No se entiende la pérdida de capacidad de la batería LiPo del dron

Question

He estropeado una LiPo 3S de 5400 mAh y no soy capaz de entender el motivo. Esto está directamente relacionado con mi pregunta anterior que era más o menos la misma batería.

Compré un nuevo cargador de equilibrio y puse la batería en carga de equilibrio a 3,5 amperios. Cuando la batería estaba completamente cargada comprobé su voltaje con un voltímetro Uni-T y cada celda mostraba 4,3V cuando el cargador mostraba 4,2.

La batería no estaba caliente, su temperatura se reportaba como 25C y no soplaba en absoluto.

Siempre trato de tomar todas las precauciones necesarias, y cuando noto que la batería está sobretensionada la pongo inmediatamente bajo algo de carga (1/4 de lo normal) para drenar la batería y reducir el voltaje.

Al cabo de un tiempo estaba dentro de los límites razonables. Esta supuesta sobrecarga se mantuvo durante unos 20 minutos.

En resumen, cuando recargué la batería con otro cargador y luego puse la batería en uso toda la capacidad se había ido. El tiempo de vuelo de 25 minutos se redujo a 5 minutos en un solo día.

La resistencia interna de las celdas según los informes de 2 cargadores no es demasiado alta. 9m 6m y 5m

Me pregunto qué ha pasado. ¿Es suficiente una sobrecarga para arruinar una batería perfectamente normal? Sé que la batería se ha estropeado, pero quiero aprender de esto para poder utilizar mejor las futuras.

Todo el mundo en internet sigue hablando de baja tensión pero no de packs de sobretensión por lo que pregunto aquí.

Esta batería Nunca se ha quedado sin tensión. Bajo carga las células en el peor de los casos fueron a 3,6V

Cuando recargo la batería llega a 12,6 Fine, y el cargador informa de que le ha proporcionado 2700 mAh después de empezar a 11,1 V

¿Qué ha pasado? ¿La causa es el revestimiento de litio? Quiero aprender las lecciones de esto.

Los números supuestamente tienen sentido, pero la descarga repentina no. Tan pronto como usted pone la batería bajo carga que cae instantáneamente Voltaje. en 1/3 de la carga estándar se comporta como una batería perfectamente bien.

La única otra variable es que las temperaturas han bajado últimamente debido a los inviernos. Ahora la temperatura exterior es de 11C y en el último vuelo bueno era de unos 25C

Answer 1

Recuerdo que la NASA descubrió que los iones de litio por encima de 4,10 V/célula tienden a descomponerse debido a la oxidación del electrolito en el cátodo (+), mientras que los que se cargan a voltajes más bajos pierden capacidad debido a la formación de la interfaz de electrolito sólido (SEI) en el ánodo (-) con óxido de litio y carbonato de litio.

Esto fue verificado por la Universidad de Dalhousie por el Dr. Dahn que demostró que la muerte de la batería se acelera para la duración por encima de 4,1V, mientras que la NASA sabía que la capacidad se redujo al 60% con este método de reducción de carga Vcv a 3,9V MAX. Esto les permitió utilizar baterías de iones de litio durante más de 8 años.

Más adelante muestro cómo la vida útil total de una de las principales marcas de Ah*ciclo entregada se incrementó en 5x sobre la típica clasificación de 500 ciclos de Ah.

La profundidad de la descarga también afecta a la calificación del envejecimiento. Si está familiarizado con el funcionamiento de la norma Mil-Std_HDBK 217 con el MTBF, modelan la tasa de fallo acelerado con una fórmula basada en factores de estrés. Es posible que ahora tengan un modelo para las LiPo que utiliza factores para el %DoD y el voltaje CV.

Yo esperaría que el tiempo, t se convierta en un acelerador exponencial del MTBF para ambos factores fuera de ciertos umbrales y que varíe con la química y la calidad de los contaminantes en los electrodos y el electrolito.

Una vez tracé la capacidad de Ah de por vida para una marca basada en el 50% de min. DoD y CV máximo con Ah disponible para cada ciclo y el número de ciclos en el tiempo de vida, que voy a mostrar a continuación, pero he perdido los datos de origen.

