快速充电

302019年XNUMX月

无论是与股市,总统选举还是气候有关,2020月都是可以预测来年和未来十年的月份。 那么,对于即将到来的2030-XNUMX十年,我们应该期待什么电池趋势?

1.锂离子电池将为更多应用提供动力—一切都带电: 2019年诺贝尔化学奖重点介绍了锂离子电池在过去四十年中取得的进步。 从1970年代的实验室实验来看,它们现在在消费类设备中无处不在。 他们越来越多地涉足运输和电网存储应用。

毫无疑问,2020年是从电动汽车到公共汽车和卡车的运输电气化的十年。 电动汽车(EV)的数量从2015年的约75种跃升至2020年的1种以上,其中包括跑车,轿车,SUV和轻型卡车。 汽车公司及其供应链正在无休止地转型。 这将不是一个容易的转变—将有赢家和输家。 在未来几年内将不适应的汽车制造商和一级供应商可能会变得无关紧要。 运输技术工人的性质也在发生变化。 工会正在引起注意,但新的劳动力需要大量培训。

电力部门将在其电网上实施更多的储能项目,这在一定程度上是受到法规以及清洁能源电网的普及以及分布式风能和太阳能发电的推动。

历史上较小的单位体积的工业应用将受益于锂离子电池扩散的增加​​。 随着社区寻求更清洁的空气,我们将看到当地法规禁止使用任何以化石燃料为动力的东西,从铲车到割草机。

2.电池将提供更好的性能,但具有最佳的折衷方案:

比尔·盖茨在1981年的名言“640KB对每个人来说应该足够[内存]完全提醒我们,一件好事还不够。 就像计算机以更多的计算能力和内存蓬勃发展一样,移动性将随着可用电池容量的增加而蓬勃发展。 下一代5G无线智能手机需要更多的电池容量。 电动汽车驾驶员需要更长的行驶里程(超过300英里)。 更大的电池容量意味着不断地寻求具有更高能量密度的新型材料。

公众将变得更加敏锐,并期待更好的电池保修。 更长的循环寿命(寿命),而快速充电将成为性能的标准,尤其是在运输中。

但是要花多少钱呢? 制造商将学习优化电池的容量,尺寸,循环寿命和针对目标应用或用户案例的充电时间。 车队中的电动汽车将具有与住宅通勤者不同的电池设计。 与太阳能一起使用的备用电池将更加不同。 电动汽车的购买者将学习如何根据电池做出明智的选择。 就像购买者从历史上学会了了解4缸和8缸发动机的区别一样,他们将更加了解kWh额定值之间的区别。

3.电池价格将继续下降,但增速将放缓:

锂离子电池的成本在过去十年中从每千瓦时1,100多美元下降到150年的每千瓦时2019美元。预测者预计,这一数字将在100年降至2023美元以下。在这样的水平下,电动汽车的成本将与使用内部电池的传统汽车达到同等水平内燃机(ICE)-没有政府购买者激励措施。 在规模,数量增加以及在中国占据主导地位的电池制造的推动下,标准电池日益日趋商品化。 供应链在解决电池商品化方面正变得越来越专业。 为了提高电动汽车模型的盈利能力,汽车制造商将越来越多地将传统的成本准则应用于其电池供应链,将提高的生产效率应用于对冲。 一些需要更高性能的特定应用将受益于先进材料的新发展,例如,尽管以更高的成本提供了更高的能量密度,但渗透率有限。

与中国贸易紧张的风险将继续笼罩整个电池供应链。 即使锂离子电池制造工厂在亚洲和欧洲其他地区上线,从原材料采购到最终组装,中国仍将继续主导锂离子电池供应链。 美国联邦政府和州政府将需要制定明确的政策,以解决向以电池为中心的运输系统的快速过渡,否则将面临与中国在电池技术和制造方面的贸易紧张局势升级的风险。

4.电池在现场将变得更加安全:

智能手机通常在亚洲许多地区引起轰动,这甚至不是头条新闻。 那将会改变。 那必须改变。 电池安全性的预期标准必须大幅度提高,尤其是随着可获得更大的电池容量(在电动汽车或电网中)尤其如此。 生产现场的有效检查方法和现场智能电池管理系统可以将电池安全性提高几个数量级。

然而,令人遗憾的是,不可避免的是,在整个行业投入巨资改善电池安全之前,甚至在某些政府的干预下,电池大火将成为未来的头条新闻。

5.政府将介入以规范锂离子电池的回收利用:

业界将认识到,回收锂离子电池对其未来的增长至关重要。 如果没有采取经济的回收方法,锂离子电池对环境的影响将是毁灭性的,从开采原材料到废弃电池的处置。 例如,铅酸电池是第一个。 美国1个回收的消费品,其回收率超过99%。 不幸的是,历史表明,政府将需要介入并规范锂离子电池的某些回收目标。

292017年XNUMX月

恭喜,您刚购买了新款特斯拉S型电动车(EV)。 您还提交了额外的$ 2,000来安装 一级2 充电器在宽敞的车库的墙上。 一台2级充电器将在6 V下提供240千瓦的功率,可在一夜之间为您的大型汽车电池充电。 更好的是,您甚至考虑投资额外的$ 20,000在您的屋顶上安装太阳能电池板,过着零碳生活。 你现在可能会畏缩并思考:“哇,这是为富人而不是我。

因此,让我们考虑一个更具社会责任感的情景。 你租了一辆更实惠的雪佛兰螺栓,承诺给你200 +英里的电动驾驶。 你没有车库。 也许你住在一个大城市,所以你的车可能停在街上。 你在挠头:“我如何为汽车电池充电?“你可能很幸运,白天在工作时为你的车充电,而不是在家里过夜。 但周末怎么样? 没有快速简单的答案。

由于采用电动汽车 变得更加普遍 特别是在拥挤的城市地区,有关充电基础设施的问题变得突出。 特斯拉领导他们的部署 增压器网络 在全球范围内安装了1,000充电站,特别是在主要交通走廊和高速公路附近。 但特斯拉快速充电网络与其他电动汽车不兼容。 想象一下,你只能在一个品牌的加油站给你现有的汽车加油,比如在壳牌,但不是埃克森。 没实用!

如果电动汽车成为汽油(或柴油)动力汽车的真正替代品,那么在未来十年内,所有电动汽车都可以公开使用充电基础设施。 充电的基本要求是快速充电的可用性,更具体地说,充电可以在大约10分钟内提供至少半罐(或罐的3/4)。

我们来做一些简单的数学运算。 具有200英里范围的电动车相当于大约60的电池尺寸 千瓦时。 半罐是30 kWh(或100英里)。 在30分钟内为10 kWh充电等于180 kW(或 3C有效率)。 当我们考虑效率低下时,充电站需要提供最低200 kW。 从正确的角度来看,这就是整个住宅区使用的电量! 这些充电器很大,价格昂贵,因此必须在数十辆(如果不是数百辆)之间共享。

但快速充电的基础设施只是问题的一半。 房间里的大象仍然是: 电池本身可以以如此快的速度充电而不会损坏吗?

除非我们在如何为电池充电方面增加更多智能,否则这些数据暂时不同。

下图显示了以相同的电池30%(或大约每三天一次)和50%的时间(每隔一天)快速充电相比电池充电的结果。

绿色曲线显示电池如何通过慢速充电保持充电状态。 在700充电周期(或大约130,000英里的行驶里程)后,它仍然保留其原始充电的90%。 换句话说,您仍然可以在180里程的驾驶范围内驾驶200里程。 那很好!

蓝色曲线显示如果您收取30%的时间会发生什么。 80充电循环后,容量保持率降至600%。 这是一种快速退化。 在100,000里程之后,您的行驶里程现在是160里程。 一些电动车买家可能会接受,但几乎没有。 您的汽车的转售价值已大幅低于平均值。

红色曲线意味着重大麻烦。 如果您每隔一天快速为电动车充电,则仅在75周期后,您的电池容量将降至原始电量的300%。 这意味着在行驶约200英里后,您的行驶里程从150英里降至50,000英里。 该图未显示的是该电池快速发生故障,由于存在电池现已成为严重的安全隐患 锂金属电镀。 这是一个严重的问题!

因此,如果您拥有特斯拉等电动汽车,并且您很想频繁使用增压器网络,请考虑另一种充电解决方案!

312017年XNUMX月

今天我们很自豪地宣布,新款LG旗舰智能手机LG V30包含Qnovo的自适应充电技术。 V30使用Qnovo的QNI解决方案,这是我们最复杂的算法来管理其锂离子电池。 在本文中,我们敞开大门,让读者深入了解我们的技术,尤其是QNI。

尽管看起来像电池那样复杂而奇特,但您(消费者)只关心少数几件事。

首先,电池会持续使用一整天吗,没有营销手段?

第二,充电足够快吗? 您无需眨眼充电,但也不想等待很长时间。

第三,考虑到您付出了高昂的代价,它至少会持续两年或更长时间吗?

最后,您能相信它不会冒着您自己和周围人的安全的风险吗?

这些属性共同定义了您的整体电池使用体验; 不是他们中的一个,而是所有人在一起。

要持续一整天,电池必须有充足的电量 充电容量,即很多mAh。 对于当今的智能手机,这等于3,000到3,500 mAh之间的范围。 除此之外,还会使智能手机笨拙或太厚。 将3,000 mAh电池安装在智能手机的狭小空间中意味着高 能量密度。 今天的技术水平接近650 Wh / l 最高工作电压为4.4 V。 那已经是头一个头疼了。 在如此高的电压和高的能量密度下,电池真的很不舒服,需要大量的照料。 我的意思是很多照顾!

快速充电 电池会放大所有有关高压和高能量密度的问题,并使它们变得更糟。 而且,如果您每天必须充电一次以上,那么,这种电池将需要更多的保养。

高能量密度,高电压和快速充电是导致电池在两年前失效的因素,并有可能使您的电池 电池不安全.

挑战就在这里。 我们如何保养电池? 为什么这种必需的护理水平变得比以往更加复杂?


正如古老的谚语所说, “您无法解决无法衡量的问题。”

这导致了一个重要而关键的电池新概念:测量正在发生的事情 实时地确定电池电量,然后决定要怎么做。 通过““我的意思是电池内部发生的“化学反应”……您看不到的东西。 用工程术语来说,这称为闭环反馈。 工程师知道它,研究它,并在无数情况下使用它。

Qnovo的软件使电池实验室广泛使用的一种测量技术适合您的智能手机。 叫做 电化学阻抗谱 (缩写为EIS)。 它可以帮助我们的科学家了解电池内部发生的情况而不会破坏电池。 Qnovo的创新在于在智能手机中实施EIS,以便它始终监视电池的内部化学过程。

We 今年早些时候宣布 高通® 支持LG V835的Snapdragon 30包括可加速Qnovo算法的硬件。 实际上,高通Snapdragon 835芯片组中的其他硬件扩展了智能手机内部EIS的实用性。 这种新芯片组中的硬件可以实现旧芯片组中不可用的测量和频率。 Qnovo的QNI软件利用这一新硬件再次实时地深入了解电池。

现在我们进入闭环的第二部分: 测量后该怎么办。 事实证明,我们感谢科学,对电池充电是改变和影响电池内部情况的强大旋钮。 Qnovo的自适应充电从EIS测量中获取信息,然后调整充电电流以减少和减轻在之前的测量中检测到的有害反应。

使用QNI,这种“闭环”发生的速度比其姐妹软件产品QNS快得多。 结果,它能够发现更多潜在问题并做出适当反应。 在整个充电过程中,QNS会对电池进行大约200的测量,而QNI接近20,000的测量。

在过去的几年中,我们从绝大多数电池制造商那里收集了一个巨大的电池测量数据库。 我们已经在各种极端条件下测试了大量电池。 这些知识使Qnovo可以训练我们的算法,使其变得更加高效和准确,尤其是随着电池材料的不断发展。


怀疑者可能会问:太好了,但是对最终用户有什么帮助?”

