Die gängigste Lademethode für Lithiumbatterien Konstantstrom-Konstantspannung (CC/CV) ist ein Ladegerät, das zunächst mit konstantem Strom lädt und dann auf Konstantspannungsladung umschaltet, sobald eine bestimmte Spannung erreicht ist. Hochwertige Ladegeräte können je nach Ladezustand der Batterie auch Erhaltungsladung durchführen. Einige Systeme nutzen zusätzlich Impulsladeverfahren und beenden den Ladevorgang zeitgesteuert. Die meisten Ladegeräte verfügen über Funktionen wie Strombegrenzung, Spannungsbegrenzung, Überspannungsschutz, Überstromschutz, Überhitzungsschutz und Verpolungsschutz. Die spezifische Ladekurve ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
- Phase 1Erhaltungsladung – Die Erhaltungsladung dient zum Vorladen (Wiederaufladen) vollständig entladener Batteriezellen. Bei einer Batteriespannung unter ca. 3 V beginnt der Ladevorgang mit einem konstanten Strom von bis zu 0,1 C.
- Phase 2Konstantstromladung – Sobald die Batteriespannung den Schwellenwert für die Erhaltungsladung überschreitet, wird der Ladestrom erhöht, um eine Konstantstromladung durchzuführen. Der Konstantstrom liegt zwischen 0,2 C und 1,0 C. Die Stromstärke muss bei der Konstantstromladung nicht extrem präzise sein; ein nahezu konstanter Strom ist ausreichend. Bei linearen Ladegeräten wird die Stromstärke häufig mit steigender Batteriespannung erhöht, um die Wärmeabgabe an den Leistungstransistoren zu minimieren. Konstantstromladung über 1 C verkürzt die Gesamtladezeit nicht und wird daher nicht empfohlen. Bei höheren Ladeströmen steigt die Batteriespannung aufgrund von Überspannungen durch Elektrodenreaktionen und einem erhöhten Spannungsabfall am Innenwiderstand schneller an. Die Konstantstromphase verkürzt sich zwar, die anschließende Konstantspannungsphase verlängert sich jedoch entsprechend, sodass die Gesamtladezeit unverändert bleibt.
- Phase 3Konstantspannungsladung – Sobald die Batteriespannung 4,2 V erreicht, endet die Konstantstromladung und die Konstantspannungsladung beginnt. Für optimale Leistung sollte die Spannungsregelung besser als +1% sein.
- Stufe 4Ladeabschaltung – Im Gegensatz zu Nickelbatterien wird das kontinuierliche Laden von Lithium-Ionen-Akkus nicht empfohlen. Kontinuierliches Laden kann durch die Bildung von metallischem Lithium zu Plattenplattierungseffekten führen. Dies macht den Akku instabil und kann einen plötzlichen, schnellen Selbstzerfall zur Folge haben.
Ladegeräte führen typischerweise in Verbindung mit dem PCM oder BMS während der Konstantspannungsladephase der Batterie einen Energieausgleich durch. Bei Standard-Lithium-Cobalt-Oxid-Batterien beginnt das Ladegerät mit dem Erhaltungsladen (ca. 0,1 C), sobald die Batteriespannung unter 3,0 V fällt, um Schäden an der Batterie zu vermeiden. Beim Erreichen von 3,0 V schaltet es auf Konstantstromladung (ca. 1 C, die Stromstärke wird vom System bestimmt) um. Bei einer Batteriespannung von 4,1 V wechselt es erneut zur Konstantspannungsladung. Sobald der Ladestrom auf ca. 0,1 C sinkt, ist der Ladevorgang abgeschlossen und das Ladesystem sowie der zugehörige Schaltkreis werden deaktiviert. Die Abfolge – Erhaltungsladung, dann Konstantstromladung, schließlich Konstantspannungsladung – nutzt je nach Leistungsbedarf unterschiedliche Steuerungstechnologien: lineare Netzteile für Anwendungen mit geringem Leistungsbedarf und Schaltnetzteile für Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf.