بررسی شارژرهای باتری لیتیومی و راهنمای انتخاب برای باتری Li-ion و Li-Po

باتری‌های لیتیومی به عنوان باتری‌های قابل شارژ کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارند. باتری لیتیومی با توجه به عملکردی که دارد شرایط نگهداری متفاوتی نسبت به باتری‌های معمولی دارد. این شرایط مربوط به شارژ و تخلیه‌ی شارژ و حفاظت از باتری است. باتری لیتیومی بسته به مدل قرار گرفتنش در کنار دیگر باتری‌ها میبایست روال نگهداری مشخصی را دنبال کند. در این پست راجع به روش نگهداری باتری لیتیومی و همچنین انتخاب شارژر مناسب آن مطالبی را ارایه می‌کنیم. هدف ما ارتقا دانش کاربران فارسی زبان است. همچنین رشد اطلاعات عمومی مدیران در شرکت‌های مختلف را مد نظر داریم. بنابراین اگر این مطلب از بلاگ دانشجو کیت برای شما ارزشمند بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، آنرا با دیگران به اشتراک بگذارید تا دانش فنی مدیرها و کاربران فارسی زبان در این حوزه و IoT رشد پیدا کند.

شناخت باتری لیتیومی

باتری‌های لیتیوم-پلیمر (Li-Po) و لیتیوم-یونی (Li-ion) دو نوع باتری الکتریکی هستند که از لیتیوم به عنوان عنصر اصلی استفاده می‌کنند. هر دو این نوع باتری‌ها ویژگی‌های خاصی دارند که آنها را برای کاربردهای مختلف مناسب می‌سازد. در ادامه برخی از تفاوت‌های باتری‌های لیتیوم-پلیمر و لیتیوم-یونی را بررسی می‌کنیم.

• ساختار شیمیایی: باتری‌های لیتیوم-پلیمر از یک الکترولیت پلیمری به عنوان جداکننده استفاده می‌کنند. در حالی که باتری‌های لیتیوم-یونی از یک الکترولیت مایع استفاده می‌کنند. این تفاوت ساختار شیمیایی باعث می‌شود که باتری‌های لیتیوم-پلیمر توانایی انعطاف‌پذیری و ساختارهای هندسی متنوع‌تری را داشته باشند.
• اندازه و وزن: باتری‌های لیتیوم-پلیمر به دلیل ساختار باریک و مسطح، به خصوص در ابعاد کوچک، اندازه و وزن کمتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی دارند. این امر آنها را برای کاربردهایی که اندازه و وزن حائز اهمیت است، مانند دستگاه‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و ساعت‌های هوشمند، مناسب می‌سازد.
• ظرفیت و کارایی: در کل، باتری‌های لیتیوم-یونی بیشترین ظرفیت و کارایی را دارند. ظرفیت بالا به معنای توانایی ذخیره و انتقال انرژی بیشتر است. این باتری‌ها معمولاً در دستگاه‌هایی که نیاز به توان زیادی دارند، مانند خودروهای الکتریکی، استفاده می‌شوند. اما باتری‌های لیتیوم-پلیمر نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی ظرفیت کمتری دارند، اما به دلیل ساختار انعطاف‌پذیر و وزن سبک، برای دستگاه‌هایی که نیاز به فضای کوچکتری دارند، مناسب هستند.
• ایمنی: باتری‌های لیتیوم-پلیمر از نظر ایمنی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی برخوردار هستند. باتری‌های لیتیوم-پلیمر در برابر شوک‌ها و ضربه‌ها مقاومت بیشتری دارند و خطر انفجار کمتری دارند.
• قابلیت شارژ مجدد: هر دو نوع باتری لیتیوم-پلیمر و لیتیوم-یونی قابلیت شارژ مجدد دارند و می‌توانند چندین بار شارژ و تخلیه شوند.
• بدون اثر حافظه: باتری‌های لیتیومی تأثیر حافظه ندارند. این بدان معنی است که شما می‌توانید باتری را هر زمان شارژ کنید، حتی اگر هنوز کاملاً تخلیه نشده باشد، و این تأثیری بر روی عمر باتری نخواهد داشت.

به طور کلی، هر دو نوع باتری لیتیوم-پلیمر و لیتیوم-یونی ویژگی‌ها و کاربردهای خود را دارند. انتخاب بین این دو بستگی به نیازها و محدودیت‌های خاص شما دارد، مانند اندازه، وزن، ظرفیت، کارایی و ایمنی بایستی مورد مناسب را انتخاب کنید.

