باتریها یکی از مهمترین تجهیزات ذخیرهسازی انرژی الکتریکی به حساب میآیند که امروزه در وسایل و دستگاههای مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. باتری میتواند انرژی الکتریکی را به اندازه ظرفیت خود ذخیره کرده و در مواقع نیاز برای دستگاه مورد نظر فراهم کند. به همین دلیل از باتری در طیف وسیعی از وسایل الکتریکی و الکترونیکی استفاده میشود. باتریها در انواع مختلفی وجود دارد که به بسته به مشخصات و ویژگیها در وسایل و تجهیزات مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. باتری نیکل کادمیوم یکی از پرکاربردترین انواع باتری یو پی اس به حساب میآید که با توجه به مشخصات و ویژگیهایی که دارد در تجهیزات و وسایل متعددی دیگر مورد استفاده قرار میگیرد.
باتری نیکل کادمیوم چیست؟
باتری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium Battery) که به صورت مخفف نیکاد نیز گفته میشود در دسته باتریهای قابل شارژ قرار میگیرند که در ساختار آن از نیکل 3 اکسید و کادمیوم به صورت فلز استفاده شده است که نقش الکترود در باتری را بر عهده دارد. این نوع باتریها در مقایسه با سایر باتریهای قابل شارژ دارای چرخه کار بهتری هستند که تحویل ظرفیت نامی حتی در نرخ دشارژ بالا مهمترین مزیت این نوع باتری به حساب میآید.
ساختار باتری نیکل کادمیوم
باتری نیکل کادمیوم یک نوع باتری قابل شارژ است که در آن از اکسید نیکل و کادمیوم استفاده شده و محلول هیدروکسید پتاسیم 25 تا 30 درصد حجم کل محلول الکترولیت را به خود اختصاص داده است. در باتریها هر چه میزان دفعات دشارژ افزایش پیدا کند باعث کاهش طول عمر باتری میشود اما در باتری نیکل کادمیوم چرخه دشارژ نسبت به سایر باتریها بسیار بیشتر است.
ولتاژ سلول باتری نیکل کادمیوم
در باتریهای نیکل کادمیوم سلولهای باتری ولتاژی در حدود 1.2 ولت دارند که این میزان کمتر از ولتاژ نامی 1.5 ولت سلولهای آلکالاین (Zn-C) است. همین ویژگی باعث شده که امکان جایگزینی این باتریها در همه کاربردها وجود نداشته باشد. در باتریهای آلکالاین افت ولتاژ زیاد است اما افت ولتاژ در باتری نیکل کادمیوم ناچیز بوده و به همین دلیل میتوان در دستگاههایی که ولتاژ 0.9 تا 1.5 ولت را تحمل میکنند، به راحتی از این نوع باتریها استفاده کرد.
کاربردهای باتری نیکل کادمیوم
باتری نیکل کادمیوم میتواند به صورت تک یا چند سلول ساخته شود. از سلولهای کوچک میتوان در اسباببازیها و وسایل الکترونیکی همراه استفاده کرد. از باتری نیکل کادمیوم به صورت عمده در تلفنهای بیسیم، روشنایی اضطراری، کامپیوترها و انواع اسباببازی استفاده کرد. از باتریهای نیکل کادمیوم بزرگتر میتوان در خودروهای الکتریکی، قایقها، سیستمهای برق اضطراری و استارتر هواپیما استفاده کرد.
شارژ باتریهای نیکاد
سلولهای باتری نیکل کادمیوم را میتوان با سرعتهای مختلفی شارژ کرد که این سرعت به ساختار باتری بستگی داد. جریان شارژ در این باتریها متناسب با ظرفیت نامی باتری بوده و بین 0.1 آمپر تا 4 آمپر منتغیر است که معمولا آمپر بالا کمتر مورد استفاده قرار میگیرد. هر چه جریان شارژ در این باتریها بیشتر باشد دمای باتری به سرعت بالا میرود. فرایند شارژ در باتری نیکل کادمیوم جزو فرایندهای گرماگیر محسوب میشود اما زمانی که باتری به شارژ کامل نزدیک میشود دمای آن به سرعت افزایش پیدا کرده و به 45 تا 50 درجه میرسد. این افزایش دما به قدری محسوس است که برخی از شارژرها از طریق افزایش دما متوجه شارژ کامل باتری شده و فرایند شارژ را متوقف میکنند.
بیشتر بخوانید: مشکلات استفاده از باتری با آمپر بالاتر چیست؟
دشارژ باتری نیکل کادمیوم
سرعت دشارژ در باتریهای نیکل کادمیوم به سایز و اندازه آن بستگی دارد. به عنوان مثال در سایز AA سرعت تخلیه تا 1.8 آمپر و در سایز D تا 3.5 آمپر میرسد. به عنوان مثال در یک هواپیما یا قایق که برای به حرکت درآوردن موتور به جریان حدود 100 آمپر برای 5 تا 6 دقیقه نیاز است، امکان استفاده از یک باتری نسبتا کوچک وجود دارد.
شارژ بیش از حد باتری نیکل کادمیوم
سلولهای باتری نیکل کادمیوم دارای یک مخزن تحت فشار هستند که گازهای اکسیژن و هیدروژن پیش از ترکیب با آب در داخل آن قرار دارند. تولید این گازها در داخل باتری به صورت معمول در زمان شارژ، تخلیه سریع و شارژ بیش از حد اتفاق میافتد. در باتری نیکل کادمیوم در صورتی که فشار بیش از حد افزایش پیدا کند شیر دریچه اطمینان عمل کرده و باعث کاهش بخار آب میشود. تشخیص شارژ بیش از حد یا آورشارژ در باتری نیکل کادمیوم بر عهده شارژر بوده و به همین دلیل استفاده از یک شارژر ارزان و بی کیفیت میتواند باعث وارد شدن آسیب به سلولهای بارتری شود.
