Fonaments de càrrega de bateries i perfil de càrrega

Els carregadors d'ions de li- són dispositius que regulen el corrent i el voltatge de càrrega de la bateria, i s'utilitzen habitualment per a dispositius portàtils, com ara telèfons mòbils, ordinadors portàtils i tauletes. En comparació amb altres químiques de bateries, les bateries d'ions de li-tenen una de les densitats d'energia més altes, proporcionen una tensió més alta per cèl·lula, poden tolerar corrents més altes i no s'han de carregar de manera continua quan la bateria està completament carregada. A més, les bateries de ions de li-no tenen efecte memòria, és a dir, no "recorden" una capacitat de càrrega inferior si es carreguen abans d'esgotar-se completament. Tanmateix, les bateries d'ions de li-s'han de carregar amb un perfil de càrrega específic de corrent constant i tensió constant (CC-CV) que s'ajusta automàticament en funció de la temperatura i dels nivells de tensió de la bateria.

El perfil de càrrega és un aspecte fonamental de les bateries d'ions de li-, ja que descriu com varien el voltatge i el corrent d'una bateria mentre es carrega.

Les bateries d'ions de li{0}} segueixen un perfil de càrrega relativament comú, que es descriu amb més detall a continuació. Tingueu en compte que si un IC carregador proporciona configurabilitat, el dissenyador pot establir els seus propis llindars per a aquestes fases. Aquests llindars configurables són molt beneficiosos, tenint en compte que la majoria de fabricants de bateries especifiquen determinats llindars per a diferents nivells de corrent de càrrega màxima. La configurabilitat pot proporcionar una capa addicional de seguretat protegint la bateria de condicions de sobre-tensió i sobre-temperatura, així com sobrecàrregues, que podrien danyar permanentment la bateria o degradar-ne la capacitat.

Càrrega de degoteig:

En general, la fase de càrrega continua només s'utilitza quan la tensió de la bateria està per sota d'un nivell molt baix (uns 2,1 V). En aquest estat, és possible que l'IC de protecció interna del paquet de bateries hagi desconnectat prèviament la bateria perquè estava profundament descarregada o si s'ha produït un esdeveniment sobre-actual. L'IC del carregador genera un petit corrent (normalment 50 mA) per carregar la capacitat del paquet de bateries, que activa l'IC de protecció per tornar a connectar la bateria tancant els seus FET. Tot i que la càrrega continua sol durar uns segons, el carregador IC hauria d'integrar un temporitzador que deixi de carregar-se si la bateria no es torna a connectar en un període de temps determinat, ja que això indica que la bateria s'ha fet malbé.

Pre{0}}càrrec:

Un cop s'ha tornat a-connectar la bateria o es troba en un estat descarregat, comença la pre-càrrega. Durant la pre-càrrega, el carregador comença a carregar de manera segura la bateria esgotada amb un nivell de corrent baix que normalment és C/10 (on C és la capacitat (en mAh)). Com a resultat de la pre-càrrega, la tensió de la bateria augmenta lentament. L'objectiu de la pre-càrrega és carregar la bateria de manera segura amb un corrent baix. Això evita danys a la cèl·lula, fins que la seva tensió arriba a un nivell més alt.

Càrrega de corrent constant (CC):

La càrrega de corrent constant (CC) també es considera càrrega ràpida, que es descriu amb més detall a continuació. La càrrega CC s'inicia després de la pre-càrrega, un cop la bateria ha arribat a uns 3 V per cèl·lula. En la fase de càrrega CC, és segur que la bateria pugui gestionar corrents de càrrega més altes entre 0,5 i 3 °C. La càrrega CC continua fins que la tensió de la bateria ha arribat al nivell de tensió "ple" o flotant, moment en què comença la fase de tensió constant.

Càrrega de tensió constant (CV):

El llindar de tensió constant (CV) per a les cèl·lules de liti sol estar entre 4,1 V i 4,5 V per cèl·lula. El carregador IC controla la tensió de la bateria durant la càrrega CC. Una vegada que la bateria arriba al llindar CV, el carregador passa de la regulació CC a la regulació CV. La càrrega CV s'implementa perquè la tensió de la bateria externa que veu l'IC del carregador supera la tensió real de la pila de la bateria del paquet. Això es deu a la resistència interna de la cèl·lula, la resistència a la PCB i la resistència en sèrie equivalent (ESR) de la protecció FET i la cèl·lula. Per garantir un funcionament segur, l'IC del carregador no ha de permetre que la tensió de la bateria superi la seva tensió flotant màxima.

Finalització del càrrec:

L'IC del carregador determina quan s'ha d'acabar el cicle de càrrega en funció del corrent que entra a la bateria que cau per sota d'un llindar establert (aproximadament C / 10) durant la fase CV. En aquest punt, la bateria es considera completament carregada i la càrrega s'ha completat. Si la terminació de càrrega està desactivada a l'IC del carregador, el corrent de càrrega disminuirà naturalment fins a 0 mA, però això rarament es fa a la pràctica. Això es deu al fet que la quantitat de càrrega que entra a la bateria disminueix exponencialment durant la càrrega CV (ja que la tensió de la cel·la augmenta com un gran condensador) i es necessitaria molt més temps per recarregar la bateria amb un augment molt petit de capacitat.

El corrent de càrrega real en qualsevol moment pot ser inferior al que s'estableix a causa de les regulacions del bucle, com ara el límit de corrent d'entrada, el límit de tensió d'entrada, la regulació tèrmica o la temperatura de la bateria.