نحوه محاسبه زمان کارکرد باتری (زمان برق دهی باتری)

نحوه محاسبه زمان کارکرد باتری (زمان برق دهی باتری)

زمان کارکرد باتری یا زمان Back Up، همان مدت زمان تخلیه باتری است. گاهی نیاز است تا زمان برق دهی باتری وسایل الکتریکی را بدانید. وقتی هنگام خرید یو پی اس می‌پرسید «باتری این دستگاه چقدر دوام می‌آورد؟» یعنی می‌خواهید زمان کارکرد باتری آن را بدانید.

محاسبه زمان کارکرد باتری  با فرمول، چندان آسان نیست. در این مقاله قصد داریم به ساده ترین شکل، نحوه محاسبه زمان برق دهی باتری را توضیح دهیم. با باتری بازار همراه باشید.

 

 

زمان کارکرد باتری چیست؟

زمان کارکرد باتری یا زمان برق دهی باتری، مدت زمانی است که باتری قادرست انرژی الکتریکی را تأمین کند. به Back Up Time، زمان استقلال (Autonomy) و زمان دشارژ (تخلیه) نیز گفته می‌شود. برای انتخاب باتری مناسب نیازتان، باید به دو نکته توجه کنید:

  • مقدار بار باتری (انرژی باتری)
  • مقدار زمان استقلال یا زمان کارکرد باتری

 

 

کارکرد باتری ها چگونه است؟

کارکرد باتری ها چگونه است؟

یک منبع تغذیه ساده، رفتاری خطی دارد. رفتار خطی به معنی یکسان بودن میزان جریان ورودی و خروجی است. یعنی همان مقدار جریانی که تحویل گرفته می‌شود، همان مقدار نیز تحویل داده شود. به همین دلیل، محاسبه زمان دشارژ یک منبع تغذیه ساده، آسان است. و به راحتی از طریق جریان‌های ورودی و خروجی (بازده کولمبیک) بدست می‌آید.

اما باتری یک منبع تغذیه ساده نیست. مقدار جریانی که یک باتری تحویل می‌گیرد؛ با مقدار جریانی که تحویل می‌دهد یکسان نیست. زیرا باتری‌ها ضایعات ذاتی دارند. ضایعات ذاتی مثل مقاومت داخلی، باتری باعث اتلاف انرژی و کم شدن جریان باتری می‌شوند. در نتیجه محاسبه بازده کولمبیک برای باتری، کارایی 100 درصدی نخواهد داشت.

 

 

قانون Peukert و محاسبه زمان کارکرد باتری سرب اسید

از قانون Peukert، برای محاسبه ضریب کارایی باتری هنگام دشارژ استفاده می‌شود. دانشمند آلمانی به نام ویلهلم پویکرت، این قانون را با بررسی سرعت تخلیه باتری‌های سرب اسید، در نرخ‌های تخلیه مختلف در سال 1897 کشف کرد. به همین دلیل این قانون فقط برای باتری‌های سرب اسید، دقت صد در صدی دارد.

با توجه به اینکه افزایش سرعت تخلیه باتری، ظرفیت باتری را کاهش می‌دهد؛ پویکرت توانست فرمولی برای محاسبه میزان اتلاف انرژی باتری کشف کند. قانون Peukert، مقدار بازیابی باتری و مقاومت داخلی آن را در نظر گرفته و میزان ضریب کارایی باتری در زمان تخلیه را نشان می‌دهد.

در مقاله «انواع باتری خودرو» درمورد باتری سرب لید اسید بیشتر بخوانید.

 

 

تفسیر قانون Peukert

اگر زمان کارکرد باتری بدست آمده از قانون Peukert، عدد 1 یا نزدیک به 1 باشد، به معنی حداقل تلفات انرژی و کارایی خوب باتری است. اما اگر عدد بدست آمده بیشتر از 1 باشد، به معنی بازدهی و کارایی پایین باتری است.

برای مثال عدد Peukert بدست آمده برای باتری سرب اسید، بین 1.3 تا 1.5 است. که بازدهی تقریبا خوبی دارد. در زیر مقادیر مختلف عدد Peukert باتری سرب اسید در نمودار ظرفیت و جریان آورده شده است.

قانون Peukert و زمان کارکرد باتری

همانطور که می‌بینید، عدد Peukert برای باتری سرب اسید، از 1.08 تا 1.5 است. این بازه عدد پویکرت برای باتری سرب اسید، به دلیل الکترولیت‌های مختلف است. کارکرد باتری سرب اسید با الکترولیت جامد، بین 1.05 تا 1.15 است. همچنین برای باتری سرب اسید با الکترولیت ژل، کارکرد بین 1.1 تا 1.25 است. و کارکرد باتری سرب اسید با الکترولیت مایع، بین 1.2 تا 1.6 خواهد بود.

