高电压锂离子电池充电方法和发展现状

来源：存能电气  日期：2019-08-07 11:27  浏览量：次

　　高电压锂离子电池充电方法和发展现状。目前，锂离子电池具备工作电压高、比能量高、重量轻、寿命长、自放电低等优点，广泛应用于各类电子类产品、电动工具和模型玩具等。常规用电设备的工作电流小，待机时间长，常规型锂离子电池可以满足其使用要求。随着生活节奏的加快，人们更希望锂离子电池具有很好的快速充电能力，以缩短电池充电时间。这要求使用可快速充放电高电压锂离子电池。存能小编就将介绍高电压锂离子电池充电方法和发展现状。

　　高电压锂离子电池开发的背景

　　为了设计高能量密度的锂离子电池，除了对其空间利用率的不断优化，提高电池正负极材料的压实密度和克容量，使用高导电碳纳米和高分子粘接剂来提高正极和负极活性物质含量外，提升锂离子电池的工作电压也是增大电池能量密度的重要途径之一。

　　在锂离子电池的截止电压正由原来的4.2V逐步过渡到4.35V、4.4V、4.45V、4.5V和5V，其中5V镍锰锂离子电池具有高能量密度、高功率等优异特性，将是未来新能源汽车及储能领域发展的重要方向之一。随着电源研发技术的不断发展，将来更高电压、更高能量密度的锂离子电池将逐渐走出实验室，为消费者服务。

　　高电压锂离子电池充电方法

　　1、普通的串联充电

　　目前采锂离子电池组的充电一般都用串联充电，这主要是因为串联充电方法结构简单、成本低、较容易实现。但由于单体锂离子电池之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面的差异，在对锂离子电池组串联充电时，电池组中容量最小的那只单体锂离子电池将最先充满电，而此时，其他电池还没有充满电，如果继续串联充电，则已充满电的单体锂离子电池就可能会被过充电。

　　而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能会导致爆炸造成人员伤害，因此，为了防止出现单体锂离子电池过充电，锂离子电池组使用时一般配有电池管理系统，通过电池管理系统对每一只单体锂离子电池进行过充电等保护。串联充电时，如果有一只单体锂离子电池的电压达到过充保护电压，电池管理系统会将整个串联充电电路切断，停止充电，以防止这只单体电池被过充电，而这样会造成其他锂离子电池无法充满电。

　　2、电池管理系统和充电机协调配合串联充电

　　电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备，所以将电池管理系统和充电机之间建立联系，就能使充电机实时地了解电池的信息，从而更有效地解决电池的充电时产生一些的问题。

　　电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为：电池管理系统通过对电池的当前状态(如温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等)进行监控，并利用这些参数对当前电池的最大允许充电电流进行估算；充电过程中，通过通信线将电池管理系统和充电机联系起来，实现数据的共享。

　　3、并联充电

　　为了解决电池组中某些单体电池过充和充不满电的问题，又发展出了并联充电的办法。

　　但是并联充电方法需要采用多个低电压、大电流的充电电源为每一只单体电池充电，存在充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等缺陷，因此目前没有大范围使用这种充电方法。

　　4、串联大电流充电加小电流并联充电

　　由于上述三种充电方法都存在一定的问题，发展出一种最适合高电压电池组，特别是电动汽车电池组的充电方法，即采用电池管理系统和充电机协调配合串联大电流充电加恒压限流的并联小电流充电的模式。

　　其主要目的是减少电池组中串联电池数量较多时，单体电池之间一致性相对更差，从而导致BMS和充电机协调配合的充电方法的充电效果差的缺点，以便发挥出BMS和充电机协调配合充电模式的最大效果。

　　高电压锂离子电池发展现状

　　目前国内外手机和其他数码类电子产品电池的生产厂家都在朝着高电压锂离子电池这个方向前进。高电压及高能量密度的锂离子电池在高端手机及便携式电子设备上会有更大的市场空间。正极材料和电解液是提高锂离子电池高电压的关键性材料，其中改性高电压钴酸锂、高电压三元材料的使用将更加成熟和普遍。

　　高电压锂离子电池随着电压的提升，在使用过程中某些安全性能会降低，因此在动力汽车上还没有批量使用。目前动力汽车所用电池正极材料主要还是以三元材料、磷酸铁锂为主。为了提升能量密度满足需求，一般选择811NCM和NCA等高镍正极材料、高容量硅碳负极或提高电池空间的利用率等方式来提升其能量密度和续航能力。

　　通常说的高电压锂离子电池是指单体充电截止电压高于4.2V的电池，如：在手机上使用的锂离子电池，截止电压由4.2V发展到4.3V、4.35V，再到4.4V。目前4.35V和4.4V的锂离子电池已在市场上成熟使用，4.45V和4.5V也开始受到市场青睐，逐步会发展成熟起来。