اثر حافظه در باتری نیکل کادمیوم
یکی از مشکلاتی که در باتری نیکل کادمیوم وجود دارد، اثر حافظه است؛ به این صورت که اگر این باتریها برای تعداد دفعات زیاد تا درصد مشخصی دشارژ شده و دوباره شارژ شوند، باتری آن نقطه را در حافظه خود ثبت کرده و زمانی که شارژ باتری به آن نقطه برسد به صورت ناگهانی ولتاژ آن کاهش پیدا میکند. در استفادههای بعدی نیز ولتاژ در آن نقطه افت پیدا میکند به شکلی که انگار تخلیه شارژ صورت گرفته باشد. به همین دلیل توصیه میشود که باتری نیکل کادمیوم قبل از شارژ به صورت کامل تخلیه شود. با استفاده از این روش پیش از اینکه ظرفیت باتری از بین برود این شرایط فراهم میشود که باتری بتواند بیش از 1000 چرخه دوام داشته باشد.
اثر حافظه در باتری نیکل کادمیوم به معنی کاهش ظرفیت باتری نیست و تقریبا درصد زیادی از تجهیزاتی که از این نوع باتری استفاده میکنند توانایی تحمل این کاهش ولتاژ را دارند و میتوانند توان مورد نیاز خود را از این باتریها دریافت کنند. در صورتی که در طول ماه یک بار باتری نیکل کادمیوم را به صورت کامل تخلیه کرده و مجدد آن را شارژ کرد میتوان اثر حافظه را از بین برد. البته این موضوع به ویژگیهای شارژر نیز بستگی دارد و در صورتی که از یک شارژر خوب و با کیفیت برای شارژ باتری استفاده شود این موارد به صورت خودکار انجام میشود تا باتری بیشترین طول عمر را داشته باشد.
باتری نیکل کادمیوم یو پی اس
یو پی اس یک دستگاه ذخیره انرژی الکتریکی و تأمین آن در مواقع نیاز به حساب میآید که در ساختار خود شامل یک باتری است. در حالت عادی که ولتاژ برق سراسری به صورت مناسب وجود دارد باتری موجود در UPS با استفاده از جریان برق شارژ میشود. در صورت بروز قطعی در برق یا افت ولتاژ، UPS به صورت خودکار منبع تغذیه دستگاهها و تجهیزات متصل را از برق شهری به باتری تغییر میدهد. این کار در UPS به صورت آنی انجام میشود و این فرایند تنها در زمان یک یا دو هزارم ثانیه اتفاق میافتد. این سرعت بالا در شیفت جریان انرژی باعث میشود که دستگاههای الکتریکی مختلف متوجه قطع جریان الکتریکی نشوند و بدون وارد شدن آسیب به فعالیت خود ادامه دهند. باتری نیکل کادمیوم یکی از کاربردیترین انواع باتری یو پی اس به حساب میآید که در این دستگاه مورد استفاده قرار میگیرد.
از مهمترین ویژگیهای باتریهای نیکل کادمیوم یو پی اس میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- از طول عمر و زمان کارکرد بسیار بالا، بیش از 1000 چرخه شارژ و دشارژ برخوردار هستند.
- در برابر تنشهای مکانیکی و الکتریکی مقاومت و دوام بسیار بالایی دارند
- میزان دشارژ خودبخودی در این باتریها کم است
- میزان مقاومت داخلی در این باتریها اندک است
بیشتر بخوانید: ظرفیت باتری یو پی اس چگونه محاسبه می شود؟
از مهمترین مزایای باتری نیکل کادمیوم UPS نسبت به سایر انواع باتری میتوان موارد زیر را نام برد:
- استقامت بیشتر
- نگهداری آسانتر
- عمر موثر بیشتر
- اشغال فضای کمتر
- وزن کمتر
اگر قصد خرید باتری یو پی اس دارید، از مهمترین معایب باتری نیکل کادمیوم UPS نسبت به سایر انواع باتری میتوان موارد زیر را نام برد:
- ولتاژ کمتر هر یک از سلولها
- افت ولتاژ در حالت دشارژ
- مصرف شارژ بیشتر
- راندمان 65 تا 70 درصد
- مصرف بالاتر آب مقطر
- نیاز به تعویض الکترود در بازههای زمانی چند ساله
- قیمت بیشتر
- حساسیت بیشتر نسبت به دماهای زیاد
جمعبندی
باتری را میتوان مهمترین و اصلیترین ابزار ذخیره انرژی الکتریکی دانست که در دستگاهها و تجهیزات مختلف به منظور ذخیره انرژی الکتریکی و تأمین توان لازم در مواقع نیاز مورد استفاده قرار میگیرد. باتریها در انواع مختلفی ساخته و تولید میشوند که هر کدام دارای ویژگیها و خصوصیات خاص خود بوده و بر این اساس میتوانند در شرایط و تجهیزات مختلف به کار گرفته شوند. یکی از رایجترین انواع باتری که در طیف وسیعی از وسایل الکتریکی و الکترونیکی و دستگاههای UPS مورد استفاده قرار میگیرد، باتری نیکل کادمیوم است. طول عمر و میزان کارکرد بالا در این نوع باتری باعث شده که در طیف وسیعی از وسایل و تجهیزات الکتریکی از این نوع باتری استفاده شود.