انواع پک باتری لیتیوم یون

انواع پک باتری لیتیوم یون

مقدمه:

در این مقاله قصد داریم انواع پک باتری لیتیوم یون را مورد بررسی قرار دهیم و پارامترها و ویژگی‌های اصلی یک پک باتری لیتیوم یون را بررسی کنیم. این پک‌ها تنوع زیاد داشته و در بسیاری از موارد، پک بهینه به مصرف کننده داده نمی‌شود.در نتیجه علاوه بر مشکلاتی مانند وزن و ابعاد بالا، هزینه‌های زیادی بر مشتری تحمیل می‌شود. دراین مقاله سعی می‌شود تا با بررسی ابعاد مختلف پک‌های باتری لیتیوم یون، از سردرگمی‌های ایجاد شده جلوگیری کرده و بهترین گزینه جهت کاربردهای مشخص تعیین گردد.

در این مقاله ابتدا پارامترهای تعیین کننده مانند ولتاژ، جریان، ظرفیت و انرژی پک، مورد بررسی قرار می‌گیرد.  سپس ویژگی‌هایی از قبیل استحکام و شرایط محیطی را مورد بررسی قرار می‌دهیم. خواهیم دید که این پارامترها بر قیمت نهایی پک تاثیر گذار بوده و در صورت نیاز ناچاریم که این ویژگی‌ها را بر پک باتری لیتیوم یون اعمال کنیم.

پارامترهای مهم در پک‌های باتری لیتیوم یون:

در این قسمت به پارامترهای مهم در پک باتری لیتیوم یون می‌پردازیم. این پارامترها مشخصات اولیه‌ی یک پک را مشخص می‌کنند . با دانستن این پارامترها، تقریبا نوع پک و ساختار آن به دست می‌آید. اولین و مهمترین پارامتر در پک‌های باتری لیتیوم یون، ولتاژ پک است.

ولتاژ پک باتری لیتیوم یون:

هر پک باتری از تعدادی سل سری و موازی تشکیل شده است که تعداد سل سری، تعیین کننده‌ی ولتاژ پک می‌باشد. هر سل باتری لیتیوم یون معمولی (کاتد LCO) ولتاژی در حدود 2.5 ولت تا 4.2 ولت (ولتاژ نامی 3.6 ولت) دارد. اگر مصرف‌کننده، محدوده‌ی مجاز ولتاژ را داشته باشد به راحتی تعداد سل سری را  تشخیص خواهد داد.

در ساخت پک‌های باتری لیتیوم یون، ممکن است از سل‌هایی با ولتاژ متفاوت استفاده شود که هر کدام از آن‌ها دارای خواص و مشخصات مختلفی هستند . برای اطلاعات بیشترمی‌توانید به مقاله‌ی “معرفی انواع باتری‌های لیتیوم یون” مراجعه کنید.به عنوان مثال پک باتری لیتیوم یون با محدوده‌ی ولتاژ 42 ولت تا 25 ولت، باید از تعداد 10 سل باتری لیتیوم یون به صورت سری استفاده شود تا ولتاژ مورد نیاز تامین گردد.ضروریست بدانید باتری‌های LFP، دارای ولتاژی متفاوت نسبت به سایرباتری‌های لیتیوم یون هستند که در هنگام طراحی باید به این نکته توجه شود.

جریان پک باتری لیتیوم یون:

پارامتر بعدی در تعیین نوع پک باتری لیتیوم یون، جریان دشارژ پک می‌باشد. جریان دشارژ در باتری‌های لیتیوم یون علاوه بر تعیین نوع سل، ساختار پک باتری را هم مشخص خواهد کرد. هر سل باتری لیتیوم یون دارای یک جریان دشارژ معین است که این مقدار محدوده ی وسیعی را شامل می‌شود. به عنوان مثال باتری های لیتیوم یون 18650 موجود در بازار حداکثر جریانی در حدود 1 آمپر تا 20 آمپر را دارند. و بعد از انتخاب دقیق سل، تعداد سل موازی به دست می‌آید. به عبارت بهتر، با افزایش تعداد سل به صورت موازی، جریان پک باتری نیز افزایش خواهد یافت. لازم به ذکر است که با افزایش تعداد سل موازی، ظرفیت باتری نیز زیاد خواهد شد که در ادامه توضیحات بیشتر راجع به ظرفیت باتری بحث خواهد شد.

