در قسمت هفتم آموزش باتری ها، قصد داریم در مورد باتری لیتیوم یون صحبت کنیم؛ ساختار و ویژگی ها، نحوه شارژ و دشارژ و نهایتا شیوه نگهداری اون رو بررسی خواهیم کرد. برای مطالعه مطالب قبلی مربوط به باتری‌ها می‌توانید از اینجا اقدام کنید. همچنین توصیه می‌کنم قسمت قبلی این آموزش که در مورد باتری نیکل متال هیدرید هست رو هم مرور کنید. با ما همراه باشید…
Lithium-Ion Battery (باتری لیتیوم یون)
ساختار و ویژگی
باتری یک خانواده از باتری‌های قابل شارژ است که در آن در زمان تخلیه، یون‌های لیتیم از الکترود منفی به سمت الکترود مثبت و در هنگام شارژ شدن وارونه حرکت می‌کنند. باتری‌های لیتیوم یون بالاترین چگالی جرمی و حجمی انرژی را فراهم می‌سازند؛ که تقریباً دو برابر انرژی قابل دسترس از باتری‌های نیکل کادمیوم است.
باتری‌های لیتیوم یون معمولاً برای تأمین تغذیه در دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل، اتومبیل های هیبرید (برقی) و صفحات خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در محیط های صنعتی کاربرد کمی دارند. در مقایسه با نسل‌های قدیمی‌تر باتری‌ها یعنی باتری نیکل کادمیوم و باتری نیکل هیدرید فلز، باتری‌های لیتیوم یون وزن و حجم کمتر یعنی حدود ۳ تا ۵ برابر دارند.
باتری لیتیوم یون در مقابل باتری‌های نیکل هیدرید ایمنی پایین‌تری دارد و احتمال انفجار و آتش گرفتن در آن بیشتر است؛ دلیل این امر ساختار شیمیایی و حساسیت بالای باتری است. ساختار و نوع الکترودهای باتری به مرور زمان تغییر کرده و کارایی آن را افزایش داده است. چرخه ی شارژ و دشارژ مفید این باتری بستگی به ساختار آن بین 400 تا 1200 است و جریان نشتی خیلی کمی دارد.
نحوه شارژ
همان طور که در نمودار نشان داده شده، شارژ باتری لیتیوم یون دارای چهار مرحله است:
- شارژ با جریان ثابت (CC): در این مرحله، جریان ثابت با نرخ مشخصی مثل؛ 1C و یا کمتر به باتری اعمال می‌شود تا ولتاژ باتری افزایش یابد و در مقدار مشخصی که از ولتاژ نامی بزرگتر است ثابت شود. دلیل در نظر گرفتن ولتاژی بیشتر از ولتاژ نامی، ساختار شیمیایی باتری و داخل شارژ بودن آن است. (زمانی که باتری در شارژ است ولتاژ آن مقداری از حالت خارج شده از مدار شارژ بیشتر است.)
- شارژ با ولتاژ ثابت (CV): در این مرحله، ولتاژ باتری تغییری نمی کند و ثابت می ماند و در عوض جریان باتری کم می‌شود. در زمانی که به حدود 3 درصد جریان نامی رسید، جریان باتری را می توان بصورت کامل قطع کرد. در این زمان باتری می تواند با حداکثر ظرفیت (جریان نامی) کار کند.
- حالت آماده باش: در این حالت، جریان باتری قطع است ولی آماده تغییر در ولتاژ باتری است.
- شارژ قطره ای: در این حالت، زمانی که ولتاژ باتری از حد معینی پایین آمد، بصورت پالسی جریانی اعمال می‌شود تا ولتاژ به ماکزیمم خود برگردد. این مرحله ممکن است مقداری اضافه شارژ به باتری اعمال کند، که مرور زمان به باتری آسیب می زند.
از این روش شارژ می توان برای تمامی باتری‌های ذکر شده در مطالب استفاده کرد و معمولا برای شارژ سریع باتری‌ها استفاده می شود. ولتاژ نامی سل‌های این باتری می تواند 1.2، 3.6 یا 4.8 ولت باشد؛ که البته در حالت شارژ کامل حدودا 1.4 ، 4.2 یا 5.6 ولت می شود.
نحوه دشارژ
اتصال کوتاه و نرخ دشارژ بیشتر از 1C به باتری آسیب می‌زند و عمر مفید و چرخه ی شارژ آن را کم می‌کند. همچنین اضافه شارژ و تخلیه کامل سل باتری به ولتاژ EODV برای باتری مضر می‌باشد و بهتر است از 40 تا 85 ظرفیت باتری استفاده شود تا حداکثر طول عمر مفید را داشته باشد.
نگهداری
این باتری در محیط‌های با دمای بالاتر از 45 درجه و پر تنش عملکرد مناسبی ندارد و در مقابل ضربه حساس است و امکان انفجار، آتش‌سوزی و نشت مواد شیمیایی وجود دارد. این باتری در صورت بالا رفتن دمای داخلیش می تواند خطرساز شود. پس علاوه بر کنترل جریان و ولتاژ نیاز به کنترل دمای دقیقی دارد. از قرار دادن این باتری در نور مستقیم خورشید خودداری کنید و در صورت بادکردن و داغ شدن آن حتما از مدار خارج شود.
با