Как полностью зарядить литий-ионную батарею за 35 минут?

У меня есть дрель / драйвер, работающий на литий-ионном аккумуляторе и поставляемый с зарядным устройством, которое полностью заряжает его за 35 минут и утверждает, что заряжает до 70% за 15 минут.

Согласно ответам на этот вопрос, самый высокий зарядный ток для литий-ионных аккумуляторов составляет около 1C, что с учетом потерь означает, что время зарядки должно составлять не менее одного часа. Это согласуется с моим опытом использования других устройств, таких как сотовые телефоны - для полной зарядки требуется около 1,5 часов.

Как тогда можно зарядить литий-ионную батарею за 35 минут?

Как это возможно? Каждый производитель литий-ионных аккумуляторов хочет создавать быстро заряжаемые аккумуляторы, поэтому это горячая тема для исследований.

Эта статья от 2007 года проливает свет на тему внутренних элементов литий-быстрых аккумуляторов:

Не существует стандартного определения для ячеек с высокой скоростью утечки, но основные руководящие принципы проектирования диктуют, что стандартные ячейки на основе оксида кобальта могут поддерживать постоянный ток со скоростью 2 С или, возможно, 3 С. Ячейки с высоким стоком на основе оксида кобальта поддерживают примерно в два раза больше, чем в течение нескольких секунд Новые ячейки с высоким стоком поддерживают 20 C непрерывно.

Учитывая, что элемент с высокой скоростью разряда может поддерживать сильноточные разряды в течение очень короткого периода, теоретически, зарядное устройство батареи может полностью зарядить этот элемент за столь же короткое время. Но чтобы воспользоваться этой возможностью, необходимо изменить конструкцию обычного зарядного устройства. Для простоты эти изменения можно проиллюстрировать на примере зарядного устройства с одним отсеком, поддерживающего аккумуляторную батарею с одной ячейкой.

Характеристики ячейки

На первый взгляд, быстро заряжающиеся литий-ионные элементы кажутся простыми. Кажется, что можно просто увеличить ток, подаваемый во время фазы постоянного тока цикла зарядки. Однако, как показано в таблице, общее время зарядки существенно не уменьшается, когда ток увеличивается от 1 C до более высоких скоростей.

Разница во времени зарядки со скоростью 2-C и 3-C составляет всего около одной минуты, независимо от поставщика сотовой связи. По сути, элементы будут просто быстрее достигать отсечки верхнего напряжения, но время в режиме зарядки при постоянном напряжении будет намного больше. Очевидно, что это увеличивает вероятность повреждения батареи из-за перенапряжения. Сопротивление традиционных литий-ионных элементов заставит их больше нагреваться при более быстрых зарядах, поэтому элементы начнут разрушаться. Быстрая зарядка значительно сокращает срок службы аккумулятора.

Разработка ячейки, способной выдерживать высокие скорости разряда и высоких зарядов, является попыткой уменьшить длину пути и сопротивление для транспорта ионов и электронов. На рис. 1 показано поперечное сечение типичной литий-ионной цилиндрической ячейки. Изменения начинаются с активных материалов батареи. Традиционные литий-ионные элементы основаны на катодном соединении литий-кобальт-оксид (LiCoO2). В этом материале ионы Li, которые диффундируют в катод и выходят из него, могут быть вставлены только через 2-D пути в кристаллической структуре.

Длину пути можно сократить, изменив физическую морфологию активного материала батареи или изменив химическую структуру материала или выполнив оба действия. Один из подходов к физическому решению проблемы заключается в уменьшении размера частиц материалов до наноразмеров. Новые химические препараты, такие как марганцевая шпинель (LiMn2O4), предлагают 3-D пути для введения ионов.

В дополнение к этим изменениям сопротивление ячеек должно быть уменьшено за счет использования тонких материалов, увеличения количества токосъемников и увеличения концентрации электролита и снижения его вязкости с растворителями. Многие из этих изменений предполагают, что литий-полимерные элементы, которые могут быть очень тонкими, пригодны для использования при проектировании с высокими скоростями.

Производители литий-ионных элементов экспериментируют со своими составами, чтобы реализовать проекты, характерные для высокоскоростных применений. Несколько производителей придумали решения. E-One Moli Energy представила ячейку с высокой скоростью разряда на основе марганцево-шпинельного катодного материала для аккумуляторных электроинструментов.

Это легко сделать аккумулятор Li-Ion появляются быть заряжена менее чем за час , несмотря на это на самом деле нет. После достижения желаемого зарядного напряжения (первая пунктирная вертикальная линия) элемент все равно будет воспринимать ток и может заряжаться дальше. Если этот шаг пропустить, элемент будет выглядеть полностью заряженным, если его измерять непосредственно после зарядки, но позже напряжение значительно упадет.

