با توجه به گسترش کار با ابزارآلات شارژی و استفاده ها متنوع آنها، داشتن اطلاعات برای استفاد از این محصولات و متعلقات مرتبط با آنها الزامی میباشد. در این نوشتار اطلاعاتی در رابطه با ساختار، خصیصه هاT شیوه استفاده باطری و ظرفیت شارژی انواع باطری به عنوان مهمترین جزء ابزارهای شارژی را بیان میکنیم.
تا دهه 1960، تنها یک نوع باطری برای ابزارهای شارژی وجود داشت که از نوع سرب ـ اسید بود که وزن سنگین داشت و به علت مایع بودن الکترولیت آن، روش انبارش آن به شکل خاصی صورت میگرفت. در همین سالها بود که باطریهای نیکل ـ کادمیوم وارد بازار شدند. اما این باطریها نیز بی نقص نبودند و برای محیط زیست زیان آور بودند. ساخت باطری ادامه پیدا کرد تا سرانجام باطریهای نیکل ـ متال ـهایدرید ساخته شدند. این باطریها نسبت به نوع قبلی زیان کمتری به محیط زیست وارد میکردند. در سال 2000 نیز، باطریهای لیتیوم آیون ساخته شدند که تحول عظیمی در ابزارهای شارژی ایجاد نمودند.
- سلول باطری از اجزای مختلفی تشکیل شده
- جدا کننده یک نوار ایزوله کننده میان الکترودها میباشد.
-
- الکترودها نیز قسمت دیگر باطری بوده که همراه با جداکننده به صورت یک رول هستند.
-
- الکترولیت به عنوان یک واسطه که واکنش الکتروشیمیایی میان الکترودها را ممکن میسازد.
- بدنه که یک استوانه فلزی است که الکترودها، جدا کننده و الکترولیت درون آن قرار میگیرند و نقش قطب منفی را بر عهده دارد.
- قطبها ارتباط الکترود را با خارج از باطری برقرار میکنند و در درون سلول الکترود منفی به بدنه سلول متصل میباشد.این قطعه که قطب منفی را میسازد و اکترود مثبت که به درب سلول که بالای آن متصل شده، قطب مثبت را میسازد.
-
- ولتاژ واحد اندازه گیری پتانسیل الکتریکی به شمار میرود. هر چه ولتاژ یک باطری بیشتر باشد، به سلولهای بیشتری نیاز دارد و هر چه سلولهای باطری بیشتر باشد اندازه و وزن آن نیز افزایش پیدا میکند.
- آمپر ساعت واحد اندازه گیری ظرفیت باطری میباشد. ظرفیت یک باطری بیانگر میزان توانایی ذخیره سازی آن میباشد. اگر ظرفیت باطری یک آمپر ساعت باشد، میتواند جریانی برابر یک آمپر را در مدت یک ساعت تامین کند. هرچه ولتاژ باطری بیشتر باشد، ابزار از قدرت بیشتری برخودار است و به هر میزان آمپر ساعت بالاتر باشد، مدت زمان شارژ بودن باطری نیز افزایش پیدا میکند.
ظرفیت شارژی انواع باطری در بیشتر موارد با اندازه آن ارتباط مستقیم دارد اما برخی مواقع ممکن است چیز دیگری اتفاق بیافتد؛ باطریهای قابل شارژ با ظرفیت متفاوت اندازه یکسانی دارند. علت این موضوع را میتوان با یک مثال شرح داد:
نوارهای ضبط صوتی اندازه یکسانی داشتند اما قابلیت ذخیره سازی صدا در آنها از 45 تا 120 دقیقه متغیر بود. علت این امر، تفاوت در میزان نوار داخل قاب بود. در مورد سلول باطریها هم همین امر صدق میکند. الکترود باطری به هر میزان که نازک تر باشد، قسمت بیشتری از آن داخل سلول جا میگیرد و ظرفیت شارژی انواع باطری بیشتری خواهد شد. تولید الکترودهای نازک تر، پیچیده تر است و هزینه تولید آنها نیز بالاتر میباشد.
