S-2601 : چگونه دشارژ باتری یا تخلیه شارژ باتری‌ باعث کاهش عمر باتری می‌شود؟

S-2601 : چگونه دشارژ باتری یا تخلیه شارژ باتری‌ باعث کاهش عمر باتری می‌شود؟

Discharge methods

دشارز باتری یا تخلیه شارژ باتری یکی از مشکلات رایج استفاده از این باتری ‌هاست. در این مقاله میاموزیم که چگونه برخی از اقدامات باعث کاهش عمر باتری می‌شوند.

دشارژ باتری

هدف باتری ذخیره انرژی و آزادسازی آن در زمان دلخواه است. تخلیه باتری را تحت عنوان نرخ  C بررسی می کنند. نرخ C در واقع عمقی که یک باتری می‌تواند با خیال راحت انرژی ذخیره کرده و تخلیه کند را ارزیابی می‌کند. همچنین این شاخص الگوهای مختلف هنگام بارگیری و تخلیه باتری را بررسی می‌کند.

ویژگی باتری‌ های الکتروشیمیایی این است که در بیشتر مدت استفاده از نظر شارژ در حالت بالا قرار داشته و سپس با کاهش شارژ خیلی سریع افت می‌کنند.

در مقابل ابرخازن‌ ها (supercapacitor) دارای تخلیه خطی هستند و در طول زمان تخلیه شارژ باتری بیشترین توان را در کل طول تخلیه شارژ ارائه می‌دهند.

و باتری‌ های هوای فشرده بر عکس باتری‌های الکتروشیمیایی با افت در طول تخلیه و تثبیت میزان شارژ، انرژی خود را تخلیه می‌کنند.

شکل‌های 1 و 2 و 3 خصوصیات تخلیه شبیه‌سازی‌شده انرژی ذخیره شده را نشان می‌دهند.

نمونه‌هایی از دشارز باتری

اکثر باتری‌های قابل شارژ را می‌توان بیش از حد بارگیری کرد ولی مدت این بارگیری مازاد را باید کوتاه نگه داشت. طول عمر باتری ارتباط مستقیمی با سطح و مدت فشار وارد شده به باتری دارد.

استفاده کنندگان از باتری برای ابزارهای کنترل از راه دور مانند هلیکوپترهای کنترل از راه دور، گونه‌ای از کاربران باتری ‌ها هستند، که با تخلیه شدید انرژی باتری مواجه هستند.

تخلیه این باتری ها در دمای 30 درجه سانتیگراد، 30 برابر ظرفیت تخلیه انرژی باتری‌های با عملکرد ضعیف است.

همین مسئله سبب شده که عملکرد باتری در ماشین‌های مسابقه‌ای و قایق‌های تندروی کنترل از راه دور بسیار کوتاه باشد. و البته علاقه‌مندان استفاده از این دستگاه‌ها به این مسئله واقف بوده و از خطرات آن آگاه هستند.

برای به دست آوردن حداکثر انرژی در اوزان بالا، تولیدکنندگان هواپیماهای بدون سرنشین به سمت سلول‌هایی با ظرفیت بالا گرایش پیدا کرده‌اند.

این انتخاب در تضاد با صنایعی است که به بارهای سنگین و طول عمر بالا تمایل دارند. در واقع این برنامه‌ها با پذیرش طول عمر کمتر به دنبال دریافت قدرت بیشتر از باتری‌ها هستند.

عمق تخلیه

در سلول‌های با ترکیب اسید سرب تخلیه با 1.75 ولت صورت می‌پذیرد. در سلول‌های مبتنی بر نیکل عمق تخلیه تا 1.0 ولت در هر سلول است. در بیشتر یون‌های لیتیوم تخلیه هر سلول تا 3.0 ولت در هر سلول است.

در این سطح تقریباً 95 درصد از انرژی مصرف شده و در صورت ادامه روند تخلیه، یک باره ولتاژ به سرعت پایین می‌آید.

برای محافظت از شارژ بیش از حد باتری، اکثر دستگاه‌ها از کارکرد بیش از حد ولتاژ پایان تخلیه جلوگیری می‌کنند.

هنگام برداشتن بار پس از تخلیه، ولتاژ یک باتری سالم به تدریج بازیابی می‌شود و به سمت ولتاژ اسمی آن افزایش پیدا می‌کند.

در واقع تفاوت در میل ترکیبی فلزات در الکترودها، این پتانسیل ولتاژ را حتی در هنگام خالی شدن باتری تولید می‌کند. البته بار ناخواسته یا خود تخلیه زیاد از بازیابی ولتاژ جلوگیری می‌کند.

در هنگام تخلیه شارژ باتری، جریان بار زیاد، همان طور که هنگام حفر بتن به ابزارهای پر قدرت نیاز است، این کاوش انرژی باعث کاهش ولتاژ باتری می‌شود.

به همین دلیل در آستانه تخلیه کامل ولتاژ، برای جلوگیری از قطعی زودرس جریان و خاموش نشدن دستگاه استفاده کننده، جریان ولتاژ در حد پایین‌تری تنظیم می‌شود.

همچنین با تخلیه ولتاژ باتری و بالا رفتن مقاومت داخلی باتری، هنگام تخلیه شارژ در دماهای بسیار پایین، ولتاژ نیز باید کاهش یابد. جدول 4 ولتاژهای متناوب پایان تخلیه شیمایی باتری‌های مختلف را نشان می‌دهد.

