ظرفیت باتری و عوامل تاثیرگذار بر آن

---

بیشتر بخوانید:عوامل موثر در تنظیم آمپر جوشکاری

منظور از کلاس ظرفیت باتری چیست؟

یکی از مهم ‌ترین ویژگی ‌ها و مفاهیم مربوط به باتری، کلاس ظرفیت باتری است و بدون ذکر این پارامتر، باتری را درست معرفی نکرده‌ایم. در حقیقت این پارامتر، بیانگر میزان بار موجود در یک باتری یا در واقع باری است که این باتری می ‌تواند در اختیار ما قرار دهد. هر چه ظرفیت باتری بیشتر باشد، مدت زمان دشارژ آن نیز بیشتر می شود. برای مثال اگر از یک باتری با ظرفیت بالا در یک ابزار شارژی همچون دریل استفاده کنیم، این دستگاه، مدت زمان بیشتری را روشن می ماند در حالی که ظرفیت کم باتری، باعث می ‌شود که ابزار شارژی شما، زود‌تر خاموش شده و نیاز به شارژ دوباره پیدا کند.

در نتیجه ظرفیت یک باتری، میزان باری است که در اختیار کاربر قرار می ‌دهد و این بار ذخیره شده، قرار است از باتری خارج شود و خود را به صورت جریان نشان دهد. در واقع جریان، آهنگ خروج بارهای الکتریکی از باتری است. پسکلاس ظرفیت باتری و جریان باتری به یکدیگر مرتبط نیستند و اگر ظرفیت یک باتری بیشتر باشد، معنای آن این نیست که باتری مورد نظر از جریان بیشتری برخوردار است.

واحد ظرفیت، آمپر ساعت (Ah) است که در واقع همان مقدار کولنی (کولن: واحد بار الکتریکی) است که از باتری خارج می ‌شود. اگر فرض کنیم که جریان یک باتری ثابت باشد، مقدار بار خارج شده از آن برابر با حاصل ضرب جریان در مدت زمان استفاده از باتری است که مطابق فرمول زیر محاسبه می شود.

بیشتر بخوانید: صفر تا صد دم باریک؛ از چیستی تا انواع آن

q(C) = I(A) * ∆t(S)

در این فرمول، q همان ظرفیت باتری است و I جریان آن و ∆t نیز مدت زمان استفاده از آن می ‌باشد که اگر دقت کنید، واحد آن ثانیه است در حالی که در مطلب بالا اشاره شد که واحد ظرفیت، آمپرساعت است که می‌توان با تقسیم این مقدار بر 3600، واحد آمپر ساعت را به دست آورد.

با دقت به واحد ظرفیت، می ‌‌توان تعبیر دیگری نیز برای تشخیص ظرفیت باتری به دست آورد. فرض کنید که ظرفیت یک باتری 1.8Ah باشد، این عدد می ‌تواند این معنی را داشته باشد که اگر از باتری، به مدت 1 ساعت جریان 1.8 آمپر کشیده شود، خالی می ‌شود. پس اگر به دنبال آن هستید که باتری شما دیرتر خالی شود، به دنبال یک باتری با ظرفیت بالاتر بگردید. واحد دیگری که برای ظرفیت مورد استفاده قرار می گیرد، میلی آمپرساعت  (mAh)است که با ضرب عدد 1000 در فرمول قبل، به دست می‌آید. برای مثال 1.8Ah، برابر با 1800mAh است.

عوامل تاثیرگذار بر ظرفیت باتری

عواملی که بر کلاس ظرفیت باتری تأثیر مستقیم دارند عبارت اند از:

• عمر و گذشته باتری
• میزان شارژ و دشارژ شدن باتری
• میزان تخلیه یا DOD باتری
• دمای محیط کار و محل نگهداری از باتری

بیشتر بخوانید:انواع ابزار گچ کاری

میزان تخلیه

یکی از موضوعاتی که همیشه و در همه باتری ها به آن توجه می شود، انرژی است که در باتری ذخیره شده است. یعنی یک باتری به هیچ عنوان کاملاً تخلیه نمی گردد. البته این موضوع مادامی حائز اهمیت است که:

• باتری مشکل جدی نداشته باشد.
• آسیب برگشت ناپذیری به باتری وارد نشده باشد.

در واقع به میزان انرژی که باتری در هنگام تخلیه خارج می کند، میزان تخلیه یا (DOD) گفته می شود. به عنوان مثال اگر تولید کننده یک باتری اعلام کند DOD باتری 25 درصد است، در هنگام استفاده از این باتری فقط از  25 درصد ظرفیت آن می توانید استفاده کنید.