用户获得的最重要的好处是电池的健康状况。 您将获得一个健康的电池,更大的容量和快速的充电……换句话说,消费者将获得包括本文开头提到的属性在内的出色电池体验。

您,消费者,不必担心您的使用是否会伤及电池。 您不必担心快速充电,因为它可能会损坏电池。 您不必担心充满电不足,因为它有助于延长电池寿命。 这些都不是您关心的问题,也不应让您考虑电池问题。 Qnovo的自适应充电可在后台处理这些电池问题,并为您提供具有最佳用户体验的健康电池。

因此,如果您在市场上购买新的智能手机,请考虑购买LG V30并享受其电池体验。

162017年XNUMX月

学校本周开始为我们大多数人所以现在是时候恢复这些职位了。 今天的帖子继续深入了解锂离子电池的微妙之处。 令人惊讶的是,只有两个触点的简单设备可以如此有趣和复杂。

随着夏季即将结束,一些智能手机制造商准备推出最新最好的设备。 三星在8 8月宣布他们的Note 23。 LG将在一周后宣布其旗舰产品V30。 我们并没有忘记苹果公司在9月准备了他们最新的iPhone。

所有这些新设备都将配备惊人的美观和大型显示器,顶级处理器,当然还有电池供电。 消费者的预期价格超过700,他们将智能手机保存了两年甚至三年。 他们的电池会持续那么久吗?

我们将在这里检查一个影响电池寿命的参数......并为您提供一些有关如何使电池保持新鲜时间超过平均水平的花絮。 今天的帖子是关于电压的。 电压是充电状态(SOC)的替代性质。 这是非常的操作原则 燃油表 - 如何在屏幕顶部阅读剩余电池寿命的百分比。

当我说电压时,我的意思是电池将看到的最大电压。 它还以mAh为单位确定最大可用容量。 看着 标签 电池充电时,您将观察充电过程中的最大电压和电池的最大容量。 大多数最先进的电池在4.35 V或4.4 V附近的最大电压下工作。这也是与100%电池读数相对应的电压。

如果您选择将智能手机充电到较小的百分比,比如说仅为90%,则电池电压会停在较低的值。 对于额定为4.35 V的电池,100%对应于4.35 V.在95%处,电压为4.30 V.在90%处,电压为4.25 V.这些是电压值的微小差异,但容量存在显着差异。

让我们举一个具有3,100 V最大容量为4.35 mAh的电池的特例。因此,在4.25 V,最大可用容量略高于2,800 mAh。

你现在想知道: 为什么有人想这样做?

答案是:电池寿命长。 如果你没有最好的电池,或者你的智能手机制造商没有在你的设备上提供最好的电池管理智能,那么你应该非常担心你的电池是否会持续超过一年。 6月或一年后的电池问题是保修退货的重要原因。

让我们用一些测量数据来支持它。

下图显示了在3,100 V下额定为4.35 mAh的电池的最大可用容量。在此电压下,此电池仅持续约400周期,或大约一年。 在此之前,你会抱怨失去使用。 棕色线显示您的电池在250个月后丢失了6 mAh的容量......这是关于2小时的使用时间。 哎哟!

现在,让我们来看看智能手机只收取95%的费用。 这是3,000 mAh的最大可用容量,而不是3,100 mAh。 现在按照图表中的深绿色曲线。 它以比棕色线慢得多的速度消失。 实际上,它在大约300周期或大约10个月的时间跨越棕色线。 换句话说,在10月之后,它提供了更多的容量。 这说明了电压和寿命之间的权衡。

一个智能手机制造商已经开始使用电池的先进智能(如Qnovo's),不会患上这种疾病。 但是如果你怀疑你的设备没有这样的智能,那么你可以通过将电池充电到最大95%甚至更低来自己做一件大事。

232017年XNUMX月

快速充电是大多数现代智能手机的普遍功能。 再过几年,它也可能成为电动汽车的标准功能。 然而,询问消费者给他们的设备充电需要多长时间将很可能导致混乱的答案。 即使是精通技术的工程师也会发现,提供一致的充电时间数据更具挑战性。 为什么会这样呢?

