Az akkumulátor töltési alapjai és töltési profilja

A Li{0}}ion töltők olyan eszközök, amelyek szabályozzák az akkumulátor töltési áramát és feszültségét, és általában hordozható eszközökhöz, például mobiltelefonokhoz, laptopokhoz és táblagépekhez használják. Más akkumulátorkémiához képest a Li-ion akkumulátorok az egyik legnagyobb energiasűrűséggel rendelkeznek, magasabb cellánkénti feszültséget biztosítanak, nagyobb áramerősséget is elviselnek, és nem kell csepptöltést végezni, ha az akkumulátor teljesen fel van töltve. Ezenkívül a Li-ion akkumulátoroknak nincs memóriaeffektusuk, vagyis nem „emlékeznek” alacsonyabb töltési kapacitásra, ha a teljes lemerülés előtt töltik fel őket. A Li-ion akkumulátorokat azonban meghatározott állandó áramú és állandó feszültségű (CC-CV) töltési profillal kell tölteni, amely az akkumulátor hőmérsékletétől és feszültségszintjétől függően automatikusan beáll.

A töltési profil a Li{0}}ion akkumulátorok alapvető jellemzője, mivel leírja, hogyan változik az akkumulátor feszültsége és árama az akkumulátor töltése közben.

A Li-ion akkumulátorok viszonylag gyakori töltési profilt követnek, amelyet az alábbiakban részletesebben ismertetünk. Vegye figyelembe, hogy ha a töltő IC lehetővé teszi a konfigurálást, a tervező saját küszöbértékeket állíthat be ezekhez a fázisokhoz. Ezek a konfigurálható küszöbértékek rendkívül előnyösek, tekintve, hogy a legtöbb akkumulátorgyártó bizonyos küszöbértékeket határoz meg a különböző maximális töltési áramszintekhez. A konfigurálhatóság további biztonságot nyújthat azáltal, hogy megvédi az akkumulátort a túlfeszültségtől és a túlmelegedéstől, valamint a túlterheléstől, amelyek mind véglegesen károsíthatják az akkumulátort, vagy csökkenthetik annak kapacitását.

Csepptöltés:

Általában a csepegtető töltési fázist csak akkor használják, ha az akkumulátor feszültsége nagyon alacsony szint (kb. 2,1 V) alatt van. Ebben az állapotban az akkumulátorcsomag belső védelmi IC-je korábban leválaszthatta az akkumulátort, mert az mélyen lemerült, vagy túláram{2}} történt. A töltő IC kis áramot (általában 50 mA) biztosít az akkumulátor kapacitásának feltöltéséhez, ami elindítja a védelmi IC-t, hogy újracsatlakoztassa az akkumulátort a FET-ek bezárásával. Bár a csepegtető töltés általában néhány másodpercig tart, a töltő IC-nek be kell építenie egy időzítőt, amely leállítja a töltést, ha az akkumulátorcsomagot egy bizonyos időn belül nem csatlakoztatják újra, mivel ez azt jelzi, hogy az akkumulátor megsérült.

Elő-díj:

Miután az akkumulátorcsomagot újra-csatlakoztatta vagy lemerült állapotban van, megkezdődik az elő-töltés. Az elő-töltés során a töltő biztonságosan elkezdi tölteni a lemerült akkumulátort alacsony áramszint mellett, amely általában C / 10 (ahol C a kapacitás (mAh-ban)). Az elő-töltés hatására az akkumulátor feszültsége lassan emelkedik. Az előtöltés-célja az akkumulátor biztonságos feltöltése alacsony áramerősséggel. Ez megakadályozza a cella károsodását mindaddig, amíg a feszültsége el nem éri a magasabb szintet.

Állandó áram (CC) töltés:

Az állandó áramú (CC) töltés is gyorstöltésnek számít, amelyet az alábbiakban részletesebben ismertetünk. A CC töltés az elő-töltés után kezdődik, amikor az akkumulátor eléri a cellánként körülbelül 3 V-ot. A CC töltési fázisban az akkumulátor biztonságosan kezeli a nagyobb, 0,5 C és 3 C közötti töltési áramokat. A CC töltés addig folytatódik, amíg az akkumulátor feszültsége el nem éri a "teljes" vagy lebegő feszültségszintet, ekkor kezdődik az állandó feszültség fázis.

Állandó feszültség (CV) töltés:

A lítium cellák állandó feszültségének (CV) küszöbértéke általában 4,1 V és 4,5 V között van cellánként. A töltő IC figyeli az akkumulátor feszültségét CC töltés közben. Amint az akkumulátor eléri a CV-küszöböt, a töltő CC-ről CV-szabályozásra vált át. A CV töltés azért valósul meg, mert a külső akkumulátorcsomag feszültsége, amelyet a töltő IC lát, meghaladja a csomagban lévő akkumulátorcella tényleges feszültségét. Ez a belső cellaellenállásnak, a PCB-ellenállásnak és a védelmi FET-ből és a cellából származó, egyenértékű soros ellenállásnak (ESR) köszönhető. A biztonságos működés érdekében a töltő IC nem engedheti meg, hogy az akkumulátor feszültsége meghaladja a maximális lebegő feszültséget.

Térítés megszüntetése:

A töltő IC határozza meg, hogy mikor kell befejezni a töltési ciklust, az alapján, hogy az akkumulátorba jutó áram egy beállított küszöb (kb. C / 10) alá esik a CV fázis alatt. Ekkor az akkumulátor teljesen feltöltöttnek minősül, és a töltés befejeződött. Ha a töltéslezárás ki van kapcsolva a töltő IC-ben, a töltőáram természetesen 0 mA-re csökken, de ez a gyakorlatban ritkán történik meg. Ennek az az oka, hogy az akkumulátorba kerülő töltés mértéke exponenciálisan csökken a CV töltés során (hiszen a cella feszültsége úgy nő, mint egy nagy kondenzátornál), és nagyon kis kapacitásnövekedés mellett lényegesen hosszabb időt venne igénybe az akkumulátor újratöltése.

A tényleges töltőáram bármely pillanatban alacsonyabb lehet a hurokszabályozások miatt beállítottnál, mint például a bemeneti áramkorlát, a bemeneti feszültségkorlát, a hőszabályozás vagy az akkumulátor hőmérséklete.