توجه داشته باشید نکته دیگری که باید به آن دقت کنید این است که، DOD  باتری نباید تخلیه شود. این DOD از طرف تولید کنندگان برای یک روز و به میزان مشخصی تعیین شده است که به حداکثر انرژی باتری در یک روز برای تخلیه را مشخص می‌ نماید.

میزان شارژ و دشارژ

یکی از عواملی که بر ظرفیت باتری تأثیر می گذارد، میزان شارژ و دشارژ شدن آن است. سرعت بالای خالی شدن باتری موجب می شود که انرژی استخراج شده توسط باتری کاهش یافته و اصطلاحاً گنجایش آن پایین بیاید. البته از آن جایی که انرژی کم و غیر قابل ملاحظه ای از آن نیز به انرژی های دیگر تبدیل می شود، انرژی که از باتری به دست می آید کاهش پیدا می کند اما اگر به صورت دوره ای باتری انرژی اش را با سرعت کم و به میزان کم تخلیه کند، انرژی بیشتری خارج کرده و گنجایش بیشتری نیز دارد.

پس با توجه به مواردی که گفته شد تأثیر میزان شارژ و دشارژ را بر ظرفیت مشخص کردیم. با توجه به این موضوع که باتری عملاً تخلیه نمی شود، ظرفیت آن در واقع کارکرد زمانی است که باتری دشارژ شود. نماد ظرفیتی که معمولاً با روش فوق مشخص می شود  Cx  است و در آن  x زمان و ساعتی است که باتری دشارژ می‌ شود.

بیشتر بخوانید: وجین کن چیست و چه کاربردی دارد؟

عمر و گذشته باتری

تحقیقات نشان داده است که با توجه به DOD اندازه گیری شده، ظرفیت یک باتری در روزهای ابتدایی ارزیابی برای تعداد محدودی از چرخه‌ های شارژ / دشارژ ثابت می‌ ماند و در واقع گذشته باتری باعث می شود که باتری به زیر حداکثر DOD برسد این یعنی ظرفیت باتری قبل از موعد مقرر کاهش یافته است.

بیشتر بخوانید: آموزش تعمیر باتری دریل شارژی در 5 مرحله

انواع باتری و مشخصات آنها

بالاتر شما را با همه چیز درباره ظرفیت باتری آشنا کردیم. حال باید بدانید باتری‌ها به طور کلی به سه دسته تقسیم می‌شوند که هرکدام از آنها دارای ویژگی‌های خاص خود هستند. در این قسمت می‌خواهیم شما را با انواع مدل باتری و مزایا و معایب هرکدام آشنا کنیم تا بتوانید در بین آنها بهترین انتخاب را داشته باشید. با ما همراه باشید.

باتری نیکل کادمیوم (Ni-Cd)

باتری نیکل کادمیوم اولین بار در سال 1899 رونمایی شد. این باتری که یک دانشمند سوئدی اختراعش کرد، از زمان اولین تولید تا کنون تغییرات زیادی به خود دیده است. یک باتری معمولی نیکل کادمیوم از یک صفحه الکترود منفی کادمیوم، یک جداکننده و یک الکترولیت هیدروکسید پتاسیم تشکیل شده است.

موارد مصرف باتری نیکل کادمیوم:

• اسباب بازی‌ها
• چراغ‌های اضطراری
• تجهیزات پزشکی
• اقلام تجاری و صنعتی
• تیغ‌های برقی
• رادیوهای دو طرفه
• ابزار برقی

مزایای باتری نیکل کادمیوم

• تعداد زیاد چرخه شارژ/ دشارژ: اگر این باتری را به درستی نگهداری کنید، قابلیت این را دارد که بیش از 1000 بار چرخه شارژ و دشارژ را ارائه دهد.
• عملکرد بار فوق‌العاده: نیکل کادمیوم را در دماهای بسیار پایین نیز می‌توان مجددا شارژ کرد.
• ماندگاری طولانی: در هر سطحی از شارژ که باشد ماندگاری خوبی از خود نشان می‌دهد.
• ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل ساده: این باتری در اکثر شرکت‌های حمل‌ونقل هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• عملکرد بسیار مطلوب در دمای پایین: نیکل کادمیوم را می‌توان از با دوام‌ترین باتری‌های شارژی موجود نام برد.
• مقرون به‌صرفه: از لحاظ هزینه در صنایع مختلف، مقرون به‌صرفه‌تر از دیگر گزینه‌ها است.
• تنوع در سایز: باتری نیکل کادمیوم استوانه‌ای‌شکل است و می‌توان آن را در اندازه‌های مختلف و عملکرد متفاوتی تهیه کرد.

