การชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion อย่างเต็มที่ใน 35 นาทีเป็นไปได้อย่างไร?

ฉันบังเอิญเป็นเจ้าของสว่านไฟฟ้า / ไดรเวอร์ที่ทำงานบนแบตเตอรี่ Li-Ion และมาพร้อมกับที่ชาร์จที่ชาร์จเต็มใน 35 นาทีและอ้างว่าชาร์จได้ถึง 70% ใน 15 นาที

ตามคำตอบของคำถามนี้กระแสไฟชาร์จสูงสุดสำหรับแบตเตอรี่ Li-Ion ประมาณ 1C ซึ่งมีการสูญเสียที่พิจารณานั่นหมายถึงเวลาในการชาร์จควรมีอย่างน้อยมากกว่าหนึ่งชั่วโมง สิ่งนี้สอดคล้องกับประสบการณ์ของฉันในการใช้อุปกรณ์อื่นเช่นโทรศัพท์มือถือพวกเขาใช้เวลาประมาณ 1.5 ชั่วโมงในการชาร์จจนเต็ม

จะทำการชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion ได้อย่างไรในเวลาประมาณ 35 นาที?

มันเป็นไปได้ยังไงกัน? ผู้ผลิตแบตเตอรี่ Li ทุกคนภายใต้ดวงอาทิตย์ต้องการสร้างแบตเตอรี่ที่ชาร์จได้อย่างรวดเร็ว

บทความนี้จากปี 2007ทำให้เกิดความกระจ่างเกี่ยวกับเรื่องภายในของเซลล์ LiIon ที่ชาร์จเร็ว:

ไม่มีคำจำกัดความมาตรฐานสำหรับเซลล์อัตราการระบายน้ำที่สูง แต่แนวทางการออกแบบขั้นพื้นฐานกำหนดว่าเซลล์โคบอลต์ออกไซด์มาตรฐานสามารถรองรับ 2-C หรืออาจเป็นอัตรา 3-C กระแสต่อเนื่อง เซลล์ที่มีการระบายน้ำสูงตามการสนับสนุนของโคบอลต์ออกไซด์สนับสนุนกระแสเหล่านั้นเป็นสองเท่า แต่เพียงไม่กี่วินาที เซลล์ที่ระบายน้ำออกใหม่รองรับ 20 C อย่างต่อเนื่อง

เนื่องจากเซลล์อัตราการคายประจุสูงสามารถรองรับการคายประจุไฟฟ้าสูงในช่วงเวลาสั้น ๆ ตามทฤษฎีแล้วเครื่องชาร์จแบตเตอรี่สามารถชาร์จเซลล์นั้นได้อย่างเต็มที่ในระยะเวลาอันสั้นเท่า ๆ กัน แต่เพื่อใช้ประโยชน์จากความเป็นไปได้นี้การออกแบบเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบเดิมจะต้องได้รับการแก้ไข เพื่อความเรียบง่ายการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถอธิบายได้ด้วยตัวอย่างของเครื่องชาร์จแบบช่องเดียวที่รองรับชุดแบตเตอรี่เซลล์เดียว

ลักษณะของเซลล์

บนพื้นผิวเซลล์ Li-ion ที่ชาร์จเร็วดูเหมือนจะตรงไปตรงมา ดูเหมือนว่าเราสามารถเพิ่มกระแสที่ส่งมอบระหว่างเฟสคงที่ของวงจรประจุ อย่างไรก็ตามดังแสดงในตารางเวลาการชาร์จโดยรวมจะไม่ลดลงอย่างมากเมื่อกระแสเพิ่มจาก 1 C เป็นอัตราที่สูงขึ้น

