روش خواندن عددهای روی باتری لیتیومی ضریب تخلیه و 11 اصطلاح مهم

باتری لیتیومی یا همان باتری‌های شارژی عضوی جدا نشدنی از زندگی روزمره همه ما هستند. داشتن آگاهی نسبت به این پدیده بسیار اهمیت دارد. در این پست راجع به روش خواندن عددهای روی باتری‌های لیتیومی مطالبی ارایه می‌کنیم. همچنین اصطلاحات مهم و کاربردی آنرا برای افراد متخصص به صورت کامل توضیح می‌دهیم. هدف ما ارتقا آگاهی کاربران فارسی زبان است. 11 اصطلاح مهم از باتری‌های لیتیومی را بررسی خواهیم کرد. لیتیوم به دلیل خاصیت فلزی و سبکی آن به عنوان فلز خاکی هم شناخته می شود. با توجه به کاربرد گسترده این عنصر در صنایع مختلف یکی از عناصر بسیار ارزشمند است. در صنایع مختلف کاربردهای مختلفی دارد و به صورت ترکیبات مختلفی ظاهر می‌شود. پیش از مطالعه این پست پیشنهاد میشود پست شناخت لیتیوم و کاربرد آن در ساخت باتری‌های شارژی را مطالعه کنید.

معرفی کلی باتری لیتیومی

باتری‌های لیتیومی به عنوان یک نوع پیشرفته از تکنولوژی های ذخیره انرژی، در عصر مدرن به وفور استفاده می‌شوند. این باتری‌ها از ترکیبات شیمیایی حاوی عناصر لیتیوم، کبالت، نیکل و الماس رویه‌ای استوانه‌ای یا تخت وزنی برخوردارند. یکی از انواع معروف باتری لیتیومی، باتری 18650 نام دارد که ابعاد استاندارد آن از قطر 18 میلی‌متر و ارتفاع 65 میلی‌متر است. این باتری‌ها به دلیل وزن سبک، ظرفیت ذخیره انرژی بالا، عدم حافظه‌ای بودن و عمر طولانی به‌عنوان یک منبع تغذیه پرکاربرد در دستگاه‌های متنوعی مانند لپ‌تاپ‌ها، دوربین‌های دیجیتال، وسایل هوشمند و دستگاه‌های قابل حمل استفاده می‌شوند. به عنوان یک فناوری پیشرو، باتری‌های لیتیومی همچنین در حوزه اتومبیل‌های الکتریکی نقش اساسی ایفا می‌کنند و به عنوان جایگزینی پایدار و پرکارآیی برای باتری‌های سنتی مورد توجه قرار گرفته‌اند.

اصطلاحات مهم و تخصصی در باتری لیتیومی

همانطور که اشاره شد باتری‌های لیتیومی به عنوان یکی از ابزارهای مهم امروزه کاربردهای متنوعی دارند. بنابراین برای افرادی که با این باتری سرو کار دارند لازم است که اصطلاحات مهم و کاربردی را در خصوص آنها بدانند. بنابراین اگر شما در این دسته قرار دارید حتما اصطلاحات زیر را به خاطر بسپارید، چرا که هر کدام اهمیت زیادی دارند. همچنین به هنگام انتخاب باتری و یا تعویض آن و یا حتی شارژ و مصرف باتری هم اهمیت دارند.

• ولتاژ نامی (ولتاژ اسمی)
• ضریب C
• ولتاژ تخلیه
• وضعیت شارژ SOC
• ولتاژ شارژ کامل
• تعداد باتری
• ظرفیت باتری
• جریان شارژ
• زمان شارژ حداقلی
• مقاومت داخلی باتری IR
• عمق تخلیه DOD

