باتری های قابل شارژ امروزه از رایج ترین نوع باتری های موجود در بازار هستند. که استفاده از آنها به منظور کاهش هزینه ها و در برخی از موارد افزایش طول عمر دستگاه و قطعات آن می باشد. در این مقاله به بررسی چند نکته درباره ی این نسل از باتری ها میردازیم.
باتری قابل شارژ
باتری های قابل شارژ از گروه سلول های الکتروشیمیایی ذخیره کننده انرژی الکتریکی هستند. به این نوع سلول ها، سلول های ثانویه گفته می شود زیرا واکنش های الکتروشیمیایی به صورت برگشت پذیر در آنها اتفاق می افتد.
از کجا بفهمیم باتری قابل شارژ است؟
باتری های شارژی دارای قابلیت شارژ دوباره توسط شارژر را دارند و دارای انواع و اندازه های متفاوتی هستند مانند باتری های دکمه ای و باتری های مگاواتی که در شبکه توزیع می شوند. این باتری های قابل شارژ دارای هزینه ی کمی هستند زیرا اثرات کمتری بر روی محیط زیست نسبت به باتری های معمولی دیگر دارند و از نظر ظاهری نیز برخی از این باتری ها شباهت زیادی به باتری های یکبار مصرف موجود در بازار دارند.
کاربرد باتری های قابل شارژ
این نوع از باتری ها بیشترین استفاده را در دستگاه های قابل حمل، باتری اسکوترهای برقی، باتری دوچرخه برقی، استارت باتری خودرو ها، کارت های گلف، جرثقیل های سیار و همچنین باتری یو پی اس در دستگاه های UPS کاربرد دارند.
به طور متداول باتری های شارژ جدید قبل از استفاده از آنها باید شارژ شوند و تا چند ماه نیز می توانند انرژی را ذخیره کنند. از این باتری ها برای هم سطح کردن بار شبکه در زمانی که بخواهد انرژی الکتریکی را در زمان اوج مصرف به شبکه وارد کنند استفاده می شود و همچنین برای تولید برق از ذخیره انرژی خورشیدی در طول روز نیز استفاده می نماید.
کارکرد و نحوه شارژ باتری
در هنگام شارژ باتری قطب مثبت باتری اکسیده و باعث تولید الکترون می شود و قطب منفی باتری نیز الکترون های تولید شده را جذب می کند. انتقال الکترون ها باعث تولید جریان الکتریکی در مدار الکتریکی می شود.
انرژیی مصرفی که برای شارژ باتری که به طور معمول از شارژر که به برق AC پریز متصل می شود، تامین می گردد. شارژ کردن باتری توسط شارژر گوشی موبایل می تواند چند ساعت زمان ببرد یا چند دقیقه توسط شارژر های سریع انجام می شود.
شارژر های سریع معمولا از چند روش مانند ولتاژ و دما و غیره برای تشخیص شارژ کامل استفاده می کنند تا قبل از اینکه به باتری آسیبی برسد بر اثر شارژ کردن زیاد این فرآیند شارژ را متوقف می کنند. همچنین نباید سعی بر شارژ باتری های غیرقابل شارژ کنیم زیرا باعث ترکیدن و انفجار باتری می شود.
انواع باتری های شارژی
- لیتیوم پلیمر
- لیتیوم یونی
- باتری شارژی سرب اسیدی
- نیکل کادمیوم
- نیکل متال هیدرید
باتری روی کربن یا باتری کربن Zinc–carbon
روی و کربن در کلیه باتریهای خشک نوع C، A و D استفاده می شود. در این نوع باتری، الکترودها از جنس روی و کربن بوده و الکترولیت آن خمیری از مواد اسیدی است.
باتری های کامپیوتر لب تاپ، گوشی موبایل، دوربین فیلمبرداری دیجیتال یا دستگاه پخش MP۳ قلب کامپیوتر لب تاپ، گوشی موبایل، دوربین فیلمبرداری دیجیتال یا دستگاه پخش MP۳ شما پردازنده یا نرم افزار نیست، باتری است. بدون آن، منبع همیشه در دسترس انرژی وسایل پورتابل الکترونیکی چیزی جز وسایل گران قیمت مگس وزن نیستند.
متداولترین گونه باتری موجود در وسایل همراه، یک باتری غیر قابل شارژ استاندارد است.
