باتری های سرب اسید و باتری های لیتیومی
1. باتری های سرب اسید
1.1 باتری های سرب اسید چیست؟
● باتری سرب اسید یک باتری ذخیره سازی است که الکترودهای آن عمدتاً از آن ساخته شده استرهبریو آناکسیدها، و الکترولیت آن استمحلول اسید سولفوریک.
● ولتاژ اسمی باتری سرب اسیدی تک سلولی است2.0 ولت، که می تواند تا 1.5 ولت دشارژ شود و تا 2.4 ولت شارژ شود.
● در برنامه های کاربردی،6 تک سلولیباتری های سرب اسید اغلب به صورت سری به هم متصل می شوند تا یک اسمی تشکیل دهند12 ولتباتری سربی - اسیدی.
1.2 ساختار باتری سرب اسید
● در حالت دشارژ باتری های سرب اسیدی جزء اصلی الکترود مثبت دی اکسید سرب است و جریان از الکترود مثبت به الکترود منفی می رسد و جزء اصلی الکترود منفی سرب است.
● در حالت شارژ باتری های سرب اسید، اجزای اصلی الکترودهای مثبت و منفی سولفات سرب است و جریان از الکترود مثبت به الکترود منفی می رسد.
●باتری های گرافن: افزودنی های رسانای گرافنبه مواد الکترود مثبت و منفی اضافه می شود،مواد الکترود کامپوزیت گرافنبه الکترود مثبت اضافه می شوند ولایه های عملکردی گرافنبه لایه های رسانا اضافه می شوند.
1.3 اطلاعات روی گواهی نشان دهنده چیست؟
●6-DZF-20:6 یعنی وجود دارد6 شبکه، هر شبکه یک ولتاژ دارد2Vو ولتاژ متصل شده به صورت سری 12 ولت است و 20 به این معنی است که باتری ظرفیت دارد20 هجری قمری.
● D (برقی)، Z (با کمک برق)، F (باتری بدون نیاز به تعمیر و نگهداری با تنظیم سوپاپ).
●DZM:D (برقی)، Z (خودروی برقی)، M (باتری مهر و موم شده بدون نیاز به تعمیر و نگهداری).
●EVF:EV (خودروی باتری دار)، F (باتری بدون نیاز به تعمیر و نگهداری با تنظیم سوپاپ).
1.4 تفاوت بین شیر کنترل شده و آب بندی شده
●باتری بدون نیاز به تعمیر و نگهداری با تنظیم سوپاپ:بدون نیاز به اضافه کردن آب یا اسید برای نگهداری، باتری خود یک ساختار مهر و موم شده است،بدون نشت اسید یا غبار اسیدی، با ایمنی یک طرفهسوپاپ اگزوز، هنگامی که گاز داخلی از مقدار معینی فراتر رفت، دریچه اگزوز به طور خودکار باز می شود تا گاز تخلیه شود.
●باتری سرب اسیدی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری:کل باتری استکاملا محصور شده (واکنش ردوکس باتری در داخل پوسته مهر و موم شده به گردش در می آید)، بنابراین باتری بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، سرریز «گاز مضر» ندارد
2. باتری های لیتیومی
2.1 باتری های لیتیومی چیست؟
● باتری های لیتیومی نوعی باتری هستند که استفاده می کنندفلز لیتیوم or آلیاژ لیتیومبه عنوان مواد الکترود مثبت/منفی و از محلول های الکترولیت غیر آبی استفاده می کند.(نمک های لیتیوم و حلال های آلی)
2.2 طبقه بندی باتری لیتیومی
●باتری‌های لیتیومی را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: باتری های لیتیوم فلزی و باتری های لیتیوم یونی.باتری های لیتیوم یونی از نظر ایمنی، ظرفیت خاص، میزان خود تخلیه و نسبت عملکرد به قیمت نسبت به باتری های فلزی لیتیوم برتری دارند.
● با توجه به نیازهای تکنولوژیکی بالای خود، تنها شرکت هایی در چند کشور این نوع باتری فلزی لیتیومی را تولید می کنند.
