Является ли температура единственным ограничением скорости зарядки аккумулятора?

Вы, конечно, не можете заряжать так быстро, как хотите , но вы действительно можете увеличить скорость зарядки, если будете продолжать охлаждать батарею в процессе. Хотя дело не в том, чтобы сделать батарею холоднее, чем обычно, а в том, чтобы предотвратить ее перегрев.

Например, взгляните на этот разбор аккумуляторной батареи Tesla, показывающий систему охлаждения, необходимую для быстрой зарядки.

Могу ли я заряжать так быстро, как хочу, при условии, что я достаточно остыл?

Нет. Чтобы заряжать быстрее, вам нужно более высокое напряжение для преодоления внутреннего сопротивления. Если напряжение слишком высокое, это может привести к повреждению из-за электролиза или других эффектов, в зависимости от химического состава батареи.

Свинцово-кислотная батарея «газует», когда напряжение достигает ~ 2,45 В на элемент, поскольку вода распадается на водород и кислород. Это приводит к тому, что «мокрая» свинцово-кислотная батарея теряет электролит, а газовая смесь представляет опасность взрыва. Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы могут поглощать и рекомбинировать определенное количество газа, но если давление становится слишком высоким, они выходят наружу. Необходимость поддерживать напряжение ниже уровня газообразования является основным фактором, ограничивающим скорость зарядки свинцово-кислотной батареи, даже при низком токе, который не сильно нагревает батарею. Если вы проигнорируете выделение газа и попытаетесь заряжать еще быстрее, то эффективность зарядки может резко упасть из-за пузырьков газа, уменьшающих эффективную плотность электролита и площадь поверхности пластины.

Высокое напряжение также может вызвать повышенную коррозию, пробой изоляции, искрение между клеммами и т. д. Таким образом, вы не можете просто увеличить напряжение «столько, сколько хотите», чтобы получить более высокую скорость зарядки, даже если вам каким-то образом удастся сохранить все внутренние детали. батареи прохладно.

Однако с некоторыми химическими элементами аккумуляторов вы можете увеличить ток заряда намного выше номинального значения, по крайней мере, для части цикла зарядки.

Химическая реакция при зарядке никель-кадмиевой батареи эндотермическая , поэтому батарея естественным образом охлаждается во время зарядки. Если у него есть толстые пластины и межсоединения для снижения омических потерь, никель-кадмиевый аккумулятор можно заряжать очень высоким током до момента полной зарядки. Однако ток должен быть отключен, как только он достигнет полного заряда, иначе он быстро нагреется и создаст внутреннее давление, что может привести к его вентиляции и/или короткому замыканию.

Мощные литий-ионные аккумуляторы также можно заряжать очень быстро во время фазы «постоянного тока». Литий-ионные аккумуляторы имеют очень высокую эффективность зарядки, поэтому они обычно не нагреваются во время зарядки. Основным ограничивающим фактором является повышенная вероятность короткого замыкания (очень тонкого) сепаратора при более высоком напряжении. Некоторые высокомощные Lipo рассчитаны на скорость зарядки до 15C - полная зарядка за 4 минуты! Однако, поскольку максимальное напряжение строго ограничено, ток должен быть снижен на последние 20 %, чтобы время до 100 % заряда было намного больше.

Многие химические ограничения, до которых вы можете заряжать или разряжать аккумулятор, на самом деле ухудшаются с понижением температуры.

Например: подвижность носителей заряда в холодной батарее будет ниже, чем в теплой. Это приводит к более высокому внутреннему сопротивлению. Таким образом, вы не можете заряжать или разряжать так быстро, потому что заряды просто не двигаются так быстро.

Вот почему в холодные зимние дни стартерным батареям труднее заводить автомобили, потому что они просто не могут обеспечить такой большой ток. Для зарядки все то же самое.

Если вы заряжаете слишком быстро, то из-за того, что теплопередача не мгновенная, пластины изгибаются из-за теплового расширения и создают локальные «короткие замыкания», которые затем могут привести к катастрофическому отказу.

И да, я видел, как это делается: высокоскоростное зарядное устройство настроено на 24 В на 12-вольтовой батарее: кем-то на несколько ломтиков меньше буханки...