آیا تا به حال به نقش باتری در زندگی روزمره خود فکر کرده‌اید؟ باتری‌ها به عنوان منابع انرژی الکتریکی کاربردهای گسترده‌ای در جهان امروز دارند. از گوشی تلفن همراه شما و ساعتی که روی مچ می‌بندید تا وسایل پزشکی، تجهیزات صنعتی و خودروهای الکتریکی با باتری کار می‌کنند.
باتری‌ها در انواع متنوع و با ویژگی‌های مختلفی ساخته می‌شوند. باتری صنعتی یکی از انواع پرکاربرد باتری است که در سیستم‌های الکتریکی مختلف استفاده می‌شود. در صنعت برای هر کاربردی نیاز به باتری صنعتی خاصی هست.
نحوه انتخاب باتری مناسب نیازمند آشنایی با انواع باتری صنعتی و دانستن ویژگی‌های هر یک از آن‌ها است. در این مقاله از آکادمی آموزشی ماهر، با انواع باتری‌های صنعتی آشنا می‌شوید و برخی زمینه‌های به‌کارگیری آن‌ها در صنعت را فرا می‌گیرد.
باتری صنعتی چیست؟
باتری‌ها در همه جای پروسه‌های صنعتی مانند لپ‌تاپ‌های صنعتی، کنترلرها، تجهیزات اندازه‌گیری و ابزارهای صنعتی به کار می‌روند؛ اما این کاربردها بیشتر جنبه عمومی دارند.
باتری‌های صنعتی بیشتر به باتری‌هایی گفته می‌شود که در «منابع تغذیه بدون وقفه» (UPS)، منابع تغذیه خورشیدی (Solar) و سیستم‌های حمل و نقل مانند ربات‌های صنعتی، بالابر، آسانسور و لیفتراک‌های برقی به کار می‌روند. از تفاوت‌های عمده باتری صنعتی با باتری‌های دیگر می‌توان موارد زیر را نام برد.
- توان و جریان‌دهی بیشتر
- سیکل شارژ و دشارژ متفاوت
- ثبات عملکرد در گرما یا سرمای زیاد
- طول عمر و قابلیت اطمینان بیشتر
در ادامه، انواع متداول باتری صنعتی را معرفی کرده و ویژگی‌های عملکردی هر یک را بررسی می‌کنیم.
انواع باتری صنعتی از لحاظ تکنولوژی ساخت
به‌طورکلی، یک باتری متشکل از دو الکترود فلز و یک ماده الکترولیت است. ترکیب انواع فلز و الکترولیت در باتری‌های صنعتی ویژگی‌های متفاوتی را برای باتری به همراه دارد.
باتری صنعتی لیتیوم-یونی (Lithium-ion)
باتری لیتیوم یونی که به آن «باتری لیتیومی» هم گفته می‌شود، از رایج‌ترین انواع باتری صنعتی به شمار می‌رود. از ویژگی‌های باتری‌های لیتیومی می‌توان موارد زیر را نام برد.
- قابلیت شارژ سریع
- رنج گسترده دمای عملیاتی از ۵۰- تا ۱۲۵ درجه سلسیوس
- تنوع کاربرد به دلیل متنوع بودنِ طراحی سلول‌های باتری و ویژگی‌های شیمیایی آن
- دشارژ خودبه‌خود (Self-discharge) بسیار اندک
- طول عمر زیاد
- عملکرد شارژ و دشارژ (Cycling Performance) عالی (معمولاً تا ۱۰۰۰ دفعه)
باتری‌های صنعتی لیتیومی با ترکیب‌های شیمیایی مختلفی تولید می‌شوند. فلزهای متداولی که از اکسید آن‌ها در ساخت باتری لیتیومی استفاده می‌شود، شامل موارد زیر هستند.
- نیکل، کبالت و آلومینیوم (NCA)
- نیکل، منگنز و کبالت (NMC)
- فسفات آهن
- کبالت
- منگنز
باتری صنعتی لیتیومی نسبت به بسیاری دیگر از باتری‌های صنعتی سبک‌تر است و برای وسایل حمل و نقل صنعتی مانند لیفتراک برقی گزینه مناسبی است؛ هرچند در مقایسه با انواع دیگر باتری قیمت بیشتری دارد.
