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一般快充的定义为在短时间内可以给电池充入大量电能,而对具体充电时间和电池荷电状态没有统一的规定。根据早期美国加州空气资源委员会(CARB)的规定,电动汽车快速充电时间为10min(6C)。对电动汽车行业而言,快充指可以在数十分钟,乃至几分钟内将电池充满,区别于慢充的7—8h充电。
我们首先要了解下“标称电流”与“标称电压”这两个概念。标称电流是某电子产品的最大负荷电流。无论任何电源都有一定的内阻,因此当电源输出电流的时候,会在内部产生压降,这个压降等于输出电流乘以电源内阻。
内阻的存在会产生两个问题,一个是产生热量,等于输出电流的平方乘以内阻;另一个是当电源连接负载后,其输出电压变为空载电压减去内部压降,而达到输出电压就是标称电压。
通常的电源设计在考虑散热问题之后,一般限制一个电流值,当输出电流达到这个值得时候,输出电压降低为标称电压的95%,或者其他比例,各厂家根据负载产品的不同需要,可以设定更高或者更低的比例,这个电流值就是标称电流。
想必生活中我们大家也都有类似的经验:当自己不采用标配充电器对手机,电动车等充电,大多数情况将会延长充电时间,这充分说明,充电速度还与充电适配器提供的电流和电压有关。研究人员分别测了几种充电器的三星GalaxyS6edge是一个典型代表,它使用了标配的支持快速充电的充电器进行测试时仅需要37分钟就可以完成测试,使用5V/2.1A充电器时间延长到49分钟,而使用苹果的5V/1A充电器时间延长到107分钟。
使用支持快速充电的标配充电器,比起使用5V/1A的充电器充电时间缩短为三分之一;2000mAh的锂离子电池大概是7.4Wh,使用5V*2A也就是10W的电源适配器充电,理想情况下45分钟即可充满。9V*2A=18W>10W=5V*2A,所以9V/2A的电源适配器比5V/2A的电源适配器快。
由此可见,在同一电压下,随着电流密度的减小,充电时间是增加的;而在相同电流密度下,电压越高,功率越大,充电时间越快。总之,我们的充电适配器要与充电设备相匹配,才能满足一定条件的“快充”。
所谓匹配,可以从功率匹配、电压匹配、电流匹配:
①功率匹配。按照能量守恒定律,输入功率=输出功率,但由于电源内阻的存在,输出功率=输入功率-内阻发热功率,这样输出功率就会变小。电源的标称功率就是指的减去内阻功率后的这个功率。根据电功率=电流*电压的公式,我们就知道了在功率匹配过程中,必须要考虑电压和电流的匹配,两者缺一不可。
②电压匹配。电源和用电设备在设计时,对电压的要求都有一个范围,以标称电压为准,容许上下有一定的偏差幅度,只要在这个幅度内,即为匹配,大于或小于这个幅度,即为不匹配。所以在前面的叙述中,都是讨论电压一样的情况下,电流的大小对充电速度的影响,没有这个前提条件,也就无法讨论。
③电流匹配。电压一定的情况下,功率的大小就由电流的大小决定了。
欧姆定律告诉我们:电压=电阻*电流,即电压一定时,电阻和电流成反比;电阻一定时:电压和电流成正比。如果我们把负载设备看成一个电阻,那它就有了等效电阻,一般来讲这个等效电阻也是一定的。那么用电功率=电流的平方*电阻这个公式,就更一目了然了。这样我们的问题就简单了,对于用电器来讲,在输入功率、输入电压一定的条件下,决定它工作电流大小的,是它自身的等效电阻和电源的内阻;而在输入功率、输入电压、等效电阻一定的条件下,电流也近似于固定。这时只要电源的标称电流大于或等于这个固定电流,相互之间就达到了合适的匹配度。
所以,原装产品之间最匹配,因为在设计时已经考虑到设备和周边配件的各种情况。如果没有原配时,只要你的负载设备,在电源标称电流之内,那就是安全的、匹配的.
锂离子电池,实现快速充电,短时间内内阻升高较小是可行的,而随着寿命的衰减,电池的内阻升高导致功率下降,使得电池充电能力下降,并且升温过高导致寿命加速衰减。无论是纯电动汽车还是电动自行车,目前充电难、充电时间长等技术性问题仍然是限制其推广和发展的“拦路虎”,充电设施不能充分满足需求的条件下,核心问题转战了到“快充技术”,因而“快充”便成了很多厂家市场推广的“亮点”。笔者个人认为,锂电池“快充”虽好,但安全把控不可忽视。锂电的快充问题需要从两个层次进行分析。