2.3 باتری لیتیوم یونی
| مواد الکترود مثبت | ولتاژ اسمی | تراکم انرژی | چرخه زندگی | هزینه | امنیت | زمان چرخه | دمای عملیاتی معمولی |
| اکسید لیتیوم کبالت (LCO) | 3.7 ولت | متوسط | کم | بالا | کم | ≥500 300-500 | فسفات آهن لیتیوم: -20℃~65℃ لیتیوم سه تایی: -20℃~45℃باتری های لیتیومی سه تایی در دماهای پایین کارآمدتر از فسفات آهن لیتیوم هستند، اما به اندازه فسفات آهن لیتیوم در برابر دماهای بالا مقاوم نیستند.با این حال، این بستگی به شرایط خاص هر کارخانه باتری دارد. |
| اکسید لیتیوم منگنز (LMO) | 3.6 ولت | کم | متوسط | کم | متوسط | ≥500 800-1000 | |
| اکسید لیتیوم نیکل (LNO) | 3.6 ولت | بالا | کم | بالا | کم | اطلاعاتی وجود ندارد | |
| لیتیوم فسفات آهن (LFP) | 3.2 ولت | متوسط | بالا | کم | بالا | 1200-1500 | |
| آلومینیوم نیکل کبالت (NCA) | 3.6 ولت | بالا | متوسط | متوسط | کم | ≥500 800-1200 | |
| نیکل کبالت منگنز (NCM) | 3.6 ولت | بالا | بالا | متوسط | کم | ≥1000 800-1200 |
●مواد الکترود منفی:گرافیت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.علاوه بر این، فلز لیتیوم، آلیاژ لیتیوم، الکترود منفی سیلیکون کربن، مواد الکترود منفی اکسید و غیره نیز می توانند برای الکترود منفی استفاده شوند.
● در مقایسه، لیتیوم فسفات آهن مقرون به صرفه ترین ماده الکترود مثبت است.
2.4 طبقه بندی شکل باتری لیتیوم یون
باتری لیتیوم یون استوانه ای
باتری لیتیوم یون منشوری
باتری لیتیوم یون دکمه ای
باتری لیتیوم یونی با شکل خاص
باتری بسته نرم
● اشکال رایج مورد استفاده برای باتری خودروهای الکتریکی:بسته بندی استوانه ای و نرم
● باتری لیتیومی استوانه ای:
● مزایا: فن آوری بالغ، کم هزینه، انرژی تک کوچک، آسان برای کنترل، اتلاف گرما خوب
● معایب:تعداد زیادی بسته باتری، وزن نسبتاً سنگین، چگالی انرژی کمی کمتر
● باتری لیتیومی بسته نرم:
● مزایا: روش ساخت روی هم قرار گرفته، نازک‌تر، سبک‌تر، چگالی انرژی بالاتر، تغییرات بیشتر هنگام تشکیل بسته باتری
● معایب:عملکرد کلی ضعیف بسته باتری (سازگاری)، مقاوم نبودن به دمای بالا، استاندارد کردن آسان، هزینه بالا
● کدام شکل برای باتری های لیتیومی بهتر است؟در واقع، هیچ پاسخ مطلقی وجود ندارد، عمدتا به تقاضا بستگی دارد
● اگر می‌خواهید هزینه کم و عملکرد کلی خوب داشته باشید: باتری لیتیومی استوانه‌ای > باتری لیتیومی بسته نرم
● اگر اندازه کوچک، سبک و چگالی انرژی بالا می‌خواهید: باتری لیتیومی بسته نرم > باتری لیتیومی استوانه‌ای
2.5 ساختار باتری لیتیومی
● 18650: 18 میلی متر نشان دهنده قطر باتری، 65 میلی متر نشان دهنده ارتفاع باتری، 0 نشان دهنده شکل استوانه ای است.، و غیره
● محاسبه باتری لیتیومی 12v20h: فرض کنید ولتاژ اسمی باتری 18650 3.7 ولت (4.2 ولت در صورت شارژ کامل) و ظرفیت آن 2000 ساعت (2 ساعت) است.
● برای دریافت 12 ولت، به 3 باتری 18650 (12/3.7≈3) نیاز دارید.
● برای گرفتن 20 ساعت، 20/2=10، به 10 گروه باتری نیاز دارید که هر کدام 3 ولت 12 ولتی دارند.
● 3 سری 12 ولت، 10 به صورت موازی 20 ساعت است، یعنی 12 ولت 20 ساعت (در مجموع 30 سلول 18650 مورد نیاز است)
● هنگام تخلیه، جریان از الکترود منفی به الکترود مثبت می رسد
● هنگام شارژ، جریان از الکترود مثبت به الکترود منفی می رسد
3. مقایسه بین باتری لیتیوم، باتری سرب اسید و باتری گرافن
| مقایسه | باتری لیتیومی | باتری سربی - اسیدی | باتری گرافن |
| قیمت | بالا | کم | متوسط |
| ضریب ایمنی | کم | بالا | نسبتا بالا |
| حجم و وزن | اندازه کوچک، وزن سبک | سایز بزرگ و وزن سنگین | حجم زیاد، سنگین تر از باتری سرب اسید |
| عمر باتری | بالا | طبیعی | بالاتر از باتری سرب اسید، پایین تر از باتری لیتیومی |
| طول عمر | 4 سال (لیتیوم سه تایی: 800-1200 بار لیتیوم فسفات آهن: 1200-1500 بار) | 3 سال (3-500 بار) | 3 سال (بیش از 500 بار) |
| قابل حمل بودن | انعطاف پذیر و حمل آسان | قابل شارژ نیست | قابل شارژ نیست |
| تعمیر | غیر قابل تعمیر | قابل تعمیر | قابل تعمیر |
● هیچ پاسخ مطلقی وجود ندارد که کدام باتری برای خودروهای الکتریکی بهتر است.این عمدتا به تقاضا برای باتری بستگی دارد.
