ولتاژ ذخیره سازی توصیه شده برای باتری لیتیوم یون پلیمری 3.7 ولت 500 میلی آمپر ساعت چقدر است؟

اگر در حال خواندن این مطلب هستید، به احتمال زیاد یا یک طراح محصول هستید که سلول‌های پلیمری لیتیوم یونی (LiPo) قابل اعتماد را تامین می‌کند، یا یک علاقه‌مند به ساخت وسایل الکترونیکی سفارشی، یا فردی هستید که در جستجوی «ولتاژ ذخیره‌سازی باتری لیتیوم 3.7 ولتی 500 میلی‌آمپر ساعتی» هستید، زیرا نمی‌خواهید سلول‌هایی را که ما در پشت باتری لیپو سرمایه‌گذاری کرده‌اید، خراب کنید. روز - و دلیل خوبی دارد. نگهداری نادرست این باتری ها یکی از رایج ترین (و پرهزینه ترین) اشتباهاتی است که مشتریان مرتکب می شوند. ما مشتریانی داشته‌ایم که سلول‌های مرده 3.7 ولتی 500 میلی‌آمپر ساعتی که هرگز استفاده نشده‌اند، به ما مراجعه کرده‌اند، همه این‌ها به این دلیل است که آنها را با شارژ کامل ذخیره کرده یا در یک آخر هفته طولانی به طور کامل تخلیه کرده‌اند.

ابتدا، اجازه دهید از طریق اصطلاحات اصطلاحی کوتاه کنیم تا این را در زمینه دنیای واقعی پایه گذاری کنیم. درجه بندی 3.7 ولت در اینجا ولتاژ اسمی است، نه ولتاژ کاری ثابت سلول. باتری های LiPo دارای یک پنجره شارژ بین تقریباً 3.0 ولت ("ولتاژ پایان" تخلیه شده) و 4.2 ولت (شارژ کامل) هستند. این شکاف بسیار مهم است: ذخیره سازی یک سلول در هر دو نقطه برای مدت طولانی باعث ایجاد واکنش های شیمیایی می شود که ظرفیت آن را در طول زمان از بین می برد. برای یک واحد 3.7 ولتی 500 میلی‌آمپر ساعتی - به اندازه کافی برای ابزارهای پوشیدنی، ردیاب‌های بلوتوث یا حسگرهای کوچک اینترنت اشیا کوچک است - از دست دادن ظرفیت فقط یک ناراحتی جزئی نیست. می‌تواند حتی قبل از اینکه وارد بازار شود، عملکرد دستگاه شما را ضعیف کند یا باعث شود نتوانید یک نمونه اولیه در اواسط پروژه را تامین کنید.

در طول 8 سالی که با سلول‌های LiPo کار می‌کردم، افراد زیادی را دیدم که به طور پیش فرض این ایده را داشتند که «باتری را در جایی که شارژ می‌کنید ذخیره می‌کنید»، اما اینطور نیست. شیمی سلولی LiPo نسبت به باتری‌های قدیمی NiMH یا سرب اسیدی به ولتاژهای طولانی یا پایین بسیار حساس‌تر است. هنگامی که یک سلول 3.7 ولت 500 میلی آمپر ساعتی را به 4.2 ولت شارژ می کنید و آن را برای ماه ها در آنجا می گذارید، ولتاژ بالا لایه اینترفاز الکترولیت جامد (SEI) روی آند را می شکند. این لایه SEI مانند یک غشای محافظ است – اگر خراب شود، یون‌های لیتیوم در رسوبات بی‌فایده به دام می‌افتند و باتری شما برای همیشه ظرفیت خود را از دست می‌دهد. از طرف دیگر، تخلیه سلول تا 3.0 ولت (یا کمتر) برای ذخیره، کاتد را مجبور می‌کند تا یون‌های لیتیوم زیادی آزاد کند، که باعث آسیب ساختاری می‌شود که عمر چرخه را به شدت کوتاه می‌کند.

