نگهداری باتری‌های لیتیوم پلیمری و راهنمای استفاده صحیح آن

در سال‌های اخیر باتری‌های از جنس لیتیوم پلیمر که به اختصار به آنها LiPo نیز می‌گویند، به دلیل ویژگی‌هایی که دارند، در میان خلبانان پرنده‌های بدون سرنشین از محبوبیت بالایی برخوردار شده‌اند. این باتری‌ها علی‌رغم داشتن مزایای زیاد، اشکالاتی نیز دارند که لازم است با دقت بیشتری از آنها استفاده کرد تا طول عمر بالایی داشته باشند. بنابراین نگهداری باتری‌های لیتیوم پلیمری و استفاده صحیح آن‌ها مهم است.

از مزایای استفاده از لیتیوم پلیمر برای تولید باتری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

الف) وزن کمتر نسبت به باتری‌های با ظرفیت مشابه تولید شده با مواد دیگر

ب) امکان تولید باتری‌هایی با ظرفیت‌های بالا و قدرت بیشتر

ج) امکان داشتن نرخ‌های تخلیه بسیار بالا

د) حفظ ولتاژ خروجی به طور مداوم در هنگام تخلیه شدن (عدم نوسان)

این نوع باتری‌ها علاوه برداشتن مزایای ذکر شده، اشکالاتی نیز دارند:

الف) طول عمر خیلی پایین‌تر: حدود 250 چرخه شارژ به طور متوسط (بسته به کیفیت سلول استفاده شده در باتری)

ب) مواد حساس استفاده شده در تولید و امکان بروز آتش‌سوزی در صورت سوراخ شدن سلول

ج) نیاز به مراقبت ویژه برای شارژ، دشارژ و نگهداری

د) قیمت بالا

ساختار باتری لیتیوم پلیمر:

تقریبا تمام سلول‌های باتری لیپو در کیسه‌ای پلاستیکی قرار گرفته‌اند که به آن‌ها “کیسه سلول” گفته می‌شود. این کیسه‌ها بهترین راه‌حل برای ساختن پک‌های چند سلولی می‌باشند که از اشغال فضا بین سلول‌ها مانند آنچه در سلول‌های استوانه‌ای دیده می‌شود، جلوگیری می‌کند. همچنین به دلیل استفاده از پلاستیک به جای فلز این سلول‌ها از وزن بسیار کمتری برخوردار‌اند. علاوه بر این، اینگونه سلول‌ها از تبادل حرارتی و حتی گازی (در صورت تجزیه الکترولیت) بهتری دارند.

 اگر مانند آنچه در تصویر دیده می‌شود، کیسه سلولی یک باتری لیپو باز شود، یک لایه دراز بسیار نازک فیلم میکروپروس پلاستیکی سفید (پلیمر)، با یک لایه نازک از لیتیوم کربن پوشیده از آلومینیوم و الکترودهای آند و کاتد پوشیده شده از مس با الگوی اتصال پشت و رو، روی فیلم پلیمری دیده می‌شود. عکس زیر یک سلول باتری 5000mAh را نشان می‌دهد که 7 فوت طول دارد.

در ادامه مقایسه بین باتری‌های لیتیوم پلیمر با پوسته سخت و باتری‌های با پوسته نرم را خواهیم داشت. تصویر زیر یک باتری لیپو با پوسته سخت را نشان می‌دهد. جنس رویه این نوع باتری‌ها از پلاستیک فشرده و یا آلومینیوم است که کیسه‌های سلولی را در بر گرفته است.

پوشش سخت باتری، یک لایه محافظ برای سلول‌ها ایجاد و از سلول‌ها در برابر ضربات محافظت می‌کند ولی وزن باتری را ممکن است افزایش دهد. در تصویر زیر یک باتری با پوشش نرم مشاهده می‌شود. این باتری‌ها انتقال حرارت بالاتری دارند ولی ضربه پذیرتر هستند. همچنین پارگی یا باد کردن سلول در باتری‌های با پوشش نرم، قابل مشاهده با چشم است ولی در باتری‌های با پوشش سخت این امر امکان پذیر نیست.

معنای اعداد استفاده شده در باتری‌های لیتیوم پلیمر:

ظرفیت (Capacity): نشان‌ دهنده میزان جریان خروجی برحسب mAh است که اگر به مدت یک ساعت از باتری کشیده شود، باتری به طور کامل تخلیه می‌شود.

