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充电桩之芯 | 电动汽车动力电池及其充放电原理:沟通充电桩 or直流充电桩?

引言:这篇科普文章中引用了网络上的信息,谈到巨大的电池板是怎么组成的,充放电的本质,特别值得细究的是单颗电芯18650的充电电流有多大。这样聊着聊着,我居然还是抛出了一系列问题,欢迎同行朋友加我微信,

导言:
这篇科普文章中引证了网络上的信息,谈到巨大的电池板是怎样组成的,充放电的实质,特别值得细究的是单颗电芯18650的充电电流有多大。这样聊着聊着,我竟然仍是抛出了一系列问题,欢迎同行朋友加我微信,给我电话,评论这些问题:

问题1:BMS办理电池,收集的数据是根据每一个电池包,仍是每一节18650电芯?

问题2:一节18650电芯等效的电容量是多大?

问题3:关于8000F的超大电容,充电的直流电压上叠加的纹波电压是否影响到充电作用? 是否影响电容的寿数?
问题4: 200A被分流之后,每节18650电芯的充电电流是多少?

问题5: 为什么国内车载充电机的功率一般是3.3KW和6.6KW?

问题6:假定用3.3KW车载充电机给特斯拉Model S充电,对应的每节18650的充电电流多大? 充电一次需求多长时刻?

问题7:两条技能道路:未来电动轿车是否会不装备“车载充电机”,都用直流充电桩? 仍是未来电动轿车的“车载充电机”会做得容量更大,个人乘用车充电以沟通充电桩为主?

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充电桩之芯及其它”系列之一: 《劲风起兮云飞扬,充电桩商场出现中国特色的“大热”》(点击左下方“阅览原文”查阅)一文中,咱们罗列了多地政府的“十三五”充电桩规划。这些规划大都没有明确是要装置沟通充电桩仍是直流充电桩沟通充电桩直流充电桩价格不同那么大,政府规划中不区别开来,预算怎样做? 这说明,政府还没有想那么细,预算也还没有做那么细。

本文将概述电动轿车动力电池及其充放电原理,由之谈到充电桩的分类。

一,简略了解电动轿车的“动力电池”

毋庸置疑,电动轿车的核心技能在于动力电池。用于电动轿车的动力电池现在主要有两种,磷酸铁锂电池和三元锂电池,两者的实质区别是正极资料不一样,磷酸铁锂电池正极资料是磷酸铁锂,三元锂电池正极资料是镍钴锂。性能上的不同不在本文科普规模。

在网络上流传过一篇拆解特斯拉Model S电池的进程,图文并茂,这篇文章可以很好地帮咱们科普电动轿车电池的组成。

特斯拉Model S的电池板由16组电池组串联而成,每组电池组由6组电池包串联组成,每组电池包由74节18650电芯并联组成,也便是说,每个电池组由444节18650电芯组成,整个Model S的电池组板共有7104节18650电芯组成,它们是74节并联,96节串联。如图1所示:

图1 电动轿车的电池组板

单颗18650-电池包-电池组-电池板,18650是直径18mm,长度65mm的小圆柱,7000多节串串并并的,终究组成结实的电池板,重达900公斤,这个完成进程是有许多技能活的。

图2 从18650电芯到电池板

这么多的18650电池芯 聚集到母线上,终究会聚到整个电池板的对外衔接器上。

图3 电池轿车的电池板对外的衔接器

7100节18650电芯! 18650电芯是构成电动轿车电池组板的最小单元。 18650的百度百科简介如下:
“18650是锂离子电池的开山祖师日本SONY公司当年为了节约本钱而定下的一种规范性的锂离子电池类型,其间18表明直径为18mm,65表明长度为65mm,0表明为圆柱形电池。常见的18650电池分为锂离子电池、磷酸铁锂电池。锂离子电池电压为3.6V和4.2V,磷酸铁锂电池电压为3.2V,容量一般为1200mAh-3000mAh,常见容量为2200mAh-2600mAh。”

图4 18650电芯

这么多小电芯组合在一起,需求有强壮的电池办理体系(BMS)。BMS主要功用包含数据收集、电池状况核算、能量办理、热办理、安全办理、均衡操控和通讯功用等。作为BMS的外行,我想到的一个问题是:

问题1:BMS办理电池,收集的数据是根据每一个电池包,仍是每一节18650电芯?

二,电动轿车电池的充放电原理

电池的物理模型便是电容。电动轿车的电池适当所以几千节18650电芯对应的小电容串联和并联,等效为一个大电容。给电动轿车的电池充电,便是用直流电加载到一个巨大的电容上,譬如用根据高斯宝电气出品的“充电桩之芯”做成的120KW直流充电桩给电动轿车直接充电,便是用200V-750V,最大200A电流加到电容两头。

问题2:一节18650电池等效的电容量是多大?

