近年来,电动汽车市场在国内可以说是蒸蒸日上,随着技术的不断革新,越来越多的高续航纯电动车走进了我们的生活。同时,快充技术的不断突破也使得电动汽车的实用性更强。
诸如“30分钟充满80%”、“充电半小时,续航200km”等宣传语活跃在电动车的宣传页面。比如上图中的帝豪EV450在宣传时就号称从30%电量充到80%电量仅需30分钟。
荣威Ei5的宣传页面放的则是“40分钟可以充满80%”。看到这些标语,我们很自然的就会去计算充满100%需要多少时间。就拿“40分钟充满80%”来说,按照比例的话充满100%应该不到1小时。
可是仔细了解了锂离子电池充放电的原理和特性之后,湃客才发现原来“XX分钟充满80%”可能真的是厂家的一种宣传套路。实际充满也绝对不是1个小时可以完成的事情。
目前市面上大多数纯电动汽车采用的都是三元材料的锂离子电池。这种电池中含有锂离子,但是不含金属锂。如果对初中化学还有一点印象的话,你应该知道锂离子自带一个正电荷,而电子自带一个负电荷。
所谓电流的形成其实就是电子定向移动的过程,而正电荷和负电荷是会相互吸引的。所以只要把带正电荷的锂离子集中到正负极的其中一极,那么电子便会受到锂离子上正电荷的吸引产生定向移动,这就能产生电流。
所以通常使用三元锂电池的电动汽车在充电时,锂离子会集中向电池的负极材料移动。等到几乎所有的锂离子都吸附到负极材料上时,也就意味着电量基本充满。
在锂离子电池的放电过程中,锂离子由负极材料向正极材料移动,而电子则会通过电线从电池的正极向负极运动,从而形成电流。直到带正电荷的锂离子几乎全部回到正极材料上,整个锂离子电池才不会继续放电。
在明白了锂离子电池充放电的原理之后,如果你觉得充电过程中锂离子向负极材料移动的速度是一致的,那就大错特错了,这和我们平时打开自来水龙头放水可不一样。
通常锂离子电池在充电时分为恒流充电和恒压充电两个过程,而这两个过程切换的点大致就是锂离子电池充满80%电量的时间点。
在恒流过程中,锂离子电池的电压随着充电不断上升,到快接近4.2V时,电压基本不再变化,此时电流逐渐减小,直至最后电流接近恒流时的0.1倍,就可以认为电池已经充满。
所以通过上面的曲线可以看出,从80%电量到电量基本充满需要经过很长的时间,甚至比从0充到80%电量所需的时间还要长很多。
那么为什么锂离子电池不能维持“恒流”直到充满呢?这是因为当电压上升到4.2V左右时,就不能再继续上升,否则会损伤锂离子电池。而那时的电阻已经较大,所以只有电流做出妥协才能继续维持4.2V的电压。
就好比我们平时上班挤公交车,当一辆空的公交车来的时候,等候的人群大量且持续得涌入公交车(恒流过程)。但是当公交车快满时,挤上去的难度会大很多(电阻变大),而对公交车也不能再继续施加压力(电压不能变大),否则公交车门可能会被挤破。这时唯一能妥协的就只有上车的人流(电流逐渐变小)。直到最后车内几乎没有空间,公交车司机就会把车开走(相当于充满电了)。
所以对于可以载客100人的公交车来说,可能前30秒可以挤进去80人,而之后的20人可能需要1分钟才能再挤进去。纯电动汽车的快充也是同样的道理。
显然,由于锂离子电池的充电特性,决定了目前锂离子电池前80%电量的充电速度远远超过后20%电量的充电速度。所以厂家喜欢宣传充满80%电量所需的时间也就不足为奇了。