Polnjenje LiIon členov kot LiHV (4,35V)?
Junij 2025
Pri LiPo.si smo vedno radovedni in radi testiramo kje so meje. Tokrat je padla ideja kako se obnašajo LiIon členi, če jih napolnimo namesto 4,2V/člen na 4,35V/člen (LiHV napetost).
Testirali smo tokovno trenutno najbolj zmogljive člene v naši ponudbi:
Vsekakor mora biti čas pri katerem je člen v napolnjenem stanju čim krajši. Zato smo posrkbeli:
- Hitro polnjenje (10A do 4,35V)
- Takojšnje praznjenje (20A konst. tok do 3V)
Da bi opazili razliko smo določili, da bomo testirali po 10 ciklov na dan do skupno opravljenih 100 ciklov. Med cikli ni bilo časovnega zamika!
Med praznjenjem in polnjenjem nismo uporabljali hlajenja. Za meritev točne napetosti (in tudi notranje upornosti) smo prispajkali “balanserske priključke”
Hkrati smo drug člen polnili do 4,2V in opravljali meritve pri enakih pogojih:
- Hitro polnjenje (10A do 4,20V)
- Takojšnje praznjenje (20A konst. tok do 3V)
Polnilnik/praznilnik (regenerativno praznjenje) in akumulator:
Svetujemo branje:
Za neuke uporabnike: Nikoli ne prepolnite svojih paketov / členov!
Razlaga za netehnične uporabnike
Večina »standardnih« Li-Ion celic se polni do 4,20 V. Vse nad tem lahko povzroči poškodbe, ki zmanjšajo kapaciteto (krajši čas delovanja), povečajo padec napetosti (krajši čas delovanja) in naredijo celico bolj nevarno za uporabo.
Absolutna najvišja napetost polnjenja je običajno 4,25 V (a preveri podatkovni list svoje celice), vendar bi se morali vsega nad 4,20 V izogibati. Ni nobene koristi pri višji napetosti.
Varnostna tveganja vključujejo kopičenje kovinskega litija na napačnih mestih znotraj celice. To lahko sčasoma povzroči notranji kratek stik, kar vodi do požara ali eksplozije celice.
Poškodbe so odvisne od časa in napetosti. Višja kot je napetost in dlje ko ostaneš tam, hujša je poškodba in varnostno tveganje. Nekaj sekund pri 4,26 V ne bo povzročilo eksplozije. A če celica ostane čez noč pri 4,30 V, bi ti priporočal, da jo upokojiš in recikliraš. Še posebej, če je že bila uporabljena nekaj časa.
Nikoli… ne… prepolni… svojih… baterij!
Nikoli ne presezi nazivnega polnilnega toka. Nikoli ne polni, če je celica topla ali pri/nižje od 0 °C. Nikoli ne polni nad 4,20 V (ostani pri 4,15–4,20 V za večjo varnost in daljšo življenjsko dobo celice).
Tehnična razlaga
Pri kemijah celic, ki jih najpogosteje uporabljamo (NMC in NCA), se nepovratne poškodbe začnejo že tik nad 4,20 V. Pri 4,30–4,40 V so poškodbe že precejšnje. Pri približno 4,5 V pa lahko pride do popolne odpovedi celice, požara ali eksplozije.
Pragovne napetosti se razlikujejo glede na kemijo, vendar so vrste poškodb naslednje:
Razpad katodnega materiala – struktura kovinsko-oksidnega aktivnega materiala razpade in se spremeni iz slojevite v spinelno. To oteži difuzijo ionov, poveča notranjo upornost in ujame litijeve ione.
Izguba litijeve zaloge (LLI) – količina razpoložljivega litija se zmanjša zaradi razpada elektrolita, nalaganja kovinskega litija in ponovne tvorbe ter zadebelitve SEI plasti na anodi.
Raztapljanje kovinskih ionov – nikelj in kobalt se ločita od katode in se odlagata na anodi, kar skrajša življenjsko dobo in poveča notranjo upornost.
Vse to so slabe stvari. Povzročajo presežek plinov, veliko eksotermnih »parazitskih« reakcij, in s povišanjem napetosti ter temperature se vse to pospešuje. Gre za drugačno obliko »thermal runaway«, ki pa lahko vodi do istega izida… požara celice.
Še huje – vse te poškodbe so kumulativne. Če polniš na 4,24 V znova in znova, se vsakič naredi malo škode, ki pa je nepovratna in se nabira. Sčasoma celica odpove. Pogosto postane samo vse bolj sitna – kapaciteta pada, notranja upornost narašča. Včasih pa celica odpove nasilno.
