چگونه عمر باتری شارژی جاروشارژی را افزایش دهیم؟

چگونه عمر باتری شارژی جاروشارژی را افزایش دهیم؟

باتری شارژی دنیای ابزارهای پرتابل یا همان ابزار های قابل حمل را دگرگون کرده‌اند. رهایی از سیم‌های دست پاگیر و عدم وابستگی به برق شهری لذتی هست که باتری‌ شارژی سبب آن شده است؛ اما هر پدیده جدیدی پرسش‌هایی را هم با خود می‌آورد که در این نوشته می‌کوشیم به آن‌ها پاسخ دهیم. پیشنهاد می کنیم ویدئو اختصاصی آیچوب را از دست ندهید.

باتری شارژی دنیای ابزارهای پرتابل یا همان ابزار های قابل حمل را دگرگون کرده‌اند. رهایی از سیم‌های دست پاگیر و عدم وابستگی به برق شهری لذتی هست که باتری‌ شارژی سبب آن شده است؛ اما هر پدیده جدیدی پرسش‌هایی را هم با خود می‌آورد که در این نوشته می‌کوشیم به آن‌ها پاسخ دهیم. پیشنهاد می کنیم ویدئو اختصاصی آیچوب را از دست ندهید.

مبحث باتری‌ها پیچیده و نیازمند پیش زمینه‌های خوبی از برق و الکترونیک است. در این نوشته سعی شده است با بیانی ساده نکاتی علمی که کارکردی مشهود و عملی‌تر در ابزارهای شارژی دارند مورد بررسی قرار گیرد. پرواضح است که این مبحث بسیار عمیق‌تر از موارد که در ادامه نوشته می‌خوانید است. ما در آیچوب نکاتی که به نظر می‌رسد بیشتر برای خوانندگانش مفید است را به قلم درآورده‌ایم.

تعریف ولتاژ در باتری شارژی چیست؟

ولتاژ را می‌توان مهم‌ترین پارامتر یک باتری دانست؛ چراکه تعریفی از قابلیت باتری برای ابزار مورد استفاده ما را ارائه می دهد. مثلاً یک ابزار ۱۲ ولت به باتری ۱۲ ولتی نیاز دارد و نمی‌توانید از باتری ۲۴ یا ۴ ولتی در آن استفاده کنید.

ولتاژ به معنی اختلاف پتانسیل دو سر منفی و مثبت باتری است. ولتاژ باتری یک مقدار عددی با واحد ولت (V) و از نوع مستقیم است.

هر باتری از چندین سلول کوچک‌تر تشکیل شده است (ولتاژ نامی هر سلول لیتیوم یون ۳.۶ تا ۳.۸ ولت و ولتاژ شارژ آن ۴.۲ ولت است) که با سِری و موازی بستن آن‌ها به یکدیگر به ولتاژ یا جریان موردنظر برای ابزار می‌رسیم.

در این شیوه با سری کردن سلول‌ها به هم (مثبت به منفی) به ولتاژ بیشتر و با موازی بستن سلول‌ها (مثبت به مثبت و منفی به منفی) به جریان بیشتری خواهیم رسید.

در این باتری‌ها با ترکیب (سری و موازی) چند سلول به یک باتری بزرگ‌تر می‌رسیم که هر چه تعداد این سلول‌ها (حجم واژه درست‌تری در این مورد است) بیشتر باشد آن باتری ظرفیت نگهداری شارژ بیشتر و توان خروجی بیشتری خواهد داشت.

چندی پیش دیوالت از باتری‌هایی موسوم به فلکس ولت (Flex volt) رونمایی کرد که با توجه به ولتاژ موردنیاز ابزار، مقدار ولتاژ را رگوله یا تنظیم می‌کند. با این روش می‌توان از باتری‌ با ولتاژ بالاتر در ابزاری که ولتاژ کمتری دارند استفاده کرد.

سلول‌های ۲۱۷۰۰، ۲۰۷۰۰ و ۱۸۶۵۰ در باتری شارژی ابزار

باتری شارژی ابزارها از ترکیب باتری‌های کوچک‌تری به نام سلول تشکیل شده‌اند. این سلول‌ها که شبیه به باتری‌های قلمی هستند با چینش کنار هم ولتاژ و جریان موردنیاز برای ابزار شارژی را تأمین می‌کنند.

سه نوع سلول عمده مورد استفاده در ابزار شارژی با کدهای ۱۸۶۵۰ و ۲۰۷۰۰ و ۲۱۷۰۰ شناخته می‌شوند. در این شماره گذاری دو رقم نخست (از چپ) قطر باتری و سه رقم آخر طول باتری برحسب میلی‌متر است.

