Was ist die minimal erforderliche Spannung zum Laden eines 3,7-V-Li-Ionen-Akkus?

Ich habe einen Handy-Akku, auf dessen einer Seite Folgendes steht:

• 3,7 V 1000 mAh
• Begrenzte Ladespannung: 4,2 Volt

Ich verstehe, dass die erste Zeile bedeutet, dass die Batterie an ihrem Ausgangsanschluss immer 3,7 V (zumindest theoretisch) liefert. Außerdem hält der Akku 1 Stunde lang, wenn die mobile Schaltung 1000 mA verbraucht.

Die zweite Zeile bedeutet, dass ich unter keinen Umständen die Eingangsladespannung über 4,2 V erhöhen sollte, da dies sonst die Batterie beschädigen könnte.

Ist mein Verständnis richtig? Wenn ich richtig liege, möchte ich für diesen Akku wissen, welche Spannung zum Laden mindestens erforderlich ist.

Technisch gesehen liegt die minimale Spannungsmenge zum Laden über dem aktuellen Ladezustand. Aber das ist wahrscheinlich nicht die Antwort, die Sie von einem Lithium-Ionen-Akku auf Wikipedia suchen :

Lithium-Ionen werden mit ungefähr 4,2 ± 0,05 V / Zelle geladen, mit Ausnahme der "militärischen langen Lebensdauer", bei der 3,92 V zur Verlängerung der Batterielebensdauer verwendet werden. Die meisten Schutzkreise werden abgeschaltet, wenn eine Spannung von mehr als 4,3 V oder eine Temperatur von mehr als 90 ° C erreicht wird. Unterhalb von 2,50 V / Zelle kann die Batterieschutzschaltung dazu führen, dass die Batterie mit normalen Ladegeräten nicht mehr aufgeladen werden kann. Die meisten Batteriekreise stoppen bei 2,7–3,0 V / Zelle.

Um einen vollständigen Ladezustand zu erreichen, sollten Sie normalerweise 4,2 V anstreben. In der Praxis erfordert das sichere und effiziente Laden von Li-Ion einige Schritte. Daher sollten Sie sich einen dedizierten Ladechip ansehen. Sie müssten die Datenblätter auf interessante Daten überprüfen, aber viele funktionieren ordnungsgemäß mit einer Versorgungsspannung von nur etwas über 4,2 V.

Die obigen 3,7 V klingen wie die Nennspannung, die der Bereich ist, in dem die Batterie die meiste Zeit während des Lade- / Entladezyklus verbringt. Sie beginnen jedoch bei etwa 4,2 V und fallen auf eine Spannung darunter ab. Wenn Sie die Spannung zu weit abfallen lassen, treten Probleme auf, aber Sie haben auch eine Nutzungsdauer unter 3,7 V.

Um einen Lithium-Ionen-Akku sicher aufzuladen, müssen Sie das richtige Ladeverfahren befolgen , bei dem eine Konstantstromphase gefolgt von einer Konstantspannungsphase erforderlich ist. Wenn Sie nur eine Konstantspannungsquelle verwenden, wird der Akku schneller aufgeladen, als es für ihn vorgesehen ist.

Hier ist zum Beispiel ein Datenblatt für ein bestimmtes Modell eines Li-Ionen-Akkus. Um den Akku vollständig aufzuladen, müssen Sie ihn eventuell auf 4,2 V bringen. Wenn Sie jedoch nur 4,2 V anlegen, wenn es vollständig entladen ist, legen Sie 4,2 V - 2,75 V = 1,45 V an eine Impedanz von 130 mOhm an. Das bedeutet, dass der Ladestrom in der Größenordnung von 10 Ampere liegt, was viel höher ist als für den Akku ausgelegt. Es ist mit einer maximalen Laderate von "1C" oder genügend Strom angegeben, um den Akku in einer Stunde vollständig aufzuladen, in diesem Fall 1,1A.

Sie müssen den Ladestrom aktiv reduzieren, indem Sie die Spannung reduzieren, bis der Akku ausreichend aufgeladen ist, um sich selbst zu begrenzen. Wenn Sie kein Datenblatt für das genaue Batteriemodell finden, das Sie verwenden, sollten Sie vorsichtig sein und es sehr langsam aufladen. Lithium-Ionen-Batterien können bei Missbrauch Feuer fangen oder explodieren.