王创社博士答复:一般的18650,2200mAH,能量是8瓦时左右,折合28800 J。一节18650大约适当8000F左右电容

问题3:关于8000F的超大电容,充电的直流电压上叠加的纹波电压是否影响到充电作用? 是否影响电容的寿数?

实际上的充电进程并不是直接将电压加到超级大电容上,而是将直流电源(关于120KW的充电桩,输出电压200V-750V,最大电流200A)衔接到图2的衔接器上,高压被分压,大电流被分流,终究构成7100个“涓涓细流”,它们分别对7100节的18650电芯充电时,每个支路的充电停止电压只要4.2V左右。

问题4: 200A被分流之后,每节18650电芯的充电电流是多少?

答复:由于是74节18650并联,所以每节18650的电流巨细是2.7A(200A/74 = 2.7A)。 这意味着该18750电芯的充电倍率约为0.79C(假定18650是3400mAh的额外容量的话,2.7A/3400mAh )。实际上特斯拉 Model S内置了10KW的车载充电机,在全体充电电压400V时的充电电流为25A,那么每节18650的充电电流只要0.34A这么小!

现在咱们将放大镜对着18650电芯。研讨它是跨界到了电化学的常识领域。咱们引证百度百科上的充放电原理,了解一点皮裘如下:

当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极,而作为负极的碳呈层状结构,它有许多微孔,抵达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。相同道理,当对电池进行放电时(即咱们运用电池的进程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。咱们一般所说的电池容量指的便是放%&&&&&%量。不难看出,在锂离子电池的充放电进程中,锂离子处于从正极 → 负极 → 正极的运动状况。假如咱们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅,摇椅的两头为电池的南北极,而锂离子就象优异的运动健将,在摇椅的两头来回奔驰。所以,专家们又给了锂离子电池一个心爱的名字叫“摇椅式电池”。

三,沟通充电桩 or 直流充电桩?

如前所述,电池只承受直流充电。沟通充电桩经过电动轿车内置的“车载充电机”将电网的沟通电转换为直流电后对电池充电,而直流充电桩内置高斯包电气的“充电桩之芯”,直接将电网的沟通电转换为直流电再对电池充电。两者对电动轿车的充电方法如图4所示。

图5 沟通充电桩和直流充电桩运用

车载充电机(OBC:On Board Charger)现在国内商场主要是两种功率巨细3.3KW(输入:220VAC/16A,输出:200V-420VDC / 10A)和6.6KW(输入:220VAC/32A,输出:200-420V/20A )。 可是特斯拉的车载充电机很特别,功率高达10KW,国内的沟通充电桩,家庭空调插座并不能给特斯拉充电。

问题5: 为什么国内车载充电机的功率一般是3.3KW和6.6KW?

答: 在国标GB/T 18487.1-2015,《电动轿车传导充电体系—第1部分:通用要求》中,规则了充电形式1,2,3 ,4和衔接方法A,B,C。 充电形式1/衔接方法B便是直接经过电缆和插头衔接到供电插座上充电,所谓“飞线充电”。 如图6所示。

图6 充电形式1/衔接方法B

家用空调插座可以供给的电流,一般是16A和32A。如图7是家庭入户配电盒,上面空气开关的电流标识是C16,C32。

图7 家庭入户配电盒

问题6:假定用3.3KW车载充电机给特斯拉Model S充电,对应的每节18650的充电电流多大? 充电一次需求多长时刻?

答: 按前述算法,很简单核算出每节18650的电流仅为0.14A(10A/72=0.14)。假定一个18650的容量是3400mAh,充溢它需求的时刻大约为24小时(3400mAh/140mA)。换一种算法,咱们已知特斯拉Model S的电池功率为85KWh,电压为400V,运用3.3KW充电,需求将近26小时 (85KWh/3.3KW)。

明显,24小时也好,26小时也罢,都是无法承受的充电时刻,哪怕10小时,用户体会也是很差的,特别关于商用车,如公交大巴、通勤车、物流车、出租车。因而,需求更大功率、更大电流充电以削减充电时刻。这也就带来了系列之一中咱们提出的问题:

问题7:两条技能道路:未来电动轿车是否会不装备“车载充电机”,都用直流充电桩? 仍是未来电动轿车的“车载充电机”会做得容量更大,个人乘用车充电以沟通充电桩为主?

直流充电桩内置多个并联运用的“充电桩之芯”。单个充电桩之芯的功率为15KW,现在干流的60KW充电桩集成了4个“充电桩之芯”,120KW充电桩集成了8个“充电桩之芯”。

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