معرفی انواع باتری ها و مزایا و معایب هر کدام

آشنايی با انواع باتری ها

مقدمه

کاربران محترم، خواندن این جلسه بدون انجام تمرینات آن و گام به گام پیش رفتن با درس كافى نمى باشد. لطفا تمرين هاى آخر جلسه به همراه لينك هاى ارسال شده را به دقت مطالعه كنيد تا به درك كامل و عميقى از مطالبى كه در ادامه مى آيد برسيد.

امروزه از تكنولوژی های مختلفي برای ساخت انواع باتری استفاده می شود. باتری های متعددی در بازار وجود دارد كه با فرمول های شيميايی خاصی ساخته می شوند در اين آموزش تمركز ما بر روی انواع باتری های مورد استفاده در الكترونيك DIY و سيستم های embedded می باشد.

واژگان فني باتری

واژه 1 : Capacity

Capacityبه معنای ظرفيت می باشد. باتری ها برای ذخيره برق به كار می روند و ميزان برقی كه هر كدام ذخيره می كنند متفاوت است. به اين ميزان ذخيره برق باتری، ظرفيت می گويند. باتری های با نوع يكسان از لحاظ جريان خروجی از آنها با هم مقايسه می شوند به عنوان مثال باتری های با نوع 1000mAh و يا 2000mAh .

واژه 2 : Nominal Cell Voltage

Nominal Cell Voltage به معنای ولتاژ نامی سلول مي باشد. يعنی هنگامي كه باتری به طور كامل شارژ است ولتاژ خروجی هر سلول با اين نام خوانده می شود. ولتاژ نامی يك باتری به واكنش های شيميايی درون آن بستگی دارد. مثلا ولتاژ خروجی باتری اسيدی ماشين 12V است و يك باتری سكه ای ليتيم 3V است.
مفهوم واژه نامی در اينجا بسيار مهم است مثلا يك باتری LiPo در هنگام شارژ كامل دارای ولتاژ 4.23 ولت می باشد و بعد از کمی استفاده به 3.7 ولت نامی می رسد و هنگامی كه تخليه می شود ولتاژ آن به 2.7 ولت هم می رسد. ولتاژ نامي در انواع باتری ها متفاوت است.

 واژه 3: Shape

Shapeبه معنای شكل می باشد. انواع باتری در شكل ها و اندازه های مختلف عرضه می شود. اصطلاح ‘AA’ و دیگر اصطلاحات که به شکل باتری مرتبط است را در زیر مشاهده می کنید:

انواع باتری قلمی

 واژه 4 : Primary VS Secondary

Primary به معنای اوليه مي باشد و در اينجا معادل مصرف شدنی می باشد يعنی باتری هايی كه فقط يك بار قابل استفاده اند و بعد از اتمام غير قابل استفاده اند. البته اين باتری ها را مدت زمان طولانی تری استفاده كرد. اين باتری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نيستند.

Secondary به معنای ثانويه می باشد و منظور باتری هايی است كه قابل شارژ هستند و بعد از تخليه شارژ آنها می توان دوباره آنها را شارژ كرد.

شکل و نوع باتریماده شیمیاییولتاژ نامیقابلیت شارژ مجدد
AA, AAA, C, and DAlkaline or Zinc-carbon1.5VNo
9VAlkaline or Zinc-carbon9VNo
Coin cellLithium3VNo
Silver Flat PackLithium Polymer (LiPo)3.7VYes
AA, AAA, C, D (Rechargeable)NiMH or NiCd1.2VYes
Car batterySix-cell lead-acid12.6VYes

 واژه 5: Energy Density

Energy Density به معنای چگالی انرژی مي باشد. با تركيب ظرفيت، شكل و اندازه می توان چگالی انرژی يك باتری را محاسبه كرد. تكنولوژی های متفاوت چگالی های انرژی متفاوتی را رقم زدند مثلا يك پك باتری ليتيم در يك حجم خاص چگالی انرژی بيشتری نسبت به آلكالاين و coin cell دارد.

 واژه 6: Internal Discharge Rate

Internal Discharge Rate به معنای نرخ تخليه درونی باتری می باشد. آيا تا حالا ماشينی كه 6 ماه متوقف بوده و تازه قراره استارت بزنيد رو روشن كرده ايد؟  باتري ها هنگامي كه بدون استفاده بمانند شروع به تخليه می كنند. نرخ اين تخليه در طی زمان يك پارامتر مهم برای هر باتری است.

