电池充电技术开发
背景
在电气化时代，电动汽车和电动飞机等技术正进入社会进步的前沿。然而，电气化的一个主要障碍是加快车辆电池充电时间。传统车辆、飞机加油一般需要几分钟，而电动汽车、飞机充电需要几小时。充电时间一直是消费者对纯电动汽车的一个顾虑，所以工程师需要投入精力去解决电池充电相关问题。
为了解决这个问题，电池工程师们正在探索减少电池充电所需时间的选择。然而，快速充电的锂离子电池会导致电池过早退化，因此也必须考虑快速充电的老化成本。因此，制造商不得不在电池充电时间和电池寿命之间取得平衡。
与常规充电协议相比，有多种充电协议。这些充电协议，既提高了电池寿命，又缩短了充电时间。其效果因电池单体而异，需对电池单体进行单独测试，以充分了解它们对单体充电时间和老化的影响。
充电协议的测试与优化是极其耗费精力的一项工作，需要大量的试验且耗费时间。GT-AutoLion通过仿真测试可很好的降低测试与优化的成本。
什么是镀锂（析锂）现象
快速充电导致电池老化的一个原因是，电池镀锂（析锂）。镀锂（析锂）是将锂离子还原为锂固体。充电过程中，低温导致晶格收缩，负极嵌锂空间不足，电荷转移与固相扩散变得更慢。无法嵌入负极的锂离子只能在负极表面得电子，从而形成银白色的金属锂单质，这就是镀锂（析锂）行为。这种锂金属沉积到阳极中，降低了阳极的孔隙率。由于锂离子在此反应中被消耗，从而降低了电池的容量。同时阳极孔隙率的降低，增加了电池的电阻。当锂离子电池高电流充电时，镀锂现象最频繁，尤其是在低温下。
图1显示了如何使用GT-AutoLion将容量衰减的实验数据与其内置的镀锂模型相匹配。工程师可以使用该模型进行虚拟测试各种充电策略及其对充电时间和电池退化的影响。
图1 电池镀锂（析锂）
充电协议
充电协议是一种定义电池充电方法的算法。每种充电协议都以不同的方式去实现，对充电时间和电池老化具有独特的含义，图2是三种最常见的充电协议。
图2 充电协议
最常用的充电协议是恒流恒压( CCCV )充电，在CCCV充电过程中，电池被恒流充电，直到达到一定的最大电压。之后，电池在保持前一最大电压的同时放电，如图2 (左)所示。CCCV协议被认为是最简单、最安全、最广泛使用的实现协议。
在升压充电( BC )中，电池充电的是一个恒定的升压电流，这个电流明显高于随后的恒流充电。然后，电池在保持恒定电压的同时放电，升压充电（BC）协议如图2 (中)所示。实现一个BC协议可以在不损失循环寿命的前提下减少充电时间。
脉冲充电( PC )是另一种也可以使用的充电协议，脉冲充电（PC）期间，电流在大电流和小电流之间交替变化，电压升高，直至达到一个上截止电压，如图2 (右)所示。脉冲充电可以减少由于扩散引起的电阻，从而减少充电时间和老化，提高一个电池的循环寿命。
考虑环境状况对快充和电池老化的影响
虽然可以对各种充电模式进行实验研究，但这些实验测试往往不能反映电池在车辆、飞机、电动工具或使用过程中可能看到的真实用例。
GT-AutoLion和GT-SUITE可以联合使用，在考虑各种负荷剖面、驱动循环、天气状况等任何使用情况的同时，预测锂电池将如何随时间老化，这些分析也可以升级为测试充电协议对实际充电时间和电池退化的影响。
结论
通过GT-AutoLion和GT-SUITE，工程师可以更好地理解充电时间和电池寿命之间的关系。权衡好两者之间的关系，可有效的提高品牌效应以及顾客满意度。
来源：Gamma Technologies公司
