近來(lái)，盡管動(dòng)力電池快充技術(shù)在快速發(fā)展，但充電時(shí)間，效率和壽命焦慮依然是全 球范圍內(nèi)使用電動(dòng)車的主要焦慮。鋰離子電池以高能量密度和長(zhǎng)壽命成為電動(dòng)車的主要能源。當(dāng)前，有幾種方式來(lái)控制快充條件下的電池健康狀態(tài)。本文提出了充電協(xié)議的清晰分類，將快充協(xié)議分為功率管理協(xié)議，依賴于對(duì)電流，電壓和電池溫度控制的熱管理協(xié)議，以及依賴于鋰離子電池材料物理修飾和化學(xué)結(jié)構(gòu)的材料層面的充電協(xié)議。并分析了每種快充協(xié)議的要求，優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。

Fig 1 電動(dòng)汽車(EV)研究路線圖

鋰離子電池不同層級(jí)對(duì)快充的影響

材料-電極-電池層級(jí)對(duì)快充的影響

鋰離子電池快充協(xié)議

快充協(xié)議的目的是降低充電時(shí)間，優(yōu)化效率和循環(huán)壽命，降低充電損失。消除大倍率充電和深度放電所導(dǎo)致的活性物質(zhì)損失，電極表面的SEI膜重整，內(nèi)部溫度變化和減小容量損失。

Fig 2 鋰離子電池主要快充充電協(xié)議類型

Fig 3主要快充協(xié)議的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)

 恒電流恒電位充電協(xié)議

CC-CV 作為傳統(tǒng)的充電協(xié)議，其示意圖如Fig 4 所示，即恒電流充到指定電位后，在截止電壓下持續(xù)恒壓充電至電流降低為0.1C 或0.01 C。CC-CV的主要問(wèn)題是充電時(shí)間較長(zhǎng)，且CV恒壓過(guò)程會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

Fig 4 恒電流-恒電位充電(CC-CV)示意圖

多步恒電流(MCC) 充電協(xié)議種類

Fig 5 多步恒電流(MCC) 充電協(xié)議種類

(a) 充電電流多步變換

(b) 混合技術(shù)(HT) 

(c) 條件隨機(jī)變化技術(shù) (CRT)

(d) 多步恒電流超快充技術(shù) (ML MCC-CV)

MCC充電協(xié)議是通過(guò)多步的變換的恒電流進(jìn)行充電，作為目前最 具潛力的超快充技術(shù)，有利于縮短充電時(shí)間，同時(shí)降低電池的衰減和能量損失，并提高效率，降低產(chǎn)生的熱，避免析鋰和過(guò)充等，但是，MCC充電協(xié)議需要對(duì)電池內(nèi)部的電路進(jìn)行全面準(zhǔn)確評(píng)估后才能有效進(jìn)行開(kāi)發(fā)。因此，MCC的開(kāi)發(fā)需要直流和交流阻抗技術(shù)組合使用。

熱管理協(xié)議

Fig 6 熱管理協(xié)議

恒溫-恒壓充電協(xié)議示意圖

熱管理充電協(xié)議依賴于對(duì)環(huán)境溫度和電池溫度的控制，溫度作為影響電池老化非常重要的因素, 一種新的快充協(xié)議基于恒溫很恒壓(CT-CV) 如Fig 所示。CTCV基于施加2C電流，然后電流指數(shù)衰減至1C ,當(dāng)電壓到達(dá)4.2V時(shí)，電流開(kāi)始衰減至0.1C。為了維持溫度恒定，采用PID進(jìn)行溫度控制。

脈沖電流充電協(xié)議(PCC)

Fig 7 脈沖充電電流示意圖

Fig 8 脈沖電流充電協(xié)議

(a) 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議-固定占空比

(b) 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議-變化占空比

(c) 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議-衰減電流

(d) 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議高-低電流變化

(e) 不同的電壓脈沖

PCC 協(xié)議依賴于控制負(fù)載的循環(huán)，頻率和充電脈沖的幅值等，PCC有利于縮短充電時(shí)間，低溫條件下加熱電池，抑 制鋰析出，增加功率轉(zhuǎn)換，有利于消除濃差極化。缺點(diǎn)是控制器要求極其復(fù)雜，難度很高。

