سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2604 : خود تخلیه باتری؛ پایان عمر باتری!
What does elevated self discharge do
در چند مقاله پیش، راجع به از بین رفتن الکترولیت باتری که باعث کاهش عمر آن میشود، صحبت کردیم.اما در این مقاله قصد داریم تا شما را با یک ویژگی جالب توجه باتری آشنا کنیم؛ فاجعه خود تخلیه باتری که اغلب نادیده گرفته میشود.
خود تخلیه باتری چیست؟
خود تخلیه باتریها، فرآیندی دائمی است که قابل بازگشت نمیباشد. همانطور که از نام این فرآیند پیداست، باتریها تحت شرایطی خاص به صورت خودکار اقدام به خالی کردن خودکار شارژ خود میکنند.
تمام باتریها تحت تأثیر خود تخلیه قرار میگیرند. خود تخلیه باتری نقصی تولیدی نیست بلکه یک ویژگی مختص به باتریها میباشد. اما شیوههای ساخت ضعیف باتری و دستکاری نامناسب مربوط به خودتخلیگی میتواند باعث بروز مشکلات زیادی شود.
سلولهایی که با تخلیههای عمیق تحت فشار قرار گرفتهاند و در صفر ولت نگه داشته میشوند، خود تخلیهگی بیشتری نسبت به سلول جدید نشان میدهد.
شکل زیر نیز خود تخلیگی باتری اسید سرب را در دمای مختلف محیط نشان میدهد.
در دمای اتاق 20 درجه سانتیگراد (68 درجه فارنهایت)، تخلیه خودکار تقریباً 3٪ در ماه است و باتری را میتوان 12 ماه ذخیره کرد. بدون شارژ ، در دمای گرم 30 درجه سانتیگراد (86 درجه فارنهایت)، میزان تخلیه خودبهخودی افزایش یافته و پس از 6 ماه نیاز به شارژ مجدد خواهد داشت.
در صورتیکه برای مدتی، باتری به زیر 60 درصد SoC برسد، سولفاته شدن اتفاق میافتد.
باتریهای سرب اسیدی هرگز نباید به زیر 60٪ SoC برسند. در صورتیکه دمای محل نگهداری آنها بالا است، آنها را بیشتر شارژ کنید.
فرایند اتلاف انرژی در خودتخلیگی
در فرآیند تخلیه خودبهخودی، اتلاف انرژیها همگام است؛ به این معنی که تخلیه خودبهخودی باتری دقیقاً پس از شارژ بیشتر اتفاق افتاده و سپس کم میشود.
تخلیه خودکار باتری در دمای بالاتر افزایش مییابد و میزان آن به طور معمول با هر 10 درجه سانتیگراد (18 درجه فارنهایت) دو برابر میشود.
تعداد چرخه شارژ و دشارژ بالا و افزایش طول عمر باتری نیز باعث افزایش نرخ تخلیه خودبهخودی میشود.
به مثال های زیر توجه کنید:
تخلیه خودکار باتری مبتنی بر نیکل
باتریهای مبتنی بر نیکل در 24 ساعت اول پس از شارژ ، حدود 10 درصد و سپس ماهانه 10~15 درصد از ظرفیت خود را از دست میدهند. تخلیه خودکار باتری قدیمی مبتنی بر نیکل میتواند به قدری زیاد شود که درحالت استفاده عادی، دچار نشت شود.
تخلیه خودکار باتری لیتیوم یون
در شرایط عادی، تخلیه خودکار لیتیوم یون در طول عمر مفید آن ثابت است. با این حال، شارژ کامل و دمای بالا، باعث افزایش خود تخلیگی باتری میشود. این عوامل در طول عمر باتری نیز تأثیر دارند. علاوه بر این، باتری لیتیوم یونی که كاملاً شارژ شده، نسبت به باتری دیگر كه به طور کامل شارژ نشده است، مستعد خرابی بیشتر میباشد.
جدول زیر وضعیت خود تخلیه لیتیوم یون در هر ماه، دماهای مختلف و حالت شارژ آن را نشان میدهد.
خودتخلیگی زیاد در حالت شارژ کامل و دمای بالا تعجب آور است.
| وضعیت شارژ | 0°C (32°F) | 25°C (77°F) | 60°C (140°F) |
| شارژ کامل | 6% | 20% | 35% |
| 40-60٪ شارژ | 2٪ | 4٪ | 15% |
تخلیه خودبهخودی، با افزایش دما و افزایش SoC، افزایش مییابد.
سلول یون لیتیوم نباید به مقدار کمتر از 2.50 ولت تخلیه شود؛ زیرا در این صورت مدار محافظ خاموش شده و اکثر شارژرها نیز باتری را در آن حالت شارژ نمیکنند.به عنوان راه حل، معمولا یک مدار محافظ با قابلیت “تقویت کننده جریان” ، باتری را به ظرفیت کامل خود باز میگرداند.
مقایسه باتریها در میزان خودتخلیگی
عمل خود تخلیهگی باتری با گذر طول عمر باتری، چرخه بیشتر و افزایش دما افزایش مییابد؛ اما میزان خود تخلیه الکتریکی با توجه به نوع باتری و مواد شیمیایی متفاوت است. مثلا سلولهای اولیه مانند لیتیوم-فلز و فلز قلیایی، انرژی ذخیره شده را به بهترین نحو حفظ کرده و آنها را میتوان برای چندین سال در انبار نگهداری کرد.
