:

Lưới->Cọc sạc/thiết bị->Pin (Gói)->Pin (Cell)

Sau đó, chúng ta có thể chia nhỏ các liên kết này và phân tích từng liên kết một: Bài viết này tập trung vào thử thách nhất Sạc nhanh cho ắc quy xe điện chỉ có một số giới thiệu tình cờ về điện thoại di động và xe đạp điện.

(1) Lưới điện

Nếu có hiểu biết cơ bản về lưới điện, chắc hẳn ai cũng biết lưới điện thực chất cần phát và sử dụng điện ngay lập tức, đồng thời luôn cân bằng điện năng. Do đó, việc phát điện/tiêu thụ điện năng phải luôn phù hợp với nhau càng nhiều càng tốt và những thay đổi nhanh chóng về mức tiêu thụ điện năng trong một khoảng thời gian ngắn sẽ mang lại những thách thức cho các liên kết truyền tải và phân phối. Để sạc nhanh, điều này có nghĩa là chúng tôi có thể thực hiện công việc ở các khía cạnh sau:
Phía phát điện: bổ sung các tổ máy linh hoạt (chuyển đổi linh hoạt điện than để cải thiện khả năng leo dốc và giới thiệu các tổ máy tuabin khí linh hoạt hơn nhưng chi phí cao) để cải thiện khả năng đáp ứng với sự thay đổi nguồn điện. Phía truyền tải và phân phối: chủ yếu là tăng khả năng cung cấp điện và cho phép truyền tải điện trực tuyến (Nói một cách đơn giản, sử dụng dây dày hơn có thể gửi nhiều dòng điện hơn ...)
Phía điện lực: Thực ra, giải pháp đơn giản là tăng nguồn vào trạm sạc nhanh. Ví dụ bạn đặt 1 cục pin để làm power bank lớn, bạn có thể mang ắc quy (power bank) -> truyền năng lượng vào ắc quy ô tô. Nó sẽ không có tác động tương đối lớn đến hoạt động chung của lưới điện. Hoặc một nhà máy điện quang điện cục bộ/nhà máy điện pin nhiên liệu phân tán đang hoạt động. Nói chung, đó là: cải thiện khả năng cung cấp năng lượng tức thời và chuẩn bị khả năng truyền tải (dây dẫn) cần thiết để truyền tải và phân phối điện năng. Và nếu nó chỉ dành cho việc sạc nhanh các loại pin nhỏ như điện thoại di động, thì tác động đến lưới điện về cơ bản là bằng không; đối với xe đạp điện chủ yếu là một số điều chỉnh về an toàn truyền tải và phân phối. Công suất này có tác động nhỏ lên lưới điện lớn. .

(2)Cọc nạp

Các yếu tố ảnh hưởng chính của cọc sạc là giới hạn công suất của cọc DC/AC, tương tác giữa cọc sạc và bộ ắc quy, và lộ trình kỹ thuật 400V/800V. Giới hạn công suất của cọc DC/AC: hiện nay đối với xe điện, nói chung là công suất thấp Là cọc AC AC (<20kW), công suất cao là cọc DC DC (đa số >20kW, ví dụ CHAdeMO là 50kW, siêu nạp của Tesla là 120kW). Cọc AC và Cọc DC nói chung cần được thiết kế phù hợp để đáp ứng khả năng cung cấp dòng điện-điện áp nhất định. Năm 2017, Porsche đã ra mắt bộ sạc DC 350kW, có thể sánh ngang với Taycan và Audi e-tron mới ra mắt gần đây của hãng để đáp ứng tốc độ 3C của bộ pin khoảng 100kWh (tương ứng với khoảng 20 phút) sạc nhanh bộ sạc và pin Tương tác nhóm: Đối với cọc DC/AC, cả giao diện truyền lực và giao diện liên lạc đều có các tiêu chuẩn nhất định để kết nối chính xác với phương tiện và nắm bắt tình hình truyền lực của phương tiện theo thời gian thực. Do đó, như nhiều câu trả lời đã nói, không phải cọc sạc 50kW nghĩa là bác đã nạp cho xe 50kW mà đây chỉ là công suất tối đa. Nguồn điện luôn thay đổi trong quá trình sạc nhanh thực tế, điều này chủ yếu phụ thuộc vào lưới điện. Việc cung cấp năng lượng tại thời điểm đó và quan trọng hơn: tình hình thời gian thực của pin xe điện (nhóm), nó sẽ gửi tín hiệu trở lại cọc sạc thông qua liên lạc và hai bên sẽ hợp tác linh hoạt với ảnh hưởng của 400V/ Lộ trình kỹ thuật 800V: mọi người đều biết rằng P=U* I, đối với công suất cao, hoặc tăng dòng điện hoặc tăng điện áp. Cọc AC AC và cọc DC DC hiện tại cơ bản là 400V, nếu tăng thêm nguồn sạc sẽ dẫn đến dòng max rất lớn -> cần dây rất dày. Do đó, trong quá trình phát triển tiếp theo, việc nâng cấp sạc nhanh lên 800V là một bước tiếp theo được ghi nhận.
Tất nhiên, đây không phải là nhiệm vụ dễ dàng, điện áp cao sẽ kéo theo hàng loạt nâng cấp tương ứng như tiêu chuẩn cách điện, và cọc sạc cũng phải cân nhắc về vấn đề này. Đặc biệt đối với công nghệ sạc nhanh >100kW (Porsche 350kW) mà mọi người đang phát triển hiện nay, tiến tới 800V là xu hướng chung. Tất nhiên, nó cũng cần sự hợp tác của hệ thống pin.