ความแตกต่างของเวลาในการชาร์จด้วยอัตรา 2-C เทียบกับอัตรา 3-C เพียงประมาณหนึ่งนาทีโดยไม่คำนึงถึงผู้ขายเซลล์ โดยพื้นฐานแล้วเซลล์จะถึงจุดตัดแรงดันเร็วกว่า แต่เวลาในโหมดประจุแรงดันคงที่จะนานขึ้น เห็นได้ชัดว่านี่เป็นการเพิ่มความเสียหายให้กับแบตเตอรี่เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเกิน ความต้านทานของเซลล์ Li-ion แบบดั้งเดิมจะทำให้พวกเขาให้ความร้อนมากขึ้นในระหว่างการชาร์จเร็วขึ้นดังนั้นเซลล์จะเริ่มสลายตัว การชาร์จอย่างรวดเร็วจะลดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลงอย่างมาก

การออกแบบเซลล์ที่สามารถรองรับอัตราการไหลสูงและอัตราการชาร์จสูงเป็นความพยายามในการลดความยาวเส้นทางและความต้านทานสำหรับการขนส่งไอออนและอิเล็กตรอน รูปที่ 1 แสดงภาพตัดขวางของเซลล์รูปทรงกระบอก Li-ion ทั่วไป การเปลี่ยนแปลงเริ่มต้นด้วยวัสดุที่ใช้งานของแบตเตอรี่ เซลล์ Li-ion แบบดั้งเดิมนั้นใช้สารประกอบแคโทดลิเธียมโคบอลต์ (LiCoO2) ในวัสดุนี้ Li-ions ซึ่งกระจายเข้าและออกจากแคโทดสามารถแทรกผ่านเส้นทาง 2-D ในโครงสร้างผลึกเท่านั้น

ความยาวเส้นทางสามารถสั้นลงได้โดยการเปลี่ยนลักษณะทางกายภาพของวัสดุที่ใช้งานของแบตเตอรี่หรือเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของวัสดุหรือโดยการทำทั้งสองอย่าง วิธีการหนึ่งในการจัดการปัญหาคือการลดขนาดอนุภาคของวัสดุให้มีขนาดเล็กเท่ากับนาโนสเกล นักเคมีใหม่เช่นแมงกานีสสปิเซล (LiMn2O4) เสนอทางเดิน 3-D สำหรับการใส่ไอออน

นอกเหนือจากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ความต้านทานของเซลล์จะต้องลดลงโดยการใช้วัสดุบาง ๆ เพิ่มปริมาณสะสมในปัจจุบันและเพิ่มความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์และลดความหนืดด้วยตัวทำละลาย การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้หลายอย่างชี้ให้เห็นว่าเซลล์ Li-polymer ซึ่งสามารถบางมากยืมตัวเองเพื่อใช้ในการออกแบบในอัตราที่สูง

ผู้ผลิตเซลล์ Li-ion ได้ทำการทดลองกับสูตรเพื่อนำไปใช้ในการออกแบบเฉพาะสำหรับการใช้งานที่มีอัตราสูง ผู้ผลิตบางรายได้หาวิธีแก้ปัญหา E-One Moli Energy เปิดตัวเซลล์อัตราการไหลสูงโดยใช้วัสดุแคโทดแมงกานีส - สปิเนลสำหรับเครื่องมือไฟฟ้าไร้สาย

มันง่ายที่จะทำให้แบตเตอรี่ Li-Ion ดูเหมือนจะถูกชาร์จภายในหนึ่งชั่วโมง หลังจากถึงแรงดันประจุที่ต้องการ (เส้นแนวตั้งที่มีเส้นประแรก) เซลล์จะยังคงยอมรับกระแสและสามารถชาร์จเพิ่มเติมได้ หากขั้นตอนนี้ถูกทิ้งไว้เซลล์จะปรากฏประจุเต็มถ้าวัดโดยตรงหลังจากการชาร์จ แต่แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญในภายหลัง

เครื่องชาร์จสำหรับผู้ใช้ที่มีต้นทุนต่ำบางรายอาจใช้วิธี "การชาร์จและเรียกใช้" ที่เรียบง่ายซึ่งจะทำการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนภายในหนึ่งชั่วโมงหรือน้อยกว่าโดยไม่ต้องไปสู่การอิ่มตัวของระดับ 2 “ พร้อม” ปรากฏขึ้นเมื่อแบตเตอรี่ถึงระดับแรงดันไฟฟ้าที่ระดับ 1 เนื่องจากสถานะการชาร์จ (SoC) ณ จุดนี้อยู่ที่ประมาณ 85 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นผู้ใช้อาจบ่นว่ารันไทม์ระยะสั้นโดยไม่รู้ว่าเครื่องชาร์จนั้นผิด . แบตเตอรี่รับประกันจำนวนมากถูกแทนที่ด้วยเหตุผลนี้และปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องธรรมดาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมโทรศัพท์มือถือ

