Základy nabíjania batérie a profil nabíjania

Lítium{0}}nabíjačky sú zariadenia, ktoré regulujú nabíjací prúd a napätie batérie a bežne sa používajú pre prenosné zariadenia, ako sú mobilné telefóny, notebooky a tablety. V porovnaní s inými chemickými zložkami batérií majú lítium-iónové batérie jednu z najvyšších hustôt energie, poskytujú vyššie napätie na článok, znesú vyššie prúdy a po úplnom nabití batérie sa nemusia nabíjať postupne. Okrem toho lítium{4}}iónové batérie nemajú pamäťový efekt, čo znamená, že si „nepamätajú“ nižšiu kapacitu nabitia, ak sú nabité pred úplným vybitím. Lítium-iónové batérie sa však musia nabíjať špecifickým profilom nabíjania s konštantným prúdom a konštantným napätím (CC-CV), ktorý sa automaticky nastavuje v závislosti od teploty a úrovne napätia batérie.

Profil nabíjania je základným aspektom lítium{0}}iónových batérií, pretože popisuje, ako sa mení napätie a prúd batérie počas nabíjania.

Lítium{0}}iónové batérie majú relatívne bežný nabíjací profil, ktorý je podrobnejšie opísaný nižšie. Upozorňujeme, že ak integrovaný obvod nabíjačky poskytuje konfigurovateľnosť, dizajnér môže byť schopný nastaviť vlastné prahové hodnoty pre tieto fázy. Tieto konfigurovateľné prahové hodnoty sú veľmi výhodné vzhľadom na to, že väčšina výrobcov batérií špecifikuje určité prahové hodnoty pre rôzne maximálne úrovne nabíjacieho prúdu. Konfigurovateľnosť môže poskytnúť ďalšiu úroveň bezpečnosti tým, že chráni batériu pred prepätím a nadmernými{5}}teplotami, ako aj preťažením, ktoré by mohlo batériu natrvalo poškodiť alebo znížiť jej kapacitu.

Udržiavacie nabíjanie:

Vo všeobecnosti sa fáza udržiavacieho nabíjania používa iba vtedy, keď je napätie batérie pod veľmi nízkou úrovňou (asi 2,1 V). V tomto stave môže interný ochranný integrovaný obvod batérie predtým odpojiť batériu z dôvodu jej hlbokého vybitia alebo ak došlo k nadprúdu. IC nabíjačky generuje malý prúd (zvyčajne 50 mA) na nabitie kapacity batérie, čo spustí ochranný IC, aby znovu pripojil batériu uzavretím svojich FET. Aj keď udržiavacie nabíjanie zvyčajne trvá niekoľko sekúnd, integrovaný obvod nabíjačky by mal obsahovať časovač, ktorý zastaví nabíjanie, ak sa batéria do určitého času znova nepripojí, pretože to znamená, že batéria bola poškodená.

Pred{0}}účtovanie:

Po opätovnom{0}}pripojení batérie alebo jej vybití sa začne predbežné{1}}nabíjanie. Počas predbežného-nabíjania začne nabíjačka bezpečne nabíjať vybitú batériu s nízkou úrovňou prúdu, ktorá je zvyčajne C/10 (kde C je kapacita (v mAh)). V dôsledku predbežného-nabitia sa napätie batérie pomaly zvyšuje. Účelom predbežného nabíjania-je bezpečne nabiť batériu pri nízkom prúde. Tým sa zabráni poškodeniu článku, kým jeho napätie nedosiahne vyššiu úroveň.

Nabíjanie konštantným prúdom (CC):

Nabíjanie konštantným prúdom (CC) sa tiež považuje za rýchle nabíjanie, ktoré je podrobnejšie popísané nižšie. Nabíjanie CC sa spustí po pred{1}}nabití, keď batéria dosiahne približne 3 V na článok. Vo fáze nabíjania CC je pre batériu bezpečné zvládnuť vyššie nabíjacie prúdy medzi 0,5C a 3C. CC nabíjanie pokračuje, kým napätie batérie nedosiahne "plnú" alebo plávajúcu úroveň napätia, kedy začne fáza konštantného napätia.

Nabíjanie konštantným napätím (CV):

Prah konštantného napätia (CV) pre lítiové články je zvyčajne medzi 4,1 V a 4,5 V na článok. IC nabíjačky monitoruje napätie batérie počas nabíjania CC. Keď batéria dosiahne prah CV, nabíjačka prejde z regulácie CC na reguláciu CV. CV nabíjanie je implementované, pretože napätie externej batérie, ktoré vidí IC nabíjačky, prevyšuje skutočné napätie batérie v súprave. Je to spôsobené vnútorným odporom článku, odporom PCB a ekvivalentným sériovým odporom (ESR) z ochranného FET a článku. Aby bola zaručená bezpečná prevádzka, integrovaný obvod nabíjačky nesmie dovoliť, aby napätie batérie prekročilo svoje maximálne pohyblivé napätie.

Ukončenie účtovania:

IC nabíjačky určuje, kedy sa má ukončiť nabíjací cyklus, na základe poklesu prúdu do batérie pod nastavenú prahovú hodnotu (približne C / 10) počas fázy CV. V tomto bode sa batéria považuje za plne nabitú a nabíjanie je dokončené. Ak je ukončenie nabíjania vypnuté v IC nabíjačky, nabíjací prúd sa prirodzene zníži na 0 mA, ale v praxi sa to robí len zriedka. Je to preto, že množstvo náboja smerujúceho do batérie počas nabíjania CV exponenciálne klesá (keďže napätie článku sa zvyšuje ako pri veľkom kondenzátore) a dobitie batérie by pri veľmi malom zvýšení kapacity trvalo podstatne dlhšie.

Skutočný nabíjací prúd môže byť kedykoľvek nižší, ako je nastavený v dôsledku regulácií slučky, ako je limit vstupného prúdu, limit vstupného napätia, tepelná regulácia alebo teplota batérie.