مشخصات فنی باتری و تعاریف آن‌ها

آیا با مشخصات فنی باتری‌ها شنایی دارید؟ اگر می خواهید که با این مشخصات آشنا شوید، پس با ما همراه باشید.

باتری‌ها دارای پارامتر و متغیرهای زیادی هستند و معمولاً بر اساس سه مشخصه اصلي ازجمله: نوع مواد شيميايي، ولتاژ و ظرفيت باتري دسته‌بندي مي‌شوند.

يك باتري استارت خودرو بايد بتواند جريان نسبتاً زياد مورد نياز را در دماي پايين تأمین كند كه این جریان به جريان آمپراژ ماشين (CCA) معروف است.

جنس مواد شيميايي

الكترود باتري‌هاي متداول معمولاً از موادي با جنس سرب، نيكل يا ليتيم هستند كه هر كدام از اين باتري‌ها داراي شارژر مخصوص با طراحي خاص خود مي‌باشند. استفاده از شارژري كه براي باتري شما طراحي نشده باشد، شاید بتواند آن باتري را شارژ کند، اما عمل شارژ به‌درستی انجام نخواهد شد. هنگام حمل باتري‌ها بايد به جنس مواد شيميايي اصلي باتري توجه داشت، زيرا انواع گوناگون ماده شيميايي بكار گرفته شده در باتري‌ها داراي قوانين مختص به خود هستند.

ولتاژ

يكی از مشخصات فنی باتری که برای رده‌بندي آن استفاده می‌شود، ولتاژ نامي ‌‌باتري است. لازم به ذكر است كه معمولاً اندازه ولتاژ مدار باز (OCV) يك باتري با شارژ كامل در حدود 5 تا 7 درصد از ولتاژ نامي ‌‌بيشتر است. نوع مواد شيميايي باتري و تعداد سلول‌‌هايي كه به‌صورت سري در داخل باتري قرار داده شده‌اند، مقدار OCV را مشخص مي‌كند. ولتاژ مدار بسته (CCV) مشخص كننده ولتاژ كاري و يا ولتاژ عملياتي باتري است. هميشه بايد قبل از استفاده از يك باتري به مقدار ولتاژ نامي ‌‌باتري دقت کرد.

ظرفيت باتري

ظرفيت يك باتري، توانايي آن براي ذخيره انرژي الكتريكي برحسب آمپر ساعت (Ah) را نشان مي‌دهد. Ah باتري، همان جريان دشارژ باتري در طول زمان است. براي يك دستگاه با يك Ah مشخص مي‌توان از يك باتري با Ah بيشتر استفاده كرد. البته در اين حالت مدت زمان بيشتري انرژي الكتريكي مورد نياز آن دستگاه توسط باتري تأمین خواهد شد. بالعكس، مي‌توان آن دستگاه را با يك باتري با Ah كمتر راه‌اندازي کرد و البته براي مدت زمان كمتري انرژي الكتريكي به دستگاه داده خواهد شد. شارژر باتري‌‌ها معمولاً داراي يك تلرانس نسبت به Ah نامي‌‌ باتري است. بديهي است چنانچه با استفاده از يك شارژر با Ah خاص بخواهيم يك باتري بزرگ‌تر را شارژ كنيم، مدت زمان مورد نياز براي شارژ كامل بيشتر خواهد شد. بنابراین بايد دقت کرد كه تفاوت Ah شارژر با Ah باتري، بيشتر از25 درصد نباشد. کارخانه‌های سازنده باتري‌هاي اروپايي براي رده بندي باتري استارت خودروها از شاخص Ah استفاده مي‌كنند، اما در آمريكاي شمالي باتري‌ها بر اساس شاخص ظرفيت معكوس (RC) رده بندي مي‌شوند. شاخص RC نشان دهنده مدت زمان دشارژ يك باتري بر حسب دقيقه با جريان 25 آمپر است.

آمپراژ باتري ماشين (Cold cranking amps-CCA)

يك باتري استارت خودرو بايد بتواند جريان نسبتاً زياد مورد نياز را در دماي پايين تأمین كند كه این جریان به جريان آمپراژ ماشين (CCA) معروف است و یکی دیگر از مشخصات فنی باتری ها به حساب می آید. باتري‌هاي ويژه استارت خودرو كه معمولاً به نام SLI معروف هستند، بر اساس شاخص CCA رده بندي مي‌شوند. این شاخص در مناطق سردسیر یکی از مهم‌ترین ملاک‌ها برای سنجش کیفیت باتری است.

