Najnowsze topologie ładowarek

Ładowarka akumulatorów litowo-jonowych

Ze względu na niewielką wagę i wysoką gęstość energii. Li-Ion jest powszechnie rekomendowaną baterią do zastosowań przenośnych, przemysłu ciężkiego, elektrycznych układów napędowych i satelitów.

Li-Ion to akumulator o niskich kosztach utrzymania. Bateria ta nie ma efektu pamięciowego i nie wymaga formowania (celowego pełnego rozładowania), aby utrzymać ją w dobrym stanie. Jednak, aby zapobiec zwarciom, przeładowaniu, przegrzaniu i nadmiernemu rozładowaniu, wymaga obwodów ochronnych, zarówno wbudowanych w akumulator, jak i w ładowarkę. Jeśli akumulator Li-Ion jest rozładowany poniżej 1,5 V/ogniwo przez tydzień lub dłużej, mogą powstawać dendryty, które zagrażają bezpieczeństwu baterii.

Aby zapobiec nadmiernemu rozładowaniu baterii, wbudowany obwód zabezpieczający wprowadza ją w stan uśpienia. Dzieje się tak podczas przechowywania akumulatora w stanie rozładowanym, w którym samorozładowanie obniża napięcie do punktu odcięcia.

Zwykła ładowarka traktuje taki akumulator jako niezdatny do użytku, a cały pakiet jest często wyrzucany. Jeśli akumulator Li-Ion wszedł w stan uśpienia z powodu nadmiernego rozładowania, zaawansowana ładowarka Li-Ion zawiera funkcję wybudzania lub ‘wstępnego ładowania’, co umożliwia właściwe ładowanie. W tym trybie dostarczany jest niewielki prąd ładowania, tak aby bezpiecznie podnieść napięcie do wartości od 2,2 V/ogniwo do 2,9 V/ogniwo i aktywować obwód zabezpieczający i rozpocząć normalne ładowanie.

Podczas standardowego ładowania, ładowarka Li-Ion pracuje w trybie stałego napięcia lub prądu (CC/CV). Prąd ładowania jest stały, a napięcie jest ograniczone. Gdy napięcie osiągnie ustaloną wartość progową bateria nasyca się, powodując zmniejszanie prądu, po czym następuje zakończenie ładowania. Każda bateria ma inną wartość progową prądu końcowego.

Akumulatory Li-Ion powinny zawsze pozostawać chłodne podczas ładowania - Li-Ion nie powinien przeładowywany. Z tego też względu, aby zapewnić odpowiednią kondycję i bezpieczeństwo akumulatora, bardzo ważne jest monitorowanie jego temperatury i napięcia ładowania a dobra ładowarka musi zawierać te funkcjonalności.

Rysunek 5 przedstawia przykład zaawansowanej ładowarki akumulatorów Li-Ion. Układ MAX17703 to wydajny, synchroniczny sterownik ładowarki pracujący w topologii buck, zaprojektowany do pracy w szerokim zakresie napięcia wejściowego od 4,5 V do 60 V. Układ oferuje kompletne rozwiązanie do ładowania pakietów zawierających do 12 ogniw Li-Ion.

Rysunek 5. Zaawansowany wysokonapięciowy układ ładowarki akumulatorów Li-Ion.

Układ oferuje precyzyjnie określoną wartość prądu/napięcia ładowania w trybie CC/CV, odpowiednio na poziomie ±4% i ±1%. Ładowarka przechodzi w stan ładowania wyrównawczego, gdy prąd zmaleje do wartości progowej dla trybu CV i kończy ładowanie po upływie określonego czasu. Ładowarka inicjuje cykl ładowania, gdy napięcie wyjściowe spadnie poniżej napięcia progowego rozładowania. Jest to ciekawa funkcja, która w przypadku pozostawienia go w ładowarce przez dłuższy czas, pozwala utrzymać akumulator w pełni naładowany, bez zużywania zbyt dużej mocy i zgodnie z wymogami Energy Star. Urządzenie może wykryć i wstępnie przygotować głęboko rozładowany akumulator, wybudzając je dzięki funkcji wstępnego ładowania. Dla dodatkowej ochrony urządzenie wykrywa temperaturę baterii i umożliwia ładowanie tylko w jej bezpiecznym zakresie. Istnieje również wejściowe zabezpieczenie przeciwzwarciowe, które zapobiega rozładowaniu akumulatora w sytuacji przypadkowego zwarcia na wejściu układu. Rysunek 6 ilustruje cykl ładowania MAX17703.

Rysunek 6. Cykl ładowania akumulatora Li-Ion w układzie MAX17703.