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”.

Les batteries préqualifiées accélèrent la conception d'appareils médicaux

~ La nouvelle gamme VR simplifie l'intégration pour les ingénieurs de conception ~

Accutronics, spécialiste des batteries basé au Royaume-Uni, vient de lancer une nouvelle gamme de batteries préqualifiées et prétestées. Les nouvelles batteries VR420 personnalisables sont idéales pour les applications telles que les instruments médicaux et les appareils électroniques industriels. La gamme a été conçue, développée et fabriquée par Accutronics au Royaume-Uni et est conforme à toutes les normes de sécurité, de performance et de transport au Royaume-Uni. 

Les nouvelles batteries 14,4 V ont recours à la toute dernière technologie lithium-ion, fournissant ainsi une haute densité d'énergie volumétrique et gravimétrique qui permet le fonctionnement plus long des appareils, pour un poids pourtant moindre.

En outre, la VR420 inclut une jauge à suivi d'impédance conforme SMBus (System Management Bus) et SBS (Smart Battery System) grâce à laquelle la batterie transmet les données pertinentes à un hôte et à un chargeur intelligents. Lorsqu'il est configuré dans un produit, l'équipement hôte est capable de demander des informations dynamiques à la batterie, telles que la durée d'exécution avant épuisement, le nombre de cycles ou le courant de décharge, ainsi que des informations statiques telles que le numéro de série, le nom du fabricant et le numéro de pièce. Ces données permettent à l'appareil du client de mieux gérer son alimentation, d'où une hausse du temps d'exécution et une baisse du nombre d'arrêts prématurés de l'appareil. Par ailleurs, un témoin lumineux à DEL sur cinq barres intégré au boîtier de la batterie permet à l'utilisateur de déterminer la charge facilement, par simples incréments de 20 %.

Le VR420 inclut ses propres dispositifs de protection active et passive, qui préviennent les surcharges, les décharges excessives ou les charges excessives résultant d'un usage abusif. Certifiée IEC62133 et UL2054, la batterie VR420 s'intègre facilement aux nouveaux appareils en un minimum de temps et d'investissement.

Conçue pour les environnements de travail agressifs, la VR420 est logée dans un boîtier en plastique noir ignifuge qui inclut un rail polarisé latéral permettant de la glisser dans l'appareil hôte avec un minimum d'effort.

Le transport de la VR420 est simplifié, puisque le produit a une énergie stockée de moins de 100 wattheures et a été certifié indépendamment pour la charte des transports des Nations-Unis (ST/SG/AC.10/11/Rev5) section 38.3.

« La batterie VR420 est un produit vraiment puissant », annonce Neil Oliver, directeur du marketing technique d'Accutronics. « L'association particulière d'éléments de batterie lithium-ion, de circuits de batterie intelligents et d'un boîtier de conception novatrice produit un résultat de tout premier rang. La VR420 peut être utilisée pour alimenter une série complète de produits professionnels des marchés médical et industriel », ajoute-t-il.

La VR420 se décline en deux versions : la VR420A et la VR420B, fournissant respectivement 6,2 Ah et 4,4 Ah. La version A assure la capacité la plus haute, tandis que la version B est optimisée pour les applications de courant de décharge plus important, comme c'est le cas des ventilateurs entraînés par moteur qui requièrent une quantité considérable de puissance rapidement.

Les VR420A et VR420B sont disponibles dans le commerce ou peuvent être personnalisées en fonction de besoins particuliers. « Accutronics a créé et fabriqué la gamme Entellion de produits, spécialement pour ses clients. Lorsque nos clients nécessitent un logiciel spécial, un étiquetage particulier ou une couleur de boîtier différente pour s'accorder à l'appareil hôte, ces modifications peuvent être facilement réalisées », précise Michele Windsor, directeur du marketing d'Accutronics. « Le produit étant déjà conçu, équipé et certifié, les délais et les coûts habituellement investis dans la personnalisation sont nettement inférieurs à ceux d'un produit purement personnalisé. L'approche de personnalisation donne au client ce qu'il désire, moyennant un investissement minimal », conclut-elle.

