انواع باتری‌های قابل شارژ

باتری‌های قابل شارژ، به اجزای اصلی دستگاه‌ها در دنیای مدرن ما تبدیل شده است و انرژی مورد نیاز گجت‌ها و ابزارهای الکترونیکی مختلف را تأمین می‌کنند. این مقاله به بررسی انواع مختلف باتری‌های شارژی، ویژگی‌ها، کاربردها و نکات مهم نگهداری از آن‌ها می‌پردازد. با دیجی تکنیک همراه باشید.

تاریخچه‌ای مختصر باتری‌های قابل شارژ

ایده‌ی ذخیره‌سازی و استفاده مجدد از انرژی الکتریکی به دوران آلساندرو ولتا و کشف پیل ولتایی در سال ۱۸۰۰ برمی‌گردد. اما اولین باتری قابل شارژ واقعی، باتری سرب اسیدی بود که توسط گاستون پلانته در سال ۱۸۵۹ اختراع شد. این باتری‌ها هنوز هم در خودروها و سیستم‌های ذخیره‌سازی بزرگ کاربرد دارند.

در دهه‌های بعد، باتری‌های نیکل-کادمیوم (Ni-Cd) و نیکل-متال هیدرید (Ni-MH) به عنوان جایگزین‌هایی با چگالی انرژی بالاتر و وزن کمتر، وارد بازار شدند. نقطه عطف اصلی، اختراع باتری لیتیوم-یون (Li-ion) در دهه‌ی ۱۹۹۰ بود که به دلیل چگالی انرژی فوق‌العاده بالا و نداشتن اثر حافظه، انقلاب بزرگی در صنعت دستگاه‌های قابل حمل ایجاد کرد.

انواع متداول باتری‌های قابل شارژ و خصوصیات آن‌ها

متداول‌ترین انواع باتری‌های شارژی که امروزه در بازار و دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند، عبارتند از:

نوع باتری	نام انگلیسی	ولتاژ نامی (به ازای هر سلول)	چگالی انرژی	اثر حافظه	کاربردهای رایج
لیتیوم-یون	Li-ion	3.7V (یا 3.6V)	بالا	ندارد	موبایل، لپ‌تاپ، ابزارهای شارژی
لیتیوم-پلیمر	Li-Po	3.7V (یا 3.8V)	بسیار بالا	ندارد	گوشی‌های هوشمند، کوادکوپتر، دستگاه‌های نازک
نیکل-متال هیدرید	Ni-MH	1.2V	متوسط	کم	باتری‌های قلمی (AA/AAA)، اسباب‌بازی‌ها
نیکل-کادمیوم	Ni-Cd	1.2V	متوسط	زیاد	ابزارهای برقی قدیمی، تجهیزات پزشکی
سرب اسیدی	Lead-Acid	2.0V	کم	ندارد	خودرو، UPS، سیستم‌های برق اضطراری

باتری‌های شارژی قابل استفاده در دستگاه‌های الکترونیکی

بخش عمده‌ای از دستگاه‌هایی که در مراکز خدماتی مانند دیجی تکنیک خدمات تعمیر و یا سرویس می‌شوند، از باتری‌های بر پایه‌ی لیتیوم و در برخی موارد نیکل استفاده می‌کنند.

