آشنایی با باتری های لیتیم پلیمر (Li-Po)

باتری های لیتیم پلیمر (Li-Po) نوع خاصی از باتری ها لیتیم یون هستند که به دلیل داشتن ویژگی های خاص و ممتاز، امروزه کاربرد وسیعی در انواع گوشی های موبایل، پخش کننده های کوچک، هواپیماها و هلیکوپترهای مدل،روبات ها و … پیدا کرده اند. این باتری ها بالاترین چگالی انرژی را فراهم می سازند، به دشارژ کامل نیاز ندارند و میتوان از جریان بالاتری برای شارژ و دشارژ بدون آسیب به باتری استفاده کرد،در هنگام دشارژ افت پتانسیل کمی دارند، به دوره break-in نیاز ندارند و از مسئله حافظه باتری در آن ها خبری نیست. می توانید در هر زمانی یک باتری لیتیم پلیمر را بی آنکه روی کارآیی باتری اثر بگذارد شارژ کنید، اما چون این باتری ها معمولاً دارای طول عمر شارژ/دشارژ کمی هستند اگر زود به زود و قبل از تخلیه آنها را شارژ کنید طول عمر باتری را پایین می آورید. همچنین در صورت ادامه شارژ پس از پر شدن، باتری آسیب دیده و از عمر آن کاسته میشود به همین دلیل برای شارژ انها از مدارهای محافظ هوشمند و بالانسر استفاده میشود تاپس از پر شدن باتری، جریان شارژ قطع شود و باتری over charged نشود. در ادامه شما را با سایر ویژگی های این باتری ها آشنا می کنم…

باتری های لیتیم پلیمر در بسته بندی ها و مشخصات مختلفی عرضه می شوند که با توجه به نیاز خود می توانید اقدام به خرید آن ها بکنید. اولین مشخصه ای که روی باتری درج می شود تعداد سلول (Cell) آن است. سلول های یک باتری به صورت سری به هم متصل اند و هر سلول ولتاژی معادل ۳.۷ ولت را تامین می کند. بنابراین برای مثال یک باتری ۳ سل (۳s) می تواند ولتاژی معادل ۱۱.۱ ولت را تامین کند. روش درست شارژ باتری های لیتیم پلیمر چند سلولی به این صورت است که هر سلول به صورت جداگانه شارژ شود. بنابراین در هر باتری چندسلولی علاوه بر سیم + و – برای دشارژ و استفاده از انرژی باتری، چند سیم نازک تر نیز برای شارژ سلول های باتری تعبیه شده است. در باتری های بزرگ، سیم های مربوط به دشارژ به یک کانکتور تی (T-Connector) و سیم های شارژ به یکی از انواع کانکتورهای بالانس (Balance Connector) متصل اند و خروجی شارژرها نیز متناسب با همین کانکتورها طراحی می شود.

نحوه سیم کشی سلول های یک باتری لیتیم-پلیمر ۳ سلولی

انواع کانکتورهای مورد استفاده در باتری های لیتیم پلیمر (کانکتورهای B1 و B2 و B3 و B4 و B15 و B16 معمولا برای خروجی + و – و سایر کانکتورها برای اتصال به شارژر استفاده می شوند)

مشخصه بعدی باتری که اهمیت زیادی دارد، ظرفیت باتری است که بر حسب میلی آمپرساعت (mAh) روی آن درج می شود. مثلا اگر روی یک باتری نوشته شده ۴۰۰mAh به این معنی است که می تواند جریاندهی ۴۰۰ میلی آمپر را به مدت یک ساعت داشته باشد. مشخصه دیگر باتری های لیتیم پلیمر، ظرفیت تخلیه آن هاست که با که با واحد C نشان داده می شود. برای مثال اگر روی یک باتری ۴۰۰ میلی آمپر ساعت درج شده ۱۰C یعنی حداکثر جریانی که می توانیم از باتری دریافت کنیم تقریبا برابر ۴۰۰۰=۴۰۰*۱۰ میلی آمپر است. باتری ما در هر دقیقه ۴۰۰mAh/60min=6.6mA جریاندهی خواهد داشت.

۶.۶mA*10C=66mA

400mAh/66mA=6min

یعنی اگر ما با بیشترین ظرفیت باتری که در این جا برابر ۴۰۰۰ میلی آمپر است از این باتری جریان بکشیم، باتری تقریبا ۶ دقیقه کار می کند تا ظرفیت آن خالی شود. به هر نسبتی که ظرفیت باتری بیشتر باشد، به همان نسبت نیز دیرتر تخلیه خواهد شد. بنابراین اگر ظرفیت باتری فوق ۸۰۰mAh بود می توانست ۱۲ دقیقه کار کند.

همچنین در صورت برابری ظرفیت دو باتری، به هر نسبت ظرفیت تخلیه یکی بیشتر باشد و ما به همان نسبت جریان بیشتری ازآن  باتری بکشیم، آن باتری به همان نسبت سریعتر خالی می شود. مثلا با توجه به مثال فوق، یک باتری با ظرفیت ۴۰۰mAh و ظرفیت تخلیه ۲۰C می تواند به مدت ۳ دقیقه جریانی معادل ۸۰۰۰ میلی آمپر را برای ما تامین کند. بدیهی است که تامین همچین جریانی توسط یک باتری ۱۰C غیر ممکن است و در صورتی که جریان زیادی از باتری بکشیم، باتری خراب می شود و حتی گاهی ممکن است آتش بگیرد. بنابراین برای انتخاب یک باتری برای پروژه خود لازم است که با در نظرگرفتن میزان مصرف پروژه، محاسبات لازم را انجام داده دهید تا با توجه به آن باتری مناسب را تهیه کنید.

