¿Por qué la mayoría de los circuitos de protección de la batería tienen un límite de descarga de 2,5 V?

Puede que esta no sea una respuesta definitiva, sino un par de puntos a tener en cuenta al elegir el voltaje de umbral.

El voltaje de salida de una celda mientras se descarga es más bajo que su voltaje de reposo y la diferencia es mayor para una corriente más alta. Si desconecta la celda después de alcanzar el límite de bajo voltaje, su voltaje se recuperará un poco. Es por eso que los controladores de descarga deben tener histéresis o memoria para evitar que se vuelvan a encender sin un ciclo de carga.

Otra cosa es que si observa una curva de descarga de una batería de iones de litio, verá que el voltaje cae muy rápidamente al final del ciclo de descarga. Hay poca diferencia en términos del estado de carga restante entre 2,5 V y 3,0 V. Por lo tanto, la implicación real de elegir un voltaje de umbral de 2,5 V frente a 3,0 V puede no ser tan dramática como parece.

ACTUALIZADO. Este documento incluye un diagrama de descarga: https://engineering.tamu.edu/media/4247819/ds-battery-panasonic-18650ncr.pdf .

A baja corriente (0,2C), la diferencia de carga entre 2,5V y 3V es de ~3%, la celda está prácticamente vacía. Con corrientes más altas (2C), la diferencia es mayor; sin embargo, esto se debe en parte a que la batería que se descarga es "incapaz" de producir rápidamente toda la energía almacenada. En este caso, la recuperación de voltaje probablemente será más significativa.

UPD2. Resumiendo, para dejar mis puntos un poco más claros:

1. Cuando se habla del voltaje de una batería, es importante distinguir el voltaje en reposo y el voltaje bajo carga.
2. 2,5 V a 3,0 V es un intervalo razonable para el voltaje de apagado bajo carga. 3,5 V es ciertamente demasiado alto.

UPD3. Por cierto, todos los diagramas en la hoja de datos anterior se especifican en V_cutoff = 2.5V, incluido el particularmente interesante "Características de ciclo de vida".

La activación de la protección contra descarga excesiva reducirá la vida útil de la batería

"Normalmente no se utiliza la protección [sobredescarga], es decir, se permite […] [permanecer] fuera del rango [de uso] para una mejor vida útil. […] No utilice la protección contra sobredescarga como señal de cuándo cargar las baterías, podría gasta las baterías más rápido". ( fuente )

Tal vez esto ya responda a su pregunta: descargar hasta que se active la protección contra descarga excesiva desgastará la batería más rápido y reducirá su vida útil. No lo dañará directamente como usted dice, pero reducirá su vida útil y no debería suceder durante el uso regular. El propio dispositivo también debe medir el voltaje de descarga y apagarse antes que el circuito de protección contra descarga excesiva, es decir, a 2,5–3,0 V medidos bajo carga, según la química de la batería (fuente ) .

Esto se llama "voltaje mínimo para terminar la descarga".

¿Es 2,5 V demasiado bajo como corte de sobredescarga?

2,5 V como límite de corte para un circuito de protección contra sobredescarga no es "demasiado bajo", por la siguiente razón:

El voltaje medido por este circuito se mide durante la descarga (es decir, bajo carga), mientras que el voltaje más bajo para una recarga segura que tiene en mente se mide como voltaje de circuito abierto (es decir, sin carga). Para una celda de iones de litio, las dos formas de medir el voltaje diferirán hasta en 1,2 V debido al efecto rebote. Depende de la carga aplicada (una mayor carga conduce a un mayor rebote después) y de la química, la edad, la temperatura y el fabricante de la celda.

Un ejemplo del efecto de rebote se puede ver en el siguiente diagrama (obtenido de aquí ), donde una celda se descargó a 2,5 V con una carga de 2,0 A y luego se detuvo la descarga:

El voltaje correcto al que debería activarse la protección contra sobredescarga depende de la composición química, el fabricante y la carga de la batería, pero normalmente es de 2,3 a 2,5 V para aplicaciones de baja corriente (0,5 a 1 C) y de 2,0 V para aplicaciones de alta corriente (suponiendo que células adecuadas, por supuesto). ( fuente )

¿Qué voltaje dañará la celda?

Usted menciona que "las baterías de litio [...] solo pueden llevarse a [ciertamente no menos de 3.0V] antes de arriesgarse a dañar la celda". Ya establecimos que 3,0 V es el voltaje bajo carga en el que debe detenerse la descarga para mantener la máxima vida útil de la celda. Pero descargar más no dañará inmediatamente la celda ni hará que su uso no sea seguro.

