Batterie IONI - LITIO - Tecniche di carica - 2

Ciclo di carica per batterie ioni-litio

In figura 2 e' mostrato un ciclo di carica tipico per batterie ad Ioni litio.

Fig. 2 - ciclo di carica per celle Ioni litio

Nell'asse delle ordinate sono riportati la tensione della batteria o della cella VCELL (in Volt) , la corrente di carica ICH (in Ampere)  e la temperatura T ( in gradi centigradi). Nell'asse delle x e' riportato il tempo, in maniera non uniforme, ma  idoneo a dare un'idea di come evolve nel tempo il ciclo di carica.
La tensione della batteria  VCELL e' rappresentata dalla linea verde in alto presente nel grafico, la corrente di carica ICH e' linea centrale blu mentre la temperatura T e' linea rossa in basso.

L'algoritmo di carica consigliato per le batterie ad ioni litio comprende processi di carica a corrente costante e a tensione costante. Questo algoritmo può essere suddiviso in tre fasi:

La prima fase e' detta "trickle charge" che si utilizza per ripristinare la carica di celle molto scariche. Fino a quando la tensione della cella si mantiene al di sotto dei 2.8V la cella e' caricata con una corrente costante di valore massimo pari a 0.1C. Quando la tensione della cella raggiunge la tensione di 2.8V si passa alla fase successiva dell'algoritmo di carica. A questa fase trickle charge e’ permessa una certo tempo (1 ora) . Se la tensione della batteria non raggiunge il valore di soglia prefissato per questa fase ( 2.8V) detta appunto "trickle charge threshold" la fase di carica è interrotta.
La seconda fase, detta "fast or bulk charge" , e' quella in cui la batteria e' caricata a corrente costante con un valore massimo di 1C. Nel caso di caricatori lineari la corrente e' gradatamente aumentata al suo valore massimo assieme alla salita della tensione in modo da ridurre la dissipazione sugli elementi presenti nel percorso di carica. Questo comporta un allungamento del ciclo di carica. Questa fase finisce quando la tensione della cella raggiunge un valore predefinito di tensione, tipicamente di 4.2V. Questo valore può essere diverso in funzione del materiale utilizzato per realizzare l'anodo della cella. Per alcuni modelli meno recenti di Ioni litio la tensione di arresto della seconda fase e' di 4,1V. Anche in questo caso, se la tensione della batteria non raggiunge il valore prefissato in un certo intervallo di tempo, questa fase è interrotta. Il tempo permesso per questa fase ammonta a 1.5 ore.
La terza fase detta " costant voltage charge" e' caratterizzata dal fatto che la carica avviene a tensione costante. La tensione della cella viene fissata dal circuito di carica alla tensione di 4,2V mentre la corrente e' definita dalla stessa batteria. Man mano che la batteria si carica la corrente diminuisce come si vede dal grafico di figura 1. Questa fase si esaurisce quando la corrente fornita alla batteria e' inferiore al 7% ( 0,07C) della corrente utilizzata nella seconda fase (fast charge). Anche questa fase e’ controllata da un timer fissato a 2 ore.

I valori delle soglie di tensione, delle correnti di carica delle diverse fasi e dei tempi dei timers, utilizzati nel ciclo di carica, sono scelti in funzione della chimica della batteria e dei tempi di carica permessi.
La stessa batteria può essere caricata con valori diversi se utilizzata in applicazioni che fanno uso di caricatori con prestazioni  e tempi di carica differenti.