 واژه 7: Safety

باتری ها اساسا به دليل اينكه انرژی الكتريكی را ذخيره می كنند قابل انفجار هستند. برای جلوگيری از ضرر و زيان ناشی از آن، باتری را بايد به شكل بسيار ايمن طراحی كرد. اكثر باتری های ليتيم پليمر در درونشان مدارهای خاصی دارند كه جهت جلوگيری از انفجار و آتش سوزی می باشد. ايمنی در انواع باتری ها متفاوت است.

 واژه 8: ولتاژ نامی

منحنی تخلیه شارژ باتری لیتیم پلیمر

يك سلول باتري LiPo ولتاژ نامی 3.7 ولت را دارد. هنگامي كه به طور كامل شارژ می شود يك سلول دارای ولتاژ 4.2 ولت است ولی به سرعت به مقدار ولتاژ نامی 3.7 ولت می رسد و هنگامی كه تخليه می شود اين ولتاژ حدود 3 ولت می شود.

اگر از يك باتری تك سلولی برای پروژه خود استفاده می كنيد بايد با استفاده از رگولاتور از عهده اين تغيير ولتاژها بر بيايد و چنانچه يك ولتاژ مثلا 5 ولت می خواهيد بايد دوتا سلول را به صورت سری با هم استفاده كنيد كه يك ولتاژ 7.4 ولت داريد و سپس اين ولتاژ را با رگولاتور به 5 ولت برسانيد.

شارژ و دشارژ باتری

نمونه ای از شارژ کردن یک باتری

برای باتری های تك سلولی Lipo شارژرهای متعددی وجود دارد كه معمولا با استفاده از USB باتری را شارژ مي كنند. باتری های LiPo در برابر شارژ بيش از حد آسيب پذيرند و حتما از شارژهای مخصوص خودشان استفاده كنيد. باتری های ليتيم پليمر در برابر تخليه شارژ بيش از حد آسيب پذيرند و معمولا در بالايشان يك مدار ايمن برای جلوگيری از تخليه بيش از حد و حفاظت از باتری دارند و چنانچه ولتاژ باتری به ولتاژ آستانه خود يعنی 3 ولت برسد جريان را قطع می كند.

باتری های لیتیم پلیمر (Lipo)

باتری های ليتيم پليمر دارای نرخ تخليه ولتاژ درونی كمی هستند و در صورتی كه باتری هايی برای مدت زمان كاركرد طولانی چند ماه لازم داريد اينگونه باتری مناسب هستند. همچنين اين باتری ها برای كاربردهای سيار هم مناسب هستند.

نمونه ای از شارژ کردن یک باتری

باتري هاي ليتيم پليمر يا به اختصار Lipo باتری های بسيار كاربردی در الكترونيك embedded هستند و به صورت گسترده ای استفاده مي شوند. در گوشی های موبايل به شكل گسترده ای از اين نوع باتری ها استفاده مي شود و نسبت به قيمتشان بسيار مقرون به صرفه است. شارژرهای اين باتری ها مخصوص است و نهايت دقت را در هنگام شارژ آنها داشته باشيد.

باتری های نیکل فلز

باتری هیبردی نیکل - فلز

Nickel Metal Hybrid باتری هيبريد نيكل-فلز كه به اختصار NiMH خوانده می شوند باتری هايی با قابليت شارژ مجدد هستند. اين باتری های ارزان هستند ولي از لحاظ چگالی انرژی داخلی كمتر از باتري های ليتيم پليمر هستند. در اين باتری ها بر خلاف باتری های ليتيم پليمر نيازی به نگران بودن درباره تخليه بيش از حد ولتاژ نيست. مثلا در مسواك های برقی از اين نوع باتری استفاده می شود و در صورتی كه ولتاژ آن از يك حدی كمتر شود دور مسواك كند می شود ولی باز هم می توانيد استفاده كنيد تا تخليه كامل صورت گيرد.

در ريش تراش های برقی هم از اين نوع باتری ها استفاده می شود. هر سلول آن دارای 1.2ولت ولتاژ نامی است تركيب چهارتا از اين باتری ها از نوع AA ولتاژ 4.8 ولت را توليد مي كند كه برای اكثر كاربردهای 5ولتی مناسب است.

باتری سکه ای

باتری سکه ای

Coin Cell

باتری های سكه ای برای موارد كوچك و پروژه ای كم مصرف بسيار مناسب است. اين نوع باتری ها را در ساعت های مچی و اكثر تجهيزات كوچك مصرفی به وفور می توان يافت. اين نوع باتری ها از انواع باتری های قابل شارژ نيستند و بعد از اتمام شارژ دور انداخته می شوند.

تكنولوژی ساخت باتری های سكه ای متفاوت است بعضی از آنها مشابه آلكالاين است و بعضی ديگر مشابه باتری های ليتيمی هستند. در صورتی كه باتری سكه ای آلكالاين باشد ولتاژ نامی هر سل آنها 1.5 ولت است و در صورتی كه باتری سكه ای ليتيمی باشد ولتاژ نامی هر سلول آن 3ولت است.

