พื้นฐานการชาร์จแบตเตอรี่และโปรไฟล์การชาร์จ

เครื่องชาร์จ Li- เป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมกระแสและแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่ และมักใช้กับอุปกรณ์พกพา เช่น โทรศัพท์มือถือ แล็ปท็อป และแท็บเล็ต เมื่อเปรียบเทียบกับเคมีภัณฑ์ของแบตเตอรี่อื่นๆ แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนมีความหนาแน่นของพลังงานสูงที่สุดชนิดหนึ่ง ให้แรงดันไฟฟ้าต่อเซลล์ที่สูงกว่า สามารถทนต่อกระแสไฟที่สูงกว่าได้ และไม่จำเป็นต้องชาร์จแบบหยดเมื่อแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้ว นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนไม่มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำ ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่จะไม่ "จดจำ" ความจุประจุที่ต่ำกว่าหากชาร์จก่อนที่จะหมดประจุ อย่างไรก็ตาม จะต้องชาร์จแบตเตอรี่ Li- ด้วยโปรไฟล์การชาร์จกระแสคงที่และแรงดันไฟฟ้าคงที่ (CC-CV) ที่กำหนด ซึ่งจะปรับโดยอัตโนมัติตามอุณหภูมิและระดับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่

โปรไฟล์การชาร์จเป็นลักษณะพื้นฐานของแบตเตอรี่ Li- ไอออน เนื่องจากจะอธิบายว่าแรงดันและกระแสไฟของแบตเตอรี่แตกต่างกันอย่างไรในขณะที่ชาร์จแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียม-มีรูปแบบการชาร์จที่ค่อนข้างธรรมดา โดยมีรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง โปรดทราบว่าหาก IC เครื่องชาร์จมีความสามารถในการกำหนดค่า ผู้ออกแบบอาจสามารถกำหนดเกณฑ์ของตนเองสำหรับขั้นตอนเหล่านี้ได้ เกณฑ์ที่กำหนดได้เหล่านี้มีประโยชน์อย่างมาก เมื่อพิจารณาว่าผู้ผลิตแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ระบุเกณฑ์บางอย่างสำหรับระดับกระแสไฟสูงสุดที่แตกต่างกัน ความสามารถในการกำหนดค่าสามารถช่วยเพิ่มความปลอดภัยอีกชั้นหนึ่งโดยการปกป้องแบตเตอรี่จากสภาวะแรงดันไฟฟ้าเกิน-และอุณหภูมิสูงเกินไป- รวมถึงการโอเวอร์โหลด ซึ่งทั้งหมดนี้อาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายอย่างถาวรหรือลดความจุของแบตเตอรี่ได้

การชาร์จแบบหยด:

โดยทั่วไป เฟสการชาร์จแบบหยดจะใช้เฉพาะเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ต่ำกว่าระดับที่ต่ำมาก (ประมาณ 2.1V) ในสถานะนี้ IC ป้องกันภายในของชุดแบตเตอรี่อาจตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ไปก่อนหน้านี้แล้ว เนื่องจากการคายประจุจนหมด หรือหากมีเหตุการณ์เกิดขึ้นเกิน{2}}ในปัจจุบัน IC เครื่องชาร์จจ่ายกระแสไฟขนาดเล็ก (โดยทั่วไปคือ 50mA) เพื่อชาร์จความจุของชุดแบตเตอรี่ ซึ่งจะกระตุ้นให้ IC ป้องกันเชื่อมต่อแบตเตอรี่อีกครั้งโดยการปิด FET แม้ว่าการชาร์จแบบหยดโดยปกติจะใช้เวลาไม่กี่วินาที แต่ IC เครื่องชาร์จควรรวมตัวจับเวลาที่จะหยุดการชาร์จหากไม่ได้เชื่อมต่อชุดแบตเตอรี่ใหม่ภายในระยะเวลาที่กำหนด เนื่องจากเป็นการบ่งชี้ว่าแบตเตอรี่ได้รับความเสียหาย

ค่าบริการล่วงหน้า-:

