باتری

باتری

اسلاید 1: Introduction to Solar EnergyباتریSolar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 1

اسلاید 2: هر باتری را بر اساس واکنش شیمیایی درون آن تعریف می‌کنند. آنچه که در باتری برای تبدیل دو صورت انرژی رخ می‌دهد، حاصل تبادل الکتریسیته شارژشده بین یون‌ها است که در دو الکترود جداگانه حاصل می‌شود. بدین صورت که یک الکترود یون آزاد کرده و الکترود دیگر الکترون جذب می‌کند و این گونه مسیر بسته جریانی به وجود می‌آید. بدین گونه هر سلول الکترو شیمیایی را می‌توان تشکیل یافته از سه عنصر به حساب آورد: الکترودهای مثبت (آند) و منفی (کاتد) و الکترولیت.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 2

اسلاید 3: سری و موازی کردن باتری هادر صورتی که سلول‌های الکتروشیمیایی به صورت سری به یکدیگر وصل شوند، باتری حاصل شده دارای سطح ولتاژ بیشتری نسبت به سلول‌هاست و در صورتی که سلول‌ها به صورت موازی به یکدیگر وصل شوند، جریان بیشتر خواهیم داشت.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 3

اسلاید 4: انواع باتری هاباتری های مختلف دارای مواد و واکنش های شیمیایی متفاوتی هستند. بیشترین باتریهای مورد استفاده عبارتند از:باتری قلیایی : باتری سرب – اسید : باتری لیتیم : باتری یون لیتیم : باتری نیکل – کادمیم : باتری روی – کربن یا باتری کربن : :Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 4

اسلاید 5: باتری قلیاییمثل باتری دوراسل و انرژایزر و سایر باتریهای قلیایی الکترودهای این نوع باتری از جنس روی و اکسید منگنز می باشد. امّا الکترولیت (تجزیه کننده) آن از جنس خمیر قلیایی است.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 5

اسلاید 6: باتری سرب – اسید :این نوع باتری بیشتر در اتومبیل استفاده می شود. الکترودهای این نوع باتری از جنس سرب و اکسید سرب ، و الکترولیت آن از جنس یک نوع اسید قوی است.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 6

اسلاید 7: باتری لیتیم :این باتری برای چراغ فلاش دوربین عکاسی استفاده می شود. مواد آن شامل لیتیم ، یدورلیتیم و یدور سرب است.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 7

اسلاید 8: باتری یون لیتیم :این نوع باتریها بیشتر در کامپیوترهای دستی (Laptop) ، تلفنهای پیلی و سایر وسایل الکتریکی قابل حمل استفاده می شود.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 8

اسلاید 9: باتری نیکل – کادمیم :جنس الکترودهای این نوع باتری هیدروکسید نیکل و کادمیم است. الکترولیت مورد استفاده در این نوع باتری نیز هیدروکسید پتاسیم می باشد.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 9

اسلاید 10: باتری روی – کربن یا باتری کربن :روی و کربن در کلیه باتریهای خشک نوع C , A و D استفاده می شود.  در این نوع باتری، الکترودها از جنس روی و کربن بوده و الکترولیت آن خمیری از مواد اسیدی است.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 10

اسلاید 11: دسته بندی باتری هاباتریها را به روشهای مختلف دسته بندی میکنند در ادامه مهمترین روشهای دسته بندی آمده است.از نظر جنس الکترولیت و صفحات :از نظر حالت الکترولیت :Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 11

اسلاید 12: از نظر حالت الکترولیت :باتری خشک(dry) الکترولیت این نوع باتری ها جامد میباشند مانند باتریهای قلمی،باتری تر(wet) دارای الکترولیت مایع میباشند مثل باتریهای مورد استفاده در خودرو هاSolar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 12

