Dasar-dasar Pengisian Baterai dan Profil Pengisian Daya

Pengisi daya Li-ion adalah perangkat yang mengatur arus dan tegangan pengisian baterai, dan biasanya digunakan untuk perangkat portabel, seperti ponsel, laptop, dan tablet. Dibandingkan dengan bahan kimia baterai lainnya, baterai Li-ion memiliki kepadatan energi tertinggi, menghasilkan voltase per sel yang lebih tinggi, dapat menoleransi arus yang lebih tinggi, dan tidak perlu diisi ulang saat baterai terisi penuh. Selain itu, baterai Li-ion tidak memiliki efek memori, artinya baterai tidak "mengingat" kapasitas pengisian daya yang lebih rendah jika diisi sebelum benar-benar habis. Namun, baterai Li-ion harus diisi dengan profil pengisian arus konstan dan tegangan konstan (CC-CV) tertentu yang secara otomatis disesuaikan bergantung pada suhu dan tingkat tegangan baterai.

Profil pengisian daya adalah aspek fundamental baterai Li-ion, karena menggambarkan perubahan voltase dan arus baterai saat baterai diisi.

Baterai Li-ion mengikuti profil pengisian daya yang relatif umum, dijelaskan secara lebih rinci di bawah. Perhatikan bahwa jika IC pengisi daya menyediakan kemampuan konfigurasi, perancang mungkin dapat menetapkan ambang batasnya sendiri untuk fase ini. Ambang batas yang dapat dikonfigurasi ini sangat bermanfaat, mengingat sebagian besar produsen baterai menentukan ambang batas tertentu untuk tingkat arus pengisian maksimum yang berbeda. Konfigurasi dapat memberikan lapisan keamanan tambahan dengan melindungi baterai dari kondisi-tegangan berlebih dan suhu berlebih, serta beban berlebih, yang dapat merusak baterai secara permanen atau menurunkan kapasitasnya.

Biaya Tetesan:

Umumnya, fase pengisian tetesan hanya digunakan ketika tegangan baterai berada di bawah level yang sangat rendah (sekitar 2.1V). Dalam keadaan ini, IC perlindungan internal paket baterai mungkin sebelumnya telah melepaskan sambungan baterai karena baterai sudah sangat kosong, atau jika terjadi-kejadian arus berlebih. IC pengisi daya mengambil arus kecil (biasanya 50mA) untuk mengisi kapasitansi baterai, yang memicu IC perlindungan untuk menyambungkan kembali baterai dengan menutup FET-nya. Meskipun pengisian daya tetesan biasanya berlangsung selama beberapa detik, IC pengisi daya harus menyertakan pengatur waktu yang menghentikan pengisian daya jika baterai tidak disambungkan kembali dalam jangka waktu tertentu, karena ini menunjukkan bahwa baterai telah rusak.

Pra-Biaya:

Setelah baterai disambungkan-kembali atau dalam keadaan kosong, pra-pengisian daya dimulai. Selama pra-pengisian daya, pengisi daya mulai mengisi daya baterai yang habis dengan aman menggunakan tingkat arus rendah yang biasanya C / 10 (C adalah kapasitasnya (dalam mAh)). Akibat pra-pengisian daya, voltase baterai perlahan naik. Tujuan pra-pengisian daya adalah untuk mengisi daya baterai dengan aman pada arus rendah. Hal ini mencegah kerusakan pada sel, hingga tegangannya mencapai tingkat yang lebih tinggi.

Biaya Arus Konstan (CC):

Pengisian daya arus konstan (CC) juga dianggap sebagai pengisian cepat, yang dijelaskan secara lebih rinci di bawah. Pengisian daya CC dimulai setelah-pengisian awal, setelah baterai mencapai sekitar 3V per sel. Pada fase pengisian daya CC, baterai aman untuk menangani arus pengisian daya yang lebih tinggi antara 0,5C dan 3C. Pengisian CC berlanjut hingga tegangan baterai mencapai tingkat tegangan "penuh" atau mengambang, dan pada saat itulah fase tegangan konstan dimulai.

Tegangan Konstan (CV) Biaya:

Ambang batas tegangan konstan (CV) untuk sel Lithium biasanya antara 4,1V dan 4,5V per sel. IC pengisi daya memonitor tegangan baterai selama pengisian CC. Setelah baterai mencapai ambang batas CV, pengisi daya beralih dari regulasi CC ke CV. Pengisian CV diterapkan karena voltase paket baterai eksternal yang dilihat oleh IC pengisi daya melebihi voltase sel baterai sebenarnya di dalam paket. Hal ini disebabkan oleh resistansi sel internal, resistansi PCB, dan resistansi seri ekuivalen (ESR) dari FET dan sel pelindung. Untuk menjamin pengoperasian yang aman, IC pengisi daya tidak boleh membiarkan tegangan baterai melebihi tegangan mengambang maksimumnya.

Pengakhiran Biaya:

IC pengisi daya menentukan kapan harus menghentikan siklus pengisian daya berdasarkan arus yang masuk ke baterai yang turun di bawah ambang batas yang ditetapkan (sekitar C/10) selama fase CV. Pada titik ini, baterai dianggap terisi penuh dan pengisian daya selesai. Jika penghentian pengisian daya dinonaktifkan pada IC pengisi daya, arus pengisian daya secara alami akan berkurang menjadi 0mA, tetapi hal ini jarang dilakukan dalam praktiknya. Hal ini karena jumlah muatan yang masuk ke baterai berkurang secara eksponensial selama pengisian CV (karena tegangan sel meningkat seperti kapasitor besar), dan akan memerlukan waktu yang jauh lebih lama untuk mengisi ulang baterai dengan sedikit peningkatan kapasitas.

Arus pengisian sebenarnya setiap saat dapat lebih rendah dari yang disetel karena peraturan loop, seperti batas arus masukan, batas tegangan masukan, pengaturan termal, atau suhu baterai.