要不要快速给电池充电?
电动汽车发展的最大制约因素是什么?
——是电池。
围绕电动汽车的纠纷大多与电池密切相关,包括但不限于成本、电池寿命、安全方便等一系列衍生问题,不仅影响消费者的购买决策,也让电动汽车车主感到担忧。
电池是一门材料科学,材料科学的发展往往是不可预测的。虽然电池的能量密度一年比一年高,续航能力一年比一年强,但“续航焦虑”这个词从未从消费者的脑海中消失。毕竟电池材料没有革命性的突破。
既然材料发展困难,只能在充电技术上寻求一个转折点。“充电三分钟,通话一小时”,经典广告,一定让大家印象深刻。智能手机大规模推动了快速充电技术的普及。现在快充已经成为电动车的标准,——30分钟充电30%到80%,大大节省了充电时间,缓解了电动车车主的‘麻烦’心理。
但是随之而来的是一个新问题。快充对电池有伤害吗?
电池寿命
要解决这个问题,首先要了解电池的寿命。
大多数人都有一个误区,锂电池的寿命取决于充电次数。事实上,电池的寿命取决于“满充放电循环”的次数。是指电池一次100%用电/充电的完整过程。比如“电池充满电,然后一次从0%充到100%”就是一个完整的充放电循环,“充一点用一点,两次从30%充到80%”也是一个完整的充电循环。
所以,我们对——有一个基本共识。在其他条件的影响下,电池的寿命是固定的,足以覆盖车辆的生命周期。作为电动汽车的主流配置,三元锂电池的理论循环寿命约为1500倍,磷酸铁锂的理论寿命更长,可达2000倍。
但是,理想和现实总是有差距的。在实际使用中,有许多因素会加速电池损耗,包括温度、过充电和过放电以及快速充电。
快速充电不损坏电池?
要了解电池的寿命,先说快充原理。
其他种类的电池(如燃料电池)在工作时会发生转化化学反应,随着物质的转化而释放能量。而锂电池采用了一种非常独特的锂嵌入化学反应,我们可以把电池内部看成一个游泳池:充放电时,锂离子在阳极和阴极之间游动。
锂电池的正极是锂化合物,负极是石墨。充电时,在电场的作用下,锂离子嵌入负极石墨碳层的微孔中储存能量;放电时电解液发生反应,这些带电的锂离子从负极流向正极,使其处于富锂状态。该过程形成电流供应。理想情况下,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循环,达到理想的工作寿命。
但是!快充之所以快,是为了迫使锂离子从阳极快速插入阴极,从而增加锂离子的流量和速度。
快速充电时,由于电极颗粒中锂离子的迁移速率小于表面的电化学反应速率,会引起电极的浓差极化现象,使正负电极之间的电位差偏离平衡电位。当电流很大时,电极负极(石墨)表面的半透膜(SEI膜——类似于隔离壁的存在,将电极材料与电解液隔离,阻止其反应)会开始开裂,然后电极材料与电解液反应,电极材料被破坏。
随着连续快速充电,离子浓度
这是短期影响,再看长期影响。
快速充电引起的热值不均匀和发热将成为电池热失控的潜在诱因。当然,这个连锁反应有一个临界温度点。一般来说,为了安全起见,电池的温度零点一般都很高。然而,快速充电的另一个负面影响,—— LiPlating,将降低该温度零点。
如前所述,锂电池是基于锂嵌入反应设计的。当阴极电流过高或温度过低时,阴极电位低于Li/Li参比电极的电位,会导致不应发生的锂转化反应,产生金属锂,称为锂化。经过长时间的锂沉淀,电池内部的锂会形成树枝状结构,俗称锂枝晶。让我们看看它是什么样子的:
以前的主流理论认为锂枝晶会击穿电池,导致内部短路,但这一观点现在受到质疑。另一种理论是锂枝晶的枝晶结构会大大降低电池的临界温度,进而增加热失控的风险。
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。这两个负面影响是内部和外部的,这增加了热失控的风险。
那我们应该怎么用快钱呢?
当然,我们不想危言耸听。我们不能一棍子打死你说快充不好,也不想你买电动车胆小怕事。虽然这些副反应是不可避免的,但是过程还是很慢,保守估计需要几百次快速充电才能对电池造成可见的损伤。
更何况电动车厂商也采取了相应的保护措施。
如今,电动汽车配备了电池管理系统(BMS),这是电池管理和监控的中心。它负责分配、维护和保护电池的各种模块,目的是保证电池的工作效率,防止过充电和过放电,延长电池的寿命,帮助电池正常工作等。
以快充为例。BMS智能调节快速充电的电流和电压,在低功率的情况下使用大功率充电。当功率超过80%时,限制充电功率,改为涓流充电。这样既享受了快速充电和及时补充能量的便利,又尽可能减少了快速充电对电池的损害。
这是车企的技术应对,我们车主也可以从充电习惯入手。
如果有机会装个人充电桩,尽量装,能装就慢慢装。如果外面只有快充,尽量不要让电量降得太低,剩下的20-30%就可以充电了。同时,快充时不要追求一定的满充,充到80%左右可以拔枪。一是80%后涓流充电时间过长,二是能主动防止电池过充和电池过热。
结论
总之,快充在一定程度上缓解了充电的麻烦,但不要太依赖快充。以慢充为主,快充为辅是更健康的选择。
最后,举一个可能不太恰当的比喻:小功率电池就像虚弱的病人,慢充就像给病人灌稀肉汤让他慢慢消化吸收营养;快速充电就是直接给病人静脉注射葡萄糖,让他快速恢复。但我们都知道,在没有生病的时候,我们是正常的吃饭喝汤,而不是每天挂葡萄糖。
——结尾——






