Grundläggande batteriladdning och laddningsprofil

Li-jonladdare är enheter som reglerar batteriets laddningsström och spänning och används ofta för bärbara enheter, som mobiltelefoner, bärbara datorer och surfplattor. Jämfört med andra batterikemi har Li-jonbatterier en av de högsta energitätheterna, ger en högre spänning per cell, tål högre strömmar och behöver inte underhållsladdas när batteriet är fulladdat. Dessutom har Li-jonbatterier ingen minneseffekt, vilket innebär att de inte "kommer ihåg" en lägre laddningskapacitet om de laddas innan de är helt urladdade. Li-jonbatterier måste dock laddas med en specifik laddningsprofil för konstant ström och konstant spänning (CC-CV) som justeras automatiskt beroende på batteriets temperatur och spänningsnivåer.

Laddningsprofilen är en grundläggande aspekt av Li-jonbatterier, eftersom den beskriver hur ett batteris spänning och ström varierar medan batteriet laddas.

Li-jonbatterier följer en relativt vanlig laddningsprofil, som beskrivs mer detaljerat nedan. Observera att om en laddar-IC ger konfigurerbarhet kan designern kanske ställa in sina egna trösklar för dessa faser. Dessa konfigurerbara trösklar är mycket fördelaktiga, med tanke på att de flesta batteritillverkare anger vissa trösklar för olika maximala laddningsströmnivåer. Konfigurerbarhet kan ge ett extra lager av säkerhet genom att skydda batteriet från över-spänning och över-temperaturförhållanden, såväl som överbelastningar, som alla kan skada batteriet permanent eller försämra dess kapacitet.

Underhållsladdning:

I allmänhet används underhållsladdningsfasen endast när batterispänningen är under en mycket låg nivå (ca 2,1V). I detta tillstånd kan batteripaketets interna skydds-IC tidigare ha kopplat bort batteriet på grund av att det är djupt urladdat eller om en över-överströmshändelse inträffade. Laddarens IC ger en liten ström (vanligtvis 50mA) för att ladda batteripaketets kapacitans, vilket utlöser skydds-IC för att återansluta batteriet genom att stänga dess FET:er. Även om underhållsladdning vanligtvis varar i några sekunder, bör laddarens IC integrera en timer som slutar ladda om batteripaketet inte återansluts inom en viss tid, eftersom detta indikerar att batteriet har skadats.

För-Debitering:

När batteripaketet har-återanslutits eller är i urladdat tillstånd börjar för-laddningen. Under för-laddning börjar laddaren att ladda det urladdade batteriet på ett säkert sätt med en låg strömnivå som vanligtvis är C / 10 (där C är kapaciteten (i mAh)). Som ett resultat av för-uppladdning stiger batterispänningen långsamt. Syftet med för-uppladdning är att ladda batteriet säkert vid låg ström. Detta förhindrar skador på cellen, tills dess spänning når en högre nivå.

Konstant ström (CC) Laddning:

Laddning med konstant ström (CC) anses också vara snabbladdning, vilket beskrivs mer detaljerat nedan. CC-laddning startar efter för-uppladdning, när batteriet har nått cirka 3V per cell. I CC-laddningsfasen är det säkert för batteriet att hantera högre laddningsströmmar mellan 0,5C och 3C. CC-laddningen fortsätter tills batterispänningen har nått "full" eller flytande spänningsnivå, då börjar den konstanta spänningsfasen.

Konstant spänning (CV) Laddning:

Tröskeln för konstant spänning (CV) för litiumceller är vanligtvis mellan 4,1V och 4,5V per cell. Laddarens IC övervakar batterispänningen under CC-laddning. När batteriet når CV-tröskeln övergår laddaren från CC- till CV-reglering. CV-laddning implementeras eftersom den externa batterispänningen som ses av laddarens IC överstiger den faktiska battericellspänningen i paketet. Detta beror på den interna cellresistansen, PCB-resistansen och motsvarande serieresistans (ESR) från skydds-FET och cellen. För att garantera säker drift får laddarens IC inte tillåta att batterispänningen överstiger dess maximala flytspänning.

Uppsägning av avgift:

Laddarens IC bestämmer när laddningscykeln ska avslutas baserat på att strömmen som går in i batteriet faller under ett inställt tröskelvärde (cirka C / 10) under CV-fasen. Vid denna tidpunkt anses batteriet vara fulladdat och laddningen är klar. Om laddningsavslutning är inaktiverad i laddarens IC kommer laddningsströmmen naturligt att avta till 0mA, men detta görs sällan i praktiken. Detta beror på att mängden laddning som går in i batteriet minskar exponentiellt under CV-laddning (eftersom cellspänningen ökar som en stor kondensator), och det skulle ta betydligt längre tid att ladda batteriet med en mycket liten ökning av kapaciteten.

Den faktiska laddningsströmmen kan när som helst vara lägre än vad som är inställt på grund av slingregleringar, såsom ingångsströmgränsen, inspänningsgränsen, termisk reglering eller batteritemperatur.