リチウムイオンバッテリーを35分で完全に充電するにはどうすればよいですか？

私はたまたまリチウムイオンバッテリーで動作し、35分で完全に充電し、15分で70％まで充電すると主張する充電器を備えた電動ドリル/ドライバーを所有しています。

この質問への回答によると、リチウムイオンバッテリーの最大充電電流は約1Cであり、損失を考慮に入れると、充電時間は少なくとも1時間以上でなければなりません。これは、携帯電話のような他のデバイスを使用した私の経験と一致しています-完全に充電するには約1.5時間かかります。

では、約35分でリチウムイオンバッテリーを充電することはどのようにして可能ですか？

どのようにして可能ですか？太陽の下ですべてのリチウム電池メーカーは急速充電可能な電池を作成したいので、それはホットな研究トピックです。

2007年のこの記事は、急速充電LiIonセルの内部の主題にいくつかの光を当てます。

高ドレインレートセルの標準的な定義はありませんが、基本的な設計ガイドラインでは、標準的な酸化コバルトベースのセルは2Cまたは3Cレートの連続電流をサポートできると規定しています。コバルト酸化物をベースにした高ドレインセルは、これらの電流の約2倍をサポートしますが、数秒間しかサポートしません。新しい高ドレインセルは、20 C連続をサポートします。

高い放電レートのセルが非常に短い期間にわたって大電流放電をサポートできることを考えると、理論的には、バッテリー充電器は、同等の短い時間でそのセルを完全に充電できます。ただし、この可能性を活用するには、従来のバッテリー充電器の設計を変更する必要があります。簡単にするために、これらの変更は、シングルセルバッテリーパックをサポートするシングルベイチャージャーの例で説明できます。

セルの特徴

表面的には、急速充電するリチウムイオン電池は簡単に見えます。充電サイクルの定電流フェーズ中に供給される電流を単純に増やすことができるようです。ただし、表に示されているように、電流が1 Cからより高いレートに増加しても、全体の充電時間はそれほど減少しません。

2Cレートと3Cレートの充電時間の違いは、セルベンダーに関係なく、わずか約1分です。基本的に、セルは単に上限電圧カットオフに到達するだけですが、定電圧充電モードの時間ははるかに長くなります。明らかに、これは過電圧によるバッテリーの損傷の可能性を高めます。従来のリチウムイオンセルの抵抗により、より高速の充電中にセルがさらに熱くなるため、セルが故障し始めます。急速充電は、バッテリーのライフサイクルを大幅に短縮します。

高い放電率と高い充電率に対応できるセルを設計することは、イオンと電子の輸送のための経路長と抵抗を減らす努力です。図1は、典型的なリチウムイオン円筒型セルの断面を示しています。変更は、バッテリーの活性物質から始まります。従来のリチウムイオンセルは、リチウムコバルト酸化物（LiCoO2）カソード化合物に基づいています。この材料では、カソードの内外に拡散するLiイオンは、結晶構造の2次元パスを介してのみ挿入できます。

経路の長さは、バッテリーの活物質の物理的形態を変更するか、材料の化学構造を変更するか、またはその両方を行うことによって短縮できます。問題に物理的に対処する1つの方法は、材料の粒子サイズをナノスケールまで小さくすることです。マンガンスピネル（LiMn2O4）などの新しい化学物質は、イオン挿入のための3D経路を提供します。

これらの変更に加えて、薄い材料を使用し、集電装置の量を増やし、電解質濃度を上げて溶媒でその粘度を下げることにより、セルの抵抗を下げる必要があります。これらの変更の多くは、非常に薄くなる可能性があるLiポリマーセルが、高速設計に使用できることを示しています。

リチウムイオン電池メーカーは、高速アプリケーションに固有の設計を実装するために、その配合を実験しています。いくつかのメーカーがソリューションを考え出しました。E-One Moli Energyは、コードレス電動工具用のマンガンスピネルカソード材料に基づく高放電率セルを導入しました。

Li-Ionバッテリーが実際には充電されていなくても、1時間以内に充電されているように見せることは簡単です。目的の充電電圧（最初の縦の破線）に達した後も、セルは電流を受け入れ、さらに充電することができます。このステップを省略した場合、充電直後に測定すると、セルは完全に充電されているように見えますが、後で電圧が大幅に低下します。

