Osnove punjenja baterije i profil punjenja

Li-ionski punjači su uređaji koji reguliraju struju i napon punjenja baterije, a obično se koriste za prijenosne uređaje, kao što su mobiteli, prijenosna računala i tableti. U usporedbi s drugim kemijskim sastavima baterija, Li-ionske baterije imaju jednu od najvećih gustoća energije, daju viši napon po ćeliji, mogu tolerirati veće struje i ne moraju se puniti postupno kad je baterija potpuno napunjena. Osim toga, Li-ionske baterije nemaju učinak pamćenja, što znači da ne "pamte" manji kapacitet punjenja ako se napune prije nego što se potpuno isprazne. Međutim, Li-ionske baterije moraju se puniti posebnim profilom punjenja konstantne struje i konstantnog napona (CC{-CV) koji se automatski prilagođava ovisno o temperaturi i naponu baterije.

Profil punjenja temeljni je aspekt Li-ionskih baterija jer opisuje kako se napon i struja baterije mijenjaju dok se baterija puni.

Li-ionske baterije slijede relativno uobičajen profil punjenja, detaljnije opisan u nastavku. Imajte na umu da ako IC punjača omogućuje konfiguraciju, dizajner može postaviti vlastite pragove za ove faze. Ovi podesivi pragovi su vrlo korisni, s obzirom na to da većina proizvođača baterija navodi određene pragove za različite maksimalne razine struje punjenja. Konfigurabilnost može pružiti dodatni sloj sigurnosti štiteći bateriju od prenapona i temperature, kao i preopterećenja, što bi moglo trajno oštetiti bateriju ili smanjiti njen kapacitet.

Postupno punjenje:

Općenito, faza kapanja se koristi samo kada je napon baterije ispod vrlo niske razine (oko 2,1 V). U ovom stanju, unutarnji zaštitni IC baterije je možda prethodno odspojio bateriju jer je bila duboko ispražnjena ili ako je došlo do preko-strujnog događaja. IC punjača stvara malu struju (obično 50 mA) za punjenje kapaciteta baterije, što pokreće zaštitni IC da ponovno spoji bateriju zatvaranjem njezinih FET-ova. Iako postupno punjenje obično traje nekoliko sekundi, IC punjača treba integrirati mjerač vremena koji zaustavlja punjenje ako se baterija ne spoji ponovno unutar određenog vremena, jer to znači da je baterija oštećena.

Pre-naplata:

Nakon što se baterija ponovno -spoji ili je ispražnjena, počinje pred{1}}punjenje. Tijekom pred-punjenja, punjač počinje sigurno puniti ispražnjenu bateriju s niskom razinom struje koja je obično C / 10 (gdje je C kapacitet (u mAh)). Kao rezultat pred-punjenja, napon baterije polako raste. Svrha pred-punjenja je sigurno punjenje baterije niskom strujom. Time se sprječava oštećenje ćelije, sve dok njezin napon ne dosegne višu razinu.

Naboj konstantne struje (CC):

Punjenje konstantnom strujom (CC) također se smatra brzim punjenjem, koje je detaljnije opisano u nastavku. CC punjenje počinje nakon-prethodnog punjenja, nakon što baterija dosegne oko 3 V po ćeliji. U CC fazi punjenja, sigurno je da baterija podnosi veće struje punjenja između 0,5C i 3C. CC punjenje se nastavlja sve dok napon baterije ne dosegne "punu" ili promjenjivu naponsku razinu, u kojoj točki počinje faza konstantnog napona.

Punjenje konstantnim naponom (CV):

Prag konstantnog napona (CV) za litijeve ćelije obično je između 4,1 V i 4,5 V po ćeliji. IC punjača prati napon baterije tijekom CC punjenja. Nakon što baterija dosegne CV prag, punjač prelazi s CC na CV regulaciju. CV punjenje se provodi jer napon vanjske baterije koji vidi IC punjača premašuje stvarni napon baterije u jedinici. To je zbog unutarnjeg otpora ćelije, otpora PCB-a i ekvivalentnog serijskog otpora (ESR) zaštitnog FET-a i ćelije. Kako bi se zajamčio siguran rad, IC punjača ne smije dopustiti da napon baterije premaši maksimalni promjenjivi napon.

Prekid naplate:

IC punjača određuje kada treba prekinuti ciklus punjenja na temelju struje koja ulazi u bateriju koja pada ispod postavljenog praga (oko C / 10) tijekom CV faze. U ovom trenutku, baterija se smatra potpuno napunjenom i punjenje je završeno. Ako je prekidanje punjenja onemogućeno u IC-u punjača, struja punjenja će prirodno pasti na 0 mA, ali to se u praksi rijetko radi. To je zato što se količina napunjenosti koja ulazi u bateriju eksponencijalno smanjuje tijekom CV punjenja (budući da napon ćelije raste poput velikog kondenzatora), a trebalo bi znatno više vremena za ponovno punjenje baterije uz vrlo malo povećanje kapaciteta.

Stvarna struja punjenja u bilo kojem trenutku može biti niža od one koja je postavljena zbog regulacija petlje, kao što je ograničenje ulazne struje, ograničenje ulaznog napona, toplinska regulacija ili temperatura baterije.