Comment charger complètement une batterie Li-Ion en 35 minutes est-il possible?

Il se trouve que je possède une perceuse électrique / un pilote qui fonctionne sur une batterie Li-Ion et est livré avec un chargeur qui le charge complètement en 35 minutes et prétend le charger à 70% en 15 minutes.

Selon les réponses à cette question, le courant de charge le plus élevé pour les batteries Li-Ion est d'environ 1C, ce qui, compte tenu des pertes, signifie que le temps de charge doit être au moins supérieur à une heure. Cela correspond à mon expérience de l'utilisation d'autres appareils comme les téléphones portables - il faut environ 1,5 heure pour charger complètement.

Comment est-il alors possible de charger une batterie Li-Ion en environ 35 minutes?

Comment est-ce possible? Chaque fabricant de batteries Li sous le soleil veut créer des batteries rechargeables rapidement, c'est donc un sujet de recherche brûlant.

Cet article de 2007 met en lumière le sujet des composants internes des cellules LiIon à charge rapide:

Il n'y a pas de définition standard pour les cellules à débit élevé, mais les directives de conception de base dictent que les cellules standard à base d'oxyde de cobalt peuvent prendre en charge un courant continu de 2 ou peut-être de 3 degrés. Les cellules à haut drain à base d'oxyde de cobalt supportent à peu près le double de ces courants, mais seulement pendant quelques secondes. Les nouvelles cellules à haut drain supportent 20 C en continu.

Étant donné qu'une cellule à haut débit de décharge peut supporter des décharges à courant élevé sur une très courte période, en théorie, un chargeur de batterie pourrait charger complètement cette cellule en un temps tout aussi court. Mais pour profiter de cette possibilité, la conception conventionnelle du chargeur de batterie doit être modifiée. Par souci de simplicité, ces changements peuvent être illustrés par l'exemple d'un chargeur à une seule baie prenant en charge un bloc-batterie à une cellule.

Caractéristiques des cellules

En surface, les cellules Li-ion à charge rapide semblent simples. Il semble que l'on puisse simplement augmenter le courant délivré pendant la phase à courant constant du cycle de charge. Cependant, comme le montre le tableau, le temps de charge global n'est pas significativement diminué lorsque le courant passe de 1 C à des taux plus élevés.

La différence de temps de charge avec un taux 2-C par rapport à un taux 3-C n'est que d'environ une minute, quel que soit le fournisseur de la cellule. Essentiellement, les cellules atteindront simplement la coupure de tension supérieure plus rapidement, mais le temps en mode de charge à tension constante sera beaucoup plus long. De toute évidence, cela augmente le potentiel d'endommagement de la batterie en raison d'une surtension. La résistance des cellules Li-ion traditionnelles les fera chauffer davantage lors de charges plus rapides, de sorte que les cellules commenceront à se décomposer. Une charge rapide réduit considérablement le cycle de vie de la batterie.

Concevoir une cellule qui peut accueillir des taux de décharge et de charge élevés est un effort pour réduire la longueur du trajet et la résistance pour le transport des ions et des électrons. La figure 1 montre une coupe transversale d'une cellule cylindrique Li-ion typique. Les changements commencent avec les matériaux actifs de la batterie. Les cellules Li-ion traditionnelles sont basées sur un composé cathodique lithium-oxyde de cobalt (LiCoO2). Dans ce matériau, les ions Li, qui diffusent à l'intérieur et à l'extérieur de la cathode, ne peuvent être insérés que par des chemins 2D dans la structure cristalline.

La longueur du trajet peut être raccourcie en modifiant la morphologie physique du matériau actif de la batterie ou en modifiant la structure chimique du matériau, ou en faisant les deux. Une approche pour résoudre le problème physiquement consiste à réduire la taille des particules des matériaux à une échelle aussi petite que nanométrique. De nouvelles chimies telles que le spinelle de manganèse (LiMn2O4) offrent des voies tridimensionnelles pour l'insertion ionique.

En plus de ces changements, la résistance des cellules doit être abaissée en utilisant des matériaux minces, en augmentant la quantité de collecteurs de courant, en augmentant la concentration en électrolyte et en réduisant sa viscosité avec des solvants. Beaucoup de ces changements suggèrent que les cellules Li-polymère, qui peuvent être très minces, se prêtent à une utilisation dans la conception à des taux élevés.

Les fabricants de cellules Li-ion ont expérimenté leurs formulations afin de mettre en œuvre des conceptions spécifiques aux applications à haut débit. Quelques fabricants ont trouvé des solutions. E-One Moli Energy a présenté une cellule à haut débit de décharge basée sur un matériau de cathode en spinelle de manganèse pour les outils électriques sans fil.

Il est facile de faire en sorte qu'une batterie Li-Ion semble être chargée en moins d'une heure, même si ce n'est pas le cas. Après avoir atteint la tension de charge souhaitée (première ligne verticale en pointillés), la cellule acceptera toujours le courant et pourra être chargée davantage. Si cette étape est omise, la cellule apparaîtra complètement chargée si elle est mesurée directement après la charge, mais la tension chutera considérablement plus tard.