بنابراین نقطه شیرین برای ولتاژ ذخیره سازی چیست؟ پس از آزمایش هزاران سلول و کار با شیمیدان‌های باتری برای تأیید بهترین روش‌های کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیکی (IEC) و تولیدکنندگان سلول‌های لیتیومی، ولتاژ ذخیره‌سازی توصیه‌شده برای هر باتری اسمی LiPo 3.7 ولت 3.8 ولت تا 3.9 ولت در هر سلول است. این دقیقاً همان چیزی است که تیم مهندسی ما برای همه خطوط استاندارد LiPo ما، از جمله پیشنهاد اصلی ما، مشخص می کند: باتری لیتیوم یون پلیمر 3.7 ولت 500 میلی آمپر ساعت. ما هر واحدی را طوری می‌سازیم که این ولتاژ را تا یک سال با کمتر از 5 درصد کاهش ظرفیت نگه دارد - چیزی که فقط با کالیبره کردن خطوط تولید خود برای حفظ محدوده ولتاژ دقیق در طول آزمایش نهایی و بسته‌بندی به آن دست می‌یابیم.

بیایید توضیح دهیم که چرا 3.8V-3.9V برای سلول های LiPo کوچک مانند مدل 500mAh غیرقابل مذاکره است. برای LiPos با ظرفیت بالاتر، مانند باتری لیتیوم پلیمری 3.7 ولت 6000 میلی آمپر ساعتی که در ابزارهای برقی یا بانک های خورشیدی قابل حمل استفاده می شود، ولتاژ ذخیره سازی تقریباً به همان محدوده در هر سلول عمل می کند، زیرا شیمی بدون توجه به ظرفیت، مقیاس می شود. حتی یک واحد بسیار کوچکتر، مانند باتری لیتیوم یون پلیمری 3.7 ولت 100 میلی ساعت برای سمعک یا ردیاب های تناسب اندام، از همین قانون پیروی می کند - زیرا هنوز همان ترکیب شیمیایی اکسید کبالت لیتیوم در هسته آن است. تنها تفاوت در زمان ماندگاری است. سلول‌های کوچک‌تر سریع‌تر از سلول‌های بزرگتر تخلیه می‌شوند، بنابراین اگر بیش از شش ماه بمانند، نیاز به شارژ سریع ولتاژ ذخیره‌سازی دارند.

می دانم که برخی از شما فکر می کنید: "من یک شارژر باطری فانتزی ندارم که بتواند 3.8 ولت را نگه دارد، پس چه کار کنم؟" این یک سوال منصفانه است، و به همین دلیل است که سلول‌های 3.7 ولتی 500 میلی‌آمپر ساعتی خود را می‌سازیم تا ولتاژ ذخیره‌سازی «پیش‌فرض» درست خارج از انبارمان داشته باشد. ما قبل از ارسال، هر واحد را تا 3.85 ولت از قبل شارژ می‌کنیم، بنابراین اگر یک دسته جدید را جعبه‌گشایی می‌کنید، لازم نیست فوراً آن را لمس کنید - می‌توانید آن را تا 10 ماه بدون شارژ در قفسه ذخیره کنید، که این یک برد بزرگ برای تیم‌های محصول است که موجودی را در دسترس دارند. اگر برای رسیدن به ولتاژ ذخیره سازی نیاز به شارژ یا تخلیه یک سلول دارید، اکثر شارژرهای مدرن LiPo (حتی آنهایی که سرگرمی مقرون به صرفه هستند) دارای تنظیمات "حالت ذخیره سازی" هستند که این کار را به صورت خودکار انجام می دهد. فقط مطمئن شوید که دستورالعمل‌های سازنده را برای شارژر خاص خود دنبال می‌کنید—هرگز باتری در حال شارژ یا تخلیه را بدون توجه به ولتاژ رها نکنید.