محاسبه مدت‌زمان نگهداری شارژ باتری

یک باتری سالم می‌تواند با هر بار شارژ مدتی مورد استفاده قرار بگیرد. اصلی‌ترین فاکتور در این رابطه میزان جریانی هست که از باتری می‌کشیم. به‌صورت محاسبانی می‌توان با تقسیم مقدار آمپرساعت بر عدد جریان (برحسب آمپر) حداکثر میزان نگهداری شارژ را در حالت ایده آل محاسبه کرد.

مثلاً اگر یک باتری شارژی ۲۰ آمپرساعت داشته باشیم (با فرض شارژ کامل و سالم بودن باتری) و به ابزاری وصل کنیم که به‌طور مدام ۲۰ آمپر مصرف می‌کند؛ این باتری می‌تواند ابزار مثال زده شده را به مدت یک ساعت روشن نگه دارد.
در نظر داشته باشید که این یک رابطه ایده آل هست و در عمل مقدار نگهداری شارژ کمتر از مقدار محاسبه شده است و نقطه کار ایده آل ابزار با افزایش زمان مصرف کمتر می‌شود.

اگر نموداری برحسب تغییرات ولتاژ باتری به زمان رسم کنیم. این نمودار با افزایش زمان میزان ولتاژ باتری در نتیجه توان دهی رو به کاهش را نشان می‌دهد. این نمودار برای هر باتری متفاوت هست و هر چه باتری بهتر ساخته شود در مدت‌زمان طولانی‌تری قادر به تأمین توان موردنیاز خواهد بود.

به بیانی ساده این‌گونه نیست که ابزار مثال زده شده تا دقیقه ۵۹ ام (از یک ساعت زمان نگهداری شارژ) توان حداکثری را به دستگاه بدهد و دقیقاً در پایان یک ساعت باتری صفر شود.

در یک مثال عملی تاور روشنایی میلواکی در حالت حداکثر قدرت، ۱.۵ آمپر جریان مصرف می‌کند و از باتری ۱۲ آمپرساعتی در آن استفاده شده است. با تقسیم مقدار آمپرساعت بر مقدار جریان مصرفی به عدد ۸ ساعت می‌رسیم که مقدار بیشینه زمان روشن ماندن تاور روشنایی با یک بار شارژ کامل باتری است که این مقدار در عمل کمی پایین‌تر از مقدار محاسبه شده خواهد بود.

مفهوم جریان در باتری‌های شارژی؟

به بیانی ساده این‌طور می‌توان تعریف کرد که وقتی باتری با ولتاژ موردنیاز ابزار را تهیه می‌کنیم (مثلاً باتری ۱۲ ولت برای ابزار ۱۲ ولتی)، ابزار به‌اندازه‌ای که نیاز دارد از باتری جریان می‌کشد؛ بنابراین مدلی مناسب دستگاه است که توانایی تزریق جریانی که ابزار طلب می‌کند را داشته باشد.

(یادآوری: همان‌طور که در سطر بالا توضیح داده شد مفهوم آمپرساعت با جریان متفاوت است)

یک باتری ۲ آمپر ساعتی را تصور کنید که یک بار دو آمپری را به مدت یک ساعت روشن نگه می‌دارد. سؤالی که ممکن است پیش آید این است که آیا طبق همین رابطه این باتری می‌تواند یک بار ۱۲۰ آمپری را به مدت یک دقیقه تغذیه کند؟!

پاسخ قطعاً خیر هست. میزان جریانی که هر باتری می‌تواند تأمین کند در محدوده‌ای قرار دارد که توسط کمپانی سازنده آن تعیین می‌شود.

می‌توان با بررسی منحنی دشارژ هر باتری (این منحنی برای سلول‌های باتری و در دیتاشیت آن‌ها وجود دارد و در خرید باتری شارژی ابزار معمولاً چنین چیزی نداریم) به این نکته پی ببریم که حداکثر جریانی که می‌توانیم از هر باتری بکشیم چند آمپر است. نکته اساسی که در مورد این جریان کشی باید بدانیم این نکته است که هر چه جریان بیشتری از باتری‌ها بکشیم افت ولتاژ باتری بیشتر خواهد شد و شارژ آن زودتر خالی می‌شود.

باتری ۲ آمپرساعتی که مثال زدیم وقتی واقعاً ظرفیت آن ۲ آمپرساعت خواهد بود که نهایتاً ۰.۴ آمپر (این مقدار در دیتاشیت هر سلول نوشته شده) از آن جریان کشی کنیم.

در صورت جریان کشی بیشتر، ظرفیت باتری و ولتاژ آن به شدت کاهش می‌یابد. دلیل این کاهش مقاومت داخلی باتری و تأثیر تصاعدی میزان جریان در آن است که به‌صورت داغ شدن باتری خود را نشان می‌دهد.