نرخ دشارژ (Discharge rate): این عدد نشان دهنده نرخ تخلیه می‌باشد که به این معنی است که یک باتری با چه جریانی می‌تواند تخلیه شود و درعین‌حال که سالم بماند. طبق شکل بالا یک باتری 50C می‌تواند تا 50 برابر ظرفیت نامی خود یعنی 250 آمپر، جریان خروجی بدهد.

نرخ شارژ (Charge rate): بالاترین جریانی است که می‌توان باتری را با آن شارژ نمود. برای مثال در باتری بالا، با توجه به اینکه نرخ شارژ 3C است، این باتری توانایی دریافت جریان تا 3 برابر ظرفیت نامی خود را دارد. یعنی امکان شارژ این باتری با 15 آمپر وجود دارد.

شمارش سلول‌ها و ولتاژ (Cell count and Voltage): عددی مانند 2S نشان دهنده تعداد سلول‌ها و روش اتصال آن‌ها به یکدیگر است که می‌تواند به طور سری (S) و یا موازی (P) باشد. ولتاژ نشان داده شده نیز مجموع ولتاژهای نامی سلول‌ها می‌باشد که ولتاژ نامی هر سلول در باتری‌های لیتیوم پلیمر، 3.7 ولت است و ولتاژ نشان داده شده بر باتری بالا، مجموع ولتاژهای نامی 4 سلول سری شده می‌باشد. لازم به ذکر است ولتاژ شارژ کامل هر سلول 4.2 ولت می باشد.

حمل کردن:

باتری‌های لیتیوم پلیمر در مقابل ضربه و گرما بسیار حساس هستند و در صورتی که در حین حمل از دست فرد روی زمین بیفتند، یا درصورتی‌که تحت فشار قرار بگیرند، عمرشان به شدت کاهش می‌یابد؛ بنابراین لازم است نهایت دقت در حمل و نگهداری باتری‌های لیتیوم پلیمری به کار گرفته شود. از سوی دیگر توجه به دمای باتری‌ها ضروری است. یک قانون کلی وجود دارد و آن این است که اگر باتری با دست نگه داشته شد و دست سوخت، دمای باتری از حد مجاز بالاتر است و ممکن است به بیش از ۵۰ درجه سانتیگراد رسیده باشد و این دما به باتری آسیب وارد می‌کند.

شارژ باتری:

به‌منظور افزایش عمر باتری‌های لیتیوم پلیمری لازم است نکاتی را هنگام شارژ کردن رعایت کرد. جلوگیری از افزایش دمای این باتری‌ها بسیار مهم است بنابراین پیش از اتصال باتری به شارژر از روشن بودن شارژر اطمینان حاصل نمایید.

 بعد از انجام عملیات در صورتیکه باتری دمای بالایی داشت لازم است که پیش از شارژ، از خنک شدن باتری اطمینان حاصل کرد زیرا خود عمل شارژ کردن باعث افزایش دمای باتری می‌گردد.

 همچنین در صورت شارژ باتری‌ها در فضای باز لازم است توجه شود که شارژ باتری‌ها در سایه انجام و از تابش مستقیم نور خورشید بر شارژر و باتری‌ها جلوگیری شود و حتماً دستگاه و باتری‌ها در سایه نگهداری شوند و در صورت استفاده از موتور برق، شارژر و باتری‌ها از اگزوز موتور برق فاصله داشته باشند. در فصول گرم سال برای خنک‌کردن باتری‌ها لازم است از کولر ماشین استفاده شود.

هر سلول باتری لیتیوم پلیمری دارای ولتاژ نامی 3.7 ولت و حداکثر ولتاژ 4.2 ولت است. طبق تحقیقات انجام‌گرفته با شارژ کردن هر سلول باتری تا ولتاژهای ذکر شده زیر، می‌توان تعداد چرخه شارژهای متفاوتی را انتظار داشت:

• در صورت شارژ تا 4.1 ولت می‌توان انتظار شارژ بیش از 2000 چرخه را داشت.
• در صورت شارژ تا 4.2 ولت می‌توان انتظار شارژ حدود 500 چرخه را داشت.
• در صورت شارژ تا 4.3 ولت می‌توان انتظار شارژ زیر 100 چرخه را داشت.
• در صورت شارژ تا 4.4 ولت می‌توان انتظار شارژ کمتر از 5 چرخه را داشت.

