Como é possível carregar totalmente uma bateria de íon de lítio em 35 minutos?

Por acaso, possuo uma furadeira elétrica / driver que funciona com uma bateria de íon de lítio e é fornecida com um carregador que a carrega totalmente em 35 minutos e alega cobrar até 70% em 15 minutos.

De acordo com as respostas a esta pergunta, a corrente de carregamento mais alta para as baterias de íon de lítio é de cerca de 1 ° C, o que, com as perdas consideradas, significa que o tempo de carregamento deve ser de pelo menos mais de uma hora. Isso é consistente com minha experiência no uso de outros dispositivos, como telefones celulares - eles levam cerca de 1,5 hora para carregar completamente.

Como é possível carregar uma bateria de íon de lítio em aproximadamente 35 minutos?

Como isso é possível? Todo fabricante de baterias Li, sob o sol, deseja criar baterias de carregamento rápido, por isso é um tópico de pesquisa muito importante.

Este artigo de 2007 lança alguma luz sobre o assunto das partes internas das células Li-ion de carga rápida:

Não existe uma definição padrão para células com alta taxa de drenagem, mas as diretrizes básicas de projeto determinam que as células à base de óxido de cobalto padrão podem suportar uma corrente contínua de 2-C ou talvez 3-C. Células de alto consumo com base em óxido de cobalto suportam aproximadamente o dobro dessas correntes, mas apenas por segundos. As novas células de alto dreno suportam 20 C contínuos.

Dado que uma célula com alta taxa de descarga pode suportar descargas de alta corrente durante um período muito curto, em teoria, um carregador de bateria pode carregar completamente essa célula em um período de tempo igualmente curto. Mas, para aproveitar essa possibilidade, o design convencional do carregador de bateria deve ser modificado. Por uma questão de simplicidade, essas alterações podem ser ilustradas com o exemplo de um carregador de compartimento único que suporta uma bateria de célula única.

Características da célula

Na superfície, as células de íons de lítio de carregamento rápido parecem simples. Parece que se poderia simplesmente aumentar a corrente fornecida durante a fase de corrente constante do ciclo de carga. No entanto, como mostrado na tabela, o tempo total de carregamento não diminui significativamente quando a corrente é aumentada de 1 C para taxas mais altas.

A diferença no tempo de carregamento com uma taxa de 2-C versus uma taxa de 3-C é de apenas cerca de um minuto, independentemente do fornecedor da célula. Essencialmente, as células atingirão o ponto de corte de tensão superior mais rapidamente, mas o tempo no modo de carga de tensão constante será muito mais longo. Obviamente, isso aumenta o potencial de danos à bateria devido a sobretensão. A resistência das células tradicionais de íons de lítio fará com que elas aqueçam mais durante cargas mais rápidas, de modo que as células começarão a quebrar. O carregamento rápido reduz significativamente o ciclo de vida da bateria.

Projetar uma célula que pode acomodar altas taxas de descarga e alta carga é um esforço para reduzir o comprimento e a resistência do caminho para o transporte de íons e elétrons. A Fig. 1 mostra uma seção transversal de uma célula cilíndrica típica de íons de lítio. As alterações começam com os materiais ativos da bateria. As células de íons de lítio tradicionais são baseadas em um composto de cátodo de óxido de cobalto e lítio (LiCoO2). Neste material, os íons Li, que se difundem dentro e fora do cátodo, só podem ser inseridos através de caminhos 2-D na estrutura cristalina.

O comprimento do caminho pode ser reduzido alterando a morfologia física do material ativo da bateria ou alterando a estrutura química do material, ou fazendo as duas coisas. Uma abordagem para abordar o problema fisicamente é diminuir o tamanho de partícula dos materiais para um tamanho tão pequeno quanto a nanoescala. Novas químicas, como o espinélio de manganês (LiMn2O4), oferecem vias 3D para inserção de íons.

Além dessas alterações, a resistência das células deve ser reduzida usando materiais finos, aumentando a quantidade de coletores de corrente e aumentando a concentração de eletrólitos e reduzindo sua viscosidade com solventes. Muitas dessas mudanças sugerem que as células de polímero de Li, que podem ser muito finas, se prestam para serem usadas no design de altas taxas.

Os fabricantes de células de íons de lítio vêm experimentando suas formulações para implementar projetos específicos para aplicações de alta taxa. Alguns fabricantes criaram soluções. A E-One Moli Energy introduziu uma célula de alta taxa de descarga baseada em um catodo de manganês-espinélio para ferramentas elétricas sem fio.

É fácil fazer com que uma bateria de íon de lítio pareça estar carregada em menos de uma hora, apesar de na verdade não estar. Depois de atingir a tensão de carga desejada (primeira linha vertical tracejada), a célula ainda aceita corrente e pode ser carregada ainda mais. Se essa etapa for deixada de fora, a célula aparecerá totalmente carregada se medida diretamente após o carregamento, mas a voltagem cairá significativamente mais tarde.