باتری صنعتی سرب-اسید (Lead-acid)
باتری‌های سرب-اسیدی برای نخستین بار در سال ۱۸۵۹ میلادی ساخته شدند و از اولین اختراعات در صنعت باتری به شمار می‌روند. در قیاس با باتری‌های مدرن امروزی، باتری سرب-اسید چگالی انرژی کمتری تحویل می‌دهد؛ اما کماکان در زمره باتری‌های پرکاربرد به شمار می‌رود. از ویژگی‌های باتری سرب-اسید می‌توان موارد زیر را نام برد.
- عملکرد خوب در هنگام افزایش ناگهانی جریان بار (Surge Currents)
- قیمت پایین
- طول عمر نسبتاً کم
- نیاز به نگهداری و سرویس
- وزن سنگین و اندازه بزرگ
الکترود باتری‌های سرب-اسید از جنس سرب است؛ اما اسید سولفوریک به شکل‌های مختلف در این باتری‌ها به کار می‌رود. باتری‌های سرب-اسیدی در انواع زیر تولید می‌شوند.
- آب اسیدی (Wet Cell)
- فلادِد (Flooded)
- VRLA
- AMG
- ژل (Gel)
کاربرد باتری‌های سرب-اسیدی عمدتاً در صنایع خودروسازی برای استارت موتورهای احتراقی است؛ اما این باتری یک باتری صنعتی نیز به شمار می‌رود. برای مثال، در سیستم‌های یو.پی.اس، در ربات‌های صنعتی و نیز در سیستم‌های سولار (خورشیدی) می‌توان از باتری سرب-اسید به عنوان یک گزینه مقرون‌به‌صرفه استفاده کرد.
باتری‌های نیکل -کادمیوم (Nickel-cadmium)
در باتری‌های نیکل-کادمیوم از فلز کادمیوم و هیدروکسید نیکل استفاده شده است. این باتری‌ها بسیار مقاوم هستند و توان خروجی بالایی تحویل می‌دهند. ویژگی‌های باتری نیکل-کادمیوم شامل موارد زیر است.
- جریان خروجی بالا
- سازگاری بالا در هنگام شارژ بیش از حد (Overcharging)
- دفعات شارژ و دشارژ زیاد (تا ۵۰۰ بار)
باتری نیکل-کادمیوم به دلیل نیاز به سرویس و نگهداری و قیمت بالا تنها در شرایط ویژه به عنوان باتری صنعتی به کار گرفته می‌شود. بعضی از کاربردهای باتری نیکل-کادمیوم در صنعت شامل موارد زیر است.
- سیستم‌های یو.پی.اس (UPS)
- استارت دیزل ژنراتور
- روشنایی اضطراری
- ابزارهای صنعتی سنگین
بیشتر بخوانید!!!
برای مطالعه بیشتر در مورد دیزل ژنراتور چیست؟ طرز کار، انواع، کاربردها و مزایا روی لینک کلیک کنید
باتری صنعتی در منابع تغذیه بدون وقفه (UPS)
سیستم منبع تغذیه بدون وقفه یا یو.پی.اس سیستمی است که در هنگام قطعی شبکه برق اصلی، به صورت موقت، انرژی لازم برای تجهیزات مهم و حیاتی سیستم مانند سیستم روشنایی، تجهیزات اتوماسیون اداری و صنعتی و نیز سرورهای کامپیوتری را فراهم می‌کند. از مهمترین اجزای یک سیستم UPS باتری‌ها هستند. باتری‌هایی که در سیستم یو.پی.اس استفاده می‌شوند، گاهی اصطلاحاً «باتری صنعتی» نیز نامیده می‌شوند.
انتخاب باتری صنعتی مناسب عامل تعیین‌کننده‌ای در عملکرد بلندمدت و پایدار و مطمئن سیستم یو.پی.اس در شرایط مختلف محیطی و عملیاتی است. از معیارهای مهمی که باید در گزینش باتری مناسب برای سیستم UPS در نظر گرفت، می‌توان موارد زیر را برشمرد.