(توضیح بیشتر: هرگاه از باتری جریان کشی کنیم می‌گویم باتری در حال دشارژ و خالی شدن هست و هرگاه جریان وارد باتری کنیم می‌گوییم باتری در حال شارژ است)

محاسبه مدت‌زمان نگهداری شارژ باتری

یک باتری سالم می‌تواند با هر بار شارژ مدتی مورد استفاده قرار بگیرد. اصلی‌ترین فاکتور در این رابطه میزان جریانی هست که از باتری می‌کشیم. به‌صورت محاسبانی می‌توان با تقسیم مقدار آمپرساعت بر عدد جریان (برحسب آمپر) حداکثر میزان نگهداری شارژ را در حالت ایده آل محاسبه کرد.

مثلاً اگر یک باتری شارژی ۲۰ آمپرساعت داشته باشیم (با فرض شارژ کامل و سالم بودن باتری) و به ابزاری وصل کنیم که به‌طور مدام ۲۰ آمپر مصرف می‌کند؛ این باتری می‌تواند ابزار مثال زده شده را به مدت یک ساعت روشن نگه دارد.
در نظر داشته باشید که این یک رابطه ایده آل هست و در عمل مقدار نگهداری شارژ کمتر از مقدار محاسبه شده است و نقطه کار ایده آل ابزار با افزایش زمان مصرف کمتر می‌شود.

اگر نموداری برحسب تغییرات ولتاژ باتری به زمان رسم کنیم. این نمودار با افزایش زمان میزان ولتاژ باتری در نتیجه توان دهی رو به کاهش را نشان می‌دهد. این نمودار برای هر باتری متفاوت هست و هر چه باتری بهتر ساخته شود در مدت‌زمان طولانی‌تری قادر به تأمین توان موردنیاز خواهد بود.

به بیانی ساده این‌گونه نیست که ابزار مثال زده شده تا دقیقه ۵۹ ام (از یک ساعت زمان نگهداری شارژ) توان حداکثری را به دستگاه بدهد و دقیقاً در پایان یک ساعت باتری صفر شود.

در یک مثال عملی تاور روشنایی میلواکی در حالت حداکثر قدرت، ۱.۵ آمپر جریان مصرف می‌کند و از باتری ۱۲ آمپرساعتی در آن استفاده شده است. با تقسیم مقدار آمپرساعت بر مقدار جریان مصرفی به عدد ۸ ساعت می‌رسیم که مقدار بیشینه زمان روشن ماندن تاور روشنایی با یک بار شارژ کامل باتری است که این مقدار در عمل کمی پایین‌تر از مقدار محاسبه شده خواهد بود.

مفهوم جریان در باتری‌های شارژی؟

به بیانی ساده این‌طور می‌توان تعریف کرد که وقتی باتری با ولتاژ موردنیاز ابزار را تهیه می‌کنیم (مثلاً باتری ۱۲ ولت برای ابزار ۱۲ ولتی)، ابزار به‌اندازه‌ای که نیاز دارد از باتری جریان می‌کشد؛ بنابراین مدلی مناسب دستگاه است که توانایی تزریق جریانی که ابزار طلب می‌کند را داشته باشد.

(یادآوری: همان‌طور که در سطر بالا توضیح داده شد مفهوم آمپرساعت با جریان متفاوت است)

یک باتری ۲ آمپر ساعتی را تصور کنید که یک بار دو آمپری را به مدت یک ساعت روشن نگه می‌دارد. سؤالی که ممکن است پیش آید این است که آیا طبق همین رابطه این باتری می‌تواند یک بار ۱۲۰ آمپری را به مدت یک دقیقه تغذیه کند؟!

پاسخ قطعاً خیر هست. میزان جریانی که هر باتری می‌تواند تأمین کند در محدوده‌ای قرار دارد که توسط کمپانی سازنده آن تعیین می‌شود.

می‌توان با بررسی منحنی دشارژ هر باتری (این منحنی برای سلول‌های باتری و در دیتاشیت آن‌ها وجود دارد و در خرید باتری شارژی ابزار معمولاً چنین چیزی نداریم) به این نکته پی ببریم که حداکثر جریانی که می‌توانیم از هر باتری بکشیم چند آمپر است. نکته اساسی که در مورد این جریان کشی باید بدانیم این نکته است که هر چه جریان بیشتری از باتری‌ها بکشیم افت ولتاژ باتری بیشتر خواهد شد و شارژ آن زودتر خالی می‌شود.

باتری ۲ آمپرساعتی که مثال زدیم وقتی واقعاً ظرفیت آن ۲ آمپرساعت خواهد بود که نهایتاً ۰.۴ آمپر (این مقدار در دیتاشیت هر سلول نوشته شده) از آن جریان کشی کنیم.

در صورت جریان کشی بیشتر، ظرفیت باتری و ولتاژ آن به شدت کاهش می‌یابد. دلیل این کاهش مقاومت داخلی باتری و تأثیر تصاعدی میزان جریان در آن است که به‌صورت داغ شدن باتری خود را نشان می‌دهد.