باتري های سكه ای در اندازه های مختلف وجود دارند كه هركدام با اندازه و ماده شيميايی بكار برده شده در آن طبقه بندی مي شود. تمامي باتری های سكه ای آلكالاين با حرف “L” شروع می شوند و تمامي باتری های سكه ای ليتيمی با “C” شروع می شوند. مثلا:

CR2032 به معني اين است كه يك باتری سكه ای ليتيم(ولتاژ نامي 3 ولت) داريم كه قطر آن 20 ميليمتر است و ضخامت آن 3.2 ميليمتر است.

LR1154 به معني يك باتری سكه ای آلكالاين(ولتاژ نامي 1.5 ولت) است كه قطر آن 11ميليمتر است و ضخامت آن 5.4 ميليمتر است.

باتری آلکالاین

باتری آلکالاین

همه ما با باتری آلكالاين آشنايی داريم و با آن بزرگ شده ايم. اين باتری ها ارزان، كاركرد آسان و ايمن هستند.

AAs و AAAs معمول ترين نوع باتری آلكالاين هستند كه ولتاژ نامی هر سلول آن 1.2 ولت است هرچند كه در اوايل  استفاده از آن حدود 1.5 ولت دارد. بخاطر اينكه ولتاژ نامی AAs حدود 1.2ولت است برای كاربردهای مختلف بايد چندتا از آن ها را در يك پك قرار داد. مثلا 3 تا از آنها را در يك پك قرار می دهيم تا ولتاژ 3.3 ولت را تامين كند يا چهار تا از آنها را در يك پك قرار می دهيم تا ولتاژ 5 ولت را تامين كند.

باتری های 9V

باتری آلکالاین 9 ولتی

باتری های 9V هم به وضوح دارای ولتاژ نامی 9 ولت هستند. اين نوع باتری ها كه با نام باتری های كتابی هم خوانده می شوند دارای يك كابل ارتباط هستند و مشكل آنها در تخليه سريع و دوام نداشتن است. ولی برای كارهای سيار می توانيد از آنها استفاده كنيد. 

باتری های لیتیم یون

اينگونه باتری ها مشابه باتری های ليتيم-پليمر هستند و تفاوت آنها در اندازه لايه های شيميايی مواد سازنده آنهاست كه باتری های ليتيم -پليمر سبك تر از باتری های ليتيم-يون هستند و مقاومت بيشتری در برابر شارژ بيش از حد و نشت مواد شيميايی نسبت به باتری های ليتيم-يون دارند. از طرفی باتری ليتيم-يون نسبت به ليتيم پليمر ارزان تر است و چگالی انرژی آن هم بالاتر است.

پک های باتری لیتیم یون

باتری اسیدی

باتری اسیدی ماشین

باتری مورد استفاده در خودروها معمولا از اين نوع باتری است چون هم ارزان است و نسبت به وزنش ولتاژ و جريان بالايی راتامين مي كند و شارژ آنها هم بسيار آسان است. اين باتری ها به صورت شبكه شبكه از سرب ساخته مي شوند كه به آن اسيدی-سربی هم می گويند و برای مقاومت بيشتر و خواص بيشتر فلزات ديگری هم با درصد كمی به آن اضافه می شود كه در بازار با نام كلسيم و… هم ديده می شوند. اين باتری ها وزن بيشتری دارند و دوام آنها نسبت به باتری های پايه ليتيم و پايه نيكل كمتر است. در بين انواع باتری ها اين نوع باتری از باتری های پركاربرد است.

باتری نیکل کادمیم

باتری نیکل - کادمیم

باتری نيكل-كادميوم يا به اختصار Ni-Cd جزو باتری های پايه نيكل است. امروزه به دليل سمی بودن فلز كادميوم اين نوع باتری جای خود را به باتری هيبريدی نيكل-فلز داده است و فقط در كاربردهای خاصی از آن استفاده می شود. سرعت شارژ اين نوع باتری ها در مقابل ديگر انواع باتری بسيار بالاست ولی قيمت آن هم نسبت به باتری های اسيدی بالاست.

مزاياي نيكل-كادميوم

  1. مقاومت داخلی كم
  2. سرعت شارژ بالا
  3. محدوده دمايی بالا

دوست عزیز به پایان این جلسه رسیدیم. اگر مایل هستید، با الکترونیک و قطعات الکترونیک با زبان ساده اما دقیق و یک بار برای همیشه آشنا شوید، میتوانید از لینک زیر استفاده کنید:

دوره آموزشی الکترونیک به زبان ساده