● از نظر عمر و عمر باتری: باتری لیتیومی > گرافن > اسید سرب.
● از نظر قیمت و ضریب ایمنی: سرب اسید > گرافن > باتری لیتیومی.
● از نظر قابلیت حمل: باتری لیتیوم > اسید سرب = گرافن.
4. گواهی های مربوط به باتری
● باتری سرب اسیدی: اگر باتری سرب اسید تست ارتعاش، اختلاف فشار و دمای 55 درجه سانتیگراد را پشت سر بگذارد، می تواند از حمل و نقل بار معمولی معاف شود.اگر سه آزمایش را پشت سر نگذارد، جزو کالاهای خطرناک دسته 8 (مواد خورنده) طبقه بندی می شود.
● گواهی های رایج عبارتند از:
●گواهی حمل و نقل ایمن کالاهای شیمیایی(حمل و نقل هوایی / دریایی)؛
●MSDS(برگ اطلاعات ایمنی مواد)؛
● باتری لیتیومی: طبقه بندی شده به عنوان صادرات کالاهای خطرناک کلاس 9
● گواهی های رایج عبارتند از: باتری های لیتیومی معمولاً UN38.3، UN3480، UN3481 و UN3171، گواهی بسته کالاهای خطرناک، گزارش ارزیابی شرایط حمل و نقل کالا
●UN38.3گزارش بازرسی ایمنی
●UN3480بسته باتری لیتیوم یون
●UN3481باتری لیتیوم یون نصب شده در تجهیزات یا باتری الکترونیکی لیتیومی و تجهیزات بسته بندی شده با هم (همان کابینت کالاهای خطرناک)
●UN3171وسیله نقلیه باتری دار یا تجهیزات باتری دار (باتری قرار داده شده در ماشین، همان کابینت کالاهای خطرناک)
5. مسائل مربوط به باتری
● باتری های سرب اسیدی برای مدت طولانی مورد استفاده قرار می گیرند و اتصالات فلزی داخل باتری مستعد شکستگی هستند و باعث اتصال کوتاه و احتراق خود به خود می شوند.عمر باتری های لیتیومی به پایان رسیده است و هسته باتری پیر شده و نشتی دارد که به راحتی می تواند باعث اتصال کوتاه و دمای بالا شود.
باتری های سرب اسیدی
باتری لیتیومی
● اصلاح غیرمجاز: کاربران مدار باتری را بدون مجوز تغییر می دهند که بر عملکرد ایمنی مدار الکتریکی خودرو تأثیر می گذارد.اصلاح نادرست باعث می شود که مدار خودرو اضافه بار، بارگذاری بیش از حد، گرما و اتصال کوتاه شود.
باتری های سرب اسیدی
باتری لیتیومی
● خرابی شارژر.اگر شارژر برای مدت طولانی در خودرو بماند و تکان بخورد، به راحتی می توان باعث شل شدن خازن ها و مقاومت های موجود در شارژر شد که به راحتی می تواند منجر به شارژ بیش از حد باتری شود.استفاده از شارژر اشتباه نیز می تواند باعث شارژ بیش از حد شود.
● دوچرخه های برقی در معرض نور خورشید هستند.در تابستان دمای هوا زیاد است و پارک دوچرخه برقی در بیرون و زیر نور آفتاب مناسب نیست.دمای داخل باتری همچنان افزایش می یابد.اگر بلافاصله پس از بازگشت به خانه از محل کار، باتری را شارژ کنید، دمای داخل باتری همچنان بالا می‌رود.هنگامی که به دمای بحرانی می رسد، به راحتی خود به خود مشتعل می شود.
● موتورسیکلت های برقی در هنگام باران شدید به راحتی در آب خیس می شوند.باتری های لیتیومی پس از خیساندن در آب قابل استفاده نیستند.خودروهای برقی با باتری سرب اسیدی پس از خیساندن در آب باید در تعمیرگاه تعمیر شوند.
6. تعمیر و نگهداری روزانه و استفاده از باتری ها و غیره
● از شارژ و تخلیه بیش از حد باتری خودداری کنید
شارژ بیش از حد:به طور کلی، شمع های شارژ برای شارژ در چین استفاده می شود.پس از شارژ کامل، منبع تغذیه به طور خودکار قطع می شود.هنگام شارژ با شارژر، پس از شارژ کامل، برق به طور خودکار قطع می شود.علاوه بر شارژرهای معمولی بدون عملکرد شارژ کامل، در صورت شارژ کامل، با جریان کمی به شارژ ادامه می‌دهند که برای مدت طولانی بر عمر تأثیر می‌گذارد.
