Fundamentele privind încărcarea bateriei și profilul de încărcare

Încărcătoarele cu li-ion sunt dispozitive care reglează curentul și tensiunea de încărcare a bateriei și sunt utilizate în mod obișnuit pentru dispozitive portabile, cum ar fi telefoanele mobile, laptopurile și tabletele. În comparație cu alte tipuri de baterii, bateriile Li-ion au una dintre cele mai mari densități de energie, oferă o tensiune mai mare per celulă, pot tolera curenți mai mari și nu trebuie să fie încărcate continuu când bateria este complet încărcată. În plus, bateriile Li-ion nu au efect de memorie, ceea ce înseamnă că nu își „amintesc” o capacitate de încărcare mai mică dacă sunt încărcate înainte de a fi complet epuizate. Cu toate acestea, bateriile Li-ion trebuie încărcate cu un profil de încărcare specific de curent constant și tensiune constantă (CC-CV), care este ajustat automat în funcție de temperatura și nivelurile de tensiune ale bateriei.

Profilul de încărcare este un aspect fundamental al bateriilor Li-ion, deoarece descrie modul în care tensiunea și curentul unei baterii variază în timp ce bateria este încărcată.

Bateriile Li-ion urmează un profil de încărcare relativ comun, descris mai detaliat mai jos. Rețineți că, dacă un circuit integrat al încărcătorului oferă configurabilitate, proiectantul poate fi capabil să își stabilească propriile praguri pentru aceste faze. Aceste praguri configurabile sunt extrem de benefice, având în vedere că majoritatea producătorilor de baterii specifică anumite praguri pentru diferite niveluri de curent maxim de încărcare. Configurabilitatea poate oferi un strat suplimentar de siguranță prin protejarea bateriei de supra-tensiune și supra-condiții de temperatură, precum și de suprasarcini, care ar putea deteriora permanent bateria sau i-ar putea degrada capacitatea.

Încărcare de scurgere:

În general, faza de încărcare continuă este utilizată numai atunci când tensiunea bateriei este sub un nivel foarte scăzut (aproximativ 2,1 V). În această stare, este posibil ca circuitul integrat de protecție internă al acumulatorului să fi deconectat anterior bateria din cauza descarcării profunde a acesteia sau dacă a avut loc un eveniment de supra-curent. CI încărcătorul generează un curent mic (de obicei 50mA) pentru a încărca capacitatea acumulatorului, ceea ce declanșează CI de protecție pentru a reconecta bateria prin închiderea FET-urilor acesteia. Deși încărcarea de strângere durează de obicei câteva secunde, CI încărcătorul ar trebui să integreze un temporizator care oprește încărcarea dacă acumulatorul nu este reconectat într-un anumit interval de timp, deoarece aceasta indică faptul că bateria a fost deteriorată.

Pre-încărcare:

După ce acumulatorul a fost re-conectat sau este într-o stare descărcată, începe pre-încărcarea. În timpul pre-încărcării, încărcătorul începe să încarce în siguranță bateria epuizată cu un nivel de curent scăzut, care este de obicei C / 10 (unde C este capacitatea (în mAh)). Ca urmare a pre-încărcării, tensiunea bateriei crește încet. Scopul pre-încărcării este de a încărca în siguranță bateria la un curent scăzut. Acest lucru previne deteriorarea celulei, până când tensiunea acesteia atinge un nivel mai ridicat.

Încărcare cu curent constant (CC):

Încărcarea cu curent constant (CC) este, de asemenea, considerată încărcare rapidă, care este descrisă mai detaliat mai jos. Încărcarea CC începe după pre-încărcare, odată ce bateria a ajuns la aproximativ 3V per celulă. În faza de încărcare CC, bateria este sigură să gestioneze curenți de încărcare mai mari, între 0,5C și 3C. Încărcarea CC continuă până când tensiunea bateriei a atins nivelul de tensiune „plin” sau flotant, moment în care începe faza de tensiune constantă.

Încărcare cu tensiune constantă (CV):

Pragul de tensiune constantă (CV) pentru celulele cu litiu este de obicei între 4,1 V și 4,5 V per celulă. CI încărcătorul monitorizează tensiunea bateriei în timpul încărcării CC. Odată ce bateria atinge pragul CV, încărcătorul trece de la regularea CC la regularea CV. Încărcarea CV este implementată deoarece tensiunea acumulatorului extern văzută de IC încărcător depășește tensiunea reală a celulei bateriei din pachet. Acest lucru se datorează rezistenței interne a celulei, rezistenței PCB și rezistenței în serie echivalentă (ESR) din FET și celulă de protecție. Pentru a garanta o funcționare în siguranță, IC încărcătorul nu trebuie să permită ca tensiunea bateriei să depășească tensiunea maximă de plutire.

Încetarea taxei:

CI încărcătorul determină când se încheie ciclul de încărcare pe baza curentului care intră în baterie care scade sub un prag stabilit (aproximativ C / 10) în timpul fazei CV. În acest moment, bateria este considerată complet încărcată și încărcarea este finalizată. Dacă terminarea încărcării este dezactivată în CI încărcătorul, curentul de încărcare va scădea în mod natural la 0 mA, dar acest lucru se face rar în practică. Acest lucru se datorează faptului că cantitatea de încărcare care intră în baterie scade exponențial în timpul încărcării CV (deoarece tensiunea celulei crește ca un condensator mare) și ar dura mult mai mult timp pentru a reîncărca bateria cu o creștere foarte mică a capacității.

Curentul real de încărcare în orice moment poate fi mai mic decât ceea ce este setat din cauza reglementărilor buclei, cum ar fi limita curentului de intrare, limita tensiunii de intrare, reglarea termică sau temperatura bateriei.