Discusión sobre el efecto de la batería en la carga rápida de vehículos de nueva energía

Automóviles eléctricos en uso, el consumidor está más preocupado o el tiempo de carga y el rango del problema, bajo el nivel técnico actual, el tiempo de carga y el rango rara vez se encuentran juntos, por lo que la batería de energía ha desarrollado dos rutas, una es el rango de concentración de energía específica, principalmente a través de mejorar continuamente la energía específica de la batería de iones de litio, aumentando así la gama de vehículos eléctricos; El segundo es el pastel de carga rápida, que se centra en reducir el tiempo de carga, principalmente mejorando el rendimiento de carga rápida de las baterías de iones de litio y acortando el tiempo de carga de los vehículos eléctricos. Con el progreso de la tecnología y la investigación en profundidad sobre los materiales de las baterías de litio, los problemas encontrados por la tecnología de carga rápida pueden resolverse uno por uno.

I. ¿Cómo entender la carga rápida?

Para comprender la carga rápida, un término técnico es ineludible: la relación de carga y descarga C puede entenderse simplemente como la tasa de carga y descarga. La tasa de carga y descarga de la batería de iones de litio determina qué tan rápido podemos almacenar una cierta cantidad de energía en la batería, o qué tan rápido podemos liberar la energía en la batería.

Según la política de subvenciones para vehículos de nueva energía en 2018, aquellos con un ratio de carga inferior a 3C pertenecen a la categoría de autobuses eléctricos puros sin carga rápida, mientras que aquellos con un ratio de recarga superior a 3C pertenecen a la categoría de carga de buses eléctricos puros. Sin embargo, la división de subvenciones de carga rápida solo se aplica a los turismos de nueva energía, y no existe un estándar para los turismos y los vehículos logísticos.

Según la definición de la industria y la era Ningde, la carga rápida de vehículos eléctricos se refiere a un modo de carga con una corriente de carga de más de 1.6c, es decir, desde un 0% de carga hasta un 80% de tiempo de carga de menos de 30 minutos. Basado en las opiniones de muchas partes, el autor plantea que la relación de carga inferior a 1.6c es una carga lenta, 1.6c-3c es una carga rápida pequeña y por encima de 3C es una carga rápida. La mayoría de los turismos eléctricos pueden lograr una "carga pequeña y rápida", y la relación de carga de los turismos de carga rápida se concentra principalmente en 3c-5c.

Si pensamos en la batería de iones de litio como una mecedora, los dos extremos de la mecedora son los dos polos de la batería, y el ión de litio es como un buen atleta, corriendo de un lado a otro entre los dos extremos de la mecedora. . Durante la carga, se forman iones de litio en el electrodo positivo de la batería y los iones de litio generados se mueven hacia el electrodo negativo a través del electrolito. Como carbono negativo, tiene una estructura en capas con muchos poros diminutos en los que se incrustan los iones de litio. Cuantos más iones de litio estén incrustados, mayor será la capacidad de carga.

Para una carga rápida, los iones de litio deben incrustarse en el electrodo negativo en un momento de aceleración. Esto desafía la capacidad del ánodo para absorber iones de litio rápidamente. Los subproductos aparecerán en el electrodo negativo de la batería del sistema químico común durante la carga rápida, lo que afectará la circulación y la estabilidad de la celda. La densidad de energía y la densidad de potencia se pueden considerar como dos direcciones en la misma batería.

Tanto la orientación de la política nacional como el diseño de la tecnología empresarial generalmente persiguen una alta densidad de energía. Cuando la densidad de potencia de la batería es lo suficientemente alta y un automóvil está cargado con suficiente energía para evitar la "ansiedad de autonomía", se reduce la necesidad de una carga rápida. Sin embargo, es difícil ser aceptado por el mercado si el costo no se ha reducido debido a la gran cantidad de electricidad. Por lo tanto, si el costo de la batería se puede controlar bajo la premisa de una capacidad de carga conveniente + rango aplicable, la ansiedad del usuario se puede aliviar en gran medida, de modo que la carga rápida tiene el valor de existencia.

Ii. Perspectiva de aplicación de la carga rápida de baterías con diferentes rutas técnicas

La velocidad de carga está estrechamente relacionada con los requisitos técnicos y de diseño generales de la batería de potencia, la pila de carga, el vehículo eléctrico, la red eléctrica, etc., entre los cuales el factor más importante es la batería. Analicemos la tendencia de aplicación de diferentes tipos de baterías eléctricas en la tecnología de carga rápida. Se pueden usar casi todos los tipos de materiales de ánodo para fabricar baterías recargables rápidas, pero su aplicabilidad y ventajas son diferentes.

1. La batería ternaria de carga rápida es más adecuada para turismos eléctricos

Se presta más atención a las baterías ternarias debido a su alta densidad energética. Los materiales en sí tienen una excelente conductividad eléctrica, pero su reactividad es demasiado alta.