ولتاژ نامی در باتری لیتیومی

ولتاژ نامی باتری 18650 نشان دهنده مقدار ولتاژ واقعی است. این مقدار به صورت پیش‌فرض 3.7 ولت تعیین شده و برای تمام باتری‌های 18650 یکسان است. ولتاژ نامی در باتری‌های لیتیومی به عنوان یک ویژگی بسیار مهم تعریف می‌شود که ولتاژ استانداردی است که باتری در شرایط عادی کارکرد خود تولید می‌کند. در مورد باتری‌های لیتیومی، ولتاژ نامی معمولا به طور پیش‌فرض در مقدار خاصی تعیین می‌شود و به عنوان نقطه مرجع برای اندازه‌گیری و نظارت بر عملکرد باتری خدمت می‌کند. به عنوان مثال، باتری‌های لیتیومی از نوع 18650 ولتاژ نامی حدودا 3.7 ولت دارند. این ولتاژ نامی مشخصه‌ای است که در تمام باتری‌های این نوع به یکسان تعیین شده و از آن به عنوان مبنای محاسباتی برای انواع ویژگی‌های دیگر باتری، از جمله ولتاژ تخلیه کامل و ولتاژ شارژ کامل، استفاده می‌شود. این اطلاعات به تولیدکنندگان، مهندسان، و کاربران نهایی کمک می‌کند تا بهترین عملکرد و کارایی از باتری‌های لیتیومی خود را در کاربردهای گوناگون به دست آورند.

ضریب C (نرخ تخلیه) باتری لیتیومی

درجه C باتری نشان‌دهنده حداکثر جریانی است که از باتری می‌توان برداشت کرد. به عنوان مثال، برای یک باتری با درجه 3C، می‌تواند سه برابر جریان نامی خود را تولید کند. برای باتری‌های 18650، درجه 1C به طور معمول مشاهده می‌شود. ضریب C یا همان نرخ تخلیه در باتری‌های لیتیومی یک معیار مهم برای اندازه‌گیری سرعت تخلیه یا تخلیه انرژی از باتری است. این ضریب به صورت معمول با عددی اعشاری یا عدد صحیح به عنوان ضریب C بیان می‌شود و به نمایانگر توان تخلیه باتری در مقایسه با ظرفیت آن در واحد زمان است.

به عنوان مثال، اگر یک باتری لیتیومی با ظرفیت 2000 میلی‌ آمپر‌ ساعت (mAh) دارای ضریب C برابر با 1 باشد، این به معنای توانایی تخلیه آن با جریان 2000 میلی‌آمپر یا 2 آمپر در یک ساعت است. در صورتی که ضریب C برابر با 2 باشد، باتری قادر به تخلیه با جریان 4000 میلی‌آمپر یا 4 آمپر در یک ساعت است. این پارامتر اهمیت زیادی در انتخاب باتری برای انواع مختلف دستگاه‌ها و نیازهای انرژی دارد و به کاربران اجازه می‌دهد تا باتری با سرعت تخلیه مطلوب خود را انتخاب کنند و تطابق مناسب با نیازهای خود را داشته باشند.

ولتاژ تخلیه باتری لیتیومی

توصیه می‌شود که هیچگاه باتری‌های لیتیومی خصوصا لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر زیر 3.2 ولت تخلیه نشود. در غیر این صورت، تغییرات در مقاومت داخلی باتری به وقوع می‌پیوندد که می‌تواند به آسیب دائمی باتری منجر شود. ولتاژ تخلیه یکی از ویژگی‌های حیاتی در عملکرد باتری‌های لیتیومی است که مشترکانه برای تعیین زمانی که باتری به حالت تخلیه و توانایی تامین ولتاژ برای دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ولتاژ تخلیه به میزان ولتاژی اشاره دارد که باتری به طور مستقیم به دستگاه متصل شده در حال تخلیه و ارائه انرژی است. برای باتری‌های لیتیومی، ولتاژ تخلیه معمولا در محدوده ای است که میان ولتاژ شارژ کامل و ولتاژ تخلیه کامل (ولتاژ کمترین مجاز) قرار دارد. به عنوان مثال، باتری لیتیومی از نوع 18650 ممکن است ولتاژ تخلیه معینی داشته باشد که برخی از دستگاه‌های الکترونیکی باید از آن تغذیه شوند. درک و مدیریت صحیح این ولتاژ تخلیه اهمیت زیادی در بهره‌وری و عمر کارکرد باتری دارد و مطالعه مشخصات فنی باتری در این زمینه به کاربران کمک می‌کند تا از بهترین عملکرد و تطابق با نیازهای دستگاه‌هایشان بهره‌مند شوند.

