Qual è la tensione minima richiesta per caricare una batteria agli ioni di litio da 3,7 V?

Ho una batteria del telefono cellulare con la seguente scritta:

• 3,7 V 1000 mAh
• Tensione di carica limitata: 4,2 volt

Capisco che la prima riga significa che la batteria fornirà sempre 3,7 V (almeno in teoria) al suo terminale di uscita. Inoltre, la batteria durerà 1 ora se i circuiti mobili assorbono 1000 mA.

La seconda riga significa che in nessun caso dovrei aumentare la tensione di carica in ingresso oltre 4,2 V, altrimenti potrebbe danneggiare la batteria.

La mia comprensione è corretta? Se ho ragione, vorrei sapere per questa batteria qual è la tensione minima richiesta per la ricarica?

Tecnicamente la quantità minima di tensione per la ricarica sarà qualcosa al di sopra dello stato di carica corrente. Ma questa probabilmente non è la risposta che stai cercando, dalla batteria agli ioni di litio su Wikipedia:

Gli ioni di litio vengono caricati a circa 4,2 ± 0,05 V / cella ad eccezione della "lunga durata militare" che utilizza 3,92 V per prolungare la durata della batteria. La maggior parte dei circuiti di protezione si interrompe se viene raggiunta una tensione superiore a 4,3 V o una temperatura superiore a 90 ° C. Al di sotto di 2,50 V / cella, il circuito di protezione della batteria può rendere la batteria non ricaricabile con normali apparecchiature di ricarica. La maggior parte dei circuiti della batteria si ferma a 2,7–3,0 V / cella.

Quindi, per raggiungere uno stato di carica completo, normalmente si vorrebbe puntare a 4.2V. In pratica, caricare gli ioni di litio in modo sicuro ed efficiente comporta alcuni passaggi, quindi potresti voler guardare un chip caricatore dedicato. Dovresti controllare i fogli dati per quelli che sembrano interessanti ma molti funzioneranno correttamente con una tensione di alimentazione solo leggermente superiore a 4,2 V.

I 3,7 V sopra sembrano la tensione nominale che è l'area in cui la batteria trascorrerà la maggior parte del tempo durante il ciclo di carica per scaricarsi. Ma inizieranno a circa 4,2 V e scenderanno a una tensione inferiore a quella. Lasciarli cadere troppo in tensione causerà problemi, ma otterrai anche una vita utile inferiore a 3,7 V.

Per caricare in sicurezza una batteria agli ioni di litio, è necessario seguire la corretta procedura di ricarica , che prevede una fase a corrente costante seguita da una fase a tensione costante. Se usi solo una fonte a tensione costante, finirai per caricare la batteria più velocemente di quanto sia progettato per far fronte.

Ad esempio, ecco un foglio dati per un modello particolare di batteria agli ioni di litio. Per caricare completamente la batteria, è necessario portarla fino a 4,2 V. Ma se applichi un 4.2V su di esso quando è completamente scarico, inserirai 4.2V-2.75V = 1.45V su un'impedenza di 130mOhm. Ciò significa che la corrente di carica sarà dell'ordine di 10 amp, che è molto più alta di quella prevista per la batteria. È specificato con una velocità di carica massima di "1C" o corrente sufficiente per caricare completamente la batteria in un'ora, che in questo caso è 1,1A.

È necessario limitare attivamente la corrente di carica riducendo la tensione, fino a quando la batteria non è sufficientemente carica per l'autolimitazione. Se non riesci a trovare un foglio dati per il modello esatto di batteria che stai utilizzando, dovresti sbagliare sul lato della cautela e caricarlo molto lentamente. Le batterie agli ioni di litio sono soggette a prendere fuoco o esplodere se abusate.

Questa non è un'area in cui ho molta esperienza, ma immagino che dipenda dalla resistenza interna della batteria.

Potresti provare ad applicare una piccola tensione di carica alla batteria, piccola quanto vuoi, e quindi misurare quanta corrente scorre nella batteria. Se la corrente scorre nella batteria, dovrebbe caricarsi (meno una parte di corrente che viene sprecata come calore nel processo di ricarica).

La corrente con cui è possibile caricare la batteria dipende dalla carica della batteria. Ad esempio, se la batteria è completamente scarica, è possibile caricarla con una tensione molto piccola, ma se è quasi completamente carica, sarà necessaria una tensione maggiore. La mia intuizione mi dice che dovrai applicare almeno 3,7 V se vuoi caricare completamente la batteria.

Ancora una volta non sono un esperto in questo settore, quindi sopra è solo la mia speculazione. :)

Prendendo in considerazione le altre risposte, mi limiterò a rispondere solo alle domande del PO. 1 - Sì, la tua comprensione è corretta.
2 - La minima tensione necessaria per caricare un 3.7V batteria agli ioni di litio (a 3.7V), è 3.7V . Una tensione più pratica sarebbe 4.0v (3.7 <4.0 <4.2).
Un esempio più "realistico" della seconda parte della prima frase sarebbe di 10 ore a 100 mA.

No, la batteria non fornisce costantemente 3,7 V. Questo è il valore della tensione a una capacità molto inferiore. 3,7 V non significa molto. Questo è il valore al quale la batteria è più stabile, ma il valore effettivo quando è completamente carica è 4,2 V, quindi un caricabatterie dovrà fornire un valore superiore a questo se si desidera caricarlo completamente.

A 3,3 V le celle agli ioni di litio standard sono considerate scariche perché non possono più fornire abbastanza corrente costante per le applicazioni medie per cui sono state progettate.

La tensione minima per caricare un Li-Ion standard è 4.201V. Ma considerando le impedenze del caricatore e della cella, la maggior parte dei caricabatterie ha 4,25 o addirittura 4,3 V quando è in bianco (non collegato a una cella).

Sebbene questi valori siano stati scelti in questo modo, non sono come i 10 comandamenti. Puoi scaricare una cella sotto 3,3 V ma fornirà meno corrente e potrai caricarla anche fino a 4,3 + V e avrà una capacità maggiore, ma entrambe le pratiche ne ridurranno la durata.

Quindi, in casi di emergenza, sovraccaricali a 4,3 V e avrai una capacità extra con cui lavorare e se vuoi avere un tempo molto lungo per una cella, lascia che si carichi solo fino a 4 V ma che fornirà solo ~ 80% della capacità dichiarata.

Tornando ai caricabatterie, progetterei il mio caricabatterie in questo modo:

Opzione 1: 4.0 V - modalità provvisoria - per ricarica sicura e lunga durata e recupero di celle sovraccariche / difettose.

Opzione 2: 4.21 V - standard - modalità di carica normale (le celle difettose con capacità ridotta si surriscaldano se caricate a livello standard)

Opzione 3: 4,32 V - sovraccarico - modalità di sovraccarico (durata della cella inferiore, pericolo molto elevato per celle a capacità ridotta)