Las empresas representativas del sistema de carga rápida de baterías ternarias son Ningde times y bick, etc. Ningde times ha desarrollado tecnología de "red electrónica superconductora" y "anillo de iones rápidos", que puede realizar la carga de SOC del 5% al 85% en 15 minutos, energía densidad 190Wh / kg, ciclo de vida de más de 2500 veces, el campo de aplicación principal son los automóviles de pasajeros, se espera que tenga la capacidad de producción en masa en 2018.

Con la introducción de material de ánodo de silicio, material de ánodo con alto contenido de níquel y electrolito especialmente desarrollado, el núcleo 3.0 de alta energía lanzado por bick en mayo de este año tiene una densidad de energía de hasta casi 250Wh / kg y puede alcanzar un rango ultra largo de 500km. El diseño de la estrategia de carga puede acortar efectivamente el tiempo de carga y mejorar la eficiencia de carga. En el modo de emergencia extrema, el automóvil puede viajar 60 kilómetros con una carga de 10 minutos.

De acuerdo con los hábitos de uso de los vehículos de fueloil, el tiempo de carga debe cargarse completamente en 10-20 minutos y la relación de carga debe ser de al menos 3-6c. En la actualidad, la mayoría de los turismos eléctricos puros del mercado se llenan con el 80% de la potencia en media hora a una hora, lo que ha mejorado mucho en comparación con el tiempo de carga de las dos o tres horas anteriores, y se espera para ser comprimido aún más en 20 minutos en el futuro.

2. Se puede utilizar un producto de carga rápida de fosfato de hierro y litio

El fosfato de litio y hierro no tiene ventajas innatas en el campo de la carga rápida. Desde la perspectiva de los materiales, la conductividad intrínseca del fosfato de hierro y litio es relativamente baja, que es solo el 1% de los materiales ternarios. Por lo tanto, es necesario optimizar la conductividad del fosfato de hierro y litio para satisfacer la demanda de carga rápida. Sin embargo, el costo del material del fosfato de hierro y litio es relativamente bajo. Combinado con la experiencia técnica madura y el rendimiento estable del producto, el fosfato de hierro y litio tiene una perspectiva de aplicación relativamente amplia, que representa a empresas como Ningde Times y Watma.

Limitado por el valor extremo de la densidad de energía teórica, el fosfato de hierro y litio tiene poco espacio para jugar en la densidad de energía en el futuro. Sin embargo, para vehículos comerciales como turismos, vehículos logísticos y vehículos especiales, se ha seleccionado el sistema de fosfato de hierro y litio, la mejora de la densidad energética no es necesaria y la carga rápida es cada vez más importante.

3. La batería de manganato de litio es adecuada para bus híbrido enchufable

La batería de manganato de litio tiene las características de rendimiento energético, rendimiento de tasa de descarga, buen rendimiento a baja temperatura, frecuencia de alto voltaje y, en la situación de tres materias primas ascendentes, la ventaja de costo del manganato de litio se destaca gradualmente. Sin embargo, todavía es necesario mejorar la densidad de energía, el rendimiento a alta temperatura y otros aspectos. En los últimos años, la proporción de baterías de recarga rápida de manganato de litio en el campo de los autobuses híbridos enchufables ha aumentado significativamente, y las empresas representativas son citic guomeng guli, yepeng new energy y micro macro power.

Sin embargo, el rendimiento cíclico de la batería de manganato de litio es deficiente en condiciones de alta temperatura, y el rendimiento de la batería de manganato de litio a alta temperatura puede mejorarse mediante el dopaje de polo positivo. Sin embargo, el material de manganato de litio modificado ya no es el "manganato de litio original". La industria utiliza comúnmente "materiales compuestos múltiples", el polo positivo con materiales ternarios y un sistema mixto de manganato de litio, el polo negativo con carbono compuesto poroso, mejora aún más el rendimiento de la carga rápida, pero la seguridad aún debe enfocarse y mejorar constantemente.

4. La batería recargable rápida de titanato de litio es adecuada para autobuses eléctricos puros

La batería de titanato de litio lleva el nombre del material del electrodo negativo, el polo positivo UTILIZA el material ternario, toma Zhuhai Yinlong, micro macro power, Tianjin jie wei como la empresa típica. En términos de rendimiento, la batería de titanato de litio tiene un excelente rendimiento a baja temperatura, seguridad y buen rendimiento de reciclaje. Como batería de recarga rápida, su rendimiento multiplicador también ha sido reconocido por la industria. Sin embargo, el titanato de litio tiene dos problemas importantes en la actualidad: primero, la densidad de energía es relativamente baja y, bajo la presión del aumento constante de la densidad de energía requerida por las políticas y el mercado, la participación de mercado actual del titanato de litio es relativamente baja en toda la potencia. mercado de baterías. En segundo lugar, el costo de la batería de titanato de litio es significativamente más alto que el de otros sistemas debido a la influencia de materiales metálicos pequeños de alto costo como el titanio, el níquel y el cobalto.