Certains chargeurs grand public à moindre coût peuvent utiliser la méthode simplifiée de «charge et autonomie» qui charge une batterie lithium-ion en une heure ou moins sans passer à la charge de saturation de l'étape 2. «Prêt» apparaît lorsque la batterie atteint le seuil de tension à l'étape 1. Étant donné que l'état de charge (SoC) à ce stade n'est que d'environ 85%, l'utilisateur peut se plaindre d'une courte durée de fonctionnement, ne sachant pas que le chargeur est à blâmer . De nombreuses batteries sous garantie sont remplacées pour cette raison, et ce phénomène est particulièrement courant dans l'industrie cellulaire.

Pour savoir si c'est le cas avec votre chargeur, mesurez la tension et le courant dans le temps pendant la charge et comparez vos mesures au diagramme ci-dessus. Si vous fournissez ces données, il devrait être clair ce qui se passe exactement. Actuellement, nous n'avons aucune donnée à l'exception des réclamations du chargeur, donc chaque réponse sera spéculative.

pour plus d'informations voir:

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

Il se trouve que je possède une perceuse électrique / un pilote qui fonctionne sur une batterie Li-Ion et est livré avec un chargeur qui le charge complètement en 35 minutes et prétend le charger à 70% en 15 minutes.

Selon les réponses à cette question, le courant de charge le plus élevé pour les batteries Li-Ion est d'environ 1C, ce qui, compte tenu des pertes, signifie que le temps de charge doit être au moins supérieur à une heure. Cela correspond à mon expérience de l'utilisation d'autres appareils comme les téléphones portables - il faut environ 1,5 heure pour charger complètement.

Comment est-il alors possible de charger une batterie Li-Ion en environ 35 minutes?

J'ai écrit la longue réponse à la question précédente.
Votre batterie de forage et votre chargeur combinent très probablement plusieurs des aspects que j'ai décrits ici qui pourraient permettre une charge rapide ou apparemment rapide .

J'ai d'abord dit:

• Les batteries LiIon peuvent être chargées (suffisamment) en toute sécurité au taux conseillé par leurs fabricants. Plus rapide peut être possible et peut être «sûr», mais toutes les garanties sont désactivées et une durée de vie plus courte ou une durée de vie instantanée très courte sont des options définitives.

et

• La spécification standard est une charge maximale de 1C.

Autrement dit, la pratique de l'industrie est de facturer à 1C max MAIS les fabricants individuels sont libres de repousser les limites. Les problèmes sont thermiques, mécaniques et chimiques (au moins). Comme je l'ai dit, la durée de vie de la batterie peut en résulter.

J'ai aussi dit

• Il existe de nouvelles chimies à base de lithium et de nouveaux arrangements mécaniques qui permettent aux cellules à base de lithium d'être chargées à des taux plus rapides. Si le fabricant le dit, il peut en être ainsi. J'ai vu des cellules LiIon apparemment standard avec des taux de charge de 2C mais la norme est de 1C max. (voir au dessus)

C'est exactement ce que vous signalez - c'est tout à fait cohérent avec la réponse précédente - tout simplement pas la norme de l'industrie et cela suggère que vous pouvez obtenir une durée de vie courte ou une capacité inférieure aux prévisions.

MAIS

Une raison principale peut être que le fabricant prolonge en fait la durée de vie de la cellule en évaluant la cellule à une capacité inférieure à la norme et en ne la chargeant pas complètement. S'ils l'évaluent à environ 60% du réel, alors:

Supposons que la pleine capacité soit de 1 Ah pour simplifier les calculs. Toute capacité produit les mêmes résultats.

Capacité de 60% = 0,6 Ah.

Charge à constante 1C = 1A.

Temps pour atteindre 0,6 ° C à un taux de 1 ° C = 0,6 heure = 40 minutes (35 allégués)

Temps pour atteindre 70% = 0,7 x 0,6 x 60 minutes = 25 minutes (revendiqué 15)

Permet donc de faire preuve d'audace et de charger à 1,6 ° C pendant les 15 premières minutes lorsque la capacité est faible. À ce niveau, la tension delta entre Vin et Vcell est plus petite et les pertes de chaleur sont plus faibles. Si nous gérons 70% de la capacité en 15 minutes, nous devons ajouter 30% en (35-20) = 15 minutes. 15m est 15/35 = 43% du temps de charge total de 35 minutes mais nous devons ajouter seulement 30% de la charge afin qu'un taux inférieur à 1C soit acceptable pour sa dernière partie.

Dans la pratique, un mélange des éléments ci-dessus est probablement utilisé.

• Réduisez la batterie pour dire 75% à 80% de la pleine capacité possible.

• Chargez à> 1C pour les premiers 70% du courant diminuant la charge sous le chargeur et non le contrôle de la batterie, de sorte qu'il tombe à moins de 1C à environ 70% de la capacité de la batterie. La batterie est ainsi chargée durement à faible capacité et à un rythme décroissant avec le niveau de charge et n'est jamais remplie. Le résultat final pourrait bien être une durée de vie prolongée.

Ou ils peuvent faire quelque chose de tout à fait différent :-).

Une façon de réduire le temps de charge consiste à améliorer la chimie des cellules pour réduire l'ESR, mais bien sûr, la correspondance des cellules devient critique avec les courants de dérivation pour normaliser le transfert de puissance par cellule. L'élévation de température est un facteur de vieillissement très accéléré. J'ai compris que mon Mac AIR n'avait qu'une autonomie utile de 1000 heures, j'utilise donc le chargeur autant que possible et j'essaie d'éviter une augmentation excessive de la température.

Allez acheter une batterie de rechange.