Carica e scarica di celle / batterie Li-ion

Scopri come prolungare la durata della tua batteria utilizzando i migliori metodi di ricarica

Durante la carica e la scarica delle batterie avviene una reazione chimica, ma con gli ioni di litio c'è un'eccezione. Gli scienziati parlano delle energie che fluiscono dentro e fuori dalla batteria come parte del movimento degli ioni tra l'anodo e il catodo. Se avessero ragione, secondo questa affermazione, la batteria durerebbe per sempre, ma così non è. La causa è attribuita alla perdita degli ioni che rimangono intrappolati, ma, come per tutti i sistemi di batterie, anche la corrosione interna e altri effetti degenerativi, noti anche come reazioni parassitarie nell'elettrolita e negli elettrodi, giocano un ruolo importante.

Il caricatore per ioni di litio è un dispositivo limitatore di tensione che presenta somiglianze con il sistema delle batterie al piombo-acido. Le differenze con le Li-ion risiedono in una tensione più alta per cella, tolleranze di tensione più rigorose e nell'assenza di una carica di mantenimento o di flottazione alla piena capacità. Mentre il piombo-acido offre una certa flessibilità in termini di tensione di cutoff, i produttori di Li-ion sono molto rigorosi nel corretto settaggio, poiché le batterie Li-ion non possono tollerare sovraccarichi. Il cosiddetto "caricatore miracoloso" che promette di prolungare la durata della batteria e aumentarne la capacità non esiste. Il sistema Li-ion è un sistema "pulito" e assorbe solo ciò che può gestire.

Caricare batterie al cobalto miscelato con Li-ion

Ci riferiamo specificamente alle batterie Li-ion realizzate con materiali catodici tradizionali come cobalto, nichel, manganese e alluminio, che si caricano tipicamente a 4,20V/cella. La tolleranza è di +/- 50mV/cella. Alcune varianti a base di nichel si caricano a 4,10V/cella, mentre le batterie Li-ion ad alta capacità possono arrivare fino a 4,30V/cella. Aumentare la tensione incrementa anche la capacità, ma superare la specifica può portare a un sovraccarico della batteria. I circuiti di protezione integrati nel pacchetto non consentono di superare la tensione stabilita.

La Figura 1 mostra la variazione di tensione e corrente quando lo ione di litio attraversa le fasi di corrente. La carica completa si raggiunge quando la corrente diminuisce al 3-5% della capacità nominale.

Figura 1: Fasi di ricarica degli ioni di litio. Li-ion è completamente carico quando la corrente scende a un livello stabilito. Invece della carica di mantenimento, alcuni caricabatterie applicano una carica quando la tensione scende.

Cortesia di Cadex

Il tempo di carica completa è di circa 2-3 ore. I produttori di queste celle raccomandano di caricare a 0.8C o meno per prolungare la durata della batteria. La maggior parte delle celle di energia può sopportare un caricatore più potente. L'efficienza della carica è di circa il 99% e la cella rimane fredda durante la ricarica.

Alcune batterie Li-ion possono subire un aumento di temperatura di circa 5°C quando raggiungono la carica completa. Interrompere l'uso della batteria o del caricatore se la temperatura sale oltre i 10°C con velocità di carica moderate.

Una batteria Li-ion non deve essere completamente carica, come avviene per le batterie al piombo-acido, né è consigliabile farlo. In realtà, è meglio non caricarla completamente, poiché una tensione elevata può portare a un sovraccarico della batteria. Scegliere una soglia di tensione inferiore o eliminare del tutto la carica di saturazione prolunga la durata della batteria, ma riduce il tempo di utilizzo.

Quando la batteria è completamente carica, la corrente di carica deve essere interrotta. Una volta completata la carica, la tensione della batteria inizia a scendere, riducendo lo stress. Nel tempo, la tensione a circuito aperto si stabilizzerà tra 3.70V e 3.90V/cella.

Se le batterie agli ioni di litio vengono lasciate nel caricatore, alcuni dispositivi applicano una breve carica di mantenimento per compensare la piccola autoscarica della batteria. I caricabatterie progettati per l'operatività di standby spesso lasciano la tensione della batteria scendere a 4.00V/cella e la ricaricano solo fino a 4.05V/cella, invece dei 4.20V/cella completi. Questo riduce lo stress legato alla tensione e prolunga la durata della batteria.

Riepilogo

La ricarica delle batterie Li-ion è più semplice rispetto ai sistemi basati sul nichel. Il circuito di carica è diretto e le limitazioni di tensione e corrente sono più facili da gestire rispetto ad altri sistemi, che cambiano man mano che la batteria invecchia.

Le batterie Li-ion per i consumatori e la maggior parte delle batterie industriali vengono caricate completamente. Non offrono tensioni di carica regolabili che potrebbero prolungare la durata della batteria riducendo la tensione finale di carica.

Linee guida per la ricarica delle batterie agli ioni di litio

• Spegnere il dispositivo o scollegare il carico per consentire alla corrente di diminuire senza ostacoli durante la fase di saturazione.
  
  
• Caricare a temperatura moderata. Non caricare a temperature sotto lo zero.
  
  
• Le batterie Li-ion non devono essere completamente cariche; una carica parziale è migliore.
  
  
• Non tutti i caricabatterie applicano una carica completa, quindi la batteria potrebbe non essere realmente carica al 100% quando appare l'indicatore "pronto".
  
  
• Interrompere l'uso del caricatore e/o della batteria se questa diventa eccessivamente calda.
  
  
• Caricare parzialmente una batteria scarica prima di riporla (40-50%).

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