بررسی شارژ باتری لیتیوم یونی

برای شارژ باتری لیتیوم-یونی یکسری نکات وجود دارد که باید به آن ها توجه داشته باشیم

1 . مشخصات و الزامات باتری را تعیین کنید

عواملی مانند شیمی باتری (به عنوان مثال، LiPo ، Li-ion ، NiMH )، ولتاژ اسمی، ظرفیت، و پارامترهای شارژ توصیه شده ارائه شده توسط سازنده باتری را در نظر بگیرید. این اطلاعات شما را در انتخاب تکنیک ها و اجزای مناسب شارژ برای مدار خود راهنمایی می کنند.

2 . یک روش شارژ را انتخاب کنید

روش های مختلفی برای شارژ باتری وجود دارد که هر کدام برای باتری های مختلف مناسب هستند. رایج ترین روش ها شامل شارژ جریان ثابت (CC)، شارژ ولتاژ ثابت (CV) و شارژ قطره ای می باشد. روش انتخاب شده باید با الزامات شارژ باتری برای اطمینان از شارژ ایمن و کارآمد مطابقت داشته باشد.

3 . اقدامات ایمنی را اجرا کنید

هنگام طراحی مدار شارژ باتری، ایمنی بسیار مهم است. اقدامات ایمنی مانند حفاظت از قطبیت معکوس، حفاظت از اتصال کوتاه، و مدیریت حرارتی را برای جلوگیری از حوادث و محافظت از باتری و مدار شارژ بگنجانید. علاوه بر این، برا ی ارائه بازخورد در مورد وضعیت شارژ باتری و هرگونه مشکل احتمالی، شاخصها یا ویژگیهای نظارت را در نظربگیرید.

باتری لیتیوم-یونی چیست؟

باتری لیتیوم-یونی از دو الکترود ساخته می شوند: یک الکترود مثبت و دیگری منفی. هنگامی که باتری خود را شارژ یا تخلیه می کنید، الکترون ها از طریق جریان الکتریکی به خارج از باتری می روند و یون ها از یک الکترود به الکترود دیگر در جریان هستند. مثل این است که هر دو الکترود در حال تنفس هستند و یون ها را به داخل و خارج مبادله می کنند.

همچنین بخوانید : باتری آبی چیست؟

ساختار داخلی باتری

هنگامی که باتری جریان را تامین می کند، الکترون ها از آند به کاتد خارج از باتری در حال حرکت هستند. اعمال جریان معکوس به باتری اجازه میدهد تا خود را شارژ کند: الکترونها به آند بازگردانده میشوند و یونهای لیتیوم دوباره در کاتد قرار میگیرند. این باعث بازیابی ظرفیت باتری می شود. کل فرآیند شارژ/دشارژ به عنوان یک چرخه تعریف می شود. تعداد چرخه هایی که باتری شما می تواند انجام دهد بسته به فرآیند ساخت، اجزای شیمیایی و استفاده واقعی متفاوت است.

همچنین بخوانید : باتری آلومینیوم یونی

ظرفیت باتری قابل شارژ بر حسب Ah اندازه گیری می شود. xtd176065 MP Saft به عنوان مثال دارای ظرفیت 5.6 Ah است، به این معنی که 5.6 A را می توان در یک ساعت در دمای 25 درجه سانتیگراد، در یک چرخه تحویل داد . این ظرفیت مستقیماً تحت تأثیر موارد زیر است :

1. نرخ شارژ و دشارژ باتری را نرخ C می نامند. جر یان های شارژ و دشارژ معمولاً در کسری یا مضرب نرخ C بیان می شوند: شارژ/دشارژ C به این معنی است که شما باتری را در یک ساعت شارژ یا تخلیه خواهید کرد. شارژ/دشارژ C/2 دو ساعت طول میکشد، شارژ/دشارژ 2C حدود 30 دقیقه طول میکشد و غیره. نرخ C Saft MP 176065 xtd5.6 آمپر است. شارژ C/2 با سرعت 2.8 آمپر تقریباً 2 ساعت طول می کشد.

2 . سطح ولتاژی که سطح شارژ باتری را منعکس می کند: در مثال MP 176065 xtd در بالا، 4.2 ولت نشان دهنده شارژ باتری کامل است، 2.7 ولت نشان می دهد که باتری کاملاً تخلیه شده است (ولتاژ قطع)

3. دمای شارژ، دشارژ و کارکرد .