有几个参数会影响总充电时间。 其中一些可能是显而易见的。 例如,使用小型AC适配器为智能手机充电会减少可充电电流,因此需要更长的充电时间。 同样,在充电时浏览网络会将宝贵的电子转移到充电过程之外。 同样,它变得更慢。

但是不太明显的参数与定义有关。 没错,定义电池“已充满”的含义的定义。这篇文章将阐明两个这样的定义。

为了便于说明,我将使用标准 充电方法称为CC-CV (恒定电流,恒定电压)。 充电电流将一直保持恒定,直到电池达到其最大指定电压(在此示例中为4.35 V)为止,此时充电电路将颠倒顺序并固定电压,同时使电流衰减至接近零。 当充电电流“足够小”时,则认为电池已充满电。

因此,我们的第一个定义涉及“足够小”的含义,因此涉及100%full的含义。 有一种误解认为,当电池的端子电压达到最大指定电压(例如4.35 V)时,电池已“充满”。 那是不对的。 电池被认为充满时 充电 当前 衰减到低于预定义阈值的值。 此阈值称为终止电流,是相对于电池的充电容量计算得出的。

举例来说,一个电池可以容纳1,000 mAh的充电容量。 一些公司认为当充电电流衰减到1,000 / 20 = 50 mA时,该电池已满。 这称为C / 20终端。 其他公司设定了不同的C / 10阈值,这意味着当充电电流衰减到1,000 / 5 = 200 mAh时,充电被视为完成。

下图显示了实际容量为3,300 mAh的锂离子电池的充电电流(绿色)。 右轴上显示的充电电流在49分钟内保持恒定(这是恒定电流部分),然后开始衰减(这是恒定电压部分)。 请注意,充电电流的轴是对数刻度,因此衰减是指数的(不是线性的)。 在5分钟后,电流达到C / 660(68 mA)的值,在20分钟后或开始充电后150分钟,达到C / 28(96 mA)的值。

因此,第一个观察结果是:为终端电流设置更高的阈值,以使您的总充电时间明显更快。 现在注意,这只会使“总”充电时间更快。 它不会影响到充满电的50%或80%的充电时间。

我们的第二个定义与智能手机呈绿色亮起并显示“充满电”的时间有关。换句话说,这与智能手机“显示”的内容有关,即它选择告诉您作为消费者的内容 vs。 实际测得的数字。 在这里,所有设备OEM厂商都是同谋。 实际上,它们全都选择在达到终止电流之前的较早时间显示100%充满。 您现在必须挠头说:“这不是在说谎吗?”嗯,这是一个视角问题。 对于许多消费者而言,95%和100%之间的差异足够小,无法有效地认为设备处于任一值都已满。 这有一些道理。 但是现实仍然是,几乎所有智能手机都会在充电电流达到其终止值之前在显示屏的右上角显示100%。

要查看这种效果,让我们再次检查该图,但现在将眼睛指向与左侧轴相对应的蓝色和红色曲线。 蓝色曲线是充电过程中电池的真实和实际充电值(占总充电容量的百分比)。 您会注意到,当达到C / 100的端接电流时,即开始充电后约20分钟,蓝色曲线达到96%。 相反,红色曲线是智能手机实际显示在前屏幕上的曲线。 红色曲线在大约100分钟之前说“ 65%已满”。 当时,电池的电量仅剩95%,但智能手机在将值四舍五入到100%时略有自由。 这两个值之间的差约为30分钟。

同一设备。 同样的电池。 相同的充电电流。 但是改变定义,感觉充电要快得多。 作为消费者,您现在知道智能手机显示的价值并不是它真正衡量的价值。 如果您确实确实想达到100%的真实水平,请再将设备与充电器保持30分钟的连接时间。 不用担心,您不能“过度充电”电池。 您的设备包含所有适用的电路和智能。