شارژ و دشارژ باتری‌ ها در دماهای بالا و پایین

🔄 آخرین به‌روزرسانی: آذر ۱۴۰۴

باتری ها اغلب در محدوده دمایی گسترده ای کار می کنند. اما درمورد شارژ و دشارژ باتری این قضیه صادق نیست. بنابراین حساسیت های زیادی وجود دارد که باید آن ها را در نظر گرفت. یکی از عواملی که تاثیر بسزایی در زمینه شارژ و دشارژ باتری دارد سرما و گرمای بیش ازحد است که میزان شارژپذیری باتری را کاهش می دهد. به همین خاطر قبل از شارژ کردن باید باتری را به دمای مطلوبی برسانیم.

باتری هایی نظیر سرب اسید و نیکل کادمیم که تکنولوژی ساخت قدیمی تری دارند تحمل شارژ دردماهای بالاتری نسبت به باتری های لیتیومی کنونی دارند. قبلا در مورد عملکرد کلی باتری هم صحبت شده که پیشنهاد میکنیم آن مطلب را هم مطالعه کنید.

شارژ باتری ها در دمای پایین

باتری های نیکلی

ایده آل ترین حالت بازه دمایی 10 الی 30 درجه سانتی گراد می باشد. از طرفی توانایی ترکیب اکسیژن و هیدروژن در دمای زیر 5 درجه کاهش می یابد، در صورت تداوم شارژ اضافه در این دما به سلول های باتری فشار وارد می شود که منجر به تخلیه ی باتری می گردد. البته برای اینکه بتوانیم باتری های نیکلی را در دمای زیر صفر درجه شارژ کنیم میتوانیم جریان ورودی را بهC 0.1 کاهش دهیم (C Rate). همانطور که گفته شد مقاومت باتری در برابر شارژ در دماهای پایین ناشی از ضعف ترکیب اکسیژن و هیدروژن میباشد.

شارژر های بر پایه نیکل NDV(negative delate v)

نوعی از شارژر های بر پایه نیکل NDV (negative delate v) با آنالیز شارژ در دماهای پایین می‌توانند از باتری محافظت کنند. یکی از راهکارهایی که برای شارژ سریع باتری در دماهای متفاوت وجود دارد این است که از روکش حرارتی استفاده کنیم تا بتوانیم دمای باتری را به میزان قابل قبولی نگه داریم. دربرخی از شارژرها میتوان نرخ شارژ را با توجه به دمای فعلی تنظیم کرد، اما همه ی شارژر هایی که در اختیار مصرف کننده قرار می گیرند این امکانات را ندارند و به کاربر توصیه می شود که در دمای اتاق فرآیند شارژ را انجام دهد.

” بیشتر بخوانید: نحوه شارژ و دشارژ باتری لیتیوم یون “

باتری های سرب اسیدی

باتری های سرب اسیدی رفتار مناسبی نسبت به تغییرات دمایی از خود نشان می دهند. در واقع طبیعت این باتری ها از سایر باتری ها کندتر است، اما در عوض امنیت بالاتری دارند. به همین دلیل در وسایل نقلیه نیز از این باتری ها استفاده می شود. در مورد شارژ و دشارژ این باتریها باید گفت که نرخ شارژ توصیه شده برای این باتری ها در دماهای پایین برابر با 0.3C است.

همانطور که می دانید شرایط دمایی برای باتری ها ازجمله باتری های سرب اسید باید بگونه ای باشد که منجر به تولید گاز درآن ها نشود. در شرایط مطلوب دمایی مانند دماهای 20 درجه سانتی گراد تولید گاز زمانی آغاز می شود که ولتاژ هر سلول به 2.415 ولت برسد، اما همین عدد برای دمای منفی 20 درجه سانتی گراد به 2.9 ولت میرسد.

