TIのLiFePO4 CVフリーの急速充電方法はセルの寿命を縮めますか?


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TIは、通常どおりCC(定電流)充電でLiFePO4セルを充電できるが、通常より高い電圧(たとえば、LiFePO4の通常の3.6Vではなく3.7V)に充電してから、中間CVなしで低いフロート電圧に段階的に移行できると主張しています。モード。

彼らのbq25070 ICは、bq25070データシートに記載されているようにこの方法を実装しています。

これは、私が見た他のすべてのアドバイス、IC仕様、および充電器回路に反します。

Vcv <= 3.6Vでこれを行うことで十分です-CVステージの有無にかかわらず。過激なのは追加の電圧であり、CVモードではありません。他のすべての情報源からの示唆または記述は、LiFePO4の通常のVmax 3.6Vを少しでも超えると、損傷または致命的となる可能性があることです。

TIは完全に無責任に怒ってしまいましたか、それともリチウム鉄リン酸塩電池を充電するための素晴らしい新しい方法ですか?


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うーん。私はそのTI ICを知りませんでしたし、その充電方法について聞いたことがありません。聞いたことのある大企業のバッテリーバックアップコントローラーの作業をしていたところ、A123のバッテリーエンジニアと常に連絡を取っていました。電圧の上限は難しくも速くもありませんが、寿命とのトレードオフです。彼らはこのためのグラフを持っていました。ただし、それら(A123)は基本的に最大電圧または電流方式のいずれか低い方を推奨しました。これは、本当に低電圧の領域から抜け出した後です。長寿命とトレードオフするために、最大電圧にある程度の柔軟性がありました。
Olin Lathrop 2013年

回答:


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これまでのところ、私の答えはわかりませんが、TIは通常、非常に堅実な人々であり、ダークサイドを歩くICを作り回る傾向がない傾向があります。すぐに関連する可能性があるため、これにはさらに調査が必要です。

以下は私の旅の始まりです-正しい答えよりも問題の説明とパラメータの調査。私はこれのすべてを質問の一部として投稿するつもりでしたが、回答に含まれる方がよいと判断しました。

私は後半にいくつかのLiFePO4とLiIon電圧が私の放浪にいくらか混在していることに気づきました。私は戻ってこれを片付けるつもりですが、興味がある可能性のある誰にとっても十分に明確であることを期待しています。


概要: TIは、通常よりも高い電圧(たとえば、LiFePO4の通常の3.6Vではなく3.7V)でCC充電し、その後、中間CVモードなしでより低いフロート電圧に段階的に移行することにより、LiFePO4セルを充電できると主張しています。これがLiIonにも当てはまる可能性があることは論理的に思えますが、TIは、このように機能するLiIon用のICを提供していません。

これは、私が見た他のすべてのアドバイス、IC仕様、および充電器回路に反します。

Vcv <= 3.6Vでこれを行うことで十分です-CVステージの有無にかかわらず。過激なのは追加の電圧であり、CVモードではありません。他のすべての情報源からの示唆または記述は、LiIonの通常のVmax 4.2VまたはLiFePO4の3.6Vを少しでも超えると、損傷または致命的となる可能性があることです。

TIには、同様の仕様、ピン配置、およびターゲット用途を持つLiIon用の充電器ICが多数あります。LiFePO4に適したものはわずかしかありません。
LiIon / LiPo専用の充電器では、この方法を使用していません。
それらは、このメソッドの過剰に対して十分な保護を提供するために、その堅牢性を(そして付随的にエネルギー密度を低下させて)与えるLiFePO4のオリビンマトリックスに依存している可能性があります。

通常のリチウム化学充電方法は、Vmaxに達するまでCC(定電流)で充電し、次に、セル
化学制御下で電流が一定の割合で減少する間、セルをVmaxに保ち、Imaxのターゲット%ageまでが達成された。

TIメソッドの主張(必要に応じて修正されたLiIon仕様を使用)

  • 1時間で100%充電
  • 3.6 Vで85%と比較
  • 総バッテリー容量の15%の増加
  • または3.6Vと比較して約18%多い容量(100/85%=〜1.18)

ダメージ?

  • 1時間で100%生産されますか?
  • バッテリーにダメージを与えませんか?