این باتریها از لحاظ شیمیایی به دو گونه عمده تقسیم می شوند:
الکالاین یا لیتیمی
اما وسایل همراه پراستفاده، مانند لپ تاپها، گوشیهای موبایل و PDA ها معمولاً به باتریهای قابل شارژ اتکا دارند دو نوع متمایز باتریهای قابل شارژ در بازار متداول است: نیکل ـ بنیاد. شامل نیکل ـ کادمیم و لیتیم بنیاد شامل لیتیم ـ یون و پلیمر لیتیم ـ یون.
باتری های لیتیم ـ یون
باتریهای لیتیم ـ یون بالاترین چگالی انرژی را فراهم می سازند. تقریبا دو برابر انرژی قابل دسترسی از باتریهای نیکل ـ کادمیم. آنها به دشارژ کامل نیاز ندارند، به دوره break-in نیاز ندارند و از مسئله حافظه باتری خبر ندارند.
می توانید در هر زمانی یک باتری لیتیم ـ یون را بی آنکه روی کارآیی باتری اثر بگذارد شارژ کنید، اما چون باتریهای لیتیم ـ یون معمولا دارای طول عمر شارژ/دشارژ ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه هستند اگر زود به زود و قبل از تخلیه، این باتری را شارژ کنید طول عمر باتری را پایین می آورید.
باتری های لیتیوم یونی برعکس باتری های نیکل کادمیوم و متال هیدرید نباید کاملا انرژیی آنها تخلیه شود بلکه برای افزایش عمر باتری های لیتیوم یونی باید همیشه در حالت پر و نیمه پر باشند و همچنین نحوه ی شارژ کردن این باتری ها باید دقیق و منظم باشد زیرا باعث انفجار و ترکیدن این نوع از باتری ها می شود و برای شارژ کردن دارای شارژر مخصوصی هستند.
با آنکه بسیاری از سازندگان باتریهای لیتیم ـ یون طول عمر باتری را تا سه سال ذکر می کنند، بعضی از مصرف کنندگان طول عمر تا ۱۸ ماه را گزارش کرده اند.
باتری لیتیوم پلیمری
باتری های لیتیوم پلیمری که گاهی به Li-Poly یا Lipo نیز مشهورند، اساسا شبیه به باتریهای لیتیم ـ یون هستند.
اختلاف اصلی در آن است که پولیمرهای لیتیم ـ یون بسیار نازکتر هستند، با اندازه هایی به کوچکی یک میلیمتر. باتریهای پولیمر لیتیم ـ یون بسیار سبک نیز هستند و در برابر شارژ بیش از حد و نشت مواد شیمیایی نیز مقاومترند. اما تولید آنها گرانتر از باتریهای لیتیم ـ یون تمام می شود و چگالی انرژی پایین تری دارند.
باتریهای پولیمر لیتیم ـ یون بیشتر در وسایل الکترونیکی سبک وزن و گران قیمت مانند گوشیهای موبایل به کار می روند.
باتری نیکل متال هیبرید (Ni-MH یا Nickel-Metal hybrid )
باتریهای NIMH سی تا چهل درصد ظرفیت انبارش بیشتری را نسبت به معادلهای نیکل ـ کادمیم دارند، اما تعداد چرخه شارژ/دشارژ مجدد کمتری را پشتیبانی می کنند بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه معمول است.
باتریهای NIMH پیش از شارژ به دشارژ کامل نیاز ندارند، در نتیجه می توانید پیش از یک استفاده طولانی برنامه ریزی شده، آن را کاملا شارژ کنید.
اگر باتری NIMH تعداد دفعات زیادی بطور کامل دشارژ (خالی) شود طول عمر آن کم می شود، هر چند اگر گاهی اجازه دهید که کاملا تخلیه شود به گونه ای بهینه کار خواهد کرد. شارژ کردن باتریهای NIMH نسبت به معادل باتریهای نیکل ـ کادمیم طولانی تر است و اگر بیش از حد شارژ شوند یا در زمانی که باتری داغ است شارژ ادامه یابد احتمال دارد که خراب شوند شارژرهای NIMH خوب می توانند جلوی شارژ بیش از حد باتری را بگیرند یا اگر دمای داخلی باتری زیاد باشد عمل شارژ را متوقف کنند.
این نوع از باتری ها قبل از شارژ کردن انرژیی آنها باید کاملا تخلیه شود. در صورت استفاده نکردن از باتری نیز شارژ باتری باید خالی از شارژ نگه داری شود.
