نکات اساسی دشارژ باتری ها
🔄 آخرین بهروزرسانی: آذر 1404
هدف یک باتری ذخیره سازی انرژی و آزادسازی آن در زمان موردنظر است. پیش از این در مقاله نکات مهم شارژ باتری ها به نکات اصلی و کلیدی شارژ باتری ها پرداخته ایم. در این مقاله به بررسی C-rates* یا ضریب شارژ یا دشارژ در باتری های مختلف خواهیم پرداخت. با رها باتری همراه باشید.
دشارژ یعنی چه؟
دشارژ به فرآیندی گفته میشود که طی آن انرژی ذخیرهشده در باتری یا هر منبع ذخیرهساز انرژی، بهصورت تدریجی یا پیوسته تخلیه شده و به مدار یا مصرفکننده منتقل میشود. در این حالت باتری جریان الکتریکی را از قطب مثبت به بار و سپس به قطب منفی بازمیگرداند و ولتاژ آن بهتدریج کاهش مییابد. میزان و سرعت دشارژ به نوع باتری، ظرفیت، جریان مصرفی و شرایط محیطی بستگی دارد. اگر دشارژ بیش از حد انجام شود، میتواند به ساختار داخلی باتری آسیب بزند و عمر آن را کاهش دهد، به همین دلیل بسیاری از مدارها و شارژرها دارای محافظ دشارژ هستند.
نمودار دشارژ
شیوه شارژ و دشارژ در مکانیزم های گوناگون ذخیره سازی انرژی متفاوت است. شکلهای ۱، ۲ و ۳ نمودار تخلیه انرژی ذخیره شده را در برخی از این مکانیزم ها نشان میدهد:
دشارژ در مکانیزم های گوناگون ذخیره سازی انرژی
باتری الکتروشیمیایی
این نوع باتریها این مزیت را دارند که در طول زمان شارژ، انرژی تا حد بالایی حفظ شده و سپس زمانی که شروع به تخلیه میکنند انرژی آنها به سرعت کاهش مییابد. این ویژگی نشاندهنده این است که این دسته از باتریها در ابتدا توان بالایی دارند و وقتی شروع به تخلیه میکنند، ولتاژ بهسرعت افت میکند.
ابرخازن
ابرخازنها بهطور خطی انرژی را تخلیه میکنند، یعنی انرژی به صورت پیوسته و ثابت در طول زمان تخلیه میشود و برخلاف باتری که تخلیهاش با سرعت کاهش مییابد، تخلیه آن یکنواخت است.
ذخیرهسازهای هوای فشرده و چرخطیار
این دو سیستم ذخیرهسازی انرژی برعکس باتریها عمل میکنند. در این سیستمها، بیشترین توان در ابتدای تخلیه است. به عبارت دیگر، انرژی بهطور سریع و با شدت بالا در ابتدا استفاده میشود، ولی پس از آن به تدریج کاهش مییابد.
” بیشتر بخوانید: بایدها و نبایدهای باتری “
دشارژ باتری ها در سرگرمی های کنترلی و پهپاد
نوع خاصی از باتری ها مربوط به سرگرمیهای کنترل از راه دور (RC) است. معمولاً این باتری ها باید انرژی زیادی را فراهم کنند و تحت فشار زیادی قرار گیرند. برای مثال یک باتری بانرخ C برابر با ۳۰C باید توانایی تأمین جریانی ۳۰ برابر ظرفیت اسمی خود را داشته باشند. بهعبارت دیگر، اگر یک باتری دارای ظرفیت ۱۰۰۰ میلیآمپر ساعت باشد، میبایست بتواند ۳۰ هزار میلیآمپر (۳۰ آمپر) را در مدت زمان بسیار کوتاهی تأمین کند. این شرایط باعث میشود باتری در شرایط بسیار سخت و با تخلیه سریع قرار گیرد.