ในการตรวจสอบว่าเป็นกรณีของเครื่องชาร์จของคุณหรือไม่ให้วัดแรงดันและกระแสเมื่อเวลาผ่านไปในขณะที่ชาร์จและเปรียบเทียบการวัดกับแผนภาพข้างต้น หากคุณให้ข้อมูลนั้นควรมีความชัดเจนว่าเกิดอะไรขึ้น ขณะนี้เราไม่มีข้อมูลยกเว้นการเรียกร้องของเครื่องชาร์จดังนั้นทุกคำตอบจะเป็นการเก็งกำไร

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมดู:

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

ฉันบังเอิญเป็นเจ้าของสว่านไฟฟ้า / ไดรเวอร์ที่ทำงานบนแบตเตอรี่ Li-Ion และมาพร้อมกับที่ชาร์จที่ชาร์จเต็มใน 35 นาทีและอ้างว่าชาร์จได้ถึง 70% ใน 15 นาที

ตามคำตอบของคำถามนี้ กระแสไฟชาร์จสูงสุดสำหรับแบตเตอรี่ Li-Ion ประมาณ 1C ซึ่งมีการสูญเสียที่พิจารณานั่นหมายถึงเวลาในการชาร์จควรมีอย่างน้อยมากกว่าหนึ่งชั่วโมง สิ่งนี้สอดคล้องกับประสบการณ์ของฉันในการใช้อุปกรณ์อื่นเช่นโทรศัพท์มือถือพวกเขาใช้เวลาประมาณ 1.5 ชั่วโมงในการชาร์จจนเต็ม

จะทำการชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion ได้อย่างไรในเวลาประมาณ 35 นาที?

ฉันเขียนคำตอบยาว ๆ ของคำถามก่อนหน้านี้
แบตเตอรี่สว่านและเครื่องชาร์จของคุณอาจรวมหลาย ๆ ด้านที่ฉันอธิบายไว้ที่นั่นซึ่งสามารถเปิดใช้งานการชาร์จที่เร็วหรือเร็ว

ตอนแรกฉันพูดว่า:

• แบตเตอรี่ LiIon สามารถชาร์จได้อย่างปลอดภัย (เพียงพอ) ในอัตราที่ผู้ผลิตแนะนำ เร็วขึ้นอาจเป็นไปได้และอาจ "ปลอดภัย" แต่การรับประกันทั้งหมดจะปิดและชีวิตที่สั้นลงหรือชีวิตที่สั้นมากทันทีเป็นตัวเลือกที่ชัดเจน

และ

• ข้อมูลจำเพาะมาตรฐานคือการชาร์จสูงสุด 1C

นั่นคือการปฏิบัติในอุตสาหกรรมคือการเรียกเก็บเงินที่ 1C สูงสุด แต่ผู้ผลิตแต่ละรายมีอิสระที่จะผลักดันข้อ จำกัด ปัญหาคือความร้อนเครื่องกลและเคมี (อย่างน้อย) ดังที่ฉันได้กล่าวไว้ว่า - อายุการใช้งานแบตเตอรี่ลดลง

ฉันก็บอกว่า

• มีเคมีลิเธียมที่ใช้ใหม่และการเตรียมกลไกใหม่ที่ช่วยให้เซลล์ที่ใช้ลิเธียมถูกเรียกเก็บในอัตราที่เร็วขึ้น หากผู้ผลิตบอกว่ามันเป็นเช่นนั้นมันอาจจะแน่นอน ฉันเห็นเซลล์ LiIon มาตรฐานที่มีการจัดอันดับการชาร์จ 2C แต่บรรทัดฐานคือ 1C สูงสุด (ดูด้านบน)