باتری های نیکل کادمیوم Ni-Cd
جنس الکترودهای این نوع باتری هیدروکسید نیکل و کادمیم است. الکترولیت مورد استفاده در این نوع باتری نیز هیدروکسید پتاسیم می باشد. باتریهای نیکل ـ کادمیم سرعت شارژ شدن بالایی را فراهم می سازند و می توانند طول عمر خوبی داشته باشند با بیش از هزار چرخه شارژ/دشارژ. اگر پیش از آنکه باتریهای نیکل ـ کادمیم کاملا دشارژ (خالی ) نشوند آنها را شارژ کنید کارآیی آنها پایین می آید.
بعضی از شارژرهای باتریهای نیکل ـ کادمیم دارای مداری برای دشارژ کردن باتری، پیش از شارژ کردن آنها هستند. باتریهای نیکل ـ کادمیم به یک دوره break-in نیاز دارند. بسیاری از سازندگان این نوع باتریها سه بار چرخه شارژ/دشارژ را پیش از آنکه باتری به حالت بهینه خود برسد توصیه می کنند.
باتری های نیکل کادمیوم نیز همانند باتری های متال هیدرید قبل از شارژ کردن باید خالی از شارژ باشد و دارای مدت زمان عمر طولانی تری نسبت به دیگر مدل های باتری هستند.
شارژ معکوس باتری
شارژ معکوس به معنی قراردادن باتری دشارژ شده در معرض جریانی در جهت دشارژ بیشتر باتری است که در نهایت باعث زدن صدمه جدی به باتری می شود. شارژ معکوس باتری در شرایطی که باتری به صورت برعکس به مدار شارژ کننده متصل است و زمانی که باتری در حد زیادی د شارژ شده باشد اتفاق می افتد.
زمان شارژ کردن باطری های قابل شارژ
زمان شارژ کردن یک پارامتر مهم برای دستگاه هایی است که از باتری های قابل شارژ تغذیه می شوند. حتی اگر منبع تغذیه شارژ انرژی کافی برای عملکرد دستگاه و همچنین شارژ مجدد باتری را فراهم کند، دستگاه در زمان شارژ به یک منبع تغذیه خارجی وصل می شود.
برای وسایل نقلیه الکتریکی که بصورت صنعتی استفاده می شود، شارژ در هنگام جابجایی ممکن است قابل قبول باشد. برای وسایل نقلیه برقی که نیاز به شارژ دارند، شارژ سریع برای شارژ در یک زمان مناسب ضروری است.
باتری قابل شارژ با سرعت بالا نیست. مقاومت داخلی باتری باعث ایجاد گرما می شود و افزایش بیش از حد دما باعث می شود تا باتری از بین برود. . برای بعضی از انواع، حداکثر سرعت شارژ با سرعتی که مواد فعال می توانند از طریق الکترولیت مایع منتشر شوند، محدود می شوند. شارژ شدن زیاد ممکن است باعث ایجاد گاز اضافی در باتری شود، یا ممکن است منجر به آسیب دیدن واکنش های جانبی شود که ظرفیت باتری را به طور دائم کاهش می دهد.
بسیار تقریباً تقریباً و با استثنائات و جزئیات بسیار زیادی، بازگرداندن ظرفیت کامل یک باتری در یک ساعت یا کمتر، شارژ سریع در نظر گرفته می شود. یک سیستم شارژر باتری استراتژی های پیچیده تر و کنترل شارژ برای شارژ سریع را شامل می شود تا یک شارژر که برای شارژ کندتر طراحی شده است.
راه تشخیص باتری های پر و خالی
دقیق ترین روش برای تشخیص جدید یا قدیمی بودن باتری استفاده از دستگاه تست باتری است که میزای توان باتری را مشخص می کند اما دسترسی به این دستگاه برای همه ممکن نیست.
روش دیگری که معمولا همه از آن استفاده می کنند تست باتری با زبان است که با انجام این کار یک شوک کوچکی به ما می دهد. البته این روش جوابگوی همه ی باتری ها نیست.
روشی دیگر که برای تست تمامی باتری ها جواب می دهد، انداختن باتری است. باتری سالم در هنگام انداختن آن به زمین از جا نمیپرد و بلند نمی شود. ولی باتری که خالی باشد پس از انداختن آن بر روی زمین از جا میپرد و بلند می شود این روش برای باتری های ۹ ولت جواب می دهد.
دلیل بلند شدن باتری خالی از زمین به این خاطر است که باتری سالم درون آن ماده ای به نام زینک متال قرار دارد و این ماده سنگین است و به هنگام برخورد باتری سالم بر روی زمین اجازه بلند شدن به آن نمی دهد.
هنگام تولید الکتریسیته توسط باتری به اصطلاح خالی شده و زینک متال درون آن تبدیل به زینک اکسید می شود و به همین علت هنگام برخورد با زمین بلند می شود.