اگرچه هیجان استفاده از هلیکوپتر RC، ماشین مسابقهای و قایق سریع بسیار زیاد است، اما عمر باتریهای مورد استفاده در این سرگرمی ها کوتاه خواهد بود. اگرچه علاقهمندان RC کاملاً از این مسئله آگاه هستند و آمادهاند تا هم هزینه آن را بپردازند و هم با خطرات ایمنی اضافی مواجه شوند.
دشارژ باتری در پهپاد
در پهپادها، هدف اصلی دستیابی به حداکثر انرژی نسبت به وزن است، بنابراین سازندگان ترجیح میدهند از سلولهای انرژی (Energy Cell) با ظرفیت بالا استفاده کنند. این سلولها میتوانند انرژی زیادی را در واحد وزن کم ذخیره کنند و برای کاربردهایی که نیاز به پرواز طولانیمدت دارند، مناسب هستند.
عمق دشارژ باتری یا DOD
در باتریهای سرب-اسیدی، تخلیه تا 1.75 ولت به ازای هر سلول انجام میشود؛ در سیستمهای نیکلپایه این مقدار به 1.0 ولت به ازای هر سلول میرسد؛ و بیشتر باتریهای لیتیوم-یونی تا 3.0 ولت به ازای هر سلول تخلیه میشوند. در این سطح، تقریباً ۹۵ درصد از انرژی مصرف شده است و اگر تخلیه ادامه یابد، ولتاژ بهسرعت افت میکند. برای محافظت از باتری در برابر تخلیه بیش از حد، اغلب دستگاهها پس از رسیدن به ولتاژ انتهایی دشارژ (End of Discahrge Voltage) از ادامه کار جلوگیری میکنند.
پس از برداشتن بار از روی باتری تخلیه شده، ولتاژ یک باتری سالم بهتدریج بازیابی شده و به سمت ولتاژ اسمی افزایش مییابد. این بازیابی ولتاژ به دلیل تفاوت در تمایل شیمیایی فلزات موجود در الکترودهای باتری اتفاق میافتد. حتی وقتی که باتری بهطور کامل تخلیه شده باشد، همچنان این اختلاف پتانسیل ولتاژ در باتری وجود دارد. اگر بارهای انگلی (بارهای غیرضروری که ممکن است از سیستم باتری ناشی شوند) یا تخلیه خودبهخودی (که به طور طبیعی و بدون استفاده از باتری رخ میدهد) زیاد باشد، میتواند مانع بازیابی صحیح ولتاژ باتری شود.
زمانی که از یک ابزار برقی برای انجام کارهای سنگین، مانند حفاری در بتن، استفاده میشود، جریان زیادی از باتری کشیده میشود. این جریان بالا باعث کاهش ولتاژ باتری میشود. برای جلوگیری از قطع شدن زودهنگام باتری، آستانه ولتاژ انتهایی تخلیه معمولاً پایینتر تنظیم میشود. یعنی باتری میتواند قبل از اینکه به طور خودکار خاموش شود تا ولتاژ پایینتری نیز تخلیه شود.
دشارژ باتری در دماهای پایین
هنگام دشارژ باتری در دماهای بسیار سرد، باید ولتاژ قطع کاهش یابد. دلیل این امر این است که در دماهای پایین، ولتاژ باتری به طور طبیعی کاهش مییابد و همچنین مقاومت داخلی باتری افزایش مییابد، که باعث میشود باتری سریعتر تخلیه شود. بنابراین، برای جلوگیری از قطع شدن زودهنگام در شرایط سرد، باید ولتاژ قطع را پایینتر تنظیم کنند.