La carga a CUALQUIER velocidad consiste en medir el Voc, medir el V a la carga del pulso, medir la ESR inicial y la ESR final con CC a Vcv y luego Vcv a 10%CC y luego el apagado. El riesgo aquí es que una célula alcance el 100% de SoC antes que las otras y el equilibrador no pueda derivar suficiente corriente. Si Vbat supera los 4,2 significa que el equilibrador no podría derivar suficiente corriente en modo CC cuando la corriente es máxima pero "normalmente" puede equilibrar con amperios decrecientes en modo CV. Es decir, los equilibradores pueden no ser capaces de disipar suficiente calor para una tasa de 0,5C si esto implica 5400mA*0,5*4,2V = ¡11,34 vatios! por equilibrador de celda. Se convierte en una compensación y limitación de Pd y ESR del bateador al equilibrador cuando el desajuste de las celdas supera el 10~15%. ( asumiendo que el 85~95% de la carga no está en modo CC)

Su Rs {9m 6m y 5m} o ESR fue excesivamente desajustado para que el equilibrador funcione para proteger las células durante el período de sobrecarga ~4,1 V

>Otras opiniones

• No es la ESR la que cuenta para que el equilibrador funcione dentro de las especificaciones, sino el desajuste y la capacidad de Pd del equilibrador, por lo que la ESR del equilibrador debe ser menor que la de las baterías

• la tolerancia al desajuste de ESR es crítica >2% necesita atención

• el envejecimiento depende más de \$(Vcv-3.9)*Ich * time (minutes)\$

  • piense en todo el exceso de potencia durante el modo CV como un envejecimiento acelerado por autocalentamiento

Los voltajes de carga más altos aumentan la capacidad, pero reducen la duración del ciclo y comprometen la seguridad.

Fuente: Choi et al. (2002)

• Los fabricantes generalmente envían a 2/3 de SoC para una vida útil más larga.

FWIW abajo con poca explicación...

Si la capacidad de la batería es Ah=C, el eje vertical de la izquierda es el número de ciclos C de vida de la batería conseguidos frente a una tensión de carga de CV lenta y un DoD del 50% de MIN. pero descargada a cualquier ritmo como 0,5C a 2C dependiendo del DoD de 10% a 25% a 50% a 100%. ( Trataré de encontrar la información de la fuente) Tenga en cuenta la vida útil más larga es 50% DoD para el umbral de recarga. (Lenovo tiene un algoritmo de carga inteligente utilizando estos parámetros)

La solución tal y como yo lo veo es conseguir un cargador mejor con las siguientes características;

• CV, CC y %%CC programables para los niveles de desconexión,
• mide el desequilibrio Rs o ESR a lo largo del ciclo de carga ( muy importante para el autocalentamiento) ( O )
• Conmuta la corriente de bypass con inductores volantes ( como un SMPS) ( medio puente flyback entre celdas, en lugar de TVS pasivos o zeners activos con exceso de ESR )
• Calcula el Ah real suministrado a cada célula y lo compara con el %DoD estimado basado en las pruebas iniciales anteriores (Voc, ESR) en lugar de con todo el conjunto o simplemente con el ESR al final de la carga.

Tenga en cuenta que en las baterías de coche con una capacidad de arranque de 850 A a 7,5 V, la ESR de cada celda debe estar equilibrada dentro del 1% cuando es nueva y cuando este desajuste aumenta, la ebullición del ácido en la celda más débil debido a la ESR*I^2 acelera la muerte de la batería rápidamente. Lo mismo ocurre con las LiPo. Cuanto mayor sea el desajuste de la ESR con un equilibrador pasivo, mayor será el riesgo de muerte de la célula debido a que una célula alcanza la carga completa mientras las otras siguen en modo CC.

CONCLUSIONES

• Carga rápida en frío, sin temperatura individual de la célula = muerte instantánea
• Las baterías necesitan una temperatura ambiente para funcionar y cargarse
• La carga de más de 3,9 V reduce en gran medida el ciclo de vida más que la pérdida de capacidad

RECOMENDACIONES

• Monitor Bat. Temp. durante el vuelo y aislar las baterías con espuma de poliestireno de ~5cm
• Evite cargar las células frías a toda costa, a menos que la tasa sea lenta, por ejemplo, C/10
• Compruebe el equilibrador de células para el delta V durante la carga con ESR desajustada
• Modificar el perfil del cargador = 4,1Vmax
• Añade pulsos de 10A cuando se carga por el método flyback

PARA SABER MÁS https://www.dal.ca/diff/dahn/publications.html