مفهوم سیکل شارژ در یک باتری شارژی

سیکل شارژ (Charge Cycle) به معنای یک دوره کامل از شارژ و تخلیه باتری است. در باتری‌های قابل شارژ مثل باتری‌های لیتیومی، هر بار که باتری به طور کامل شارژ و تخلیه می‌شود، یک سیکل شارژ کامل را انجام داده‌اند. مثلاً، اگر یک باتری از 0% به 100% شارژ شود و سپس به 0% تخلیه شود، یک سیکل شارژ کامل انجام شده است. سیکل‌های شارژ شاخص مهمی برای عمر و کارایی باتری‌ها هستند. هر باتری دارای محدودیتی برای تعداد سیکل‌های شارژ است. بعد از تعداد مشخصی از سیکل‌های شارژ، عمر مفید باتری کاهش می‌یابد و باتری شروع به نگه‌داشتن انرژی کمتری می‌کند. عوامل مختلفی می‌توانند بر تعداد سیکل‌های شارژ تأثیر بگذارند، از جمله این موارد گزینه‌های زیر هستند.

• نحوه استفاده: استفاده نادرست از باتری مانند شارژ نادرست یا تخلیه تا پایان، می‌تواند به کاهش تعداد سیکل‌های شارژ منجر شود.
• دمای کاری: دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین می‌توانند به کاهش عمر مفید باتری و تعداد سیکل‌های شارژ منجر شوند.
• نوع باتری: انواع مختلفی از باتری‌ها (مثلاً لیتیوم-آهن، لیتیوم-پلیمر، لیتیوم-یون) تعداد مختلفی از سیکل‌های شارژ را پشتیبانی می‌کنند.

به طور کلی، مراقبت و استفاده صحیح از باتری و جلوگیری از شارژ و تخلیه کامل ممکن است به افزایش عمر مفید باتری و تعداد سیکل‌های شارژ کمک کند. همچنین، تکنولوژی‌های مدرن تراشه‌ها در شارژرها و دستگاه‌های الکترونیکی می‌توانند به بهره‌وری باتری و کم کردن تأثیر تعداد سیکل‌های شارژ بر عمر مفید باتری کمک کنند.

مفهوم تعداد باتری لیتیومی در انتخاب شارژر

تعداد باتری لیتیومی در انتخاب شارژر یکی از عوامل مهمی است که باید در نظر گرفته شود. وقتی از شارژر‌های لیتیومی برای شارژ کردن باتری لیتیومی استفاده می‌کنید، باید مطمئن شوید که شارژر مناسبی را برای تعداد باتری‌های خود انتخاب کنید. در غیر این صورت، شارژر توانایی شارژ کردن تعداد مورد نظر از باتری‌ها را نخواهد داشت. یا ممکن است به طور کامل نتواند تعادل ولتاژ سلول‌های باتری‌ها را حفظ کند.

وقتی از یک شارژر که مختص چند باتری است استفاده می‌کنید، تعداد باتری‌های مورد نظر به عنوان یکی از مشخصات شارژر مشخص می‌شود. برای مثال، شارژری که برای شارژ کردن چهار باتری لیتیومی طراحی شده است، به عنوان یک "شارژر چهار سل" شناخته می‌شود. شارژرهای مختلف ممکن است برای تعداد‌های مختلفی از باتری‌ها طراحی شده باشند، مانند شارژر دو سل، شارژر سه سل، چهار سل، پنج سل و غیره.

اگر شارژری با تعداد کمتری از باتری‌ها نسبت به تعداد باتری‌هایی که می‌خواهید شارژ کنید استفاده کنید، ممکن است نتوانید همه باتری‌ها را به طور همزمان شارژ کنید. به عبارت دیگر، تعداد باتری‌های شارژ شده ممکن است محدود شود و باید باتری‌ها را چند دوره تعویض کنید تا همه شارژ شوند. در نتیجه، برای انتخاب شارژر مناسب، باید به تعداد باتری‌های خود و نیازهای شارژ خود دقت کنید و شارژری انتخاب کنید که تعداد باتری‌های لیتیومی مورد نظر شما را پشتیبانی کند و به طور همزمان بتوانید همه باتری‌های خود را به صورت مؤثر شارژ کنید.

