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

Tengo un taladro eléctrico / controlador que funciona con una batería de iones de litio y se envía con un cargador que lo carga completamente en 35 minutos y dice que lo carga al 70% en 15 minutos.

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

¿Cómo es posible cargar una batería de iones de litio en unos 35 minutos?

¿Como 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 algo de luz sobre el tema de los componentes internos de las células de LiIon de carga rápida:

No existe una definición estándar para las celdas de alta tasa de drenaje, pero las pautas básicas de diseño dictan que las celdas estándar basadas en óxido de cobalto pueden soportar una corriente continua de 2-C o tal vez de 3-C. Las celdas 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 continuos.

Dado que una celda de alta velocidad de descarga puede soportar descargas de alta corriente durante un período muy corto, en teoría, un cargador de batería podría cargar completamente esa celda en un período de tiempo igualmente corto. Pero para aprovechar esta posibilidad, se debe modificar el diseño convencional del cargador de batería. En aras de la simplicidad, estos cambios se pueden ilustrar con el ejemplo de un cargador de una sola bahía que admite un paquete de baterías de una sola celda.

Características de la celda

En la superficie, las células de iones de litio de carga rápida parecen sencillas. Parece que uno podría simplemente aumentar la corriente entregada 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 aumenta de 1 C a tasas más altas.

La diferencia en el tiempo de carga con una tasa de 2 C frente a una tasa de 3 C es solo de aproximadamente un minuto, independientemente del proveedor de la celda. Esencialmente, las celdas 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 daños a la batería debido a una sobretensión. La resistencia de las células tradicionales de iones de litio 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 velocidades de alta 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 iones de litio típica. Los cambios comienzan con los materiales activos de la batería. Las células tradicionales de iones de litio se basan en un compuesto de cátodo de óxido de litio-cobalto (LiCoO2). En este material, los iones de litio, que se difunden dentro y fuera del cátodo, solo se pueden insertar a través de caminos en 2-D en la estructura cristalina.

La longitud de la ruta 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 disminuir el tamaño de partícula de los materiales a un tamaño tan pequeño como la nanoescala. Nuevas químicas como la espinela de manganeso (LiMn2O4) ofrecen vías tridimensionales para la inserción de iones.

Además de estos cambios, la resistencia de las celdas debe reducirse utilizando materiales delgados, aumentando la cantidad de colectores de corriente, y aumentando la concentración de electrolitos y reduciendo su viscosidad con solventes. Muchos de estos cambios sugieren que las células de polímero de litio, que pueden ser muy delgadas, se prestan para su uso en el diseño de 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 encontrado soluciones. E-One Moli Energy introdujo una celda de alta velocidad de descarga basada en un material de cátodo de espinela de manganeso para herramientas eléctricas inalámbricas.

Es fácil hacer que una batería de iones de litio parezca estar cargada 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 seguirá aceptando corriente y puede cargarse 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 adelante.

Algunos cargadores de consumo de menor costo pueden usar el método simplificado de “cargar y ejecutar” 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 del 85 por ciento, el usuario puede quejarse de un tiempo de ejecución corto, sin saber que el cargador tiene la culpa . Muchas baterías de garantía están siendo reemplazadas por este motivo, y este fenómeno es especialmente común en la industria celular.

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

para más información ver:

http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_lithium_ion_batteries

Tengo un taladro eléctrico / controlador que funciona con una batería de iones de litio y se envía con un cargador que lo carga completamente en 35 minutos y dice que lo carga al 70% en 15 minutos.

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

¿Cómo es posible cargar una batería de iones de litio en unos 35 minutos?

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

Primero dije:

• Las baterías de LiIon se pueden cargar de forma segura (suficiente) a la velocidad recomendada por sus fabricantes. Puede ser más rápido y puede ser "seguro", pero todas las garantías están desactivadas y la vida más corta o la vida instantánea muy corta son opciones definitivas.

y

• La especificación estándar es 1C de carga máxima.

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

Yo tambien dije

• Hay nuevas químicas basadas en litio y nuevas disposiciones mecánicas que permiten cargar las células a base de litio a velocidades más rápidas. Si el fabricante dice que es así, de hecho puede ser. Aparentemente he visto células LiIon estándar con clasificaciones de carga de 2C, pero la norma es 1C máx. (véase más arriba)

Que es exactamente lo que está informando, es totalmente coherente con la respuesta anterior, simplemente no es estándar de la industria y sugiere que puede obtener una vida útil de ciclo corto o una capacidad inferior a la esperada.

PERO

Una razón importante puede ser que el fabricante 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:

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

60% de capacidad = 0.6 Ah.

Carga a 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)

Así que vamos a atrevernos y cargar a 1.6C durante los primeros 15 minutos cuando la capacidad es baja. En este nivel, el voltaje delta entre Vin y Vcell es menor y las pérdidas de calor son menores. Si gestionamos el 70% de la capacidad en 15 minutos, necesitamos 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 tasa inferior a 1C sea aceptable para su última parte.

En la práctica, probablemente se use alguna combinación de lo anterior.

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

• Cargue a> 1C por el primer 70% de la corriente de reducción de carga bajo el cargador y no por el control de la batería, por lo que cae a menos de 1C a, digamos, el 70% de la capacidad de la batería. Por lo tanto, la batería se carga con fuerza cuando tiene poca capacidad y a un ritmo decreciente con el nivel de carga, y nunca se llena. El resultado final bien puede ser un ciclo de vida extendido.

O pueden hacer algo bastante diferente :-).

Una forma de reducir el tiempo de carga es mejorar la química de las células para reducir la ESR, pero, por supuesto, la coincidencia de las células se vuelve crítica con las corrientes de derivación para normalizar la transferencia de energía por célula. El aumento de temperatura es un factor de envejecimiento altamente acelerado. Me di cuenta de que mi Mac AIR solo tiene una vida útil de la batería de 1000 horas, por lo que uso el cargador tanto como sea posible y trato de evitar un aumento excesivo de la temperatura.

Ve a comprar una batería de repuesto.