Quanto posso sobrecarregar um LiPo de 4,35V?

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Estou construindo um carregador para um conjunto de células LiPo. Meu circuito precisa garantir que eles sejam totalmente carregados até o nível máximo de 4,35V. Ao mesmo tempo, o circuito deve proteger as células contra sobrecarga. O carregamento para quando o nível de 4,35V é atingido.

Tolerâncias nos componentes podem causar uma pequena sobrecarga, por exemplo, 10 mV. Isso pode ser prejudicial para a bateria?

De que sobretensão a bateria é danificada?

K.Mulier
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Sobrecarregar um Li + ou LiPo pode levar a pirotecnia espetacular com os bits de (o que era) uma bateria lançada com energia significativa.
Peter Smith
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Exatamente. É por isso que eu gostaria de saber quantos milivolts de tolerância posso aceitar no meu circuito de medição (aquele que protege minha bateria).
K.Kululier
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Ok, mas suponha que, por qualquer motivo, eu esteja aplicando uma tensão de 4,351 V em vez de 4,350 V. Isso explodirá? Provavelmente não. Mas e se eu aplicar 4.352 V. Será que vai explodir? Normalmente não. Mas e se ... Você entendeu? Até que nível a célula pode ir com segurança?
22917 K.Mulier
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+1. Eu acho que é uma abordagem de engenharia saudável saber quais são as margens permitidas para todos os componentes. A maioria das respostas / comentários apenas difunde o medo sem dados de apoio.
Ale..chenski

Respostas:

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O nível de voltagem da carga (terminação) das baterias de íons de lítio é especificado pelo fabricante. A especificação é baseada no número de ciclos razoavelmente aceito ("vida útil da bateria") que uma bateria pode suportar, digamos, 500 ou 1000. Esse parâmetro depende da química da célula, da construção interna, da corrente de carga e é escolhido pelo fabricante para o melhor valor comercializável.

Uma voltagem de carregamento mais alta leva a um leve aumento na capacidade da bateria, mas reduz a vida útil da bateria. A tensão recomendada pelo fabricante é uma compensação entre esses dois parâmetros.

Ao contrário dos mitos urbanos de baterias "danificadas", a dependência da "vida útil da bateria" na tensão de carga é uma curva contínua e suave. Certamente, a dependência da vida termina em algum momento com falha catastrófica, mas os medos de sobrecarga de 10 mV são excessivamente exagerados. No entanto, 100 mV acima de 4,35 V (para bateria Li-Po) podem causar problemas, consulte, por exemplo, esta publicação da Texas Instruments , página 3-5. insira a descrição da imagem aqui

Portanto, a sobrecarga de 150 mV acima dos 4,2 V nominais leva a cerca de 10% mais capacidade nos primeiros 50-100 ciclos, mas a vida útil diminui de 500-1000 para cerca de 200. Extrapolando, os outros 100 mV resultarão em talvez 30 -50 ciclos de vida. Isso significa que 50 mV acima das especificações não matam a bateria.

A página 3-7 também é bastante informativa. Ele diz que 70-80% da capacidade está chegando durante o estágio CC, enquanto a cauda (estágio CV) representa apenas 20-30% da capacidade, portanto, não há muitas razões para esperar até 0.03C. A maioria dos carregadores de TI tem como padrão 256 mA para finalizar o processo de carregamento.

Para mais informações e aplicação correta dos carregadores, pode-se examinar outros materiais como ESTE .

Ale..chenski
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Carregar Li-Poly e Li-Ion não é tão simples quanto apenas bombear uma tensão através dele. É uma operação de dois estágios envolvendo corrente constante e tensão constante.

  1. Aplique uma corrente constante de (digamos) 1C (para uma bateria de 1200mAh de 1,2A) até que a tensão suba para 4,35V
  2. Alterne para tensão constante aplicando 4,35 V até a corrente se achatar (geralmente em torno de 0,03C).

Aqui está a curva de carga de uma bateria de 1200mAh que eu carreguei outro dia usando minha fonte de alimentação de bancada:

insira a descrição da imagem aqui

Como você pode ver na maioria das vezes, aguarda a queda da corrente. Quanto mais você esperar com tensão constante, maior a capacidade. Eu esperei até exatamente 0,03C.

