Lityum İyon ve Lipo Pilleri Doğru Şekilde Şarj Etme

Lityum İyon ve Lipo Pilleri Yanlışsız Biçimde Şarj Etmek için gerekli bilgileri ele alacağımız bu teknik yazıda ayrıntılı bilgi paylaşmayı amaçlamaktayız.

Bu serideki birinci kısım, yaygın olarak kullanılan ikincil pil cinslerini ve bunların farklı ortam ve uygulamalardaki avantajlarını ve dezavantajlarını araştırdı. İkinci kısım, pil idare sistemlerine ve şarj edilebilir Lityum pillerin inançlı ve verimli çalışmasını sağlamak için hangi misyonları yerine getirmeleri gerektiğine baktı. Serinin bu üçüncü kısmında, özel bir şarj devresi uygularken ne yapmanız gerektiğini anlayabilmeniz için Lityum İyon ve LiPo pillerin nasıl yanlışsız halde şarj edileceği anlatılmaktadır.

Lityum Hücreyi Şarj Etme

Tipik olarak lityum pilleri CC-CV şemasını uygulayarak şarj edersiniz. CC-CV, Sabit Akım – Sabit Tansiyon manasına gelir. Hücre voltajı azamî kıymetinin (örneğin 4,2 Volt) altında olduğu sürece aküye müsaade verilen azamî şarj akımının uygulandığı bir şarj eğrisini belirtir. Pil bu voltaj düzeyine ulaştığında şarj denetim aygıtı, pili 4,2 Voltluk sabit bir voltajda tutmak için akımı kademeli olarak azaltır:

Gerçekte bu plan birden fazla vakit uygulanabilir değildir ve hatta bazen inançsız bile olabilir. Bu nedenle, daha gerçekçi bir şarj planı, şarj sürecini birden fazla kısma ayırır. Birincisi, daha karmaşık sürecin başladığı hücre voltajına bağlıdır. Hücre voltajı çok düşükse, muhtemelen meyyit bir hücreyi canlandırmak için şarj süreci küçük bir akımla başlar. Bu sistem birebir vakitte daha inançlıdır zira hasarlı bir hücrenin çok süratli şarj edilmesi, pilin yanması üzere potansiyel olarak yıkıcı bir arızaya yol açabilir.

Hücre belli bir güvenlik eşiğine (örneğin 3,0 volt) ulaştığında, hücre voltajı müsaade verilen azamî kıymete (örneğin 4,2V) ulaşana kadar daima olarak azamî şarj akımı uygulanarak şarj süreci devam eder. Bundan sonra şarj aygıtı, aküyü daima olarak azamî voltaj düzeyinde tutarken akımı kademeli olarak azaltır:

Sürecin güvenliğini daha da artırmak için, fiyatlandırma şemasındaki her adımın tipik olarak kendisiyle bağlantılı bir vakit hududu da vardır. Ek bir sıcaklık kesme anahtarı akünün çok ısınmasını önler.

Özel Pil Şarj Aygıtı Tasarlarken Dikkat Edilmesi Gerekenler

Neyse ki, yapımcıların projelerinde Lityum İyon yahut LiPo pil kadrosunu inançlı bir biçimde nasıl şarj edip boşaltacaklarına ait kesin detaylar konusunda çok fazla endişelenmelerine gerek yok. Çağdaş dünyamızda pille çalışan taşınabilir aygıtlar çok yaygın olduğundan, tüm güvenlik özellikleri ve yanlışsız şarj algoritmaları, bugün satın alabileceğiniz ve projelerinizde kullanabileceğiniz hazır çeşitli bileşenlerde esasen yaygın olarak uygulanmaktadır. Ne olursa olsun, piliniz ve tam kullanım durumuyla ilgili birkaç değerli sayısı ve sınırlamayı yeniden de düşünmeniz gerekecektir.

Tek hücreli bir Lityum-İyon şarj aygıtı tasarlarken, müsaade verilen azamî şarj akımını ve kullanılan pilin voltajını kaydedin. Daha sonra şarj için kullanmak istediğiniz güç kaynağının voltajını ve azamî şarj akımını belirleyin. Çoklukla bu, beş volt ve 500 mA ile 900 mA (USB 2.0 ve USB 3.0) ortasında olacaktır.

