TI 的 LiFePO4 无 CV 快速充电方法是否会缩短电池寿命?

电器工程 电池充电 lifepo4
2022-01-05 15:45:38

TI 声称您可以像往常一样通过 CC(恒流)充电为 LiFePO4 电池充电,但电压高于通常的电压(例如 3.7V 而不是 LiFePO4 通常的 3.6V),然后逐步过渡到没有中间 CV 的较低浮动电压模式。

他们的 bq25070 IC 实现了这种方法,如bq25070 数据表中所述。

这与我见过的所有其他建议、IC 规格和充电器电路背道而驰。

在 Vcv <= 3.6V 的情况下执行此操作就足够了 - 有或没有 CV 级。激进的是额外电压和无 CV 模式。所有其他来源的暗示或声明是,即使是少量超过 LiFePO4 的正常 Vmax 3.6V 也可能造成损坏或致命。

TI 是否彻底疯了?

2个回答

到目前为止,我的回答是,我不知道,但 TI 通常是非常可靠的人,他们往往不会到处制造走在黑暗面的 IC——因为这对我有很大的适用性,而且我有一个应用程序是具有直接的潜在相关性,这需要进一步调查。

以下是我的旅程开始——更多的是问题描述和参数调查,而不是正确的答案。我打算将所有这些作为问题的一部分发布,但我认为它最好属于答案。

我后来才意识到,我的漫游中有些混合了 LiFePO4 和 LiIon 电压。我会回来整理这个但我希望它对任何可能感兴趣的人都足够清楚。


总结: TI 声称您可以通过 CC 充电至高于通常的电压(例如 3.7V 而不是通常的 LiFePO4 的 3.6V)为 LiFePO4 电池充电,然后逐步过渡至较低的浮动电压,无需中间 CV 模式。这似乎也适用于锂离子电池,但 TI 没有为锂离子电池提供以这种方式工作的 IC,这似乎是合乎逻辑

这与我见过的所有其他建议、IC 规格和充电器电路背道而驰。

在 Vcv <= 3.6V 的情况下执行此操作就足够了 - 有或没有 CV 级。激进的是额外电压和无 CV 模式。来自所有其他来源的暗示或声明是,对于 LiIon 或 LiFePO4 超过 4.2V 的正常 Vmax 或 LiFePO4 的 3.6V,即使是少量也可能会造成损坏或致命。

TI 有许多锂离子充电器 IC,它们具有相似的规格、引脚排列和目标用途。他们只有少数适​​用于 LiFePO4。
LiIon / LiPo 专用充电器均未使用此方法。
它们可能取决于 LiFePO4 中的橄榄石基质,使其具有坚固性(并顺便降低了能量密度),以提供足够的保护来防止这种方法的过度使用。

通常的锂化学充电方法是在 CC(恒定电流)下充电,直到达到 Vmax,然后将电池保持在 Vmax,同时
在电池化学控制下,电流以非 li 接近的方式逐渐下降,直到达到 Imax 的某个目标百分比到达了。

TI 方法声明(在需要时使用修订的锂离子规格)

  • 1 小时充满 100%
  • 3.6 V 时为 85%
  • 电池总容量增加 15%
  • 或相对于 3.6V (100/85% =~1.18) 增加约 18% 的容量

损害?

  • 它是否在一小时内生产100%?
  • 会不会损坏电池。

请参阅最后的“电池大学警告”。


TI 的“声明”可能是“最难”的形式——不仅在纸上,而且在电池控制 IC 的硅中。BQ 25070,数据表在这里: http ://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq25070.pdf

在 2011 年 7 月的数据表中说:

  • LiFePO4 充电算法消除了锂离子电池充电周期中通常存在的恒定电压模式控制。

  • 相反,电池快速充电到过充电电压,然后允许放松到较低的浮充电压阈值。

恒压控制的去除显着减少了充电时间。

在充电周期中,内部控制回路监控 IC 结温,如果超过内部温度阈值,则降低充电电流。

充电器功率级和充电电流检测功能完全集成。充电器功能具有高精度电流和电压调节回路,以及充电状态显示。


他们疯了吗?

此表基于电池大学的表 2,网址为http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_lithium_ion_batteries

这是针对 LiIon 而不是 LiFePO4。与 LiFePO4 的 3.6V 相比,Vmax 通常 = 4.2V 的电压更高。我希望和期望一般原则足够相似以使其有用。在适当的时候缩小到 LiFePO4 电压。

标题为 BU 的列是原始的。标题为 RMc 的列是我添加的。我添加了 4.3、4.4、4.5 V 的行。

他们的桌子上说

  • 如果您以恒定电流充电直到达到电压 Vcv

  • 然后达到第 2 列中满容量的百分比。(抄送结束时的百分比上限)

  • 然后,如果您将电压保持在 Vcv,直到 Ibat 下降到大约 5%,如果 Icc(如果 C/1 = C/20,通常为 5%)

  • 然后将达到第 4 列中的容量。(帽满坐)