مثال :

برای فهم بهتر موضوع فرض کنید که یک پک باتری 21 ولت با جریان 25 آمپر نیاز داریم و سل انتخابی ما حداکثر جریانی در حدود 5 آمپر به ما تحویل می‌دهد. این سل ولتاژی در حدود 4.2 ولت تا 2.5 ولت را تامین می‌کند. در این صورت با در نظر گرفتن ولتاژ نامی سل (3.6 ولت)، ساختار پک به صورت 6 سل سری و 5 سل موازی خواهد شد. در این صورت علاوه بر تامین ولتاژ مورد نیاز، جریان مورد نیاز نیز تامین خواهد شد.

جریان شارژ باتری در طراحی‌ها بسیار کم تاثیر گذار بوده و نیاز به بررسی آن نیست.اما ذکر این نکته الزامیست که در هنگام شارژ، به هیچ عنوان از حداکثر جریان شارژ پک، بیشتر جریان دهی انجام نشود . این مقدار معمولا در حدود 0.5C می باشد. برای اطلاعات بیشترمی‌توانید به مقاله‌ی “نحوه شارژ و دشارژ باتری‌های لیتیوم یون” مراجعه کنید .

گاهی اوقات در هنگام طراحی پک باتری، جریان و ظرفیت را کمی بیشتر از حد مورد نیاز در نظر می‌گیریم تا مشکلی به وجود نیاید. در هنگام مشخص کردن ساختار باتری، بعد از ولتاژ، ابتدا به ظرفیت باتری توجه می‌شود سپس به جریان آن. چرا که معمولا ظرفیت باتری محدود کننده تراز جریان می‌باشد. در ادامه در مورد ظرفیت باتری صحبت خواهد شد.

ظرفیت پک باتری لیتیوم یون:

همان طور که اشاره شد، برای افزایش ظرفیت باتری، کافیست که تعداد سل موازی را در پک بیشتر کنیم. برای فهم راحت‌تر این موضوع فرض کنید که ما نیاز داشته باشیم که ظرفیت باتری برابر با 15500mAh و سل انتخابی ما با ظرفیت 2600mAh باشد. با تقسیم این دو مقدار عدد 5.9 به دست می آید که در نتیجه با موازی کردن 6 سل، این ظرفیت (ظرفیت 15600mAh که مقداری بیشتر از ظرفیت مورد نیاز است) به دست می‌آید. پس اگر باتری ما یک باتری 36 ولت باشد، برای تامین ظرفیت گفته شده، پک نهایی ما ساختاری برابر با 10S6P خواهد داشت. S نماینده‌ی تعداد سل سری و P نشان دهنده‌ی تعداد سل موازی است.

انرژی و توان پک باتری لیتیوم یون:

انرژی پک باتری لیتیوم یون :

پک‌های باتری لیتیوم یون با داشتن باتری‌های لیتیوم یون، دارای بیشترین چگالی انرژی در بین باتری‌های معمول بوده که این ویژگی باعث محبوبیت روزافزون این‌گونه از باتری‌هاست. به عنوان مثال انرژی باتری‌های لیتیوم یون 18650 با درنظر گرفتن نوع سل، چیزی در حدود 90Wh/kg تا 250Wh/kg است. برای به دست آوردن انرژی یک پک، کافیست که تعداد سل موجود در پک را در انرژی یک سل ضرب کنیم (بدون در نظر گرفتن ساختار پک). در هنگام طراحی، کمتر پیش می‌آید که مسئله‌ی اصلی با انرژی مورد نیاز طراحی شود. با ولتاژ و ظرفیت ساختار به دست خواهد آمد.

در صورت نیاز بودن به وزن و حجم کم، شرکت‌های تولید کننده‌ی پک باید از سل‌های با انرژی بالاتری جهت کاهش وزن و ابعاد استفاده کنند. چراکه این سل‌ها به دلیل داشتن ظرفیت بالاتر، انرژی بیشتری را در اختیار مشتری قرار می‌دهد.

توان پک باتری لیتیوم یون :

همانند انرژی، هر سل باتری لیتیوم یون، توان مربوط به خود را دارد . در طراحی برای محاسبه همانند انرژی عمل خواهد شد. لازم به ذکر است که به کمک انرژی و توان مورد نیاز، نمی‌توان ساختار پک را مشخص نمود اما بعد از مشخص شدن ساختار، به راحتی توان و انرژی پک به دست می‌آید.

طول عمر پک باتری لیتیوم یون:

طول عمر باتری‌های لیتیوم یون به کمک تعداد سیکل شارژ و دشارژ مشخص می‌شود. به عنوان مثال برخی از باتری‌های لیتیوم یون داری 800 سیکل کاری می باشند و بعد از این مقدار ظرفیت باتری به زیر 80 درصد افت خواهد کرد. این مقدار زمانی قابل دست‌یابی است که باتری‌های استفاده شده کیفیت و قابلیت بالایی داشته باشند.هرچند که شرکت‌های تولید کننده‌ی پک، موظف به رعایت این نکته هستند.