La batería de titanato de litio es obviamente superior a otros sistemas en términos de ciclo de vida, que está determinado por las características del material, es decir, las características de "tensión cero". Pero su desventaja es obvia, la densidad de energía es baja, la densidad de energía es solo la mitad del sistema ternario. Además, debido al alto precio, la mayoría de ellos se utilizan en confiscación y entrega rápidas. En el futuro, es urgente buscar más materiales de ánodo de alto voltaje y electrolitos adecuados para resolver este defecto.

5. Nueva dirección de carga rápida: material de cátodo de óxido de niobio y titanio

El óxido de titanio y niobio se desarrolla sobre la base de titanato de litio. Su principal ventaja es que la capacidad teórica del óxido de niobio y titanio es de alrededor de 280 mAh / g en comparación con la capacidad teórica de 175 mAh / g del titanato de litio.

En octubre de 2017, Toshiba anunció oficialmente que había desarrollado con éxito una nueva generación de baterías de iones de litio para automóviles, que se espera estén disponibles comercialmente en 2019. La batería UTILIZA material de óxido de niobio y titanio, en comparación con el ternario actual, fosfato de hierro y litio y otras tecnologías, para lograr un progreso disruptivo. La nueva batería tiene las ventajas de una alta densidad de energía y una rápida eficiencia de carga. Solo se necesitan 6 minutos para cargar hasta el 90% de la batería y puede viajar 320 kilómetros. Actualmente, las baterías de litio tardan un promedio de 30 minutos en cargar hasta un 80 por ciento.

Además, el concepto de "baterías de grafeno" ha sido un tema candente durante mucho tiempo, pero también es controvertido dentro de la industria. En las baterías de litio, el grafeno se utiliza principalmente como material activo de cátodo y aditivo conductor. En términos de capacidad de carga rápida, el uso de grafeno como agente conductor o la cobertura de fosfato de hierro y litio / material ternario de litio con grafeno puede lograr un mejor efecto de carga rápida. Sin embargo, el costo integral, la dificultad del proceso y otros indicadores, todavía hay un gran desafío.

Iii. Perspectiva de mercado de productos de carga rápida

Con alta densidad de energía, carga rápida y bajo precio, este es el producto de batería de potencia ideal que los usuarios esperan. Sin embargo, "no puedes tener tu pastel y comértelo también". bajo el sistema de batería de iones de litio existente, los cinco indicadores más importantes de la batería de potencia, como el rendimiento del multiplicador, la densidad de energía, la vida útil, la seguridad y el precio, se fijan en el gráfico de radar relativamente estable. Si se mejora algún indicador, los demás indicadores sufrirán relativamente.

En la actualidad, la batería de carga rápida se utiliza principalmente en buses de nueva energía, debido a su fuerte selectividad hacia ciudades y unidades de audiencia, es decir, ciudades o unidades con apoyo financiero relativo, tienden a cargar rápidamente el bus de baterías. Sin embargo, desde la perspectiva del potencial de desarrollo del mercado, la tasa de crecimiento y la escala del mercado de los automóviles de pasajeros y los vehículos de logística especial serán más altas que las de los automóviles de pasajeros en el futuro, por lo que la estructura de consumo de las baterías de carga rápida cambiará a estos dos tipos. de modelos en el futuro.

Según los datos de baterías de China, China produjo 6.486 autobuses de carga rápida en 2017, y la capacidad instalada de baterías alcanzó los 597,52MWh, lo que representa el 6% del número total de autobuses de nueva energía. Entre ellos, la tasa de carga de los productos de bus de carga rápida es la más alta con 6.42c. Se multiplicó el volumen de producción de 47771 vehículos y la capacidad de la batería de 480,68 mwh en el modelo 3c-5c. La producción del modelo 5c-10c es 1715 y la capacidad de la batería es de 116,84 MWh. En la actualidad, la relación de carga rápida del bus de carga rápida se concentra principalmente entre 3C y 5C. Desde la perspectiva del tipo de batería, el titanato de litio fue el principal material de la batería del bus de carga rápida en 2017, con una capacidad de carga de 571,54Mwh, lo que representa el 95,65%.

Según los envíos de 4 tipos de baterías de energía en 2017, el manganato de litio de 1,54 GWh se usa en parte en vehículos híbridos enchufables, en parte cumpliendo con los requisitos de carga rápida pequeña, y los vehículos con batería ternaria de 16 GWh que cumplen en parte con los requisitos de carga rápida pequeña. En general, las baterías ternarias recargables rápidas son adecuadas para automóviles de pasajeros, el fosfato de hierro y litio, el titanato de litio y otras baterías recargables rápidas son adecuadas para automóviles de pasajeros, las baterías recargables rápidas de litio manganeso ácido son adecuadas para automóviles híbridos enchufables, óxido de niobio y titanio o nueva dirección recargable rápida.

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