۵ روش عملی افزایش عمر باتری ابزار شارژی + ویدئو

باتری شارژی دنیای ابزار های قابل حمل را دگرگون کرده‌اند. اما هر پدیده جدیدی سوالاتی را هم با خود می‌آورد که در این نوشته می‌کوشیم به آن‌ها پاسخ دهیم. در این آموزش آیچوب یاد می گیریم که با چه ترفند هایی عمر باتری ابزار را افزایش دهیم.

 

ویدئوی ترفند های افزایش عمر باتری شارژی

 

 

تماشا این ویدئو در برخی اپراتور ها با ترافیک نیم بها محاسبه می شود!

 

 

باتری شارژی چیست؟

باتری یک مبدل انرژی از شیمیایی به الکتریکی است که به‌عنوان یک منبع ذخیره انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع ذخیره‌سازی بزرگ‌ترین ضعف جریان متناوب یعنی عدم امکان ذخیره‌سازی را پوشش داده است؛ بنابراین یک باتری منبعی برای ذخیره‌سازی و استفاده دوباره از برق است.

در این نوشته به باتری‌های لیتیوم یونی (lithium ion) که کاربرد بسیار گسترده‌ای در ابزار دارد می‌پردازیم و از سایر باتری‌های موجود صرف‌نظر می‌کنیم.

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 باشد را مرور می کنیم.

 

 

تعریف ولتاژ در باتری شارژی چیست؟

ولتاژ را می‌توان مهم‌ترین پارامتر یک باتری دانست؛ چراکه تعریفی از قابلیت باتری برای ابزار مورد استفاده را ارائه می کند. مثلاً یک ابزار 12 ولت به باتری 12 ولتی نیاز دارد و نمی‌توانید از باتری 24 یا 4 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 3.6 تا 3.8 ولت و ولتاژ شارژ آن 4.2 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 ولتاژ بیشتر، 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 21700، 20700 و 18650 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 18650 و 20700 و 21700 شناخته می‌شوند. در این شماره گذاری دو رقم نخست (از چپ) قطر باتری و سه رقم آخر طول باتری برحسب میلی‌متر است.

 

پیشنهاد آیچوب: آموزش تشخیص ابزار تقلبی و فیک برقی از ابزار اصلی

 

 

 

با داشتن قطر و طول باتری استوانه‌ای، به حجم آن برحسب مترمکعب دست خواهیم یافت و هر چه حجم باتری بیشتر باشد این باتری توانایی ذخیره‌سازی بیشتر و نرخ جریان بالاتری خواهد داشت.

مثلاً در باتری 20 ولت 6 آمپرساعت سری XR دیوالت از 10 عدد سلول 20700 مدل NCR20700A پاناسونیک با ولتاژ 3.6 ولت و ظرفیت 3100 میلی آمپرساعت استفاده شده است.

 

فرق آمپر با آمپر ساعت چیست؟

آمپر ( با واحدA) و آمپرساعت (با واحد Ah)دو مبحث کاملاً جدا از هم هستند. آمپرساعت ظرفیت یک باتری است و میزان انرژی که می‌تواند در خود ذخیره کند را نشان می‌دهد.

آمپرساعت یک باتری ارتباطی با اندازه جریانی که می‌تواند تحویل بار (دستگاه) دهد، ندارد. مثلاً یک باتری می‌تواند 2 آمپرساعت باشد ولی یک بار 4 آمپری را هم تغذیه کند.

در توضیحی ساده‌تر می‌توان این‌طور بیان کرد که یک باتری 2 آمپرساعتی می‌تواند (در حالت کاملاً ایده آل) یک بار (مثلاً ابزار) با مصرف 2 آمپر را به مدت یک ساعت و مدام روشن نگه دارد. حال اگر مصرف ابزار 4 آمپر باشد این باتری تنها می‌تواند نیم ساعت دستگاه را روشن نگه دارد.