برای مثال، باتری سرب اسید با ظرفیت 120 آمپر ساعت (Ah) و جریان دشارژ 15 آمپر(A)، حدود 8 ساعت کارکرد دارد. اما این Back Up Time تئوری است. در واقعیت، اتلاف انرژی درون باتری یا همان اثر Peukert، زمان کارکرد باتری را کاهش می‌دهد. برای محاسبه مقدار واقعی Back Up Time، باید عدد زمان دشارژ بدست آمده را بر عدد Peukert تقسیم کنید. با تقسیم عدد 8 بر 1.3، زمان کارکرد 6.15 خواهد شد.

نکته مهم: با افزایش سن و فرسودگی باتری و همچنین افزایش دما، عدد Peukert آن افزایش می‌یابد. و در نتیجه زمان کارکرد باتری کاهش خواهد یافت. یعنی هر چه باتری فرسوده شود، Back Up Time آن کاهش می‌یابد.

 

 

نمودار Ragone و  محاسبه Back Up Time باتری‌های مبتنی بر لیتیوم و نیکل

برای محاسبه زمان کارکرد باتری‌هایی که بر پایه لیتیوم و نیکل هستند، از نمودار Ragone استفاده می‌کنند. نمودار Ragone ظرفیت باتری را بر اساس انرژی (Wh) و توان(W) نشان می‌دهد. خطوط مورب روی این نمودار، بیانگر مدت زمان تحویل جریان یا دشارژ باتری است. این نمودار بر خلاف نمودار پویکرت، Back Up Time باتری را، به هر دو صورت ساعت و دقیقه نیز نشان می‌دهد.

 

نمودار Ragone

در نمودار راگونی زیر، کارکرد 4 باتری لیتیوم یون و قدرت تخلیه آن‌ها بررسی شده است. این باتری‌ها عمدتا در لپ تاپ‌ها کاربرد دارد. باتری‌های بررسی شده در این نمودار عبارتند از:

  • یک عدد باتری لیتیوم فسفات آهن (LFP) به نامAPR18650M1. این باتری 123 آمپر جریان دارد. باتری A123 با ظرفیت 1100 میلی آمپر ساعت، جریان تخلیه 30 آمپری را فراهم می‌کند. باتریA123 ، کمترین انرژی خاص یا انرژی ویژه را دارد. اما قدرت تخلیه 30 آمپری بالایی در بین این 4 باتری، از خود نشان می‌دهد. در نتیجه زمان کارکرد بهتری نیز خواهد داشت.

( در ادامه انرژی خاص باتری را توضیح داده‌ایم.)

  • 2 مدل باتری لیتیوم اکسید منگنز (LMO) به نام‌هایUS18650VT  و Sanyo UR18650W. هر دوی این باتری‌ها، ظرفیت 1500 میلی آمپر ساتی داشته؛ و جریان تخلیه 20 آمپری دارند. باتری لیتیومی Sanyo UR18650W، انرژی خاص متوسطی دارد. اما نسبت به باتری لیتیومی Sanyo UR18650F قدرت تخلیه بیشتری(جریان 20 آمپری) دارد.
  • و یک باتری باتری نیکل منگنز کبالت (NMC) به نام Sanyo UR18650F. این باتری 2600 میلی آمپر ساعتی، انرژی خاص بسیار بالایی دارد. و می‌تواند یک دوچرخه برقی یا لپ تاپ را ساعت‌ها برق دهی کند.  این باتری در عین داشتن انرژی تخلیه بالا، کم‌ترین قدرت تخلیه را بین این 4 باتری لیتیومی دارد.

نمودار Ragone و  محاسبه زمان کارکرد باتری ‌های مبتنی بر لیتیوم و نیکل

در نمودار بالا مشاهده می‌کنید که؛ زمان کارکرد باتری A123، برای 40 وات برق دهی، 3.3 دقیقه است. در حالی که باتری سانیوF، در همان زمان می‌تواند 36 وات برق را تامین کند. این نشان می‌دهد که ظرفیت باتری سانیوF کمتر از A123 است. اگر خط 3.3 دقیقه را دنبال کنیم، خواهیم دید که باتری سانیوW، مدت Back Up بیشتری داشته و می‌تواند در همین زمان، حدود 70 وات برق را تحویل دهد. پس محدودیت قدرت تخلیه این باتری کمتر از بقیه است.