اسلاید 13: توجه:امروزه نوعی باتری ها به بازار ارائه شده که الکترولیت آن نه کاملا جامد مانند باتری قلمی و نه مایع مانند باتریهای متداول خودروها ، الکترولیت این باتری ها مانند ژل میباشند به این باتری ها ، باتری های با مراقبت کم (free-maintenance) یا (low-maintenance) نامیده میشوند . البته شاید بتوان آنها را در دسته باتری های خشک قرار دادSolar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 13

اسلاید 14: از نظر جنس الکترولیت و صفحات :باتری  سربی- اسیدی(lead acid )،  باتری نیکل- کادمیوم(Nickel-cadmium)، باتری هوا- روی(zinc-air) ، باتری آلکالاین (alkaline)....Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 14

اسلاید 15: باتری خودرومعمولا باتریهای خودرو ها از نوع باتری های سربی- اسیدی میباشند و دلایلش این است که اولا هزینه ساخت آن کمتر از انواع دیگر است و ثانیا محدوده دمایی مناسب برای بهترین کارایی آن نسبت به سایر باتریها گسترده تر است ، امپر و ولتاژ ان نیز در ان محدوده دمایی مناسب میباشد. از این پس منظور ما از عبارت باتری همان باتری سربی اسیدی میباشدSolar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 15

اسلاید 16: میزان تولید ولتاژ انواع باتری ها در هر خانه باتریSolar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 16نوع باتریسربی- اسیدینیکل- کارمیمنیکل- آهنسریم- گوگردولتاژ هر خانه باتری2v1.2v1.2v2v

اسلاید 17: چرا خودرو ها به باتری نیازمندند؟تامین برق مورد نیاز در زمانی که موتور خاموش است – تامین برق لازم جهت استارتر – کمک به سیستم شارژ در زمانی که تعداد مصرف کننده ها بالا میرود ( و آمپر مصرفی زیاد میشود)Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 17

اسلاید 18: باتری های سربی اسیدیهمانطور که از نام این باتری ها پیداست، این باتری ها از صفحات فلزی و اکسید فلزی ساخته شده اند که این صفحات در محلولی از اسید ضعیف و آب قرار دارند. باتری اتومبیل و باتری موتور نمونه هایی از این باتری ها هستند. باتری های اسیدی قابل شارژ می باشند و می توان آنها را شارژ کرد..Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 18

اسلاید 19: باتری خودرو :باتری خودرو نوعی باتری سربی-اسیدی است که از صفحات نازک سرب و اکسید سرب IV تشکیل شده است که این صفحات با فاصله ی کمی از هم در داخل محلول رقیقی از اسید سولفوریک (H2SO4) قرار دارند و این مجموعه در درون محفظه ی پلاستیکی واقع شده است که به این محفظه ی پلاستیکی، سلول می گویند. باتری اتومبیل از به هم بسته شدن 6 سلول به وجود می آید که هرکدام از این سلولها 2V برق تولید می کنند و در مجموع 12V برق توسط این سلولها تولید می شود. در هر سلول کاتد (قطب منفی باتری) فلز سرب است و آند (قطب مثبت باتری) سرب IV اکسید است. وقتی از باتری جریان کشیده می شود، کاتد شروع به خورده شدن توسط اسید می کند و به سولفات سرب که به صورت گرد سفید رنگی است، در اطراف الکترودها (کاتد و آند) تجمع پیدا می کند تا هنگامی که این گرد سفید مانع از خورده شدن کاتد بشود، ولتاژ سلول شروع به کاهش می کند (با خورده شدن کامل آند هم این اتفاق تکرار می شود) و در این صورت باید باتری را شارژ کرد به این صورت که یک ولتاژ خارجی در حد13V باید به باتری اعمال کرد تا مجدداً آن گرد سفید رنگ به فلز سرب تبدیل شود و اسید سولفوریک دوباره تولید شود. عملیات شارژ و دشارژ هر سلول را می توان بارها تکرار کرد.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 19

اسلاید 20: معیار نحوه آب بندی باتریهاVentedSealed(Valve Regulated Lead-Acid,VRLASolar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 20