Dies ist kein Bereich, in dem ich viel Erfahrung habe, aber ich denke, es hängt vom Innenwiderstand der Batterie ab.

Sie können versuchen, eine kleine Ladespannung an die Batterie anzulegen, so klein Sie möchten, und dann messen, wie viel Strom in die Batterie fließt. Wenn Strom in den Akku fließt, sollte dieser aufgeladen werden (abzüglich eines Stroms, der beim Ladevorgang als Wärme verschwendet wird).

Der Strom, mit dem Sie den Akku aufladen können, hängt davon ab, wie geladen der Akku bereits ist. Das heißt, wenn der Akku vollständig entladen ist, können Sie ihn wahrscheinlich mit einer sehr kleinen Spannung aufladen. Wenn er jedoch fast vollständig aufgeladen ist, benötigen Sie eine größere Spannung. Meine Intuition sagt mir, dass Sie mindestens 3,7 V anlegen müssen, wenn Sie den Akku vollständig aufladen möchten.

Auch hier bin ich kein Experte auf diesem Gebiet, daher ist oben nur meine Spekulation. :) :)

Unter Berücksichtigung der anderen Antworten werde ich mich darauf beschränken, nur die OP-Fragen zu beantworten. 1 - Ja, Ihr Verständnis ist richtig.
2 - Die Mindestspannung erforderlich , um einen 3,7 V Li-Ionen - Akku (bis 3,7 V) zu laden, ist 3.7V . Eine praktischere Spannung wäre 4,0 V (3,7 <4,0 <4,2).
Ein "realistischeres" Beispiel für den zweiten Teil des ersten Satzes wären 10 Stunden bei 100 mA.

Nein, die Batterie liefert ständig keine 3,7V. Dies ist der Spannungswert bei einer wesentlich geringeren Kapazität. 3,7 V bedeutet nicht viel. Dies ist der Wert, bei dem der Akku am stabilsten ist, aber der tatsächliche Wert bei vollständiger Aufladung beträgt 4,2 V, sodass ein Ladegerät höhere Werte liefern muss, wenn Sie ihn vollständig aufladen möchten.

Bei einem Standard von 3,3 V gelten Li-Ionen-Zellen als entladen, da sie für die durchschnittlichen Anwendungen, für die sie entwickelt wurden, nicht mehr genügend Dauerstrom liefern können.

Die Mindestspannung zum Laden eines Standard-Li-Ions beträgt 4,201 V. In Anbetracht der Impedanzen des Ladegeräts und der Zelle haben die meisten Ladegeräte 4,25 oder sogar 4,3 V, wenn sie leer laufen (nicht an eine Zelle angeschlossen).

Obwohl diese Werte auf diese Weise gewählt wurden, entsprechen sie nicht den 10 Geboten. Sie können eine Zelle unter 3,3 V entladen, sie liefert jedoch weniger Strom und Sie können sie sogar bis zu 4,3 + V aufladen, und sie hat eine höhere Kapazität, aber beide Verfahren verkürzen ihre Lebensdauer.

Wenn Sie sie also in Notfällen auf 4,3 V überladen, haben Sie eine zusätzliche Kapazität zum Arbeiten. Wenn Sie eine sehr lange Zeit für eine Zelle benötigen, lassen Sie sie nur bis zu 4 V aufladen, dies ergibt jedoch nur ~ 80% der angegebenen Kapazität.

Zurück zu den Ladegeräten: Ich würde mein Ladegerät folgendermaßen gestalten:

Option 1: 4,0 V - abgesicherter Modus - für sicheres Laden und lange Lebensdauer sowie für überentladene / schlechte Zellwiederherstellung.

Option 2: 4,21 V - Standard - normaler Lademodus (fehlerhafte Zellen mit reduzierter Kapazität überhitzen sich, wenn sie auf Standardniveau geladen werden)

Option 3: 4,32 V - Überstrom - Überlademodus (geringere Lebensdauer der Zellen, sehr hohe Gefahr für Zellen mit reduzierter Kapazität)