一般的な急速充電は高出力DC充電で、30分で80%の電力を充電できます。急速充電DC充電電圧は、一般的にバッテリー電圧よりも高くなります。では、リチウムバッテリーの急速充電における技術的な問題に関して、どのようなリスクがあるのでしょうか？
リチウム電池の急速充電に伴うリスクは何ですか?
急速充電を実現する基本的な方法は3つあります。電圧を一定に保ちながら電流を増加させる、電流を一定に保ちながら電圧を増加させる、そして電流と電圧を同時に増加させる、というものです。しかし、真の急速充電を実現するには、電流と電圧を向上させるだけでは不十分です。急速充電技術は、急速充電アダプターやインテリジェントな電源管理システムなど、包括的なシステムセットを必要とします。
長期にわたる急速充電はリチウム電池の寿命に影響を与え、リチウム電池の急速充電は電池のサイクル寿命を犠牲にします。電池は電気化学反応によって電気を生成する装置であり、充電は逆化学反応の発生であり、急速充電は電池に高電流を瞬間的に入力することになるため、急速充電モードを頻繁に使用すると電池の容量が減少し、電池の充放電サイクル数が減少します。
リチウム電池の急速充電は、熱効果、リチウム沈殿、機械的効果の3つの効果をもたらします。
1. 頻繁な急速充電はバッテリーセルの分極を加速させる
連続充電電流が大きい場合、電極のイオン濃度が上昇し、分極が増大するため、電池端子電圧は充電量と直線的に比例しなくなります。同時に、大電流充電は内部抵抗の増加を招き、ジュール熱効果の増大を招きます。これにより、電解液反応の分解、ガス発生などの一連の問題が引き起こされ、リスク要因が急激に増加し、電池の安全性への影響が大きくなり、非通電時の電池寿命が著しく短縮されることになります。
2. 急速充電を頻繁に行うと、バッテリーコアが結晶化する可能性があります。
リチウム電池の急速充電は、リチウムイオンが急速に放電し、負極へ「泳動」することを意味します。そのため、負極材料にはリチウムの埋め込み能力が求められます。埋め込みリチウム電位とリチウム析出電位はほぼ同じであるため、急速充電時や低温条件下では、リチウムイオンが樹枝状リチウムの表面に析出する可能性があります。樹枝状リチウムは隔膜を貫通し、二次損失を引き起こし、電池容量を低下させます。リチウム結晶が一定量に達すると、負極から隔膜へと成長し、電池の短絡を引き起こす危険性があります。
3. 急速充電を頻繁に行うとバッテリー寿命が短くなる
頻繁な充電はバッテリーの消耗を早める傾向があり、バッテリーの活動性の低下や寿命の短縮といった問題につながることもあります。特に急速充電技術の導入後、充電初期の速度は非常に速いものの、プラグを抜いた際に100%まで充電されないため、複数回の充電が必要になり、バッテリーの充電サイクル数が増加します。このような使用方法を長期間続けると、バッテリーの活動性が低下し、バッテリーの劣化が早まります。
高温はリチウム電池の劣化の最大の原因です。高出力の急速充電は、バッテリーを短時間で発熱させます。一方、非急速充電では、出力が低く、単位時間あたりの発熱量も少ないものの、通電時間を長くする必要があります。このように、バッテリーの熱は時間の経過とともに蓄積され、充電中に発生する熱量の違いは、バッテリーの劣化速度に影響を及ぼすほどではありません。
以上をまとめると、急速充電はバッテリーに対する品質要求が高く、バッテリー寿命の損失が大きく、安全係数が大幅に低下するため、必要がない限り急速充電は最小限に抑えるようにしてください。バッテリーを頻繁に急速充電するとバッテリーに損傷を与えますが、バッテリーセルの密度、材質、周囲温度、バッテリー管理システムの違いにより、急速充電中にバッテリーが受ける損傷の程度は異なります。
投稿日時: 2023年10月26日