最後の「バッテリー大学の警告」を参照してください。


TIの「クレーム」は、紙の上だけでなく、バ​​ッテリー制御ICのシリコン内でも、可能な限り「最も難しい」形式になっています。BQ 25070、データシートはこちら:http ://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq25070.pdf

2011年7月付けのデータシートでこう述べています。

  • LiFePO4充電アルゴリズムは、通常リチウムイオンバッテリーの充電サイクルに存在する定電圧モード制御を削除します。

  • 代わりに、バッテリーは過充電電圧まで急速充電され、その後、より低いフロート充電電圧しきい値まで緩和することができます。

定電圧制御の廃止により、充電時間が大幅に短縮されます。

充電サイクル中、内部制御ループはICのジャンクション温度を監視し、内部温度しきい値を超えると充電電流を減らします。

充電器の電力段と充電電流検出機能は完全に統合されています。充電器機能は、高精度の電流および電圧レギュレーションループと充電ステータス表示を備えています。


彼らは怒っていますか?

この表は、http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_lithium_ion_batteriesのBattery Universityの表2に基づいています。

これはLiIon用であり、LiFePO4ではありません。LiFePO4の3.6Vと比較して、電圧は通常のVmax = 4.2Vで高くなります。一般的な原則がこれを有用にするのに十分似ていることは私の希望と期待です。やがてLiFePO4電圧にスケールダウンします。

BUという見出しの列は、元の列にあります。RMcという見出しの列は私が追加しました。4.3、4.4、4.5 Vの行が追加されました。

彼らのテーブルは言う

  • 電圧Vcvに達するまで定電流で充電する場合

  • 次に、列2の全容量の%に達します。(CC終了時の上限%)

  • そして、Iccの場合、Ibatが約5%(C / 1 = C / 20の場合は通常5%)に下がるまでVcvの電圧を保持すると

  • 次に、列4の容量に達します。(キャップ​​全土)

  • 総充電時間(分)は3列目にあると言われています

私の追加はあまり深遠ではなく、無効であると思われるいくつかの仮定を行います。

5分CC:初期CCモードでは、容量は時間とともに直線的に増加すると思います。これは、おそらく現在の容量に非常に近く、初期の段階ではVcgは比較的一定であるため、おそらくエネルギー容量についても適切な仮定です。

6 CVの時間= 3-5。

  1. CVでの平均レート=(100-col.2)/((col.3-col.5)/ 60)これは、ポストCCモードのバランスをどれだけ速く作成する必要があるかを感じさせるためのものです。ポストCC CVモードがない場合は、ゼロにする必要があり、実際には、Vcv = 4.2VまでにCCレートの&%に低下しています。

TIはマジックトリックにVovchgに3.7V(通常の3.6Vではなく)を使用していますが、表の外挿から、LiIon呼び出しには約4.5V、LiFePO4セルには約3.8Vが必要であることが示唆されるようです。

ただし、3.6V / 4.2Vのすぐ上で重要なことが起こり始め、追加の0.1Vでレートを(100 -85)/ 55 = 28%上げるだけで、CCレートで終了します。 4.2V。

これに当てはまる場合、15%の充電が発生する必要があります。sVbatが0.1Vに上昇すると、これは約9分(60-col5.4.2Vの行エントリ)で発生するため、デルタ充電率は15%/(9/60)hr = 15です。 %/ 15%= 100%= C / 1レート-あるはずです。[この「一致」は、1時間の15%が残っているときに容量の15%が供給され続けるために発生します。]

4.3Vの行の表に、TIのクラッシュチャージ方法を追加しました。

従うべきより良い表:

ここに画像の説明を入力してください

上記の参照ページからのバッテリーユニバーシティの警告とコメント:

これは問題ありません。フェースプレートの容量の15%が失われるだけで、容量は約18%減少します。

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に気付かずに、ランタイムが短いと不満を言うかもしれません。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。

これはもっと心配です

リチウムイオンは過充電を吸収することができず、完全に充電されると充電電流を遮断する必要があります。

トリクル充電を継続すると、金属リチウムがメッキされ、安全性が損なわれる可能性があります。

ストレスを最小限に抑えるには、リチウムイオンバッテリーを4.20V /セルのピーク電圧で可能な限り短時間に保ちます。

TI bq25070は、バッテリーを3.5Vでフロートさせます-「安全」の範囲を下回ります。つまり、時間とともに容量がわずかに失われるほど非常に安全です。

充電が終了すると、バッテリー電圧が低下し始め、これにより電圧ストレスが緩和されます。時間の経過とともに、開回路電圧は3.60〜3.90V /セルに落ち着きます。完全に飽和した充電を受けたリチウムイオンバッテリーは、急速充電され、飽和充電なしで電圧しきい値で終了したものよりも高い電圧を長く維持することに注意してください。