یکی دیگر از افسانه های رایج: دمای ذخیره سازی به اندازه ولتاژ ذخیره سازی اهمیت دارد. حتی اگر ولتاژ را به درستی دریافت کنید، ذخیره لیپو 3.7 ولتی 500 میلی آمپر ساعتی خود در یک گاراژ گرم (بالای 25 درجه سانتیگراد / 77 درجه فارنهایت) یا یک زیرزمین سرد (زیر 10 درجه سانتیگراد / 50 درجه فارنهایت) سرعت افت ظرفیت را افزایش می دهد. ما همیشه توصیه می‌کنیم این سلول‌ها را در مکانی خشک و خنک در دمای 15 تا 20 درجه سانتی‌گراد (59 تا 68 درجه فارنهایت)، همراه با محدوده ولتاژ 3.8 ولت تا 3.9 ولت، برای طولانی‌ترین عمر مفید نگهداری کنید. اگر دسته بزرگ‌تری دارید، مانند باتری قابل شارژ لیتیوم یونی 3.7 ولت 2000mah که برای دستگاه‌های سایز متوسط ​​ارائه می‌کنیم، می‌توانید آن‌ها را در یک کابینت با دمای کنترل‌شده ذخیره کنید، اگر موجودی برای عرضه محصول نگه‌دارید، اما همان قانون ولتاژ اعمال می‌شود.

بیایید در مورد یک مثال واقعی صحبت کنیم تا این را در چشم انداز نمایان کنیم. سال گذشته، مشتری‌ای که ردیاب‌های قابل حمل سگ می‌سازد، 5000 سلول از باتری 3.7 ولتی 500 میلی‌آمپر ساعتی باتری لیتیوم یونی ما را برای خط جدید سفارش داد. آنها نیمی از آنها را با شارژ کامل (4.2 ولت) در انبار خود در زمستان و نیمی دیگر را در 3.85 ولت توصیه شده ذخیره کردند. وقتی شش ماه بعد سلول‌ها را آزمایش کردند، سلول‌های ذخیره‌شده در ولتاژ 4.2 ولت به طور متوسط ​​18 درصد کاهش ظرفیت داشتند، یعنی ردیاب‌های آن‌ها تنها 24 ساعت با شارژ به جای 30 ساعت رتبه‌بندی شده دوام می‌آورند. سلول های ذخیره شده در ولتاژ 3.85 ولت به طور متوسط ​​4.7 درصد کاهش ظرفیت داشتند که در محدوده قابل قبول آنها برای محصول بود. این همان تفاوتی است که پیروی از دستورالعمل های ولتاژ ذخیره سازی برای مشاغل واقعی ایجاد می کند.

اگر قبلا یک LiPo 3.7 ولتی 500 میلی آمپر ساعتی داشته باشید که به اشتباه ذخیره شده است، چه؟ نترسید - اگر فقط چند ماه از آن گذشته باشد، معمولاً می توانید آن را بازیابی کنید. ابتدا آن را به آرامی با جریان کم (0.1 درجه سانتی گراد یا 50 میلی آمپر برای سلول 500 میلی آمپر ساعتی) تا 4.2 ولت کامل شارژ کنید، سپس آن را تا 3.8 ولت تخلیه کنید و این چرخه را چند بار تکرار کنید. این می تواند به تنظیم مجدد لایه SEI و بازیابی مقداری ظرفیت کمک کند. اگر سلول به مدت یک سال یا بیشتر در ولتاژ بد قرار داشته باشد، ممکن است اصلا شارژ نداشته باشد - اما به همین دلیل است که ذخیره سازی از قبل بسیار مهم است.

