Wie ist es möglich, einen Li-Ion-Akku in 35 Minuten vollständig aufzuladen?

Ich besitze zufällig eine Bohrmaschine / einen Bohrer, der mit einem Li-Ion-Akku betrieben wird und mit einem Ladegerät geliefert wird, das ihn in 35 Minuten vollständig auflädt und behauptet, ihn in 15 Minuten zu 70% aufzuladen.

Nach Beantwortung dieser Frage beträgt der höchste Ladestrom für Li-Ion-Akkus etwa 1 ° C, was unter Berücksichtigung der Verluste bedeutet, dass die Ladezeit mindestens mehr als eine Stunde betragen sollte. Dies steht im Einklang mit meiner Erfahrung mit anderen Geräten wie Mobiltelefonen - das vollständige Aufladen dauert etwa 1,5 Stunden.

Wie ist es dann möglich, einen Li-Ion-Akku in etwa 35 Minuten aufzuladen?

Wie ist es möglich? Jeder Li-Batteriehersteller unter der Sonne möchte schnell aufladbare Batterien herstellen, daher ist dies ein heißes Forschungsthema.

Dieser Artikel aus dem Jahr 2007 beleuchtet das Thema der Interna von schnell geladenen LiIon-Zellen:

Es gibt keine Standarddefinition für Zellen mit hoher Drainagerate, aber grundlegende Designrichtlinien schreiben vor, dass Standardzellen auf Kobaltoxidbasis einen kontinuierlichen Strom mit 2-C- oder möglicherweise 3-C-Rate unterstützen können. High-Drain-Zellen auf der Basis von Kobaltoxid unterstützen diese Ströme ungefähr doppelt, jedoch nur für Sekunden. Die neuen High-Drain-Zellen unterstützen kontinuierlich 20 ° C.

Angesichts der Tatsache, dass eine Zelle mit hoher Entladungsrate Hochstromentladungen über einen sehr kurzen Zeitraum unterstützen kann, könnte ein Batterieladegerät diese Zelle theoretisch in ebenso kurzer Zeit vollständig aufladen. Um diese Möglichkeit zu nutzen, muss das herkömmliche Ladegerätedesign geändert werden. Der Einfachheit halber können diese Änderungen am Beispiel eines Einzelschachtladegeräts veranschaulicht werden, das einen Einzelzellenakku unterstützt.

Zellmerkmale

An der Oberfläche scheinen schnell aufladende Li-Ionen-Zellen unkompliziert zu sein. Es scheint, dass man einfach den während der Konstantstromphase des Ladezyklus gelieferten Strom erhöhen könnte. Wie in der Tabelle gezeigt, wird die Gesamtladezeit jedoch nicht signifikant verringert, wenn der Strom von 1 ° C auf höhere Raten erhöht wird.

Der Unterschied in der Ladezeit bei einer 2-C-Rate gegenüber einer 3-C-Rate beträgt unabhängig vom Zellenhersteller nur etwa eine Minute. Im Wesentlichen erreichen die Zellen nur schneller die obere Spannungsabschaltung, aber die Zeit im Konstantspannungslademodus ist viel länger. Dies erhöht natürlich das Risiko einer Beschädigung der Batterie durch Überspannung. Der Widerstand herkömmlicher Li-Ionen-Zellen führt dazu, dass sie sich bei schnelleren Ladungen stärker erwärmen, sodass die Zellen anfangen, sich zu zersetzen. Schnelles Laden verkürzt den Batterielebenszyklus erheblich.

Der Entwurf einer Zelle, die hohe Entladungs- und Ladungsraten aufnehmen kann, ist ein Versuch, die Weglänge und den Widerstand für den Transport von Ionen und Elektronen zu verringern. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer typischen zylindrischen Li-Ionen-Zelle. Änderungen beginnen mit den aktiven Materialien der Batterie. Herkömmliche Li-Ionen-Zellen basieren auf einer Lithium-Cobaltoxid (LiCoO2) -Kathodenverbindung. In diesem Material können Li-Ionen, die in die Kathode hinein und aus dieser heraus diffundieren, nur über 2D-Pfade in die Kristallstruktur eingefügt werden.

