鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2024年01月15日
探究鋰離子電池存在的最優充電電流
1972年美國科學家J.A.Mas提出蓄電池在充電過程中存在最佳充電曲線和他的馬斯三定律,需要注意的是,這個理論是針對鉛酸蓄電池提出的,其界定最大可接受充電電流的邊界條件是少量副反應氣體的產生,顯然這個條件與具體的反應類型有關。
但系統存在最優解的思想,卻是放之四海而皆準的。具體到鋰電池,界定其最大可接受電流的邊界條件可以重新定義。基于一些研究文獻的結論,其最優值仍然是類似馬斯定律的曲線趨勢。
值得注意的是,鋰電池的最大可接受充電電流的邊界條件,除了需要考慮鋰電池單體的因素,還需要考慮系統級別的因素,比如散熱能力不同,系統的最大可接受充電電流是不同的。然后我們暫且以這樣的基礎繼續向下討論。
馬斯定理的公式描述:
I=I0*e^αt
式中;I0為電池初始充電電流;α為充電接受率;t為充電時間。I0和α的值與電池類型、結構和新舊程度有關。
現階段對電池充電方法的研究主要是基于最佳充電曲線來開展的。如下圖所示,如果充電電流超過這條最佳充電曲線,不但不能提高充電速率,而且會增加電池的析氣量;如果小于此最佳充電曲線,雖然不會對電池造成傷害,但是會延長充電時間,降低充電效率。
對這個理論的闡述包含三個層次,是為馬斯三定律:
①對于任何給定的放電電流,蓄電池充電時的電流接受比α與電池放出的容量平方根成反比;
②對于任何給定的放電量,α與放電電流Id的對數成正比;
③蓄電池在以不同的放電率放電后,其最終的允許充電電流It(接受能力)是各個放電率下的允許充電電流的總和。
以上定理,也是充電接受能力這個概念的來源。先理解一下什么是充電接受能力。找了一圈,沒有看到統一官方的定義。按照自己的理解,充電接受能力就是在特定環境條件下,具備一定荷電量的可充電電池充電的最大電流。可以接受的含義是不會產生不應有的副反應,不會對電芯的壽命和性能造成不良影響。
進而理解一下三定律。第一定律,在電池放出一定電量以后,其充電接受能力與當前荷電量有關,荷電量越低,其充電接受能力越高。第二定律,充電過程中,出現脈沖放電,有助于幫助電池提高實時的可接受電流值;第三定律,充電接受能力會受到充電時刻以前的充放電情況的疊加影響。
如果馬斯理論也適用于鋰電池,則反向脈沖充電(下文中具體名稱為Reflex快速充電法)除了可以用去極化的角度解釋其對溫升抑制有幫助以外,馬斯理論也作為對脈沖方法的支撐。而更進一步的,真正將馬斯理論全盤運用的,是智能充電方法,即跟蹤電池參數,使得充電電流值始終因循鋰電池的馬斯曲線變化,使得在安全邊界以內,充電效率達到最大化。
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