شارژ تک سل باتری لیتیومی

شارژ تک سل باتری لیتیومی به معنای شارژ کردن یک سلول باتری لیتیومی است. در باتری‌های لیتیومی، هر سلول یک واحد مستقل است و دارای ولتاژ خاصی است. برای مثال، در باتری‌های لیتیوم-یون، هر سلول دارای ولتاژ حدود 3.7 تا 4.2 ولت است. برای انجام شارژ تک سل باتری لیتیومی، شما به یک شارژر مناسب برای تعداد سلول‌ها نیاز دارید. این شارژر به عنوان یک شارژر تک سل یا تک سل‌ها شناخته می‌شود و برای شارژ کردن یک سلول باتری لیتیومی طراحی شده است. شارژر تک سل از یک منبع تغذیه و ولتاژ مناسب برای شارژ تک سل باتری بهره می‌برد. مزایای استفاده از شارژ تک سل برای شارژ کردن باتری لیتیومی به شرح زیر هستند.

• دقت زیاد: شارژ تک سل اجازه می‌دهد تا هر سلول باتری را به صورت مستقل و با دقت زیاد شارژ کنید. به معنی این است که شما می‌توانید ولتاژ هر سلول را به دقت تنظیم کنید تا به حداکثر عمر مفید باتری‌ها برسید.
• تعادل ولتاژ: شارژ تک سل معمولاً تعادل ولتاژ سلول‌ها را حفظ می‌کند. به معنی این است که همه سلول‌ها به طور یکنواخت شارژ می‌شوند و تفاوت‌های ولتاژ بین آنها کاهش می‌یابد.
• امکان شارژ کردن سلول‌های فرسوده: اگر یکی از سلول‌ها در باتری لیتیومی شما به طور معمول شارژ نمی‌شود، شارژ تک سل به شما امکان می‌دهد تا آن سلول را به تنهایی شارژ کنید و به عمر مفید باتری بیفزایید.

شارژ تک سل معمولاً در مواردی که نیاز به دقت بالا و مراقبت ویژه از باتری‌ها دارید، مانند استفاده در مدل‌های هواپیماهای کنترلی یا دستگاه‌های خاص الکترونیکی کاربرد دارد.

شارژ دو سل باتری لیتیومی

شارژ دو سل باتری لیتیومی به معنای شارژ کردن دو سلول باتری لیتیومی به طور همزمان است. باتری‌های لیتیومی اغلب در انواع دو سل (2S) برای دستگاه‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند، به عنوان مثال، دستگاه‌های رادیو کنترلی، دوربین‌های دیجیتال، و دستگاه‌های پرتابل از این دست هستند. برای انجام شارژ دو سل باتری لیتیومی، شما نیاز به یک شارژر مناسب دو سل دارید. این شارژر به عنوان یک "شارژر دو سل" یا "شارژر 2S" شناخته می‌شود و برای شارژ کردن دو سلول باتری لیتیومی بهره می‌برد. شارژر دو سل معمولاً از یک منبع تغذیه و ولتاژ مناسب برای شارژ دو سلول باتری استفاده می‌کند. 

مزایای استفاده از شارژ دو سل برای شارژ کردن دو عدد باتری لیتیومی عبارتند از:

• سهولت و کاربری آسان: شارژ دو سل به شما امکان می‌دهد دو سلول باتری لیتیومی خود را به طور همزمان شارژ کنید. این به طور عملی و سریع تر از شارژ کردن هر سلول به صورت جداگانه است.
• تعادل ولتاژ: شارژ دو سل معمولاً تعادل ولتاژ دو سلول را حفظ می‌کند. این به معنی این است که هر دو سلول به طور یکنواخت شارژ می‌شوند و تفاوت‌های ولتاژ بین آنها کاهش می‌یابد.
• کاربردهای گسترده: شارژ دو سل برای دستگاه‌های مختلفی کاربرد دارد، از جمله دستگاه‌های رادیو کنترلی، دوربین‌های دیجیتال، ربات‌ها، ابزارهای قابل حمل، و غیره.

بنابراین، اگر دو سلول باتری لیتیومی دارید و برای افزایش ولتاژ از آن دو استفاده می‌کنید نیاز به شارژ کردن آنها به طور همزمان دارید، شارژر دو سل یک انتخاب مناسب برای شما خواهد بود. این شارژر امکان می‌دهد تا باتری‌های خود را به سرعت شارژ کنید و از دسترسی به توان بیشتر برای دستگاه‌هایتان بهره‌مند شوید.

