شارژ و دشارژ باتری‌ها در دماهای بالا و پایین

باتری ها اغلب در محدوده دمایی گسترده ای کار می کنند، اما درمورد شارژ شدن آنها این قضیه صادق نیست، بنابراین حساسیت های زیادی وجود دارد که باید آن ها را در نظر گرفت. یکی از عواملی که تاثیر بسزایی در زمینه شارژ و دشارژ باتری دارد سرما و گرمای بیش ازحد است که میزان شارژپذیری باتری را کاهش می دهد. به همین خاطر قبل از شارژ کردن باید باتری را به دمای مطلوبی برسانیم. باتری هایی نظیر سرب اسید و نیکل کادمیم که تکنولوژی ساخت قدیمی تری دارند تحمل شارژ دردماهای بالاتری نسبت به باتری های لیتیومی کنونی دارند. قبلا در مورد عملکرد کلی باتری هم صحبت شده که پیشنهاد میکنیم آن مطلب را هم مطالعه کنید.

شارژ انواع باتری ها در دمای پایین:

باتری های نیکلی

ایده آل ترین حالت بازه دمایی 10 الی 30 درجه سانتی گراد می باشد. از طرفی توانایی ترکیب اکسیژن و هیدروژن در دمای زیر 5 درجه کاهش می یابد، در صورت تداوم شارژ اضافه در این دما به سلول های باتری فشار وارد می شود که منجر به تخلیه ی باتری می گردد. البته برای اینکه بتوانیم این باتری ها را در دمای زیر صفر درجه شارژ کنیم میتوانیم جریان ورودی را بهC 0.1 کاهش دهیم (C Rate).همانطور که گفته شد مقاومت باتری در برابر شارژ در دماهای پایین ناشی از ضعف ترکیب اکسیژن و هیدروژن میباشد.

نوعی از شارژر های بر پایه نیکل NDV(negative delate v)،با آنالیزشارژ در دماهای پایین می‌توانند از باتری محافظت کنند.یکی از راهکارهایی که برای شارژ سریع باتری در دماهای متفاوت وجود دارد این است که از روکش حرارتی استفاده کنیم تا بتوانیم دمای باتری را به میزان قابل قبولی نگه داریم. دربرخی از شارژرها میتوان نرخ شارژ را با توجه به دمای فعلی تنظیم کرد، اما همه ی شارژر هایی که در اختیار مصرف کننده قرار می گیرند این امکانات را ندارند و به کاربر توصیه می شود که در دمای اتاق فرآیند شارژ را انجام دهد.

باتری های سرب اسیدی

این دسته از باتری ها رفتار مناسبی نسبت به تغییرات دمایی از خود نشان می دهند، در واقع طبیعت این باتری ها از سایر باتری ها کندتر است، اما در عوض امنیت بالاتری دارند، به همین دلیل در وسایل نقلیه نیز از این باتری ها استفاده می شود. در مورد شارژ و دشارژ این باتریها باید گفت که نرخ شارژ توصیه شده برای این باتری ها در دماهای پایین برابربا 0.3C است.

همانطور که می دانید شرایط دمایی برای باتری ها ازجمله باتری های سرب اسید باید بگونه ای باشد که منجر به تولید گاز درآن ها نشود درشرایط مطلوب دمایی مانند دماهای 20 درجه سانتی گراد تولید گاز زمانی آغاز می شودکه ولتاژ هر سلول به2.415ولت برسد اما همین عدد برای دمای منفی 20 درجه سانتی گراد به2.9 ولت میرسد.