Pre-qualified batteries speed up medical device design

~ New VR range makes integration simple for design engineers ~

Accutronics, the UK-based battery specialist, has launched a new range of pre-qualified and pre-tested batteries. The new customisable VR420 batteries are ideal for applications such as medical equipment and industrial electronics. The range is designed, developed and manufactured by Accutronics in the UK and meets all relevant safety, performance and transportation standards. 

The new 14.4V batteries utilise the latest Lithium Ion technology, delivering high volumetric and gravimetric energy density so that equipment runs for longer yet weighs less.

Furthermore, the VR420 includes a SMBus (System Management Bus), SBS (Smart Battery System) compliant impedance tracking fuel gauge that allows the
battery to communicate pertinent battery data between itself, a smart host and a smart charger. When configured in a product, the host equipment is able to easily request dynamic information from the battery such as runtime to empty, cycle count and discharge current as well as static information such as serial number, manufacturer name and part number. This data allows the customers device to better manage its own power which can increase device runtimes and reduce the number of premature device shutdowns. Additionally, a five bar LED display on the battery case allows the user to easily determine the state of charge in simple 20% increments.

The VR420 includes its own active and passive protection devices which prevent it from being over-charged, over-discharged or overloaded in an abuse condition. Holding safety certification to IEC62133 and UL2054, the VR420 is easily designed into new devices with minimal time and cost.

Designed for rugged work environments the VR420 features a black flame retardant plastic housing which includes a polarised rail feature down either side so the VR420 can be slid into a host device with minimal effort.

Transportation of the VR420 is simplified as the product has a stored energy of less than 100 Watt-Hours and it has been independently certified to the Manual of Tests and Criteria (ST/SG/AC.10/11/Rev5) section 38.3.

“The VR420 is a truly powerful product” said Neil Oliver, Technical Marketing Manager at Accutronics. “The particular combination of Lithium ion cells, smart battery electronics and innovative enclosure design are class leading and mean that the VR420 can be used to power a wide range of professional products in both industrial and medical markets” he added.

The VR420 is available in two versions; VR420A and VR420B, supplying 6.2Ah and 4.4Ah respectively. The ‘A’ version provides highest capacity, whilst the ‘B’ option is optimised for higher discharge applications such as motor driven ventilators, where a considerable amount of power is required quickly.

The VR420A and VR420B can be purchased off the shelf or customised to suit a particular customer need. “Accutronics have designed and manufactured the ‘Entellion’ range of products with our customers in mind. When customers require special software, their own labelling or a change in plastic colour to match their device, these can all be easily accommodated” said Michele Windsor, Marketing Manager at Accutronics. “As the product has already been designed tooled and certified the times and costs usually involved for customisation are far less than for a purely customised design – the customisation approach gives the customer what they want with minimal investment” she concluded.

Bereits qualifizierte Akkus beschleunigen Entwurfsprozess bei medizinischen Geräten

~ Neue VR-Serie erleichtert Konstrukteuren die Integration ~

Accutronics, der britische Akkuspezialist, hat eine neue Serie von bereits qualifizierten und getesteten Akkus auf den Markt gebracht. Die neuen anpassbaren VR420-Akkus sind für Anwendungen wie medizinische Ausrüstung und Industrieelektronik ideal. Die Serie, die von Accutronics in Großbritannien entworfen, entwickelt und hergestellt wird, erfüllt alle relevanten Sicherheits-, Leistungs- und Transportstandards. 

Die neuen 14,4-V-Akkus nutzen die neueste Lithiumionen-Technologie und weisen eine hohe volumetrische und gravimetrische Energiedichte auf, so dass sie bei geringerem Gewicht längere Laufzeiten ermöglichen.

