Conectar una fuente de alimentación de mayor corriente a un cargador de iones de litio dañará la batería. ¿Por qué?

Corto:

Importante: tenga en cuenta que la reducción del voltaje de carga máximo con la temperatura de la batería solo es relevante cuando la batería está en el modo de carga CV (voltaje constante) de la etapa final. Para la mayoría de un ciclo de carga, la batería está en modo CC (corriente constante) y la tensión de carga es inferior a Vmax, por lo que el límite CC del cargador debe ser correcto para la batería. Alterar la V en el modo CV no ayudará en este punto .

Los sistemas que permiten al cargador determinar la capacidad de la batería por lo general no no dañan la batería al sobrecargarla. Donde esto suceda, generalmente será porque el cargador no puede determinar la capacidad de la batería y se han hecho suposiciones que son violadas por las acciones subsiguientes del usuario o proveedor, de modo que se instale una batería de menor capacidad que la que el diseñador asumió.

He visto computadoras que cargan sin daños, no solo baterías de LiIon de diferente capacidad, sino también de diferentes terminales de voltaje en la misma máquina. No sé cuán general es esta capacidad, pero es sensata e impresionante.

Más largo:

Las baterías de ión litio / polímero de litio generalmente se cargan en dos etapas: primero, un modo de corriente constante (CC) donde la corriente está por diseño limitada por el cargador y luego un modo de voltaje constante (CV) donde la corriente está limitada por la batería.

El fabricante de la batería establece la corriente máxima permitida en el modo CC para una batería determinada. Esto suele ser 1C, pero en algunos casos puede ser tan poco como C / 2 y he visto 2C citado. Sospecho que 2C puede requerir magia especial, como si se pudiera lograr de manera realista sin comprometer el ciclo o la vida útil de la capacidad que más fabricantes ofrezcan.

Si un cargador "sabe" cuál es la capacidad de C de la batería provista, entonces puede limitar el CC a la tasa de C requerida. Los arreglos inteligentes del cargador de batería pueden y hacen esto. Es posible comprar baterías de diferente capacidad para la misma computadora u otro equipo. Si el equipo no puede determinar la capacidad de la batería, necesariamente lo tratará como si tuviera la capacidad diseñada. Las baterías más grandes se cargarán a < las baterías de diseño C y de menor capacidad se cargarán a una velocidad superior a la del diseño C y probablemente se dañarán.

En términos muy simples:
(Muy poco técnico, principalmente, recuerde: "no lo haga, es malo" :-)).

Además de los efectos térmicos mencionados en el artículo citado las tasas de carga máximas se refieren a la capacidad de "colocar correctamente el litio donde pertenece" en la estructura de la batería. Las tasas de carga excesivas pueden terminar con litio metálico puro "donde no debería estar" con efectos de capacidad en el mejor de los casos y ventilación en el peor de los casos. Entre otras cosas, la vida útil de la batería LiIon se debe a que la estructura se flexiona mecánicamente a medida que Li se mueve alrededor de la celda. Las células LiFePO4 evitan este problema al tener una estructura de olivino permanente en la que el Li se "mueve" hacia adentro y hacia afuera, con la consiguiente reducción en la capacidad de almacenamiento de energía disponible debido al material inactivo.

Lee tu enlace con más cuidado. Los cargadores rápidos pueden causar daños; conectar una fuente de alimentación más grande a un cargador correcto no lo hará. Como dices, el cargador limita la corriente. Para eso es.

La terminología se confunde con los "cargadores rápidos" de las fuentes de alimentación USB de llamada pública.

Editar en respuesta al comentario : Lo siguiente usa "fuente de alimentación USB" para referirse a lo que se enchufa en la pared y "controlador de carga" para referirse al sistema de monitoreo de carga dentro del iPad. Esto no es igual que la terminología de uso común, pero es más correcto.

Supongamos que la corriente 1C de la batería es 2A. Luego, el dispositivo está diseñado con un controlador de carga que permite hasta 2A en la batería. Se envía con una fuente de alimentación USB capaz de entregar 2A. Se carga rápidamente a 2A, limitado por el controlador, y todos están contentos.

Tenga en cuenta que el voltaje del USB será de 5V, pero el voltaje del terminal de la batería será de < 4.2V.

Luego, alguien conecta una fuente de alimentación USB diferente. Estos normalmente están limitados internamente a 500 mA. El dispositivo se carga a 0.25C más lentamente.

Me impaciento y lo conecto a la fuente de alimentación de mi banco capaz de suministrar 10A. Ahora el cargador no está limitado por la fuente de alimentación, sino por el controlador de carga interno. Dibuja 2A y carga a la velocidad "rápida".

Los teléfonos móviles más antiguos y otros dispositivos colocan el controlador de carga y la fuente de alimentación en el mismo bloque que se conecta a la pared, y no hacen su propia limitación de corriente.

Hay algunas ideas erróneas en tu pregunta.

1) ¿El adaptador de pared USB y el cargador de batería son lo mismo?

