شارژ درست باطریهای لیتیم
- مشخصات
- مجموعه: مقالات
- منتشر شده در یکشنبه, 17 مرداد 1400 16:06
- نگارش یافته توسط Super User
- تعداد بازدید: 486
مقدمه:
باتری‌های لیتیوم یون از جمله باتری‌های قابل شارژ هستند که روز به روز بر محبوبیت آن‌ها افزوده می‌شود. این باتری‌ها در وسایل الکترونیکی مختلفی از جمله موبایل، لپتاپ، و رباتیک کاربرد دارند. یکی از مهمترین مباحث مربوط به باتری‌های لیتیوم یون، نحوه‌ی شارژ و دشارژ این باتری‌هاست که در صورت شارژ و دشارژ نادرست، صدمات جبران ناپذیری به باتری و یا حتی وسیله‌ی الکترونیکی وارد می‌شود.
حد بالای ولتاژ در کاتدهای تجاری:
باتری‌های لیتیوم یون تجاری دارای کاتدهای مختلفی هستند که مواد گوناگونی از جمله کبالت، نیکل، منگنز و آلومینیوم در ساختار آن‌ها وجود دارد. این نوع از باتری‌ها تا ولتاژ 4.2 ولت شارژ میشوند و در صورتی که ولتاژ از این مقدار عبور کند، باتری آسیب دیده و عمر آن کم می‌شود. لازم به ذکر است که بعضی از انواع باتری‌های لیتیوم یون با ظرفیت بالا، ولتاژی بالاتر از 4.2 ولت دارند که سبب می‌شود انرژی آ‌ها نیز بالاتر رود.
ولتاژ بعضی از باتری‌های لیتیوم یون پایین تر از مقدار معمول است. مثلا باتری‌های LFP، ولتاژی در حدود 3.2 ولت دارند و تا ولتاژ 3.65 ولت شارژ میشوند. یا باتری‌های LTO، با ولتاژ نامینال 2.4 ولت، تا 2.85 ولت شارژ میشوند و اگر ولتاژ در هنگام شارژ از مقدار مشخص شده‌ی خود بالاتر رود، باتری آسیب جدی خواهد دید به همین دلیل باید از شارژرهای مخصوص به خود استفاده کنند.
حد پایین ولتاژ در باتری‌های لیتیوم یون(ولتاژ cut off):
همان طور که باتری‌های لیتیوم یون در هنگام شارژ یک حد بالا برای ولتاز خود دارند، برای دشارژ نیز یک حد پایین دارند که ولتاژشان نباید از آن حد پایین‌تر بیاید. معمولا شرکت‌ها ولتاژ 3 ولت را حد پایین خود برای باتری‌های لیتیوم یون معرفی می‌کنند و گاهی این مقدار به 2.7 ولت نیز میرسد. با استفده از مدارات محافظ مناسب، می‌توان از رسیدن به ولتاژ کات آف (cut off) جلوگیری کرد.
نرخ شارژ باتری‌های لیتیوم یون:
در هنگام شارژ کردن باتری‌های لیتیوم یون، توجه به جریان شارژ نیز اهمیت فراوانی دارد زیرا اگر جریان بیش از اندازه زیاد شود، امکان تخریب ساختار درونی کاتد فراهم شده و باعث بروز مشکلاتی خواهد شد. معمولا نرخ شارژ باتری‌های لیتیوم یون، عددی بین 0.5C تا 1C است که گاهی اوقات سازندگان باتری‌های لیتیوم یون نرخی کمتر از 0.8C را برای باتری‌های خود معرفی می‌کنند. اگر باتری با جریان بالا شارژ شود، مرحله‌ی رسیدن به ولتاژ اشباع باتری سریع‌تر اتفاق می‌افتد اما زمانی که باتری به حالت اشباع در آمد، رسیدن به حالت شارژ کامل زمان بیشتری طول خواهد کشید و به همین دلیل جریان زیاد در هنگام شارژ باتری، کمک شایانی به سریع شارژ شدن باتری نخواهد کرد.
