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南京新能源:关于电动汽车充电的那些事儿

类别:用车指南时间:2016-05-19 15:57:34

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电动汽车吃“电”不喝“油”,给广大的粉丝节省了大笔的银子。不少的伙伴反映,在给爱车充电时多多少少遇到了些问题,比如冬天充电时间会延长不少,甚至夏天气温极高的时候充电也会很慢,让人很是着急;同时,电动车不像加油站一样随便开进哪个站里去都能愉快的加满油,充电可不能100%保证开到哪个充电桩跟前都能愉快的充上电。

有问题,问E哥!今天,E哥就来跟小伙伴们聊聊遇到的这些苦恼!

1电池怎么才算充满电?

我们在对电池进行充放电时,会为其设置一个最高的充电截止电压和一个最低的放电截止电压,作为充/放电终止的条件。

那么,当电池充电至截止电压时就意味着它充满电了吗?NO!NO!NO!

这是由于电池自身存在内阻,地球人应该都知道物理学有个伟大的欧姆定律,即U(电压)=I(电流)*R(内阻)。(E哥表示高中知识已经都还给了高中老师  ) 在充电过程中,电流越大,由于内阻产生的“电压虚高”也就越大,就越容易达到截止电压,而此时充入的电量也就越少。

因此,以越小的电流进行充电时,电池充入的电量就会越多。为了消除电压虚高,保证充电电量,电芯的标准充电通常采用恒流+恒压充电的模式。具体是指:先对电芯以恒定的电流充电至截止电压后,充电机以这个截止电压恒压输出继续充电,恒压充电过程中,电流自然的逐渐降低,一般规定电流降低到非常小的电流后停止充电,那么这个时候,就可以称之为这个电池已经充满电了。

对于电池包,出于控制上的易于实现,我们更多采用“分阶段降电流”的充电方式。以EV200快充过程为例(如下图):

第一阶段,以大电流(70A)一直充到80%以上的电量;

第二阶段,减小充电电流至30A,充到90%以上的电量;

第三阶段,进一步减小充电电流至10-20A,一直充到100%的电量。

通过最后的小电流充电过程,减小电压虚高,尽可能多的充入电量。

这样,在对电动车进行充电时,我们可以选择短时间内补充电量,满足出行要求;也可以在时间充裕的情况下多充几十分钟将电池充满。

另外要说明的是,在实际应用层面,充满电是一个相对的概念。一般三元电池典型的充电截止电压是4.2V,但实际应用中,结合整车性能和寿命的要求,可能只使用到4.15V或4.10V,那么即使不是充电到4.2V,也叫充满电了。

为什么低温条件下,需要使用小电流充电呢?

锂离子电池的充放电过程本质上是锂离子在正负极材料间来回穿梭所发生的化学反应。电池的充电过程是将外部的电能转换成内部的化学能,实现能量的储存;放电过程中,则将其内部的化学能转换成电能,实现能量的释放。

温度是影响化学反应速度的重要因素之一。

通常,温度越高越有利于化学反应速度的加快,反之亦然。对于锂离子电池充放电过程中所发生的化学反应亦是如此。当温度低时,锂离子的化学反应速率降低,活性减弱,从而导致电池的内阻增大、可用容量减小。

如果在这种情况下,仍采用大电流对电池进行充电,就会使锂离子不能及时与负极材料发生化学反应,从而大量堆积在其表面,形成尖锐的金属锂枝晶。这些尖锐的枝晶会刺穿用来阻隔正负极的隔膜,造成正负极直接接触,电池发生内短路,以致于带来严重的安全问题。

因此,在低温情况下,我们往往通过电池管理系统来控制充电电流,实现对电池的保护。

3为什么高温条件下,也需要使用小电流充电呢?

化学反应进行的过程中会产生热量,因此电池在充电时会发热,并且其发热速率与充电电流的平方成正比。如果高温下仍采用大电流充电,会造成电池内部温度过高,严重影响其寿命,甚至安全性。

相信手机控们感受颇深,在夏季给手机充电时会感觉手机背面比较烫手,这正是电池充电发热惹的祸。在此情况下,降低充电电流也是一个自适应调节,以达到电池的产热速率小于对外散热速率的目的,保证内部温度降低或维持在一个平衡点。

综上所述,考虑到安全与寿命等因素,电池的充电电流随温度呈现出中间高两头低的梯形或台阶状,在高温条件下也需要使用小电流充电。

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