شارژ سه سل باتری لیتیومی

شارژرهای سه سل مختص استفاده برای سه عدد باتری لیتیومی هستند. چنانچه در پروژه‌ای به ولتاژ 11 تا 12 ولت نیاز باشد، بایستی حتما سه عدد باتری لیتیومی به صورت سری متصل شوند. در این حالت بایستی برای محافظت از باتریها و رعایت سیکل شارژ از کنترل شارژ 3 سل استفاده کنید. ماژول شارژر 3s قابلیت مدیریت شارژ و محافظت از باتری و بالانس کردن خروجی‌های هر سه باتری به صورت همزمان هستند. عملکرد کلی این شارژر هم مشابه 2 سل است با این تفاوت که قابلیت مدیریت 3 عدد باتری لیتیومی را دارد. به هنگام خرید شارژر 3 سل باتری لیتیومی بایستی میزان جریان دهی آن را هم در نظر گرفت. اگر ماژول کنترل شارژ توان جریان دهی 40A داشته باشد. میتوانید باتریهای لیتیومی تا حداکثر ظرفیت 40 آمپر را به کمک آن شارژ کنید.

شارژ چهار سل باتری لیتیومی

در خصوص شارژرهای 4 سل باتری لیتیومی زمانی کاربردی هستند که ولتاژ 15 تا 16.8 ولتی نیاز باشد از آن استفاده می‌شود. به صورت همزمان 4 عدد باتری لیتیومی را میتواند مدیریت شارژ کند. ماژول کنترل شارژ 4 سل باتری لیتیومی یک واحد الکترونیکی است که طراحی شده تا امکان کنترل و مدیریت شارژ چهار سلول باتری لیتیومی را فراهم کند. این ماژول به عنوان یک واحد کنترلی برای شارژ باتری‌ها عمل می‌کند و معمولاً دارای ویژگی‌های مختلفی است که برای اطمینان از ایمنی و بهره‌وری در شارژ کردن باتری لیتیومی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ویژگی‌ها و عملکردهای اصلی ماژول کنترل شارژ 4 سل باتری لیتیومی عبارتند از:

• کنترل ولتاژ: ماژول کنترل شارژ معمولاً از قابلیت کنترل و تنظیم ولتاژ شارژ برای هر سلول باتری به طور مستقل برخوردار است. این قابلیت به شما اجازه می‌دهد تا ولتاژ شارژ هر سلول را به دقت تنظیم کنید.
• محافظت از باتری: ماژول به محافظت از باتری‌ها در برابر شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، حرارت اضافی و وضعیت‌های خطرناک دیگر کمک می‌کند. این ویژگی‌ها به ایمنی باتری‌ها و دستگاه‌های متصل شده کمک می‌کنند.
• تعادل ولتاژ: بسیاری از ماژول‌های کنترل شارژ از سیستم‌های تعادل ولتاژ برای حفظ تعادل ولتاژ بین سلول‌ها استفاده می‌کنند. به معنی این است که تفاوت‌های ولتاژ بین سلول‌ها کاهش می‌یابد.
• خروجی شارژ: ماژول به شما امکان می‌دهد تا باتری‌ها را به سرعت و بهره‌وری شارژ کنید با خروجی شارژ مناسب.
• ورودی مناسب: این ماژول معمولاً دارای ورودی مناسب برای اتصال به منابع تغذیه متنوعی مانند آداپتورها، کامپیوترها، و پاور بانک‌ها است.

ماژول کنترل شارژ 4 سل باتری لیتیومی معمولا در مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرد که نیاز به شارژ کردن باتری لیتیومی 4 سلولی و اطمینان از ایمنی و کنترل دقیق دارید. این ماژول‌ها به شما امکان می‌دهند تا به بهره‌وری و با ایمنی باتری‌های خود را مدیریت کنید.

شارژر و بالانسر و محافظ باتری

شارژر، بالانسر و محافظ باتری ابزارهای مهمی در مدیریت و حفاظت از باتری‌های لیتیومی و دستگاه‌های الکترونیکی هستند. در ادامه، توضیحات کامل در مورد هر یک از این اجزا ارائه می‌شود.

شارژر باتری

شارژر باتری یک دستگاه الکترونیکی است که برای شارژ کردن باتری لیتیومی به کار می‌رود. این واحد برقی با استفاده از ولتاژ و جریان مناسب برای شارژ کردن باتری‌ها و زنده نگه داشتن دستگاه‌ها که از باتری تغذیه می‌شوند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. شارژرها متناسب با نوع باتری و دستگاه مورد نظر متغیر هستند. به عنوان مثال، شارژرهای لیتیوم-یون، لیتیوم-پلیمر، نیکل کادمیوم (NiCd)، و نیکل-فلز-هیدرید (NiMH) وجود دارد. برخی از شارژرها دارای ویژگی‌هایی مانند شارژ سریع، محدودیت جریان، حالت‌های مختلف شارژ، و مانیتورینگ وضعیت شارژ باتری‌ها هستند.

