¿Cómo es posible cargar completamente una batería de ión de litio en 35 minutos?

¿Cómo es posible? Todos los fabricantes de baterías Li bajo el sol quieren crear baterías de carga rápida, por lo que es un tema de investigación candente.

Este artículo de 2007 arroja alguna luz sobre el tema del Partes internas de células de LiIon de carga rápida:

  

No hay una definición estándar para celdas de alta tasa de drenaje, pero las pautas de diseño básicas dictan que las celdas estándar basadas en óxido de cobalto pueden admitir una corriente continua de 2-C o tal vez de 3-C. Las células de alto drenaje basadas en óxido de cobalto soportan aproximadamente el doble de esas corrientes, pero solo por segundos. Las nuevas celdas de alto drenaje soportan 20 C continuas.

     

Dado que una celda de alta velocidad de descarga puede admitir descargas de alta corriente durante un período muy corto, en teoría, un cargador de batería podría cargar completamente esa celda en un tiempo igualmente corto. Pero para aprovechar esta posibilidad, el diseño del cargador de batería convencional debe ser modificado. Para simplificar, estos cambios se pueden ilustrar con el ejemplo de un cargador de un solo compartimiento que admite un paquete de baterías de una sola celda.

     

Características de las células

     

En la superficie, las células de ion-litio de carga rápida parecen sencillas. Parece que uno podría simplemente aumentar la corriente suministrada durante la fase de corriente constante del ciclo de carga. Sin embargo, como se muestra en la tabla, el tiempo de carga general no disminuye significativamente cuando la corriente se incrementa de 1 C a tasas más altas.

     

La diferencia en el tiempo de carga con una tasa de 2-C en comparación con una tasa de 3-C es de solo un minuto, independientemente del proveedor de la celda. Esencialmente, las celdas solo alcanzarán el corte de voltaje superior más rápido, pero el tiempo en el modo de carga de voltaje constante será mucho más largo. Obviamente, esto aumenta el potencial de daño a la batería debido a la sobretensión. La resistencia de las células de ion-litio tradicionales hará que se calienten más durante las cargas más rápidas, por lo que las células comenzarán a descomponerse. La carga rápida reduce significativamente el ciclo de vida de la batería.

     

Diseñar una celda que pueda acomodar altas tasas de descarga y alta carga es un esfuerzo para reducir la longitud del camino y la resistencia para el transporte de iones y electrones. La figura 1 muestra una sección transversal de una celda cilíndrica de ion-litio típica. Los cambios comienzan con los materiales activos de la batería. Las células de iones de litio tradicionales se basan en un compuesto de cátodo de óxido de cobalto de litio (LiCoO2). En este material, los iones de litio, que se difunden dentro y fuera del cátodo, solo se pueden insertar a través de recorridos 2D en la estructura cristalina.

     

La longitud del camino se puede acortar cambiando la morfología física del material activo de la batería o cambiando la estructura química del material, o haciendo ambas cosas. Un enfoque para abordar el problema físicamente es reducir el tamaño de partícula de los materiales hasta nanoescala. Los nuevos productos químicos, como la espinela de manganeso (LiMn2O4) ofrecen vías en 3D para la inserción de iones.

     

Además de estos cambios, la resistencia de las células debe reducirse utilizando materiales delgados, aumentando la cantidad de colectores de corriente, aumentando la concentración de electrolitos y reduciendo su viscosidad con disolventes. Muchos de estos cambios sugieren que las células de polímero de litio, que pueden ser muy delgadas, se prestan para el diseño a altas tasas.

     

Los fabricantes de células de iones de litio han estado experimentando con sus formulaciones para implementar diseños específicos para aplicaciones de alta velocidad. Algunos fabricantes han ideado soluciones. E-One Moli Energy introdujo una celda de alta velocidad de descarga basada en un material de cátodo de manganeso y espinela para herramientas eléctricas inalámbricas.

Es fácil hacer que una batería de Li-Ion parezca que se cargue en menos de una hora, a pesar de que en realidad no lo está. Después de alcanzar el voltaje de carga deseado (primera línea vertical discontinua), la celda aún aceptará la corriente y se podrá cargar más. Si se omite este paso, la celda aparecerá completamente cargada si se mide directamente después de la carga, pero el voltaje disminuirá significativamente más tarde.

  

Algunoscargadoresdebajocostoparaelconsumidorpuedenusarelmétodosimplificadode"carga y funcionamiento" que carga una batería de iones de litio en una hora o menos sin pasar a la carga de saturación de la Etapa 2. "Listo" aparece cuando la batería alcanza el umbral de voltaje en la Etapa 1. Dado que el estado de carga (SoC) en este punto es solo alrededor del 85 por ciento, el usuario puede quejarse de un tiempo de funcionamiento corto, sin saber que el cargador es el culpable . Muchas baterías de garantía están siendo reemplazadas por esta razón, y este fenómeno es especialmente común en la industria celular.