(توضیح بیشتر: هرگاه از باتری جریان کشی کنیم می‌گویم باتری در حال دشارژ و خالی شدن هست و هرگاه جریان وارد باتری کنیم می‌گوییم باتری در حال شارژ است)

توان باتری چیست و چه رابطه‌ای با ظرفیت باتری شارژی دارد؟

دو باتری شارژی لیتیوم یونی را تصور کنید که هر دو ۱۰ آمپرساعت هستند. یکی از آن‌ها ۱۲ ولت و دیگری ۲۴ ولت است. طبق تعاریف بالا هر دو باتری می‌توانند یک بار ۱۰ آمپری را به مدت یک ساعت روشن نگه دارند؛ اما آیا این دو باتری باوجود ظرفیت برابر توان برابری هم دارند؟

برای پاسخ به این سؤال مفهوم توان باتری با واحد وات ساعت (wh) را بیان می‌کنیم. طبق این قاعده با ضرب عدد ولتاژ باتری در مقدار آمپرساعت به توان باتری برحسب وات ساعت می‌رسیم. هر چه این عدد بالاتر باشد باتری توان بیشتری داشته و قابلیت استفاده در ابزار پرمصرف‌تری را خواهد داشت.

به همین دلیل در ابزار سنگین شارژی که توان خروجی (این توان می‌تواند برحسب گشتاور باشد) بالایی دارند از باتری‌های با ولتاژ بالاتر (مانند ۲۴ و ۳۲ و ۶۴ ولت) استفاده می‌شود.

بنا بر تعریف بالا باتری ۲۴ ولتی ۵ آمپرساعتی با توان ۱۲۰ وات ساعت قدرتی برابر با باتری ۱۲ ولتی ۱۰ آمپرساعت دارد.

نکته: مفهوم وات با وات ساعت در اینجا متفاوت است.

نرخ شارژ یا دشارژ باتری (c-rate) چیست؟

نرخ شارژ میزان جریانی است که باتری بدون اینکه به آن آسیبی برسد می‌تواند تولید یا مصرف (شارژ یا دشارژ) کند. همچنین در تعریفی دیگر می‌توان گفت که مقدار جریانی است برحسب آمپر که سبب شارژ باتری یا دشارژ آن در مدت‌زمان یک ساعت می‌شود.

در توضیح این‌گونه می‌توان مثال زد که اگر یک باتری ۲۰ آمپرساعت را به ابزاری متصل کنیم که به‌صورت مدام و بدون قطعی ۱۰ آمپر مصرف می‌کند. میزان نرخ دشارژ باتری برابر با ۰.۵C است و این معنی را می‌دهد که این باتری در مدت دو ساعت تخلیه می‌شود.

یا در مثالی دیگر یک باتری با ظرفیت ۲۰ آمپرساعت داریم؛ اگر باتری را با شارژی ۲۰ آمپرساعتی شارژ کنیم این باتری در مدت‌زمان یک ساعت از صفر به شارژ کامل می‌رسد که در اینجا مقدار نرخ شارژ برابر با ۱C می‌شود؛ اما اگر همین باتری را با شارژی که ۱۰ آمپرساعت توانایی شارژ داشته باشد شارژ کنیم مدت دو ساعت طول می‌کشد تا باتری را شارژ کامل کند که در این صورت نرخ شارژ معادل ۰.۵C می‌شود.

اگر جریانی که از باتری می‌کشیم (دشارژ می‌کنیم) برای با مقدار میلی آمپر درج شده روی آن باشد مقدار عددی نرخ شارژ/دشارژ آن برابر با ۱C است؛ اما اگر دو برابر مقدار آمپرساعت از باتری جریان کشی کنیم مقدار نرخ شارژ/دشارژ آن معادل با ۲C خواهد بود.

اجازه دهید با مثالی عملی‌تر توضیح دهیم.

روی باتری‌های لیتیوم یونی (سلول باتری و نه پکیج باتری) مقدار نرخ جریان (Crate) نوشته شده است و معمولاً شامل یک عدد پشت حرف C نشان داده می‌شود (مثلاً ۱۰c). شما می‌توانید با ضرب مقدار آمپرساعت باتری در ضریب حرف C به حداکثر جریانی که آن سلول باتری برحسب آمپر می‌تواند از خود عبور دهد برسید.

مثلاً یک باتری ۸ آمپرساعت که روی آن نرخ جریان به‌صورت ۱۰c نوشته شده است می‌تواند حداکثر جریان ۸۰ آمپر را بدون اینکه آسیبی به آن برسد تحمل کند.

نکته: واحد این محاسبه آمپر است و مفهوم متفاوتی با آمپرساعت دارد.

