Batterie laden - Verständnissfrage

Hallo,

ich glaube ich habe ein Verständnisproblem bezüglich Batterie-Ladung. Ich will keinen Versuch oder ähnliches aufbauen, es geht mir wirklich nur um das Verständnis für diese Thematik. Vielleicht kann mir diesbezüglich jemand weiterhelfen?

Angenommen, ich habe eine entladene Lithium-Ionen-Zelle mit Spannungsbereich 2,7 - 4,2V. Li-Ionen Zellen müssen ja nach dem CCCV (Constant Current Constant Voltge) Verfahren geladen werden. Siehe angehängtes Bild von http://batteryuniversity.com


Nun zu meinen Fragen:
1) Um eine vollständig entladene Zelle zu laden, muss ich eine Spannung von 4,2V (+0,1V wegen der inneren Verluste) an die Zelle anlegen. Als Strombegrenzung könnte für den einfachsten Fall die Strombegrenzung innerhalb der Spannungsquelle dienen (z.B. Strombegrenzung einer regelbaren Spannungsversorgung).
Ist es dann so, dass die angelegten 4,3V nur an der Li-Ionen Zelle abfallen und sich der Strom automatisch einstellt (CC - durch Strombegrenzung)? Das würde den Anstieg der Spannungskurve in der "Stage 1" des angehängten Bildes erklären, oder liege ich mit meiner Annahme falsch?

2) Oder ist es anfangs (Bild, Stage 1) egal, welche Spannung ich an die Zelle anlege (z.B. 5V), solange die angelegte Spannung nur größer ist, als die momentane Zellspannung? Ist es dann so, dass die momentane "Ladespannung" NUR von der Li-Ionen Zelle vorgegeben wird (Kurvenverlauf Spannung in Stage 1)?
Am Umschaltpunkt von Stage 1 auf Stage 2 müssen dann die 4,3V anliegen, um die Batterie nicht zu überladen?

3) Stellt sich in Stage 2 der Ladestrom von selbst ein, da eine konstante Ladespannung vorgegeben wird?


Ich hoffe, ihr könnt mir hierbei weiterhelfen, bin für jeden Hinweis dankbar!

lg
freshman
 

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derschwarzepeter

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AW: Batterie laden - Verständnissfrage

Du hast die beiden Linien verwechselt:
Die strichlierte ist der Strom und die durchgezogene ist die Spannung.
In dem Diagramm arbeitet die Ladung in der ersten Stunde als Konstantstromladung
(Stage 1 - die Spannung stellt sich selbst ein und nimmt dabei entsprechend dem Ladezustand langsam zu)
und ab der senkrechten strichlierten Line als Konstantspannungsladung
(Stage 2 - der Strom stellt sich selbst ein und nimmt dabei entsprechend dem Ladezustand langsam ab).

Lithiumzellen sind Sensibelchen:
4,3 V ist schon knapp im ungesunden Bereich für die meisten
(solange nicht mit SEHR hohem Strom geladen wird!);
du solltest es bei 4,2 V bewenden lassen oder sogar bei 4,1 V,
wenn du auf 10 ... 20 % der Ladung verzichten kannst,
aber so kannst du die Batterie 10 mal so oft zykeln!
 
AW: Batterie laden - Verständnissfrage

Hallo Peter,

vielen Dank für deine rasche Antwort. Die Strom- und Spannungskennline hatte ich richtig zugeordnet (so, wie du es bei deiner Antwort geschrieben hast) - ich habe das in meiner Frage wohl schlecht beschrieben.

Ich glaube, dass ich verstanden habe, was du meinst:
=> Während Stage 1 stellt sich die Spannung in Abhängigkeit des aktuellen Ladezustands (SOC) ein. Die Klemmenspannung der Li-Ionen Zelle ist ja eine Funktion des SOC. Deshalb hat sie je nach SOC - auch während des Ladevorgangs - immer die zum SOC zugehörige Spannung (+ Spannungsabfall am Innenwiederstand). Sehe ich das richtig?


Zwei Fragen habe ich noch:
Ich weiß, dass es IC's gibt, welche das CCCV-Ladeverfahren bereitstellen. Mir geht es aber um das Grundverständnis dahinter.
1) Werden während des gesamten CCCV-Ladeverfahrens immer die z.B. 4,2V an der Batterie angelegt?
2) Sollten während des Ladevorgangs immer die 4,2V Ladespannung an der Zelle anliegen, fällt die Differenz zwischen Ladespannung und aktueller Zellspannung am Innenwiderstand des Ladegeräts ab (z.B. 4,2V - 3,5V = 0,7V Spannungsabfall im Ladegerät)? Oder gibt es hier Lade-IC's, welche in Abhängigkeit der aktuellen Zellspannung die Spannung während des Ladevorgangs ständig anpassen?


Vielen Dank schon im Voraus!

lg
freshman
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Batterie laden - Verständnissfrage

Hi Froschmann!
habe zwar keine Ahnung, was ein SOC ist,
aber im Wesentlichen siehst du das richtig.

1) Werden während des gesamten CCCV-Ladeverfahrens immer die z.B. 4,2V an der Batterie angelegt?
Nein; das wäre einen Konstantspannungsladung!
Während des Ladevorgangs wird zuerst (Stage 1) ein Konstantstrom eingeprägt
und dann (Stage 2) immer die 4,2 V Ladespannung an der Zelle angelegt.
Das macht das Ladegeräts bzw. das Lade-IC,
welches erst einen Konstantstrom einprägt und dann die Zellspannung konstant hält.
 
AW: Batterie laden - Verständnissfrage

Hallo,

ich glaube, nun hab ich's verstanden. :)
Vielen Dank für deine Hilfe!


SOC
Mit SOC (=State of Charge) gibt man den Ladezustand einer einzelnen Zelle bzw. einer ganzen Batterie an. Der SOC wird von 0% (=leere Zelle) bis 100% (= volle Zelle) angegeben. Der SOC ist somit äquivalent zur momentan verfügbaren Energiemenge (Kapazität) einer Zelle. Siehe x-Achse des angehängten Bildes. Am Anfang beträgt die Zellspannung 4,2V bei 100% SOC (Ursprung des Graphs). Am Ende der Entladung (0% SOC) wurde der Zelle die vollständige Energiemenge entnommen, was im konkreten Fall ca. 8Ah ist.


lg
freshman
 

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