結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上分析，功率控制協(xié)議，由于充電時(shí)間短，發(fā)熱量低，效率高，避免鋰析出等優(yōu)勢(shì)，成為目前鋰離子電池快充最 具潛力的方法之一，由于其波形的復(fù)雜性，對(duì)于溫度的監(jiān)測(cè)，析鋰的有效評(píng)價(jià)等以及鋰離子電池內(nèi)部等效電路的全面分析，對(duì)于所使用的開(kāi)發(fā)設(shè)備提出巨大挑戰(zhàn)。多步電流法及脈沖電流快充協(xié)議，測(cè)試設(shè)備需要具備以下能力。

參考文獻(xiàn)

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3. Fast Charging of Lithium-Ion Batteries: A Review of Materials Aspects, Adv. Energy Mater.2021, 11, 2101126, DOI: 10.1002/aenm.202101126

惠州億緯動(dòng)力電池有限公司選購(gòu)我司HS-DR-5導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀，現(xiàn)已安裝調(diào)試完畢。

部分使用HS-DR-5導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀客戶SCI論文

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面向TWh時(shí)代，動(dòng)力電池產(chǎn)能大規(guī)模擴(kuò)充，電池企業(yè)對(duì)電池產(chǎn)品安全、性能、品控的要求越來(lái)越高。其中，動(dòng)力電池生產(chǎn)效率提升和極限制造的要求，對(duì)機(jī)器視覺(jué)在檢測(cè)精度、檢測(cè)速度、圖像傳輸、缺陷分析等方面提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。 

一個(gè)明顯的變化是，傳統(tǒng)的2D機(jī)器視覺(jué)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足動(dòng)力電池在制造工藝革新和缺陷檢測(cè)升級(jí)的需要。例如，在電芯頂蓋焊工序涉及到的炸點(diǎn)、斷焊、凸起、凹焊、斷差、針孔、偏移、裂紋、翻邊等缺陷檢測(cè)方面，2D機(jī)器視覺(jué)技術(shù)就顯得有些力不從心。

3D視覺(jué)憑借著在傳統(tǒng)2D視覺(jué)的基礎(chǔ)上增加了物理空間的深度信息，在動(dòng)力電池領(lǐng)域已迎來(lái)規(guī)模導(dǎo)入期。成為鋰電機(jī)器視覺(jué)的重要組成部分。

基恩士LJ-X8000輪廓儀解決方案覆蓋從 電芯到PACK，電芯頂蓋焊接檢測(cè)、電芯外觀檢測(cè)、模組焊接和PACK組裝等多工藝環(huán)節(jié)，為鋰電行業(yè)客戶打造完整的動(dòng)力電池3D視覺(jué)方案。

3D檢測(cè)應(yīng)用

頂蓋焊接檢測(cè)

檢測(cè)內(nèi)容：頂蓋焊縫檢測(cè)，防止缺陷，保證氣密性和電池可靠性

型號(hào):LJ-X8080,檢測(cè)方式：線激光3D掃描

檢測(cè)要求：速度200mm以上，Y方向0.02mm，X方向0.02mm，采樣10khz，線寬30mm，Z視野范圍5.5mm

密封釘焊接外觀質(zhì)量檢測(cè)

密封釘焊接外觀質(zhì)量檢測(cè)，防止漏液

型號(hào)：LJ-X8060,3D線激光3D掃描

檢測(cè)要求：針孔0.1mm*0.1mm

Busbar焊接檢測(cè)

檢測(cè)要求：0.1-0.2mm深度的焊縫外觀

檢測(cè)型號(hào)：LJ-X8200，LJ-X8080，線激光3D掃描

HS-TGA-103熱重分析儀主要由加熱系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。在測(cè)試過(guò)程中，樣品被放置在加熱系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行升溫。同時(shí)，稱重系統(tǒng)監(jiān)測(cè)樣品的質(zhì)量變化，并將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。通過(guò)測(cè)量樣品質(zhì)量隨溫度的變化，熱重分析儀能夠揭示材料的熱穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)行為等信息。

復(fù)合相變材料與液冷耦合的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究【南昌大學(xué) 劉自強(qiáng)】

夏季，一直是一個(gè)用電的高峰期。是什么確保電廠可以源源不斷給我們供電？又是什么在守護(hù)電廠的安全生產(chǎn)？今天我們就來(lái)探討一下怎樣GX的進(jìn)行熱電行業(yè)的維護(hù)。

工業(yè)內(nèi)窺鏡在鍋爐、汽輪機(jī)、變壓器等方面都能發(fā)揮重要的作用！

工業(yè)內(nèi)窺鏡可以觀察鍋爐的腐蝕、結(jié)垢、裂紋、變形、焊縫、堵塞異物等。 上圖為，某電廠鍋爐爆管，使用奧林巴斯IPLEX內(nèi)窺鏡將爆管后產(chǎn)生的氧化皮從管路中撈出。