هر چه میزان جریانی که از باتری می‌کشیم (دشارژ) یا به آن می‌دهید (شارژ) بیشتر باشد، باتری زودتر نیاز به شارژ دوباره خواهد داشت و افت ولتاژ بیشتری را در مدت‌زمان برابر خواهد داشت.

اهمیت شارژر در باتری‌های ابزار

شارژ شدن باتری‌ها بر اساس استانداری که برای آن‌ها تعیین شده است انجام می‌شود. در شارژرها این استاندارد که در قالب منحنی شارژ باتری ارائه می‌شود اجرا خواهد شد. سنسورها و محاسبه گرهای موجود در شارژ باتری‌های لیتیوم مقدار ولتاژ، جریان شارژ، زمان شارژ و حتی حرارت باتری در حال شارژ سنجیده و مطابق با منحنی شارژ اقدام به شارژ باتری‌ها می‌کنند.

نمونه‌ای منحنی شارژ باتری لیتیوم یون را در زیر می‌بینید.

طبق منحنی بالا این شارژ باتری را با نرخ C=1 در مدت‌زمان سه ساعت شارژ می‌کند. شارژ به‌محض قرار گرفتن باتری در ۱۵ دقیقه نخست ولتاژ را با شیبی زیاد تا مقدار نامی ولتاژ هر سلول که ۳.۷ ولت است بالا می‌برد. در این مرحله مقدار جریان وارد شده به باتری هم به دلیل دشارژ بودن باتری‌ها حداکثر و ثابت است.

در مرحله بعدی (از دقیقه ۱۵ تا ۳۰) ولتاژ شارژ با شیبی ملایم تا ۴.۲ ولت می‌رسد. در این موقعیت به دلیل افزایش ولتاژ باتری میزان جریان ورودی به سلول‌های باتری کم می‌شود. در این مرحله باتری به میزان ۵۰% ظرفیت خود شارژ شده است.

در ادامه (دقیقه ۳۰ به بعد) ولتاژ روی ۴.۲ ثابت مانده و به دلیل شارژ شدن سلول‌های باتری جریان اعمالی شارژر به باتری به‌تدریج کاسه می‌شود (خط آبی). این کاهش ادامه دارد تا با رسیدن به ۳% جریان حداکثری شارژ عملیات شارژ با متوقف می‌کند.

نکته‌ای که در مورد باتری‌های لیتیوم یون باید در نظر داشت این است که با رسیدن به شارژ کامل مدار شارژ کاملاً قطع می‌شود و در صورت کاهش مجدد شارژ دوباره شروع به شارژ می‌کند. تمام عملیات بالا به‌صورت خودکار توسط شارژر (شارژر مخصوص همان باتری) انجام شده و نیازی به مانیتور و مراقبت از باتری ندارید.

مفهوم (Life time) و (Run time) در ابزار و باتری‌های شارژی چیست؟

لایف تایم (Life time) را می‌توان عمر مؤثر باتری نامید که در بالا به آن اشاره کردیم. این مقدار معمولاً با تعداد سیکل شارژ بیان می‌شود که پس‌ازآن باتری وارد سراشیبی از دست دادن توان و ظرفیت خواهد شد.

(Run time) مدت‌زمان عملیاتی بودن باتری تعریف می‌شود که معادل با میزان نگهداری شارژ باتری است. به بیانی ساده‌تر تعداد ساعت‌هایی است که یک باتری شارژی می‌تواند ابزاری خاص را تغذیه کند. هر چه ظرفیت یک باتری بیشتر و جریانی که از باتری کشیده می‌شود کمتر باشد مقدار عددی run time بزرگ‌تر خواهد بود.

با یک معادله بسیار ساده و با داشتن آمپرساعت (Ah) باتری و مقدار مصرف ابزار (به وات | watt) می‌توان به زمانی که یک باتری می‌تواند برای آن ابزار عملیاتی باشد دست‌یافت.

برای این منظور تنها کافی است عدد آمپرساعت باتری را در ۱۰ ضرب و به توان دستگاه تقسیم کنید:

مثلاً یک باتری ۶۰ آمپرساعت (باتری خودرو) می‌تواند یک تلویزیون ۱۰۰ وات را به مدت ۶ ساعت روشن نگه دارد.

۱۰۰/۶۰*۱۰=۶

تعریف عمر مفید باتری‌های شارژی بازار

به‌غلط تعاریفی نادرستی همچون تعیین سال و ماه یا تعداد شارژ برای عمر باتری ارائه می‌گردد که هیچ‌یک پایه علمی ندارد. در یک تعریف علمی اگر ظرفیت باتری به‌صورت دائم به ۸۰ درصد ظرفیت آن برسد پایان عمر مفید باتری را خبر می‌دهد. مثلاً یک باتری ۱۰ آمپرساعتی به ظرفیت ۸ آمپرساعت برسد و این ظرفیت قابل‌افزایش نباشد.