- مقایسه ظرفیت شارژی انواع باطری (نیکل ـ کادمیوم، نیکل ـ متال ـ هایدرید و لیتیوم آیون)
1. ولتاژ هر سلول
ولتاژ هر سلول این باطریها عبارت است از 3/6 ولت برای باطریهای لیتیوم آیون و 1/2 ولت برای باطریهای نیکل کادمیوم و نیکل متال هایدرید. از این جهت برای اینکه یک باطری لیتیوم آیون به ولتاژی برابر یک باطری نیکل کادمیوم یا نیکل متال هایدرید باشد، به سلولهای کمتری نیاز دارد و در نتیجه با ولتاژ برابر، سایز کوچکتر و وزن کمتری خواهد داشت.
2. تخلیه شارژ
در صورتی که باطریهای قابل شارژ بدون استفاده بمانند، شارژ خود را بصورت خودکار از دست میدهند زیرا فرایندهای الکتروشیمیایی درون سلول رخ میدهد. اگر چه میزان تخلیه شارژ باطری با تکنولوژی آن ارتباط مستقیم دارد، اما با دما بی ارتباط مرتبط میباشد. به این معنا که هر چه دمای اطراف باطری بیشتر باشد، میزان تخلیه خودکار شارژ نیز بیشتر میشود و در نتیجه ظرفیت شارژی انواع باطری متفاوت می باشد.
در باطریهای نیکل متالهایدرید و نیکل کادمیوم میزان تخلیه شارژ نسبتا بالا میباشد. یک باطری کاملا شارژ شده نیکل کادمیوم در صورتی که دمای محیط برابر دمای اتاق باشد، تقریبا 10 درصد از شارژ خود را در روز اول پس از شارژ از دست میدهد. این میزان برای باطری نیکل متالهایدرید برابر 15 درصد میباشد. پس از آن باطری نیکل کادمیوم به صورت روزانه 0/5 درصد از ظرفیت باقیمانده شارژ خود را از دست میدهد که این میزان برای باطری نیکل متالهایدرید برابر 1 درصد است.
باطریهای لیتیوم آیون در میان تمام انواع باطریها، زمان بیشتری شارژ را نگهداری میکنند. در دمای اتاق تقریبا 2 درصد شارژ این باطری در طول یک ماه تخلیه میشود. این تخلیه شارژ بسیار پایین برتری بسیار مهمی در مقایسه با سایر باطریها به شمار میرود زیرا کاربر میتواند بدون نیاز به شارژ مجدد، یک باطری را که مدتها بلا استفاده انبارش شده، استفاده کند.
3. اثر باطری تنبل
اثر باطری تنبلی در باطریهای نیکل کادمیوم و نیکل متالهایدرید و در قطب مثبت آنها رخ میدهد. پس از یک دوره طولانی انبارش، ظرفیت باطری که همان میزان شارژ آن میباشد، تنزل پیدا میکند. این اثر معمولا بسیار ضعیف است و با آموزش مجدد باطری به راحتی قابل رفع میباشد که به معنای شارژ و دشارژ کامل باطری برای چندین بار متوالی خواهد بود. اثر باطری تنبل زمانی شدت مییابد که باطری همواره به صورت ناقص شارژ شود. اینکار موجب کاهش ظرفیت باطری و کاهش مدت زمان استفاده از آن میگردد.
این معضل در باطریهای نو نیز مشاهده شده است. به منظور تست ظرفیت یا کیفیت باطری، در فرایند تولید آنها را به صورت جزئی شارژ مینمایند. باطریها بسته به نوعشان (دارای پایه نیکل) اغلب برای بار اول از ظرفیت اسمی خود ظرفیت کمتری دارند. ماده فعال درون الکترودها تنها به کمک چندین بار شارژ و دشارژ فعال میشود.
4. اثر حافظه ای
این اثر فقط در باطریهای نیکل کادمیوم و در قطب منفی آنها اتفاق میافتد و موجب کاهش ظرفیت این باطریها میشود. در صورتی که باطری به صورت متوالی ناقص دشارژ شود ، بخشی از الکترود غیر قابل استفاده میماند و فرایندی در سلول اتفاق میافتد که دشارژ شدن کامل باطری هنگام استفاده را مختل میکند بدین ترتیب باطری زودتر دچار کاهش ولتاژ میشود و باید مجددا شارژ شود. در صورتی که اثر خیلی حاد نباشد پس از چندین بار شارژ و دشارژ کامل با یک شارژر مخصوص مشکل رفع میشود. بهترین و اثر بخش ترین محافظت در برابر این اثر نیز انجام کامل فرآیند و دشارژ در این نوع باطریهاست.
