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高電壓鋰離子電池充電方法和發(fā)展現(xiàn)狀

來(lái)源:存能電氣  日期:2019-08-07 11:27  瀏覽量:

  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(zhǎng)、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(zhǎng),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。

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  高電壓鋰離子電池開(kāi)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(lái)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(lái)的4.2V逐步過(guò)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(lái)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(lái)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(jiǎn)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(méi)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(guò)充電。

  而鋰離子電池過(guò)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(guò)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(guò)電池管理系統(tǒng)對(duì)每一只單體鋰離子電池進(jìn)行過(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)程中,通過(guò)通信線將電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)聯(lián)系起來(lái),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(guò)充和充不滿電的問(wèn)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(méi)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(wèn)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(guó)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(chǎng)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(guò)程中某些安全性能會(huì)降低,因此在動(dòng)力汽車上還沒(méi)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(lái)提升其能量密度和續(xù)航能力。

  通常說(shuō)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(chǎng)上成熟使用,4.45V和4.5V也開(kāi)始受到市場(chǎng)青睞,逐步會(huì)發(fā)展成熟起來(lái)。

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