انرژي مخصوص، چگالي انرژي

انرژي مخصوص باتري يا چگالي وزني انرژي باتري به‌صورت مقدار ظرفيت باتري به ازاي هر كيلوگرم وزن باتري بر حسب واحد Wh/Kg تعريف مي‌شود. به‌طور مشابه، چگالي انرژي حجمي‌ ‌باتري به عنوان شاخصي جهت مشخص نمودن مقدار انرژي توليدي باتري به ازاي هر ليتر از حجم باتري تعريف مي‌شود كه واحد آن  Wh/l است. در دستگاه‌هايي كه به مدت زمان كاركرد طولاني با جريان بار متوسط نياز دارند، باتری آن‌ها بر اساس تأمین انرژی مخصوص زیاد بهينه سازي مي‌شوند.

توان مخصوص

توان مخصوص يا چگالي توان حجمي‌ ‌مشخص كننده ظرفيت بارگذاري باتري است و یکی از مهم ترین مشخصات فنی باتری ها محسوب می شود. در دستگاه‌هاي با توان الكتريكي بالا، باتري بر اساس افزایش شاخص توان مخصوص طراحي و ساخته مي‌شود كه البته با كاهش انرژي مخصوص همراه خواهد بود. در شكل 1 ارتباط بين انرژي مخصوص (آب داخل بطري) و توان مخصوص (فوران آب) نشان داده شده است.

آب داخل بطري معادل انرژي مخصوص باتري و ميزان جهش آب، نشان دهنده توان مخصوص باتري است.

گروهي از باتري‌ها AA مثل باتري آلكالاين داراي انرژي مخصوص بالا و توان مخصوص پايين هستند. برخي ديگر از انواع باتري‌هاي AA مثل ابر خازن‌ها نيز ممكن است داراي انرژي مخصوص پايين و توان مخصوص بالا باشند.

نرخ شارژ( C-rate)

نرخ شارژ ( C-rate) نیز یکی از مشخصات فنی باتري است که بيانگر سرعت شارژ يا دشارژ يك باتري است. نرخ شارژ 1C به این معناست که باتري با جرياني برابر با Ah باتري، شارژ يا دشارژ می شود. در نرخ شارژ 0.5C جريان شارژ و دشارژ نصف و مدت زمان دو برابر خواهد بود. به‌طور مشابه در رده 0.1C ميزان جريان شارژ و دشارژ يك دهم و مدت زمان مورد نياز ده برابر است.

بار

جرياني كه از باتري كشيده مي‌شود به عنوان بار (load) تعريف مي‌شود. مقاومت داخلي باتري و خالي شدن SoC باعث افت ولتاژ باتري تحت بار مي‌شود و اتمام فرآيند دشارژ باتري را تريگر مي‌كند. توان الكتريكي باتري كه متناسب با جريان شارژ باتري است، بر حسب وات اندازه گيري مي‌شود. انرژي الكتريكي باتري كه باعث انجام كار فيزيكي مي‌شود نيز بر حسب وات ساعت اندازه گيري مي‌شود.

وات و ولت-آمپر

وات واحد اندازه گيري توان حقيقي باتري است در حاليكه توان ظاهري كه مرتبط با بار‌هاي راكتيو است، بر اساس ولت-آمپر اندازه‌گيري مي‌شود. براي يك بار خالص مقاومتي، وات و ولت-آمپر مشابه هستند. اما بار‌هاي راكتيوي نظير موتور‌هاي القايي يا لامپ‌هاي فلوروسنت سبب ايجاد يك شيفت فاز بين ولتاژ و جريان و در نتيجه كاهش ضريب توان (PF) از مدار ايده آل 1 به حدود 7/0 يا كمتر مي‌شوند. اندازه سيم كشي برق و سوئيچ‌هاي مدار بايد بر اساس توان ولت-آمپر انجام شود.

