Основы зарядки аккумулятора и профиль зарядки

Литий-ионные зарядные устройства – это устройства, которые регулируют ток и напряжение зарядки аккумулятора и обычно используются для портативных устройств, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и планшеты. По сравнению с другими химическими батареями, литий-ионные батареи имеют одну из самых высоких плотностей энергии, обеспечивают более высокое напряжение на элемент, могут выдерживать более высокие токи и не требуют подзарядки, когда батарея полностью заряжена. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы не обладают эффектом памяти, то есть они не «запоминают» меньшую зарядную емкость, если заряжаются до полного разряда. Однако литий-ионные аккумуляторы необходимо заряжать с использованием определенного профиля заряда постоянного тока и постоянного напряжения (CC-CV), который автоматически регулируется в зависимости от температуры и уровня напряжения аккумулятора.

Профиль зарядки — это фундаментальный аспект литий-ионных аккумуляторов, поскольку он описывает, как изменяются напряжение и ток аккумулятора во время зарядки аккумулятора.

Литий-ионные аккумуляторы имеют относительно распространенный профиль зарядки, более подробно описанный ниже. Обратите внимание: если микросхема зарядного устройства обеспечивает возможность настройки, разработчик может установить свои собственные пороговые значения для этих фаз. Эти настраиваемые пороговые значения очень полезны, учитывая, что большинство производителей аккумуляторов указывают определенные пороговые значения для различных максимальных уровней зарядного тока. Возможность настройки может обеспечить дополнительный уровень безопасности, защищая батарею от повышенного-напряжения и-температур, а также от перегрузок, которые могут привести к необратимому повреждению батареи или снижению ее емкости.

Капельный заряд:

Обычно фаза постепенного заряда используется только тогда, когда напряжение аккумулятора ниже очень низкого уровня (около 2,1 В). В этом состоянии внутренняя защитная микросхема аккумуляторного блока могла ранее отключить аккумулятор из-за его глубокого разряда или из-за перегрузки по-току. Микросхема зарядного устройства подает небольшой ток (обычно 50 мА) для зарядки емкости аккумуляторной батареи, что заставляет микросхему защиты повторно подключать аккумулятор, закрывая ее полевые транзисторы. Хотя непрерывная зарядка обычно длится несколько секунд, микросхема зарядного устройства должна включать таймер, который прекращает зарядку, если аккумуляторная батарея не подключается повторно в течение определенного времени, поскольку это указывает на повреждение батареи.

Предварительная-плата:

После того как аккумуляторный блок снова-подключен или находится в разряженном состоянии, начинается пред-зарядка. Во время предварительной-зарядки зарядное устройство начинает безопасно заряжать разряженную батарею низким уровнем тока, который обычно составляет C / 10 (где C — емкость (в мАч)). В результате предварительной-зарядки напряжение аккумулятора медленно возрастает. Цель предварительной-зарядки – безопасная зарядка аккумулятора малым током. Это предотвращает повреждение ячейки, пока ее напряжение не достигнет более высокого уровня.

Заряд постоянного тока (CC):

Заряд постоянным током (CC) также считается быстрой зарядкой, которая более подробно описана ниже. Зарядка CC начинается после предварительной-зарядки, когда напряжение батареи достигает примерно 3 В на ячейку. На этапе зарядки CC аккумулятор может безопасно выдерживать более высокие зарядные токи от 0,5C до 3C. Зарядка CC продолжается до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет «полного» или плавающего уровня напряжения, после чего начинается фаза постоянного напряжения.

Заряд при постоянном напряжении (CV):

Порог постоянного напряжения (CV) для литиевых элементов обычно составляет от 4,1 В до 4,5 В на ячейку. Микросхема зарядного устройства контролирует напряжение аккумулятора во время зарядки CC. Как только батарея достигает порога CV, зарядное устройство переходит от регулирования CC к регулированию CV. Зарядка CV реализуется потому, что напряжение внешнего аккумуляторного блока, видимое микросхемой зарядного устройства, превышает фактическое напряжение аккумуляторной батареи в блоке. Это связано с внутренним сопротивлением ячейки, сопротивлением печатной платы и эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) защитного полевого транзистора и ячейки. Чтобы гарантировать безопасную работу, микросхема зарядного устройства не должна позволять напряжению батареи превышать максимальное плавающее напряжение.

Прекращение оплаты:

Микросхема зарядного устройства определяет, когда следует завершить цикл зарядки, основываясь на том, что ток, поступающий в батарею, падает ниже установленного порога (около C / 10) во время фазы CV. В этот момент аккумулятор считается полностью заряженным и зарядка завершена. Если прекращение заряда отключено в микросхеме зарядного устройства, ток заряда естественным образом снизится до 0 мА, но на практике это делается редко. Это связано с тем, что количество заряда, поступающего в батарею, экспоненциально уменьшается во время зарядки постоянным напряжением (поскольку напряжение элемента увеличивается, как большой конденсатор), и для перезарядки батареи потребуется значительно больше времени с очень небольшим увеличением емкости.

Фактический ток заряда в любой момент может быть ниже установленного из-за регулирования контура, например ограничения входного тока, ограничения входного напряжения, терморегулирования или температуры батареи.