Capacidad de la batería de ión litio: Análisis de descarga

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He desmontado un módulo de batería que consiste en celdas AN126650-M1A de A123 Systems (técnicamente son celdas de litio-hierro-fosfato (LiFeo4)) que se usaron en un ambiente controlado comercialmente. Después de cargarlos utilizando un banco de laboratorio variable a los 3,6 voltios especificados, a un amperaje bajo, por debajo de 0,5 ° C, he notado una continua caída de voltaje al medir con un multímetro.

Inicialmente, cada celda leerá el voltaje al que se cargó, pero en un período de tiempo de aproximadamente 6 horas, las lecturas de voltaje disminuyen y se estabilizan gradualmente. Encontré esto peculiar, ya que todas las baterías estaban haciendo esto, y estabilizando varios voltajes.

Más tarde realicé pruebas de descarga con un analizador de batería y documenté que las lecturas de voltaje se estabilizan en el porcentaje exacto de la capacidad restante. Por ejemplo, en este caso, con una calificación nominal de 3.3v, se supone que se cargará a 3.6v. Después de realizar una prueba de descarga, el análisis concluirá que hay 2.202Ah, de un potencial de 2.3Ah, lo que resulta en una capacidad del 95.8%. Curiosamente, el 95.8% de 3.6v es ~ 3.49v, que es el voltaje exacto en el que se estabilizó esta celda en particular. He tenido resultados idénticos con más de 20 celdas ahora.

Además, si tomo exactamente la misma celda y realizo un análisis, casi de inmediato (en minutos), obtengo lecturas de capacidad idénticas respecto a cuándo permito que la tensión se estabilice, digamos 6 horas más tarde.

En conclusión, parece que se pueden hacer dos inferencias.

  1. Una vez que la batería está completamente cargada, la tensión a la que se estabiliza (a temperatura ambiente ~ 70F) tiene una correlación directa con su capacidad. Si tuviera que derivar una fórmula, sería: $$ \ frac {\ text {Stablized_Full_Charge [V]}} {\ text {Maximum_Full_Charge [V]}} = \ text {Capacity (Ah) [%]} $$ .

  2. En relación con una curva de descarga típica de LiFeo4, la capacidad perdida de la batería solo es relevante para los voltajes de descarga iniciales. A menos que el porcentaje de capacidad caiga por debajo del rango de tolerancia nominal, la tensión nominal no se ve afectada. Es como si tomar una imagen de la curva de descarga y recortar una parte de ella, comenzando desde el punto inicial de la prueba.

Mi pregunta en general es esta; ¿esto es normal? ¿Alguien más ha documentado esto también?

    
pregunta Alex Sky

2 respuestas

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Sí, es normal que el voltaje en reposo caiga por debajo del voltaje de carga.

Al cargar una celda de litio-hierro-fosfato, el voltaje aumentará gradualmente a medida que aumenta la carga almacenada, luego se elevará rápidamente a 3,6 V y más cuando alcance la carga completa. Este rápido aumento de voltaje es el resultado de que la batería se queda sin lugares para almacenar la carga, y no se mantendrá cuando está en reposo.

En un paquete en serie, una celda puede alcanzar una carga completa antes que las otras, y luego su voltaje podría aumentar a más de 4 V antes de que la batería alcance el pico de voltaje. Para evitar esto, debe colocar un circuito de "equilibrador" en cada celda para evitar la corriente cuando la celda alcance los 3.6V. Cuando todas las celdas alcancen los 3,6 V, puede dejar de cargar porque el paquete estará casi lleno. Alternativamente, puede reducir gradualmente la corriente de carga a cero mientras se mantiene a un voltaje máximo, lo que podría generar un 10% adicional en la batería.

En el gráfico de ejemplo debajo de la línea verde hay una corriente de carga, la línea roja es el voltaje a través de la celda y la línea azul es la carga absorbida. Puede ver que se acepta muy poca carga después de alcanzar 3.6V, y el voltaje de reposo pronto cae a 3.4V después de eliminar la corriente de carga.

    
respondido por el Bruce Abbott
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De mis pruebas prácticas de más de 1000 celdas Li-Ion y Li-IP recicladas, puedo confirmar que el voltaje al que se estabilizan tiene una correlación directa con su capacidad . En cuanto a la fórmula que mencionó, para ser más relevante, se necesitaría un factor de corrección (el intervalo entre los valores considerados completamente cargados y descargados, por ejemplo: 3.3-4.2V).

Para el Li-ion, la caída también puede ocurrir después de bastante tiempo, pero sigue siendo relevante. Descubrí que las células que se estabilizan a más de 4,15 V tienen una capacidad casi total, las que se estabilizan alrededor de 4 V tienen una capacidad reducida y las que caen a 3,7 V o menos están en muy mal estado (alcanzando una calidad inutilizable a 3,3 V).

    
respondido por el Overmind

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