البته در این حالت هم‌ ظرفیت باتری کاملاً از بین نرفته و قابل استفاده است؛ اما روند سقوط ظرفیت قدری سرعت می‌گیرد که این باتری دیگر قابل‌اتکا نخواهد بود؛ بنابراین قرار دادن واحد زمانی و یا تعیین تعداد شارژ و دشارژ برای باتری‌ها پشتوانه‌ای علمی ندارد.

عمر باتری برحسب تعداد شارژ و دشارژ

این‌گونه تعریف برحسب تعداد سیکل شارژ است و از سوی تولیدکنندگان باتری ارائه می‌شود. عمر متوسط باتری‌های لیتیوم یونی ابزار حدود ۷۵۰ سیکل شارژ است. به عبارتی می‌توان گفت تقریباً با طی ۷۵۰ سیکل شارژ (این عدد در بعضی باتری‌ها تا ۲۰۰۰ سیکل است) ظرفیت باتری به ۸۰% حالت مفید خود می‌رسد و سیر نزولی ظرفیت را طی می‌کند.

سیکل شارژ باتری شارژی چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟

بسیاری به‌اشتباه هر بار شارژ و دشارژ را یک سیکل شارژ در نظر می‌گیرند؛ اما تعریف علمی و عملی سیکل شارژ این‌طور بیان می‌کند که هرگاه مجموع درصدهای دشارژ در هر بار شارژ به عدد صد رسید یک سیکل کامل شکل می‌گیرد.

مثلاً بار اول باتری از ۱۰۰ درصد شارژ به ۲۰ رسید و شروع به شارژ کردیم. بار دوم از ۹۰ به ۳۰ درصد رسید و در شارژر قرار دادیم. بار سوم تا ۱۰۰ شارژ کرده و پس از رسیدن باتری به ۲۵ در شارژ قرار دادیم و بار چهار پس از شارژ تا ۹۵ درصد و استفاده از باتری وقتی شارژ باتری به ۲۵ درصد رسید در شارژر قرار دادیم.

در اینجا و با چهار بار شارژ مجموع درصدهای زمانی که در شارژ قرار می‌دهیم (۲۰+۳۰+۲۵+۲۵(برابر با عدد ۱۰۰ شد که یک سیکل را تشکیل می‌دهد.

عمق دشارژ (DoD) چیست و تأثیر آن بر طول عمر باتری شارژی چقدر است؟

عمق دشارژ کوتاه شده کلمه ” Depth of Discharge ” و نقطه مقابل میزان شارژ باتری به درصد است. مثلاً اگر باتری شما ۹۰% شارژ دارد میزان عمق دشارژ آن ۱۰% خواهد بود.

برای نشان دادن تأثیر عمق دشارژ بر عمر باتری نمودار و جدول زیر را بررسی می‌کنیم:

در این نمودار پیداست که هر چه عمق دشارژ (DOD) بیشتر باشد (معادل با میزان کمتری از شارژ باقی مانده در باتری) تعداد چرخه شارژ باتری که همان عمر باتری است کاهش می‌یابد؛ بنابراین با افزایش عمق دشارژ از عمر مفید باتری کاسته می‌شود.

مثلاً طبق همین نمودار اگر عمق دشارژ ۸۰% باشد (معادل با ۲۰% شارژ باقی مانده در باتری) و باتری را به شارژر وصل کنیم و این پروسه مدام تکرار شود؛ سیکل شارژ باتری که همان عمر مفید آن است از ۸۵۰۰ به زیر ۱۰۰۰ کاهش می‌یابد (عمر باتری ۸ برابر کاهش می‌یابد).

بنابراین برای افزایش عمر باتری شارژی ابزار بهتر است اجازه تخلیه کامل باتری را نداده و با کاهش شارژ اقدام به شارژ مجدد آن کنیم.

یادآوری: باتری‌های ابزار در خود کیت‌هایی دارند که هیچ‌گاه اجازه دشارژ کامل باتری را نمی‌دهد.

نرخ شارژ/دشارژ (c-rate) چیست و تأثیر آن بر عمر مفید باتری‌ها چگونه است؟

نرخ شارژ/دشارژ تأثیر مستقیمی روی عمر مفید باتری‌ها دارد. مخصوصاً در باتری‌های لیتیوم یون این تأثیر اثری تصاعدی دارد. هر چه میزان جریان شارژ یا جریانی که از باتری کشیده می‌شود بیشتر باشد میزان عمر باتری و ظرفیت ذخیره‌سازی آن کاهش می‌یابد. به نمودار زیر دقت کنید:

در نمودار بالا محور افقی تعداد دفعات سیکل شارژ و محور عمودی ظرفیت باتری برای ذخیره‌سازی را نشان می‌دهد.

