Grunnleggende om batterilading og ladeprofil

Li-ion-ladere er enheter som regulerer batteriets ladestrøm og spenning, og brukes ofte til bærbare enheter, for eksempel mobiltelefoner, bærbare datamaskiner og nettbrett. Sammenlignet med andre batterikjemier har Li-ion-batterier en av de høyeste energitetthetene, gir en høyere spenning per celle, tåler høyere strømmer og trenger ikke vedlikeholdslades når batteriet er fulladet. I tillegg har ikke Li-ion-batterier en minneeffekt, noe som betyr at de ikke "husker" en lavere ladekapasitet hvis de lades før de er helt utladet. Li-ion-batterier må imidlertid lades med en spesifikk konstant strøm og konstant spenning (CC-CV) ladeprofil som justeres automatisk avhengig av batteriets temperatur og spenningsnivåer.

Ladeprofilen er et grunnleggende aspekt ved Li-ion-batterier, siden den beskriver hvordan et batteris spenning og strøm varierer mens batteriet lades.

Li-ion-batterier følger en relativt vanlig ladeprofil, beskrevet mer detaljert nedenfor. Merk at hvis en lader-IC gir konfigurerbarhet, kan designeren være i stand til å sette sine egne terskler for disse fasene. Disse konfigurerbare tersklene er svært fordelaktige, med tanke på at de fleste batteriprodusenter spesifiserer visse terskler for forskjellige maksimale ladestrømnivåer. Konfigurerbarhet kan gi et ekstra lag med sikkerhet ved å beskytte batteriet mot over-spenning og over-temperaturforhold, samt overbelastninger, som alle kan skade batteriet permanent eller forringe dets kapasitet.

vedlikeholdslading:

Vanligvis brukes vedlikeholdsladingsfasen kun når batterispenningen er under et svært lavt nivå (ca. 2,1V). I denne tilstanden kan batteripakkens interne beskyttelses-IC tidligere ha koblet fra batteriet på grunn av at det var dypt utladet, eller hvis det oppstod en over{2}}strømhendelse. Laderens IC gir en liten strøm (vanligvis 50mA) for å lade kapasitansen til batteripakken, noe som utløser beskyttelses-ICen for å koble til batteriet igjen ved å lukke FET-ene. Selv om vedlikeholdslading vanligvis varer i noen sekunder, bør laderens IC integrere en timer som slutter å lade hvis batteripakken ikke kobles til igjen innen en viss tid, da dette indikerer at batteriet har blitt skadet.

Forhånds-lading:

Når batteripakken er-tilkoblet igjen eller er i utladet tilstand, begynner for-ladingen. Under for-lading begynner laderen å lade det tomme batteriet trygt med et lavt strømnivå som typisk er C / 10 (der C er kapasiteten (i mAh)). Som et resultat av for-opplading øker batterispenningen sakte. Formålet med for-opplading er å trygt lade batteriet ved lav strøm. Dette forhindrer skade på cellen, inntil spenningen når et høyere nivå.

Konstant strøm (CC) ladning:

Konstant strømlading (CC) regnes også som hurtiglading, som er beskrevet mer detaljert nedenfor. CC-lading starter etter for-lading, når batteriet har nådd ca. 3V per celle. I CC-ladefasen er det trygt for batteriet å håndtere høyere ladestrømmer mellom 0,5C og 3C. CC-ladingen fortsetter til batterispenningen har nådd "full" eller flytende spenningsnivå, hvorpå den konstante spenningsfasen begynner.

Konstant spenning (CV) ladning:

Terskelen for konstant spenning (CV) for litiumceller er vanligvis mellom 4,1V og 4,5V per celle. Laderen IC overvåker batterispenningen under CC-lading. Når batteriet når CV-terskelen, går laderen over fra CC- til CV-regulering. CV-lading er implementert fordi den eksterne batteripakkespenningen sett av laderens IC overskrider den faktiske battericellespenningen i pakken. Dette skyldes den interne cellemotstanden, PCB-motstanden og den tilsvarende seriemotstanden (ESR) fra beskyttelses-FET og cellen. For å garantere sikker drift må ikke laderens IC tillate at batterispenningen overskrider den maksimale flytende spenningen.

Avslutning av belastning:

Laderens IC bestemmer når ladesyklusen skal avsluttes basert på at strømmen som går inn i batteriet faller under en fastsatt terskel (ca. C / 10) under CV-fasen. På dette tidspunktet anses batteriet som fulladet og ladingen er fullført. Hvis ladeterminering er deaktivert i laderens IC, vil ladestrømmen naturlig avta til 0mA, men dette gjøres sjelden i praksis. Dette er fordi mengden ladning som går inn i batteriet eksponentielt synker under CV-lading (siden cellespenningen øker som en stor kondensator), og det vil ta betydelig lengre tid å lade batteriet med en svært liten økning i kapasitet.

Den faktiske ladestrømmen til enhver tid kan være lavere enn det som er innstilt på grunn av sløyfeforskrifter, for eksempel inngangsstrømgrensen, inngangsspenningsgrensen, termisk regulering eller batteritemperatur.