Estoy construyendo un cargador para un conjunto de celdas LiPo. Mi circuito tiene que asegurarse de que se cargan completamente hasta su nivel máximo de 4,35V. Al mismo tiempo, el circuito debe proteger las celdas de la sobrecarga. La carga se detiene cuando se alcanza el nivel de 4,35V.
Las tolerancias de los componentes pueden causar una pequeña sobrecarga, por ejemplo 10mV. ¿Puede esto ser perjudicial para la batería?
¿A partir de qué sobretensión se daña la batería?
El nivel de tensión de carga (terminación) de las baterías de iones de litio está especificado por el fabricante. La especificación se basa en un número razonablemente aceptado de ciclos ("vida útil de la batería") que una batería puede soportar, por ejemplo, 500 o 1000. Este parámetro depende de la química particular de la célula, la construcción interna, la corriente de carga, y es recogido por el fabricante para el mejor valor comercial.
Un mayor voltaje de carga conlleva un ligero aumento de la capacidad de la batería, pero acorta su vida útil. El voltaje recomendado por el fabricante es un compromiso entre estos dos parámetros.
Contrariamente a los mitos urbanos de las baterías "dañadas", la dependencia de la "vida útil de la batería" con respecto a la tensión de carga es una curva continua y suave. Ciertamente, la dependencia de la vida útil termina en algún momento con un fallo catastrófico, pero los temores de una sobrecarga de 10 mV son muy exagerados. Sin embargo, 100 mV por encima de 4,35 V (para la batería de Li-Po) podría causar un problema, véase, por ejemplo, esta publicación de Texas Instruments , página 3-5. 
Así, una sobrecarga de 150 mV sobre los 4,2 V nominales conduce a un 10% más de capacidad durante los primeros 50-100 ciclos, pero la vida útil se reduce de 500-1000 ciclos a unos 200. Extrapolando, los 100 mV adicionales darán lugar a una vida útil de unos 30-50 ciclos. Esto significa que 50 mV por encima de la especificación no matarán la batería.
La página 3-7 también es bastante informativa. Dice que el 70-80% de la capacidad viene durante la etapa CC, mientras que la cola (etapa CV) constituye sólo el 20-30% de la capacidad, por lo que no hay mucha razón para esperar hasta 0,03C. La mayoría de los cargadores de TI se ponen por defecto a 256 mA para terminar el proceso de carga.
Para obtener más información y una correcta aplicación de los cargadores, es posible que se desee examinar otros materiales como ESTE .
La carga de Li-Poly y Li-Ion no es tan simple como bombear un voltaje a través de ellos. Es una operación de dos etapas que implica tanto una corriente como un voltaje constantes.
Aquí está la curva de carga de una batería de 1200mAh que cargué el otro día usando mi fuente de alimentación de banco:
Como puedes ver la mayor parte del tiempo está esperando a que baje la corriente. Cuanto más tiempo espere con una tensión constante, mayor será la capacidad. Esperé hasta exactamente 0,03C.
Aumentar la tensión por encima de la tensión de carga no va a forzar más a la célula. Lo que te interesa es esperar a que la curva de corriente sea más plana.
El funcionamiento de cualquier dispositivo fuera de las especificaciones publicadas puede dar lugar a resultados indefinidos. Cuando se opera algo tan potencialmente explosivo como una batería fuera de los parámetros publicados puede llevar a resultados explosivos.
Si fuera seguro cargar con un voltaje superior a las especificaciones, las especificaciones lo mostrarían. Por lo general, en forma de un máximo absoluto especificación.
Gracias, esto es muy interesante. Pero, ¿cuántos milivoltios puede tener la "tensión constante" por encima de las especificaciones? La especificación para mi batería es de 4,35 V, para su batería es de 4,20V.
No deberías superar la tensión de carga nominal. Es imposible decir cuánto se puede sobrepasar antes de que explote: puede ser 1pV o 250mV. Todo lo que supere la tensión nominal es potencialmente peligroso.
A 4,35 V de corte, la batería ya está siendo dañada para una célula LiCoO2 ordinaria. Es necesario cortar a 4,15 V o 4,2 V como máximo.
