Basisprincipes van het opladen van de batterij en het oplaadprofiel

Li-ion-opladers zijn apparaten die de laadstroom en -spanning van de batterij regelen en worden vaak gebruikt voor draagbare apparaten, zoals mobiele telefoons, laptops en tablets. Vergeleken met andere batterijchemie hebben Li--ionbatterijen een van de hoogste energiedichtheden, leveren ze een hogere spanning per cel, kunnen ze hogere stromen verdragen en hoeven ze niet druppelsgewijs te worden opgeladen als de batterij volledig is opgeladen. Bovendien hebben Li--ionbatterijen geen geheugeneffect, wat betekent dat ze een lagere laadcapaciteit niet "herinneren" als ze worden opgeladen voordat ze volledig leeg zijn. Li-ion-accu's moeten echter worden opgeladen met een specifiek laadprofiel met constante stroom en constante spanning (CC-CV) dat automatisch wordt aangepast afhankelijk van de temperatuur en het spanningsniveau van de accu.

Het oplaadprofiel is een fundamenteel aspect van Li--ionbatterijen, omdat het beschrijft hoe de spanning en stroom van een batterij variëren terwijl de batterij wordt opgeladen.

Li--ionbatterijen volgen een relatief algemeen oplaadprofiel, dat hieronder in meer detail wordt beschreven. Merk op dat als een lader-IC configureerbaarheid biedt, de ontwerper mogelijk zijn eigen drempels voor deze fasen kan instellen. Deze configureerbare drempels zijn zeer nuttig, aangezien de meeste batterijfabrikanten bepaalde drempels specificeren voor verschillende maximale laadstroomniveaus. Configureerbaarheid kan een extra veiligheidslaag bieden door de batterij te beschermen tegen te hoge -spanning en te hoge- temperaturen, evenals tegen overbelasting, die de batterij permanent kunnen beschadigen of de capaciteit ervan kunnen verminderen.

Druppellading:

Over het algemeen wordt de druppellaadfase alleen gebruikt als de accuspanning onder een zeer laag niveau ligt (ongeveer 2,1 V). In deze toestand heeft het interne beschermings-IC van de batterij mogelijk de batterij eerder losgekoppeld omdat deze diep ontladen was of als er een over- overstroomgebeurtenis plaatsvond. Het lader-IC levert een kleine stroom (doorgaans 50 mA) om de capaciteit van het batterijpakket op te laden, waardoor het beveiligings-IC de batterij opnieuw aansluit door de FET's te sluiten. Hoewel druppelladen doorgaans enkele seconden duurt, moet het lader-IC een timer bevatten die stopt met opladen als de accu niet binnen een bepaalde tijd opnieuw wordt aangesloten, omdat dit aangeeft dat de accu beschadigd is.

Vooraf-Opladen:

Zodra de accu opnieuw is-aangesloten of zich in een ontladen toestand bevindt, begint het voor-laden. Tijdens het voor- opladen begint de lader de lege batterij veilig op te laden met een laag stroomniveau dat doorgaans C / 10 is (waarbij C de capaciteit is (in mAh)). Als gevolg van het voor-opladen stijgt de accuspanning langzaam. Het doel van voor-opladen is om de batterij veilig op te laden bij een lage stroomsterkte. Dit voorkomt schade aan de cel, totdat de spanning een hoger niveau bereikt.

Constante stroom (CC) opladen:

Laden met constante stroom (CC) wordt ook beschouwd als snelladen, wat hieronder in meer detail wordt beschreven. CC-opladen begint na voor-opladen, zodra de batterij ongeveer 3 V per cel heeft bereikt. In de CC-laadfase is het veilig voor de accu om hogere laadstromen tussen 0,5C en 3C aan te kunnen. Het CC-laden gaat door totdat de accuspanning het "volledige" of zwevende spanningsniveau heeft bereikt, op welk punt de constante spanningsfase begint.

Constante spanning (CV) opladen:

De drempelwaarde voor constante spanning (CV) voor lithiumcellen ligt gewoonlijk tussen 4,1 V en 4,5 V per cel. Het lader-IC bewaakt de accuspanning tijdens CC-laden. Zodra de accu de CV-drempel bereikt, schakelt de lader over van CC- naar CV-regeling. CV-laden wordt geïmplementeerd omdat de spanning van het externe batterijpakket, waargenomen door het lader-IC, de werkelijke batterijcelspanning in het pakket overschrijdt. Dit komt door de interne celweerstand, PCB-weerstand en de equivalente serieweerstand (ESR) van de beschermings-FET en cel. Om een ​​veilige werking te garanderen, mag het lader-IC niet toestaan ​​dat de batterijspanning de maximale zwevende spanning overschrijdt.

Beëindiging van de kosten:

Het lader-IC bepaalt wanneer de laadcyclus moet worden beëindigd op basis van de stroom die in de accu gaat, die tijdens de CV-fase onder een ingestelde drempel daalt (ongeveer C / 10). Op dit punt wordt de batterij als volledig opgeladen beschouwd en is het opladen voltooid. Als de laadbeëindiging is uitgeschakeld in het lader-IC, zal de laadstroom op natuurlijke wijze afnemen tot 0 mA, maar dit wordt in de praktijk zelden gedaan. Dit komt doordat de hoeveelheid lading die de accu binnengaat exponentieel afneemt tijdens het CV-laden (aangezien de celspanning toeneemt als een grote condensator), en het aanzienlijk langer zou duren om de accu op te laden met een zeer kleine toename van de capaciteit.

De werkelijke laadstroom kan op elk moment lager zijn dan wat is ingesteld als gevolg van lusregelgeving, zoals de ingangsstroomlimiet, de ingangsspanningslimiet, thermische regeling of batterijtemperatuur.