باتری های سرب اسیدی اغلب با جریان ثابت و ولتاژ مشخصی شارژ می شوند، دردمای اتاق میزان ولتاژ برای هر سلول برابر2.40 ولت می باشد. در شرایط دمایی خنک تر این ولتاژ افزایش پیدا می کند ودر شرایط گرمتر شاهد کاهش آن خواهیم بود. اگر بخواهیم باتری را در دماهای متفاوت شارژ کنیم باید از شارژر های با قابلیت تنظیم ولتاژ استفاده کنیم تا باتری دچار مشکل نشود.
در شکل زیر شاهد برخی از تنظیمات توصیه شده برای دماهای متفاوت هستیم:

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید برای شارژ کردن در دماهای مختلف نیازمند تنظیم مقدار ولتاژ هستیم. این باتری ها همیشه باید در حالت شارژ کامل نگهداری شوند، بدلیل اینکه در حالت تخلیه، الکترولیت درونشان شبیه به آب می شود و همین موضوع سبب یخ زدگی و نشتی و در نهایت آسیب به باتری می شود.

شارژ و دشارژ باتری های لیتیوم یون

مناسب ترین دما برای شارژ و دشارژ این باتری ها 5تا 45 درجه ی سانتی گراد می باشد. در دماهای کمتر از 5 درجه بدلیل کاهش نرخ پخش در آند، جریان شارژ بشدت کاهش می یابد بنابراین در دماهای پایین ترعملا فرآیند شارژ و دشارژ ممنوع می باشد. البته مقاومت داخلی سلول در زمان شارژ باعث افزایش دما می شود که میتواند بخشی از تاثیر سرما را جبران کند.
درحالت کلی مقاومت داخلی همه ی باتری ها در هوای سرد افزایش پیدا می کند که این امر سبب افزایش زمان شارژ و دشارژ می شود.
باتری های لیتیوم یون عملا در دمای زیر صفر درجه قابل شارژ نیستند، هرچند که ممکن است این عمل توسط کاربر انجام شود اما باید بدانید که در هنگام شارژ در این دما روکش فلزی لیتیوم بر روی آند تشکیل می شود که سبب آسیب دائمی وتخریب عملکرد و ایمنی باتری می‌گردد. در شرایط خطرناک باتری‌های لیتیومی نسبت به سایر باتری‌ها ، آسیب جدی تری می بینند. به همین خاطر می توان از شارژر هایی استفاده کرد که از شارژکردن باتری دردماهای غیرمجاز جلوگیری می کند.

باتوجه به پیشرفت های صورت گرفته دراین حوزه، میتوان در دماهای پایین تر نیز با نرخ جریان خیلی پایین باتری را شارژ کرد. براساس تحقیقات انجام شده نرخ شارژ بهینه دردمای 30- درجه برابر 0.02c می باشد، که چیزی در حدود 50 ساعت زمان می برد تا باتری شارژ کامل شود، درنتیجه کاملاغیرعملی به نظر می رسد.

شارژ و دشارژ انواع باتری‌ها در دمای بالا

متقابلا شارژ باتری در دماهای بالا آسیب جدی به آن وارد می کند، مخصوصا باتری های سرب اسیدی که حساسیت زیادی به گرما دارند.برای کنترل نوسانات دمایی می توان از سنسور دما در شارژر ها استفاده کرد.

باتری های نیکلی هم به دلیل کاهش تولید اکسیژن در دماهای بالا به درستی شارژ نمی شوند، در واقع گرما شارژر را فریب می دهد که باتری کاملا شارژ شده ولی اینگونه نیست.در نمودار زیر شاهد کاهش کارایی شارژر با افزایش دما به بالای 30 درجه هستید.

اما باتری های لیتیوم یون در دماهای بالا عملکرد خوبی دارند به شرط اینکه در تماس طولانی مدت با گرما نباشند، زیرا ازعمرآن ها کاسته می شود. همچنین شارژ و دشارژ در دماهای بالای 50 درجه ممنوع می باشد و باعث آسیب به باتری می شود.

جمع بندی

باتوجه به مطالب گفته شده می توان نتیجه گرفت که برای بازدهی مناسب باتری ها بهتر است که فرآیند شارژ و تخلیه را دردماهای توصیه شده انجام دهیم. همچنین از شارژر های استاندارد و مختص خود باتری ها استفاده کنیم.

منبع : سایت batteryuniversity