3) Hệ thống pin

Các cân nhắc chính là tác động của điện áp cao 400V->800V, quản lý nhiệt và tương tác truyền thông giữa BMS và cọc sạc. Tác động của điện áp cao 400V->800V: Một chiếc ô tô được cấu tạo bởi nhiều cell mắc nối tiếp và song song tạo thành một bộ ắc quy/ắc quy. Hiện tại, hầu hết tất cả các loại xe điện đều sử dụng điện áp làm việc 400V. Đây có thể là một kết hợp tốt với cọc sạc. Tuy nhiên, với sự phát triển của sạc nhanh, sạc nhanh 400V cũng có một nút cổ chai trong hệ thống pin: quá nhiều dòng điện chắc chắn cần khả năng mang dòng điện mạnh hơn của bộ thu dòng điện, nhưng bộ pin cần phải nhẹ hơn và nhỏ hơn, và nó không thể không giới hạn Sử dụng thanh cái dày hơn/đắt hơn với điện trở thấp hơn nên phải phát triển công nghệ bộ ắc quy 800V (hướng đi trong tương lai) để phù hợp với công nghệ sạc nhanh 800V của cọc sạc. Thiết kế bên trong của một số bộ pin của TAYCAN, chiếc xe điện sử dụng hệ thống pin 800V đầu tiên do PORSCHE ra mắt. Tất nhiên, công nghệ bộ pin 800V cũng có những thách thức riêng. Một trong những vấn đề cốt lõi là mức độ bảo vệ cách điện cao áp của hệ thống ắc quy/phương tiện cần phải được cải thiện tương ứng.
Quản lý nhiệt: Trong hệ thống ắc quy ô tô thường có hàng trăm đến hàng nghìn cell pin. Trong quá trình hoạt động/sạc, nhiệt độ của từng cell pin trong hệ thống pin thường không đồng đều dẫn đến các cell pin khác nhau. Khả năng sạc/xả rõ ràng là khác nhau, điều này có thể dẫn đến tăng tốc độ suy giảm (xem NISSAN LEAF về làm mát bằng không khí) hoặc gây ra hiện tượng xả quá mức một phần và sạc quá mức, dẫn đến thoát nhiệt, khuếch tán nhiệt và cuối cùng là phát sinh tai nạn. Ví dụ, hình dưới đây cho thấy hai ví dụ về hiệu ứng quản lý nhiệt tốt và kém. Ngoài ra, khả năng sạc nhanh của vật liệu làm cell pin còn phụ thuộc vào nhiệt độ: khi nhiệt độ quá thấp, dòng sạc tối đa cho phép cũng thấp nên lõi pin nóng lên nhất định trong quá trình sạc nhanh là điều kiện chuẩn bị cho quá trình sạc nhanh. sạc nhanh. Khi nhiệt độ quá cao, tính đến hiệu ứng nhiệt của quá trình sạc, sạc nhanh cũng sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng lão hóa của cell pin. Do đó, cần phải có một hệ thống quản lý nhiệt để đảm bảo rằng pin nằm trong khoảng nhiệt độ hợp lý, không quá cao hoặc không quá thấp. Do đó, nói chung, đối với các gói pin ternary mật độ năng lượng cao hơn + sạc năng lượng cao hơn, quản lý nhiệt điển hình như làm mát bằng chất lỏng + tấm lạnh về cơ bản là tiêu chuẩn và những loại không cần làm mát bằng chất lỏng thường là lithium iron phosphate / Với hệ thống ternary có mật độ năng lượng thấp, rất khó để định vị thị trường tổng thể của một chiếc ô tô có cấu hình pin như vậy để đi vào phân khúc trung cấp và cao cấp.
Giao tiếp và tương tác giữa BMS và cọc sạc: BMS là Hệ thống quản lý pin, thu thập và giám sát các thông tin khác nhau như điện năng/nhiệt độ của pin/mô-đun trong thời gian thực; trong quá trình sạc thực tế, BMS thu thập nhiều thông tin khác nhau của các ô đến và phân tích chúng, Tương tác với trình hướng dẫn sạc để đảm bảo rằng nguồn điện sạc vẫn nằm trong phạm vi cửa sổ làm việc mà ô pin có thể xử lý.