Daha sonra kullanmak istediğiniz şarj aygıtının cinsini düşünün. Doğrusal şarj aygıtları ekseriyetle bir amperin altındaki akımlar için tasarlanmış düşük akımlı şarj aygıtlarıdır. Bu şarj aygıtları uygun maliyetli, küçük ve kullanımı kolaydır. Anahtarlamalı şarj aygıtları daha maliyetlidir fakat tıpkı vakitte doğrusal şarj aygıtlarından daha verimlidir. Bir amperin üzerindeki akımlarla süratli şarj kullanmayı planlıyorsanız anahtar modlu bir şarj aygıtı kullanmalısınız. Şarj aygıtının çeşidinden bağımsız olarak, her iki seçenek de çeşitli üreticilerin çok çeşitli PMIC’leri (güç idaresi IC’leri) tarafından evvelce uygulanmış olarak gelir.

Maksimum şarj akımının ne olacağına karar verdikten sonra, kullanıcının aygıt şarj olurken onunla çalışmasını isteyip istemediğinizi düşünün. Sınır içi şarj fonksiyonunu harici olarak uygulamak mümkün olsa da, bunu esasen destekleyen bir şarj IC’si aramak en güzelidir. Bunu yapmak azamî güvenlik ve verimliliği garanti edecektir zira IC, aküye giden akımı daha hakikat bir halde izleyebilir ve bir arıza durumunda akü irtibatını kesebilir.

Son olarak, kimi IC’ler, uygun dirençler ekleyerek yahut makul pinlere mantık seviyesinde girişler uygulayarak azamî sabit şarj akımı, voltaj eşikleri, zamanlama kısıtlamaları ve kesme sıcaklığı üzere temel parametreleri kolaylıkla ayarlamanıza imkan tanır. Öteki IC’ler, örneğin ayarları I2C aracılığıyla değiştirmek için ek bir mikro denetleyici gerektirebilir. Birinci seçenek ekseriyetle daha ucuz ve uygulanması daha kolaydır; ikincisi ise daha fazla esneklik ve daha güzel izleme imkanı sunar.

Neyse ki seçtiğiniz formül ve projenizin özellikleri ne olursa olsun aklınıza gelebilecek çabucak hemen tüm uygulamalar için hazır bir çip mevcut.

Özet

Tipik olarak PMIC’ler LiPo ve Lityum-İyon pilleri CC-CV usulünü kullanarak şarj eder. Pil, hücre azamî voltajına ulaşana kadar sabit bir akımla şarj edilir. Bundan sonra şarj aygıtı, pil büsbütün şarj olana kadar şarj akımını kademeli olarak azaltır. Çağdaş şarj IC’leri güvenliği artırmak için sürece birkaç adım daha uygular. Bu IC’ler hücre sıcaklığını izler ve evvelden belirlenmiş bir müddet sonunda hücrenin şarj edilmesini durduran programlanabilir bir kesme fonksiyonuna sahiptir.

Bir şarj aygıtı tasarlarken hücre voltajına, azamî şarj akımına ve kapasiteye dikkat edin. Akabinde güç kaynağı sınırlamalarını ve doğrusal şarj aygıtı mı yoksa anahtarlamalı mod şarj aygıtı mı kullanmak istediğinizi düşünün. Doğrusal şarj aygıtları ekseriyetle daha uygun maliyetli ve daha küçüktür; bu da onları kolay devreler ve bir amperden daha düşük şarj akımı için ülkü kılar. Anahtarlamalı şarj aygıtları daha verimlidir ve süratli şarj için ülküdür.

Birçok şarj IC’si, dirençleri yahut mantık seviyesindeki girişleri kullanarak hayati parametreleri ayarlamanıza imkan tanır. Öte yandan birtakım IC’ler, kesme sıcaklığı üzere kıymetleri yapılandırmak için mikro denetleyici üzere bir ana bilgisayara gereksinim duyabilir.