יסודות טעינת הסוללה ופרופיל הטעינה

מטעני לית-יון הם מכשירים המווסתים את זרם הטעינה והמתח של הסוללה, והם משמשים בדרך כלל עבור מכשירים ניידים, כגון טלפונים ניידים, מחשבים ניידים וטאבלטים. בהשוואה לכימיקלים אחרים של סוללות, לסוללות Li-יון יש את צפיפות האנרגיה הגבוהה ביותר, מספקות מתח גבוה יותר לתא, יכולות לסבול זרמים גבוהים יותר, ואינן צריכות להיטען בטפטוף כשהסוללה טעונה במלואה. בנוסף, לסוללות Li-אין אפקט זיכרון, כלומר הן אינן "זוכרות" קיבולת טעינה נמוכה יותר אם הן נטענות לפני שהתרוקנו לחלוטין. עם זאת, יש לטעון סוללות Li-יון עם פרופיל טעינה של זרם קבוע ומתח קבוע (CC-CV) המותאם אוטומטית בהתאם לטמפרטורה ולרמות המתח של הסוללה.

פרופיל הטעינה הוא היבט בסיסי של סוללות Li-יון, שכן הוא מתאר כיצד המתח והזרם של הסוללה משתנים בזמן שהסוללה נטענת.

סוללות Li-יון עוקבות אחר פרופיל טעינה נפוץ יחסית, המתואר בפירוט רב יותר להלן. שים לב שאם IC מטען מספק יכולת תצורה, ייתכן שהמעצב יוכל להגדיר את הספים שלו עבור שלבים אלה. הספים הניתנים להגדרה הם מועילים ביותר, בהתחשב בכך שרוב יצרני הסוללות מציינים ספים מסוימים עבור רמות זרם טעינה מקסימליות שונות. יכולת התצורה יכולה לספק שכבת בטיחות נוספת על ידי הגנה על הסוללה מפני-מתח ותנאי-טמפרטורת יתר, כמו גם עומסי יתר, שעלולים לפגוע לצמיתות בסוללה או לפגוע בקיבולת שלה.

טעינת טפטוף:

בדרך כלל, שלב טעינת הטפטוף משמש רק כאשר מתח הסוללה נמוך מרמה נמוכה מאוד (בערך 2.1V). במצב זה, ייתכן ש-IC ההגנה הפנימי של ערכת הסוללות ניתק בעבר את הסוללה עקב התרוקנות עמוקה, או אם התרחש אירוע זרם יתר-. IC המטען מפיק זרם קטן (בדרך כלל 50mA) כדי לטעון את הקיבול של ערכת הסוללות, מה שמפעיל את IC ההגנה לחבר מחדש את הסוללה על ידי סגירת ה-FETs שלה. למרות שטעינת הטפטוף נמשכת בדרך כלל מספר שניות, ה-IC של המטען אמור לשלב טיימר שמפסיק את הטעינה אם מארז הסוללות לא מחובר מחדש תוך פרק זמן מסוים, שכן זה מעיד על כך שהסוללה נפגעה.

טעינה- מראש:

לאחר שחבילת הסוללות-חוברה מחדש או במצב ריק,-הטעינה המוקדמת מתחילה. במהלך טעינה מוקדמת-, המטען מתחיל לטעון בבטחה את הסוללה שהתרוקנה עם רמת זרם נמוכה שהיא בדרך כלל C/10 (כאשר C היא הקיבולת (במיליאמפר/שעה)). כתוצאה מטעינה מוקדמת-, מתח הסוללה עולה לאט. מטרת הטעינה המוקדמת-היא לטעון את הסוללה בצורה בטוחה בזרם נמוך. זה מונע נזק לתא, עד שהמתח שלו מגיע לרמה גבוהה יותר.

טעינה של זרם קבוע (CC):

טעינת זרם קבוע (CC) נחשבת גם לטעינה מהירה, המתוארת בפירוט רב יותר להלן. טעינת CC מתחילה לאחר טעינה מוקדמת-, לאחר שהסוללה הגיעה לכ-3V לתא. בשלב טעינת CC, בטוח שהסוללה תתמודד עם זרמי טעינה גבוהים יותר בין 0.5C ל-3C. טעינת CC נמשכת עד שמתח הסוללה הגיע לרמת המתח ה"מלאה" או הצפה, ואז מתחיל שלב המתח הקבוע.

טעינת מתח קבוע (CV):

סף המתח הקבוע (CV) עבור תאי ליתיום הוא בדרך כלל בין 4.1V ל-4.5V לתא. IC המטען עוקב אחר מתח הסוללה במהלך טעינת CC. ברגע שהסוללה מגיעה לסף CV, המטען עובר מ-CC לוויסות CV. טעינת קורות חיים מיושמת מכיוון שמתח ערכת הסוללות החיצוני שנראה על ידי IC המטען חורג מהמתח האמיתי של תאי הסוללה בחבילה. זה נובע מההתנגדות הפנימית של התא, עמידות ה-PCB, והתנגדות הסדרה המקבילה (ESR) מ-FET ההגנה והתא. כדי להבטיח פעולה בטוחה, אסור שה-IC של המטען יאפשר למתח הסוללה לחרוג מהמתח הצף המרבי שלו.

סיום טעינה:

IC המטען קובע מתי לסיים את מחזור הטעינה בהתבסס על כך שהזרם הנכנס לסוללה יורד מתחת לסף מוגדר (בערך C/10) במהלך שלב ה-CV. בשלב זה, הסוללה נחשבת טעונה במלואה והטעינה הושלמה. אם סיום הטעינה מושבת ב-IC של המטען, זרם הטעינה יפחת באופן טבעי ל-0mA, אך זה נעשה לעתים רחוקות בפועל. הסיבה לכך היא שכמות הטעינה הנכנסת לסוללה יורדת באופן אקספוננציאלי במהלך טעינת ה-CV (מכיוון שמתח התא גדל כמו קבל גדול), וייקח זמן רב יותר באופן משמעותי כדי להטעין את הסוללה עם עלייה קטנה מאוד בקיבולת.

זרם הטעינה בפועל בכל רגע יכול להיות נמוך ממה שנקבע עקב תקנות לולאה, כגון מגבלת זרם הכניסה, מגבלת מתח הכניסה, ויסות תרמית או טמפרטורת הסוללה.