高電壓鋰離子電池充電方法和發(fā)展現(xiàn)狀

來源：存能電氣  日期：2019-08-07 11:27  瀏覽量：次

　　高電壓鋰離子電池充電方法和發(fā)展現(xiàn)狀。目前，鋰離子電池具備工作電壓高、比能量高、重量輕、壽命長、自放電低等優(yōu)點，廣泛應用于各類電子類產(chǎn)品、電動工具和模型玩具等。常規(guī)用電設(shè)備的工作電流小，待機時間長，常規(guī)型鋰離子電池可以滿足其使用要求。隨著生活節(jié)奏的加快，人們更希望鋰離子電池具有很好的快速充電能力，以縮短電池充電時間。這要求使用可快速充放電高電壓鋰離子電池。存能小編就將介紹高電壓鋰離子電池充電方法和發(fā)展現(xiàn)狀。

　　高電壓鋰離子電池開發(fā)的背景

　　為了設(shè)計高能量密度的鋰離子電池，除了對其空間利用率的不斷優(yōu)化，提高電池正負極材料的壓實密度和克容量，使用高導電碳納米和高分子粘接劑來提高正極和負極活性物質(zhì)含量外，提升鋰離子電池的工作電壓也是增大電池能量密度的重要途徑之一。

　　在鋰離子電池的截止電壓正由原來的4.2V逐步過渡到4.35V、4.4V、4.45V、4.5V和5V，其中5V鎳錳鋰離子電池具有高能量密度、高功率等優(yōu)異特性，將是未來新能源汽車及儲能領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。隨著電源研發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，將來更高電壓、更高能量密度的鋰離子電池將逐漸走出實驗室，為消費者服務。

　　高電壓鋰離子電池充電方法

　　1、普通的串聯(lián)充電

　　目前采鋰離子電池組的充電一般都用串聯(lián)充電，這主要是因為串聯(lián)充電方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、較容易實現(xiàn)。但由于單體鋰離子電池之間在容量、內(nèi)阻、衰減特性、自放電等性能方面的差異，在對鋰離子電池組串聯(lián)充電時，電池組中容量最小的那只單體鋰離子電池將最先充滿電，而此時，其他電池還沒有充滿電，如果繼續(xù)串聯(lián)充電，則已充滿電的單體鋰離子電池就可能會被過充電。

　　而鋰離子電池過充電會嚴重損害電池的性能，甚至可能會導致爆炸造成人員傷害，因此，為了防止出現(xiàn)單體鋰離子電池過充電，鋰離子電池組使用時一般配有電池管理系統(tǒng)，通過電池管理系統(tǒng)對每一只單體鋰離子電池進行過充電等保護。串聯(lián)充電時，如果有一只單體鋰離子電池的電壓達到過充保護電壓，電池管理系統(tǒng)會將整個串聯(lián)充電電路切斷，停止充電，以防止這只單體電池被過充電，而這樣會造成其他鋰離子電池無法充滿電。

　　2、電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合串聯(lián)充電

　　電池管理系統(tǒng)是對電池的性能和狀態(tài)了解最為全面的設(shè)備，所以將電池管理系統(tǒng)和充電機之間建立聯(lián)系，就能使充電機實時地了解電池的信息，從而更有效地解決電池的充電時產(chǎn)生一些的問題。

　　電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合充電模式的原理為：電池管理系統(tǒng)通過對電池的當前狀態(tài)(如溫度、單體電池電壓、電池工作電流、一致性以及溫升等)進行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對當前電池的最大允許充電電流進行估算；充電過程中，通過通信線將電池管理系統(tǒng)和充電機聯(lián)系起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

　　3、并聯(lián)充電

　　為了解決電池組中某些單體電池過充和充不滿電的問題，又發(fā)展出了并聯(lián)充電的辦法。

　　但是并聯(lián)充電方法需要采用多個低電壓、大電流的充電電源為每一只單體電池充電，存在充電電源成本高、可靠性低、充電效率低、連接線徑粗等缺陷，因此目前沒有大范圍使用這種充電方法。

　　4、串聯(lián)大電流充電加小電流并聯(lián)充電

　　由于上述三種充電方法都存在一定的問題，發(fā)展出一種最適合高電壓電池組，特別是電動汽車電池組的充電方法，即采用電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合串聯(lián)大電流充電加恒壓限流的并聯(lián)小電流充電的模式。

　　其主要目的是減少電池組中串聯(lián)電池數(shù)量較多時，單體電池之間一致性相對更差，從而導致BMS和充電機協(xié)調(diào)配合的充電方法的充電效果差的缺點，以便發(fā)揮出BMS和充電機協(xié)調(diào)配合充電模式的最大效果。

　　高電壓鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀

　　目前國內(nèi)外手機和其他數(shù)碼類電子產(chǎn)品電池的生產(chǎn)廠家都在朝著高電壓鋰離子電池這個方向前進。高電壓及高能量密度的鋰離子電池在高端手機及便攜式電子設(shè)備上會有更大的市場空間。正極材料和電解液是提高鋰離子電池高電壓的關(guān)鍵性材料，其中改性高電壓鈷酸鋰、高電壓三元材料的使用將更加成熟和普遍。

　　高電壓鋰離子電池隨著電壓的提升，在使用過程中某些安全性能會降低，因此在動力汽車上還沒有批量使用。目前動力汽車所用電池正極材料主要還是以三元材料、磷酸鐵鋰為主。為了提升能量密度滿足需求，一般選擇811NCM和NCA等高鎳正極材料、高容量硅碳負極或提高電池空間的利用率等方式來提升其能量密度和續(xù)航能力。

　　通常說的高電壓鋰離子電池是指單體充電截止電壓高于4.2V的電池，如：在手機上使用的鋰離子電池，截止電壓由4.2V發(fā)展到4.3V、4.35V，再到4.4V。目前4.35V和4.4V的鋰離子電池已在市場上成熟使用，4.45V和4.5V也開始受到市場青睞，逐步會發(fā)展成熟起來。