بالانسر باتری

بالانسر یا تعادل‌کننده باتری واحدی الکترونیکی است که برای تعادل ولتاژ و وضعیت باتری‌ها در یک باتری چند سلولی (باتری پک) مورد استفاده قرار می‌گیرد. وظیفه بالانسر این است که تضمین کند که ولتاژ هر سلول باتری در محدوده صحیح باشد تا باتری به صورت بهینه کار کند و در دوره عمر طولانی‌تری بهره‌مند باشد. بالانسرها متناسب با تعداد سلول‌ها در باتری و نوع باتری متغیر هستند. به عنوان مثال، بالانسرهای باتری لیتیومی اغلب برای باتری‌های 2S، 3S، 4S و غیره طراحی می‌شوند. بالانسر با انتقال یا تخلیه اضافی از سلول‌هایی که ولتاژ بیشتری دارند به سلول‌هایی که ولتاژ کمتری دارند، تعادل ولتاژ را برقرار می‌کند.

محافظ باتری

محافظ باتری یک واحد حفاظتی الکترونیکی است که برای جلوگیری از شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، دمای بالا، و دیگر وضعیت‌های خطرناک باتری به کار می‌رود. این واحد به عنوان یک "محافظ جانبی" برای باتری و دستگاه محسوب می‌شود. اگر وضعیت باتری به حدی خطرناک شود، محافظ باتری به شارژ و تخلیه باتری پایان می‌دهد تا از آسیب به باتری و احتمالی ایجاد حوادث جلوگیری کند.

در مجموع، این سه واحد معمولاً به صورت ترکیبی در سیستم‌های باتری لیتیومی و دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که باتری‌ها به ایمنی شارژ و تخلیه می‌شوند و به صورت بهینه کار می‌کنند. این اقدامات به افزایش عمر مفید باتری‌ها و ایمنی دستگاه‌های الکترونیکی کمک می‌کنند.

راهنمای انتخاب شارژر باتری لیتیومی

با توجه به توضیحاتی که ارایه شد، بایستی روش به هم متصل شدن باتری‌های لیتیومی و ولتاژ خروجی مورد نظر را در نظر بگیرید. براساس این دو پارامتر میتوانید گزینه مناسب را برای شارژ و نگهداری از باتری لیتیومی انتخاب کنید. شارژر باتری لیتیومی در هر شرایط بایستی منحصر به همان کاربری باشد. روش اتصال باتری ها به ماژول شارژر هم اهمیت دارد. بایستی حتما از سیم‌های مسی با قابلیت عبور جریان مناسب و اتصال دقیق و کامل استفاده کنید. اگر این گزینه رعایت نشود منجر به جریان کشی خارج از استاندارد شده و این جریان کشی ممکن است منجر به آسیب دیدن باتری و یا آتش گرفتن آن شود.

جمع بندی

در این پست سعی کردیم که توضیحاتی را برای انتخاب صحیح ماژول کنترل شارژ برای باتری لیتیومی ارایه کنیم. دقت داشته باشید که باتری لیتیومی یک وسیله‌ی حساس است و نگهداری از آن نیازمند آگاهی و دانش فنی است. بنابراین بدون داشتن این اطلاعات اقدام به خرید و یا استفاده از آن نکنید. شارژرهای باتری لیتیومی انواع مختلفی دارند که بایستی براساس نیازمندی که دارید اقدام به خرید و راه اندازی آنها کنید. باتری لیتیومی به صورت سری و موازی به یکدیگر متصل می‌شوند. در هر شرایط شارژر منحصر به فرد را بایستی تهیه کنید.

 بسیاری از تولید کننده‌های دستگاه‌های قابل حمل در جستجوی ماژول کنترل شارژ مناسب هستند. امیدواریم با توضیحاتی که در این پست ارایه دادیم، راهکار مناسب را به طراح‌های آینده نشان داده باشیم. باتری لیتیومی هم که جزئی جدا نشدنی از زندگی امروز ما شده است. این توضیحات صرفا بابت آگاهی رساندن به مخاطب‌ها و کاربران فارسی زبان جمع آوری شدند. بنابراین اگر این پست برای شما مفید بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، حتما لینک آموزش را با دیگران به اشتراک بگذارید.