همان‌طور که پیداست با نرخ شارژ/دشارژ ۱c سیکل شارژ که همان عمر مفید آن است عدد ۵۰۰ را نشان می‌دهد و هر چه به انتهای عمر مفید باتری نزدیک می‌شویم (به سمت ۵۰۰) ظرفیت باتری تغییر زیادی نمی‌کند (از ۷۰۰ به ۵۹۰ رسیده است).

اما همین باتری با نرخ شارژ/دشارژ ۲C و ۳C تغییرات شدیدی را نشان می‌دهد. با نگاه به نمودار می‌توان دریافت که با نرخ شارژ ۳C تعداد سیکل شارژ باتری از ۵۰۰ به ۳۹۰ و ظرفیت آن از ۷۰۰ به کمتر از ۲۰۰ کاهش می‌یابد.

به‌عنوان‌مثال:

اگر ظرفیت یک سلول باتری لیتیوم یون ۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت باشد، در صورت تخلیه با جریان ۷۰۰ میلی‌آمپر، پس از ۵۰۰ سیکل شارژ ظرفیت آن به حدود ۵۵۰ میلی‌آمپر ساعت کاهش خواهد یافت؛ اما اگر همین باتری با شدت ۳ برابر یعنی ۲۱۰۰ میلی‌آمپر تخلیه گردد، ظرفیت آن به کمتر از ۲۰۰ میلی‌آمپر کاهش خواهد یافت.

بنابراین می‌توان به این نتیجه رسید که باتری‌های با شارژر سریع (Fast charger) که بسیاری از برندها تبلیغ زیادی در این مورد دارند چندان مفید هم نیست و در درازمدت با کاهش شدید عمر باتری و ظرفیت آن زیان مالی به کاربر ابزار وارد می‌کنند.

اثر دما و وضعیت شارژ بر عمر مفید باتری‌های شارژی چگونه است؟

به‌طورکلی دما اثر نامطلوبی روی اندازه ولتاژ و ظرفیت ذخیره‌سازی باتری های شارژی دارد. در جدول زیر باتری‌های شارژی را در دو وضعیت شارژ کامل و شارژ ۴۰% در دماهای مختلف قرار داده و به مدت بیش از سه ماه تا یک سال از این باتری‌ها استفاده نشده است.

همان‌طور که از جدول بالا پیداست نگهداری باتری در دمای بالا اثر مخربی در ظرفیت باتری دارد.

مثلاً در جدول بالا باتری ۴۰ درصد شارژ شده در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد ۴% کاهش ظرفیت دارد (در یک سال) ولی این باتری در همین دما اما با ۱۰۰% شارژ، افت ظرفیتی ۵ برابری نسبت به باتری ۴۰% شارژ داشته و ۲۰% از ظرفیت آن کاسته می‌شود.

بنابراین به‌راحتی به این نتیجه می‌رسیم که برای انبار کردن باتری هر چه میزان شارژ آن بیشتر باشد و در دمای بالاتری نگهداری شود میزان افت ظرفیت آن باتری و فرسودگی آن بیشتر خواهد بود.

نکته مهمی دیگر که از این مفهوم می‌توان استخراج کرد دقت به تاریخ ساخت باتری ابزار است. این تاریخ که در همه باتری شارژی‌های ابزار درج می‌شود. هر چه این تاریخ به‌روزتر باشد فرسودگی ناشی از زمان کمتر خواهد بود.

 تأثیر ولتاژ شارژ باتری‌ها بر افزایش عمر مفید باتری‌ها چیست؟

یکی از مؤثرترین راه‌های افزایش عمر مفید باتری‌های لیتیوم ابزار استفاده از شارژر مناسب ابزار و شارژ کردن آن با ولتاژ شارژ پایین‌تر هست.

قبلاً گفته‌ایم که ولتاژ شارژ سلول‌های باتری لیتیوم ۴.۲ ولت است که در این حالت حداکثر ظرفیت باتری شارژ می‌شود. به‌عبارتی‌دیگر اگر ولتاژ سلول‌ها به ۴.۲ رسید دستگاه شارژر اعلام شارژ ۱۰۰% می‌کند.

طبق تحقیقات می‌توان با کاهش ولتاژ شارژ باتری های لیتیوم یون عمر مفید آن‌ها را به شدت افزایش داد. به زبان آمار هر ۱۰ میلی ولت کاهش ولتاژ شارژ باتری عمر آن‌ها دو برابر می‌کند.

مطابق جدول زیر با کاهش ولتاژ شارژ باتری به ۴.۰ ولت، سیکل شارژ باتری از رنج ۳۰۰-۵۰۰ به بازه ۱۲۰۰-۲۰۰۰ می‌رسد که تغییر ۴۰۰% را نشان می‌دهد.

کاستی این روش عدم استفاده از ظرفیت حداکثر باتری هست که با توجه به افزایش چندین برابری عمر مفید باتری می‌تواند صرف‌نظر شود.