La cantidad de capacidad energética entre 4,1 y 4,2 V es sólo el 1,2% de la capacidad energética total. Entre 4,2 V y 4,3 V es aún menor, probablemente el 0,6% de la capacidad total. Realmente no tiene sentido superar los 4,2 V, ya que sólo se aumenta el contenido energético en un 0,6% y se reducirá rápida y permanentemente la capacidad energética de la célula, incluso si no se cicla con frecuencia.
Como se puede ver en el gráfico de TI en la respuesta anterior, la capacidad de almacenamiento ganada por un 0,1 V extra después de 150 a 200 ciclos se vuelve insignificante. Es mejor mantener el voltaje límite a 4,2 (relajado, creo) si planea utilizar las células durante más de 150 ciclos. Esto también es cierto para la vida del calendario además de la vida del ciclo.
Hay diferentes usos de las pilas. Por ejemplo, en las competiciones de RC (coches de carreras, aviones, o lo que sea), con corrientes de descarga de 100-200 A, la batería podría utilizarse sólo unas pocas veces, y la capacidad de carga al máximo podría definir si se gana o se pierde.
Hoy en día, algunas baterías LiPo afirman que funcionan a 4,35 V, utilizando una tecnología especial. ¿Significa esto que su vida útil se acorta considerablemente?
simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Este es un diseño simple de corriente constante y voltaje constante usando 2 LM317. Tengo que construir uno yo mismo porque es muy difícil comprar un cargador de 4,35V en el mercado. El circuito está sobre simplificado, recuerde añadir las tapas y el diodo de protección.
Ajuste la salida de U2 a 4,35V en vacío utilizando el potenciómetro R3 antes de la carga. A plena carga no superará los 4,35V. Comprueba también las especificaciones del fabricante de la batería, la mía menciona 4,35V +- 0,03V de tensión de carga.
El cambio de corriente constante a voltaje constante y el apagado a 4,2, tal y como funcionan los cargadores, no es necesario. Todo lo que importa es no poner demasiados amperios a la vez y no ir por encima o por debajo de la tensión. Incluso los amperios que se pueden poner con seguridad pueden variar mucho dependiendo de la soc. Si se está calentando la carga, se puede reducir y durará más tiempo. Irónicamente, el uso de una corriente muy alta puede curar las células aumentando la densidad de energía y destruyendo las dendritas peligrosas. Pero eso es ir un paso más allá.
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La sobrecarga de una Li+ o LiPo puede dar lugar a una pirotecnia espectacular con los trozos de (lo que era) una batería esparcidos por ahí con una energía importante.
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Exactamente. Por eso me gustaría saber cuántos milivoltios de tolerancia puedo aceptar en mi circuito de medición (el que protege mi batería).
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Utilizando componentes del 1% (un apilamiento de tolerancia del 2% para la ruta de monitorización) y un dispositivo de retroalimentación con un offset de submilivoltios, se obtienen unos 6mV sin medidas especiales; la medición debería ajustarse realmente a unos pocos mV por seguridad.
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Bien, pero supongamos que, por la razón que sea, estoy aplicando un voltaje de 4,351 V en lugar de 4,350 V. ¿Explotará? Probablemente no. Pero qué pasa si aplico 4,352 V. ¿Explotará? Normalmente no. Pero, ¿y si...? ¿Entiendes lo que quiero decir? ¿Hasta qué nivel puede llegar la célula con seguridad?
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Relacionado con esto: ¿Por qué hay tanto miedo en torno a las baterías LiPo?
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+1. Creo que es un enfoque de ingeniería saludable saber cuáles son los márgenes permitidos para todos los componentes. La mayoría de las respuestas/comentarios se limitan a difundir un alarmismo sin ningún tipo de datos de apoyo.
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Si la especificación es realmente de 4,35 V, todo lo que sea menos de 50 mV es un error de redondeo. Si es crítico para el nivel de 10mV debe ser especificado (incluyendo en su pregunta) como 4.35 0 V.
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Mi investigación indica que la reducción de la tensión de carga CV incluso a 3,9V que reduce la capacidad, pero aumenta significativamente la vida total equivalente a unos 2500 ciclos de capacidad nominal Ah. ALso elegir 50% DoD también extender la vida útil Ah. Pero si no te importa la vida útil, puedes conseguir una ESR más baja y una A más alta a una temperatura más alta aunque con Ah reducidos. Cadex tiene datos sobre esto.