Osnove polnjenja baterije in profil polnjenja

Li-ionski polnilniki so naprave, ki uravnavajo polnilni tok in napetost baterije in se običajno uporabljajo za prenosne naprave, kot so mobilni telefoni, prenosniki in tablice. Li-ionske baterije imajo v primerjavi z drugimi kemikalijami baterij eno najvišjih energijskih gostot, zagotavljajo višjo napetost na celico, lahko prenesejo višje tokove in jih ni treba polniti, ko je baterija popolnoma napolnjena. Poleg tega Li-ionske baterije nimajo spominskega učinka, kar pomeni, da si ne »zapomnijo« nižje kapacitete polnjenja, če so napolnjene, preden so popolnoma izpraznjene. Vendar pa je treba Li-ionske baterije polniti s posebnim profilom polnjenja s konstantnim tokom in konstantno napetostjo (CC{-CV), ki se samodejno prilagaja glede na temperaturo in nivo napetosti baterije.

Profil polnjenja je temeljni vidik Li-ionskih baterij, saj opisuje, kako se napetost in tok baterije spreminjata med polnjenjem baterije.

Li-ionske baterije sledijo relativno običajnemu profilu polnjenja, ki je podrobneje opisan spodaj. Upoštevajte, da če IC polnilnika omogoča konfiguracijo, lahko načrtovalec morda nastavi lastne pragove za te faze. Ti nastavljivi pragovi so zelo koristni, saj večina proizvajalcev baterij določa določene pragove za različne najvišje ravni polnilnega toka. Možnost konfiguracije lahko zagotovi dodatno raven varnosti z zaščito baterije pred previsoko-napetostjo in previsoko-temperaturo ter preobremenitvami, kar lahko trajno poškoduje baterijo ali zmanjša njeno zmogljivost.

Postopno polnjenje:

Na splošno se faza tekočega polnjenja uporablja le, ko je napetost akumulatorja pod zelo nizko (približno 2,1 V). V tem stanju je notranji zaščitni IC akumulatorja morda pred tem odklopil akumulator, ker je bil zelo izpraznjen, ali če je prišlo do dogodka pre-toka. IC polnilnika oddaja majhen tok (običajno 50 mA) za polnjenje kapacitivnosti paketa baterij, kar sproži zaščitno IC, da ponovno poveže baterijo z zapiranjem FET-jev. Čeprav postopno polnjenje običajno traja nekaj sekund, bi moral IC polnilnika vključevati časovnik, ki ustavi polnjenje, če baterijskega paketa v določenem času ne priključite znova, saj to pomeni, da je bila baterija poškodovana.

Predhodna-polnitev:

Ko je baterija ponovno -priklopljena ali je v izpraznjenem stanju, se začne pred-polnjenje. Med pred-polnjenjem začne polnilnik varno polniti izpraznjeno baterijo z nizko stopnjo toka, ki je običajno C / 10 (kjer je C zmogljivost (v mAh)). Zaradi pred-polnjenja napetost akumulatorja počasi narašča. Namen pred-polnjenja je varno polnjenje baterije pri nizkem toku. To preprečuje poškodbe celice, dokler njena napetost ne doseže višje ravni.

Polnjenje s konstantnim tokom (CC):

Za hitro polnjenje se šteje tudi polnjenje s konstantnim tokom (CC), ki je podrobneje opisano v nadaljevanju. CC polnjenje se začne po pred-polnjenju, ko baterija doseže približno 3 V na celico. V fazi polnjenja CC je varno, da baterija prenese višje polnilne tokove med 0,5C in 3C. CC polnjenje se nadaljuje, dokler napetost akumulatorja ne doseže "polne" ali plavajoče napetosti, na kateri točki se začne faza konstantne napetosti.

Polnjenje s konstantno napetostjo (CV):

Prag konstantne napetosti (CV) za litijeve celice je običajno med 4,1 V in 4,5 V na celico. IC polnilnika spremlja napetost baterije med CC polnjenjem. Ko baterija doseže prag CV, polnilnik preide iz regulacije CC na CV. CV polnjenje je izvedeno, ker zunanja napetost paketa baterij, ki jo vidi IC polnilnika, presega dejansko napetost celic akumulatorja v paketu. To je posledica notranjega upora celice, upora PCB in enakovrednega serijskega upora (ESR) zaščitnega FET-ja in celice. Za zagotovitev varnega delovanja polnilnik IC ne sme dovoliti, da napetost akumulatorja preseže svojo največjo plavajočo napetost.

Prekinitev bremenitve:

IC polnilnika določi, kdaj naj konča polnilni cikel na podlagi toka, ki teče v baterijo, pade pod nastavljeno mejno vrednost (približno C / 10) med fazo CV. Na tej točki velja, da je baterija popolnoma napolnjena in polnjenje je zaključeno. Če je prekinitev polnjenja onemogočena v IC polnilnika, bo polnilni tok naravno upadel na 0 mA, vendar se to v praksi redko zgodi. To je zato, ker se količina napolnjenosti, ki gre v baterijo, eksponentno zmanjša med CV polnjenjem (ker napetost celice narašča kot velik kondenzator), zato bi trajalo bistveno dlje, da bi ponovno napolnili baterijo z zelo majhnim povečanjem zmogljivosti.

Dejanski polnilni tok je lahko kadar koli nižji od nastavljenega zaradi regulacije zanke, kot je meja vhodnega toka, meja vhodne napetosti, toplotna regulacija ali temperatura baterije.