웨어러블 및 IoT 애플리케이션 충전 회로 기반의 효율적인 충전 예제
위의 그림은 리튬 이온 셀에 대한 충전 토폴로지의 설명으로, 빨간선은 정전류(Constant Current), 파란선은 정전압(Constant Voltage)을 의미한다.
배터리가 저전압일 때, 정전류는 전압이 4,2V 에 도달 할 때까지 셀에 인가된다. 이 시점에서 시스템은 정전류에서 정전압으로 전환된다. 셀 전압은 4.2V를 초과해서는 안 되고, 전류가 0 에 가까이 될 때까지 점차적으로 감소되어 “I” 종료되는 것을 의미한다. 셀 전압이 4.2V가 되면 전류가 흐르지 않고 완충된 것으로 판단한다.
또한 배터리 남용 또는 결함 상태로부터 보호하기 위해서는 몇가지 고려할 사항이 있다. 예를 들어, 셀이 Short 되었거나 Default 상태로 되어 있을 경우 최대 전류를 회로에 흘려 보내면 배터리 손상을 유발할 수 있다. 따라서 낮은 전압에서는 배터리 PCM(Protection Circuit Module)이 트립된 경우 배터리를 깨우기 위해 작은 테스트 전류만 적용한다.
2V ~ 3V 구간인 경우 일반적으로 급속 충전 전류의 약 1/10인 프리차지 전류를 인가한다. 이를 프리차지 구간이라고 하며, 물방울이 떨어지듯이 천천히 전류를 흘려 보내 충전한다.
셀이 3V 이상 충전되면 안정적으로 충전 되고 있다고 판단하여 급속 충전으로 전환되고 이 구간을 정전류라 한다. 마지막으로, 실제 배터리의 경우 전압이 대략 4.2V 가 되면 정전압 구간이 돼 전류는 점점 줄어들게 된다.
또한 전류를 급속 충전 구간의 1/10로 유지하면서 충전을 터미네이션 할 수 있다. 이때는 10mA 이하로 Termination Detaction 할 수 있어야 하며, 정확한 센싱을 필수로 한다.