Pil Şarj Etmenin Temelleri ve Şarj Profili

Li-iyon şarj cihazları, pil şarj akımını ve voltajını düzenleyen cihazlardır ve genellikle cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve tabletler gibi taşınabilir cihazlar için kullanılır. Diğer pil kimyalarıyla karşılaştırıldığında, Li-ion piller en yüksek enerji yoğunluklarından birine sahiptir, hücre başına daha yüksek voltaj sağlar, daha yüksek akımları tolere edebilir ve pil tamamen şarj olduğunda yavaş yavaş şarj edilmesi gerekmez. Ayrıca Li-iyon pillerin hafıza etkisi yoktur, yani tamamen tükenmeden şarj edilirlerse daha düşük bir şarj kapasitesini "hatırlamazlar". Ancak Li-iyon pillerin, pilin sıcaklığına ve voltaj seviyelerine bağlı olarak otomatik olarak ayarlanan belirli bir sabit akım ve sabit voltaj (CC-CV) şarj profiliyle şarj edilmesi gerekir.

Şarj profili, Li-iyon pillerin temel bir özelliğidir çünkü pil şarj edilirken pil voltajının ve akımının nasıl değiştiğini açıklar.

Li-iyon piller, aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklanan nispeten yaygın bir şarj profilini takip eder. Bir şarj cihazı IC'si yapılandırılabilirlik sağlıyorsa tasarımcının bu aşamalar için kendi eşiklerini ayarlayabileceğini unutmayın. Çoğu pil üreticisinin farklı maksimum şarj akımı seviyeleri için belirli eşik değerleri belirlediği göz önüne alındığında, bu yapılandırılabilir eşikler son derece faydalıdır. Yapılandırılabilirlik, pili aşırı-voltaj ve aşırı-sıcaklık koşullarının yanı sıra, pile kalıcı olarak zarar verebilecek veya kapasitesini düşürebilecek aşırı yüklere karşı koruyarak ek bir güvenlik katmanı sağlayabilir.

Damlama Şarjı:

Genel olarak, damlama şarjı aşaması yalnızca akü voltajı çok düşük bir seviyenin (yaklaşık 2,1V) altında olduğunda kullanılır. Bu durumda, pil takımının dahili koruma IC'si, derin deşarj olması veya aşırı-akım olayının meydana gelmesi nedeniyle daha önce pilin bağlantısını kesmiş olabilir. Şarj cihazı IC'si, pil takımının kapasitansını şarj etmek için küçük bir akım (tipik olarak 50mA) sağlar; bu, koruma IC'sinin FET'lerini kapatarak pili yeniden bağlamasını tetikler. Yavaş şarj genellikle birkaç saniye sürse de, şarj cihazı IC'si, pil takımı belirli bir süre içinde yeniden bağlanmadığı takdirde şarjı durduran bir zamanlayıcı entegre etmelidir; çünkü bu, pilin hasar gördüğünü gösterir.

Ön-Şarj:

Pil takımı yeniden-bağlandığında veya şarjı boşaldığında, ön-şarj işlemi başlar. Ön-şarj sırasında, şarj cihazı boşalmış pili genellikle C / 10 olan düşük bir akım seviyesiyle güvenli bir şekilde şarj etmeye başlar (burada C, kapasitedir (mAh cinsinden)). Ön-şarjın bir sonucu olarak akü voltajı yavaş yavaş yükselir. Ön şarjın amacı-pili düşük akımda güvenli bir şekilde şarj etmektir. Bu, voltajı daha yüksek bir seviyeye ulaşana kadar hücrenin zarar görmesini önler.

Sabit Akım (CC) Şarjı:

Sabit akım (CC) şarjı aynı zamanda aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklanan hızlı şarj olarak da kabul edilir. CC şarjı, ön-şarjın ardından, pil hücre başına yaklaşık 3V'a ulaştığında başlar. CC şarj aşamasında pilin 0,5C ile 3C arasındaki daha yüksek şarj akımlarını taşıması güvenlidir. CC şarjı, akü voltajı "tam" veya değişken voltaj seviyesine ulaşana kadar devam eder; bu noktada sabit voltaj aşaması başlar.

Sabit Gerilim (CV) Şarjı:

Lityum hücreler için sabit voltaj (CV) eşiği genellikle hücre başına 4,1V ile 4,5V arasındadır. Şarj cihazı IC'si, CC şarjı sırasında akü voltajını izler. Pil CV eşiğine ulaştığında şarj cihazı CC'den CV düzenlemesine geçer. CV şarjı, şarj cihazı IC'si tarafından görülen harici akü paketi voltajının paketteki gerçek akü hücresi voltajını aşması nedeniyle uygulanır. Bunun nedeni dahili hücre direnci, PCB direnci ve koruma FET ile hücreden gelen eşdeğer seri dirençtir (ESR). Güvenli çalışmayı garanti etmek için şarj cihazı IC'si, akü voltajının maksimum kayan voltajı aşmasına izin vermemelidir.

Şarj Sonlandırma:

Şarj cihazı IC'si, CV aşaması sırasında aküye giden akımın belirli bir eşiğin (yaklaşık C / 10) altına düşmesine bağlı olarak şarj döngüsünün ne zaman sonlandırılacağını belirler. Bu noktada pilin tamamen şarj olduğu kabul edilir ve şarj işlemi tamamlanır. Şarj cihazı IC'sinde şarj sonlandırma devre dışı bırakılırsa, şarj akımı doğal olarak 0 mA'ya düşecektir, ancak bu pratikte nadiren yapılır. Bunun nedeni, CV şarjı sırasında aküye giden şarj miktarının katlanarak azalması (çünkü hücre voltajı büyük bir kapasitör gibi artıyor) ve çok küçük bir kapasite artışıyla akünün yeniden şarj edilmesi çok daha uzun zaman alacak.

Herhangi bir andaki gerçek şarj akımı, giriş akımı sınırı, giriş voltajı sınırı, termal düzenleme veya akü sıcaklığı gibi döngü düzenlemeleri nedeniyle ayarlanandan daha düşük olabilir.