전기 자동차보다 더 큰 수요에서 초고속 충전이 가능한 곳은 없습니다. EV를 몇 분 만에 재충전하면 600kWh의 에너지를 공급하는 탱크에 50L(13갤런)의 연료를 채울 수 있는 편리함을 재현할 수 있습니다.
전기화학적 장치의 이러한 대규모 에너지 저장은 그러한 용량이 있는 배터리의 무게가 6톤이나 나가기 때문에 실용적이지 않습니다. 대부분의 Li-ion은 kg당 약 150Wh만 생산합니다. 화석 연료의 에너지는 대략 100배 더 높습니다.
EV 충전은 항상 탱크 충전보다 시간이 오래 걸리고, 배터리는 항상 화석 연료보다 중량당 에너지를 적게 공급합니다. 비록 배터리가 그러한 목적으로 설계되었다 하더라도, 법 규정을 어기고 초고속 충전을 강요하는 것은 스트레스를 가중시킵니다.
우리는 배터리가 자연에서 느리다는 것을 명심해야 합니다. 노인과 마찬가지로, 노인의 신체 상태는 사용 및 연령에 따라 덜 이상적이 됩니다. 급속 충전 능력도 마찬가지입니다.
어떤 사람은 모든 충전 에너지가 천천히, 빠르게 또는 초고속으로 충전되든 배터리로 들어간다고 가정합니다. 배터리는 비선형 장치이며 대부분의 화학 물질은 손실 없이 최대 약 50%의 충전 상태(SoC)까지 빠른 전하를 허용합니다. NiCd가 가장 효과적이며 최소한의 스트레스로 고생합니다. Li-ion 양극에서 리튬 이온의 수용이 노동화될 때 충전 주기의 후반부에서 최고 전하를 향해 응력이 발생합니다. 한 가지 비유를 들자면, 판매 특수를 잡기 위해 쇼핑몰의 마지막 주차 자리를 놓고 다투는 격한 운전자들이 있습니다.
배터리가 비었을 때 초고속으로 충전한 다음 50% SoC 이상에 도달하면 전류를 차단하는 것을 스텝 충전이라고 합니다. 노트북 업계는 수년 동안 단계적 충전을 적용해 왔습니다. 배터리 시스템마다 충전 허용 요구 사항이 다르기 때문에 충전 전류는 배터리 유형과 조화를 이루어야 합니다. 배터리 제조업체는 충전율을 SoC의 기능으로 게시하지 않습니다. 이 중 대부분은 독점 정보입니다.
연구 회사들은 BU-409: 충전 리튬 이온에 설명된 대로 정기적인 CCCV 충전 대신 맥박 충전 Li-ion으로 이점을 얻어야 한다고 주장합니다. 과학계는 대체 요금 부과에 회의적이며 "관망하는" 접근법을 취하고 있습니다.
우리 몸은 37ºC(98ºF)에서 가장 잘 작동하므로, 배터리가 따뜻할 때 운반 메커니즘도 개선됩니다. 최신 EV는 "프리차지" 기능을 통해 주행 중 대기 중인 고속 충전에 대비하여 배터리 온도를 조절할 수 있습니다. (BU-410: 고온 및 저온 충전 참조)
EV, e-bike, 비행 물체, 휴대용 장치 또는 취미용 장치를 소유하고 있든 간에 배터리를 초고속 충전할 때는 다음 조건을 준수해야 합니다.
배터리는 초고속 충전을 허용하도록 설계되어야 하며 양호한 상태여야 합니다. Li-ion은 10분 정도의 빠른 충전을 위해 설계될 수 있지만, 그러한 셀의 특정 에너지는 낮을 것입니다.
초고속 충전은 첫 번째 충전 단계에서만 적용됩니다. 배터리가 70% 충전 상태(SoC)에 도달하면 충전 전류를 낮춰야 합니다.
팩의 모든 셀은 균형을 유지해야 하며 저항이 매우 낮아야 합니다. 노화 세포는 종종 용량과 저항이 분산되어, 불일치와 약한 세포에 과도한 스트레스를 일으킵니다.
온도가 낮으면 화학 반응이 느려지기 때문에 보통 온도에서만 초고속 충전을 수행할 수 있습니다. 사용하지 않는 에너지는 가스, 금속 도금 및 열로 바뀝니다.
초고속 충전기는 시속 300km(188mph)로 주행하는 고속 열차(그림 1)와 비교할 수 있습니다. 전력 증가는 비교적 간단합니다. 열차의 허용 속도를 좌우하는 선로이지 기계가 아니다. 배터리 상태도 마찬가지로 충전 속도를 결정합니다.
1. 고속 열차
초고속 충전을 고속 열차와 비교할 수 있습니다.
강력한 기계는 만들기가 쉽지만, 속도를 제한하는 것은 트랙입니다.
잘 설계된 초고속 충전기는 "화학 배터리"의 상태를 평가하고 충전 능력에 따라 조절합니다. 충전기에는 온도 보상 및 기타 안전 기능도 포함되어 있어 특정 조건이 존재할 때 충전 전류를 낮추고 배터리가 과도한 스트레스를 받으면 충전을 중지해야 합니다.
SMBus 또는 기타 프로토콜에서 실행되는 "스마트" 배터리는 충전 전류를 담당합니다. 시스템은 배터리 상태를 관찰하고 이상이 발생할 경우 충전을 낮추거나 중단합니다. 일반적인 불규칙성은 셀 불균형 또는 보정의 필요성입니다. 오류가 수정되지 않으면 일부 "스마트" 배터리가 작동을 중지합니다.
