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这怎么可能?每个阳光下的锂电池制造商都希望制造可快速充电的电池,因此这是一个热门的研究主题。
2007年的这篇文章阐明了快速充电锂离子电池内部的一些问题:
高漏率电池没有标准定义,但是基本设计准则规定,基于钴氧化物的标准电池可以支持2C或3C速率的连续电流。基于钴氧化物的高漏极电池支持的电流约为这些电流的两倍,但仅持续几秒钟。新的高漏极电池支持20 C连续电流。
考虑到高放电率电池可以在非常短的时间内支持高电流放电,理论上,电池充电器可以在同样短的时间内为该电池充满电。但是要利用这种可能性,必须修改常规的电池充电器设计。为了简单起见,这些更改可以通过支持单节电池组的单托架充电器的示例进行说明。
电池特性
从表面上看,快速充电的锂离子电池似乎很简单。似乎可以简单地增加在充电周期的恒定电流阶段输送的电流。但是,如表中所示,当电流从1 C增加到更高的速率时,总充电时间不会明显减少。
不论电池厂商如何,使用2C速率与3C速率时的充电时间差异仅约一分钟。从本质上讲,电池将更快地达到高电压截止,但是在恒压充电模式下的时间将更长。显然,这会增加由于过电压而损坏电池的可能性。传统锂离子电池的电阻会导致它们在更快的充电过程中发热更多,因此电池将开始崩溃。快速充电会大大缩短电池寿命。
设计一种能够适应高放电和高充电速率的电池,是在努力减少路径长度和离子和电子传输的阻力。图1示出了典型的锂离子圆柱形电池的横截面。改变始于电池的活性物质。传统的锂离子电池基于锂钴氧化物(LiCoO2)阴极化合物。在这种材料中,只能通过晶体结构中的二维路径插入在阴极内扩散的锂离子。
可以通过更改电池活性材料的物理形态或更改材料的化学结构或同时执行这两种操作来缩短路径长度。从物理上解决该问题的一种方法是将材料的粒径减小到纳米级。锰尖晶石(LiMn2O4)等新化学为离子插入提供了3-D途径。
除了这些变化之外,还必须通过使用薄材料,增加集电器的数量以及增加电解质浓度并降低其在溶剂中的粘度来降低电池的电阻。这些变化中的许多表明,非常薄的锂聚合物电池可用于高倍率设计。
锂离子电池制造商一直在试验其配方,以实现针对高速率应用的特定设计。一些制造商提出了解决方案。E-One Moli Energy推出了一种基于锰-尖晶石阴极材料的高放电率电池,用于无绳电动工具。
使锂离子电池似乎可以在一小时内充满电是很容易的,尽管实际上并非如此。达到所需的充电电压(第一条垂直虚线)后,电池仍将接受电流并可继续充电。如果省略此步骤,则如果在充电后直接进行测量,则电池将显得充满电,但以后电压会大幅下降。
一些低成本的充电器可能会使用简化的“充电并运行”方法,该方法可在一个小时或更短的时间内为锂离子电池充电,而无需进行第二阶段的饱和充电。当电池在阶段1达到电压阈值时,将显示“就绪”。由于此时的充电状态(SoC)仅为大约85%,因此用户可能会抱怨运行时间短,却不知道应该归咎于充电器。由于这个原因,许多保修电池被更换了,这种现象在蜂窝行业尤为普遍。
要确定充电器是否属于这种情况,请在充电时随时间测量电压和电流,并将测量结果与上图进行比较。如果提供这些数据,则应该清楚到底发生了什么。目前,除了充电器的版权声明外,我们没有其他数据,因此每个答案都是推测性的。
有关更多信息,请参见:
http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_lithium_ion_batteries
我碰巧拥有一个电钻/驱动器,该电钻/驱动器使用锂离子电池供电,并带有一个充电器,该充电器在35分钟内充满电,并声称在15分钟内可以将其充电至70%。
根据对这个问题 的回答,锂离子电池的最高充电电流约为1C,考虑到损耗,这意味着充电时间至少应超过一小时。这与我使用手机等其他设备的经验是一致的-它们需要大约1.5个小时才能充满电。
那么如何在约35分钟内为锂离子电池充电?
我为先前的问题写了很长的答案。
您的钻机电池和充电器很可能结合了我在此描述的几个方面,可以实现快速充电或表面上看来很快速的充电。
首先我说:
和
也就是说,行业惯例是在最大1C的条件下充电,但各个制造商可以随意提高极限。问题是热的,机械的和化学的(至少)。正如我所说-可能会降低电池寿命。
我也说过
这就是您所报告的内容-与先前的答案完全一致-并非行业标准,它表明您的使用寿命可能短或低于预期容量。
但
一个主要的原因可能是制造商实际上是在以比标准容量低的容量对电池进行评级,而不给电池完全充电,从而延长了电池寿命。如果他们将其评为实际值的60%,则:
假设满容量为1 Ah,以简化计算。任何容量都会产生相同的结果。
60%容量= 0.6 Ah。
以恒定的1C = 1A充电。
以1C速率达到0.6C所需的时间= 0.6小时= 40分钟(要求35)
达到70%的时间= 0.7 x 0.6 x 60分钟= 25分钟(要求赔偿15)
因此,当容量不足时,让我们大胆地在1.6C下充电15分钟。在此水平,Vin和Vcell之间的电压差较小,热损耗较低。如果我们在15分钟内管理70%的容量,则需要在(35-20)= 15分钟内增加30%。15m是15/35 =总35分钟充电时间的43%,但我们只需要添加30%的充电,因此对于他的最后一个部分,低于1C的费率是可以接受的。
实际上,可能会混合使用上述几种方法。
将电池降额至可用容量的75%至80%。
在充电器控制而不是电池控制的情况下,对于最初的70%的锥形充电电流,在大于1C的温度下充电,因此在电池容量的70%时降至1C以下。因此,当电池电量低且充电水平降低时,电池会充满电,并且永远不会充满。最终结果很可能会延长循环寿命。
否则他们可能会做一些完全不同的事情:-)。
减少充电时间的一种方法是改善电池化学性能以降低ESR,但是当然,电池匹配对于分流电流至关重要,以规范每个电池的功率传输。温度升高是高度加速老化的因素。我发现Mac AIR的可用电池寿命只有1000小时,因此我尽可能使用充电器,并尝试避免温度过高。
去买一块备用电池。