بنابراین اگر مصرف کننده جریان بیشتری از باتری طلب کند این باتری زودتر خالی شده و نیازمند شارژ دوباره می‌شود (مثال بالا تنها برای بیان مفهوم کلی بیان شده و در عمل مقادیر خطی و ایده آل نیستند)؛ بنابراین واحد آمپرساعت مقیاسی برای بیان عمر باتری در هر بار شارژ است و ارتباطی با جریان مصرفی ابزار ندارد.

در دیتاشیت (صفحه اطلاعات فنی باتری) بعضی باتری‌ها مقدار ظرفیت باتری را به کولن (Coulomb) هم نشان می‌دهند که برای تبدیل آن می‌توانید عدد کولن را بر عدد 3600 تقسیم کنید (هر یک آمپرساعت معادل 3600 کولن 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 20 آمپرساعت داشته باشیم (با فرض شارژ کامل و سالم بودن باتری) و به ابزاری وصل کنیم که به‌طور مدام 20 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 است 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.

در یک مثال عملی تاور روشنایی میلواکی در حالت حداکثر قدرت، 1.5 آمپر جریان مصرف می‌کند و از باتری 12 آمپرساعتی در آن استفاده شده است.

با تقسیم مقدار آمپرساعت بر مقدار جریان مصرفی به عدد 8 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.

بنابراین هر چه اندازه عدد آمپر ساعتی که روی باتری نوشته می شود بیشتر باشد آن باتری مقدار انرژی بیشتری ذخیره می کند و زمان بیشتری می توانیم از ابزار شارژی استفاده کنیم.

به مدت زمانی که پس از یک بار شارژ و تا خالی شدن شارژ باتری می توانیم از آن استفاده کنیم ران تایم (Runtime) گفته می شود.

 

مفهوم جریان در باتری‌های شارژی؟

وقتی باتری با ولتاژ موردنیاز ابزار را تهیه می‌کنیم (مثلاً باتری 12 ولت برای ابزار 12 ولتی)، ابزار به‌اندازه‌ای که نیاز دارد از باتری جریان می‌کشد؛ بنابراین مدلی از باتری  مناسب دستگاه است که توانایی تزریق جریانی که ابزار طلب می‌کند را داشته باشد.

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

یک باتری 2 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 120 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 2 آمپرساعتی که مثال زدیم وقتی واقعاً ظرفیت آن 2 آمپرساعت خواهد بود که نهایتاً 0.4 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)

پیشنهاد آیچوب: نکته های خرید دریل شارژی | قبل از خرید باید بدانید

 

چه چیزی باعث داغ شدن باتری شارژی می‌شود؟

در علم الکترونیک باتری را به‌صورت یک منبع تغذیه سری شده با یک مقاومت کوچک نشان می‌دهند

این ترسیم نشان می‌دهد که هر باتری مقداری مقاومت داخلی (حدود 25 اهم) دارد که با واحد اهم در دیتا شیت های هر باتری نشان داده می‌شود.

هر چه دستگاه نیاز به توان بیشتری داشته باشد جریان بیشتری از باتری می‌کشد و هر چه جریان بیشتر باشد مقاومت درونی باتری ایجاد تلفات بیشتری می‌کند که این تلفات خود را به‌صورت حرارت بروز خواهد داد.

نکته قابل‌توجه در مورد این حرارت رابطه آن با مجذور جریان است. در تعریفی ساده اگر جریانی که از باتری می‌کشیم 3 برابر شود میزان حرارت تولید شده در باتری 9 برابر خواهد شد این حرارت تأثیر مستقیم بر کیفیت باتری خواهد داشت که در ادامه توضیح خواهم داد.

 

توان باتری چیست و چه رابطه‌ای با ظرفیت دارد؟

دو باتری شارژی لیتیوم یونی را تصور کنید که هر دو 10 آمپرساعت هستند. یکی از آن‌ها 12 ولت و دیگری 24 ولت است.

طبق تعاریف بالا هر دو باتری می‌توانند یک بار 10 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 24 و 32 و 64 ولت) استفاده می‌شود.