وضعیت شارژ SOC باتری لیتیومی

وضعیت شارژ (SOC)٪ نشان‌دهنده ظرفیت باقی‌مانده باتری است. همانند نمایشگری که در دستگاه‌های موبایل مشاهده می‌کنیم. محاسبه ظرفیت یک باتری با توجه به ولتاژ آن امکان‌پذیر نیست و معمولا با استفاده از انتگرال جریان بر حسب زمان برای تعیین تغییر ظرفیت باتری انجام می‌شود. به عبارتی وضعیت شارژ (SOC) در باتری‌های لیتیومی یک نشانگر مهم برای نسبت انرژی باقی‌مانده در باتری به کل ظرفیت آن است. این پارامتر معمولا به صورت درصدی بیان می‌شود و به کاربران اطلاع می‌دهد که باتری در حال حاضر چه قدر از ظرفیت خود را از دست داده یا مصرف کرده است.

از دید کاربری، مشاهده SOC بسیار حیاتی است، زیرا این اطلاعات امکان مدیریت بهینه انرژی و زمان باقی‌مانده کارکرد باتری را فراهم می‌کند. به طور مثال، یک نمایشگر SOC بر روی دستگاه یا شارژر، به کاربر اجازه می‌دهد تا به دقت بفهمد چقدر از ظرفیت باتری باقی‌مانده است و زمان دقیقی را که می‌تواند از دستگاه خود استفاده کند، پیش‌بینی کند. اطلاعات SOC به همراه سیستم‌های مدیریت باتری به کاربر این امکان را می‌دهد تا عملکرد بهینه و طولانی‌تر باتری را تجربه کنند و در نهایت از عمر مفید بیشتری برخوردار شوند.

ولتاژ شارژ کامل باتری

ولتاژ شارژ کامل باتری لیتیوم یون 4.2 ولت است. حتما باید توجه داشت که ولتاژ باتری در هیچ لحظه‌ای از 4.2 ولت بیشتر نشود. روش‌های شارژ باتری لیتیوم یون متنوع هستند؛ اما به طور عمومی از توپولوژی 3 مرحله‌ای استفاده می‌شود. این مراحل شامل شارژ CC (جریان ثابت)، CV (ولتاژ ثابت) و قطره‌ای هستند. حالت CC فعال است تا زمانی که باتری به سطح مشخصی از شارژ برسد، سپس حالت CV آغاز می‌شود که در آن ولتاژ شارژ در حدود 4.2 ولت حفظ می‌شود. حالت نهایی شارژ پالس یا قطره‌ای است که در آن از پالس‌های کوچک جریان برای بهبود چرخه عمر باتری استفاده می‌شود. همچنین، شارژرهای بسیار پیچیده‌تری نیز وجود دارند که شامل 7 مرحله شارژ می‌شوند. این مقاله به عنوان یک مقدمه، به تفصیل در این موضوع وارد نخواهد شد زیرا خارج از حوزه این پست قرار دارد.

ظرفیت باتری لیتیومی

ظرفیت باتری معمولا به صورت mAh (میلی آمپر ساعت) مشخص می‌شود و این مقدار بسته به نوع باتری متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، اگر باتری ما ظرفیت 2000mAh داشته باشد، به این معناست که اگر از آن 2 آمپر برداشت کنید، 1 ساعت دوام خواهد داشت و اگر از آن 1 آمپر برداشت کنید، 2 ساعت دوام خواهد داشت. بنابراین، برای اطلاع از زمان دوام باتری (زمان اجرا)، باید ظرفیت را بر حسب mAh محاسبه کنید. این مورد هم به عنوان یکی از عددهای روی باتری لیتیومی در نظر گرفته میشود.

ظرفیت باتری لیتیومی از جمله ویژگی‌های اساسی است که در تعیین عملکرد و کارایی این نوع باتری‌ها تأثیرگذار است. این ویژگی به صورت معمول در واحد میلی‌آمپرساعت (mAh) یا آمپرساعت (Ah) بیان می‌شود و به میزان انرژی ذخیره‌شده در باتری اشاره دارد. به عبارت دیگر، ظرفیت باتری نشان‌دهنده تعداد میلی‌آمپرساعت یا آمپرساعتی است که باتری می‌تواند به مدت یک ساعت جریان تأمین کند. این ویژگی از اهمیت بسیاری برخوردار است زیرا برای انتخاب مناسب‌ترین باتری برای یک دستگاه الکترونیکی یا سیستم، مصرف انرژی و نیاز به زمان کارکرد بلند در نظر گرفته می‌شود. هرچه ظرفیت باتری بیشتر باشد، دستگاه می‌تواند برای مدت زمان بیشتری به فعالیت خود ادامه دهد و این امر در مواردی که امکان شارژ مکرر دستگاه محدود است، بسیار حیاتی است.