End-of-discharge   Nominal	Li-manganese   3.60V/cell	Li-phosphate   3.20V/cell	Lead acid   2.00V/cell	NiCd/NiMH   1.20V/cell
Normal load   Heavy load or low temperature	3.0–3.3V/cell   2.70V/cell	2.70V/cell   2.45V/cell	1.75V/cell   1.40V/cell	1.00V/cell   0.90V/cell

جدول 4- ولتاژهای اسمی و توصیه شده هنگام پایان تخلیه را در حالت‌های تخلیه بار نرمال و سنگین نشان می‌دهد. ولتاژ هنگام پایان تخلیه در یک بار زیاد، از تلفات بیشتر انرژی جلوگیری می‌کند.

خطر گاز سولفید هیدروژن

شارژ بیش از حد باتری‌های اسید سرب می‌تواند باعث تولید سولفید هیدروژن شود. این ماده گازی بی رنگ، سمی و قابل اشتعال است که بوی تخم مرغ پوسیده می‌دهد.

گاز سولفید هیدروژن معمولاً در هنگام تجزیه مواد آلی در باتلاق‌ها و فاضلاب رخ می‌دهد و در گازهای آتشفشانی و گاز طبیعی نیز وجود دارد.

این گاز از هوا سنگین‌تر بوده و در پایین فضاهای تهویه جمع می‌شود. استشمام مستمر این گاز باعث شده که قربانیان به مرور حس بویایی خود را از دست داده و از وجود گاز مطلع نشوند.

چرخه تخلیه شارژ باتری چیست؟

چرخه تخلیه باتری یا شارژ آن معمولاً به عنوان یک تخلیه کامل باتری شارژ شده شناخته می‌شود، اما همیشه این طور نیست.

باتری‌ها به ندرت به طور کامل تخلیه می‌شوند و تولید کنندگان معمولاً از فرمول 80 درصدی عمق تخلیه (DoD) برای درجه بندی باتری استفاده می‌کنند.

این بدان معناست که فقط 80 درصد از انرژی موجود در باتری تحویل داده می‌شود و 20 درصد از باتری به صورت ذخیره باقی می‌ماند.

تعداد تخلیه کامل شارژ کمتر باعث افزایش طول عمر باتری می‌شود. این چرخه تخلیه باتری از یک چرخه تخلیه کامل باتری بسیار مفیدتر خواهد بود.

در مورد چرخه تخلیه باتری هیچ استاندارد تعریف شده‌ای وجود ندارد. بعضی از باتری‌ها ممکن است تخلیه کامل شارژ باتری شمارش را معیار قرار داده باشند.

در برخی باتری‌های هوشمند ممکن است رسیدن به شارژ 15 درصد را به عنوان زمان نیاز به شارژ مجدد در نظر گرفته باشند.

و در بعضی از دستگاه‌های حساس مانند ماهواره‌ها ممکن است که شارژ 30 تا 40 درصد را به عنوان نقطه نیاز به شارژ مجدد در نظر گرفته باشند.

چرخه تخلیه در صنعت خودروهای الکتریکی

باتری‌های EV جدید ممکن است که استاندارد شارژ شدن تا 80 درصد ظرفیت و تخلیه تا 30 درصد ظرفیت را در نظر گرفته باشند.

این فاصله بین نقطه شارژ و نقطه تخلیه ممکن است به‌مرورزمان با ضعیف شدن باتری به تدریج محدودتر شود. اما به هر حال برای کاهش فشار بر باتری، می‌توان از شارژ و تخلیه کامل آن جلوگیری نمود.

در ماشین‌های هیبریدی قبل از شارژ مجدد باتری فقط در هنگام شتاب کسری از ظرفیت باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. میل لنگ موتور کمتر از 5 درصد انرژی را از باتری استارتر می‌گیرد و خودرو از آن برای حرکت استفاده می‌کند.

در صنعت خودرو نیز به این مفهوم چرخه می‌گویند. انجام مجدد چرخه باید متناسب با هر کاری که در خودرو انجام می‌شود، صورت پذیرد.

البته باید دانست که به‌کارگیری مجدد چرخه تخلیه یا تعداد چرخه تخلیه و شارژ باتری به تمام برنامه‌های باتری ارتباط ندارد.

به‌عنوان‌مثال در دستگاه‌های ذخیره سازی (ESS) چرخه تخلیه دقیقا وضعیت باتری را نمی تواند منعکس نمی کند.

در دستگاه‌های ذخیره سازی ESS باتری‌های با تأمین انرژی کوتاه مدت و در صورت لزوم با ذخیره بیش از حد انرژی‌های تجدیدپذیر (مثل باد و فتوولتائیک) انرژی مورد نیاز را تأمین می‌کنند.

در این خودروها مدت زمان بین شارژ و تخلیه می‌تواند بر حسب میلی ثانیه باشد. حالت شارژ باتری معمولی 40 تا 60 درصد است.

و در آن به جای شمارش کولن برای محاسبه تخلیه باتری ممکن است از ابزار اندازه گیری دیگری که سایش و گسست را اندازه می‌گیرد، استفاده شود.

نتیجه گیری

نتیجه این که در باتری‌های هوشمند عوامل مختلفی می‌توانند در تخلیه شارژ باتری و کوتاه شدن عمر آن مؤثر باشند. یکی از مهم‌ترین عوامل میزان فشاری است که بر باتری وارد می‌شود.

یکی از روش‌های مؤثر برای کاهش فشار وارد شده بر باتری خودداری از شارژ بیش از حد آن و جلوگیری از تخلیه کامل باتری است. چرا که هر دو کار باعث کاهش عمر مفید باتری خواهد شد.

مدیریت چرخه تخلیه باتری یکی از راهکارهای مناسب برای افزایش عمر باتری‌های هوشمند است.

به نظر شما به غیر از روش مدیریت چرخه تخلیه باتری از چه راهکارهایی می‌توان برای افزایش عمر باتری‌های هوشمند استفاده کرد؟

منبع : باتری یونیورسیتی