Warum haben die meisten Batterieschutzschaltungen eine 2,5-V-Entladekappe?

Dies ist möglicherweise keine endgültige Antwort, aber ein paar Punkte, die bei der Auswahl der Schwellenspannung zu beachten sind.

Die Ausgangsspannung einer Zelle beim Entladen ist niedriger als ihre Ruhespannung und die Differenz ist bei höherem Strom höher. Wenn Sie die Zelle nach Erreichen der unteren Spannungsgrenze trennen, erholt sich ihre Spannung etwas. Aus diesem Grund sollten Entladeregler über eine Hysterese oder einen Speicher verfügen, um zu verhindern, dass sie ohne Ladezyklus wieder eingeschaltet werden.

Eine andere Sache ist, wenn Sie sich eine Entladekurve eines Li-Ion-Akkus ansehen, werden Sie sehen, dass die Spannung am Ende des Entladezyklus sehr schnell abfällt. Zwischen 2,5 V und 3,0 V besteht nur ein geringer Unterschied in Bezug auf den verbleibenden Ladezustand. Die tatsächliche Auswirkung der Wahl einer Schwellenspannung von 2,5 V gegenüber 3,0 V ist also möglicherweise nicht so dramatisch, wie es aussieht.

AKTUALISIERT. Dieses Dokument enthält ein Entladungsdiagramm: https://engineering.tamu.edu/media/4247819/ds-battery-panasonic-18650ncr.pdf .

Bei niedrigem Strom (0,2C) beträgt der Ladungsunterschied zwischen 2,5V und 3V ~3%, die Zelle ist praktisch leer. Bei höheren Strömen (2C) ist der Unterschied größer, dies liegt jedoch teilweise daran, dass die sich entladende Batterie „nicht in der Lage“ ist, die gesamte gespeicherte Energie schnell abzugeben. In diesem Fall wird die Spannungswiederkehr wahrscheinlich bedeutender sein.

UPD2. Zusammenfassend, um meine Punkte etwas klarer zu machen:

1. Bei der Spannung einer Batterie ist es wichtig zwischen Ruhespannung und Spannung unter Last zu unterscheiden.
2. 2,5 V bis 3,0 V ist ein angemessenes Intervall für die Abschaltspannung unter Last. 3,5 V sind definitiv zu hoch.

UPD3. Übrigens sind alle Diagramme auf dem Datenblatt oben unter V_cutoff = 2,5V angegeben, einschließlich des besonders interessanten "Cycle Life Characteristics".

Das Auslösen des Überentladungsschutzes verkürzt die Batterielebensdauer

„Der [Überentladungs]-Schutz wird normalerweise nicht verwendet, d. h. er darf […] außerhalb des [Nutzungs-] Bereichs bleiben, um die beste Lebensdauer zu erreichen. […] Verwenden Sie den Überentladungsschutz nicht als Signal dafür, wann Batterien geladen werden müssen, da dies der Fall sein könnte verbrauchen die Batterien schneller." ( Quelle )

Vielleicht beantwortet dies Ihre Frage bereits: Entladen, bis der Überentladungsschutz einsetzt, verschleißt ein Akku schneller und verkürzt seine Lebensdauer. Es wird es nicht direkt beschädigen, wie Sie sagen, aber seine Lebensdauer verringern und sollte bei regelmäßigem Gebrauch nicht passieren. Das Gerät selbst sollte auch die Entladespannung messen und früher abschalten als die Tiefentladeschutzschaltung, nämlich bei 2,5–3,0 V gemessen unter Last, je nach Batteriechemie ( Quelle ).

Dies wird als "Mindestspannung zum Beenden der Entladung" bezeichnet.

Sind 2,5 V als Überentladungsabschaltung zu niedrig?

2,5 V als Abschaltgrenze für eine Tiefentladeschutzschaltung sind aus folgendem Grund nicht "viel zu niedrig":

Die von dieser Schaltung gemessene Spannung wird während des Entladens (d. h. unter Last) gemessen, während die niedrigste Spannung für sicheres Wiederaufladen, an die Sie denken, als Leerlaufspannung (d. h. ohne Last) gemessen wird. Bei einer Lithium-Ionen-Zelle unterscheiden sich die beiden Arten der Spannungsmessung aufgrund des Rebound-Effekts um bis zu 1,2 V. Sie hängt von der aufgebrachten Belastung ab (höhere Belastung führt später zu einem höheren Rückprall) und von der Chemie, dem Alter, der Temperatur und dem Hersteller der Zelle.

Ein Beispiel für den Rebound-Effekt ist im folgenden Diagramm zu sehen (Quelle: hier ), wo eine Zelle bei einer Last von 2,0 A auf 2,5 V entladen und dann die Entladung gestoppt wurde:

Die korrekte Spannung, bei der der Überentladungsschutz spätestens eingreifen sollte, hängt von der Batteriechemie, dem Hersteller und der Last ab, beträgt aber typischerweise 2,3–2,5 V für Niedrigstromanwendungen (0,5–1 C) und 2,0 V für Hochstromanwendungen (vorausgesetzt, geeignete Zellen natürlich). ( Quelle )

Welche Spannung beschädigt die Zelle?

Sie erwähnen "Lithiumbatterien [...] können nur auf [sicherlich nicht weniger als 3,0 V] gebracht werden, bevor eine Beschädigung der Zelle riskiert wird". Wir haben bereits festgestellt, dass 3,0 V die Spannung unter Last ist, bei der die Entladung aufhören sollte, um die maximale Lebensdauer der Zelle zu erhalten. Eine weitere Entladung wird die Zelle jedoch nicht sofort beschädigen oder ihre Verwendung unsicher machen.

