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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類電子類產(chǎn)品、電動(dòng)工具和模型玩具等。常規(guī)用電設(shè)備的工作電流小，待機(jī)時(shí)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(shí)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(jì)高能量密度的鋰離子電池，除了對(duì)其空間利用率的不斷優(yōu)化，提高電池正負(fù)極材料的壓實(shí)密度和克容量，使用高導(dǎo)電碳納米和高分子粘接劑來提高正極和負(fù)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(chǔ)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(shí)驗(yàn)室，為消費(fèi)者服務(wù)。

　　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?yàn)榇?lián)充電方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、較容易實(shí)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(duì)鋰離子電池組串聯(lián)充電時(shí)，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(shí)，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(huì)被過充電。

　　而鋰離子電池過充電會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的性能，甚至可能會(huì)導(dǎo)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(shí)一般配有電池管理系統(tǒng)，通過電池管理系統(tǒng)對(duì)每一只單體鋰離子電池進(jìn)行過充電等保護(hù)。串聯(lián)充電時(shí)，如果有一只單體鋰離子電池的電壓達(dá)到過充保護(hù)電壓，電池管理系統(tǒng)會(huì)將整個(gè)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(huì)造成其他鋰離子電池?zé)o法充滿電。

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

　　電池管理系統(tǒng)是對(duì)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(jī)之間建立聯(lián)系，就能使充電機(jī)實(shí)時(shí)地了解電池的信息，從而更有效地解決電池的充電時(shí)產(chǎn)生一些的問題。

　　電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)協(xié)調(diào)配合充電模式的原理為：電池管理系統(tǒng)通過對(duì)電池的當(dāng)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(jìn)行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對(duì)當(dāng)前電池的最大允許充電電流進(jìn)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(jī)聯(lián)系起來，實(shí)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(gè)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(dòng)汽車電池組的充電方法，即采用電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)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?cái)?shù)量較多時(shí)，單體電池之間一致性相對(duì)更差，從而導(dǎo)致BMS和充電機(jī)協(xié)調(diào)配合的充電方法的充電效果差的缺點(diǎn)，以便發(fā)揮出BMS和充電機(jī)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(jī)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(gè)方向前進(jìn)。高電壓及高能量密度的鋰離子電池在高端手機(jī)及便攜式電子設(shè)備上會(huì)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(huì)降低，因此在動(dòng)力汽車上還沒有批量使用。目前動(dòng)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(fù)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(jī)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(huì)發(fā)展成熟起來。