تخلیه بیش از حد:به طور کلی توصیه می شود زمانی که 20 درصد برق باقی مانده است، باتری را شارژ کنید.شارژ با قدرت کم برای مدت طولانی باعث می شود باتری کم ولتاژ شود و ممکن است شارژ نشود.باید دوباره فعال شود و ممکن است فعال نشود.
● از مصرف آن در شرایط دمایی بالا و پایین خودداری کنید.دمای بالا باعث تشدید واکنش شیمیایی و تولید گرمای زیادی می شود.هنگامی که گرما به یک مقدار بحرانی خاص می رسد، باعث سوختن و انفجار باتری می شود.
● از شارژ سریع خودداری کنیدکه باعث تغییر در ساختار داخلی و ناپایداری خواهد شد.در همان زمان، باتری گرم می شود و عمر باتری را تحت تأثیر قرار می دهد.با توجه به ویژگی های باتری های لیتیومی مختلف، برای باتری اکسید منگنز لیتیوم 20 آمپر، استفاده از شارژر 5 آمپر و شارژر 4 آمپر در شرایط استفاده یکسان، استفاده از شارژر 5 آمپر باعث کاهش حدود 100 برابری چرخه می شود.
●اگر وسیله نقلیه الکتریکی برای مدت طولانی استفاده نمی شود، سعی کنید آن را یک بار در هفته یا هر بار شارژ کنید 15 روز.باتری سرب اسیدی هر روز حدود 0.5 درصد از توان خود را مصرف می کند.وقتی روی ماشین جدید نصب شود سریعتر مصرف می کند.
باتری های لیتیومی نیز انرژی مصرف می کنند.اگر باتری برای مدت طولانی شارژ نشود، در حالت قطع برق خواهد بود و ممکن است باتری غیر قابل استفاده باشد.
یک باتری کاملاً جدید که از بسته بندی باز نشده است باید یک بار بیش از یک بار شارژ شود100 روز.
●اگر باتری برای مدت طولانی استفاده شده باشدباتری سرب اسیدی را می توان با الکترولیت یا آب توسط افراد حرفه ای اضافه کرد تا برای مدتی استفاده شود، اما در شرایط عادی توصیه می شود باتری جدید را مستقیماً تعویض کنید.باتری لیتیومی بازده پایینی دارد و قابل تعمیر نیست.توصیه می شود باتری جدید را مستقیماً تعویض کنید.
●مشکل شارژ: شارژر باید از مدل منطبق استفاده کند.60 ولت نمی تواند باتری های 48 ولت را شارژ کند، 60 ولت سرب اسید نمی تواند باتری های لیتیوم 60 ولت را شارژ کند وشارژرهای سربی اسید و شارژرهای باتری لیتیومی را نمی توان به جای هم استفاده کرد.
اگر زمان شارژ بیشتر از حد معمول است، توصیه می شود کابل شارژ را از برق بکشید و شارژ را متوقف کنید.توجه داشته باشید که آیا باتری تغییر شکل داده یا آسیب دیده است.
●عمر باتری = ولتاژ × آمپر باتری × سرعت ÷ قدرت موتور این فرمول برای همه مدل ها به خصوص مدل های موتور پرقدرت مناسب نیست.ترکیب با داده های استفاده اکثر کاربران زن، روش به شرح زیر است:
باتری لیتیومی 48 ولت، 1 آمپر = 2.5 کیلومتر، باتری لیتیوم 60 ولت، باتری لیتیومی 1 آمپر = 3 کیلومتر، باتری لیتیومی 72 ولت، 1 آمپر = 3.5 کیلومتر، اسید سرب حدود 10 درصد کمتر از باتری لیتیومی است.
باتری 48 ولت می تواند 2.5 کیلومتر در آمپر کار کند (48V20A 20×2.5=50 کیلومتر)
باتری 60 ولت می تواند 3 کیلومتر در آمپر کار کند (60V20A 20×3=60 کیلومتر)
باتری 72 ولت می تواند 3.5 کیلومتر در آمپر کار کند (72V20A 20×3.5=70 کیلومتر)
●ظرفیت باتری / A شارژر برابر با زمان شارژ است, زمان شارژ = ظرفیت باتری / شارژر یک عدد مثلا 20A/4A = 5 ساعت اما چون راندمان شارژ پس از شارژ تا 80% کندتر می شود (پالس جریان را کاهش می دهد) بنابراین معمولاً 5-6 می نویسند. ساعت یا 6-7 ساعت (برای بیمه)