4 . چرخه های چندگانه: با گذشت زمان، باتری به دلیل تخریب فیزیکی و شیمیایی الکترودها و الکترولیت ظرفیت خود را از دست می دهد . مدیریت خوب عمق دشارژ (DoD – درصد ظرفیتی که از باتری کاملاً شارژ شده حذف شده است) و حداکثر ولتاژ شارژ نیز میتواند تعداد چرخه هایی را که باتری قادر به انجام آن خواهد بود افزایش دهد و بنابراین، عمر عملیاتی را نیز افزایش می دهد.

به فرآیند شارژ CCCV احترام بگذارید، به خصوص زمانی که در حالت شناور
هستید (شارژر بهترین دوست شماست)

شارژ باتری لیتیوم یون به این سادگی نیست. شارژری که انتخاب میکنید در اینجا نقش کلیدی دارد زیرا نحوه تنظیم پارامترها بر عمر باتری شما تأثیر میگذارد. اگر نمیخواهید با مشکلات ایمنی مواجه شوید، آن را فقط به هیچ منبع تغذیه وصل نکنید و از شارژری که برای فناور ی دیگری (نیکل کادمی وم یا سرب) طراحی شده است استفاده نکنید.

شارژ باتری لیتیوم-یونی به طور صحیح به 2 مرحله نیاز دارد: جریان ثابت (CC) و به دنبال آن شارژ ولتاژ ثابت (CV). ابتدا یک شارژ CC اعمال می شود تا ولتاژ را به سطح ولتاژ پایان شارژ برساند. حتی ممکن است تصمیم بگیرید که ولتاژ هدف را برای حفظ الکترود کاهش دهید. پس از رسیدن به ولتاژ مورد نظر، شارژ CV شروع می شود و جریان کاهش می یابد. وقتی جریان خیلی کم است، شارژ باتری تمام می شود و جریان باید حذف شود.

به عنوان مثال، برا ی بازگرداندن MP 176065 xtd به ولتاژ پایان شارژ 4.2 ولت خود، می توا نید جریان 5.6 آمپر را اعمال کنید. هنگامی که به 4.2 ولت می رسید، این سطح ولتاژ را با کاهش آهسته جریان به 100 میلی آمپر یا کمتر حفظ می کنید و سپس آن را متوقف می کنید. همچنین ممکن است تصمیم بگیرید که فقط به 4.1 ولت برسید، بنابراین خاصیت ارتجاعی الکترودها حفظ شده و طول عمر باتری افزایش می یابد.

ظرفیت باتری به طور مستقیم به ولتاژ پایان شارژ بستگی دارد بنابراین کاهش ولتاژ باعث کاهش ظرفیت باتری می شود. شما باید بین استقلال مورد نیاز، حداقل ولتاژی که دستگاه شما می تواند در آن کار کند و طول عمر باتری، تعادل مناسب را پیدا کنید. رها کردن شارژ باتری در شارژ دائمی تحت یک جریان شناور پس از حالت CV در طول فرآیند شارژ، حالت شناور نامیده می شود. پنل خورشیدی یک نمونه معمولی از برنامه های حالت شناور است .

اکثر سازندگان حالت شناور را توصیه نمی کنند زیرا در طول زمان به باتری آسیب می رساند. شیمی لیتیوم یون به دلیل سطح خود تخلیه پایین نیازی به حفظ و نگهداری ندارد. علاوه بر این، اگر طراحی باتری محافظها ی مناسبی نداشته باشد، حفظ نرخ شارژ در یک سلول کاملاً شارژ شده میتواند منجر به شارژ بی ش از حد آن و انفجار شود.

فرایند شارژ CC/CV باتری لیتیوم یون

BMS خود را با دقت طراحی کنید (بهترین دوست دیگرتان)

سلولهای Li-Ion هر کدام که کاربرد داشته باشد باید با الکترونیک مرتبط باشند. این جزء الکترونیکی کلیدی سیستم مدیریت باتری (BMS) نامیده می شود. ویژگیهای ایمنی اجباری تخلیه/شارژ را قطع میکنند تا باتری را در برابر اضافه ولتاژ یا کمبود ولتاژ محافظت کنند. BMS دما را بررسی می کند و باتری را جدا می کند تا از گرم شدن بی ش از حد جلوگیری شود. BMS همچنین می تواند الکترونیکی را در خود جای دهد که شارژ همگن را بین هر سلول در بسته باتری بهینه می کند (تعادل).

در باتری که چندین سلول را به صورت سری به هم متصل می کند، پس از مدتی در میدان، سلول های بسته به طور متفاوتی پیر می شوند. بدون این ویژگی متعادل کننده در BMS ، پیرترین سلول بسته سریعتر از دیگری پیر می شود. از آنجایی که طول عمر بسته ارتباط مستقیمی با سلول های قدیمی دارد، ی ک سیستم متعادل کننده خوب طول عمر باتری را بهبود می بخشد.