برای هر کسی که سلول‌های LiPo سفارشی را سفارش می‌دهد، شایان ذکر است که برخی از تولیدکنندگان برای سرعت بخشیدن به تولید، ولتاژ ذخیره‌سازی نهایی را کاهش می‌دهند. آنها ممکن است سلول ها را با شارژ کامل ارسال کنند تا مجبور نباشند آنها را در طول مونتاژ شارژ کنند، که عمر مفید را از بین می برد. به همین دلیل است که انتخاب تامین کننده ای که کالیبراسیون ولتاژ ذخیره سازی را در اولویت قرار می دهد، کلیدی است. باتری‌های لیتیوم پلیمری 500 میلی‌آمپر ساعتی 601944 ما (یک فاکتور شکل محبوب برای ساعت‌های هوشمند و پوشیدنی‌های کوچک) قبل از بسته‌بندی، سه ولتاژ جداگانه بررسی می‌کنند تا مطمئن شوند که هر واحد به محدوده 3.8-3.9 ولت می‌رسد. ما حتی یک نمونه تصادفی از هر دسته را پس از 12 ماه ذخیره‌سازی آزمایش می‌کنیم تا حفظ ظرفیت را تأیید کنیم، بنابراین مشتریان ما نگران دریافت سلول‌های dud نباشند.

همچنین می‌خواهم به سؤالی که از علاقه‌مندان و دانش‌آموزانی که در حال ساختن پروژه‌هایی با سلول‌های LiPo کوچک هستند می‌پردازم. اگر از یک سلول 3.7 ولتی 500 میلی آمپر ساعتی برای پهپاد یا بلندگوی بلوتوث قابل حمل استفاده می کنید، احتمالاً به طور مرتب آن را شارژ و دشارژ می کنید، اما اگر در حال آزمایش یک نمونه اولیه هستید و باید آن را برای چند هفته بین جلسات ذخیره کنید، مطمئن شوید که آن را تا 3.8 ولت پر کنید قبل از اینکه آن را کنار بگذارید. به عنوان مثال، هرگز باتری پهپاد را یک شبه کاملاً شارژ نگذارید—ما علاقه‌مندان زیادی را دیده‌ایم که با انجام این کار بسته‌های باتری را منفجر می‌کنند و با شارژر LiPo 20 دلاری که حالت ذخیره‌سازی دارد، کاملاً قابل اجتناب است.

در پایان روز، هدف درست کردن ولتاژ ذخیره سازی ساده است: ظرفیت باتری LiPo خود را برای زمانی که به آن نیاز دارید حفظ کنید. برای یک سلول 3.7 ولت 500 میلی آمپر ساعت، آن محدوده 3.8 ولت تا 3.9 ولت فقط یک عدد دلخواه نیست - این نقطه شیرینی است که در آن لایه SEI را سالم نگه می‌دارید، از به دام افتادن یون لیتیوم جلوگیری می‌کنید و مطمئن می‌شوید که باتری‌تان برای سال‌ها طبق برنامه کار می‌کند. چه در حال سفارش یک سلول نمونه اولیه یا یک دسته انبوه برای یک محصول تجاری باشید، پیروی از این دستورالعمل باعث صرفه جویی در هزینه، کاهش ضایعات و جلوگیری از سردرد می شود.

اگر آماده سفارشی برای باتری لیتیوم یون پلیمری 3.7 ولت 500 میلی آمپر ساعتی ما هستید یا درباره ذخیره سازی، فاکتورهای شکلی یا راه حل های سفارشی سلول LiPo سؤالی دارید، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. تیم مهندسی ما سال ها تجربه کار با طراحان و مهندسان را برای یافتن باتری مناسب برای هر پروژه دارد، بنابراین در تماس با آنها دریغ نکنید.

مراجع:

1. کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (2020). IEC 60086-4: باتری های اولیه و ثانویه - قسمت 4: باتری های لیتیومی.
2. لی، جی، و همکاران. (2019). ذخیره سازی باتری لیتیوم-یون پلیمر: اثرات ولتاژ و دما بر حفظ ظرفیت. مجله منابع برق، ش. 421، ص 124-132.
3. سامسونگ SDI. (2021). دستورالعمل های کاربرد و ذخیره سازی باتری LiPo برای لوازم الکترونیکی مصرفی.
4. دانشگاه باتری. (2022). "درک ولتاژ ذخیره باتری لیتیوم." موجود در batteryuniversity.com (در مارس 2024 قابل دسترسی است).