• باتری لیتیوم-یون (Li-ion): اصلی‌ترین نوع باتری مورد استفاده در لپ‌تاپ‌ها، برخی گوشی‌های هوشمند قدیمی‌تر، پاوربانک‌ها و ابزارهای شارژی. این باتری‌ها اغلب به صورت سلول‌های استوانه‌ای (مانند سایز ۱۸۶۵۰) یا منشوری هستند.
• باتری لیتیوم-پلیمر (Li-Po): متداول‌ترین نوع باتری در گوشی‌های هوشمند مدرن، تبلت‌ها، و لپ‌تاپ‌های فوق باریک. قابلیت انعطاف‌پذیری در شکل‌دهی، آن‌ها را برای دستگاه‌های دارای فضای محدود ایده‌آل کرده است.
• باتری‌های نیکل-متال هیدرید (Ni-MH): در برخی تجهیزات پزشکی قابل حمل یا دوربین‌های دیجیتال قدیمی‌تر استفاده می‌شوند که به باتری‌های استاندارد قلمی (AA/AAA) نیاز دارند.
• باتری‌های نیکل-کادمیوم (Ni-Cd): این باتری‌ها به دلیل توانایی ارائه جریان دهی لحظه‌ای بالا و مقاومت در برابر دما، معمولاً در ابزارهای برقی شارژی قدیمی‌تر (مانند دریل‌های شارژی) و تجهیزات صنعتی خاص که نیاز به عمر چرخه‌ای بالا دارند، استفاده می‌شدند. (استفاده از این نوع به دلیل سمی بودن عنصر کادمیوم رو به کاهش است).

مزایا، معایب و تفاوت باتری‌های لیتیوم-یون و لیتیوم-پلیمر

باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion) و لیتیوم-پلیمر (Li-Po) هر دو از خانواده‌ی لیتیوم هستند، اما در الکترولیت داخلی و ساختار فیزیکی تفاوت‌هایی دارند که آن‌ها را برای کاربردهای خاصی متمایز می‌کند.

لیتیوم-پلیمر (Li-Po)

مزایا	معایب
شکل‌پذیری عالی (تولید در اشکال بسیار نازک و هندسی دلخواه)	قیمت بالاتر در تولید
وزن سبک‌تر (به دلیل استفاده از الکترولیت ژلی/جامد)	چگالی انرژی کمی پایین‌تر (در مقایسه با لیتیوم-یون هم‌سایز)
ایمنی بیشتر (احتمال نشت کمتر، اما در صورت آسیب دیدن، خطر تورم و آتش‌سوزی وجود دارد)	عمر چرخه‌ای کوتاه‌تر (با گذشت زمان ژل داخلی سفت می‌شود)

لیتیوم-یون (Li-ion)

مزایا	معایب
چگالی انرژی بالا (ظرفیت بیشتر نسبت به وزن)	نیاز به مدار محافظ پیشرفته
قیمت تمام شده‌ی پایین‌تر	شکل‌پذیری محدود (اغلب استوانه‌ای یا مستطیلی سخت)
عمر چرخه‌ای طولانی‌تر (تعداد دفعات شارژ و دشارژ)	خودتخلیگی نسبتاً بالاتر (کمی سریع‌تر شارژ از دست می‌دهند)

تفاوت اصلی: تفاوت کلیدی در نوع الکترولیت است. Li-ion از یک الکترولیت مایع استفاده می‌کند، در حالی که Li-Po از الکترولیت پلیمری (ژل‌مانند) استفاده می‌کند که امکان ساخت باتری در اشکال مختلف و نازک‌تر را فراهم می‌آورد.

مدت زمان شارژ شدن باتری

فرمول تخمینی ساده برای زمان شارژ (ساعت): T ={C}/{A}*K

که در آن:

• T: زمان شارژ
• C: ظرفیت باتری (Ah)
• A: جریان شارژر (A)
• K: ضریب تلفات (اغلب بین 1.1 تا 1.2 برای در نظر گرفتن اتلاف انرژی و راندمان شارژ)

به عنوان مثال، برای شارژ یک باتری لیتیوم-یون با ظرفیت 3Ah توسط یک شارژر 1A، زمان شارژ کامل حدود 3.3 تا 3.6 ساعت خواهد بود.

توجه: باتری‌های مدرن (Li-ion/Li-Po) از سیستم‌های شارژ هوشمند استفاده می‌کنند که در ابتدا با جریان ثابت و بالا شارژ می‌شوند و در نزدیکی ظرفیت کامل، جریان را کاهش می‌دهند تا از آسیب به باتری جلوگیری شود. بنابراین زمان شارژ واقعی به سیستم مدیریت باتری (BMS) نیز وابسته است.