اسلاید 21: Ventedباتريهاي معمولي كه گاهي نرمال و يا منفذدار (Vented) ناميده مي‌شوند. اين دسته از باتريها اغلب داراي شبكه هايي از نوع آلياژ با محتواي آنتيموان بالا (3/6 تا 3/8 درصد) مي‌باشند. كه به دليل مصرف آب بالا، در طول مصرف بايد به آنها آب مقطر اضافه كرد. به همين منظور در روي درب اين نوع باتريها دريچه‌هايي براي اضافه نمودن آب مقطر وجود دارد. و همينطور روي بدنه اين باتريها برچسبي وجود دارد كه حد پايين و بالاي الكتروليت (آب باتري) را نشان مي‌دهد. Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 21

اسلاید 22: Maintenanceباتريهاي آب بندي شده (Sealed) كه به دليل عدم نياز به اضافه كردن آب مقطر در طول مصرف، آنها را باتريهاي بدون نياز به نگهداري(Maintenance Free یا MF) مي‌نامند. اين دسته از باتريها، اغلب داراي شبكه‌هايي از نوع آلياژ سرب با آنتيموان پايين و يا آلياژ سرب ـ كلسيم مي‌باشند. در اين نوع از باتريها، دريچه‌اي براي اضافه كردن آب مقطر و برچسب نشانگر حد بالا و پايين الكتروليت وجود ندارد.  برخی از شرکتها، برای اینکه مشکل از کار افتادن این نوع باتریها را به دلیل از دست دادن آب باتری، حل کنند، به جای اصلاح فرمولاسیون شبکه ها که باعث کاهش آب می شود، دریچه هایی برای افزایش آب مقطر روی درپوش باتریها تعبیه می کنند که به کمک یک پوشش پلاستیکی روی این دریچه ها پوشانده شده تا در نگاه اول به چشم نیایند. این دسته از باتریها در اصل MF نیستند، فقط مقدار کاهش آب آنها ممکن است کمتر از باتریهای معمولی باشد. هر چند که در عمل اغلب شرکتهایی که از این شیوه استفاده می کنند، باتریهایی تولید می کنند که گاهی مقدار کاهش آب آنها در حد باتریهای معمولی و یا حتی بیشتر از آنها است و تنها با این شیوه قیمت این باتریها را نسبت به باتریهای معمولی افزایش داده اند. Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 22

اسلاید 23: Valve Regulatedباتريهاي سرب ـ اسيد با دريچه قابل تنظيم (Valve Regulated Lead-Acid,VRLA) كه اين دسته نيز نيازي به نگهداري ندارد. اين نوع از باتريها دريچه‌اي دارند كه با فشار گاز داخل باتري مي‌تواند باز و بسته شود. در حالت عادي اين دريچه بسته است و هنگامي كه فشار گازهاي داخل باتري زياد شود، اين دريچه باز مي‌شود تا بخشي از گازها از داخل باتري خارج شده و فشار داخلي باتري تعديل شود. در اين نوع از باتريها از آلياژهاي سرب ـ كلسيم و يا سرب با آنتيموان پايين به همراه جداكننده‌هاي AGM و يا ژل (Gel)استفاده مي‌شود که از ریزش و نشت اسید جلوگیری می کند.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 23

اسلاید 24: باتری خشک :اصطلاح خشک اغلب برای باتریهای آب بندی شده که نیاز به افزودن آب مقطر در طول مصرف ندارند اطلاق می شود. این اصطلاح بیان چندان درستی نیست چون هیچ نوع باتری اسید – سربی به معنای واقعی خشک وجود ندارد. عدم نیاز به اضافه کردن آب مقطر در طول مصرف دلیلی بر عدم وجود الکترولیت (اسید) داخل باتری نیست .Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 24