(4) Tế bào pin

Có rất nhiều câu trả lời và tài liệu về khả năng sạc nhanh của cell pin. Ở đây tôi muốn đưa ra ba điểm: tất cả các loại pin đều có khả năng sạc nhanh của riêng chúng. Cơ chế riêng của nó, cũng như sự phối hợp của các vật liệu khác nhau của pin với tư cách là một thiết bị (hiệu ứng thùng, ngắn nhất xác định giới hạn trên của dung lượng sạc nhanh) Tất cả các loại pin đều có khả năng sạc nhanh riêng: trên thực tế, tất cả các loại pin đều có thể được so với nó Khả năng sạc và xả ở dòng điện lớn hơn ở công suất định mức, chẳng hạn như đường cong sạc và xả được trích từ hình bên dưới (haha, một bản sao của bản gốc của Tiến sĩ Liu). Đường liền nét là đường cong sạc và xả tốc độ thấp, và đường đứt nét là đường cong sạc và xả tốc độ cao. . Khả năng sạc/năng lượng càng nhanh càng mạnh, đường cong sạc-xả tốc độ cao càng gần với đường cong sạc và xả tốc độ thấp và ngược lại. Do đó, không khó để thấy rằng pin khác với pin. Do đó, đối với mỗi cell pin, dải điện áp và dòng điện phù hợp để làm việc phải được xác định theo hiệu suất của nó, được BMS ghi lại và quản lý, vì vậy trên thực tế, những gì mọi người thấy là pin chỉ có thể được sạc và xả ở một tốc độ cố định. Tại sao? Bởi vì tất cả được xác định cho bạn theo quy trình phát triển công nghiệp, đây là kết quả của sự thỏa hiệp sau khi xem xét các yếu tố khác nhau trong quá trình phát triển kỹ thuật. Cơ chế tự sạc nhanh: được thực hiện cụ thể trên một ô pin, sạc nhanh sẽ chỉ được thực hiện ở đầu vào dòng điện cao 5V (ngay cả khi đó là sạc nhanh 9V trên điện thoại di động, nó phải được chuyển đổi thành 5V ở cuối) , chủ yếu để sạc nhanh Phần sạc là đoạn SẠC NHANH CC ở giữa pin (sạc nhanh đặc biệt khó xảy ra ở cuối sạc vì lớp mạ lithium Li).