関連:

bq25070データシート

   http://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq25070.pdf

http://www.ti.com/lit/ds/slusa66/slusa66.pdf

bq20z80-V101「ガスゲージ」

  http://cs.utsource.net/goods_files/pdf/12/121917_TI_BQ20Z80DBTR.pdf

bq25060 LiIonチャージャーIC

  http://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq25060.pdf

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正解を得るには、バッテリー会社のFAEに具体的に質問する必要があると思います。次に、彼の最初の答えを意味のあるものとして解釈せず、工場のエンジニアとの適切な対話を要求します。バッテリー企業が持っているスペックは、データシートに要約したものよりもはるかに多くあります。LiFePo4バッテリー会社の1つからそれを見たので、私はそれを知っています。大規模な顧客であれば、あらゆる種類の興味深いデータを入手できます。このチップを設計するときに、TIがバッテリーエンジニアと密接に連絡を取っていたと思います。すべてのバッテリーブランドに適用できるわけではありません。
Olin Lathrop 2013年

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リチウムポリマーとリン酸第一鉄の化学反応は同じであるというあなたの仮定は間違っていると思います。ただし、確実に知る唯一の方法は、バッテリーエンジニアに尋ねることです。おそらく、自分でいくつかの実験を行うことができます。LiFePO4を数本入手し、この充電アルゴリズムをいくつかのサイクルにわたってそれらに適用して、何が起こるかを確認しますか?(近くに可燃物がない安全なラボ環境内:-)
Jon Watte 2013年

2

いくつかの関連する「データポイント」を発見しました。これがLiFePO4で広く受け入れられている充電方法であることを確信を持って示す人はいませんが、特定の「注意事項」があるため、おそらくそうであることを示しています。許容度は、過電圧の程度、充電状態、充電率、過電圧で保持される時間、特定のバッテリー構造など、多くの要因に依存します。詳細については、以下を追加します。


(1)A123は、LiFePO4バッテリーの主要メーカーです。彼らの最近の主要な財政難は、テクノロジーの誤解ではなく、非常に高価な製品のリコールにつながるエンジニアリングの問題によるものでした。同様のことがソニーのLiIonバッテリー製造でトップに起こりました-しかし、ソニーには「はるかに深いポケット」があります。

以下は特にA123製品に関連し、おそらくそれらのサブセットのみに関連します。この方法を他のブランドに拡張することは、ユーザーのリスクです。

A123のエナーランド部門は、「A123 Racing NanoPhosphate Developer kitの適切な運用」というタイトルの配布資料を作成しました。これは、A123 26660(直径26mm x長さ66.5mm)LiFePO4 2300 mAhセルに関連しています。

「通常の充電」にはCC CV充電を使用し、高速充電にはCVフリークラッシュ充電を使用します。
通常の充電は3.6Vまで3A(約1.333C)であり、I_batが0.05 IChgに低下するまで3.6Vで保持し、その後3.45Vで浮動します。

ただし、急速充電方法は次のとおりです。

Vmaxに達するまでImaxで充電します。
T_fast_chargeに達するまでVmaxを保持します。
容量は90> = 96%SOCです。
そして-ドラムロール-Vmax = 4.2V-すごい。

急速充電時間は15分だそうです!
これは、通常のIchgより大幅に高いImaxでのみ達成されることに注意してください。
したがって、特定のセルに対してこのアクションを実行するには、通常よりも高い充電電流、通常よりも高い最大充電電圧、およびセルを最大電圧に保持する時間制限を定義する必要があります。

上記はTI ICが行っていることと同一ではありません-主な共通点は通常のエンドポイント電圧より高いです。bq25070 ICの場合、電流は標準充電電流であり、Vmaxが上昇し、Vmaxでの保持時間がゼロ

この急速充電方法のサイクル寿命への影響については、まだ何も指摘されていません。

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