Qual é a voltagem mínima necessária para carregar uma bateria de íon-lítio de 3,7 V?

Eu tenho uma bateria de celular com o seguinte escrito em um lado:

• 3.7 V 1000mAh
• Tensão de carga limitada: 4,2 volts

Entendo que a primeira linha significa que a bateria sempre fornecerá 3,7V (pelo menos em teoria) em seu terminal de saída. Além disso, a bateria durará 1 hora se o circuito móvel consumir 1000mA.

A segunda linha significa que, em nenhuma circunstância, devo aumentar a tensão de carregamento de entrada além de 4,2V, caso contrário, isso poderá danificar a bateria.

Meu entendimento está correto? Se estiver correto, gostaria de saber para esta bateria qual é a tensão mínima necessária para carregar?

Tecnicamente, a quantidade mínima de tensão para carregamento será qualquer coisa acima do estado atual de carga. Mas essa provavelmente não é a resposta que você está procurando, na bateria de íons de lítio da Wikipedia:

O íon de lítio é carregado a aproximadamente 4,2 ± 0,05 V / célula, exceto para "vida longa militar" que usa 3,92 V para prolongar a vida útil da bateria. A maioria dos circuitos de proteção é cortada se a tensão for superior a 4,3 V ou a temperatura superior a 90 ° C. Abaixo de 2,50 V / célula, o circuito de proteção da bateria pode tornar a bateria não carregável com equipamentos de carregamento regulares. A maioria dos circuitos de bateria para entre 2,7 e 3,0 V / célula.

Portanto, para atingir um estado de carga completo, você normalmente gostaria de apontar para 4,2V. Na prática, o carregamento de íons de lítio com segurança e eficiência envolve algumas etapas, portanto, você pode querer olhar para um chip de carregador dedicado. Você precisaria verificar as folhas de dados em busca de algo que parecesse interessante, mas muitos funcionarão corretamente com uma tensão de alimentação apenas um pouco acima de 4,2V.

O 3.7V acima parece a tensão nominal, que é a área em que a bateria passará a maior parte do tempo durante o ciclo de carga e descarga. Mas eles começarão em torno de 4,2V e cairão para uma tensão abaixo disso. Deixá-los cair demais na tensão causará problemas, mas você também terá uma vida útil abaixo de 3,7V.

Para carregar com segurança uma bateria de íon de lítio, é necessário seguir o procedimento correto de carregamento , que envolve uma fase de corrente constante seguida por uma fase de tensão constante. Se você usar apenas uma fonte de tensão constante, você acabará carregando a bateria mais rapidamente do que ela foi projetada para lidar.

Por exemplo, aqui está uma folha de dados para um modelo específico de bateria de íons de lítio. Para carregar completamente a bateria, é necessário, eventualmente, alcançá-la a 4,2V. Mas se você apenas aplicar um 4.2V através dele quando estiver completamente descarregado, estará colocando 4.2V-2.75V = 1.45V através de uma impedância de 130mOhm. Isso significa que a corrente de carregamento será da ordem de 10 amperes, o que é muito maior do que o valor da bateria. É especificado com uma taxa de carregamento máxima de "1C" ou corrente suficiente para carregar completamente a bateria em uma hora, que neste caso é 1.1A.

Você precisa limitar ativamente a corrente de carregamento, reduzindo a tensão, até que a bateria esteja suficientemente carregada para se auto-limitar. Se você não conseguir encontrar uma folha de dados para o modelo exato de bateria que está usando, você deve errar por precaução e carregá-la muito lentamente. As baterias de íon de lítio são propensas a pegar fogo ou explodir se forem abusadas.

Não é uma área em que tenho muita experiência, mas acho que depende da resistência interna da bateria.

Você pode tentar aplicar uma pequena tensão de carga à bateria, tão pequena quanto desejar, e depois medir a quantidade de corrente que flui para a bateria. Se a corrente estiver fluindo para a bateria, ela deve estar carregando (menos alguma corrente que é desperdiçada como calor no processo de carregamento).

A corrente com a qual você pode carregar a bateria dependerá da carga da bateria. Ou seja, se a bateria estiver totalmente descarregada, você provavelmente poderá carregá-la com uma voltagem muito pequena, mas se estiver quase totalmente carregada, precisará de uma voltagem maior. Minha intuição diz que você precisará aplicar pelo menos 3,7V se quiser carregar a bateria completamente.

Mais uma vez, não sou especialista nesta área, então acima é apenas minha especulação. :)

Levando em consideração as outras respostas, vou me limitar a responder apenas às perguntas do OP. 1 - Sim, seu entendimento está correto.
2 - A tensão mínima necessária para carregar uma bateria de íon de lítio de 3,7v (a 3,7v) é de 3,7v . Uma voltagem mais prática seria 4,0 v (3,7 <4,0 <4,2).
Um exemplo mais "realista" da segunda parte da primeira frase seria 10 horas a 100mA.

Não, a bateria não fornece constantemente 3.7V. Este é o valor da tensão com uma capacidade muito menor. 3.7V não significa muito. Esse é o valor no qual a bateria é mais estável, mas o valor real quando totalmente carregado é de 4,2V, portanto, um carregador precisará fornecer um valor maior que esse se você quiser carregá-lo totalmente.

No padrão de 3.3V, as células de íons de lítio são consideradas descarregadas porque não podem mais fornecer corrente sustentada suficiente para as aplicações médias para as quais foram projetadas.

A tensão mínima para carregar um Li-Ion padrão é 4.201V. Porém, considerando as impedâncias do carregador e da célula, a maioria dos carregadores possui 4,25 ou 4,3V quando está em branco (não conectado a uma célula).

Embora esses valores tenham sido escolhidos dessa maneira, eles não são como os 10 mandamentos. Você pode descarregar uma célula abaixo de 3,3V, mas ela fornecerá menos corrente e poderá carregá-la até 4,3 + V e terá uma capacidade maior, mas ambas as práticas reduzirão sua vida útil.

Portanto, em casos de emergência, sobrecarregue-os para 4,3V e você terá uma capacidade extra para trabalhar e, se quiser ter um tempo muito longo para uma célula, deixe carregar apenas até 4V, mas isso fornecerá apenas 80% da capacidade declarada.

Voltando aos carregadores, eu projetaria meu carregador assim:

Opção 1: 4.0V - modo de segurança - para carregamento seguro e longa vida útil e recuperação de célula com descarga excessiva / ruim.

Opção 2: 4.21V - padrão - modo de carga normal (células ruins com capacidade reduzida superaquecem se carregadas no nível padrão)

Opção 3: 4,32V - sobrecarga - modo de sobrecarga (vida útil mais baixa da célula, risco muito alto para células com capacidade reduzida)