بنا بر تعریف بالا باتری 24 ولتی 5 آمپرساعتی با توان 120 وات ساعت قدرتی برابر با باتری 12 ولتی 10 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.

اگر یک باتری 20 آمپرساعت را به ابزاری متصل کنیم که به‌صورت مدام و بدون قطعی 10 آمپر مصرف می‌کند. میزان نرخ دشارژ باتری برابر با 0.5C است و این معنی را می‌دهد که این باتری در مدت دو ساعت تخلیه می‌شود.

یا در مثالی دیگر یک باتری با ظرفیت 20 آمپرساعت داریم؛ اگر باتری را با شارژر 20 آمپرساعتی شارژ کنیم این باتری در مدت‌زمان یک ساعت از صفر به شارژ کامل می‌رسد که در اینجا مقدار نرخ شارژ برابر با 1C می‌شود؛ اما اگر همین باتری را با شارژی که 10 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 0.5C می‌شود.

 

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 10c). 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 8 آمپرساعت که روی آن نرخ جریان به‌صورت 10c نوشته شده است می‌تواند حداکثر جریان 80 آمپر را بدون اینکه آسیبی به آن برسد تحمل کند.

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.

 

شارژ باتری چگونه کار می کند؟

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. شارژر به‌محض قرار گرفتن باتری در 15 دقیقه نخست ولتاژ را با شیبی زیاد تا مقدار نامی ولتاژ هر سلول که 3.7 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 15 تا 30) ولتاژ شارژ با شیبی ملایم تا 4.2 ولت می‌رسد. در این موقعیت به دلیل افزایش ولتاژ باتری میزان جریان ورودی به سلول‌های باتری کم می‌شود. در این مرحله باتری به میزان 50% ظرفیت خود شارژ شده است.

در ادامه (دقیقه 30 به بعد) ولتاژ روی 4.2 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 3% 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 شارژی

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 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 10 ضرب و به توان دستگاه تقسیم کنید:

مثلاً یک باتری 60 آمپرساعت (باتری خودرو) می‌تواند یک تلویزیون 100 وات را به مدت 6 ساعت روشن نگه دارد.

100/60*10=6

 

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 80 درصد ظرفیت آن برسد پایان عمر مفید باتری را خبر می‌دهد. مثلاً یک باتری 10 آمپرساعتی به ظرفیت 8 آمپرساعت برسد و این ظرفیت قابل‌افزایش نباشد.

یا مثلا شما سال پیش با شارژ کامل 100 پیج را می بستید اما امسال بیشتر از 80 پیچ نمی توانید با یک بار شارژ ببندید.

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.

برای نشان دادن عمر باتری از دو روش زیر استفاده می شود

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 750 سیکل شارژ است.

به عبارتی می‌توان گفت تقریباً با طی 750 سیکل شارژ (این عدد در بعضی باتری‌ها تا 2000 سیلک و بیشتر نیز است) ظرفیت باتری به 80% حالت مفید خود می‌رسد و سیر نزولی ظرفیت را طی می‌کند.

 

تعریف سیکل شارژ

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 100 درصد شارژ به 20 رسید و شروع به شارژ کردیم. بار دوم از 90 به 30 درصد رسید و در شارژر قرار دادیم.

بار سوم تا 100 شارژ کرده و پس از رسیدن باتری به 25 در شارژر قرار دادیم و بار چهار پس از شارژ تا 95 درصد و استفاده از باتری وقتی شارژ باتری به 25 درصد رسید در شارژر قرار دادیم.

پیشنهاد آیچوب: مدت زمان شارژ باتری دریل شارژی رونیکس 3405 چقدر است؟

 

 

در اینجا و با چهار بار شارژ مجموع درصدهای زمانی که در شارژ قرار می‌دهیم (20+30+25+25) برابر با عدد 100 شد که یک سیکل را تشکیل می‌دهد.

 

عمق دشارژ (DoD) چیست

عمق دشارژ کوتاه شده کلمه ” Depth of Discharge ” و نقطه مقابل میزان شارژ باتری به درصد است. مثلاً اگر باتری شما 90% شارژ دارد میزان عمق دشارژ آن 10% خواهد بود.