BMS را می توان با توجه به موارد استفاده شما تنظیم کرد. برخی می توانند وضعیت شارژ و وضعیت سلامت را نمایش دهند (مثلاً: 85 ٪ وضعیت سلامت به این معنی است که ظرفیت باتری از ابتدای عمر آن 15 ٪ کاهش یافته است – نشانه جالبی است زیرا درک می شود که 30 ٪ از دست دادن ظرفیت اصلی باتری به این معنی ا ست که عمر شیمیایی باتری به پایان می رسد و زمان تعویض آن نزدیک است).

نرخ C شارژ خود را کاهش دهید

در سرعت شارژ کم ( C/2 ، C/5 یا حتی کمتر)، یونهای لیتیوم بدون آسیب رساندن به الکترودها به آرامی در صفحات گرافیت قرار میگیرند. هنگامی که نرخ شارژ افزایش مییابد، این درونسازی سختتر و سختتر میشود. اگر سرعت بیش از حد قوی باشد، یونهای لیتیوم زمانی برا ی نفوذ صحیح به الکترود ندارند و فقط روی سطح آن رسوب میکنند که باعث پیری زودرس باتری میشود.

نرخ های شارژ سریع مانند 4 Cیا 10 Cامکان پذیر است، به عنوان مثال برای باتری های وسایل نقلیه موبایل یا الکتریکی، اما ساختار الکترود متفاوت است و طول عمر مورد انتظار کوتاه تر است . بسته به مدت زمانی که برنامه شما نیاز به شارژ مجدد دارد و مورد استفاده شما، باید تعادل مناسبی بین زمان و سرعت شارژ لازم و قدیمی شدن باتری پیدا کنید.

نرخ شارژ C/50 برای الکترودها بهتر است، اما هر برنامه ای نمی تواند بی ش از 50 ساعت زمان شارژ را تحمل کند! زمان شارژ 2C سی دقیقه امکان پذیر است اما پیر شدن باتری را تسریع می کند. بنابراین، توصیه می شود که میزان شارژ محدوده باتری خود را به C یا کمتر محدود کنید.

کنترل دمای شارژ

بیشتر باتریهای لیتیوم یونی از مواد گرافیتی در یک الکترود استفاده میکنند. دمای شارژ بالا باعث لایه برداری ورقه های گرافیتی می شود که باعث تسریع کاهش ظرفیت دائمی باتری می
شود. این پدیده زمانی که با نرخ شارژ بالا همراه باشد می تواند تشدید شود: جریان شارژ دما را افزایش می دهد و باعث تسریع پدیده لایه برداری می شود. سطح ولتاژ بالا همراه با دمای بالا باعث می شود که الکتروشیمی گازهایی را در داخل سلول تولید کند که پیری شیمی را تسریع می کند.

بسته به ساختار سلول، دما ی بالا نیز می تواند باعث تورم سلولی شود. هنگامی که بدنه باتری یا محل دستگاه برای پشتیبانی از آن طراحی نشده باشد، چنین تغییر شکلی می تواند خطرات ایمنی ایجاد کند. اطمینان حاصل کنید که از محدودیت های تعیین شده توسط سازنده باتری تجاوز نکنید، یا – برای مثال – یک سلول را برای مدت طولا نی در یک ماشین گرم شده در اوج تابستان در حالت شارژ کامل قرار دهید!

اگر طراحی باتری شامل موارد ایمنی اجباری برای جلوگیری از شارژ بیش از حد، تخل یه بیش از حد و دمای بیش از حد نباشد، دما ی داخلی سلول بالاتر از 130 درجه سانتی گراد می تواند منجر به فرار حرارتی شود. اکثر باتریها ی ل یتیوم ی و نی تنها میتوانند حداکثر دمای 60 درجه سانتیگراد را تحمل کنند و توصیه میشود با حداکثر دما ی 45 درجه سانتیگراد تحت نرخ شارژ C/2 شارژ شوند.

باتری ها ی بسیار کمی را می توان در دمای زیر 0 درجه سانتی گراد شارژ کرد. ورقه های الکترود منقبض می شوند و هدایت الکترونیکی الکترولیت کمتر می شود که باعث پیچیده شدن یون ها در گرافیت می شود. رسوب لیتیوم می تواند تولید شود که باعث از دست دادن دائمی ظرفیت می شود. برخی از سازندگان برای جبران و اجازه دادن به یون به درستی شارژ کردن باتری را با سرعت
بسیار آهسته(C/20) در دمای زیر 0 درجه سانتیگراد توصیه می کنند.