Sau đó, nó phụ thuộc vào sự phối hợp của các vật liệu khác nhau trong pin. Sự phối hợp của các vật liệu khác nhau trong pin: Pin cũng là một thiết bị và tất cả các bộ phận của pin phải được kết hợp tốt để có hiệu suất sạc nhanh tốt cuối cùng. Tất cả các điện cực dương, điện cực âm, dải phân cách, chất điện phân và bộ thu dòng đều cần phải được phối hợp với nhau. Cần phải có hiệu suất dẫn điện/hệ số nhân càng cao càng tốt, đồng thời giảm thiểu việc chiếm nhiều khối lượng và thể tích hơn (tăng mật độ năng lượng nói chung tất yếu dẫn đến sạc nhanh hơn. Rất khó, vậy ai có thể đạt được cả hai mục tiêu nhanh sạc và mật độ năng lượng là kỹ năng), và thiết kế cấu trúc tế bào cũng rất quan trọng. Do đó, với tư cách là một tổng thể pin, các thành phần phải được kết hợp chặt chẽ với nhau, không phải một vật liệu duy nhất có một hiệu suất duy nhất.
->Do đó, nhiều tài liệu hướng đến việc tối ưu hóa sạc nhanh trong các điều kiện cụ thể của vật liệu. Trong thực tế, nó là một ý tưởng nghiên cứu rất một phần. Nhìn vào ngành công nghiệp, công việc tất nhiên rất có ý nghĩa về mặt học thuật, nhưng những hạn chế là quá lớn. Trên thực tế, trong công nghệ tế bào pin thực tế, những thiếu sót của lần sạc nhanh cuối cùng hầu như đều nằm ở lớp mạ lithium của vật liệu cực dương than chì, điều này sẽ gây ra sự kết tủa của các sợi nhánh lithium, có thể xuyên qua màng ngăn, và cuối cùng là Nguyên nhân một tai nạn thoát nhiệt của pin lithium. Trong hai điều kiện hết sạc và nhiệt độ thấp, nguy cơ biến chất lithium sẽ tăng mạnh, vì vậy đây cũng là điều kiện khó khăn nhất để sạc nhanh.

Vì vậy, cuối cùng, phải nhấn mạnh rằng điện cực âm lithium là nút cổ chai, nó là nút cổ chai, nó là nút cổ chai. Không dễ để cân bằng giữa mật độ năng lượng và khả năng sạc nhanh của thiết kế tế bào pin. Đây là Bí quyết cốt lõi của nhà máy sản xuất pin. Đây cũng là điểm thách thức nhất trong các yếu tố sạc nhanh kể trên (ý kiến ​​cá nhân để thảo luận). Có người còn muốn hỏi nếu sạc nhanh có bị hư pin không? Kết luận là: chắc nó bị hư, nhưng mức độ hư khác nhau tùy theo cục pin. Nếu hiệu suất sạc nhanh tốt + môi trường sử dụng nhẹ nhàng, thiệt hại gây ra có thể nhỏ nhất có thể hoặc thậm chí gần bằng không; nếu hiệu suất sạc nhanh không tốt + môi trường sử dụng không tốt thì thật rắc rối. Việc sử dụng thường xuyên chắc chắn sẽ gây ra lão hóa nhanh chóng và thất bại.

Trong tương lai, JUNLEE Energy, công ty đã cam kết nghiên cứu và phát triển pin, là một thách thức và một cơ hội. Đội ngũ kỹ sư R&D sẽ cung cấp cho thế giới loại pin năng lượng mới tiết kiệm hơn và sẽ cải tiến công nghệ pin lithium-ion để giảm tổng chi phí.

Tập đoàn JUNLEE là một nhà máy năng lượng tích hợp đầy đủ năng lượng, chuyên cung cấp Bộ lưu điện liên tục (UPS), Ắc quy axit-chì, Bộ ắc quy, Ắc quy xe điện, Ắc quy lưu trữ năng lượng, Nhà máy lưu trữ năng lượng, ắc quy Power pack Gel, Biến tần PV và Hệ thống năng lượng mặt trời.

Năng lực sản xuất đạt 200000 KVAH mỗi tháng. Sản phẩm áp dụng cho Xe điện, di động điện, hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời và gió, UPS, điện dự phòng, viễn thông, thiết bị y tế và chiếu sáng.

JUNLEE thành lập "Trung tâm nghiên cứu năng lượng" với nhiều sản phẩm Công nghệ cao hơn. Hơn 100 kỹ sư đã cung cấp các giải pháp một cửa kịp thời và hiệu quả.
Sứ mệnh của họ là phấn đấu mang lại nguồn năng lượng xanh cho thế giới.
Để tìm hiểu thêm về pin Li-ion, vui lòng tham khảo https://www.junleepower.com/