Основи заряджання акумулятора та профіль заряджання

Літ-іонні зарядні пристрої – це пристрої, які регулюють зарядний струм і напругу акумулятора, і зазвичай використовуються для портативних пристроїв, таких як мобільні телефони, ноутбуки та планшети. Порівняно з іншими хімікатами акумуляторів літій-іонні батареї мають одну з найвищих щільностей енергії, забезпечують вищу напругу на елемент, можуть витримувати більш високі струми та не потребують крапельної зарядки, коли батарея повністю заряджена. Крім того, Li-іонні батареї не мають ефекту пам’яті, тобто вони не «пам’ятають» нижчу ємність заряду, якщо їх заряджати до повного розряду. Однак літій-іонні батареї потрібно заряджати за допомогою спеціального профілю постійного струму та постійної напруги (CC-CV), який автоматично регулюється залежно від температури та рівнів напруги батареї.

Профіль заряджання є фундаментальним аспектом літій-іонних акумуляторів, оскільки він описує, як змінюються напруга та струм акумулятора під час заряджання.

Літій{0}}іонні акумулятори мають відносно поширений профіль заряджання, який докладніше описано нижче. Зауважте, що якщо мікросхема зарядного пристрою забезпечує конфігурацію, розробник може мати змогу встановити власні порогові значення для цих фаз. Ці настроювані порогові значення дуже корисні, враховуючи, що більшість виробників акумуляторів вказують певні порогові значення для різних рівнів максимального струму заряду. Можливість конфігурації може забезпечити додатковий рівень безпеки, захищаючи батарею від пере-напруги та-температури, а також від перевантажень, які можуть остаточно пошкодити батарею або знизити її ємність.

Тримкова зарядка:

Як правило, фаза крапельного заряду використовується лише тоді, коли напруга батареї нижча за дуже низький рівень (приблизно 2,1 В). У цьому стані мікросхема внутрішнього захисту акумуляторної батареї могла раніше від’єднати батарею через те, що вона була глибоко розряджена, або якщо сталася подія над-струму. Мікросхема зарядного пристрою створює невеликий струм (зазвичай 50 мА) для заряджання ємності акумуляторної батареї, що запускає мікросхему захисту, щоб повторно підключити батарею, закривши її польові транзистори. Хоча повільне заряджання зазвичай триває кілька секунд, мікросхема зарядного пристрою повинна мати таймер, який припиняє заряджання, якщо акумуляторну батарею не під’єднати повторно протягом певного проміжку часу, оскільки це вказує на те, що батарею було пошкоджено.

Попередня-зарядка:

Після повторного під’єднання або розрядження акумуляторної батареї починається-заряджання. Під час попереднього-заряджання зарядний пристрій починає безпечно заряджати розряджену батарею низьким рівнем струму, який зазвичай становить C / 10 (де C — ємність (у мАг)). У результаті попереднього-заряду напруга батареї повільно зростає. Метою попереднього-заряду є безпечне заряджання батареї низьким струмом. Це запобігає пошкодженню клітини, поки її напруга не досягне більш високого рівня.

Заряд постійного струму (CC):

Заряд постійним струмом (CC) також вважається швидкою зарядкою, яка більш детально описана нижче. Заряджання CC починається після-заряджання, щойно акумулятор досягне приблизно 3 В на елемент. У фазі заряду CC для батареї безпечно працювати з вищими струмами заряду від 0,5C до 3C. Зарядка CC триває, доки напруга акумулятора не досягне «повного» або плаваючого рівня напруги, після чого починається фаза постійної напруги.

Заряд постійної напруги (CV):

Порогове значення постійної напруги (CV) для літієвих елементів зазвичай становить від 4,1 В до 4,5 В на елемент. IC зарядного пристрою контролює напругу батареї під час зарядки CC. Коли батарея досягає порогу CV, зарядний пристрій переходить від регулювання CC до CV. CV-заряджання реалізовано, оскільки напруга зовнішньої батареї, яку спостерігає IC зарядного пристрою, перевищує фактичну напругу батареї в батареї. Це пов’язано з внутрішнім опором комірки, опором друкованої плати та еквівалентним послідовним опором (ESR) від захисного польового транзистора та комірки. Щоб гарантувати безпечну роботу, мікросхема зарядного пристрою не повинна дозволяти напрузі батареї перевищувати максимальну плаваючу напругу.

Припинення стягнення плати:

IC зарядного пристрою визначає, коли завершити цикл заряджання, залежно від того, що струм, що надходить в батарею, падає нижче встановленого порогу (приблизно C / 10) під час фази CV. На цьому етапі акумулятор вважається повністю зарядженим і заряджання завершено. Якщо припинення заряду вимкнено в мікросхемі зарядного пристрою, струм заряду природним чином зменшиться до 0 мА, але це рідко робиться на практиці. Це пояснюється тим, що кількість заряду, що надходить до батареї, експоненціально зменшується під час CV-заряджання (оскільки напруга елемента зростає, як великий конденсатор), і для заряджання батареї з дуже невеликим збільшенням ємності знадобиться значно більше часу.

Фактичний струм заряду в будь-який момент може бути нижчим за встановлений через регулювання контуру, наприклад обмеження вхідного струму, обмеження вхідної напруги, регулювання температури або температури акумулятора.