Principios de Carga y Tecnología de Carga Rápida de Baterías de Litio
1. Principios de Carga de Baterías de Litio
El proceso de carga de las baterías de iones de litio se puede dividir en tres etapas: carga lenta (pre-carga a baja voltaje), carga de corriente constante y carga de voltaje constante.
El método de carga para las baterías de litio es una corriente constante con voltaje limitada, y está controlado por un chip IC.
El proceso de carga típico es el siguiente:
Primero, se detecta la voltaje de la batería a cargar. Si la voltaje es inferior a 3V, se inicia una pre-carga.
La corriente de carga se establece en 1/10 de la corriente especificada, y una vez que la voltaje alcanza 3V, se inicia la fase de carga estándar.
La fase de carga estándar implica:
La carga se realiza a una corriente constante establecida para llegar a 4.20V, después de lo cual cambia a la carga de voltaje constante, manteniendo la voltaje de carga en 4.20V.
Durante esta fase, la corriente de carga disminuye gradualmente hasta alcanzar 1/10 de la corriente de carga especificada, momento en el que concluye el proceso de carga.
La siguiente es la curva de carga:
Lo siguiente son las tres etapas de la carga de la batería de litio:
(1) Etapa 1: pre-carga
La carga de pre-carga se utiliza para la carga previa inicial (carga de recuperación) de las celdas de la batería completamente descargadas.
La carga de pre-carga se aplica cuando la voltaje de la batería está alrededor o por debajo de 3V.
La corriente es una décima parte de la corriente de carga constante, es decir, 0.1C. (Por ejemplo, si la corriente de carga constante es de 1A, la corriente de carga de goteo es de 100mA).
(2) Etapa 2: Carga de Corriente Constante
Cuando la voltaje de la batería aumenta por encima del umbral de carga de pre-carga, se aumenta la corriente de carga para la carga de corriente constante.
La corriente de carga de corriente constante está entre 0.2C y 1.0C.
La voltaje de la batería aumenta gradualmente durante la carga de corriente constante, con un rango de voltaje típico de 3.0-4.2V para una sola celda.
(3) Etapa 3: Carga de Voltaje Constante
Cuando la voltaje de la batería alcanza 4.2V, termina la carga de corriente constante y comienza la etapa de carga de voltaje constante.
La corriente de carga disminuye gradualmente a medida que continúa el proceso de carga, según el nivel de saturación de la batería.
Cuando la corriente disminuye a 0.01C, se considera que la carga ha terminado. (C es una representación de la corriente en relación con la capacidad nominal de la batería. Por ejemplo, si la batería tiene una capacidad de 1000mAh, 1C es una corriente de carga de 1000mA).
2. Tecnología y Normas de Carga Rápida de Baterías de Litio
La norma BC1.2 también establece cómo debe enumerar cada puerto para el equipo terminal y los protocolos para identificar el tipo de puerto de aplicación.
Los tres tipos de puerto USB BC1.2 son SDP, DCP y CDP.
► Las Tres Tipos de Puertos BC1.2
● Puerto Estándar de Descarga (SDP)
Este tipo de puerto tiene resistencias pull-down de 15kΩ en las líneas D+ y D-.
Los límites de corriente son como se discutió anteriormente: 2.5mA cuando está suspendido, 100mA cuando está conectado y 500mA cuando está conectado y configurado para una potencia más alta.
● Puerto de Carga Dedicado (DCP)
Este tipo de puerto no admite transmisión de datos pero puede proporcionar más de 1.5A de corriente. Las líneas D+ y D- en el puerto están cortocircuitadas.
Este tipo de puerto admite capacidades de carga más altas para cargadores de pared y cargadores de automóviles.
● Puerto de Descarga de Carga (CDP)
Este puerto admite tanto una carga de corriente alta como una compatibilidad completa con la transferencia de datos USB 2.0.
El puerto tiene resistencias pull-down de 15kΩ requeridas para la comunicación D+ y D- y circuitos internos para la conmutación de la etapa de detección del cargador.
Los circuitos internos permiten a los dispositivos portátiles distinguir el CDP de otros tipos de puertos.
► Análisis del Proceso de Carga
Desde una fórmula de cálculo físico, la potencia (P) es igual al voltaje (U) multiplicado por la corriente (I), P=U*I
Dada una capacidad de batería constante, la potencia indica la velocidad de carga.
Podemos acortar el tiempo de carga a través de los siguientes tres métodos.
(1) Modo de Corriente Constante de Alto Voltaje
En el proceso de carga general de los teléfonos móviles, primero se reduce el voltaje de 220V a un voltaje de cargador de 5V, y luego se reduce aún más el voltaje del cargador de 5V al voltaje de la batería de 4.2V.
A lo largo del proceso de carga, un aumento en el voltaje genera calor, por lo que tanto el cargador como el teléfono se calientan durante la carga.
Además, un mayor consumo de energía no solo resulta en una mayor generación de calor, sino que también provoca un daño más significativo a la batería.
(2) Modo de Alto Voltaje y Alta Corriente
En condiciones de voltaje determinadas, aumentar la corriente se puede lograr utilizando circuitos en paralelo para la derivación.
Con un voltaje constante, este proceso de derivación divide la carga entre múltiples circuitos, reduciendo el estrés en cada circuito.
Cuando se implementa en teléfonos móviles, este enfoque reduce la carga en cada circuito.
(3) Modo de Alto Voltaje y Alta Corriente
Este método aumenta simultáneamente tanto la corriente como el voltaje.
Siguiendo la fórmula P = UI, podemos ver que este enfoque es la manera más efectiva de aumentar la potencia.
Sin embargo, el aumento del voltaje también genera más calor, lo que resulta en un mayor consumo de energía.
Además, el voltaje y la corriente no se pueden aumentar sin límite.