- نکات برای استفاده از باطریهای دارای پایه نیکل
- 3 همواره از همه شارژ باطری استفاده نمایید.
- تا 5 بار آن را به طور کامل شارژ و دشارژ نمایید.
- زمانی که عملکرد یا سرعت دستگاه افت میکند، باطری را شارژ نمایید.
- از دو باطری استفاده نمایید به این صورت که یک باطری روی ابزار برقی و باطری دیگر روی شارژر قرار دهید.
- نکاتی برای استفاده از باطریهای لیتیوم آیون
- از شارژ اولیه که باطری دارد استفاده کنید و پس از آن باطری را کاملا شارژ کنید.
به دلیل وجود ECP، زمانی که باطری لیتیوم آیوم خالی میشود، به طور اتوماتیک دستگاه را خاموش میشود، از این رو جای هیچ نگرانی نیست.
- شرایط استفاده و انبارش باطریها
در رابطه با دمای کارکرد و ظرفیت شارژی انواع باطری باید گفت که واکنشهای شیمیایی درون باطری برای عملکرد کامل و بدون نقص به بازه دمای خاصی نیاز دارند. به این بازه دما، دمای کارکردی باطری گفته میشود. این بازه دمایی برای باطریهای مختلف متغیر است. نکته ای که باید به آن متذکر شد، منظور از دمای کارکردی دمای باطری میباشد و نه دمای محیط. بنابراین دمای خود باطری کمتر از حداقل دمای کارکردی آن نباشد، میتوان از آن استفاده کرد. چنانچه باطری در دمایی پایین تر از حداقل دمای کارکردی آن انبارش شده باشد، برای استفاده مجدد از آن باید با یک منبع گرمایشی که حتی میتواند گرمای بدن شما باشد، آنرا گرم کرده و سپس از آن استفاده کرد.
1- نیکل ـ کادمیوم : این نوع باطریها به شیوه انبارش حساس نیستند و از این رو میتوان آنها را برای سالها در شرایط دشارژ کامل انبار نمود اما برای استفاده مجدد برای اولین بار، باید چندین بار شارژ و دشارژ شوند تا به ظرفیت اصلی خود برسند.
2- نیکل ـ متال ـ هایدرید : این باطریها تا نسبت به شیوه انبارش تا حدودی حساسیت دارند و از اینرو نباید آنها را بصورت دشارژ کامل انبار نمود. قبل از انبارش باطری باید کاملا و یا حداقل نیمه شارژ گرند. اگر از آنها استفاده نمی شود، باید هر سه ماه باطری را شارژ نمود.
3- لیتیوم آیون : این باطریها باید بصورت نیمه شارژ مثلا معادل 50 درصد ظرفیت انبار گردند. غیر از این مورد باطریهای لیتیوم آیون به دلیل تخلیه شارژ خودکار بسیار ناچیز، نکته خاصی برای انبارش ندارند.
عوامل مختلفی از قبیل تعداد دفعات شارژ و دشارژ آنها بر طول عمر باطری تاثیر گذار میباشد. بطور کلی عوامل تاثیرگذار بر عمر باطریها را میتوان به دو دسته تقسیم نمود:
1- عوامل سیستمی: در طول زمان بدون توجه به استفاده از باطری، همه باطریها کارایی خود را از دست میدهند و با توجه به زمان و نحوه استفاده، مواد درون سلول فاسد میشوند. ضمن اینکه تغییراتی در الکترولیت صورت میگیرد که منجر به کاهش ولتاژ و ظرفیت باطری میشود.
2- نحوه استفاده : وارد شدن بار اضافی به باطری به صورت مستمر موجب افزایش دمای باطری میشود. همچنین شارژ و دشارژ ناقص باطری موجب کاهش طول عمر آن میگردد.