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Tensioni di massima e minima carica batterie al litio

Posted in batterie by jumpjack on 28 luglio 2018

Ho trovato in rete dell’insolito e inaspettato materiale che mi ha permesso di aggiornare un vecchio post sulle tensioni tipiche di cella; “insolito e inaspettato” perchè il materiale è frutto di esperimenti dannosi e pericolosi effettuati su celle al litio, caricandole e scaricandole oltre le soglie-limite. Soglie che peraltro sono molto discusse in rete, e apparentemente soggettive.

Questi esperimenti oltre-limite sembrano finalmente gettare un po’ di luce sulla faccenda.

La fonte dei grafici originale è https://www.powerstream.com/lithium-phosphate-charge-voltage.htm , ma non il linko il sito perchè contiene informazioni pericolose.

LiFePO4

Nel primo grafico (LiFePO4) si vede che caricare una cella a 3.1V (curva in basso a sinistra) comporta un incremento minimo di energia (4-5%), quindi si può supporre che 3.0V sia ragionevolmente la tensione minima oltre la quale è inutile  scendere, per non danneggiare la cella; analogamente, caricando oltre i 4.16V “tipici”, si ha un incremento minimo di carica, ma si stressa la cella riducendone la vita utile.

Per una cella LiFePO4, quindi, l’intervallo di sicurezza (Safe Operating Area) può essere individuato fra 3.0 e 3.25V.

 

li-ion/LiPO/LiCoO2/NCM/NMC

Da osservazioni analoghe sul secondo grafico si può dedurre che per le li-ion/LiPO/LiCoO2/NCM l’intervallo di sicurezza (Safe Operating Area) può essere individuato fra 3.4V e 4.16V; notare che questo secondo tipo di cella è molto più sensibile alle tensioni errate, che possono portare a incendi ed esplosioni.

In caso di carico

Tutti questi valori sono validi in assenza di carico; con un carico applicato, bisogna tener conto che più alta è la corrente erogata, maggiore è l’abbassamento di tensione, che quindi può scendere sotto la soglia di sicurezza anche se a riposo la tensione ben più alta; utilizzare quindi la cella solo finchè a riposo si trova nella SOA garantisce che, anche sotto carico, la tensione non scenda sotto i livelli critici.

 

Tabella delle tensioni

Segue una tabella coi valori dedotti, oltre che dai suddetti grafici, anche da altre fonti:

Tensione
danneggiamento
Tensione
minima utile
Tensione nominale Tensione
batteria
carica
Tensione
di ricarica
Li-Ion/LiPo 3,0 3,4 3,6 4,16 4,20
NMC/NCM 3,0 3,4 3,7 4,16 4,20
LiFePO4 2,8 3,0 3,3 3,6 3,65

Da notare che:

  • li-ion/LiPO e NMC/NCM usano chimica simile a base di cobalto, quindi hanno all’incirca le stesse tensioni, ma le NCM/NMC sono intrinsecamente più sicure perchè vanno più difficilmente in fuga termica (incendio o esplosione) in caso di abuso, rispetto alle LiPO.
  • La tensione di ricarica NON coincide con la tensione di batteria carica: dopo la fine della carica, infatti, la tensione si abbassa di qualche puto decimale anche senza essere usata, assestandosi sulla tensione nominale.

4 Risposte

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  1. Gian Pietro Esposito said, on 10 novembre 2019 at 16:11

    Vorrei sapere se ci sono dei carica batterie di minima e di massima? In Pratica dei carica batterie che iniziano a caricare la batteria quando questa scende ad un certo valore di potenza (es. 25% della sua massima potenza) e quindi ricaricarla fino al massimo, e così via?
    Grazie

    • jumpjack said, on 10 novembre 2019 at 16:19

      Normalmente è il BMS, non il caricabatterie, a interrompere o permettere la ricarica a seconda della tensione dell’intera batteria o delle singole celle; e normalmente sono impostazioni configurate in fabbrica non modificabili dall’utente, almeno nei CB più economici. In quelli più costosi si può impostare a piacere la soglia, o addirittura l’intera curva di ricarica.
      Nei CB kingpan (e cloni vari) ci sono due (a volte tre) trimmer che regolano corrente massima e tensione massima: https://jumpjack.wordpress.com/2014/05/23/schema-elettrico-caricabatterie-li-ion-kingpan-forse/

      • Gianpietro Esposito said, on 10 novembre 2019 at 16:31

        Grazie della prontezza nella tempistica e precisione nei contenuti.potrebbe gentilmente indicarmi una o più marche e relativi modelli?

        • jumpjack said, on 10 novembre 2019 at 16:33

          Purtroppo su marche e modelli non so aiutarti. Prova nei forum linkati in fondo all’articolo citato prima.


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