Akun latauksen perusteet ja latausprofiili

Li-ioni laturit ovat laitteita, jotka säätelevät akun latausvirtaa ja -jännitettä, ja niitä käytetään yleisesti kannettavissa laitteissa, kuten matkapuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa ja tableteissa. Verrattuna muihin akkukemioihin Li-ioni-akuilla on yksi suurimmista energiatiheyksistä, ne tarjoavat korkeamman jännitteen kennoa kohden, kestävät suurempia virtoja, eikä niitä tarvitse purkaa, kun akku on ladattu täyteen. Lisäksi Li-ioni-akuilla ei ole muistiefektiä, mikä tarkoittaa, että ne eivät "muista" pienempää latauskapasiteettia, jos ne ladataan ennen kuin ne ovat täysin tyhjentyneet. Li-ioni-akut on kuitenkin ladattava tietyllä vakiovirran ja vakiojännitteen (CC-CV) latausprofiililla, jota säädetään automaattisesti akun lämpötilan ja jännitetason mukaan.

Latausprofiili on Li{0}}ioni-akkujen perustavanlaatuinen osa, sillä se kuvaa, kuinka akun jännite ja virta vaihtelevat akun latauksen aikana.

Li-ioni-akut noudattavat suhteellisen yleistä latausprofiilia, jota kuvataan tarkemmin alla. Huomaa, että jos laturin IC tarjoaa konfiguroitavuuden, suunnittelija saattaa pystyä asettamaan omat kynnysarvonsa näille vaiheille. Nämä konfiguroitavat kynnysarvot ovat erittäin hyödyllisiä, koska useimmat akkuvalmistajat määrittävät tietyt kynnysarvot erilaisille enimmäislatausvirran tasoille. Konfiguroitavuus voi tarjota lisäturvaa suojaamalla akkua yli-jännitteeltä ja yli{5}}lämpötiloilta sekä ylikuormituksilta, jotka voivat vahingoittaa akkua pysyvästi tai heikentää sen kapasiteettia.

Virtavaraus:

Yleensä valumavarausvaihetta käytetään vain, kun akun jännite on alle erittäin alhaisen tason (noin 2,1 V). Tässä tilassa akun sisäinen suojaus-IC on saattanut irrottaa akun, koska se on syväpurkautunut tai jos tapahtui ylivirta-. Laturin IC syöttää pienen virran (tyypillisesti 50 mA) akun kapasitanssin lataamiseksi, mikä laukaisee suojapiirin kytkemään akun uudelleen sulkemalla sen FETit. Vaikka pisaralataus kestää yleensä muutaman sekunnin, laturin IC:n tulisi integroida ajastin, joka lopettaa lataamisen, jos akkua ei kytketä uudelleen tietyn ajan kuluessa, koska tämä osoittaa, että akku on vaurioitunut.

Ennakko-veloitus:

Kun akku on liitetty uudelleen-tai se on tyhjä, esilataus alkaa-. Esilatauksen aikana laturi alkaa turvallisesti ladata tyhjentynyttä akkua alhaisella virtatasolla, joka on tyypillisesti C / 10 (jossa C on kapasiteetti (mAh)). Esilatauksen- seurauksena akun jännite nousee hitaasti. Esilatauksen tarkoitus- on ladata akku turvallisesti alhaisella virralla. Tämä estää kennon vahingoittumisen, kunnes sen jännite saavuttaa korkeamman tason.

Vakiovirta (CC) -veloitus:

Vakiovirtalatausta (CC) pidetään myös pikalatauksena, jota kuvataan tarkemmin alla. CC-lataus alkaa esi-latauksen jälkeen, kun akku on saavuttanut noin 3 V per kenno. CC-latausvaiheessa akun on turvallista käsitellä suurempia latausvirtoja 0,5-3 C välillä. CC-lataus jatkuu, kunnes akun jännite on saavuttanut "täyden" eli kelluvan jännitetason, jolloin alkaa vakiojännitevaihe.

Vakiojännite (CV) lataus:

Litiumkennojen vakiojännitteen (CV) kynnys on yleensä välillä 4,1–4,5 V per kenno. Laturin IC tarkkailee akun jännitettä CC-latauksen aikana. Kun akku saavuttaa CV-kynnyksen, laturi siirtyy CC:stä CV-säätöön. CV-lataus on toteutettu, koska laturin IC:n näkemä ulkoisen akun jännite ylittää akun todellisen akkukennon jännitteen. Tämä johtuu solun sisäisestä resistanssista, PCB-resistanssista ja suoja-FET:n ja kennon vastaavasta sarjaresistanssista (ESR). Turvallisen toiminnan takaamiseksi laturin IC ei saa antaa akun jännitteen ylittää sen suurinta kelluvaa jännitettä.

Maksun lopettaminen:

Laturin IC määrittää, milloin latausjakso on lopetettava, koska akkuun menevä virta putoaa alle asetetun kynnyksen (noin C / 10) CV-vaiheen aikana. Tässä vaiheessa akun katsotaan olevan täyteen ladattu ja lataus on valmis. Jos latauksen päättäminen on poistettu käytöstä laturin IC:ssä, latausvirta pienenee luonnollisesti 0 mA:iin, mutta käytännössä näin tehdään harvoin. Tämä johtuu siitä, että akkuun menevän latauksen määrä vähenee eksponentiaalisesti CV-latauksen aikana (koska kennojännite kasvaa suuren kondensaattorin tavoin), ja akun lataaminen kestäisi huomattavasti kauemmin, jos kapasiteetti kasvaa hyvin vähän.

Todellinen latausvirta voi kulloinkin olla pienempi kuin mikä on asetettu silmukkasäädösten, kuten tulovirtarajan, syöttöjänniterajan, lämpösäädön tai akun lämpötilan vuoksi.