اسلاید 25: باتری اتمیکامروزه چند شرکت در دنیا از جمله یک شرکت ایرانی کلمه اتمیک را به عنوان نام تجاری باتریهای آب بندی شده خود انتخاب نموده اند و متاسفانه اغلب مردم حتی متخصصین صنعت باتری از کلمه اتمیک برای باتریهای آب بندی شده استفاده می کنند که چندان صحیح نمی باشد. در مورد علت کاربرد کلمه اتمیک برای باتریهای سرب – اسید، برخی معتقدند که این اصطلاح می تواند فقط برای باتریهای سرب – اسید دسته VRLA صحیح باشد که در آنها بازگردانی اکسیژن به صورت اتمی صورت می گیرد و اگر این پدیده دلیلی برای استفاده از کلمه اتمیک باشد، باید برای کلیه باتریها، حتی باتریهای غیر سرب – اسید نیز استفاده شود چون در تمام باتریها، کلیه فرایندهای شیمیایی داخل باتری در مقیاس اتمی صورت می گیرد.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 25

اسلاید 26: ظرفیت باطری :آمپر-ساعتحاصلضرب شدت جريان در زماني است كه آن باتري ميتواند اين شدت جريان را تامين كند. واحد آن آمپر ساعت (Ah ) ميباشد.ساعت × شدت جريان = ظرفيتمثلا اگر ظرفيت يك باتري Ah 60 است يعني ميتواندمدت 60 ساعت جريان 1 آمپري را تامين كند (60 × 1 = 60 )يا مدت 1 ساعت جريان 60 آمپري را تامين كند ( 1× 60 = 60 )يا مدت 20 ساعت جريان 3 آمپري را تامين كند ( 20 × 3 = 60)Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 26

اسلاید 27: طراحی بانک باتری:نوع و تعداد باتری مورد نیاز با توجه به توان مصرفی در یک شبانه روز به صورت زیر با در نظر گرفتن این ضرایب محاسبه می شود:ضریب عمق شارژ:dod: توان محاسبه شده مورد نیاز را بر عدد 0/65 به علت در نظر گرفتن این مطلب که هیچ گاه باتری به صورت کامل شارژ و به صورت کامل دشارژ نمی شود تقسیم می کنیم.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 27

اسلاید 28: ضریب تلفاتبرای در نظر گرفتن تلفات احتمالی باتری در اثر فعل و انفعالات شیمیایی و گرما توان مورد نظر را بر عدد 0/85 که ضریب تلفات نامیده می شود تقسیم می کنیم.Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 28

اسلاید 29: Back upبا توجه به این که ممکن است تابش خورشید را در همه روزهای سال داشته باشیم چند روز را به عنوان پشتیبان برای سیستم باتری خود در نظر می گیریم:برای این منظور معمولاً توان مورد نظر را در عدد 2+1 ضرب می کنیمSolar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 29

اسلاید 30: مثال:توان مورد نیاز : 690 واتضریب تلفات : 811=0/85 ÷ 690 ضریب عمق دشارژ:1248 = 0/65 ÷ 8112 روز پشتیبان:wh3746 = (1+2) × 1248Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 30

اسلاید 31: باس باتری برای سیستم باتری مورد نیاز با توجه به تعداد باتری و نوع اینورتر بایستی یک باس باتری در نظر گرفت:باس باتری می تواند ضریبی از 12 باشداگر باس باتری را 12 در نظر بگیریم مقدار آمپر ساعت باتری های مورد نیاز به روش زیر محاسبه می شودAh316 = 120 ÷ 3746Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 31

اسلاید 32: محاسبه تعداد باتری مورد نیازبا محاسبه آمپر ساعت کل مورد نیاز به راحتی می توان با توجه به آمپر ساعت هر باتری تعداد باتری را محاسبه کرد.3 = 120 ÷ 316Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 32

اسلاید 33: مرحله نهایی :محاسبه هزینه بانک باتری:990000= 330000 × 3Solar Wonders, ©2007 Florida Solar Energy Center 33باتری هیتاکو 65 آمپر ساعت250000 تومانباتری صبا 65 آمپر ساعت 170000تومانباتری هیتاکو 120 آمپر ساعت330000تومان