看到一個關(guān)于電動汽車的短視頻,發(fā)布會上說以5C的超快充給電池充電:
本文不是廣告,大家忽略汽車品牌本身,這里說下什么是5C充電。
記得當年大學(xué)剛畢業(yè)時,公司讓設(shè)計一款電紙書閱讀器。
電紙書閱讀器內(nèi)置鋰電池,其充電電流要求設(shè)計為0.4C。
當時傻傻地不知道什么是0.4C,困惑了一小段時間,所以看到短視頻里的5C有感而發(fā),同時感概5C充電還是很厲害的。
5C中的C是單詞“Capacity(容量)”的縮寫。
5C充電是指以5倍于電池容量數(shù)值大小的電流進行充電。比如,一個電池容量為2000mAh,5C充電電流就是10000mA,即10A的電流。
如果電池容量為100Ah(安時),那么以5C充電的電流大小就是5×100=500A。
理想汽車的麒麟5C電池,在測試環(huán)境下,5C充電倍率電流能超過700A;其配套的5C超充樁,單樁峰值輸出電流為740A。
5C充電速度非???,對電池的性能和安全性要求極高。這種高倍率充電可能會導(dǎo)致電池發(fā)熱嚴重,對電池的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及充電管理系統(tǒng)都提出了巨大挑戰(zhàn)。如果控制不當,可能會影響電池壽命甚至帶來安全風(fēng)險。
值得一提的是:
以5C充電,就能以0.2小時把電池充滿嗎?
以0.4C充電,就能以2.5小時把電池充滿嗎?
答案都是否定的。
下面以電紙書閱讀器為例進行說明。(注意電動車電池的充電可能有一些區(qū)別)
0.4C充電意味著充電電流大小是電池容量的0.4倍。在理想狀態(tài)下,以這樣的電流充電,2.5小時正好可以將電池充滿。但在實際情況中,由于存在充電過程中的能量損耗等因素,無法在嚴格的1小時內(nèi)將電池完全充滿。
同時,電紙書閱讀器使用的充電管理芯片(具體型號為MP26028)給鋰電池充電時有涓流充電、恒流充電、恒壓充電、充電結(jié)束四個過程,只有在恒流充電過程中是以0.4C在充電:
一、涓流充電
當電池電壓低于一定值時,充電器會采用較小的恒定電流對鋰電池進行預(yù)充。這是為了避免電池因過度放電而損壞,同時也能慢慢恢復(fù)電池的性能。
二、恒流充電
當電池電壓上升到涓流充電閾值以上時,充電器進入恒流充電模式。在這個階段,充電電流保持恒定。隨著充電的進行,電池電壓會不斷上升,直到達到設(shè)定的電壓值(如4.2V)。
三、恒壓充電
當電池電壓達到設(shè)定值(如4.2V)后,充電器轉(zhuǎn)為恒壓充電模式。此時,充電電壓保持恒定,充電電流會逐漸減小。隨著電池電量的逐漸充滿,電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)使得其能夠接受的充電電流越來越小,直到充電電流降至設(shè)定值以下(通常為恒流充電電流的1/10),充電過程結(jié)束。
四、充電結(jié)束(終止)
當恒壓充電階段的充電電流降低到足夠低的水平時,充電管理芯片停止充電,以防止過充對電池造成不可逆的損害,甚至引發(fā)安全事故。此外,為了確保安全,充電管理芯片還可能會采用其他的充電終止條件,如達到最長充電時間、電池溫度過高(如達到 60℃)等。
以上的電池充電知識是硬件工程師需要掌握的,應(yīng)屆畢業(yè)生如果在面試時可以回答上來,說明不僅掌握了一般的充電電路設(shè)計,并且理論功底不錯。