معایب باتری نیکل کادمیوم:

• قدرت پایین: این باتری چگالی انرژی پایینی نسبت به سیستم‌های مدرن دارد.
• اثر حافظه: مورد بعدی اثر حافظه است که باید برای جلوگیری از این مشکل مرتب باتری را تمرین داد.
• آسیب به محیط زیست: در ساختار این باتری عناصر خطرناکی به کار رفته که به محیط زیست آسیب می‌زنند. به دلیل این مشکل استفاده نیکل کادمیوم در چند کشور محدود شده است.
• نرخ بالای خودتخلیه‌گی: نیکل کادمیوم پس از ذخیره‌سازی به شارژ مجدد نیاز پیدا می‌کند.

باتری نیکل متال هیدرید

این نوع باتری نسبت به مدل قبلی جدیدتر است و از یک صفحه الکترود مثبت نیکل هیدروکسید، یک صفحه الکترود منفی یون هیدروژن، یک جداکننده و یک الکترولیت قلیایی مثل هیدروکسید پتاسیم تشکیل می‌شود.

موارد استفاده نیکل متال هیدرید:

• باتری خودرو
• تجهیزات پزشکی
• پیجر
• تلفن همراه
• دوربین فیلمبرداری
• دوربین‌های دیجیتال
• مسواک برقی

مزایای باتری نیکل متال هیدرید

• توان باتری: ظرفیت این باتری نسبت به نیکل کادمیوم معمولی تقریباً 30 تا 40 درصد بیشتر است.
• استعداد حافظه کمتر: برخلاف نیکل کادمیوم، کمتر در معرض اثر حافظه‌ای قرار دارد و به چرخه‌ها تمرینی دوره‌ای نیازی ندارد.
• ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل ساده: شرایط حمل‌ونقل آن نیازی به تنظیم ندارد.
• سازگار با محیط زیست: سموم زیادی در ساختار آن وجود ندارد و قابل بازیافت است.

معایب باتری نیکل متال هیدرید:

• عمر کوتاه: این باتری پس از 300-200 چرخه عمیق، بخصوص در جریان بالا، با کاهش عملکرد روبه رو می‌شود. یعنی سیکل‌های تخلیه عمیق، به چرخه‌های کم عمق تبدیل می‌شوند.
• جریان تخلیه کم: در حالی که این باتری می‌توان جریان تخلیه بالایی به وجود بیاورد، این تخلیه مکرر با جریان بار بالا عمر چرخه باتری را کاهش می‌دهد.
• نیازمند الگوریتم شارژ پیچیده‌تر: چون باتری نیکل متال هیدرید گرمای بیشتری در طول شارژ تولید می‌کند و همچنین زمان بیشتری نسبت به دیگر باتری‌ها برای شارژ نیاز دارد، شارژ قطره‌ای مسئله مهمی برای آن است و باید به خوبی بررسی شود.
• خود تخلیه‌گی بالا: نیکل متال هیدرید نسبت به نیکل کادمیوم 50درصد خود تخلیه‌گی بیشتری دارد. افزودنی‌های شیمیایی جدید باعث افزایش خودتخلیه‌گی و کاهش چگالی می‌شوند.

افت عملکرد در صورت نگهداری در دماهای بالا: این نوع باتری را باید در دماهای سرد نگهداری کرده و تا حدود 40 درصد ظرفیت شارژ کرد.

• تعمیر و رسیدگی بالا: برای از ایجاد کریستال در این باتری پیشگیری شود، باید آن را به طور منظم تخلیه کرد.
• هزینه بالاتر نسبت به نیکل کادمیوم: باتری نیکل متال هیدرید چون برای مصارف جریان بالا کاربرد دارد، قیمت آن حدودا 20 درصد از باتری‌های نیکل کادمیوم بیشتر است. 

باتری لیتیوم یون (Li-Ion)

باتری‌های لیتیوم یونی را می‌توان جدیدترین نوع باتری در بازار دانست که به عنوان منبع انرژی موفق در کاربردهای گسترده‌ای مثل وسایل الکترونیکی قابل حمل و خودروهای الکتریکی استفاده می‌شوند. باتری لیتیوم یونی نوعی باتری قابل حمل است که هنگام تخلیه، یون‌های لیتیوم آن از طریق یک الکترولیت از الکترود منفی به الکترود مثبت انتقال پیدا می‌کنند و در زمان شارژ دوباره برمی‌گردند. الکترود مثبت باتری‌های یونی از یک ترکیب لیتیومی و الکترود منفی از گرافیت ساخته می‌شوند.