สิ่งใดที่คุณกำลังรายงานซึ่งสอดคล้องกับคำตอบก่อนหน้าทั้งหมดไม่ใช่เพียงมาตรฐานอุตสาหกรรมและแนะนำว่าคุณอาจได้รับวงจรชีวิตสั้นหรือต่ำกว่าความจุที่คาดหวัง

แต่

เหตุผลสำคัญอาจเป็นเพราะผู้ผลิตนั้นจริง ๆ แล้วยืดอายุเซลล์โดยการจัดอันดับเซลล์ที่ความจุต่ำกว่ามาตรฐานและไม่ชาร์จเต็ม หากพวกเขาให้คะแนนที่ประมาณ 60% ของจริงแล้ว:

สมมติว่ากำลังการผลิตเต็มคือ 1 Ah เพื่อทำให้การคำนวณง่ายขึ้น ความจุใดก็ได้ให้ผลลัพธ์เหมือนกัน

ความจุ 60% = 0.6 Ah

ค่าใช้จ่ายคงที่ 1C = 1A

เวลาที่จะไปถึง 0.6C ที่อัตรา 1C = 0.6 ชั่วโมง = 40 นาที (อ้างสิทธิ์ 35)

เวลาที่จะไปถึง 70% = 0.7 x 0.6 x 60 นาที = 25 นาที (อ้างสิทธิ์ 15)

ดังนั้นขอให้กล้าและชาร์จที่ 1.6C เป็นเวลา 15 นาทีแรกเมื่อความจุต่ำ ที่ระดับนี้แรงดันไฟฟ้าเดลต้าระหว่าง Vin และ Vcell มีขนาดเล็กลงและการสูญเสียความร้อนต่ำกว่า หากเราจัดการความจุ 70% ใน 15 นาทีเราต้องเพิ่ม 30% ใน (35-20) = 15 นาที 15m คือ 15/35 = 43% ของเวลาชาร์จ 35 นาทีทั้งหมด แต่เราต้องเพิ่มเพียง 30% ของค่าใช้จ่ายดังนั้นอัตราที่ต่ำกว่า 1C เป็นที่ยอมรับสำหรับส่วนสุดท้ายของเขา

ในทางปฏิบัติอาจมีการใช้ส่วนผสมหลายอย่างที่กล่าวไว้

• ใส่แบตเตอรี่เพื่อบอกว่า 75% ถึง 80% ของกำลังการผลิตเต็มที่

• ชาร์จที่> 1C สำหรับ 70% แรกของการชาร์จปัจจุบันภายใต้ที่ชาร์จและไม่ได้ควบคุมแบตเตอรี่ดังนั้นจึงลดลงไปต่ำกว่า 1C ที่ 70% ของความจุของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่จะถูกชาร์จอย่างหนักเมื่อใช้งานที่ความจุต่ำและในอัตราที่ลดลงพร้อมระดับการชาร์จและไม่เคยเต็ม ผลลัพธ์สุดท้ายอาจยืดอายุวงจรการใช้งาน

หรือพวกเขาอาจทำสิ่งที่แตกต่างกันมาก :-)

วิธีหนึ่งในการลดเวลาในการชาร์จคือการปรับปรุงคุณสมบัติทางเคมีของเซลล์เพื่อลด ESR แต่แน่นอนว่าการจับคู่เซลล์มีความสำคัญอย่างยิ่งกับกระแสไฟฟ้าสลับเพื่อทำให้การถ่ายโอนพลังงานต่อเซลล์เป็นปกติ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเป็นปัจจัยเร่งอายุที่สูงมาก ฉันคิดว่า Mac AIR ของฉันมีอายุการใช้งานแบตเตอรี่เพียง 1,000 ชั่วโมงเท่านั้นดังนั้นฉันจึงใช้ที่ชาร์จให้มากที่สุดและพยายามหลีกเลี่ยงอุณหภูมิที่สูงขึ้น

ไปซื้อแบตเตอรี่สำรอง