Lithium Battery
باتری لیتیوم
تاریخچه و تحول باتریها
در سال ۱۸۵۰ میلادی، نخستین باتری سیلد اسید با چگالی انرژی حدود ۳۰ واتساعت بر کیلوگرم در فرانسه تولید شد. چند دهه بعد، در سال ۱۸۹۰، باتری نیکل-کادمیوم با چگالی انرژی حدود ۵۰ واتساعت بر کیلوگرم به بازار معرفی شد.
با گذر زمان، ورود باتریهای لیتیومی انقلابی در صنعت ذخیرهسازی انرژی ایجاد کرد. این باتریها با کاهش وزن ۴۰ تا ۵۰ درصدی و افزایش چگالی انرژی تا حدود ۲۰۰ واتساعت بر کیلوگرم، بهسرعت جایگزین نسلهای قبلی شدند.
مزایای باتریهای لیتیومی
باتریهای لیتیومی نسبت به سایر فناوریها، دو مزیت اساسی دارند:
چگالی انرژی و توان بالا
نرخ خودتخلیه (Self-Discharge) بسیار پایین
همچنین این باتریها سازگارتر با محیط زیست هستند و به همین دلیل، بهسرعت در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفتند.
انواع باتریها
بهطور کلی، باتریها به دو گروه تقسیم میشوند:
باتریهای اولیه (Primary): غیرقابل شارژ
باتریهای ثانویه (Secondary): قابل شارژ
بسیاری از باتریهای لیتیومی در گروه دوم قرار میگیرند و پس از هر بار دشارژ، دوباره قابل شارژ هستند.
سیکل عمر و ساختار باتری لیتیوم
باتریهای لیتیومی در مقایسه با باتریهای سیلد اسید، تعداد سیکل شارژ و دشارژ بسیار بالاتری دارند (گاهی تا بیش از ۱۰۰۰ سیکل). نامگذاری باتریهای لیتیومی نیز بر اساس ترکیب قطب مثبت آنها انجام میشود؛ شبرای مثال، در باتری «لیتیوم فسفات آهن (LFP)» الکترود مثبت از ترکیب آهن و فسفات ساخته شده است.
باتری لیتیوم فسفات آهن (LFP)
این مدل از باتریهای لیتیوم بهدلیل ایمنی بالا، پایداری حرارتی مناسب و قیمت کمتر نسبت به سایر انواع لیتیوم-یون، کاربرد گستردهای دارد.
ولتاژ اسمی هر سلول LFP حدود ۳.۲ ولت است و اگرچه چگالی انرژی آن کمی کمتر از باتریهای لیتیوم-یون است، اما دوام و ایمنی بالاتر آن موجب شده در خودروهای برقی بهطور گسترده استفاده شود.
بر اساس پیشبینیها، تولید جهانی باتریهای LFP تا سال ۲۰۲۵ به حدود ۷۷۰ گیگاواتساعت خواهد رسید.
سیستم مدیریت باتری (BMS)
سیستم مدیریت باتری یا Battery Management System (BMS) مسئول کنترل و نظارت بر عملکرد باتریهای لیتیومی است.
پارامترهای کلیدی در این سیستم عبارتاند از:
- SOC (State of Charge): میزان شارژ
- SOH (State of Health): وضعیت سلامت
- SOP (State of Power): وضعیت توان
از دیگر وظایف BMS میتوان به کنترل دما Termal management system (TMS)، پایش مقاومت داخلی و بهینهسازی استراتژی شارژ اشاره کرد.
نحوه اتصال سلولها
سلولهای باتری لیتیوم معمولاً به دو روش متصل میشوند:
S (سری): افزایش ولتاژ
P (موازی): افزایش جریان
بهعنوان مثال، در ساختار «۴S۲P» چهار سلول بهصورت سری و سپس دو مجموعهی چهارتایی بهصورت موازی متصل میشوند. طراحی صحیح این ترکیب نقش مهمی در ایمنی و عملکرد باتری دارد.
نکات مهم در بهرهبرداری از باتری لیتیومی
دمای عملکرد برای باتریهای لیتیومی، بین صفر تا 20 درجه بوده و در دمای منفی کارایی باتری کاهش می یابد.
روش متداول شارژ این باتریها CC-CV (جریان ثابت – ولتاژ ثابت) است.
بالانسینگ سلولها هنگام شارژ، برای افزایش عمر پک باتری ضروری است. در این فرآیند، سلولها بهگونهای کنترل میشوند تا همگی در سطح شارژ یکسان قرار گیرند.
پک باتری لیتیوم
یکی دیگر از نکات بسیار مهمی که باید به آن توجه ویژه داشت، بحث سورتینگ سلول های باتری در زمان مونتاژ پک باتری لیتیوم است. به این فرآیند اصطلاحا روش غربالگری (اسکرینینگ متد) یا روش اتصال سلول ها به یکدیگر گفته می شود.
این روش ها بر اساس معیارهای مختلفی مانند امپدانس، ولتاژ یا سایر پارامترهای سلول تعریف می شوند تا سلول های مشابه در کنار هم قرار گیرند.
نکته حائز اهمیت این است که در پکی که خروجی نهایی را تامین می کند، استراتژی انتخاب سورتینگ ما نقش بسیار تعیین کننده ای دارد.
از دیگر پارامترهای کلیدی در پک باتری های لیتیومی، موضوع بالانسینگ است. مفهوم بالانسینگ این است که مطمئن شویم تمام سلول های موجود در پک ما به یک اندازه شارژ شده و به یک اندازه دشارژ می شوند.
برای دستیابی به این هدف از روش های مختلفی استفاده می شود. ساده ترین روش استفاده از مقاومت های موازی در کنار باتری هاست.
از معایب این روش می توان به اتلاف توان اشاره کرد. در روش های پیشرفته تر، با استفاده از خازن، سلف یا ترانزیستور میتوان بهینه ترین روش بالانسینگ را برای شارژ و دشارژ پک باتری به کار گرفت.
درخواست مشاوره
برای دریافت مشاوره رایگان درباره تامین و تعمیر باتری های لیتیومی، با ما تماس بگیرید