近來，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壽命成為電動(dòng)車的主要能源。當(dāng)前，有幾種方式來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)勢和劣勢。

Fig 1 電動(dòng)汽車(EV)研究路線圖

材料-電極-電池層級對快充的影響

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)勢及劣勢

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的主要問題是充電時(shí)間較長，且CV恒壓過程會導(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

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)議是通過多步的變換的恒電流進(jìn)行充電，作為目前Z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，避免析鋰和過充等，但是，MCC充電協(xié)議需要對電池內(nèi)部的電路進(jìn)行全面準(zhǔn)確評估后才能有效進(jìn)行開發(fā)。因此，MCC的開發(fā)需要直流和交流阻抗技術(shù)組合使用。

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)，電流開始衰減至0.1C。為了維持溫度恒定，采用PID進(jìn)行溫度控制。

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

經(jīng)過以上分析，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，成為目前鋰離子電池快充Z具潛力的方法之一，由于其波形的復(fù)雜性，對于溫度的監(jiān)測，析鋰的有效評價(jià)等以及鋰離子電池內(nèi)部等效電路的全面分析，對于所使用的開發(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，測試設(shè)備需要具備以下能力。