تفاوت باتری لیتیومی و لیتیوم یونی

• از مهم‌ترین تفاوت‌های این دو باتری باید به این موضوع اشاره کنیم که باتری لیتیومی یک‌بار مصرف است، در حالی که باتری‌های لیتیوم یونی قابلیت شارژ مجدد دارند و می‌توانند صدها بار شارژ و دشارژ شوند.
• باتری‌های لیتیومی را حتی اگر در قفسه‌ای بدون استفاده قرار دهید، باز هم طول عمر بسیار بیشتری دارند و تقریباً 12-10 سال در حالی که هنوز شارژ دارند دوام می‌آورند. این در صورتی است که باتری‌های لیتیوم یونی تنها 3-2 سال عمر می‌کنند.
• باتری‌های لیتیوم یونی از نظر ضایعات نسبت به لیتیومی برتری دارند.
• تفاوت دیگر آنها در مقدار چگالی است که لیتیومی چگالی انرژی بیشتری نسبت به لیتیوم یونی دارد. به عبارت ساده‌تر می‌تواند شارژ بیشتری را به نسبت اندازه خود نگه‌داری کند.
• باتری‌های لیتیومی توانایی این را دارند که با یک ‌بار شارژ، انرژی مورد نیاز را تأمین کنند؛ اما متأسفانه هیچ راهی برای شارژ مجدد آن‌ها وجود ندارد.
• از نظر قیمت نیز باید بگوییم باتری‌های لیتیومی قیمت ارزان‌تری دارند؛ زیرا آسان‌تر و ارزان‌تر تولید می‌شوند.

بیشتر بخوانید: همه آنچه باید درباره باتری ابزارآلات شارژی بدانید

کاربرد باتری لیتیوم یونی

از آنجا که باتری‌ها منابع انرژی با وزن سبک و چگالی انرژی بالایی هستند، در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از چند باتری کوچک در یک مدار موازی برای تأمین انرژی تجهیزات بزرگ‌تر، مانند خودروهای الکتریکی، بسیار موثر‌تر و کارآمدتر از اتصال باتری بزرگ است. در ادامه کاربردهای گسترده این این باتری را برایتان آورده‌ایم:

• ابزارهای برقی: مته‌های شارژی، سنباده‌ها، اره‌ها، انواع ابزارهای باغبانی مانند قیچی‌ها و … همگی به استفاده از این نوع باتری‌ها می‌پردازند.
• دستگاه‌های حمل‌ونقل: تلفن‌های همراه و تلفن‌های هوشمند، رایانه‌ها و تبلت‌ها، دوربین‌های دیجیتال و دوربین‌های عکاسی، کنسول‌های بازی و …
• وسایل نقلیه الکتریکی: از جمله خودروهای برقی، وسایل نقلیه هیبریدی، موتور سیکلت‌ها و اسکوتر‌های برقی، دوچرخه‌های برقی، حمل و نقل شخصی و صندلی‌های چرخدار برقی از این مدل باتری استفاده می‌کنند.

به نقل از سایت نوین باتری مشهد درباره ظرفیت باتری و عوامل تاثیرگذار بر آن می‌توان گفت:

“ظرفیت آمپرساعت باطری

ظرفیت آمپرساعت باطری یک پارامتر ثابت نبوده و بستگی به عوامل ذیل دارد:

• سطح جریان شارژ
• چگالی ویژه و درجه حرارت الکترولیت
• فرآیند دشارژ به عنوان تابعی از زمان
• عمر باطری (به دلیل از دست رفتن مواد فعال صفحات باتری، ظرفیت آمپرساعت باتری با نزدیک شدن به اتمام عمر مفید آن، کاهش می یابد.)”

سخن آخر

در این مقاله به یکی دیگر از مفاهیم مربوط به باتری یعنی ظرفیت پرداختیم و توضیح دادیم که ظرفیت در واقع مقدار باری است که یک باتری می‌تواند در اختیار ما قرار دهد. در ادامه به به نحوه تشخیص‌ ظرفیت باتری پرداختیم و با بیان فرمول‌، منظور خود را بهتر انتقال دادیم. شما همراهان گرامی چنانچه مشتاق دریافت اطلاعات بیشتری راجع به مبحث باتری،کلاس ظرفیت باتری، ولتاژ باتری و… هستید می توانید به کتاب باتری های مدرن نوشته “C. Vincent” مراجعه نموده و سؤالات خود را از طریق کامنت با کارشناسان رونیکس مطرح نمایید.