Lassen Sie uns der Vollständigkeit halber sehen, welche Spannung die Zelle tatsächlich beschädigt.

Nach dem Abschalten durch die Überentladungsschutzschaltung und einer Wartezeit von etwa einer Stunde können wir dann die Leerlaufspannung der Zelle messen. Diese Spannung ist relevant für die Entscheidung, ob die Zelle noch sicher aufgeladen werden kann. Es wird kaum jemals explizit angegeben, dass dies als Leerlaufspannung gemessen werden muss, aber (1) so misst man Zellen im Speicher, (2) wenn es keine Leerlaufspannung wäre, dann die zu messende Last at müsste ebenfalls angegeben werden. Plus, (3) die folgende Quelle impliziert, dass es sich um eine Leerlaufspannung handelt, indem sie "Verweilen" bei dieser Spannung erwähnt, was nicht passiert, wenn es eine Spannung unter Last wäre:

„Erwecken Sie keine Lithium-basierten Batterien wieder zum Leben, die eine Woche oder länger unter 1,5 V/Zelle verweilt haben.“ ( Quelle )

Typischerweise wird eine Lithium-Ionen-Zelle nicht dauerhaft beschädigt oder unsicher in der Verwendung, bis ihre Leerlaufspannung unter 2,0 V fällt:

"Laden Sie keine Batterien auf, die weniger als 2 Volt messen, außer wenn Sie Daten [Blätter] haben, die besagen, dass es sicher ist." ( Quelle )

Die oben erwähnte 1,5-V-Grenze gilt also nicht immer, aber sie (und manchmal sogar niedrigere Grenzen bis hinunter zu 1,0 V) kann für einige Batterien einiger Hersteller gelten . Unterhalb dieser Spannung kommt es zu dauerhaften Schäden an der Zelle durch chemischen Abbau und Wachstum von Kupferdendriten. Die Dendriten können bei einem späteren Wiederaufladen interne Kurzschlüsse und Batteriebrände verursachen und sind der Grund, warum eine zu tief entladene Zelle entsorgt werden muss.

Beachten Sie auch, dass eine tiefentladene Lithium-Ionen-Zelle nicht mit vollem Strom geladen werden darf, sondern mit einem speziellen Ladegerät mit niedrigen Strömen ("Boost-Modus") vorgeladen werden muss, bis sie 3,0 V Leerlaufspannung oder genauer gesagt erreicht , bis eine geeignete Überentladungsschutzschaltung ausrückt. Die meisten Ladegeräte von Consumer-Geräten können dies nicht und werden den Akku als "defekt" betrachten, aber die Zellen werden nicht wirklich beschädigt und können immer noch sicher aufgeladen werden, wenn ein Vorladeschritt wie beschrieben angewendet wird.

Einzelheiten zu all dem finden Sie hier und hier .

Ja du hast Recht. Li-Ion-Akkus können auf mindestens 2,5 V entladen werden, es wird jedoch empfohlen, dass die niedrigste Spannung, mit der ein Li-Ion- oder LiPo-Akku entladen wird, nur 3,0 V beträgt. Dies erhöht die Lebensdauer der Batterie. Das Ablassen auf 2,5 V führt zu Änderungen in der Chemie wie erhöhtem Innenwiderstand usw. Ich habe mich versehentlich unter 2,5 V entladen und dann geht die Batterie intern zu kurz (ich habe Erfahrung).

Wenn Sie sich einige ESCs von RC-Elektroautos ansehen, schalten sie normalerweise bei 3,0 V ab. Ich denke, es hängt also von der Marke und Qualität der verwendeten Schutzschaltung ab.

Der übliche Schutz-IC bei den meisten Batterien, die ich gesehen habe und die einen Schutz enthalten, ist der DW01A, der bei 2,4 - 2,5 V abschaltet.

Wenn Sie bei 3,0 V abschalten möchten, benötigen Sie einen anderen Schutz-IC. Der Ablic-IC für 3,0 V ist der S8261ABTMD G3TT2.

https://www.ablic.com/en/doc/datasheet/battery_protection/S8261_E.pdf

Ich habe auch Probleme, geeignete Überentladungs-BMS-Module zu finden. Der Batteriehersteller ist sehr darauf bedacht, bei nicht weniger als 2,7 V abzuschalten

Ich habe einen programmierbaren Batterieentlader, mit dem ich den Entladestrom und die Abschlussspannung einstellen kann, und der die volle Milliamperestunden-Nennleistung für die Batterie bei relativ hohen Strömen meldet, obwohl die Spannung etwas zurückprallt, wenn die Last entfernt wird.

Die niedrigere Spannungsabschaltung (2,4 V ist das, was die meisten Module jetzt haben, ein DW01-Schutz-IC) würde die Batterie erschöpfen, so dass jede kleine parasitäre Last von der Schutzschaltung selbst die Batterie beschädigen kann, wenn sie nicht sofort wieder aufgeladen wird. Außerdem verursachen kleinere Lasten nicht so viel Spannungsabfall wie größere Lasten, und bei einer kleinen Last und einer zu niedrigen Abschaltspannung wird die Batterie zu stark entladen, bei einer kleinen Last kommt es nur zu einem sehr geringen Rückprall der Spannung.

Ich vertraue den Spezifikationen des Batterieherstellers, sie sind genau richtig für Nennlasten, Nenn-Low-Cutoff-Spannung und Nenn-Wattstunden für die Zellen.

Ich werde meine Meinung darüber, warum Drittanbieter nur Boards liefern, die die Lebensdauer von Batterien verkürzen, ohne Mehrwert für den Verbraucher, nicht erwähnen.