เมื่อแบตเตอรี่เชื่อมต่อใหม่-หรืออยู่ในสถานะคายประจุแล้ว -การชาร์จล่วงหน้าจะเริ่มต้นขึ้น ในระหว่างการชาร์จล่วงหน้า- ที่ชาร์จจะเริ่มชาร์จแบตเตอรี่ที่หมดอย่างปลอดภัยด้วยระดับกระแสไฟต่ำซึ่งโดยทั่วไปคือ C / 10 (โดยที่ C คือความจุ (เป็น mAh)) ผลจากการชาร์จล่วงหน้า- แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จึงเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ จุดประสงค์ของการชาร์จล่วงหน้า-คือการชาร์จแบตเตอรี่อย่างปลอดภัยด้วยกระแสไฟต่ำ เพื่อป้องกันความเสียหายต่อเซลล์จนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะถึงระดับที่สูงขึ้น

ค่ากระแสคงที่ (CC):

การชาร์จกระแสคงที่ (CC) ก็ถือเป็นการชาร์จแบบเร็วเช่นกัน ซึ่งมีรายละเอียดอธิบายไว้ด้านล่าง การชาร์จ CC เริ่มต้นหลังจากการชาร์จล่วงหน้า- เมื่อแบตเตอรี่ถึงประมาณ 3V ต่อเซลล์ ในขั้นตอนการชาร์จ CC จะปลอดภัยสำหรับแบตเตอรี่ที่จะจัดการกับกระแสประจุที่สูงขึ้นระหว่าง 0.5C ถึง 3C การชาร์จแบบ CC จะดำเนินต่อไปจนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถึงระดับแรงดันไฟฟ้า "เต็ม" หรือลอยตัว ซึ่ง ณ จุดนี้ เฟสแรงดันไฟฟ้าคงที่จะเริ่มต้นขึ้น

ค่าแรงดันคงที่ (CV):

เกณฑ์แรงดันไฟฟ้าคงที่ (CV) สำหรับเซลล์ลิเธียมมักจะอยู่ระหว่าง 4.1V ถึง 4.5V ต่อเซลล์ IC เครื่องชาร์จจะตรวจสอบแรงดันแบตเตอรี่ระหว่างการชาร์จ CC เมื่อแบตเตอรี่ถึงเกณฑ์ CV ที่ชาร์จจะเปลี่ยนจากการควบคุม CC เป็น CV การชาร์จ CV เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่ภายนอกที่ IC เครื่องชาร์จเห็นนั้นเกินแรงดันเซลล์แบตเตอรี่จริงในชุด นี่เป็นเพราะความต้านทานของเซลล์ภายใน ความต้านทานของ PCB และความต้านทานอนุกรมที่เทียบเท่า (ESR) จากการป้องกัน FET และเซลล์ เพื่อรับประกันการทำงานที่ปลอดภัย IC เครื่องชาร์จจะต้องไม่อนุญาตให้แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เกินแรงดันไฟฟ้าลอยสูงสุด

การยุติการชาร์จ:

IC เครื่องชาร์จจะกำหนดเวลาที่จะยุติวงจรการชาร์จโดยพิจารณาจากกระแสไฟฟ้าที่เข้าสู่แบตเตอรี่ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด (ประมาณ C / 10) ในระหว่างเฟส CV ณ จุดนี้ ถือว่าแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้ว และการชาร์จเสร็จสมบูรณ์ หากการยุติการชาร์จถูกปิดใช้งานใน IC เครื่องชาร์จ กระแสประจุจะลดลงเหลือ 0mA ตามธรรมชาติ แต่ในทางปฏิบัติไม่ค่อยเกิดขึ้น เนื่องจากปริมาณประจุที่เข้าสู่แบตเตอรี่ลดลงแบบทวีคูณระหว่างการชาร์จ CV (เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เพิ่มขึ้นเหมือนตัวเก็บประจุขนาดใหญ่) และจะใช้เวลานานขึ้นอย่างมากในการชาร์จแบตเตอรี่ด้วยความจุที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย

กระแสไฟชาร์จจริง ณ เวลาใดๆ อาจต่ำกว่าที่ตั้งไว้เนื่องจากกฎข้อบังคับของลูป เช่น ขีดจำกัดกระแสอินพุต ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าอินพุต การควบคุมความร้อน หรืออุณหภูมิของแบตเตอรี่