Entonces, para completar, veamos qué voltaje dañará realmente la celda.

Después de ser cortado por el circuito de protección contra sobredescarga y esperar aproximadamente una hora, podemos medir el voltaje de circuito abierto de la celda. Este voltaje es relevante para decidir si aún es seguro recargar la celda. Casi nunca se establece explícitamente que esto debe medirse como voltaje de circuito abierto, pero (1) así es como se miden las celdas almacenadas, (2) si no fuera un voltaje de circuito abierto, entonces la carga a medir en tendría que ser dado también. Además, (3) la siguiente fuente implica que es voltaje de circuito abierto al mencionar "permanencia" en ese voltaje, lo que no sucede si fuera un voltaje bajo carga:

"No vuelva a cargar las baterías de litio que han permanecido por debajo de 1,5 V/celda durante una semana o más". ( fuente )

Por lo general, una celda de iones de litio no se dañará permanentemente ni será insegura de usar hasta que su voltaje de circuito abierto caiga por debajo de 2,0 V:

"No cargue baterías que midan menos de 2 voltios, excepto si tiene [hojas] de datos que indiquen que es seguro". ( fuente )

Por lo tanto, el límite de 1,5 V mencionado anteriormente no se aplica siempre, pero (y en ocasiones incluso límites inferiores a 1,0 V) puede aplicarse a algunas baterías de algunos fabricantes. Por debajo de ese voltaje, se produce un daño permanente en la celda por degradación química y crecimiento de dendritas de cobre. Las dendritas pueden provocar cortocircuitos internos e incendios de la batería durante una recarga futura y son la razón por la que se debe desechar una celda que se ha descargado demasiado.

También tenga en cuenta que cualquier celda de iones de litio descargada en exceso no debe cargarse a corriente completa, sino que debe precargarse a corrientes bajas con un cargador especial ("modo de refuerzo") hasta que alcance un voltaje de circuito abierto de 3,0 V o más precisamente. , hasta que se desactive un circuito de protección de sobredescarga apropiado. La mayoría de los cargadores de dispositivos de consumo no pueden hacer esto y considerarán que la batería está "defectuosa", pero las celdas no están realmente dañadas y todavía se pueden recargar de manera segura cuando se aplica un paso de precarga como se describe.

Para más detalles sobre todo esto, consulte aquí y aquí .

Sí, estás en lo correcto. Las baterías de iones de litio se pueden descargar a un mínimo de 2,5 V, pero se recomienda que el voltaje más bajo al que se descargue una batería de iones de litio o LiPo sea solo de 3,0 V. Esto aumentará la longevidad de la batería. Drenarlo a 2,5 V provoca cambios en la química, como una mayor resistencia interna, etc. Accidentalmente me descargué por debajo de 2,5 V y luego la batería se acorta internamente (he tenido experiencia).

Si observa algunos ESC de autos eléctricos RC, generalmente se apagan a 3.0V. Entonces, supongo que depende de la marca y la calidad del circuito de protección utilizado.

El IC de protección habitual en la mayoría de las baterías que he visto que incorporan protección es el DW01A que corta a 2.4 - 2.5V.

Si desea cortar a 3,0 V, necesita un IC de protección diferente. El Ablic IC para 3.0V es el S8261ABTMD G3TT2.

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

También tengo problemas para encontrar módulos bms de sobredescarga adecuados. El fabricante de la batería es muy firme en cortar a no menos de 2.7v

Tengo un descargador de batería programable que me permite configurar la corriente de descarga y el voltaje de terminación, e informa la clasificación completa de miliamperios por hora para la batería a corrientes razonablemente altas a pesar de que el voltaje se recuperará un poco cuando se elimine la carga.

Si el corte de voltaje es más bajo (2.4v es lo que la mayoría de los módulos tienen ahora, un IC de protección DW01) dejaría la batería agotada de tal manera que cualquier pequeña carga parásita del circuito de protección en sí puede dañar la batería si no se recarga de inmediato. Además, las cargas más pequeñas no causarán tanta caída de voltaje como las cargas más grandes y con una carga pequeña y un voltaje de corte demasiado bajo, la batería se agotará demasiado, habrá muy poco rebote del voltaje con una carga pequeña.

Confío en las especificaciones del fabricante de la batería, están justo en el objetivo para las cargas nominales, el voltaje de corte bajo nominal y los vatios-hora nominales para las celdas.

No mencionaré mi opinión de por qué los terceros suministrarían solo tableros que acortarán la vida útil de las baterías sin valor agregado para el consumidor.