动力蓄电池的充电速度受到多种因素的限制。首先电池本身是决定充电速度的关键。如果电池在充电承受能力方面有短板,那么充电速度就会受到影响,而且大容量电池通常需要更长的充电时间。
充电过程本质上是电池内部的氧化还原反应,锂离子从负极脱出穿过隔膜和电解质到达正极,而这一过程的扩散速度直接影响充电速度。虽然电流过大会在理论上加快充电速度,但也会导致电子与离子的运输过程脱节,从而影响电池的性能和寿命,甚至可能引发起火或爆炸的危险。因此,除非急需充电,建议选择较慢的充电方式。
锂离子的扩散速度与温度和正极材料结构密切相关。温度过高或过低都会影响电池的性能和安全性。温度过高会降低电池的寿命和安全性,温度过低可能导致金属锂的沉积,造成短路。例如,磷酸铁锂电池在低温下容量会大幅下降,因此在北方冬季电动车需要配备加热功能,这将增加耗电。
在材料方面,不同的正极材料具有不同的锂离子扩散能力。例如,钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、NCM、NCA等都是性能较好的正极材料,其中磷酸铁锂和NCM材料在当前的应用中最为广泛且性能最佳。
充电设备也对充电速度有影响。一般来说,充电桩输出功率越大,充电时间越短,但功率并非可以无限提高。交流充电桩具有普适性,通常采用220V交流充电,电流一般为16A或32A,充电速度相对较慢。
除了最大充电速率的瓶颈之外,电池在不同荷电状态下所能承受的充电速率也会有所不同。当电池的荷电状态(SOC)达到90%以上时,电池的内阻会明显上升,从而导致充电速率减慢。