工業(yè)內(nèi)窺鏡可以觀察汽輪機(jī)的變形、裂紋、燒蝕等。 上圖為，對(duì)電廠燃?xì)廨啓C(jī)葉片的檢查。定期觀察葉片有無(wú)裂紋、變形等情況，避免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生安全隱患。

工業(yè)內(nèi)窺鏡可以觀察變壓器油枕、變壓器筒體、斷路器電阻片、線圈等。 變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行后，油枕內(nèi)部會(huì)有滲油，對(duì)變壓器的絕緣效果會(huì)有所影響，用內(nèi)窺鏡檢查可以判斷滲油情況并且記錄下來(lái)。

現(xiàn)在工業(yè)內(nèi)窺鏡還配備了3D測(cè)量功能，不再需要長(zhǎng)時(shí)間斟酌測(cè)量物體，也不需要反復(fù)調(diào)整被測(cè)物體。

• 立即確認(rèn)被測(cè)量物體

• 在任何的測(cè)量區(qū)域上都能設(shè)定您所想要的參考線

• 讓深度測(cè)量變的更加自信

• 耐用性更高

近十年的發(fā)展歷程中，3D打印已經(jīng)在大型工業(yè)制造中嶄露頭角，不僅加快了制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，在多個(gè)國(guó)家都備受矚目。

2022年5月7日，美國(guó)總統(tǒng)拜登頒布了加速開(kāi)發(fā)3D打印技術(shù)的計(jì)劃 (AM Forward) ，希望大力發(fā)展，來(lái)?yè)屨贾圃鞓I(yè)未來(lái)的制高點(diǎn)。計(jì)劃中，包括GE（通用電氣）、Lockheed（洛克希德）、Raytheon（雷神）、siemens Energy（西門(mén)子能源）等在內(nèi)的美國(guó)大型設(shè)備制造商(OEM)將全面支持中小型企業(yè)(SME)使用3D打印技術(shù)，幫助他們提升工業(yè)制造能力和解決供應(yīng)鏈問(wèn)題。

3D打印進(jìn)入國(guó)內(nèi)校園

在國(guó)內(nèi)， 很多高校、研究室都早已引入DLP光固化3D打印機(jī)，通過(guò)3D打印還原課程內(nèi)的抽象知識(shí)、打印實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力；

2021年2月，教育部發(fā)布了《教育部關(guān)于公布2020年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果通知》，3D打印首次列入本科專業(yè)。河南新鄉(xiāng)學(xué)院成為開(kāi)設(shè)增材制造工程本科專業(yè)的大學(xué)。

2022年，越來(lái)越多的學(xué)校開(kāi)設(shè)3D打印專業(yè)。目前，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、河北科技大學(xué)、新鄉(xiāng)等高校均已開(kāi)設(shè)“增材制造工程”專業(yè)課，直接教授3D打印等相關(guān)課程。

在國(guó)家鼓勵(lì)教育創(chuàng)新、“雙減"政策的引領(lǐng)下，越來(lái)越多的DLP光固化3D打印機(jī)開(kāi)始走進(jìn)校園，甚至有很多小學(xué)已經(jīng)開(kāi)始教授3D打印實(shí)驗(yàn)課程。

相對(duì)于入門(mén)級(jí)FDM 3D打印機(jī)，高等院校和科研機(jī)構(gòu)多采用工業(yè)級(jí)DLP光固化3D打印機(jī)。在航空航天產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、汽車零配件開(kāi)發(fā)以及各種工業(yè)用具的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，3D打印發(fā)揮著不可或缺的作用。

工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)不但能夠快速驗(yàn)證開(kāi)發(fā)初期的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和迭代，支持打印高精度、復(fù)雜設(shè)計(jì)的模型，還可以小批量打印工業(yè)件， 滿足多次往復(fù)試驗(yàn)的需求。

這其中，清鋒作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的3D打印智造商，致力于用3D打印改變產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)方式，有責(zé)任也有義務(wù)將有利于3D打印這項(xiàng)前沿高端科技普及到更多可應(yīng)用的領(lǐng)域當(dāng)中，用技術(shù)賦能各行各業(yè)的發(fā)展，為國(guó)家科技創(chuàng)新貢獻(xiàn)智慧和力量，助力產(chǎn)出更多高精尖產(chǎn)品、優(yōu)秀論文和3D打印行業(yè)頂尖人才。