مراحل شارژ باتری:
مطابق شکل زیر، باتری در هنگام شارژ چهار مرحله را طی میکند: مرحله‌ی اول، شارژ با جریان ثابت است که این مرحله تا زمانی که باتری به مرحله‌ی اشباع نرسیده است ادامه میابد. مرحله‌ی دوم که مرحله‌ی اشباع باتریست، باتری به صورت ولتاژ ثابت شارژ می‌شود تا زمانی که جریان آن صفر شود. در این مرحله، فرایند شارژ باتری کامل می‌شود و مدار شارژر از باتری قطع خواهد شد. بعد از قطع شارژر از باتری، دشارژ خود به خودی باعث می‌شود که ولتاژ باتری کاهش یابد که اگر این کاهش ولتاژ ادامه یابد، دوباره شارژر باتری وصل شده و باتری را دوباره شارژ میکند.(مرحله‌ی سه و چهار)
دما در هنگام شارژ:
باتری‌های لیتیوم یون در هنگام شارژ شدن ممکن است اختلاف دمایی در حدود پنج درجه سانتیگراد پیدا کنند که این اختلاف دما می‌تواند به دلیل مقاومت درون باتری باشد. اگر این اختلاف دما به بیش از ده درجه سانتیگراد برسد، باید شارژ باتری به صورت ناپیوسته صورت گیرد تا آسیبی به باتری نرسد.
میزان شارژ باتری لیتیوم یون:
باتری‌های لیتیوم یون بر خلاف باتری‌های سرب اسید، به دلیل مکانیزم عملکردی خود، نیاز به شارژ کامل ندارند و در صورت عدم شارژ کامل، عمر آن‌ها افزایش میابد که این مسئله به دلیل کاهش فشار ناشی از شارژ زیاد است. در واقع هر چه شارژ باتری بیشتر شود، فشار درونی به باتری افزایش یافته و ممکن است ساختار درونی باتری تخریب شود.
ولتاژ مدار باز باتری لیتیوم یون در طولانی مدت:
همان طور که اشاره شد، ولتاژ باتری‌های لیتیوم یون به دلیل خود دشارژی، کمی کاهش میابد که این ولتاژ در طولانی مدت مقداری در حدود 3.7 تا 3.9 ولت را به خود می‌گیرد. به عبارت دیگر، باتری در طولانی مدت استرس و فشار درونی خود را با کاهش ولتاژ، کاهش داده و باتری استرس کمتری را تجربه خواهد کرد. به همین دلیل است که زمانی یک باتری لیتیوم یون خریداری می‌شود، ولتاژ ان در حدود3.7 ولت خواهد بود. لازم به ذکر است که ولتاژ نامینال باتری‌های لیتیوم یون برابر با 3.6 ولت است و باتری‌های لیتیوم یون معمولی نیز با این ولتاژ شناخته میشوند.
مدار محافظ باتری لیتیوم یون:
در اکثر مواقع، پک‌های باتری لیتیوم یون به همراه یک مدار محافظ ارائه میشوند که این مدار کارهای مختلفی را برای باتری لیتیوم یون انجام می‌دهد. باتری لیتیوم یون، به دلیل حساسیت بالا نسبت به اتصال کوتاه و شارژ و دشارژ بیش از حد، نیاز به یک مدار محافظ دارد که در هنگام شارژ یا دشارژ، از باتری مراقبت کند. مدارات محافظ مختلفی در بازار وجود دارد که هر کدام امکانات مختلفی را دارند، به عنوان مثال، یک مدار محافظ ممکن است علاوه بر جلوگیری از اتصال کوتاه باتری، سل‌های هر پک باتری را بالانس کند تا عمر پک باتری افزایش یابد. گاهی اوقات این مدارات مجهز به سنسور دما نیز هستند تا دمای باتری از حد غیر مجاز خود تجاوز نکند.