Die Weglänge kann verkürzt werden, indem die physikalische Morphologie des aktiven Materials der Batterie oder die chemische Struktur des Materials geändert wird oder indem beides durchgeführt wird. Ein Ansatz, um das Problem physikalisch anzugehen, besteht darin, die Partikelgröße der Materialien auf einen Wert im Nanomaßstab zu verringern. Neue Chemikalien wie Manganspinell (LiMn2O4) bieten 3-D-Wege für die Ioneninsertion.

Zusätzlich zu diesen Änderungen muss der Widerstand der Zellen durch Verwendung dünner Materialien, Erhöhen der Menge an Stromkollektoren, Erhöhen der Elektrolytkonzentration und Verringern ihrer Viskosität mit Lösungsmitteln verringert werden. Viele dieser Änderungen legen nahe, dass sich Li-Polymer-Zellen, die sehr dünn sein können, für das Design für hohe Raten eignen.

Hersteller von Li-Ionen-Zellen haben mit ihren Formulierungen experimentiert, um Designs zu implementieren, die für Hochgeschwindigkeitsanwendungen spezifisch sind. Einige Hersteller haben Lösungen gefunden. E-One Moli Energy führte eine Zelle mit hoher Entladungsrate ein, die auf einem Mangan-Spinell-Kathodenmaterial für schnurlose Elektrowerkzeuge basiert.

Es ist leicht , ein Li-Ionen - Akku machen erscheinen in weniger als einer Stunde aufgeladen werden trotz ist es eigentlich nicht. Nach Erreichen der gewünschten Ladespannung (erste gestrichelte vertikale Linie) nimmt die Zelle weiterhin Strom auf und kann weiter aufgeladen werden. Wenn dieser Schritt weggelassen wird, erscheint die Zelle vollständig geladen, wenn sie direkt nach dem Laden gemessen wird, aber die Spannung fällt später erheblich ab.

Einige kostengünstigere Verbraucherladegeräte verwenden möglicherweise die vereinfachte „Charge-and-Run“ -Methode, mit der ein Lithium-Ionen-Akku in einer Stunde oder weniger aufgeladen wird, ohne zur Sättigungsladung der Stufe 2 zu wechseln. "Bereit" wird angezeigt, wenn der Akku in Stufe 1 die Spannungsschwelle erreicht. Da der Ladezustand (SoC) zu diesem Zeitpunkt nur etwa 85 Prozent beträgt, kann der Benutzer über eine kurze Laufzeit klagen, ohne zu wissen, dass das Ladegerät schuld ist . Aus diesem Grund werden viele Garantiebatterien ausgetauscht, und dieses Phänomen tritt besonders häufig in der Mobilfunkindustrie auf.

Um herauszufinden, ob dies bei Ihrem Ladegerät der Fall ist, messen Sie die Spannung und den Strom über die Zeit während des Ladevorgangs und vergleichen Sie Ihre Messungen mit dem obigen Diagramm. Wenn Sie diese Daten angeben, sollte klar sein, was genau los ist. Derzeit haben wir keine Daten außer den Angaben des Ladegeräts, daher ist jede Antwort spekulativ.

Weitere Informationen finden Sie unter:

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

Ich besitze zufällig eine Bohrmaschine / einen Bohrer, der mit einem Li-Ion-Akku betrieben wird und mit einem Ladegerät geliefert wird, das ihn in 35 Minuten vollständig auflädt und behauptet, ihn in 15 Minuten zu 70% aufzuladen.

Nach Beantwortung dieser Frage beträgt der höchste Ladestrom für Li-Ion-Akkus etwa 1 ° C, was unter Berücksichtigung der Verluste bedeutet, dass die Ladezeit mindestens mehr als eine Stunde betragen sollte. Dies steht im Einklang mit meiner Erfahrung mit anderen Geräten wie Mobiltelefonen - das vollständige Aufladen dauert etwa 1,5 Stunden.

Wie ist es dann möglich, einen Li-Ion-Akku in etwa 35 Minuten aufzuladen?

Ich habe die lange Antwort auf die vorherige Frage geschrieben.
Ihr Bohrakku und Ihr Ladegerät kombinieren möglicherweise mehrere der dort beschriebenen Aspekte, die ein schnelles oder scheinbar schnelles Laden ermöglichen könnten .

Zuerst sagte ich:

• LiIon-Akkus können mit der von den Herstellern empfohlenen Rate sicher (ausreichend) aufgeladen werden. Schneller mag möglich und "sicher" sein, aber alle Garantien sind ungültig und eine kürzere Lebensdauer oder sofort eine sehr kurze Lebensdauer sind definitive Optionen.

und

• Die Standardspezifikation ist 1C maximale Ladung.

Das heißt, die Industriepraxis besteht darin, maximal 1 ° C zu berechnen, ABER es steht den einzelnen Herstellern frei, die Grenzen zu überschreiten. Die Probleme sind (zumindest) thermisch, mechanisch und chemisch. Wie gesagt - eine geringere Akkulaufzeit kann die Folge sein.

Ich sagte auch

• Es gibt neue Chemikalien auf Lithiumbasis und neue mechanische Anordnungen, mit denen Zellen auf Lithiumbasis schneller geladen werden können. Wenn der Hersteller sagt, dass es so ist, kann es tatsächlich sein. Ich habe anscheinend Standard-LiIon-Zellen mit 2C-Ladungswerten gesehen, aber die Norm ist 1C max. (siehe oben)

Dies ist genau das, was Sie melden - es stimmt völlig mit der vorherigen Antwort überein -, entspricht jedoch nicht dem Industriestandard und deutet darauf hin, dass Sie möglicherweise eine kurze Lebensdauer oder eine geringere als erwartete Kapazität haben.

ABER

Ein Hauptgrund kann sein, dass der Hersteller tatsächlich die Lebensdauer der Zelle verlängert, indem er die Zelle mit einer geringeren Kapazität als Standard bewertet und nicht vollständig auflädt. Wenn sie es mit ungefähr 60% des tatsächlichen Wertes bewerten, dann:

Angenommen, die volle Kapazität beträgt 1 Ah, um die Berechnungen zu vereinfachen. Jede Kapazität führt zu denselben Ergebnissen.

60% Kapazität = 0,6 Ah.

Ladung bei konstanter 1C = 1A.

Zeit bis zum Erreichen von 0,6 ° C bei 1 ° C = 0,6 Stunden = 40 Minuten (beansprucht 35)

Zeit bis zum Erreichen von 70% = 0,7 x 0,6 x 60 Minuten = 25 Minuten (beansprucht 15)

Lassen Sie uns also mutig werden und die ersten 15 Minuten bei 1,6 ° C aufladen, wenn die Kapazität niedrig ist. Auf diesem Niveau ist die Delta-Spannung zwischen Vin und Vcell kleiner und die Wärmeverluste sind geringer. Wenn wir die Kapazität von 70% in 15 Minuten verwalten, müssen wir 30% in (35-20) = 15 Minuten hinzufügen. 15 m sind 15/35 = 43% der gesamten Ladezeit von 35 Minuten, aber wir müssen nur 30% der Ladung hinzufügen, sodass für seinen letzten Teil eine Rate unter 1 ° C akzeptabel ist.

In der Praxis wird wahrscheinlich eine Mischung der oben genannten verwendet

• Reduzieren Sie den Akku auf 75% bis 80% der möglichen Kapazität.

• Laden Sie die ersten 70% des Ladestromstroms unter dem Ladegerät und nicht die Batteriesteuerung bei> 1 ° C auf, sodass sie bei beispielsweise 70% der Batteriekapazität auf unter 1 ° C abfällt. Der Akku wird daher bei geringer Kapazität und mit abnehmender Geschwindigkeit mit dem Ladezustand hart aufgeladen und wird nie gefüllt. Das Endergebnis kann durchaus eine verlängerte Lebensdauer sein.

Oder sie machen etwas ganz anderes :-).

Eine Möglichkeit, die Ladezeit zu reduzieren, besteht darin, die Zellchemie zu verbessern, um die ESR zu reduzieren. Natürlich wird die Zellanpassung bei Nebenschlussströmen kritisch, um die Leistungsübertragung pro Zelle zu normalisieren. Der Temperaturanstieg ist ein stark beschleunigter Alterungsfaktor. Ich habe herausgefunden, dass mein Mac AIR nur eine nützliche Akkulaufzeit von 1000 Stunden hat. Deshalb benutze ich das Ladegerät so oft wie möglich und versuche, einen übermäßigen Temperaturanstieg zu vermeiden.

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