一部の低コストの家庭用充電器は、ステージ2の飽和充電を行わずに、リチウムイオンバッテリーを1時間以内で充電する簡略化された「充電と実行」方式を使用する場合があります。ステージ1でバッテリーが電圧しきい値に達すると、「準備完了」が表示されます。この時点での充電状態（SoC）は約85％にすぎないため、ユーザーは充電器が原因であることを知らずに、ランタイムが短いことに不満を感じるかもしれません。この理由で多くの保証電池が交換されており、この現象は携帯電話業界で特に一般的です。

これが充電器に当てはまるかどうかを確認するには、充電中に電圧と電流を経時的に測定し、測定値を上の図と比較してください。そのデータを提供すると、何が起こっているのかが明確になります。現在のところ、充電器の申し立て以外のデータはないため、すべての回答は推測に基づくものです。

詳細については、以下を参照してください。

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

私はたまたまリチウムイオンバッテリーで動作し、35分で完全に充電し、15分で70％まで充電すると主張する充電器を備えた電動ドリル/ドライバーを所有しています。

この質問への回答によると 、リチウムイオンバッテリーの最大充電電流は約1Cであり、損失を考慮に入れると、充電時間は少なくとも1時間以上でなければなりません。これは、携帯電話のような他のデバイスを使用した私の経験と一致しています-完全に充電するには約1.5時間かかります。

では、約35分でリチウムイオンバッテリーを充電することはどのようにして可能ですか？

私は前の質問に長い答えを書きました。
ドリルバッテリーと充電器は、ここで説明したいくつかの側面を組み合わせて、高速または明らかに高速充電を可能にする可能性があります。

最初に私は言った：

• LiIonバッテリーは、メーカーが推奨するレートで安全に（十分に）充電できます。より高速にすることは可能であり、「安全」かもしれませんが、すべての保証がオフであり、より短い寿命または瞬間的に非常に短い寿命が明確なオプションです。

そして

• 標準仕様は1C最大充電です。

つまり、業界の慣例では最大1Cで充電しますが、個々のメーカーは自由に限界を押し上げることができます。問題は、（少なくとも）熱的、機械的、化学的です。先ほど言ったように、バッテリー寿命が短くなる可能性があります。

私も言った

• 新しいリチウムベースの化学物質と新しい機械的配置により、リチウムベースのセルをより高速で充電できます。メーカーがそうだと言ったら、それは確かにそうかもしれません。充電定格が2Cの標準的なLiIonセルを見たことがありますが、標準は最大1Cです。（上記を参照）

これはまさにあなたが報告していることです-それは以前の回答と完全に一致しています-単に業界標準ではなく、それはあなたが短いサイクル寿命または予想よりも低い容量を得る可能性があることを示唆しています。

だが

主な理由は、メーカーが実際に標準よりも低い容量でセルを評価し、完全に充電しないことにより、セルの寿命を延ばしていることです。彼らがそれを実際の約60％と評価した場合：

計算を簡略化するために、全容量は1 Ahとしましょう。どの容量でも同じ結果になります。

容量60％= 0.6 Ah。

一定1C = 1Aで充電します。

1Cレートで0.6Cに達するまでの時間= 0.6時間= 40分（クレーム35）

70％に達するまでの時間= 0.7 x 0.6 x 60分= 25分（請求15）

容量が少ないときに、大胆にして1.6Cで最初の15分間充電してみましょう。このレベルでは、VinとVcell間のデルタ電圧が小さくなり、熱損失が少なくなります。15％で70％の容量を管理する場合、（35-20）= 15分で30％を追加する必要があります。15mは15/35 =合計35分の充電時間の43％ですが、追加する必要があるのは充電の30％だけなので、最後の部分では1C未満のレートが許容されます。

実際には、上記のいくつかの組み合わせがおそらく使用されます。

• バッテリーをディレーティングして、可能な全容量の75％から80％と言います。

• バッテリー制御ではなく、充電器の下で最初の70％の充電テーパ電流のために1C以上で充電するため、バッテリー容量の約70％で1C未満に低下します。したがって、バッテリーは、低容量で充電レベルに応じて低下する速度で強く充電され、充電されません。最終的には、サイクル寿命が延びる可能性があります。

または、彼らはまったく違うことをするかもしれません:-)。

充電時間を短縮する1つの方法は、セルの化学的性質を改善してESRを削減することですが、セルごとの電力伝達を正常化するために、シャント電流ではセルのマッチングが重要になります。温度上昇は、非常に加速された老化要因です。私のMac AIRのバッテリー寿命は1000時間しかないことがわかったので、できるだけ充電器を使用し、過度の温度上昇を避けようとしました。

予備のバッテリーを買いに行きます。