بنابراین بهتر است در شارژرهایی که امکان تنظیم ولتاژ سلول را دارند، ولتاژ 4.1 ولت تنظیم گردد.

نکته دیگر، طی شدن کامل مرحله بالانسینگ در شارژ کردن است. پس از شارژ شدن سلول‌ها لازم است که ولتاژ همگی آنها یکسان شود یا تا حداکثر ۰.۲ ولت اختلاف داشته باشند. این امر باعث می‌شود که در زمان شارژ و دشارژ باتری آسیب نبیند.

بالانسینگ سلول‌ها در روند شارژ به‌منظور افزایش طول عمر باتری از اهمیت خاصی برخوردار است. در شارژرهایی که از مدار داخلی بالانسینگ برخوردارند، به دلیل اینکه انرژی ورودی به باتری‌ها از طریق این مدار تأمین می‌گردد، بهینه‌ترین روش بالانسینگ اتفاق می‌افتد.

 دشارژ باتری:

در جهت نگهداری باتری‌های لیتیوم پلیمری اگر زیر بار، بیش از حد تخلیه (over-discharge) شوند، سریعاً داغ می‌شوند و به سرعت آسیب می‌بینند. دقت شود که هیچ‌گاه اجازه ندهید ولتاژ هر سلول باتری از 3 ولت کمتر شود در غیر این صورت باتری به طور غیر قابل برگشتی آسیب می‌بیند.

به طور کلی 7 چیز عمر باتری‌های لیتیوم پلیمری را کوتاه می‌کند:

• گرما
• برای چندین روز باتری را در حالت شارژ کامل نگهداری کردن
• تخلیه بیش از حد (ولتاژ و جریان)
• شارژ بیش از حد (ولتاژ و جریان)
• بالانسینگ ناکافی
• ولتاژ نگهداری نامناسب
• آسیب‌های فیزیکی (بر زمین افتادن، سلول‌ها را از هم جداکردن، بیش از حد سفت کردن تسمه‌های نگهدارنده باتری)

ذخیره‌سازی (نگهداری):

هنگامی که ولتاژ زیر بار یک سلول به کمتر از ۳ ولت (ولتاژ بدون بار و مدار باز ۳.۶ ولت) برسد، باتری به طرز غیر‌قابل بازگشتی آسیب می‌بیند، سلول اکسید می‌شود و دیگر شارژ را قبول نمی‌کند. در صورت عدم استفاده از باتری‌های لیتیوم پلیمر در طولانی مدت لازم است در یک ولتاژ خاص شارژ و در شرایط دمایی و رطوبت مشخصی نگهداری شوند. باتری‌ها در حالت عادی در حال تخلیه می‌باشند. به همین دلیل اگر باتری در حالت نزدیک به شارژ کامل در مدت طولانی نگهداری شود، به شدت آسیب می‌بیند.

بهترین مکان برای نگهداری باتری‌های لیتیوم پلیمری در اتاقی خنک است زیرا دمای پایین، سرعت واکنش‌های شیمیایی را پایین می‌آورد. بهترین ولتاژ نیز برای نگهداری در مدت طولانی سلول، ۳.۸۵ ولت (در حالت مدار باز) می‌باشد که همان شارژ ۴۰ تا ۶۰ درصدی ظرفیت باتری است.

باتری‌های هوشمند پس از مدتی که در حالت شارژ کامل بودند به طور خودکار، انرژی خود را درون مقاومت درونی باتری تخلیه کرده و به میزانی که کارخانه سازنده برای باتری تعریف کرده است، می‌رسانند. هرچه ظرفیت باتری بالاتر باشد مقاومت درونی کمتری دارد.

علاوه بر این اگر از یک باتری لیپو بویی شیرین و خاص متصاعد می‌شد یا قسمتی از آن باد کرده بود، به هیچ‌وجه از آن نباید استفاده کرد زیرا یکی از سلول‌ها صدمه دیده است و امکان بروز حادثه وجود دارد.

برای مطالعه سایر مطالب به بلاگ سایت مراجعه کنید.

ما را در اینستاگرام دنبال کنید.