همچنین در ادامه به نقل از سایت سازوکار “نحوه نگهداری از باتری دریل شارژی چگونه است؟” را برایتان شرح داده ایم:

“باتری دریل‌های شارژی ممکن است در اثر استفاده مداوم و رعایت نکردن نکات اصولی دچار افت کارایی یا خرابی شود. با استفاده از برخی نکات ضروی می‌توانید طول عمر و کارایی باتری دریل خود را تا حد ممکن افزایش دهید. در ادامه به معرفی برخی از این نکات می‌پردازیم.

از شارژر مناسب استفاده کنید

اولین نکته در مورد نگهداری از باتری دریل شارژی استفاده از شارژر مناسب است که معمولا  به همراه دریل عرضه می‌شود. استفاده از شارژر نادرست ممکن است منجر به شارژ بیشتر یا کمتر از از حد مناسب شود که به سلول های باتری آسیب زده و عمر مفید آن ها را کاهش می‌دهد.

باتری دریل شارژی در مکان خشک نگهداری شود

نکته مهم دیگر برای نگهداری از باتری دریل شارژی انتخاب مکانی مناسب برای نگهداری از آن است. مکان نگهداری باتری تاثیر قابل توجهی بر روی طول عمر و عملکرد آن دارد. همواره باتری‌ها را در محلی خشک و خنک و دور از نور مستقیم خورشید یا منابع گرما قرار دهید. دمای بالای محیط، باتری را سریع‌تر خراب می‌کند؛ به این صورت که ظرفیت آن کمتر و طول عمرش کوتاه‌تر می‌شود. از سوی دیگر، دمای کم محیط باعث یخ زدن باتری شده و به سلول‌های آن آسیب می‌زند.

باتری را بیش از حد شارژ نکنید

یکی از رایج‌ترین دلایل خرابی باتری، شارژ بیش از حد آن است،. شارژ بیش از حد، سلول‌های باتری را خراب کرده و ظرفیت کلی و طول عمر باتری را نیز کاهش می‌دهد. بسیاری از مدل‌های دریل شارژی دارای نوعی مکانیسم ایمنی هستند که از شارژ بیش از حد جلوگیری می‌کند؛ بنابراین، هنگام شارژ باتری دریل شارژی از دستورالعمل‌های شرکت سازنده پیروی کنید.

 باتری را کامل شارژ کنید

برای نگهداری از باتری دریل شارژی، ضروری است که قبل از هر بار استفاده و جهت اطمینان از کارایی دریل، باتری را به طور کامل شارژ کنید. در غیر این صورت عملکرد باتری کاهش یافته و زمان شارژدهی دریل کوتاه‌تر می‌شود. بیشتر باتری‌های جدید مجهز به نشانگر سطح باتری هستند که نشان می‌دهد چه زمانی باتری کاملاً شارژ شده است. بنابراین قبل از استفاده از باتری، به آن زمان کافی برای شارژ شدن بدهید.

شارژ باتری دریل را کامل خالی نکنید

باتری‌های نیکل کادمیوم قدیمی اگر به طور کامل تخلیه نشوند، در حافظه باتری اثر منفی ایجاد شده و ظرفیت آن کمتر می‌شود. اما در باتری‌های لیتیم یونی، تمام شدن کامل شارژ باتری عمر مفید آن را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. برای جلوگیری از این مشکل، فقط کافی است باتری را قبل از خالی شدن شارژ کنید. بیشتر دریل‌های شارژی مجهز به نشانگر سطح باتری هستند که هشدار تعویض باتری را نیز نشان می‌دهد.

از دماهای شدید اجتناب کنید

گرما یکی از بزرگ‌ترین دشمنان باتری‌های دریل شارژی است. دماهای بالا باعث می‌شود سلول‌های باتری زودتر خراب شوند، در نتیجه ظرفیت و طول عمر باتری‌ها کاهش می‌یابد؛ به همین دلیل برای نگهداری از باتری دریل شارژی، به حداقل رساندن گرمای آن ضروری است.

باتری را در معرض نور خورشید یا داخل خودرو داغ قرار ندهید. همچنین، هیچ وقت باتری داغ را شارژ نکنید؛ زیرا آسیب دائمی به سلول‌های آن وارد می‌شود.”

باتری های 20 ولت لیتیوم یون رونیکس