طرز تشخیص باتری‌های قابل شارژ

راه‌های مختلفی برای تشخیص یک باتری قابل شارژ از یک باتری غیر قابل شارژ وجود دارد:

1. برچسب باتری: مهم‌ترین و ساده‌ترین راه، بررسی نوشته‌های روی باتری است.
   • عباراتی مانند Rechargeable (قابل شارژ)، Li-ion، Li-Po، Ni-MH، Ni-Cd نشان‌دهنده‌ی باتری شارژی هستند.
   • عباراتی مانند Do not Recharge (شارژ مجدد نکنید)، Alkaline (آلکالاین)، Lithium Primary، Zinc-Carbon نشان‌دهنده‌ی باتری یکبار مصرف هستند.
2. ولتاژ نامی: باتری‌های قلمی شارژی (Ni-MH) معمولاً دارای ولتاژ 1.2V هستند، در حالی که باتری‌های قلمی یکبار مصرف (آلکالاین) ولتاژ 1.5V دارند.
3. نوع دستگاه: باتری‌هایی که در دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل با مصرف بالا (مانند گوشی، لپ‌تاپ، دریل شارژی) استفاده می‌شوند، تقریباً همیشه از نوع قابل شارژ هستند.

نکات مهم استفاده و نگهداری از باتری‌های لیتیومی

رعایت این نکات برای افزایش طول عمر باتری‌های لیتیوم-یون و لیتیوم-پلیمر حیاتی است:

• اجتناب از تخلیه کامل (دشارژ عمیق): بهترین حالت برای باتری‌های لیتیومی، نگه‌داشتن شارژ بین ۲۰ تا ۸۰ درصد است. تخلیه کامل (رسیدن به صفر درصد) به باتری آسیب جدی می‌زند.
• جلوگیری از گرمای بیش از حد: گرما، دشمن اصلی باتری‌های لیتیومی است. از شارژ کردن یا نگهداری دستگاه در دمای بالا (مانند زیر نور مستقیم خورشید یا داخل خودرو در تابستان) خودداری کنید.
• استفاده از شارژر اصلی و استاندارد: استفاده از شارژرهای غیراستاندارد یا آسیب‌دیده می‌تواند منجر به آسیب دائمی و حتی خطر آتش‌سوزی شود.
• ذخیره‌سازی طولانی‌مدت: اگر قصد دارید دستگاه یا باتری را برای مدت طولانی کنار بگذارید، آن را با شارژ تقریبی ۵۰ درصد و در محلی خنک و خشک نگهداری کنید.
• از شارژ ۱۰۰% مداوم پرهیز کنید: نگه داشتن باتری در حالت ۱۰۰% شارژ، به ویژه در دماهای بالا، می‌تواند به مرور زمان به سلول‌ها آسیب بزند.

روش‌های تست سلامت باتری‌های لیتیومی

تست سلامت باتری (Battery Health) که اغلب با شاخص SoH (State of Health) نشان داده می‌شود، برای اطلاع از میزان ظرفیت باقی‌مانده‌ی باتری نسبت به ظرفیت اصلی آن حیاتی است.

۱. استفاده از نرم‌افزارهای داخلی دستگاه (رایج‌ترین روش)

بسیاری از سیستم‌عامل‌های مدرن، ابزارهای داخلی برای گزارش وضعیت باتری دارند:

• در لپ‌تاپ‌های ویندوزی:
  • می‌توانید از طریق خط فرمان (Command Prompt) با دستور powercfg /batteryreport گزارشی کامل و دقیق از تاریخچه مصرف، ظرفیت طراحی (Design Capacity) و ظرفیت شارژ کامل فعلی (Full Charge Capacity) باتری را در یک فایل HTML مشاهده کنید. نسبت این دو عدد، سلامت باتری شماست.
• در دستگاه‌های اپل (iPhone/iPad/MacBook):
  • iOS: به بخش تنظیمات (Settings) > باتری (Battery) > سلامت و شارژ باتری (Battery Health & Charging) بروید. عدد نمایش داده شده، همان ظرفیت باقی‌مانده نسبت به ظرفیت اولیه است.
  • macOS: با نگه داشتن کلید Option و کلیک بر روی نماد باتری در نوار منو، می‌توانید وضعیت سلامت را ببینید (معمولاً به صورت Normal، Service Recommended و …).
• در گوشی‌های اندرویدی:
  • برخی تولیدکنندگان (مانند سامسونگ) این امکان را در بخش تنظیمات یا اپلیکیشن‌های جانبی خود قرار داده‌اند.
  • می‌توان از کدهای مخفی مانند *#*#4636#*#* استفاده کرد، هرچند که دسترسی به این اطلاعات در نسخه‌های جدید اندروید محدود شده است.

۲. استفاده از نرم‌افزارهای شخص ثالث

برنامه‌هایی مانند HWMonitor، BatteryInfoView (برای ویندوز) یا CoconutBattery (برای macOS) می‌توانند اطلاعات دقیقی از سلامت باتری، تعداد چرخه‌های شارژ (Cycle Count)، و دما ارائه دهند.

• چرا چرخه‌های شارژ مهم است؟ هر چرخه‌ی شارژ به معنای استفاده از تمام ظرفیت باتری است (مثلاً شارژ از ۲۰% به ۸۰% و سپس از ۲۰% به ۸۰% در روز بعد، مجموعاً یک چرخه‌ی کامل محسوب می‌شود). باتری‌های لیتیومی معمولاً پس از حدود ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه‌ی کامل، شروع به کاهش ظرفیت محسوس می‌کنند.

۳. روش تست سخت‌افزاری و دشارژ کنترل‌شده

این روش، دقیق‌ترین راه برای اندازه‌گیری ظرفیت واقعی (ظرفیت بر حسب mAh) است و معمولاً توسط تعمیرکاران و متخصصان استفاده می‌شود:

1. شارژ کامل: باتری را تا ۱۰۰% شارژ کنید.
2. دشارژ کنترل‌شده: با استفاده از یک دستگاه تستر باتری تخصصی یا بار الکترونیکی (Electronic Load)، باتری را با جریان ثابت و مشخص (مثلاً 0.2C یا 0.5C) تا ولتاژ قطع ایمن (مثلاً 3.0V به ازای هر سلول) تخلیه می‌کنند.
3. محاسبه ظرفیت: تستر مقدار کل انرژی (بر حسب mAh یا Wh) که از باتری کشیده شده است را اندازه‌گیری می‌کند.
4. تعیین سلامت: این مقدار اندازه‌گیری شده تقسیم بر ظرفیت طراحی (مشخصات سازنده)، سلامت واقعی باتری را مشخص می‌کند.

نشانه‌های هشدار دهنده برای تعویض باتری

اگر با موارد زیر مواجه شدید، احتمالاً زمان تعویض باتری فرا رسیده است:

• تورم فیزیکی باتری (Swelling): خطرناک‌ترین نشانه؛ باتری متورم باید فوراً و با احتیاط زیاد تعویض شود تا از آسیب به دستگاه یا آتش‌سوزی جلوگیری شود.
• خاموش شدن ناگهانی: دستگاه زمانی که باتری هنوز درصد قابل توجهی (مثلاً ۲۰% یا بیشتر) شارژ دارد، ناگهان خاموش می‌شود.
• کاهش چشمگیر ظرفیت: زمان نگهداری شارژ به طور ناگهانی یا تدریجی بسیار کم شده است (مثلاً کمتر از ۵۰ درصد زمان اولیه).