Lithium-Ionen-Batterien aufladen
Diese Hinweise gelten gleichermaßen für Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien. Die Chemie ist bei beiden Batterietypen grundsätzlich gleich, so dass die Lademethoden für Lithium-Polymer-Batterien auch für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden können.
Das Laden von Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen mit 3,2 Volt ist identisch, aber die Konstantspannungsphase ist auf 3,65 Volt begrenzt.
Die Lithium-Ionen-Batterie ist leicht zu laden. Das sichere Aufladen ist schwieriger. Der grundlegende Algorithmus besteht darin, mit konstantem Strom (0,2 C bis 0,7 C je nach Hersteller) zu laden, bis die Batterie 4,2 Vpc (Volt pro Zelle) erreicht, und die Spannung bei 4,2 Volt zu halten, bis der Ladestrom auf 10 % der anfänglichen Ladegeschwindigkeit gesunken ist. Die Beendigungsbedingung ist das Absinken des Ladestroms auf 10%.
Die Höchstladespannung und der Beendigungsstrom variieren geringfügig je nach Hersteller.
Aus Sicherheitsgründen sollte jedoch ein Ladetimer eingebaut werden.
Der Ladevorgang kann nicht bei einer bestimmten Spannung beendet werden. Die Kapazität, die bei 4,2 Volt pro Zelle erreicht wird, beträgt nur 40 bis 70 % der vollen Kapazität, wenn nicht sehr langsam geladen wird. Aus diesem Grund müssen Sie den Ladevorgang so lange fortsetzen, bis der Strom abfällt, und ihn dann bei niedrigem Strom beenden.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Schnellladung für Lithiumbatterien nicht zulässig ist. Die Lithium-Ionen-Chemie kann eine Überladung nicht verkraften, ohne die Zelle zu beschädigen und möglicherweise das Lithium-Metall abzuscheiden und gefährlich zu werden.
Float Charging ist jedoch eine nützliche Option. Das Sicherheitsproblem bei einer konstanten Ladung der Batterie besteht darin, dass es zu Problemen kommen kann, wenn das Ladegerät irgendwie durchdreht und eine höhere Spannung anlegt. Je kürzer das Ladegerät eingeschaltet ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Ladung durchdreht, während die Batterie angeschlossen ist. Es gibt jedoch noch eine weitere Sicherheitsmethode, die Batterieschutzplatine, die entweder auf der Batterie oder in einem anderen Schaltkreis zwischen der Batterie und dem Ladegerät eingebaut werden sollte. Die BPB (auch bekannt als PCB für „protectioncircuit board“) oder ein anderer Schaltkreis für das Batteriemanagement unterbricht den Ladevorgang, wenn die Spannung zu hoch wird.
Gelegentlich wird die Frage gestellt: „Welche Auswirkungen hat das Laden mit weniger als 4,2 Volt?“ Im Gegensatz zu anderen Batterietypen wird die Batterie zwar geladen, aber sie erreicht nie die volle Ladung, sondern wird nur teilweise geladen. Der Grund dafür ist, dass das Einfüllen der Ionen in die Anoden- oder Kathodenkristalle mehr Spannung erfordert als die einfache elektrochemische Zellspannung. Je höher die Spannung ist, desto mehr Ionen können eingefügt werden. Die hier verlinkte Seite enthält unsere Forschungsergebnisse und einige quantitative Daten über die relative Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien, die mit weniger als 4,2 Volt geladen werden. Ein Vorteil des Ladens bei niedrigeren Spannungen ist, dass sich die Zykluslebensdauer drastisch erhöht.
Laden von Lithium-Ionen-Akkus mit langsamen Raten
Wenn die Laderate während der Konstantstromphase niedrig ist, verbringt der Ladevorgang weniger Zeit während der Konstantspannungsphase. Wenn Sie unter 0,18 C laden, ist die Zelle praktisch voll, wenn die 4,2 Volt erreicht sind. Dies kann als alternativer Ladealgorithmus verwendet werden. Laden Sie einfach unter 0,18 C mit konstantem Strom und beenden Sie die Ladung, wenn die Spannung 4,2 Volt pro Zelle erreicht.
Sicherheit
Jeder Lithium-Ionen-Akkupack sollte über eine Methode verfügen, um die Zellen im Gleichgewicht zu halten und zu verhindern, dass sie übermäßig entladen werden. Dies geschieht in der Regel mit einer Sicherheitskarte, die das Laden und Entladen des Akkus überwacht und gefährliche Vorgänge verhindert. Die Spezifikationen dieser Sicherheitsplatinen werden vom Zellenhersteller festgelegt und können Folgendes umfassen:
- Verpolungsschutz
- Ladetemperatur – es darf nicht geladen werden, wenn die Temperatur unter 0° C oder über 45° C liegt.
- Ladestrom darf nicht zu hoch sein, typischerweise unter 0,7 C.
- Entladestromschutz, um Schäden durch Kurzschlüsse zu verhindern.
- Ladespannung – eine Dauersicherung öffnet sich, wenn zu viel Spannung an den Batteriepolen anliegt
- Überladeschutz – stoppt den Ladevorgang, wenn die Spannung pro Zelle über 4,30 Volt steigt.
- Überentladeschutz – stoppt die Entladung, wenn die Batteriespannung unter 2,3 Volt pro Zelle fällt (je nach Hersteller).
- Eine Sicherung öffnet sich, wenn die Batterie jemals Temperaturen über 100° C ausgesetzt wird.