یکی از نکات فراموش شده در پک‌های باتری لیتیوم یون، جهت افزایش طول عمر، نحوه‌ی صحیح در شارژ و دشارژ پک است. بردهای محافظ بسیار در این زمینه به مصرف‌کننده کمک خواهد کرد. بردهای محافظ نقش حفاظت از باتری در شارژ و دشارژ را دارد که برای اطلاعت بیشتر می‌توانید به مقاله‌ی “برد محافظ باتری‌های لیتیوم یون” مراجعه کنید.

ابعاد و وزن پک باتری لیتیوم یون:

باتری‌های لیتیوم یون دارای ابعاد و وزن مختلفی هستند که از کنار هم قرار گرفتن آن‌ها، ابعاد نهایی پک به دست می‌آید. به عنوان مثال باتری‌های لیتیوم یون 18650، باتری‌هایی با شکل استوانه با قطر 18 میلی‌متر و ارتفاع 65 میلی‌متر هستند. این باتری‌ها وزنی در حدود 50 گرم دارند.  برای به دست آوردن وزن تقریبی پک، کافیست تعداد سل موجود در پک را در وزن یک باتری ضرب کنیم. ابعاد نهایی پک نیز با دانستن ساختار باتری به راحتی به دست می‌آید.

ویژگی‌های پک باتری لیتیوم یون:

در این قسمت  ویژگی‌های پک باتری لیتیوم یون را از قبیل استحکام، نفوذناپذیری و سیستم خنک سازی را به صورت خلاصه بیان می‌کنیم. این ویژگی‌ها معمولا در پک‌های معمولی مورد نیاز نیست و بر اساس نیاز مشتری طراحی می‌گردد.

در کاربردهایی که ارتعاش و فشار بر پک باتری اعمال می‌شود معمولا باید از پک‌های با استحکام بالا استفاده شود. این پک‌ها قابلیت تحمل ضربه و فشار را دارد. براساس شرایط مورد نیاز، طراحی های گوناگونی برای ساختار داخلی و ساختار خارجی قابل تصور است. معمولا بدنه‌ی این نوع از پک‌ها از جنس فلز می‌باشد.

یکی دیگر از ویژگی‌های پک‌های باتری لیتیوم یون، نفوذناپذیری است. این ویژگی هم برای گرد و غبار مطرح است و هم برای آب. پک های ضد آب نسبت به پک‌های ضد گرد و غبار داری طراحی پیچیده‌تری‌اند و الزامات ایمنی مخصوص به خود را خواهند داشت.

در صورت استفاده از پک‌های باتری‌لیتیوم یون در محیط‌های گرم، سیستم خنک‌سازی به شدت دارای اهمیت می‌باشد  . سیستم‌های خنک سازی هزینه‌ی پک را بالا می‌برد و برای کاربردهای معمولی اصلا توصیه نمی‌شود. لازم به ذکر است که دمای شارژ نباید بیش از اندازه بالا باشد چرا که احتمال انفجار وجود خواهد داشت. این دما معمولا باید از 45 درجه کمتر باشد.

طراحی انواع پک باتری لیتیوم یون:

در این مقاله به انواع پارامترها و ویژگی های یک پک اشاره کردیم و به صورت خلاصه هر کدام را بررسی نمودیم . مباحث بسیاری در طراحی و ساخت این باتری‌ها مطرح است که بدون دانش فنی و علمی، ساخت این پک‌ها با خطر رو به رو می‌شود. یکی از مهمترین مباحث در این زمینه، طراحی مدارات محافظ و مانیتورینگ جهت افزایش ایمنی طول عمر پک است . برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به مقاله‌ی ” برد محافظ باتری‌های لیتیوم یون” مراجعه کنید.

در هنگام ساخت پک‌های لیتیوم یون، مباحث مربوط به ایمنی و کیفیت قطعات بسیار اهمیت دارد . و شرکت‌ها برای ساخت این نوع از ادوات انرژی باید دقت لازم را به خرج دهند. شرکت رهاباتری با طراحی بهینه و دقیق برای پک‌های لیتیوم یون، بهترین گزینه و مقرون به صرفه‌ترین حالت را برای مصرف‌کننده پیشنهاد داده و با اطمینان از کیفیت قطعات، پک‌های مناسبی را در اختیار مصرف کننده قرار می‌دهد.

تاریخ انتشار: آذر 1400