No, son circuitos diferentes. El adaptador de CA a USB para un teléfono o dispositivo similar es el equivalente del adaptador de pared a una computadora portátil, proporciona un voltaje estable desde el cual se ejecuta todo lo que está dentro del dispositivo. La salida de voltaje será de 5.0 VCC y la capacidad de la corriente puede variar entre 0.5 A y 2.0 A según el modelo. La especificación oficial de USB 2.0 hace unos años tenía un límite de 0,5 A por puerto, pero Apple hizo su propia versión personalizada para proporcionar más potencia para cargar el iPad más rápido. Muchos proveedores de terceros diseñaron en reversa y copiaron la modificación del diseño, por lo que los adaptadores USB 2A no son inusuales ahora. Una nueva especificación oficial de USB 3.1 que alcanza hasta 20V x 5A = 100W está en el horizonte para futuros dispositivos. Consulte Wikipedia sobre USB Power .

Mientras tanto, el circuito del cargador de batería real está dentro del dispositivo. Toma la salida del adaptador USB como su entrada y la regula (nuevamente) a lo que la batería debería tener como entrada de carga. Para una batería de polímero de litio, el cargador limita el voltaje y la corriente a la batería, con el límite de voltaje establecido en algo así como de 4.0 a 4.2 V y el límite de corriente a una tasa de 1C como máximo, para una carga de 1 hora. Probablemente algo más lento para hacer el menor daño posible a la batería mientras le da al usuario un tiempo de carga aceptablemente rápido. Algunos algoritmos van rápidamente para el primer 80% de carga y más lentos para el último 20% de carga.

2) ¿El adaptador USB establece la tasa de carga de la batería?

El adaptador USB no le dice al dispositivo "cargue a esta velocidad", dice "esta es la cantidad de energía que puedo apagar" y el dispositivo se ajusta en consecuencia. Se supone que el nivel máximo de energía se negocia entre el dispositivo y el host de acuerdo con la especificación de USB, comenzando desde un nivel mínimo y otorgando al dispositivo más energía a pedido. Para obtener más información, consulte el Foro de implementadores de USB y este publicación de StackEE . En la práctica, algunos (¿la mayoría?) Los hosts ofrecen el máximo de lo que son capaces en todo momento en que el puerto está encendido. El esquema propietario de Apple implica pullup & Se desplegaron resistencias en las líneas de datos para indicar la cantidad de energía disponible. La próxima especificación USB 3.1 puede manejar las cosas de manera diferente.

El adaptador USB solo afecta la tasa de carga si obliga al cargador a ir lentamente porque no tiene suficiente entrada de energía para cargar tan rápido como quisiera. Por ejemplo, un iPad Air se envía con un adaptador de 5V x 2.4A = 12W, tiene una batería de 32.4W-hr y, por lo tanto, no se puede cargar más rápido que 32.4 / 12 = 2.7 horas o aproximadamente una tasa C / 3 (no la tasa 3C ). Con pérdidas de eficiencia, carga más lenta después del 80%, etc., es más como una carga de 4 horas de 0% a 100%. Referencia: AnandTech . Si conecta el mismo iPad a un adaptador USB de iPhone más pequeño que solo puede generar 5V x 0.5A = 2.5W, necesariamente verá algo como 5 veces más tiempo de carga porque el adaptador solo está apagando 1/5 de la energía. Presumiblemente, los resultados son similares para otras combinaciones de dispositivo y puerto, PERO con un dispositivo y / o adaptador mal diseñados, podría darse el caso de que una carga pesada simplemente sobrecargue el adaptador y dispare un fusible, o peor.

3) ¿Los fabricantes de dispositivos cobran a una tasa de 3C o "no les importa" el daño a la batería?

A los fabricantes de dispositivos de buena reputación les importa mucho el daño a la batería. Un producto mal diseñado puede, literalmente, incendiarse. Puede haber una gran diferencia en la gestión de la calidad o la reputación entre una gran empresa pública y una marca sin nombre de un rincón lejano del mundo. No obstante, no es típico cargar a 3C, excepto en dispositivos diseñados específicamente para ello (con una batería de alta velocidad) como un taladro inalámbrico. El cuadro al que hace referencia probablemente se creó en un laboratorio de pruebas en el que las baterías se cargaron y descargaron directamente en el equipo de prueba de baterías configurado con parámetros difíciles para ver qué sucedería, no en un dispositivo de consumo.

4) Los IC del cargador no permiten configurar la corriente de carga máxima?

Los circuitos integrados permiten esta configuración. Tienen que permitir que la corriente de carga se establezca de alguna manera por el diseñador del dispositivo para que el chip se utilice en una amplia gama de dispositivos. Eche un vistazo a las hojas de datos de chips de Texas Instruments, Maxim, Linear Tech. En un teléfono, esta función se puede integrar en el IC de administración de energía en lugar de un IC cargador independiente. Nuevamente, esto lo maneja el dispositivo, no el adaptador de pared.