سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2307 : بازدهی کولن و انرژی در باتری
How to monitor a battery
در ادامه مطالب مربوط به باتری، در این مقاله می‌خواهیم در مورد بازدهی کولن در باتری صحبت کنیم. با ساینا باتری همراه باشید.
در ابتدا باید بدانیم که کولن چیست.
پیشنهاد : باتری چیست را مطالعه کنید.
کولن چیست؟
از نظر بنیادی، می‌دانیم که الکتریسیته در نتیجه حرکت بار الکتریکی به‌وجود می‌آید.
در حالت کلی دو نوع بار الکتریکیِ مثبت و منفی در طبیعت وجود دارد. اولین بار «بنجامین فرانکلین» (Benjamin Franklin)، دانشمند آمریکایی توانست وجود بار الکتریکی را درک کند. او با استفاده از ساییدن اجسام مختلف به یکدیگر، توانست بارهای الکتریکی را توصیف کند. فرانکلین مشاهده کرد که اجسام باردار یکدیگر را جذب می‌کنند.
بدیهی است که بارهای مخالف همدیگر را جذب و بارهای موافق یکدیگر را دفع می‌کنند. واحد اندازه‌گیری بار الکتریکی کولن است که آن را با C نشان می‌دهند. یک کولن برابر است با یک آمپر ثانیه (1As).
بازدهی باتری
بازدهی باتری‌ها، پس از هر بار استفاده کم خواهد شد. انرژی بازیابی شده پس از شارژ همیشه کمتر از آن است که وارد شده است.
واکنش پارازیتی که در سلول الکتروشیمی رخ می‌دهد، از بازدهی 100 درصدی ظرفیت باتری جلوگیری می‌کند. شارژ سریع و بیش از حد نیز باعث کاهش بازدهی انرژی می‌شود. همچنین این امر به کاهش عمر چرخه باتری کمک می‌کند.
بازدهی باتری از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. این امر به ویژه در مورد سیستم‌های بزرگ باتری در وسایل نقلیه الکتریکی، سیستم‌های ذخیره انرژی (ESS) و ماهواره‌ها بسیار مهم است.
بازدهی باتری معمولاً با بازدهی کولن اندازه‌گیری می‌شود.
بازدهی کولن
بازدهی کولن (CE) که به آن بازدهی فارادیک یا بازدهی جریان نیز گفته می‌شود، مقدار شارژی که الکترون از سوی باتری به سمت بار منتقل می‌کند را توصیف می‌کند. بازدهی کولن، نسبت کل شارژ دریافت شده از باتری، به کل شارژ باتری طی یک دوره کامل است.
باتری لیتیوم یون یکی از بالاترین امتیازات CE را در باتری‌های قابل شارژ دارد. این باتری بازدهی بیش از 99 درصد را ارائه می‌دهد. اما این مقدار بازدهی، تنها در شرایط شارژ در جریان متوسط و در دمای سرد امکان‌پذیر است.
شارژ خیلی سریع باعث کاهش CE می‌شود. زیرا در اثر شارژ پذیری سریع، گرمای زیادی تولید (تلف) می‌شود. این اتلاف حرارتی، خود موجب می‌شود دشارژ بسیار کندی موسوم به تخلیه خودکار پدید آید.
با شارژ و دشارژ متناوب باتری‌های لیتیوم، بازدهی کولن بهبود می‌یابد. برای اثبات این موضوع، باتری‌های لیتیوم یون پاناسونیک، سونی، ال‌جی و سامسونگ در فرمت سلول 18650، مورد مطالعه قرار گرفتند که در آن‌ها، پس از چند مرحبه شارژ و دشارژ متوالی، موجب بهبود بازدهی شده‌است. برخی از سلول‌ها با بازدهی کولن 99.1 درصد شروع به کار کردند و در 15 سیکل به 99.5 درصد بهبود یافتند. برخی از آن‌ها با 99.5 درصد شروع و با 30 چرخه به میزان 99.9 درصد از بازدهی رسیدند. مطالعه نتایج در آزمایش‌های مکرر، نشان دهنده‌ی آن است که باتری لیتیوم یون بسیار پایدار است.
CE باتری سرب اسیدی در حدود 90 درصد است. بازدهی باتری‌های بر پایه نیکل هنوز از همه انواع باتری پایین‌تر است. بازدهی باتری‌های نیکل کادمیوم NiCd و نیکل فلز هیدرید NiMH با شارژ سریع، ممکن است به 90 درصد برسد. اما شارژ آهسته این میزان را به حدود 70 درصد کاهش می‌دهد.
معمولاً در شرایطی که باتری‌ها بیش از 70 درصد شارژ داشته باشند، پدیده تخلیه خودبه خودی اتفاق می‌افتد. در چنین شرایطی، گرم شدن باتری نیز در پایان شارژ بالای 79 درصد، خود یکی از عوامل پایین آمدن بازدهی کولن به شمار می‌رود. بهترین بازده برای تمام باتری‌ها شارژ کردن آن‌ها در محدوده 30 تا 70 درصد است. بطور خلاصه، هر یک از انواع باتری، مقادیر منحصر به فرد CE را ارائه می‌دهند که این مقدار با توجه به نرخ شارژ و دما، در هر باتری متفاوت است. البته، عمر باتری نیز نقش مهمی در مقدار بازدهی باتری دارد.
بازدهی ولتایی
روش دیگر برای اندازه گیری بازدهی باتری، بازدهی ولتایی است. بازدهی ولتایی، نشان دهنده نسبت ولتاژ تخلیه متوسط به ولتاژ شارژ متوسط است. از آنجایی‌که همیشه ولتاژ شارژ، بیشتر از ولتاژ نامی باتری است، اصولا پدیده شارژ، واکنش شیمیایی درون باتری را فعال می‌کند و کم شدن ظرفیت باتری را به دنبال دارد.
بازدهی انرژی
در حالی که بازده کلونی لیتیوم یون به طور معمول بیشتر از 99 درصد است، بازدهی انرژی همان باتری میزان کمتری دارد و مربوط به نرخ شارژ و دشارژ C است. با نرخ شارژ 20 ساعته 0.05C، بازده انرژی 99 درصد است. اما بازدهی انرژی در نرخ شارژ 0.5C به حدود 97 درصد می‌رسد و در نرخ 1C بیشترین کاهش را به همراه دارد.
گفته می‌شود که در دنیای واقعی، خودرو تسلا رودستر 86 درصد بهره وری انرژی دارد. شارژ فوق العاده سریع در خودروهای جدید الکتریکی، تأثیر منفی بر بازدهی انرژیی و همچنین دوام باتری خواهد داشت.
نتیجه‌گیری
بازدهی کولن، مقدار شارژی که الکترون از سوی باتری به سمت بار منتقل می‌کند را توصیف می‌کند. دانستن این موضوع به ما کمک می‌کند که چگونه از باتری خود مراقبت کنیم.
منبع :باتری یونیورسیتی