Alguns carregadores de menor custo podem usar o método simplificado de “carregar e executar”, que carrega uma bateria de íon de lítio em uma hora ou menos, sem passar para a carga de saturação do Estágio 2. “Pronto” aparece quando a bateria atinge o limite de voltagem no Estágio 1. Como o estado da carga (SoC) neste momento é de apenas 85%, o usuário pode reclamar de curto tempo de execução, sem saber que o carregador é o culpado. . Muitas baterias de garantia estão sendo substituídas por esse motivo, e esse fenômeno é especialmente comum no setor de celulares.

Para descobrir se esse é o caso do seu carregador, meça a tensão e a corrente ao longo do tempo enquanto carrega e compare suas medidas com o diagrama acima. Se você fornecer esses dados, deve ficar claro o que está acontecendo exatamente. Atualmente, não temos dados, exceto as reivindicações do carregador, portanto todas as respostas serão especulativas.

para mais informações, consulte:

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

Por acaso, possuo uma furadeira elétrica / driver que funciona com uma bateria de íon de lítio e é fornecida com um carregador que a carrega totalmente em 35 minutos e alega cobrar até 70% em 15 minutos.

De acordo com as respostas a esta pergunta, a corrente de carregamento mais alta para as baterias de íon de lítio é de cerca de 1 ° C, o que, com as perdas consideradas, significa que o tempo de carregamento deve ser de pelo menos mais de uma hora. Isso é consistente com minha experiência no uso de outros dispositivos, como telefones celulares - eles levam cerca de 1,5 hora para carregar completamente.

Como é possível carregar uma bateria de íon de lítio em aproximadamente 35 minutos?

Eu escrevi a resposta longa para a pergunta anterior.
A bateria e o carregador da broca possivelmente combinam vários dos aspectos que descrevi lá que podem permitir uma carga rápida ou aparentemente rápida .

Em primeiro lugar eu disse:

• As baterias LiIon podem ser carregadas com segurança (o suficiente) à taxa recomendada por seus fabricantes. Mais rápido pode ser possível e pode ser "seguro", mas todas as garantias estão desligadas e vida útil mais curta ou instantaneamente vida muito curta são opções definidas.

e

• A especificação padrão é 1C de carga máxima.

Ou seja, a prática da indústria é cobrar 1C no máximo, mas os fabricantes individuais são livres para ultrapassar os limites. Os problemas são térmicos, mecânicos e químicos (pelo menos). Como eu disse - menor duração da bateria pode resultar.

Eu também disse

• Existem novas químicas à base de lítio e novos arranjos mecânicos que permitem que as células à base de lítio sejam carregadas a taxas mais rápidas. Se o fabricante diz que é assim, de fato pode ser. Já vi células LiIon aparentemente padrão com classificações de carga 2C, mas a norma é 1C no máximo. (Veja acima)

É exatamente isso que você está relatando - é totalmente consistente com a resposta anterior - apenas não é padrão da indústria e sugere que você pode ter um ciclo de vida curto ou capacidade abaixo da esperada.

MAS

Um dos principais motivos pode ser o fato de o fabricante estar estendendo a vida útil da célula, classificando a célula com uma capacidade mais baixa que o padrão e não a cobrando totalmente. Se eles classificarem em cerca de 60% do valor real, então:

Digamos que a capacidade total seja de 1 Ah para simplificar os cálculos. Qualquer capacidade produz os mesmos resultados.

60% da capacidade = 0,6 Ah.

Carregue na constante 1C = 1A.

Tempo para atingir 0,6C na taxa de 1C = 0,6 horas = 40 minutos (Reivindicação 35)

Tempo para atingir 70% = 0,7 x 0,6 x 60 minutos = 25 minutos (reivindicação 15)

Então, vamos ousar e carregar a 1.6C por 15 minutos, quando a capacidade é baixa. Nesse nível, a tensão delta entre Vin e Vcell é menor e as perdas de calor são menores. Se gerenciamos 70% da capacidade em 15 minutos, precisamos adicionar 30% em (35-20) = 15 minutos. 15m é 15/35 = 43% do tempo total de carga de 35 minutos, mas precisamos adicionar apenas 30% da carga, para que uma taxa abaixo de 1C seja aceitável para sua última parte.

Na prática, provavelmente é usada uma combinação dos itens acima.

• Reduza a bateria para dizer 75% a 80% da capacidade total possível.

• Carregue a> 1C para obter 70% da corrente de redução de carga sob o carregador e não para o controle da bateria, de modo que caia para menos de 1C com, por exemplo, 70% da capacidade da bateria. Assim, a bateria é carregada com força quando em baixa capacidade e a uma taxa decrescente com o nível de carga e nunca é preenchida. O resultado final pode muito bem ser uma vida útil prolongada.

Ou eles podem fazer algo bem diferente :-).

Uma maneira de reduzir o tempo de carga é melhorar a química das células para reduzir a VHS, mas é claro que a correspondência das células se torna crítica com as correntes de derivação para normalizar a transferência de energia por célula. O aumento da temperatura é um fator de envelhecimento altamente acelerado. Eu descobri que meu Mac AIR tem apenas uma bateria útil de 1000 horas, então eu uso o carregador o máximo possível e tento evitar o aumento excessivo de temperatura.

Vá comprar uma bateria sobressalente.