اصول شارژ باتری و مشخصات شارژ

شارژرهای لیتیوم یونی دستگاه‌هایی هستند که جریان و ولتاژ شارژ باتری را تنظیم می‌کنند و معمولاً برای دستگاه‌های قابل حمل مانند تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و تبلت‌ها استفاده می‌شوند. در مقایسه با سایر مواد شیمیایی باتری، باتری‌های لی- یون یکی از بالاترین چگالی انرژی را دارند، ولتاژ بالاتری را در هر سلول ارائه می‌دهند، می‌توانند جریان‌های بالاتری را تحمل کنند، و نیازی به شارژ شدن قطره‌ای در هنگام شارژ کامل باتری ندارند. علاوه بر این، باتری‌های لیتیوم یون اثر حافظه ندارند، به این معنی که اگر قبل از اتمام کامل شارژ شوند، ظرفیت شارژ کمتری را به خاطر نمی‌آورند. با این حال، باتری‌های لیتیوم یونی باید با مشخصات شارژ جریان ثابت و ولتاژ ثابت (CC{7}}CV) که به طور خودکار بسته به درجه حرارت و ولتاژ باتری تنظیم می‌شود، شارژ شوند.

نمایه شارژ یکی از جنبه‌های اساسی باتری‌های لی-یونی است، زیرا توضیح می‌دهد که چگونه ولتاژ و جریان باتری در حین شارژ شدن باتری تغییر می‌کند.

باتری‌های لی-یونی از مشخصات شارژ نسبتاً متداول پیروی می‌کنند که با جزئیات بیشتر در زیر توضیح داده شده است. توجه داشته باشید که اگر آی سی شارژر قابلیت پیکربندی را ارائه دهد، طراح ممکن است بتواند آستانه های خود را برای این فازها تعیین کند. این آستانه های قابل تنظیم بسیار سودمند هستند، با توجه به اینکه اکثر سازندگان باتری آستانه های خاصی را برای سطوح مختلف حداکثر جریان شارژ مشخص می کنند. قابلیت پیکربندی می‌تواند با محافظت از باتری در برابر شرایط دمایی بیش از-ولتاژ و بیش از-و همچنین بارهای اضافی، که همگی می‌توانند به طور دائم به باتری آسیب بزنند یا ظرفیت آن را کاهش دهند، یک لایه ایمنی اضافی ایجاد کند.

شارژ قطره ای:

به طور کلی، فاز شارژ قطره ای تنها زمانی استفاده می شود که ولتاژ باتری کمتر از سطح بسیار پایین (حدود 2.1 ولت) باشد. در این حالت، آی سی محافظ داخلی بسته باتری ممکن است قبلاً باتری را به دلیل تخلیه عمیق آن قطع کرده باشد یا اگر یک رویداد بیش از-جریان رخ داده باشد. آی سی شارژر یک جریان کوچک (معمولاً 50 میلی آمپر) برای شارژ ظرفیت بسته باتری ایجاد می کند که باعث می شود آی سی محافظ باتری را با بستن FET های آن دوباره وصل کند. اگرچه شارژ قطره‌ای معمولاً چند ثانیه طول می‌کشد، آی سی شارژر باید تایمری را تعبیه کند که اگر بسته باتری در مدت زمان معینی دوباره وصل نشود، شارژ را متوقف می‌کند، زیرا این نشان می‌دهد که باتری آسیب دیده است.

پیش-شارژ:

هنگامی که بسته باتری دوباره {{0}وصل شد یا در حالت تخلیه قرار گرفت، شارژ اولیه شروع می‌شود. در حین شارژ اولیه، شارژر شروع به شارژ ایمن باتری تخلیه شده با سطح جریان پایینی می کند که معمولاً C / 10 است (که در آن C ظرفیت (بر حسب میلی آمپر ساعت) است). در نتیجه شارژ قبلی، ولتاژ باتری به آرامی افزایش می یابد. هدف از قبل{8}}شارژ کردن، شارژ ایمن باتری در جریان کم است. این کار تا زمانی که ولتاژ آن به سطح بالاتری برسد از آسیب به سلول جلوگیری می کند.

شارژ جریان ثابت (CC):

شارژ جریان ثابت (CC) نیز شارژ سریع در نظر گرفته می شود که در زیر با جزئیات بیشتر توضیح داده شده است. شارژ CC پس از {1}قبل شارژ شدن، هنگامی که باتری به حدود 3 ولت در هر سلول رسید، شروع می شود. در فاز شارژ CC، تحمل جریان شارژ بالاتر بین 0.5 تا 3 درجه سانتیگراد برای باتری بی خطر است. شارژ CC تا زمانی ادامه می یابد که ولتاژ باتری به سطح ولتاژ "فول" یا شناور برسد، در این مرحله، فاز ولتاژ ثابت آغاز می شود.

شارژ ولتاژ ثابت (CV):

آستانه ولتاژ ثابت (CV) برای سلول های لیتیومی معمولاً بین 4.1 ولت و 4.5 ولت در هر سلول است. آی سی شارژر ولتاژ باتری را در طول شارژ CC نظارت می کند. هنگامی که باتری به آستانه CV رسید، شارژر از CC به تنظیم CV تغییر می کند. شارژ CV به این دلیل اجرا می شود که ولتاژ بسته باتری خارجی که توسط آی سی شارژر مشاهده می شود از ولتاژ واقعی سلول باتری در بسته بیشتر است. این به دلیل مقاومت سلول داخلی، مقاومت PCB و مقاومت سری معادل (ESR) از FET و سلول محافظ است. برای تضمین عملکرد ایمن، آی سی شارژر نباید اجازه دهد ولتاژ باتری از حداکثر ولتاژ شناور خود بیشتر شود.

خاتمه شارژ:

آی سی شارژر زمان خاتمه چرخه شارژ را بر اساس جریانی که به باتری وارد می شود و در طول فاز CV به زیر یک آستانه تعیین شده (حدود C/10) می رسد، تعیین می کند. در این مرحله باتری کاملاً شارژ شده در نظر گرفته می شود و شارژ کامل شده است. اگر پایان شارژ در آی سی شارژر غیرفعال باشد، جریان شارژ به طور طبیعی به 0 میلی آمپر کاهش می یابد، اما در عمل این کار به ندرت انجام می شود. این به این دلیل است که میزان شارژی که به باتری وارد می‌شود در طول شارژ CV به طور تصاعدی کاهش می‌یابد (از آنجایی که ولتاژ سلول مانند یک خازن بزرگ در حال افزایش است)، و زمان قابل توجهی برای شارژ مجدد باتری با افزایش بسیار کمی ظرفیت طول می‌کشد.

جریان شارژ واقعی در هر لحظه می تواند کمتر از آنچه تنظیم شده است، به دلیل مقررات حلقه، مانند محدودیت جریان ورودی، محدودیت ولتاژ ورودی، تنظیم حرارتی، یا دمای باتری باشد.