پس دست مریزاد به لیتیوم فلز و فلز قلیایی!
در بین باتریهای قابل شارژ، اسید سرب کمترین میزان خود تخلیه باتری را دارد و فقط حدود 5 درصد انرژی در ماه را از دست میدهد. با این وجود، سرب غرقاب شده باعث رسوب نوعی لجن شده، که با رسیدن این ماده نیمه رسانا به صفحات، از میزان کارایی آن کاسته میشود.
خود تخلیه انواع باتریها به عنوان تابعی از زمان
بالاترین میزان تخلیه، بلافاصله پس از شارژ شدن باتری اتفاق میافتد؛ اما پس از آن، در هر باتری فرآیند متفاوتی طی میشود.
باتری نیکل-هیدرید فلز و نیکل-کادمیم
باتریهای نیکل– هیدرید فلز (NiMH) و باتریهای نیکل–کادمیم (NiCd) جزء باتریهای قابل شارژ هستند که بالاترین میزان خود تخلیه باتری را دارند. حتی قبل از استفاده از آنها وقتی چند هفته بلااستفاده باقی میمانند، نیاز به شارژ مجدد دارند. باتریهای NiCd، از خود تخلیه بالاتری برخوردارند. علاوه بر این، تخلیه خودبهخودی، با استفاده و گذر عمر باتری افزایش مییابد، که از عوامل موثر آن، تشکیل بلور (حافظه) در آن است. سیکل تخلیه کامل منظم، حافظه را کنترل میکند. فلز نیکل-هیدرید برای 300-400 چرخه مناسب است؛ در حالی که نیکل-کادمیوم به طور استاندارد بیش از 1000 چرخه تا قبل از اینکه به طور کامل تخلیه شود، دوام میآورد.
باتری لیتیوم یون
لیتیوم یون در 24 ساعت اول حدود 5 درصد تخلیه میشود و سپس 1~2 درصد انرژی در ماه را از دست میدهد. به مرور با کمک مدار محافظ، 3 درصد دیگر در ماه به شارژ آن اضافه میشود.
در این نوع باتری، یک جدا کننده معیوب میتواند منجر به افزایش خود تخلیه باتری شود ،که میتواند به یک مسیر جریان تبدیل شده، گرما تولید کند و در بدترین حالت، منجر به شروع یک خرابی حرارتی شود.
همچنین از منظر خود تخلیه باتریها، اسید سرب مشابه لیتیوم یون است.
خود تخلیه در سیستمهای مختلف باتری
جدول زیر خلاصه خود تخلیه باتری مورد انتظار از سیستمهای مختلف باتری را بیان میکند.
| سیستم باتری | تخمین خود تخلیه |
| لیتیوم فلز اولیه | 10٪ در 5 سال |
| قلیایی | 2-3٪ در سال (7-10 سال ماندگاری) |
| سربی اسیدی | 5٪ در ماه |
| مبتنی بر نیکل | 10-15٪ در 24 ساعت و سپس 10-15٪ در ماه |
| لیتیوم یون | 5 in در 24 ساعت، سپس 1-2 month در ماه (به علاوه 3 for برای مدار ایمنی) |
درصد تخلیه خودبهخودی در ماه و سال. باتری های اولیه نسبت به باتریهای ثانویه (قابل شارژ) دارای تخلیه قابل ملاحظهای کمتری هستند.
موارد احتیاطی در مقابل خود تخلیگی
۱ – لیتیوم یون در صورت تخلیه زیر 50/2 ولت، از کار میافتد. در این مواقع در صورتي كه سلول به آنها اجازه دهد بيش از يك هفته در حالت ولتاژ پايين ساكن شوند، دندريتهای مس رشد ميكنند. این اتفاق منجر به افزایش خود تخلیهگی باتری شده و ایمنی را به خطر میاندازد.
۲- مکانیسمهای خود تخلیه نیز باید در تولید رعایت شوند. این عوامل، از خوردگی تا ناخالصی در الکترودها متغیر هستند و از یک سلول به سلول دیگر انتقال مییابند. یک تولید کننده با کیفیت، تخلیه خودبهخودی سلول را بررسی کرده و آنهایی که خارج از تلرانس هستند را رد میکند.
۳- شارژ و تخلیه منظم، باعث رسوب ناخواسته فلز لیتیوم بر روی آنُد (الکترود منفی) لیتیوم یون میشود و در نتیجه باعث از بین رفتن ظرفیت موجودی لیتیوم و ایجاد یک اتصال کوتاه داخلی میشود.
۴- رسوب ناخواسته لیتیوم، مقاومت داخلی را کاهش داده و به مرور میتواند توانایی بارگیری را نیز کاهش دهد.
۵- اگر باتری در وسیله نقلیه داغ باقی بماند، افت انرژی قابل ملاحظهای رخ میدهد.
کلام آخر
در این مقاله تلاش کردیم شما را با واقعه خودتخلیگی باتریها آشنا کنیم. پس بعد از خواندن این مقاله، متوجه میشوید که پس از خرید یک باتری یا عدم استفاده از آن، باید منتظر کاهش کارایی آن بود.
به عنوان نکته آخر توجه داشته باشید که اگر میزان خود تخلیهگی باتری در 24 ساعت به 30 درصد رسید، باتری را دور بیندازید. چون این باتری دیگر باتری بشو نیست!
پیشنهاد : ضریب تخلیه باتری C-rate چیست؟
