¿Cuánto puedo sobrecargar un LiPo de 4.35V?

Estoy construyendo un cargador para un conjunto de celdas LiPo. Mi circuito necesita asegurarse de que se carguen completamente a su nivel máximo de 4.35V. Al mismo tiempo, el circuito debe proteger las células de la sobrecarga. La carga se detiene cuando se alcanza el nivel de 4.35V.

Las tolerancias en los componentes pueden causar una pequeña sobrecarga, por ejemplo 10 mV. ¿Puede esto ser perjudicial para la batería?

¿De qué sobretensión se daña la batería?

El fabricante especifica el nivel de voltaje de carga (terminación) de las baterías de iones de litio. La especificación se basa en un número de ciclos razonablemente aceptado ("vida útil de la batería") que una batería puede soportar, digamos, 500 o 1000. Este parámetro depende de la química particular de la celda, la construcción interna, la corriente de carga y el fabricante lo recoge para El mejor valor comercializable.

Un voltaje de carga más alto conduce a un ligero aumento en la capacidad de la batería, pero acorta la vida útil de la batería. El voltaje recomendado por el fabricante es una compensación entre estos dos parámetros.

Contrariamente a los mitos urbanos de las baterías "dañadas", la dependencia de la "vida útil de la batería" del voltaje de carga es una curva continua suave. Ciertamente, la dependencia de por vida termina en algún momento con una falla catastrófica, pero los temores de una sobrecarga de 10 mV son exagerados. Sin embargo, 100 mV por encima de 4.35 V (para baterías Li-Po) pueden causar un problema, consulte, por ejemplo, esta publicación de Texas Instruments , página 3-5.

Entonces, la sobrecarga de 150 mV por encima de los 4.2 V nominales conduce a aproximadamente un 10% más de capacidad para los primeros 50-100 ciclos, pero la vida útil se reduce de 500-1000 ciclos a aproximadamente 200. Extrapolando, los otros 100 mV darán como resultado 30 -50 ciclos de vida. Esto significa que 50 mV por encima de la especificación no matará la batería.

La página 3-7 también es bastante informativa. Dice que el 70-80% de la capacidad llega durante la etapa CC, mientras que la cola (etapa CV) representa solo el 20-30% de la capacidad, por lo que no hay muchas razones para esperar hasta 0.03C. La mayoría de los cargadores de TI tienen un valor predeterminado de 256 mA para finalizar el proceso de carga.

Para obtener más ideas y la correcta aplicación de los cargadores, uno podría querer examinar otros materiales como ÉSTE .

Cargar Li-Poly y Li-Ion no es tan simple como simplemente bombear un voltaje a través de él. Es una operación de dos etapas que involucra corriente constante y voltaje constante.

1. Aplique una corriente constante de (digamos) 1C (para una batería de 1200mAh que sea 1.2A) hasta que el voltaje aumente a 4.35V
2. Cambie a voltaje constante aplicando 4.35V hasta que la corriente se aplaste (generalmente alrededor de 0.03C).

Aquí está la curva de carga de una batería de 1200 mAh que cargué el otro día usando mi fuente de alimentación de banco:

Como puede ver la mayor parte del tiempo, está esperando que la corriente baje. Cuanto más espere con voltaje constante, mayor será la capacidad. Esperé hasta exactamente 0.03C.

Aumentar el voltaje por encima del voltaje de carga no va a forzar más en la celda. Lo que le interesa es esperar más para que la curva actual se vuelva más plana.

Operar cualquier dispositivo fuera de las especificaciones publicadas puede conducir a resultados indefinidos. Cuando se opera algo tan potencialmente explosivo como una batería fuera de los parámetros publicados, se pueden obtener resultados explosivos.

Si fuera seguro cargar con un voltaje por encima de las especificaciones, las especificaciones lo mostrarían. Por lo general, en forma de una especificación máxima absoluta .

Con un corte de 4,35 V, la batería ya está dañada por una celda de LiCoO2 normal. Debe cortar a 4,15 V o 4,2 V como máximo.

La cantidad de capacidad de energía entre 4.1 y 4.2 V es solo el 1.2% de la capacidad de energía total. Entre 4.2 V y 4.3 V es aún menos, probablemente 0.6% de la capacidad total. Realmente no tiene sentido ir por encima de 4,2 V, dado que solo aumenta el contenido de energía en un 0,6% y reducirá rápida y permanentemente la capacidad de energía de la célula, incluso si no realiza un ciclo de la célula con frecuencia.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Este es un diseño simple de voltaje constante de corriente constante usando 2 LM317. Tengo que construir uno yo mismo porque es muy difícil comprar un cargador de 4.35 V en el mercado. El circuito está demasiado simplificado, recuerde agregar las tapas y el diodo de protección.

Establezca la salida U2 a 4.35V sin carga usando el potenciómetro R3 antes de cargar. A plena carga no excederá los 4.35V. También verifique las especificaciones del fabricante en la batería, la mía menciona 4.35V + - 0.03V de voltaje de carga.

No es necesario cambiar de corriente constante a voltaje constante y luego apagarse a 4.2, ya que los cargadores funcionan. Lo único que importa es que no pongas demasiados amperios a la vez y no pases por encima o por debajo del voltaje. Incluso los amplificadores que puede colocar de manera segura pueden variar mucho según el soc. Si se está calentando, la carga se reanudará y durará más. Irónicamente, la explosión con una corriente muy alta puede sanar las células aumentando la densidad de energía y destruyendo las dendritas peligrosas. Pero eso va un paso más allá.