باتری های سرب اسیدی اغلب با جریان ثابت و ولتاژ مشخصی شارژ می شوند. در دمای اتاق میزان ولتاژ برای هر سلول برابر 2.40 ولت می باشد. در شرایط دمایی خنک تر این ولتاژ افزایش پیدا می کند و در شرایط گرم تر شاهد کاهش آن خواهیم بود. اگر بخواهیم باتری را در دماهای متفاوت شارژ کنیم باید از شارژر های با قابلیت تنظیم ولتاژ استفاده کنیم تا باتری دچار مشکل نشود.
در شکل زیر شاهد برخی از تنظیمات توصیه شده برای دماهای متفاوت هستیم:

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید برای شارژ کردن در دماهای مختلف نیازمند تنظیم مقدار ولتاژ هستیم. این باتری ها همیشه باید در حالت شارژ کامل نگهداری شوند. بدلیل اینکه در حالت تخلیه، الکترولیت درونشان شبیه به آب می شود و همین موضوع سبب یخ زدگی و نشتی و در نهایت آسیب به باتری می شود.

شارژ و دشارژ باتری های لیتیوم یون

پرکاربردترین باتری‌های امروز در گوشی، لپ‌تاپ، ابزارهای شارژی و حتی خودروهای برقی، باتری‌های لیتیوم‑یون هستند. پس خوب است قوانین عملی برای آنها روشن باشد:

• محدودهٔ مناسب شارژ برای اکثر باتری‌های لیتیوم‑یون بین ۵ تا ۴۵ درجهٔ سانتی‌گراد است. در دماهای پایین‌تر، باید جریان شارژ کاهش یابد و شارژ در دمای صفر درجه یا کمتر به‌طور معمول مجاز نیست؛ چون رسوب لیتیوم روی آند رخ می‌دهد و باعث کاهش دائمی کارایی و ایمنی می‌شود.

• تحقیقات و استانداردها نشان می‌دهد در دماهای بسیار پایین ممکن است با جریان خیلی پایین، شارژ فنی امکان‌پذیر باشد، ولی زمان شارژ بسیار طولانی شده و عملاً غیرعملی می‌شود. برای مثال، در حدود −۳۰ درجهٔ سانتی‌گراد نرخ شارژ پیشنهادی حدود ۰.۰۲C است که بیش از ۵۰ ساعت زمان می‌برد.

” بیشتر بخوانید: بررسی ساختار داخلی باتری‌ها با پرتونگاری نوترونی “

دماهای بالا و عمر باتری

باتری‌های لیتیوم‑یون در دماهای بالا بهتر کار می‌کنند نسبت به شارژ در سرما، اما تماس طولانی با گرمای زیاد عمر آنها را کاهش می‌دهد. بسیاری از شارژرها هم شارژ در دمای بالای ۵۰ درجه را محدود یا ممنوع می‌کنند تا از آسیب جلوگیری شود.
بنابراین توصیهٔ عملی برای کاربر روزمره این است که اگر دستگاه یا باتری در فضای بسیار گرم قرار دارد، از شارژ کردن یا نگهداری طولانی در آن شرایط اجتناب کند تا عمر مفید باتری حفظ شود.

شارژ و دشارژ انواع باتری‌ها در دمای بالا

متقابلا شارژ باتری در دماهای بالا آسیب جدی به آن وارد می کند، مخصوصا باتری های سرب اسیدی که حساسیت زیادی به گرما دارند. برای کنترل نوسانات دمایی می توان از سنسور دما در شارژر ها استفاده کرد.

باتری های نیکلی هم به دلیل کاهش تولید اکسیژن در دماهای بالا به درستی شارژ نمی شوند. در واقع گرما شارژر را فریب می دهد که باتری کاملا شارژ شده ولی اینگونه نیست. در نمودار زیر شاهد کاهش کارایی شارژر با افزایش دما به بالای 30 درجه هستید.

اما باتری های لیتیوم یون در دماهای بالا عملکرد خوبی دارند به شرط اینکه در تماس طولانی مدت با گرما نباشند. زیرا از عمر آنها کاسته می شود. همچنین شارژ و دشارژ در دماهای بالای 50 درجه ممنوع می باشد و باعث آسیب به باتری می شود.

جمع بندی

باتوجه به مطالب گفته شده می توان نتیجه گرفت که برای بازدهی مناسب باتری ها بهتر است که فرآیند شارژ و تخلیه را در دماهای توصیه شده انجام دهیم. همچنین از شارژر های استاندارد و مختص خود باتری ها استفاده کنیم.

منبع : سایت batteryuniversity