Fundamentos de carregamento de bateria e perfil de carregamento

Carregadores-de íons de lítio são dispositivos que regulam a corrente e a tensão de carregamento da bateria e são comumente usados ​​para dispositivos portáteis, como celulares, laptops e tablets. Em comparação com outros produtos químicos de bateria, as baterias de íons de lítio têm uma das mais altas densidades de energia, fornecem uma voltagem mais alta por célula, podem tolerar correntes mais altas e não precisam ser carregadas lentamente quando a bateria está totalmente carregada. Além disso, as baterias de íons de lítio não têm efeito memória, o que significa que elas não "lembram" uma capacidade de carga menor se forem carregadas antes de estarem totalmente descarregadas. No entanto, as baterias de íon-lítio devem ser carregadas com um perfil de carga específico de corrente constante e tensão constante (CC-CV) que é ajustado automaticamente dependendo da temperatura e dos níveis de tensão da bateria.

O perfil de carregamento é um aspecto fundamental das baterias de íon-lítio, pois descreve como a tensão e a corrente de uma bateria variam enquanto a bateria é carregada.

As baterias-de íon-lítio seguem um perfil de carregamento relativamente comum, descrito com mais detalhes abaixo. Observe que se um IC do carregador fornecer configurabilidade, o projetista poderá definir seus próprios limites para essas fases. Esses limites configuráveis ​​são altamente benéficos, considerando que a maioria dos fabricantes de baterias especifica determinados limites para diferentes níveis máximos de corrente de carga. A configurabilidade pode fornecer uma camada adicional de segurança, protegendo a bateria contra condições de sobre-tensão e sobre{5}}temperatura, bem como sobrecargas, que podem danificar permanentemente a bateria ou degradar sua capacidade.

Carga lenta:

Geralmente, a fase de carga lenta só é usada quando a tensão da bateria está abaixo de um nível muito baixo (cerca de 2,1V). Nesse estado, o IC de proteção interna da bateria pode ter desconectado a bateria anteriormente devido a ela estar profundamente descarregada ou se ocorreu um evento de sobre-corrente. O IC do carregador fornece uma pequena corrente (normalmente 50mA) para carregar a capacitância da bateria, o que aciona o IC de proteção para reconectar a bateria fechando seus FETs. Embora o carregamento lento geralmente dure alguns segundos, o IC do carregador deve integrar um temporizador que interrompe o carregamento se a bateria não for reconectada dentro de um determinado período de tempo, pois isso indica que a bateria foi danificada.

Pré-carregamento:

Depois que a bateria tiver sido reconectada-ou estiver descarregada, o pré-carregamento será iniciado. Durante a pré-carga, o carregador começa a carregar com segurança a bateria descarregada com um nível de corrente baixo que normalmente é C/10 (onde C é a capacidade (em mAh)). Como resultado da pré-carga, a tensão da bateria aumenta lentamente. O objetivo da pré-carga é carregar a bateria com segurança em uma corrente baixa. Isto evita danos à célula, até que sua tensão atinja um nível mais elevado.

Carga de corrente constante (CC):

A carga de corrente constante (CC) também é considerada carga rápida, descrita em mais detalhes abaixo. O carregamento CC começa após a pré-carga, quando a bateria atinge cerca de 3 V por célula. Na fase de carga CC, é seguro para a bateria suportar correntes de carga mais altas entre 0,5C e 3C. O carregamento CC continua até que a tensão da bateria atinja o nível de tensão "cheio" ou flutuante, ponto em que a fase de tensão constante começa.

Carga de Tensão Constante (CV):

O limite de tensão constante (CV) para células de lítio está geralmente entre 4,1 V e 4,5 V por célula. O IC do carregador monitora a tensão da bateria durante o carregamento CC. Assim que a bateria atinge o limite CV, o carregador passa da regulação CC para CV. O carregamento CV é implementado porque a tensão da bateria externa vista pelo IC do carregador excede a tensão real da célula da bateria na bateria. Isso se deve à resistência interna da célula, à resistência do PCB e à resistência em série equivalente (ESR) do FET de proteção e da célula. Para garantir uma operação segura, o IC do carregador não deve permitir que a tensão da bateria exceda a tensão flutuante máxima.

Rescisão de cobrança:

O IC do carregador determina quando encerrar o ciclo de carga com base na corrente que entra na bateria caindo abaixo de um limite definido (cerca de C/10) durante a fase CV. Neste ponto, a bateria é considerada totalmente carregada e o carregamento está concluído. Se a terminação de carga estiver desabilitada no IC do carregador, a corrente de carga cairá naturalmente para 0mA, mas isso raramente é feito na prática. Isso ocorre porque a quantidade de carga que entra na bateria diminui exponencialmente durante o carregamento CV (uma vez que a tensão da célula está aumentando como um grande capacitor), e levaria um tempo significativamente mais longo para recarregar a bateria com um aumento muito pequeno na capacidade.

A corrente de carga real a qualquer momento pode ser inferior ao definido devido às regulamentações do circuito, como o limite de corrente de entrada, o limite de tensão de entrada, a regulação térmica ou a temperatura da bateria.