Aumentar a tensão acima e acima da tensão de carga não forçará mais a entrar na célula. Esperar mais tempo para que a curva atual fique mais plana é o que você está interessado.

A operação de qualquer dispositivo fora das especificações publicadas pode levar a resultados indefinidos. Ao operar algo tão potencialmente explosivo quanto uma bateria fora dos parâmetros publicados, pode resultar em resultados explosivos.

Se fosse seguro carregar com uma tensão acima das especificações, as especificações mostrariam isso. Geralmente na forma de uma especificação máxima absoluta .

Majenko
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Obrigado, isso é muito interessante. Mas quanto milivolts a "tensão constante" pode ser maior que as especificações? A especificação para minha bateria é 4,35 V, para sua bateria é 4,20V.
27717 K.Kululier
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Você não deve exceder a tensão de carga nominal. É impossível dizer quanto você pode ultrapassar antes que exploda - pode ser 1pV ou 250mV. Qualquer coisa acima da classificação é potencialmente perigosa.
Majenko 16/07/19
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Sim, bom ponto: siga as instruções / especificações - é por isso que elas foram fornecidas.
Solar Mike
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Nota: a folha de dados das baterias deve fornecer as especificações exatas para o que as baterias são fabricadas.
Cort Ammon
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Olha ma! Um troll! Posso alimentá-lo? Eu posso?
Majenko 16/07/19
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Com um corte de 4,35 V, a bateria já está sendo danificada por uma célula comum de LiCoO2. Você precisa cortar em 4,15 V ou 4,2 V no máximo.

A quantidade de capacidade de energia entre 4,1 e 4,2 V é apenas 1,2% da capacidade total de energia. Entre 4,2 V e 4,3 V, é ainda menor, provavelmente 0,6% da capacidade total. Realmente não há razão para ir acima de 4,2 V, uma vez que você apenas aumenta o conteúdo de energia em 0,6% e isso reduzirá rápida e permanentemente a capacidade de energia da célula, mesmo se você não alternar sua célula com frequência.

Tranceducer
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Como pode ser visto no gráfico da TI na resposta acima, a capacidade de armazenamento adquirida em 0,1 V extra após 150 a 200 ciclos se torna insignificante. É melhor manter a tensão limite em 4,2 (eu acho relaxado) se você planeja usar as células por mais de 150 ciclos. Isso também se aplica à vida útil do calendário, além da vida útil do ciclo.
Tranceducer
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existem diferentes usos de baterias. Digamos, em competições de RC (carros de corrida, aviões ou o que for), com correntes de descarga de 100-200 A, a bateria pode ser usada apenas algumas vezes e a capacidade de carga máxima pode definir se você ganha ou perde.
Ale..chenski 17/07/2017
Atualmente, algumas baterias LiPo afirmam operar a 4,35 V, usando tecnologia especial. Isso realmente significa que sua vida útil é severamente reduzida?
27717 K.Mulier
É chamado LiHV, veja esta comparação e teste: oscarliang.com/lihv-lipo-drone-battery-hvli
Mark
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esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Este é um projeto simples de tensão constante de corrente constante usando 2 LM317. Eu mesmo tenho que construir um, porque é muito difícil comprar um carregador de 4,35V no mercado. O circuito está simplificado, lembre-se de adicionar as tampas e o diodo de proteção.

Defina a saída U2 para 4,35V durante a carga sem o pote R3 antes de carregar. Com carga total, não excederá 4,35V. Verifique também as especificações do fabricante da bateria, as minhas mencionam a tensão de carregamento de 4,35V + - 0,03V.

Jason Han
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A corrente constante alternando para tensão constante e, em seguida, desligando em 4.2, conforme os carregadores funcionam, não é necessária. O que importa é que você não use muitos amplificadores por vez e não fique acima ou abaixo da tensão. Até os amplificadores que você pode colocar com segurança podem variar muito, dependendo da sociedade. Se estiver esquentando, o carregamento voltará e durará mais. Ironicamente, explodir com uma corrente muito alta pode curar as células, aumentando a densidade de energia e destruindo dendritos perigosos. Mas isso está dando um passo adiante.

hummina
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Mas se você tiver essas células de tensão mais alta, é claro que poderá aumentar a tensão.
hummina
Obrigado @hummina. Parece que você tem algumas células da bateria em segundo plano. Você trabalha neste campo?
27919 K.Mulier