وضعيت سلامت باتري State-of-health (SoH)

این مولفه نیز یکی از مشخصات فنی باتری است که وضعیت سلامت باتری را بیان می کند. سه نشانگر اصلي براي وضعيت سلامت باتري عبارتند از:

• ظرفيت: توانايي باتري در ذخيره انرژي
• مقاومت داخلي: قابليت جريان دهي باتري
• تخليه خودبه‌خود: بيانگر يكپارچگي ساخت قطعات باتري و شرايط استرس مكانيكي باتري است.

در باتري‌هاي ليتيم-يون (Li-ion) نشانگر SoH بر حسب ظرفيت است. در اين باتري‌ها در شرايط نرمال مقدار مقاومت داخلي و تخليه خودبه‌خودی پايين است. SoH در باتري‌هاي معمول از ديد کاربر پنهان است و فقط حالت شارژ (SoC) مشخص مي‌شود.

SoH گاهي اوقات به دو بخش زير دسته بندي مي‌شود:

• وضعيت سلامت مطلق (ASoH): توانايي يك باتري نو در ذخيره مقدار مشخص شده‌اي از انرژي
• وضعيت سلامت نسبي (RSoH): قابليت ذخيره سازي در دسترس، درحالیکه باتري خراب شده باشد.

نکته 1: به غیر از مواردي كه صراحتاً ذكر شود، منظور از RSoH همان SoH است.

حالت شارژ (SoC)

SoC مشخص كننده ميزان شارژ باتري است و اغلب به دو بخش تقسيم بندي مي‌شود:

• حالت شارژ مطلق (ASoC): توانايي شارژگيري باتري نو
• حالت شارژ نسبي (RSoC): نسبت درصد شارژگيري فعلي باتري در مقايسه با يك باتري نو.

نکته 2: به غیر از مواقعی که به طور مشخص بیان شود، RSoC همان SoC است.

وضعيت كارايي باتري (SoF)

SoF ابزاري براي خواندن و نمايش مقدار انرژي قابل استفاده باتري است كه برحسب SoC ، در مقايسه با ظرفيت ذخيره‌سازي در دسترس بيان مي‌شود. SoF را مي‌توان با يك نشانگر سه وضعیتی نمايش داد: بخش اول نشان‌دهنده ظرفيت قابل استفاده به عنوان انرژي ذخيره شده (RSoH) است. بخش دوم نشان دهنده ظرفيت خالي است كه مي‌تواند شارژ شود و بخش سوم (Dud) نشان دهنده بخش غير قابل استفاده است. SoF را همچنين مي‌توان توسط يك آيكون تنگ ماهی براي اطلاع از وضعيت حال حاضر باتري نمايش داد. به دليل ترس سازندگان از چالش‌هاي مربوط به گارانتي، معمولاً از این نمايش نشانگر سه وضعیتی (SoF) به ندرت استفاده مي‌شود. در برخي از وسايل الكتريكي براي دسترسي تعميركاران به نشانگر سه وضعیتی SoF يك كد دسترسی در نظر گرفته شده است.

در شكل زير ارتباط بين SoH و  SoC باتري نمايش داده شده است (در اینجا SoC بیانگر همان RSoC می باشد).

SoH	وضعيت سلامت باتري
ASoH	وضعيت سلامت مطلق
RSoH	وضعيت سلامت نسبي
SoC	حالت شارژ
ASoC	حالت شارژ مطلق
RSoC	حالت شارژ نسبي

حرف آخر

در این مقاله درباره مشخصات فنی باتری ها و تعاریف آنها صحبت کردیم. حال با استفاده از این اطلاعات می توانید به راحتی باتری مورد نظرتان را انتخاب کنید. همچنین متوجه شدید که باتری در چه وضعیتی در سلامت است و بیشترین کارایی را ارائه می دهد. البته ما همچنان در تلاش هستیم تا این مقاله را ارتقا دهیم، از این رو شما می توانید نظرات، پیشنهادها و سوالات خود را زیر همین پست با ما به اشتراک بگذارید یا عضو مجله 118الک شوید و مقالات خود را برایمان بفرستید.
مطمئن باشید که ما در کنار شما هستیم و در اسرع وقت پیام ها و مقالات شما را بررسی می کنیم و حداکثر طی 24 ساعت آینده پاسخ شما عزیزان را خواهیم داد.