Lahko zaznamo to škodo in opozorimo uporabnika?
Obstajajo trije možni načini zaznavanja znakov te nepovratne škode:
EIS – elektro-kemijska impedančna spektroskopija
ICA – analiza inkrementalne kapacitete
Spremljanje dviga temperature
V tehnične podrobnosti EIS in ICA se ne bom spuščal, a če je narejeno pravilno, lahko razkrije izjemne informacije o notranjem stanju celice.
Žal EIS in ICA zahtevata specializirano opremo in/ali napreden BMS sistem, ki lahko meri in spremlja stanje zdravja (SOH) celice ali paketa čez čas. To je drago, zamudno in smiselno le pri velikih paketih, kot so tisti v električnih vozilih ali sistemih za shranjevanje energije.
Tretja metoda – spremljanje dviga temperature – zahteva dober model delovanja zdrave celice ter BMS, ki natančno meri temperaturo okolja in celice/paketa. A je bistveno lažje izvedljiva kot EIS ali ICA. Če se pravilno izvede, lahko pomaga prepoznati začetek eksotermnih reakcij ali razpad SEI plasti na anodi (kar dvigne temperaturo celice).
A vse tri metode so naporne, če želiš samo preprečiti, da eksplodira tvoj PEV baterijski paket, vaporizator ali svetilka. In niso vredne vložka časa in denarja, ko pa lahko narediš nekaj enostavnega in osnovnega za podaljšanje življenjske dobe celice/paketa.
Če prepolnjuješ, da bi dobil nekaj dodatnih minut delovanja – prenehaj. Škoda ni vredna tistih nekaj dodatnih mAh. Če imaš polnilnik nastavljen previsoko in ne moreš nastaviti napetosti navzdol, razmisli o spremembi BMS nastavitev, da preprečiš prepolnjenje. Verjetno niti ne boš opazil razlike v času delovanja zaradi nekoliko manj »popolnega« polnjenja.
Na kratko – ne prepolnjuj. Povzročaš več škode, kot misliš.
Vir: Battery Mooch
Kdor bi rad preizkusil dobiti nekaj več energije/moči iz svojih LiIon EVE 40PL členov in ima ustrezno polnilno opremo naj bere dalje. 🙂
Nikakor ne morem trditi, da to velja tudi za ostale (tabless) člene. Vsekakor pa je lahko veliko slabše! Zato še enkrat pozor!
Notranja upornost členov
Pri EVE 40PL je notranja upornost pogratih členov impresivno nizka – dobra 2 mOhm! 10A polnjenje je sicer več kot priporoča proizvajalec (8A / 2C), vendar kot boste v nadaljevanju videli padec kapacitete po 100 ciklih ni znaten pri polnjenju do 4,2V; bo pa razpoložljiva praznilna moč veliko večja kot po 1C polnjenju (4A) za tokovno zahtevne aplikacije (>50A).
Primerjava po 100 ciklih
Po 100 ciklih po LiHV polnjenju še vedno dobimo večjo kapaciteto / energijo kot pri LiPo polnjenju.
Člen po LiPo polnjenju in 100 ciklih izgubi skoraj 3% na kapaciteti , LiHV pa dobre 4%.
Primerjava po 100 ciklih v obrnjenih vlogah
Tukaj se vidi, da je LiHV člen po 100 ciklih opešali za ca 2% po kapaciteti / dobre 3% po energiji.
Naš zakLjuček
- Polnjenje LiIon na 4,35V je lahko nevarno!
- Če želite večjo moč poskrbite, da bo paket pred praznjenjem segret vsaj na telesno temperaturo.
- Ne hranite polnega LiIon paketa dlje časa!
- Hitro polnjenje (2 – 2,5C) je primerno samo za tabless LiIon člene!
- Tabless LiIon člene po hitrem (terenskem) polnjenju čimprej izpraznite!
- Za višjo moč EVE 40PL členov lahko občasno poskusite LiHV polnjenje…
Prosimo upoštevajte:
Avtor: Miha Holc
Prispevek sem spisal na podlagi lastnih testiranj, izkušenj, izkušenj uporabnikov in relevatnih informacij na spletu. Vaša vprašanja ali komentarje lahko napišete spodaj. Z veseljem jih bom pogledal in odgovoril v doglednem času.