روی بعضی از باتری ها، ظرفیت شارژ آن نیز درج شده است که آن هم بر حسب C مشخص می شود. مثلا یک باتری با ظرفیت ۴۰۰mAh با ظرفیت شارژ ۲C را می توان حداکثر با شارژری که ۸۰۰ میلی آمپر جریاندهی دارد شارژ کرد. طبیعتا قیمت هر باتری لیتیم پلیمری نسبت مستفیم دارد با  ظرفیت باتری، ظرفیت شارژ، ظرفیت تخلیه و تعداد سلول های باتری. هرچه ظرفیت باتری و تعداد سلول های آن بیشتر باشد، حجم باتری نیز بزرگتر خواهد بود اما ظرفیت شارژ و تخلیه چندان ارتباطی با حجم باتری ندارند.

آموزش نگهداری صحیح از باتری های لیتیم-پلیمر و لیتیم-یون :

۱- اجازه ندهید شارژ باتری صفر شود

به جای اینکه صبر کنید باتری شما کاملاً دشارژ شود، کمی عجله کنید و زودتر آن را شارژ نمایید؛ در غیر این صورت طول عمر باتری شما کاهش می یابد.

۲- باتری را کامل شارژ نکنید

بهتر است که نگذاریم شارژ باتری به بیش از ۸۰ یا نهایتاً ۹۰ درصد برسد و زودتر شارژر یا وسیله‌ی همراه را از برق جدا کنیم. در مورد باتری های لیتیم-پلیمر و لیتیم-یون باید گفت زمانی که شارژ باتری بین ۴۰ تا ۸۰ درصد در نوسان باشد، عمر آن حداکثر خواهد بود.

۳- هر ماه یک بار شارژ باتری را صفر کرده و سپس کاملاً شارژ نمایید

خالی کردن شارژ به طور کامل از نظر کارکرد و عمر مفید درست نیست، اما بهتر است هر ماه یک بار این کار را انجام دهید. بیشتر باتری‌های پیشرفته‌ی امروزی یک ویژگی مهم دارند و آن تخمین مدت زمانی و شارژ باقیمانده است. به این باتری‌ها اصطلاحاً باتری هوشمند گفته می‌شود. برای تخمین درست باید باتری کالیبره باشد و اگر همیشه آن را تا نیمه مصرف کنید و مجدداً شارژ نمایید، از حالت کالبیره خارج می‌شود و در محاسبه دچار خطا می‌شود. لذا هر ماه یک بار این کار را انجام دهید تا باتری به حالت کالیبره نزدیک شود.

۴- باتری‌ها را خنک نگه دارید

تنها قطعاتی مثل ترانزیستورها و ماسفت ها نیستند که در اثر گرما مستهلک می‌شوند. باتری‌ها هم وضعیت مشابهی دارند. به عنوان مثال اگر باتری در دمای صفر درجه‌ی سانتی‌گراد نگه‌داری شود، پس از یک سال می‌توان تقریبا ۹۴ درصد ظرفیت آن را استفاده کرد، اما اگر در دمای ۶۰ درجه‌ای نگه‌داری شده باشد، تنها ۶۰ درصد ظرفیت و آن هم پس از سه ماه قابل استفاده خواهد بود.

۵- ولتاژ شارژر و استفاده از شارژر استاندارد

این مورد هم بسیار مهم است. به طور معمول باتری‌های لیتیومی از سلول‌هایی با ولتاژ ۳.۷ ولت تشکیل شده اند.

آنچه در مورد نحوه‌ی شارژ کردن بسیار مهم است، استفاده از ولتاژ پایین است. به جدول زیر توجه کنید:

اگر باتری با ولتاژ ۳.۹۲ ولت شارژ شود، ظرفیت آن در حالت شارژ کامل تنها ۷۵ درصد خواهد بود، اما اگر با ولتاژ ۴.۲ ولت آن را شارژ کنیم، ظرفیت ۱۰۰ درصد خواهد بود. مشکل این است تفاوت ۲۵ درصدی در ظرفیت به کاهش شدید تعداد سیکل‌های شارژ و دشارژ منجر می‌شود. در واقع ۲۵ درصد ظرفیت بیشتر، عمر باتری را ۸ برابر کمتر کرده است و تنها می‌توان بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ بار آن را شارژ نمود. شارژ باتری های لیتیم پلیمر باید به صورت استاندارد صورت گیرد، یعنی برای این کار باید از یک شارژر بالانسر مناسب استفاده کرد که میزان شارژ هر سلول را تشخیص داده و به محض پرشدن هر سلول، جریان مربوط به آن را قطع می کند تا باتری Over Charge نشود وعلاوه بر آن شارژ سلول ها با هم متناسب باشد تا سلول های ضعیف تر آسیب نبینند.

ولتاژ بالاتر از حد مجاز برای شارژ کردن یک باتری لیتیوم یونی اثری مثل نمودار زیر دارد و سریعاً ظرفیت مفید باتری را تقلیل می‌دهد:

لذا حتما از شارژرهایی که استاندارد هستند و با ولتاژ بالا شارژ نمی‌کنند استفاده کنید.

نمونه ای از یک شارژ و بالانسر مناسب برای باتری های Li-Po سرگرمی های رادیوکنترل

ان شاءالله در پست های آینده به آموزش ساخت شارژر برای این باتری ها می پردازیم.