Para averiguar si este es el caso de su cargador, mida el voltaje y la corriente a lo largo del tiempo mientras se carga y compare sus mediciones con el diagrama de arriba. Si proporciona esos datos, debe quedar claro lo que está sucediendo exactamente. Actualmente no tenemos datos, excepto los reclamos del cargador, por lo que cada respuesta será especulativa.

para más información vea:

enlace

  

Resulta que tengo un taladro eléctrico / controlador que funciona con una batería de Li-Ion y se envía con un cargador que lo carga completamente en 35 minutos y dice que lo carga al 70% en 15 minutos.

     

De acuerdo a respuestas a esta pregunta la corriente de carga más alta para las baterías de ión de litio es aproximadamente 1C, lo que, si se tienen en cuenta las pérdidas, significa que el tiempo de carga debe ser de al menos más de una hora. Esto es coherente con mi experiencia en el uso de otros dispositivos como teléfonos celulares: tardan aproximadamente 1,5 horas en cargarse por completo.

     

Entonces, ¿cómo es posible cargar una batería de ión de litio en unos 35 minutos?

Escribí la respuesta larga a la pregunta anterior.
 Es posible que la batería de perforación y el cargador combinen varios de los aspectos que describí allí que podrían permitir una carga rápida o aparentemente rápida .

En primer lugar dije:

• Las baterías de LiIon pueden cargarse de manera segura (suficiente) a la velocidad recomendada por sus fabricantes. Más rápido puede ser posible y puede ser "seguro", pero todas las garantías están desactivadas y una vida más corta o, de manera instantánea, son opciones definitivas.

y

• La especificación estándar es un cargo máximo de 1C.

Es decir, la práctica de la industria es cobrar a 1C máx, PERO los fabricantes individuales son libres de presionar los límites. Los problemas son térmicos, mecánicos y químicos (al menos). Como dije, puede resultar en una menor duración de la batería.

Yo también dije

• Hay nuevos productos químicos a base de litio y nuevos arreglos mecánicos que permiten que las células basadas en litio se carguen a tasas más rápidas. Si el fabricante lo dice así es como puede ser. He visto células LiIon aparentemente estándar con niveles de carga de 2C, pero la norma es 1C máx. (ver arriba)

Es justo lo que está informando, es totalmente coherente con la respuesta anterior, simplemente no es un estándar de la industria y sugiere que puede tener un ciclo de vida corto o una capacidad inferior a la esperada.

PERO

Una de las principales razones puede ser que el fabricante de hecho está extendiendo la vida útil de la celda al calificar la celda a una capacidad inferior a la estándar y no cargarla por completo. Si lo califican en aproximadamente el 60% del real entonces:

Diga que la capacidad total es 1 Ah para simplificar los cálculos. Cualquier capacidad produce los mismos resultados.

60% de capacidad = 0.6 Ah.

Carga a la constante 1C = 1A.

Tiempo para alcanzar 0.6C a una tasa de 1C = 0.6 horas = 40 minutos (Reclamado 35)

Tiempo para alcanzar el 70% = 0.7 x 0.6 x 60 minutos = 25 minutos (reclamado 15)

Por lo tanto, pongámonos audaces y carguemos a 1.6 ° C durante los primeros 15 minutos cuando la capacidad es baja. En este nivel, la tensión delta entre Vin y Vcell es menor y las pérdidas de calor son menores. Si administramos el 70% de la capacidad en 15 minutos, debemos agregar el 30% en (35-20) = 15 minutos. 15m es 15/35 = 43% del tiempo total de carga de 35 minutos, pero necesitamos agregar solo el 30% de la carga para que una tarifa inferior a 1C sea aceptable para su última parte.

En la práctica, probablemente se use una mezcla de lo anterior. Diga

• Diluya la batería para decir del 75% al 80% de la capacidad total posible.

• Cargar en > 1C para el primer 70% de la corriente de carga disminuida bajo el cargador y no con el control de la batería, por lo que cae a menos de 1C al 70% de la capacidad de la batería. Por lo tanto, la batería se carga con fuerza cuando está a poca capacidad y a un ritmo decreciente con el nivel de carga y nunca se llena. El resultado final puede ser un ciclo de vida prolongado.

O pueden hacer algo muy diferente :-).

Una forma de reducir el tiempo de carga es mejorar la química celular para reducir la ESR, pero por supuesto, la coincidencia de las celdas se vuelve crítica con las corrientes de derivación para normalizar la transferencia de potencia por celda. El aumento de la temperatura es un factor de envejecimiento muy acelerado. Descubrí que mi Mac AIR tiene solo una vida útil de batería de 1000 horas, así que uso el cargador tanto como sea posible y trato de evitar el aumento de la temperatura excesiva.

Ve a comprar una batería de repuesto.