بهترین عملکرد شارژ طبق توصیه پژوهشگران ولتاژ ۳.۹ ولتی است که در آن با ظرفیت ۶۰% می‌توان عمر باتری را تا ۸ برابر به دلیل استرس کمتر به آن افزایش داد.

بنابراین با شنیدن واژه شارژ سریع (Fast charge) در ابزارهای شارژی کمی بیشتر در مورد آن فکر کنید (مکانیسم شارژ سریع کمی متفاوت هست و حالت بینا بینی ولتاژ بالا و عمر بیشتر را موردتوجه قرار داده است)

محدوده شارژ/دشارژ و تأثیر آن بر عمر مفید باتری

در بالا به تأثیر ولتاژ شارژ باتری بر افزایش عمر مفید آن اشاره کردیم. گفتیم که برای افزایش عمر مفید باتری آن‌ها را کاملاً شارژ و کاملاً دشارژ نکنید. در نمودار زیر محدوده پیشنهادی برای شارژ و دشارژ باتری‌های لیتیوم یون نشان داده شده است.

طبق نمودار بالا اگر باتری ابزار شارژی را هر بار وقتی به ۲۵% رسید تا ۱۰۰% شارژ کنیم؛ بیشترین ظرفیت باتری را به ما می‌دهد و run time بالایی به ازای هر بار شارژ می‌دهد؛ اما باتری را خیلی زود فرسوده و عمر مفید آن را به شدت کاهش می‌دهد.

همین باتری را اگر هر با در محدوده ۸۵% از شارژر جدا کنیم و در ۲۵% شارژ دوباره به شارژر متصل کنیم؛ میزان فرسودگی باتری به کمتر از نصف می‌رسد (عمر مفید باتری ۲ برابر می‌شود) اما تنها می‌توانیم از ۵۰% ظرفیت (آمپرساعت) باتری استفاده کنیم (این ظرفیت از بین نمی‌رود و همیشه قابل استفاده است)

بنابراین اگر باتری را هیچ‌گاه شارژ کامل و دشارژ کامل نکنیم عمر مفید آن را به شدت افزایش خواهیم داد.

نرخ خود دشارژی (SDR) در باتری‌های ابزار شارژی چیست؟

یکی از پرسش‌هایی که بارها از آیچوب پرسیده‌اید را می‌توان با این مؤلفه توضیح داد. نرخ خود دشارژی به کاهش ظرفیت باتری شارژی شده در صورت عدم استفاده می‌پردازید.

این تخلیه به دلیل ذات باتری‌ها و فعل‌وانفعالات شیمیایی رخ داده در آن‌هاست. به‌عنوان‌مثال این نرخ در باتری‌های لیتیوم یون استفاده شده در ابزارهای نجاری برای ۲۴ ساعت اولیه ۵% و در ادامه بین ۱ تا ۲ درصد در ماه است.

به این معنی که وقتی باتری لیتیوم یون را کاملاً شارژ کنیم در صورت عدم استفاده حدود ۵% از شارژ کامل را در ۲۴ ساعت اولیه از دست می‌دهد و پس‌ازآن این مقدار کاهش یافته و به یک تا دو درصد در ماه می‌رسد.

بنابراین اگر از ابزار شارژی خود مدت طولانی استفاده نکنید از میزان شارژ آن کاسته می‌شود. البته این کاهش ظرفیت با شارژ دوباره باز خواهد گشت و دائمی نخواهد بود.

سخن پایانی

در پایان به این نتیجه می‌رسیم که همه باتری‌های شارژی از سلول‌های قلمی شکل کوچک‌تری تشکیل شده‌اند که با چینش کنار هم ولتاژ و جریان موردنیاز و همچنین ظرفیت شارژ را ایجاد می‌کنند.

در ادامه با ارائه توضیحات روشن شد که مؤلفه‌های ولتاژ، جریان، آمپرساعت، وات ساعت، نرخ شارژ و… چیست‌اند و چه رابطه‌ای بین آن‌ها وجود دارد.

همچنین تعریفی ارائه دادیم از عمر باتری، سیکل شارژ و تأثیر عواملی چون نرخ جریان، حرارت، زمان شارژ، نرخ خود دشارژی و… بر ظرفیت و عمر مؤثر باتری‌های شارژی ابزار.

امید داریم به بخشی از پرسش‌های شما در مورد باتری‌های شارژی ابزار پاسخ داده باشیم. لطفاً تجربه و پرسش‌های خود با موضوع باتری‌های شارژی را در دیدگاه‌های همین پست بنویسید.

انواع باطری جاروشارژی را از قطعه بانک بخواهید

سنتر سرویس مرکز تخصصی تعمیرات جاروشارژی و تعویض باطری جاروشارژی در تهران