Batterie IONI - LITIO - Tecniche di carica - 3

Caratteristiche elettriche principali del circuito di carica

Per garantire la piena operatività della batteria ( massima carica, sicurezza e un certo numero di processi di carica) il caricatore deve garantire alcune specifiche elettriche che di seguito sono descritte.

Accuratezza della tensione di uscita

Questa e' una delle caratteristiche maggiori richieste ad un caricatore di batterie ad ioni litio. La tensione di carica nella fase  a tensione constante deve essere generata con un accuratezza del 1% ovvero deve valere 4.2V +- 1%. Maggiore e' l'accuratezza di questa tensione maggiore sara’ la capacità della batteria dopo la carica. Nella figura 3 e’ riportato il grafico che mostra come cambia la capacita C ( mAh) della batteria in funzione del valore di tensione durante la terza fase di carica ( a tensione costante).

Fig. 3 –  capacità C (mAh) in funzione della tensione di carica in costant voltage

Accuratezza della corrente di carica veloce ( Fast charge current)

Mantenere accurata la corrente di carica nella fase di fast permette di avere un ciclo di carica breve evitando che i timers di sicurezza intervengano. Questo consente di conoscere cosa si sta facendo e di controllare la dissipazione di potenza ed eventuali problemi termici che potrebbero insorgere nel sistema.

Accuratezza della corrente di fine carica ( corrente di terminazione)

Riuscire a determinare con molta accuratezza la corrente di fine carica premette di garantire che la carica raggiunta e' quella ottimale. Errori nella determinazione di questa corrente potrebbero causare la chiusura del processo di carica quando ancora la carica della batteria non e' ottimale. La fase a tensione costante termina quando la corrente passa da un valore di 0.1C ( derivante dalla fase precedente di fast charge) ad un valore al di sotto di a 0.07C. Non riuscire a discriminare bene questo valore porterebbe ad un sovra/sotto caricamento della batteria. Per evitare problemi di scoppio ed incendio si utilizza un controllo temporale ( 2 ore massimo).

Tensione di ingresso elevata

Un buon cariatore per batterie ioni litio deve poter lavorare con un ampio intervallo di tensioni di ingresso perchè permette al caricatore di funzionare con diversi tipi di sorgente di tensione riducendo il costo complessivo del sistema.

Timer di sicurezza

Ogni singola fase e quindi tutto il ciclo di carica sono limitati nel tempo in modo da evitare che in presenza di anomalie della batteria il processo di carica si allunghi dando origine a problemi di sicurezza ( scoppio, incendio).

Controllo in temperatura

La temperatura di esercizio della batteria e’ costantemente monitorata per evitare che questa possa essere caricata al di fuori di un intervallo di temperatura di sicurezza. L’intervallo di sicurezza entro cui le batterie a ioni litio possono essere caricate si estende tipicamente da 0°C a 45°C. Caricare la batteria al di fuori di questo intervallo può causare seri danni ed intaccare le prestazioni della batteria e ridurne la vita. Durante un ciclo di carica, la pressione all’interno della batteria cresce. Temperatura e pressione sono direttamente correlati: quando la temperatura cresce ( T> 45°C) la pressione può diventare eccessiva e portare ad una rottura meccanica all’interno della batteria. Generalmente dei termistori ( NTC o PTC) sono annegati nel pacco batterie per misurare accuratamente la temperatura. Il caricatore misura il valore di resistenza del termistore  e quando questa resistenza e’ al di fuori di un intervallo predefinito di valori, corrispondente all’intervallo di temperatura di sicurezza, la carica viene inibita.

Minima corrente inversa

Nella condizione in cui il caricatore non e' alimentato ma e' connesso alla batteria, potrebbe avere origine una corrente inversa che fluisce dalla batteria al chip caricatore scaricandola. Un buon chip caricatore deve garantire una corrente inversa molto bassa (minore di 200nA).