جریان شارژ در باتری Li

جریان شارژ، یکی از ویژگی‌های حیاتی باتری است که به آن باید توجه ویژه‌ای داشته باشیم. اینکه یک باتری قابلیت تأمین حداکثر جریان 6 آمپر را دارا باشد، به هیچ وجه نشانگر این نیست که می‌تواند با این جریان شارژ شود. حداکثر جریان شارژ باتری، در دیتاشیت آن مشخص خواهد شد و به ویژه بسته به نوع باتری متغیر است. معمولا، این مقدار 0.5C خواهد بود به این معناست که جریان شارژ نصف مقدار آمپر‌ساعت باتری خواهد بود. به عنوان مثال، برای یک باتری با ظرفیت 2Ah، جریان شارژ 1A خواهد بود (0.5 * 2 = 1). این مورد هم به عنوان یکی از عددهای روی باتری لیتیومی در نظر گرفته میشود.

زمان شارژ حداقلی باتری Li

زمان شارژ حداقل، با استفاده از جریان شارژ و مقدار Ah باتری، قابل محاسبه است. به عنوان نمونه، برای یک باتری 2 آمپری با جریان شارژ 1 آمپر، زمان شارژ تقریبا 2 ساعت خواهد بود. این حالت فرضی از آن استفاده می‌کند که شارژر فقط از روش CC (جریان ثابت) برای شارژ باتری استفاده می‌کند. به عبارت دیگر زمان شارژ حداقلی باتری لیتیوم یکی از موارد مهم در مدیریت انرژی و عمر مفید باتری است.

این زمان، مدت زمانی است که برای شارژ کامل باتری لیتیوم یا بهبود به حداقل سطح شارژ مطلوب نیاز است. با توجه به نوع باتری، ظرفیت آن، و جریان شارژ مورد استفاده، زمان شارژ حداقلی متغیر خواهد بود. عموما این زمان به وسیله جریان شارژ (بر حسب آمپر) و ظرفیت باتری (بر حسب آمپرساعت) محاسبه می‌شود. به عنوان مثال، برای یک باتری 2000mAh با جریان شارژ 1A، زمان شارژ حداقلی تقریبا 2 ساعت خواهد بود. این اطلاعات برای کاربران بسیار حیاتی است تا بتوانند بهینه‌ترین زمان برای شارژ باتری را در نظر بگیرند و از دستگاه خود با بهترین عملکرد و عمر مفید باتری بهره‌مند شوند.

مقاومت داخلی باتری لیتیومی IR

مقاومت داخلی (IR) اندازه‌گیری مقدار مقاومت باتری، می‌تواند به ما در پیش‌بینی سلامت و ظرفیت باتری کمک کند. این مقدار، معمولا در محدوده میلی اهم در دیتاشیت باتری مشخص خواهد شد و ابزارهای تخصصی برای اندازه‌گیری آن موجود است. به عبارت دیگر مقاومت داخلی باتری لیتیومی یکی از ویژگی‌های حیاتی است که مستقیما بر توانایی و کارایی باتری تأثیر می‌گذارد. این مقدار، میزان مقاومتی است که باتری به جریان الکتریکی ارائه می‌دهد و در دیتاشیت هر باتری به صورت مشخص آمده است.

مقاومت داخلی بیش از حد می‌تواند باعث افت ولتاژ، گرمای زیاد، و حتی کاهش زمان عمر مفید باتری شود. اندازه‌گیری این مقدار به تشخیص مشکلات و سلامت عملکرد باتری کمک کرده و به کاربران اطلاعات مهمی درباره کیفیت و استحکام باتری فراهم می‌کند. مقاومت داخلی پایین معمولا نشانه‌ای از بهترین عملکرد باتری و انتقال بهتر انرژی است. بنابراین، در انتخاب و استفاده از باتری‌ها، این نکته از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

عمق تخلیه باتری لیتیومی DOD

عمق تخلیه (DOD)٪ نشان‌دهنده درصد تخلیه ممکن باتری است. باید توجه داشت که هیچ باتری‌ای به صورت 100٪ تخلیه نمی‌شود زیرا این امر می‌تواند به باتری آسیب برساند. به طور معمول، عمق تخلیه برای اکثر باتری‌ها در حدود 80٪ تنظیم می‌شود. به عبارت دیگر عمق تخلیه باتری یا DOD (Depth of Discharge) به میزانی از ظرفیت کل باتری اشاره دارد که در حین یک چرخه شارژ و تخلیه، به صورت مستقیم مورد استفاده قرار گرفته است. این مقدار معمولا به صورت درصدی اعلام می‌شود و نشان دهنده تخلیه کلیه باتری است.

