Основи на зареждането на батерията и профил на зареждане

Лити{0}}йонните зарядни устройства са устройства, които регулират тока и напрежението на зареждане на батерията и обикновено се използват за преносими устройства, като мобилни телефони, лаптопи и таблети. В сравнение с други химикали на батериите, литиево---йонните батерии имат една от най-високите енергийни плътности, осигуряват по-високо напрежение на клетка, могат да понасят по-високи токове и не е необходимо да се зареждат, когато батерията е напълно заредена. Освен това литиево-йонните батерии нямат ефект на паметта, което означава, че не „запомнят“ по-нисък капацитет на зареждане, ако са заредени, преди да бъдат напълно изтощени. Li-ion батериите обаче трябва да се зареждат със специфичен профил на зареждане с постоянен ток и постоянно напрежение (CC-CV), който се регулира автоматично в зависимост от температурата и нивата на напрежение на батерията.

Профилът на зареждане е основен аспект на литиево-йонните батерии, тъй като описва как напрежението и токът на батерията се променят, докато батерията се зарежда.

Литиево-йонните батерии следват относително общ профил на зареждане, описан по-подробно по-долу. Имайте предвид, че ако IC за зарядно устройство осигурява възможност за конфигуриране, дизайнерът може да е в състояние да зададе свои собствени прагове за тези фази. Тези конфигурируеми прагове са много полезни, като се има предвид, че повечето производители на батерии определят определени прагове за различни нива на максимален ток на зареждане. Възможностите за конфигуриране могат да осигурят допълнителен слой безопасност, като предпазят батерията от свръх-напрежение и пре-температурни условия, както и претоварвания, които могат да повредят трайно батерията или да намалят нейния капацитет.

Пропускащо зареждане:

Обикновено фазата на бавно зареждане се използва само когато напрежението на батерията е под много ниско ниво (около 2,1 V). В това състояние вътрешната защитна интегрална схема на батерията може преди това да е изключила батерията поради това, че е била дълбоко разредена, или ако е възникнало събитие над -ток. IC за зарядното устройство генерира малък ток (обикновено 50 mA), за да зареди капацитета на батерията, което задейства защитната IC за повторно свързване на батерията чрез затваряне на нейните FETs. Въпреки че бавното зареждане обикновено продължава няколко секунди, IC на зарядното устройство трябва да включва таймер, който спира зареждането, ако батерията не бъде свързана отново в рамките на определен период от време, тъй като това показва, че батерията е била повредена.

Предварително-зареждане:

След като батерията бъде повторно -свързана или е в разредено състояние, започва предварително-зареждане. По време на предварително-зареждане зарядното устройство започва безопасно да зарежда изтощената батерия с ниско ниво на ток, което обикновено е C / 10 (където C е капацитетът (в mAh)). В резултат на предварително-зареждане, напрежението на батерията бавно се повишава. Целта на предварителното-зареждане е безопасно зареждане на батерията при нисък ток. Това предотвратява повреда на клетката, докато нейното напрежение достигне по-високо ниво.

Зареждане с постоянен ток (CC):

Зареждането с постоянен ток (CC) също се счита за бързо зареждане, което е описано по-подробно по-долу. CC зареждането започва след предварително-зареждане, след като батерията достигне около 3 V на клетка. Във фазата на зареждане CC за батерията е безопасно да се справи с по-високи зарядни токове между 0,5C и 3C. CC зареждането продължава, докато напрежението на батерията достигне "пълно" или плаващо ниво на напрежение, в който момент започва фазата на постоянно напрежение.

Зареждане с постоянно напрежение (CV):

Прагът на постоянно напрежение (CV) за литиеви клетки обикновено е между 4,1 V и 4,5 V на клетка. IC за зарядното устройство следи напрежението на батерията по време на CC зареждане. След като батерията достигне CV прага, зарядното устройство преминава от CC към CV регулиране. CV зареждането се прилага, защото напрежението на външната батерия, наблюдавано от IC на зарядното устройство, надвишава действителното напрежение на батерията в опаковката. Това се дължи на вътрешното съпротивление на клетката, съпротивлението на PCB и еквивалентното серийно съпротивление (ESR) от защитния FET и клетката. За да се гарантира безопасна работа, IC на зарядното устройство не трябва да позволява напрежението на батерията да надвишава максималното плаващо напрежение.

Прекратяване на таксуването:

IC на зарядното устройство определя кога да прекрати цикъла на зареждане въз основа на тока, влизащ в батерията, падащ под зададен праг (около C / 10) по време на CV фазата. В този момент батерията се счита за напълно заредена и зареждането е завършено. Ако прекратяването на зареждането е деактивирано в IC на зарядното устройство, зарядният ток естествено ще спадне до 0mA, но това рядко се прави на практика. Това е така, защото количеството заряд, влизащ в батерията, експоненциално намалява по време на CV зареждане (тъй като напрежението на клетката се увеличава като голям кондензатор) и ще отнеме значително повече време за презареждане на батерията с много малко увеличение на капацитета.

Действителният заряден ток във всеки един момент може да бъде по-нисък от зададения поради регулации на веригата, като ограничение на входния ток, ограничение на входното напрежение, термично регулиране или температура на батерията.