ساده تر اگر تعریف کنم عمق دشارژ همان اندازه مصرف شما از باتری است. اگر عمق دشارژ 20 درصد باشد یعنی شما 20% از کل شارژ باتری را استفاده کردید.

عددی روی صفحه موبایل نشان می دهد شارژ باقی مانده از باتری هست و با عمق دشارژ فرق دارد.

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

 

در این نمودار مشخص است 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 80% باشد (معادل با 20% 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 8500 به زیر 1000 کاهش می‌یابد (عمر باتری 8 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.

از نمودار بالا متوجه می شویم که اگر باتری را تا انتها مصرف نکنیم و تا 100% هم شارژ نکنیم، عمر باتری در نهایت بیشتر می شود.

اما این یک بازه تئوی هست و در عمل اگر بین 80 تا 20 درصد شارژ کامل و دشارژ را قرار دهیم بهترین نتیجه ممکن به دست می آید.

 

نرخ شارژ/دشارژ (c-rate) چیست؟

نرخ شارژ/دشارژ تأثیر مستقیمی روی عمر مفید باتری‌ها دارد. مخصوصاً در باتری‌های لیتیوم یون این تأثیر اثری تصاعدی دارد.

هر چه میزان 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 سی یت 1c ، سیکل شارژ که همان عمر مفید است عدد 500 را نشان می‌دهد و هر چه به انتهای عمر مفید باتری نزدیک می‌شویم (به سمت 500) ظرفیت باتری تغییر زیادی نمی‌کند (از 700 به 590 رسیده است).

اما همین باتری با نرخ شارژ 2C و 3C تغییرات شدیدی را نشان می‌دهد.

با نگاه به نمودار می‌توان دریافت که با نرخ شارژ 3C تعداد سیکل شارژ باتری از 500 به 390 و ظرفیت آن از 700 به کمتر از 200 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.

 

باتری ابزار را در چه دمایی نگه داریم؟

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 40% 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 40 درصد شارژ شده در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 4% کاهش ظرفیت دارد (در یک سال) ولی این باتری در همین دما اما با 100% شارژ، افت ظرفیتی 5 برابری نسبت به باتری 40% شارژ داشته و 20% 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 4.2 ولت است که در این حالت حداکثر ظرفیت باتری شارژ می‌شود. به‌عبارتی‌دیگر اگر ولتاژ سلول‌ها به 4.2 رسید دستگاه شارژر اعلام شارژ 100% می‌کند.

طبق تحقیقات می‌توان با کاهش ولتاژ شارژ باتری های لیتیوم یون عمر مفید آن‌ها را به شدت افزایش داد. به زبان آمار هر 10 میلی ولت کاهش ولتاژ شارژ باتری عمر آن‌ها دو برابر می‌کند.

مطابق جدول زیر با کاهش ولتاژ شارژ باتری به 4.0 ولت، سیکل شارژ باتری از رنج 300-500 به بازه 1200-2000 می‌رسد که تغییر 400% را نشان می‌دهد.

 

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

بهترین عملکرد شارژ طبق توصیه پژوهشگران ولتاژ 3.9 ولتی است که در آن با ظرفیت 60% می‌توان عمر باتری را تا 8 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 25% رسید تا 100% 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 85% از شارژر جدا کنیم و در 25% شارژ دوباره به شارژر متصل کنیم؛ میزان فرسودگی باتری به کمتر از نصف می‌رسد (عمر مفید باتری 2 برابر می‌شود) اما تنها می‌توانیم از 50% 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 24 ساعت اولیه 5% و در ادامه بین 1 تا 2 درصد در ماه است.

پیشنهاد آیچوب: خرید ابزار شارژی یا ابزار برقی؟ چرا شارژی نخریم؟!

 

به این معنی که وقتی باتری لیتیوم یون را کاملاً شارژ کنیم در صورت عدم استفاده حدود 5% از شارژ کامل را در 24 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.

منبع: آیچوب