همچنین توجه به راه های افزایش ایمنی باتری لیتیوم یون، باعث افزایش مدت زمان کارکرد و عمر باتری خواهد شد.

 

 

انرژی خاص باتری چیست؟

انرژی خاص یا انرژی ویژه، میزان ظرفیت باتری را نسبت به وزن آن بیان می‌کند. واحد انرژی خاص وات ساعت بر کیلوگرم(Wh /  Kg) است. نمودار راگونی زیر بر اساس انرژی خاص می‌باشد.

نمودار راگونی بر اساس انرژی خاص

 

 

فرمول محاسبه زمان کارکرد باتری (Backup Time)

نمودارهای مورد استفاده برای محاسبه زمان کارکرد باتری، در شرایط موقت و خاص کاربرد دارند. یعنی بسیاری از عوامل بیرونی ممکن است روی شرایط یک باتری تاثیر گذاشته و Backup Time آن را دستخوش تغییراتی کنند. پس دقت کنید که زمان پشتیبانی باتری که معادل با 70 تا 80 درصد ظرفیت آن باشد، قابل قبول است.

مدت برق دهی باتری، فرمولی نیز دارد که در زیر آورده‌ایم. اگر می‌خواهید به طور دقیق زمان کارکرد باتری مورد نظر خود را حساب کنید، از این فرمول استفاده کنید.

فرمول-محاسبه-زمان-کارکرد-باتری

 

 

عوامل تأثیر گذار روی زمان کارکرد باتری

در زیر به توضیح برخی از مهم‌ترین عواملی که روی زمان کارکرد باتری تاثیر می‌گذارند، می‌پردازیم.

 

  • افزایش جریان خروجی باتری

افزایش جریان خروجی باتری و زمان کارکرد باتری

افزایش فشار بار الکتریکی بر روی باتری، به معنی افزایش جریان دشارژ باتری است. یعنی میزان جریان بیشتری از باتری بکشیم. این‌کار باعث افزایش اتلاف انرژی در باتری شده و کارایی باتری (Back Up Time) را کم خواهد کرد.

 

  • دما

دما و زمان کارکرد باتری

افزایش یا کاهش دما بر زمان کارکرد باتری تاثیر می‌گذارد. زیرا افزایش یا کاهش بیش از حد دما، باعث افزایش اتلاف انرژی در باتری خواهد شد. به همین دلیل Back Up Time نیز کم می‌شود.

 

  • سن باتری

سن باتری و زمان کارکرد باتری

هر چه از عمر باتری بگذرد، زمان کارکرد آن کاهش می‌یابد. باتری‌های فرسوده رفته رفته ظرفیت اسمی خود را از دست می‌دهند. و در نتیجه Back Up Time کمتری خواهند داشت.

 

  • دوره استراحت باتری

دوره استراحت باتری و زمان کارکرد باتری

برای افزایش زمان کارکرد باتری، بهتر هر چند مدت یکبار، به باتری استراحت کوتاهی بدهید. این‌کار باعث می‌شود که مواد فعال داخل باتری بهتر ترکیب شده. و واکنش شیمیایی بهتری داشته باشند.

همچنین دوره استراحت، باعث افزایش عمر مفید باتری خواهد شد.

 

  • نوسانات برق

نوسانات برق و زمان کارکرد باتری

نوسان برق در باتری شارژی، اگر مکررا رخ دهد، باعث کاهش ظرفیت باتری و به دنبال آن کاهش زمان کارکرد باتری خواهد شد. از این رو حتما از استابلایز، باتری خانگی یا یو پی اس، بر سر راه برق ورودی خانه استفاده کنید.

 

 

کلام آخر

انواع باتری‌ها، ظرفیت و آمپرساعت‌های مختلفی دارند. اگر میزان مدت تخلیه باتری برایتان مهم باشد، لازم است تا محاسبه دقیقی برای زمان کارکرد باتری مورد نیاز خود انجام دهید.تا باتری با ظرفیت مناسب بخرید.

در این مقاله راه‌هایی آسان برای محاسبه زمان برق دهی باتری بیان کردیم. هر کدام را جداگانه بررسی کرده. و عوامل مهم تأثیرگذار روی مدت برق دهی باتری را توضیح دادیم.

اگر هر گونه سوالی در این مورد داشتید، از طریق قسمت نظرات مطرح کنید. کارشناسان باتری بازار در اسرع وقت پاسخگو خواهند بود.

 

 

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

اسکرول به بالا