Der VR420 umfasst einen SMBus- (System Management Bus) und SBS-konforme (Smart Battery System) Füllstandsmesser mit Impedanzverfolgung, der die Kommunikation relevanter Akkudaten zwischen dem Akku, einem intelligenten Host und einem intelligenten Ladegerät ermöglicht. Sofern dies im Produkt konfiguriert wurde, kann die Host-Ausrüstung vom Akku dynamische Informationen wie Laufzeit bis zur Entleerung, Zykluszahl und Entladestrom sowie statische Informationen wie Seriennummer, Herstellername und Artikelnummer anfordern. Anhand dieser Daten kann die Energieverwaltung des Kundengeräts verbessert werden, was die Laufzeit erhöhen und die Zahl der vorzeitigen Abschaltvorgänge bei den Geräten reduzieren kann. Außerdem kann der Benutzer durch ein 5-Balken-LED-Display auf dem Akkugehäuse den Ladezustand mühelos in einfachen 20%-Schritten ermitteln.

Der VR420 ist mit eigenen aktiven und passiven Schutzvorrichtungen ausgestattet, die einen Missbrauch durch Überladung, übermäßige Entladung oder Überlastung verhindern. Der VR420, der über eine Sicherheitszertifizierung gemäß IEC62133 und UL2054 verfügt, kann schnell, einfach und kostengünstig in neue Geräte integriert werden.

Der für raue Arbeitsumgebungen konzipierte VR420 weist ein schwarzes flammwidriges Kunststoffgehäuse auf, das auf jeder Seite über polarisierte Schienen verfügt, so dass er mühelos in Host-Geräte eingesetzt werden kann.

Da der VR420 weniger als 100 Wattstunden Energie speichert, ist der Transport des Produkts unkomplizierter. Zudem wurde der Akku gemäß dem Handbuch über Prüfungen und Kriterien (ST/SG/AC.10/11/Rev5), Abschnitt 38.3, unabhängig zertifiziert.
„Der VR420 ist ein wirklich leistungsstarkes Produkt,“ erklärte Neil Oliver, Technical Marketing Manager bei Accutronics. „Aufgrund seiner speziellen, klassenführenden Kombination von Lithiumionen-Zellen, intelligenter Akkuelektronik und innovativem Gehäusedesign kann der VR420 zur Stromversorgung einer breiten Palette von professionellen Produkten im industriellen und medizinischen Bereich verwendet werden,“ meinte er weiter.

Der Akku VR420 ist in zwei Versionen erhältlich, VR420A und VR420B, die 6,2 Ah bzw. 4,4 Ah liefern. Version ‚A’ bietet die höchste Kapazität, während Option ‚B’ für Anwendungen mit höherer Entladung optimiert ist, wie z. B. motorbetriebene Beatmungsgeräte, bei denen ein hohes Maß an Leistung schnell benötigt wird.

VR420A und VR420B sind als Serienfertigung lieferbar, können jedoch auch speziellen Kundenanforderungen angepasst werden. „Accutronics hat bei der Entwicklung und Herstellung der Produktserie ‚Entellion’ die speziellen Anforderungen seiner Kunden berücksichtigt. Wenn Kunden besondere Software, eigene Etiketten oder eine andere, ihrem Gerät angepasste Kunststofffarbe benötigen, können wir diese Anforderungen problemlos erfüllen,“ erläuterte Michele Windsor, Marketing Manager bei Accutronics. „Da Entwurf, Werkzeugeinrichtung und Zertifizierung für das Produkt bereits durchgeführt wurden, ist der Zeit- und Kostenaufwand für die Anpassung weitaus geringer als bei einem rein kundenspezifischen Design – durch den Anpassungsansatz erhält der Kunde das gewünschte Produkt mit minimalem Aufwand,“ meinte sie abschließend.

Battery Design: The key to improving wearable medical devices

Developing a battery powered wearable medical device?

Please take time to read this article, published in Med-Tech Innovation.

Neil