目前，清鋒的3D打印設(shè)備以及全套解決方案可滿足消費(fèi)、醫(yī)療、工業(yè)、汽車、航空航天、教育等不同的需求。在教育方面，也推出了專門(mén)針對(duì)高?？蒲袡C(jī)構(gòu)的解決方案。

清鋒全套教育解決方案：

打印設(shè)備

iLux系列桌面級(jí)LCD光固化3D打印機(jī)，Lux系列工業(yè)級(jí)DLP光固化3D打印機(jī)，可作為研發(fā)、教學(xué)、實(shí)驗(yàn)等配套設(shè)備，滿足不同項(xiàng)目需求

 打印材料

EM彈性材料、TM韌性材料、透明韌性材料、Dental齒科等材料，可滿足消費(fèi)、醫(yī)療、工業(yè)、汽車、航空航天等學(xué)科的教學(xué)研發(fā)需求

打印軟件

LuxFlow模型處理軟件，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入、文件修復(fù)、智能2D/3D擺放、生成支撐、切片、路徑填充等功能，便于快速進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)演示、培訓(xùn)實(shí)操、學(xué)術(shù)研發(fā)

相關(guān)學(xué)習(xí)支持

清鋒科技在光固化3D打印技術(shù)、軟硬件、材料等方面積累了來(lái)自各個(gè)高校的頂尖人材，可結(jié)合院校、機(jī)構(gòu)所需進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)及講座，助力教育科研工作更加系統(tǒng)、科學(xué)。

打印中心實(shí)地考察

清鋒科技在北京、寧波及美國(guó)硅谷均設(shè)有打印中心，可為學(xué)生及科研人員提供進(jìn)一步深入了解3D打印的場(chǎng)地支持

核心優(yōu)勢(shì)：

互聯(lián)：可接入LuxCreo的軟件生態(tài)，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)、高速切片、設(shè)備互聯(lián)、智慧工廠管理

敏捷：快速自主研發(fā)的納米離型技術(shù)LEAP?，速率提升20~100倍以上；成型件力學(xué)性能各向同性

柔性：適用于高精度原型件/測(cè)試件和小批量件的快速設(shè)計(jì)與制造

可持續(xù)發(fā)展：技術(shù)團(tuán)隊(duì)來(lái)自清華、哈佛、佐治亞理工、北卡州立、劍橋等；解決方案得到了10萬(wàn)零部件打印的檢驗(yàn)

清鋒合作案例：某航空技術(shù)研究院

日前，清鋒合作某航空技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱航院），為航院提供3D打印設(shè)備DLP光固化3D打印機(jī)Lux 3Li+以及全套解決方案，已配合研究人員實(shí)現(xiàn)全復(fù)材小型無(wú)人機(jī)的國(guó)內(nèi)“首造”。

無(wú)人機(jī)全機(jī)采用增材制造技術(shù)進(jìn)行模塊化制造，目前已完成增材制造的技術(shù)驗(yàn)證、模塊化生產(chǎn)組裝的可行性驗(yàn)證。

樹(shù)立在航院研究室的是清鋒最新推出的新一代大幅面DLP光固化3D打印機(jī)Lux 3Li+，可打印各類工程樹(shù)脂原型制作和批量生產(chǎn)；通過(guò)LuxCreo高性能材料，還能實(shí)現(xiàn)從模型樣品到實(shí)際功能性樣品的快速制造與生產(chǎn)。

通過(guò)清鋒的解決方案，航院能夠?qū)崿F(xiàn)：

1．快速航空產(chǎn)品研發(fā)迭代

2．樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)快速分析

3．先進(jìn)航空材料快速響應(yīng)快速制造

4．批量制造無(wú)人飛行器

5．通過(guò)不同材料的研發(fā)，拓展3D打印在航空產(chǎn)品的新應(yīng)用

現(xiàn)今，3D打印作為一項(xiàng)非常前衛(wèi)的高新技術(shù)，在彈性體3D打印、航空航天、高精度復(fù)雜零部件制造等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，也是國(guó)家重點(diǎn)支持發(fā)展的領(lǐng)域。清鋒的3D打印技術(shù)在位居領(lǐng)先地位，我們也想借助國(guó)內(nèi)頂尖技術(shù)推進(jìn)行業(yè)發(fā)展，讓教育科研和人才培養(yǎng)走在世界前列。