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创明新能源杨俊:锂电非线性快充方法研究与探讨
发布时间:2016-09-24

2016中国新能源汽车动力电池产业技术发展高峰论坛暨车企与动力电池企业技术交流会”(以下简称“动力电池交流会”)于923-24日在张家港市沙洲湖酒店如期举行,会议规模超过600人。会议由电动汽车资源网携同江苏天鹏电源有限公司联合张家港市发展和改革委员会、张家港市科技局共同举办,力图打造一个极具影响力的动力电池技术交流平台。在新能源汽车产业处在全新的大发展时期,结合国家战略性新兴产业的发展需要,促进新能源汽车产业链企业的交流、协调与探索。

24日上午,深圳市创明新能源股份有限公司创明研究院院长杨俊做题为“锂电非线性快充方法研究与探讨”的演讲。

 

以下是杨俊发表演讲的主要内容:

一、EV用锂电面临的挑战

(一)新能源EV的发展趋势

据估计,至2025年,我国新能源汽车产能将达到300万辆,动力电池需求量将达到1500亿Wh

新能源EV的迅猛发展给锂电行业带来巨大需求和发展机遇


(二)EV用锂电面临的巨大挑战

国家出台了一系列的标准和政策来引导和促进锂电池行业的发展:

1.2015年5月,工信部发布 GB.T31484/5/6-2015 电动汽车用动力蓄电池循环寿命/安全/电性能要求及试验方法。

2.科技部发布《新能源汽车试点专项2017年度项目申报指南建议》,按照6个创新链(技术方向),共部署38个重点研究任务。专项实施周期为5年(2016-2020)其中,明确了EV用高安全高比能锂离子电池技术(重大共性关键技术类)指标要求:电池单体能量密度≥300Wh/kg,循环寿命≥1500次,成本≤0.8元/Wh,安全性达到国标要求。

差距较为明显,革命尚未成功!

主要研究方向:安全、成本、能量密度、循环寿命、易使用性等。

(三)CHAM分享的研究课题

课题名称:EV用锂电非线性快充方法研究与探讨

课题目的和意义:在高能量密度的基础上,实现快速充电与电池循环寿命性能的平衡,通过降低电池的充电时间,提高EV的易使用性。

二、EV用锂电快充研究成果分享

(一)分享前需弄清楚的问题

①锂离子电池到底适不适合非线性充电研究?

②哪种电池模型更适用于锂电非线性充电研究?

③影响锂离子电池性能衰减的机理是什么?

(二)为什么是非线性

1.充电的电化学反应过程中,正极电位上升,负极电位下降,常态现象是非线性的。

 

 

2.充电过程正负极电化学参数(阻抗等)变化的常态现象也是非线性的。

 

 

3.锂离子电池充电化学过程特点表明其适合做非线性研究。

锂离子电池充电特点:

(三)模型1基础模型

该模型过于理论化,难以在实际中得到有效应用。

(四)模型2宏观3D模型

在实验设计上更多了借鉴了由Kim和Smith在美国国家可再生能源实验室(NREL)研发出的一种3D电池模型。

该模型能较精确的从宏观状态参数体现电池在充放电期间发生的电化学过程、热力学及热质传递扩散过程的分布式的、三维的性质。



(五)电池性能衰减的机理


衰减类型

主要原因

主要表现形式

结构性衰减

充放电引起电极材料的膨胀收缩

材料粉化、脱落等

化学性衰减

电池内构成材料的化学不稳定性

正极溶解、氧化膜形成、电解液成分的分解、SEI膜的溶解等

电化学性衰减

过充电引起的副反应

电解液分解、氧化膜形成等

(六)电池性能衰减类型的总结

(七)锂电快充研究的方向和典型案例

锂电快充研究的主要方向有新材料研究、电极结构研究、充电系统研究等。

1)新材料研究:


 

2)电极结构研究:

汽车充电5分钟跑480公里

以色列StoreDot公司

多功能电极技术(multifunction electrode,MFE)

计划2016年推出电池的原型

3)充电系统研究等:

手机充电5分钟通话2小时

OPPO VOOC技术:本质是增加充电电流

(OPPO N3手机电池容量:3000mAh)

已实际应用

(八)非线性快充研究实验方案

DOE实验设计目的:在充电的每个电压区间范围内找出最优的离子通道下的最大电流。

理想的实验方案:将充电电压范围3.0-4.2V划分为尽可能多的区间,并对各区间进行不同充电电流的实验验证,如下图所示:

初步实验方案:鉴于实验条件以及时间要求等方面考虑,结合以往经验,我们选取了如下的实验方案作为代表。

实验对象:CHAM 2.9Ah 动力电池(所有CV充电截止电流为0.02C;1C放电至3.0V)。

(九)非线性快充时间曲线图

 

使用阶梯充电方式可节省充电时间20%-40%。

(十)非线性快充方案电池循环图

方案中充电制度对循环寿命影响不大。

方案7是较为理想的快速充电方案,循环性能相当,充电效率提升31.7%。

(十一)实验结果与讨论

非线性快充技术能显著缩短电池的充电时间,为何没有得到得到普及和有效应用?

A.非线性快电技术应用的难点在于其异常复杂的BMS管理系统,尤其是需要BMS针对不同企业、不同化学体系的电池进行深入的定制化充电方案设计。

B.BMS设计的理想的研究方向是具备智能化自主学习和优化“不同电池充电特征参数”的性能。

(十二)结论

1.非线性充电技术在不降低锂电性能的前提下能提高充电效率20%-40%。

2.该项技术要得到有效应用需具备以下两个条件:

①电芯企业必须足够了解自身的电池性能;

②BMS和电芯企业必须进行深入的合作。

(十三)新能源行业展望

合作才能共赢!

三、CHAM公司简介

①13年来唯一一家只做18650的企业,国内最早的量产18650的企业之一;

②124名本科以上研发团队65项专利技术;

③新能源装车超过35000台;

④第4批进入《汽车动力蓄电池行业规范条件》目录的企业;

⑤拥有东莞、深圳、惠州3大制造基地;

⑥资深韩国专家领衔的制造团队...

 

来源:电动汽车资源网