” بیشتر بخوانید: شارژ و دشارژ باتری ها در دماهای بالا و پایین “
جدول ۴: ولتاژ انتهایی دشارژ اسمی و توصیهشده در شرایط بارگذاری معمولی و سنگین
| ولتاژ انتهایی دشارژ | منگنز-لیتیوم | لیتیوم-فسفات | سرب اسیدی | NiCd/NiMH |
| اسمی | 3.60V/cell | 3.20V/cell | 2.00V/cell | 1.20V/cell |
| بار معمول | 3.0–3.3V/cell | 2.70V/cell | 1.75V/cell | 1.00V/cell |
| بار زیاد یا دمای کم | 2.70V/cell | 2.45V/cell | 1.40V/cell | 0.90V/cell |
چرخه شارژ-دشارژ
چرخه شارژ – دشارژ معمولاً به معنای تخلیه کامل یک باتری شارژ شده همراه با شارژ مجدد بعدی آن است، اما همیشه اینطور نیست. باتریها بهندرت به طور کامل تخلیه میشوند و سازندگان باتری معمولاً از فرمول عمق تخلیه ۸۰ درصد (DoD) برای ارزیابی باتری استفاده میکنند. این به این معناست که تنها ۸۰ درصد از انرژی موجود در باتری تخلیه شده و ۲۰ درصد باقیمانده بهعنوان ذخیره باقی میماند. زمانی که باتری بهطور کامل تخلیه نمیشود عمر مفید باتری نیز افزایش می یابد. تخلیه کامل باتری در هر چرخه میتواند باعث فرسودگی سریعتر آن شود.
هیچ تعریف استانداردی برای چرخه شارژ-دشارژ وجود ندارد. برخی از شمارندههای چرخه وقتی یک باتری شارژ میشود، یک شمارش کامل را اضافه میکنند. یک باتری هوشمند ممکن است نیاز به تخلیه ۱۵ درصدی بعد از شارژ داشته باشد تا بهعنوان یک چرخه تخلیه محسوب شود؛ و هر چیزی کمتر از آن بهعنوان یک چرخه حساب نمیشود. باتری یک ماهواره قبل از اینکه باتریها در طول روز ماهواره دوباره شارژ شوند، معمولاً عمق تخلیه ۳۰-۴۰ درصد دارد. باتری خودروهای برقی (EV) ممکن است تنها تا ۸۰ درصد شارژ شود و تا ۳۰ درصد تخلیه گردد.
در یک خودروی هیبریدی، هنگام شتابگیری، تنها بخشی از ظرفیت باتری استفاده میشود و سپس باتری مجدداً شارژ میشود. در هنگام راهاندازی موتور یک وسیله نقلیه، انرژی بسیار کمی از باتری استارتر مصرف میشود (کمتر از ۵ درصد). این نوع مصرف انرژی که در آن تنها بخش کمی از ظرفیت باتری استفاده میشود، در صنعت خودروسازی به عنوان یک “چرخه” شناخته میشود.
*ضریب C باتری اندازهگیری جریانی است که باتری در آن شارژ و تخلیه میشود. این رتبه نشاندهنده نرخ شارژ و تخلیه باتری نسبت به ظرفیت اسمی آن است. به طور مثال، اگر یک باتری با ظرفیت ۱۰۰۰ میلیآمپر ساعت (mAh) دارای رتبه C برابر با ۱C باشد، این بدان معناست که باتری میتواند در مدت یک ساعت به طور کامل تخلیه یا شارژ شود. اگر رتبه C بیشتر باشد (مثلاً ۲C)، باتری میتواند جریان بیشتری را در مدت زمان کوتاهتری (مثلاً در نیم ساعت) دریافت یا ارسال کند.
*ولتاژ انتهایی دشارژ (End of Discharge Voltage) به ولتاژی گفته میشود که باتری هنگام دشارژ کامل به آن میرسد و دیگر نمیتواند انرژی بیشتری را بهطور موثر تأمین کند. این ولتاژ برای هر نوع باتری و سیستم ذخیرهسازی انرژی متفاوت است و معمولاً برای جلوگیری از آسیب به باتری یا دشارژ بیش از حد آن، نباید از آن عبور کرد.
منبع: batteryuniversity.com
