My Lithium ion battery is reducing in capacity but takes longer to charge - why?

One question that I often get asked is “As it ages, my Lithium ion battery reduces in capacity but takes longer to charge  - why is this?”

It does seem strange doesn’t it? If the battery capacity is reduced then it is reasonable to think that the charge time would reduce by a proportional amount – after all, Lithium ion batteries are very efficient during charge aren’t they?

Well the answer is to do with battery resistance and the method with which a Lithium ion battery is charged. Lithium ion batteries are charged with what is called ‘CV/CC’ which standard for ‘Constant Voltage’ / ‘Constant Current’ – the battery is first charged with a constant current until the voltage reaches a pre-determined point (this is usually 4.20V for most Lithium Ion cells) and then the voltage is held constant and the current is allowed to taper down. Charge is terminated when the current tapers down to a fixed level. The majority of the charge is integrated during the constant current portion of the charge and less is input while the current is tapering down.

As a Lithium ion battery is cycled (charged and discharged) its available capacity reduces which results in shorter device runtime. At the same time, the internal resistance increases which can be seen as a reduced voltage during discharge, especially at higher load currents. The increase in internal resistance also increases the voltage drop across the cell during charge which means that the time taken too reach the CV (constant voltage) point is reduced, so less capacity is integrated and the remaining charge is input during the less efficient current tapering portion.

 The chart below shows the charge performance of a typical lithium ion battery over 300 cycles. The results are represented as a percentage of the performance on cycle 1. When the battery is new the charge capacity is 100%. After 100 cycles the capacity has dropped to 95% of its initial capacity but the charge time has increased to 104% because the  time taken to reach the CV point has fallen to 90% of the initial time. By the time 300 cycles has been reached the capacity has fallen to 86% and the charge time has risen to 112% due to a CV time of 71%.

 

Different cells may behave differently depending on type and application but this clearly shows why an older Lithium ion battery will have a reduced capacity but take longer to charge than when it was new.

It is worth remembering that temperature also alters the internal resistance of a Lithium ion battery. Colder batteries have a higher resistance so can also take longer to charge than warmer ones. These factors should be considered when designing a battery and charger system.

If you want to discuss this topic further or have a new battery / charger project in the planning please drop me an email.


Happy New Year!
Neil Oliver

Merry Christmas* and a Happy New Year

 

 

...to all of our customers and suppliers

 

(* batteries not included)

Förkvalificerade batterier påskyndar utformningen av medicinska instrument

~ Det nya VR-sortimentet gör integreringen enkel för designtekniker ~

Accutronics, den brittiska batterispecialisten, har lanserat ett nytt sortiment av förkvalificerade och förtestade batterier. De nya, anpassningsbara VR420 batterierna är idealiska för användning i medicinsk utrustning och industrielektronik. Sortimentet har utformats, utvecklats och tillverkats av Accutronics i Storbritannien och uppfyller alla tillämpliga säkerhets-, prestanda- och transportstandarder. 

De nya 14,4 V-batterierna använder den senaste litiumjontekniken och ger hög volumetrisk och gravimetrisk energitäthet, så att utrustningen går längre och väger mindre.

Dessutom innehåller VR420 en SMBus- (systemhanteringsbuss) och SBS-kompatibel (smart batterisystem) impedansspårande bränslemätare som gör att batteriet kan skicka viktiga batteridata mellan sig självt, en smart värd och en smart laddare. När det har konfigurerats i en produkt kan värdutrustningen enkelt begära dynamisk information från batteriet som körtid till tom tank, cykelantal och utmatningsström samt statisk information som serienummer, tillverkarnamn och artikelnummer. Dessa data gör att kundens enhet kan hantera sin egen effekt bättre, vilket kan öka enhetens körtider och minska antalet stopp i förtid. Dessutom finns en LED-display med fem staplar på batterihöljet så att användaren enkelt kan avgöra laddningsstatus i steg om 20 %.

VR420 har sina egna aktiva och passiva skyddsanordningar som hindrar den från att överladdas, laddas ur för mycket eller överbelastas vid vårdslös användning. Med säkerhetscertifiering IEC62133 och UL2054 kan VR420 lätt utformas för nya enheter till minimal tid och kostnad.

VR420 är utformad för tuffa arbetsmiljöer och har ett svart flamskyddande plasthus med polariserade skenor på båda sidorna så att VR420 kan skjutas in i en värdenhet med minimal ansträngning.

Transporten av VR420 förenklas genom att produkten har en lagrad energi på mindre än 100 wattimmar, vilket har certifierats av en oberoende källa efter Manual of Tests and Criteria (ST/SG/AC.10/11/Rev5) avsnitt 38.3.

”VR420 är verkligen en kraftfull produkt”, sa Neil Oliver, teknisk marknadsföringschef på Accutronics. ”Den särskilda kombinationen av litiumjonceller, smart batterielektronik och innovativ höljesutformning är ledande i klassen och innebär att VR420 kan användas för att driva ett stort sortiment av professionella produkter på både industri- och läkemedelsmarknaden”.

VR420 finns i två versioner: VR420A och VR420B som levererar 6,2 Ah och 4,4 Ah. A-versionen har högst kapacitet, medan B-alternativet är optimerat för tillämpningar med högre utmatning som motordrivna fläktar, där hög effekt krävs snabbt.

VR420A och VR420B kan köpas direkt i butik eller specialanpassas för särskilda kundbehov. ”Accutronics har utformat och tillverkat Entellion-produktsortimentet med fokus på kunderna. Om kunden kräver specialprogramvara, egna etiketter eller en annan plastfärg för att matcha sin enhet, kan vi lätt hjälpa till”, sa Michele Windsor, marknadsföringschef på Accutronics. ”Eftersom produkten redan har designats, bearbetats och certifierats är tiden och kostnaden för anpassning mycket lägre än för en helt specialanpassad design – anpassningsmetoden ger kunderna det de vill ha med en minimal investering”.