مثلا، یک باتری با عمق تخلیه 80٪ به این معناست که تا 80٪ از ظرفیت کل باتری مورد استفاده قرار گرفته است. عمق تخلیه مستقیما با عمر مفید باتری مرتبط است؛ به عبارت دیگر، چهارچوب زمانی که یک باتری می‌تواند مستقیما تخلیه شود و تا چه نسبتی این تخلیه امکان‌پذیر است. این ویژگی برای تصمیم‌گیری در مورد استفاده و نگهداری از باتری‌ها بسیار حائز اهمیت است، زیرا توانایی باتری در تحمل تخلیه‌های عمیق بر تصمیم‌گیری در مورد عمر مفید و عملکرد باتری تأثیرگذار است.

 عدد 6 رقمی و 7 رقمی روی باتری‌های لیتیومی

در حقیقت روی باتری‌های لیتیومی سه عدد 5 رقمی یا 6 رقمی یا 7 رقمی حک شده است که نشان‌دهنده ابعاد این باتری‌ها هستند. عدد اول عرض باتری را در میلی‌متر نشان می‌دهد و عدد دوم طول آن را نشان می‌دهد. اگر عدد سوم وجود داشته باشد، ضخامت باتری را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، باتری با کد 18650 دارای قطر 18 میلی‌متر، طول 65 میلی‌متر و از نوع استوانه‌ای است. باتری با کد 21700 دارای عرض 21 میلی‌متر، طول 70 میلی‌متر و از نوع استوانه‌ای است. این مورد هم به عنوان یکی از عددهای روی باتری لیتیومی در نظر گرفته میشود.

این ابعاد برای انتخاب باتری مناسب برای یک دستگاه خاص ضروری هستند. به عنوان مثال، یک دستگاه با فضای محدود به یک باتری با ابعاد کوچک‌تر نیاز دارد. در ادامه چند نمونه از کدهای ابعاد باتری‌های لیتیوم پلیمر را بررسی می‌کنیم.

• باتری لیتیوم 18650: باتری‌های استانداردی که در بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و تبلت‌ها استفاده می‌شوند.
• باتری لیتیوم 21700: باتری‌های بزرگتر که در دستگاه‌های با توان بالاتر مانند خودروهای الکتریکی و ابزارهای برقی استفاده می‌شوند.
• باتری لیتیوم 26650: باتری‌های بزرگتر از 21700 که در دستگاه‌های با توان بسیار بالا مانند خودروهای الکتریکی با برد طولانی استفاده می‌شوند.
• باتری لیتیوم 32650: باتری‌های بزرگ‌ترین نوع که در دستگاه‌های با توان فوق‌العاده بالا مانند خودروهای الکتریکی با برد بسیار طولانی استفاده می‌شوند.

این اعداد مشخص کننده ابعاد باتری هستند. عدد مربوط به ابعاد باتری‌های پلیمری، یک عدد 6 یا 7 رقمی است که در کنار سایر اطلاعات مربوط به باتری، روی آن حک شده است. این عدد از دو یا سه رقم تشکیل شده است که هر کدام نشان‌دهنده یکی از ابعاد باتری هستند.

• عدد اول، عرض باتری را در میلی‌متر نشان می‌دهد.
• عدد دوم، طول باتری را در میلی‌متر نشان می‌دهد.
• عدد سوم، ضخامت باتری را در میلی‌متر نشان می‌دهد.

جمع بندی

باتری لیتیومی علاوه براینکه انواع مختلفی دارد روال عملکرد تقریبا یکسانی دارد. بنابراین دانستن اصول کلی کارکردن با آنها هم اهمیت دارد. در این پست سعی کردیم اصطلاحات مهم و کاربردی را معرفی کنیم. البته این توضیحات به صورت کاملا عمومی اعلام شدند. هدف ما در این پست ارتقا آگاهی کاربران فارسی زبان بوده است. ضمن بررسی 11 اصطلاح مهم باتری لیتیومی، مواردی که به عنوان عددهای روی باتری لیتیومی در نظر گرفته میشوند را هم بررسی کردیم.