Некоторые недорогие потребительские зарядные устройства могут использовать упрощенный метод «заряжай и работай», который заряжает литий-ионную батарею в течение одного часа или меньше, не переходя к заряду насыщения 2-го этапа. «Готово» появляется, когда батарея достигает порога напряжения на этапе 1. Поскольку состояние заряда (SoC) в этот момент составляет всего около 85 процентов, пользователь может жаловаться на короткое время работы, не зная, что виновато зарядное устройство , По этой причине заменяются многие гарантийные аккумуляторы, и это явление особенно распространено в сотовой промышленности.

Чтобы выяснить, так ли это с вашим зарядным устройством, измерьте напряжение и ток с течением времени во время зарядки и сравните результаты измерений с приведенной выше диаграммой. Если вы предоставите эти данные, должно быть ясно, что именно происходит. В настоящее время у нас нет данных, кроме претензий к зарядному устройству, поэтому каждый ответ будет умозрительным.

для получения дополнительной информации см .:

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

У меня есть дрель / драйвер, работающий на литий-ионном аккумуляторе и поставляемый с зарядным устройством, которое полностью заряжает его за 35 минут и утверждает, что заряжает до 70% за 15 минут.

Согласно ответам на этот вопрос, самый высокий зарядный ток для литий-ионных аккумуляторов составляет около 1C, что с учетом потерь означает, что время зарядки должно составлять не менее одного часа. Это согласуется с моим опытом использования других устройств, таких как сотовые телефоны - для полной зарядки требуется около 1,5 часов.

Как тогда можно зарядить литий-ионную батарею за 35 минут?

Я написал длинный ответ на предыдущий вопрос.
Ваша аккумуляторная батарея и зарядное устройство вполне могут сочетать в себе несколько аспектов, которые я здесь описал, которые могут обеспечить быструю или, по- видимому, быструю зарядку.

Сначала я сказал:

• Батареи LiIon можно безопасно (в достаточной степени) заряжать по ставкам, рекомендованным их производителями. Быстрее может быть возможно и может быть «безопасно», но все гарантии отключены, и короткий срок или мгновенно очень короткий срок являются определенными вариантами.

и

• Стандартная спецификация - 1С макс.

То есть отраслевая практика заключается в том, чтобы взимать плату до 1С макс, но отдельные производители могут свободно расширять пределы. Проблемы тепловые, механические и химические (как минимум). Как я уже сказал, это может привести к уменьшению срока службы батареи.

Я тоже сказал

• Появились новые химические составы на основе лития и новые механические устройства, которые позволяют заряжать элементы на основе лития более быстрыми темпами. Если производитель говорит, что это так, то это действительно может быть. Я видел, по-видимому, стандартные элементы LiIon с номинальным зарядом 2C, но норма составляет максимум 1C. (см. выше)

Это именно то, о чем вы сообщаете - это полностью соответствует предыдущему ответу - просто не является отраслевым стандартом, и это предполагает, что вы можете получить короткий срок службы или меньшую, чем ожидалось, емкость.

НО

Основная причина может заключаться в том, что производитель фактически продлевает срок службы батареи, оценивая ее в меньшей емкости, чем стандартная, и не заряжая ее полностью. Если они оценивают его примерно в 60% от фактического, то:

Скажем, полная емкость составляет 1 Ач, чтобы упростить расчеты. Любая емкость дает одинаковые результаты.

60% емкости = 0,6 Ач.

Заряд при постоянной 1С = 1А.

Время достижения 0,6C при скорости 1C = 0,6 часа = 40 минут (заявлено 35)

Время достижения 70% = 0,7 x 0,6 x 60 минут = 25 минут (заявлено 15)

Так что давайте посмем и зарядимся при 1.6C в течение первых 15 минут при низкой емкости. На этом уровне дельта-напряжение между Vin и Vcell меньше, а тепловые потери ниже. Если за 15 минут мы управляем 70% емкости, нам нужно прибавить 30% за (35-20) = 15 минут. 15m - это 15/35 = 43% от общего времени зарядки 35 минут, но нам нужно добавить только 30% заряда, поэтому для его последней части приемлема скорость ниже 1C.

На практике, вероятно, используется некоторая смесь вышеупомянутого.

• Уменьшите батарею, чтобы сказать 75% до 80% от полной возможной емкости.

• Заряжайте при> 1C в течение первых 70% тока сужения заряда под зарядным устройством, а не под контролем аккумулятора, поэтому он падает до уровня ниже 1C, например, при 70% емкости аккумулятора. Батарея, таким образом, заряжается сильно, когда на малой емкости и с уменьшающейся скоростью в зависимости от уровня заряда и никогда не заряжается. Конечным результатом вполне может быть продление цикла жизни.

Или они могут сделать что-то совсем другое :-).

Одним из способов сокращения времени зарядки является улучшение химического состава ячейки для уменьшения ESR, но, конечно, согласование ячейки становится критическим с токовыми шунтами для нормализации передачи энергии на ячейку. Повышение температуры является сильно ускоренным фактором старения. Я выяснил, что у моего Mac AIR срок службы батареи составляет всего 1000 часов, поэтому я максимально использую зарядное устройство и стараюсь избегать чрезмерного повышения температуры.

Иди купи запасной аккумулятор.