  • 他们说以分钟为单位的总充电时间在第 3 列

我的补充并不过分深刻,并提出了一些可能无效的假设。

5 分钟 CC:我假设在初始 CC 模式下容量随时间线性增加。这对于当前容量可能非常接近真实,并且由于在早期阶段 Vcg 相对恒定,它也可能是能量容量的充分假设。

6 CV 时间 = 3 - 5。

  1. CV 中的平均速率 = (100 - col.2) / ( (col.3 - col.5 ) / 60 ) 这只是为了让我了解后 CC 模式平衡需要弥补的速度。如果没有后 CC CV 模式,则它需要为零,实际上它在 Vcv = 4.2V 时已降至 CC 速率的 &%。

虽然 TI 使用 3.7V 的 Vovchg(而不是常规的 3.6V)来实现他们的魔术,但从表格推断似乎表明 LiIon 调用需要大约 4.5V,而 LiFePO4 电池可能需要大约 3.8V。

然而,可能会在 3.6V / 4.2V 以上开始发生重要的事情,并且与终止于的 CC 速率相比,额外的 0.1V 就可以将速率提高 (100 -85) / 55 = 28% 4.2V。

要做到这一点,需要在 Vbat 上升 0.1V 时发生 15% 的充电,这会在大约 9 分钟内发生(60 - col5.4.2V 行条目),因此增量充电率为 15%/ (9/60)hr = 15 %/15% = 100% = C/1 率 - 必须如此。[出现这种“巧合”是因为当一小时还剩 15% 时,还有 15% 的容量有待供应。]。

我在 4.3V 行的表格中添加了 TI 的碰撞充电方法。

更好的表格:

在此处输入图像描述

来自上述参考页面的电池大学警告和评论:

这很好——你“只是”失去了 15% 的面板容量,比你可能拥有的容量少了大约 18%

一些低成本的消费者充电器可能会使用简化的“充电并运行”方法,即在一小时或更短的时间内为锂离子电池充电,而无需进入第 2 阶段饱和充电。当电池达到阶段 1 的电压阈值时出现“就绪”。由于此时的充电状态 (SoC) 只有 85% 左右,用户可能会抱怨运行时间短,不知道是充电器的问题. 由于这个原因,许多保修电池正在被更换,这种现象在蜂窝行业中尤为常见。

这个比较关心

锂离子不能吸收过充,充满后必须切断充电电流。

连续涓流充电会导致金属锂镀层,这可能会危及安全。

为尽量减少压力,请尽可能短的时间将锂离子电池保持在 4.20V/电池的峰值电压。

TI bq25070 将电池浮动在 3.5V - 低于“安全”范围 - 即非常安全,随着时间的推移会略微失去容量。

一旦充电终止,电池电压开始下降,从而缓解电压压力。随着时间的推移,开路电压将稳定在 3.60 和 3.90V/cell 之间。请注意,接收到完全饱和充电的锂离子电池将比快速充电并在没有饱和充电的电压阈值处终止的锂离子电池保持较高电压的时间更长。


有关的:

bq25070 数据表

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

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

bq20z80-V101“燃气表”

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

bq25060 锂离子充电器 IC

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

我发现了许多相关的“数据点”。没有人肯定地表明这是一种普遍接受的 LiFePO4 充电方法,但有迹象表明它可能是,但有一些“警告”。可接受程度取决于许多因素,例如过压程度、充电状态、充电速率、过压保持时间、特定电池结构等。随着我了解更多,我将添加以下内容。


(1) A123 是磷酸铁锂电池的主要生产商之一。他们最近的主要财务困境不是由于对技术的误解,而是由于工程问题导致了高成本的产品召回。索尼在锂离子电池制造中也发生了类似的事情——但索尼“财力雄厚”。

以下内容具体涉及 A123 产品,可能仅涉及其中的一部分。将此方法扩展到其他品牌的风险由用户承担:

A123 的 Enerland 部门制作了一份题为“A123 Racing NanoPhosphate Developer kit 的正确操作”的讲义。这与 A123 26660(26mm 直径 x 66.5mm 长)LiFePO4 2300 mAh 电池有关。

他们使用 CC CV 充电进行“正常充电”,使用 CV 免费碰撞充电进行快速充电。
正常充电是 3A(约 1.333C)到 3.6V,保持在 3.6V 直到 I_bat 下降到 0.05 IChg,然后浮在 3.45V。

但是,他们的快速充电方法是:

以 Imax 充电,直到达到 Vmax。
保持在 Vmax 直到达到 T_fast_charge。
容量为 90 >= 96% SOC。
和 - 鼓滚动 - Vmax = 4.2V - 哇。

他们说快充时间是15分钟!
请注意,这仅在显着高于正常 Ichg 的 Imax 时实现。
因此,要对给定的电池执行此操作,您需要定义高于通常的充电电流、高于通常的最大充电电压以及将电池保持在最大电压的时间限制。

以上与 TI IC 所做的不同——主要的共同点是高于通常的端点电压。对于 bq25070 IC,电流为标准充电电流,Vmax 升高,Vmax 的保持时间为零

我还没有发现任何迹象表明这种快速充电方法对循环寿命的影响。

(2) 跟随...


奖金金矿:

A123 下载- 刚刚发现。
尚未探索。
看起来很有用。