2. 초고속 충전 Li-ion에 대한 제한 사항
Li-ion이 수용할 수 있는 최대 전하 전류는 일반적으로 가정되는 음극 재료가 아닌 셀 설계에 의해 제어됩니다. 양극의 리튬 도금을 피하고 온도를 조절하는 것이 목표입니다.
다공성이 높고 흑연 입자가 작은 얇은 양극은 표면적이 크기 때문에 초고속 충전이 가능합니다. 전력 셀은 높은 전류에서 충전 및 방전될 수 있지만 에너지 밀도는 낮습니다
. 이에 비해 에너지 셀은 양극이 두껍고 다공성이 낮으며 충전 속도는 1C 이하이어야 합니다. NCA의 일부 하이브리드 셀(니켈-코발트-알루미늄)은 적당한 응력만으로 1C 이상 충전할 수 있습니다.
필요할 때만 초고속으로 충전하십시오. 잘 설계된 초고속 충전기는 사용자가 할당된 시간 동안 스트레스를 가장 적게 받는 충전기를 선택할 수 있도록 충전 시간을 선택해야 합니다. 그림 2는 1C, 2C 및 3C 속도로 충전 및 방전될 때의 일반적인 리튬 이온 배터리의 주기 수명을 비교합니다. 1C 미만의 충전 및 방전을 통해 수명을 연장할 수 있습니다. 0.8C가 권장 속도입니다.
1C, 2C, 3C 충전 및 방전을 통한 Li-ion의 사이클 성능입니다.
그림 2: 1C, 2C, 3C 충전 및 방전으로 Li-ion의 성능을 사이클링합니다.
1C 이상의 Li-ion을 충전 및 방전시키면 사용 수명이 단축됩니다. 가능한 한 느린 충전 및 방전을 사용하십시오. 이 규칙은 대부분의 배터리에 적용됩니다.
3. 리튬 침전물
리튬 증착은 리튬을 리튬 이온의 음 흑연 전극으로 상호 교정할 수 있는 능력을 초과할 경우 형성됩니다. 음극 전극에 금속 리튬 필름이 형성되어 호스트 물질에 균일하게 퍼지거나 평면, 이끼 또는 수지상 형태로 한 영역으로 중력됩니다. 수지상 형태는 자가 방전을 증가시켜 극단적인 경우 단차를 유발하고 불꽃으로 환기를 일으킬 수 있기 때문에 우려됩니다.
환경 조건은 다음과 같이 리튬의 퇴적에 영향을 미칩니다.
1. 리튬 침전물은 리튬 이온을 저온에서 초고속으로 충전할 때 증가합니다.
2. 1Li-ion이 주어진 충전 상태 수준을 넘어서는 초고속 충전이 되면 Deposition이 발생합니다.
3. 내부 저항력이 높아지면서 리튬 이온이 망가지면서 구축량도 늘어난다고 합니다.
소비자는 낮은 온도에서 빠른 충전을 요구하며, 이는 전기 자동차에서 특히 중요합니다. 솔루션에는 특수 전해액 첨가제 및 용제, 최적의 음극 대 양극 전극 비율, 특수 셀 설계가 포함됩니다.
흔히 묻는 질문이 있습니다. "왜 초고속 충전기는 배터리를 70~80%만 충전합니까?" 이는 스트레스를 줄이기 위해 의도한 것일 수도 있지만, 배터리 충전 속도가 빨라질수록 증폭되는 전압과 충전 상태 사이의 지연으로 인해 자연스럽게 발생합니다. 이것은 고무 밴드가 무거운 무게를 들어올리는 것과 비교할 수 있습니다. 무게가 클수록 시차 폭이 넓어집니다. 배터리가 부분적으로만 충전된 상태에서 초고속으로 충전하면 전압이 4.20V/셀 천장으로 빠르게 이동합니다. 완전 충전은 포화 상태에서 느린 속도로 발생합니다.
Titanate 리튬은 예외일 수 있으며 과도한 응력 없이 초고속 충전이 가능합니다. 이 기능은 향후 EV에서 사용될 가능성이 높지만, 리타이타네이트는 코발트 혼합 리이온보다 특정 에너지가 낮고 배터리도 비쌉니다. (BU-205: 리튬이온 유형 참조)
니켈 카드뮴은 몇 분에서 70%의 충전 상태로 충전될 수 있는 또 다른 배터리 화학 물질입니다. 대부분의 배터리와 마찬가지로, 충전 허용량이 완전 충전 쪽으로 떨어지며 충전 전류를 줄여야 합니다.
모든 초고속 방법은 높은 전력을 필요로 합니다. 초고속 EV 충전소는 5가구에 해당하는 전력을 소비합니다. EV를 충전하면 도시가 어두워질 수 있습니다.
4. 요약
모든 배터리는 상온에서 충전 및 방전이 적당할 때 가장 좋은 성능을 발휘합니다. 이러한 은신처 라이프 스타일은 컴팩트 팩을 빠르게 충전하고 높은 전류를 전달해야 하는 실제 상황을 항상 반영하는 것은 아닙니다. 이러한 일반적인 애플리케이션은 취미 생활자를 위한 드론과 원격 제어 장치입니다. 작은 팩이 가지고 있는 모든 것을 제공해야 하는 짧은 수명을 기대하십시오.
빠른 충전이 필요한 경우, 안녕하십니까?
최근댓글