- طول عمر زیاد
- عملکرد مناسب در هنگام افزایش لحظه‌ای جریان (Surge Current)
- توان تحویلی کافی
- مقاوم بودن در شرایط محیطی سخت مانند گرما و سرمای شدید
از انواع باتری‌هایی که پیش‌تر به آن‌ها اشاره شد، می‌توان در UPS استفاده کرد. در ادامه، نکات مربوط به استفاده از باتری‌های سرب-اسیدی، لیتیومی و نیکل-کادمیومی در سیستم یو.پی.اس را بیان می‌کنیم.
بیشتر بخوانید!!!
برای مطالعه بیشتر در مورد انواع یو پی اس صنعتی و کاربرد هر کدام در صنعت روی لینک کلیک کنید
استفاده از باتری سرب-اسیدی در UPS
باتری‌های سرب-اسیدی از گزینه‌های قابل اطمینانی برای یو.پی.اس به شمار می‌روند و در مقیاس‌های بزرگ که وزن و اندازه باتری اهمیتی ندارد، انتخاب کاملاً مقرون‌به‌صرفه‌ای هستند. امپدانس داخلی کم و تلرانس زیاد از دیگر ویژگی‌های این نوع باتری است. از دو نوع باتری صنعتی سرب-اسید در سیستم UPS استفاده می‌شود که در ادامه آن‌ها را معرفی می‌کنیم.
باتری‌های VRLA
باتری‌های VRLA که به آن‌ها باتری سرب-اسید سیلد (SLA) نیز گفته می‌شود، در سیستم‌های UPS مدرن، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. طول عمر آن‌ها از ۵ تا ۱۰ سال است و در شرایط آب و هوایی مطلوب و خشک و در دمای ۲۰ تا ۲۵ درجه عملکرد مطلوبی دارند.
در باتری صنعتی VRLA از دو ترکیب الکترولیت استفاده می‌شود:
- الکترولیت AGM که این نوع الکترولیت، اسید درون نوعی جدا‌کننده میکروفایبر شیشه‌ای متخلخل قرار می‌گیرد.
- الکترولیت ژل که از ترکیب اسید سولفوریک و ماده‌ای به نام سیلیکا ساخته می‌شود.
از تکنولوژی AGM در سیستم UPS بیشتر استفاده می‌شود؛ زیرا قیمت کمتر، امپدانس داخلی کمتر و نرخ شارژ و دشارژ بالاتری دارد.
مزیت تکنولوژی ژل نسبت به AGM طول عمر بیشتر و محدوده دمای عملیاتی وسیع‌تر (از ۴۰- درجه تا ۵۵ درجه سلسیوس) است که برای شرایط آب و هوایی سخت مناسب‌تر است.
باتری‌های Flooded
باتری سرب-اسید Flooded از صفحات سربی شناور در الکترولیت اسیدی ساخته می‌شود و طول عمر آن‌ها تا ۲۰ سال می‌رسد. این نوع باتری برای سیستم‌های UPS بزرگ با توان جریان‌دهی بالا به کار می‌روند. از آنجایی که این باتری‌ها، سیلد (پلمب) نیستند، هیدروژن در فضا تولید می‌کنند؛ بنابراین باید سیستم تهویه مناسبی برای محل نصب آن‌ها در نظر گرفته شود.
باتری Flooded را می‌توان در تابلو و رَک نصب کرد؛ بنابراین، برای سیستم یو.پی.اس محیط‌های اداری و دیتاسنتر گزینه مناسبی هستند. باتری‌های Flooded از باتری‌های VRLA گران‌تر هستند و نیاز به افزودن آب و سرویس و نگهداری دارند.
استفاده از باتری لیتیومی در UPS
باتری‌های لیتیومی (لیتیوم-یونی) از دیرباز در لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های تلفن همراه به کار می‌روند. امروزه نیز این باتری‌ها تبدیل به اجزای اصلی خودروهای الکتریکی شده‌اند. اما در سال‌های اخیر، باتری‌های لیتیومی در ذخیره نیروی الکتریکی تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی (سولار) و ژنراتورهای بادی و نیز سیستم‌های یو.پی.اس محبوبیت رو به رشدی یافته‌اند.
باتری صنعتی لیتیومی نسبت به باتری‌های VRLA و SLA قابلیت اطمینان بیشتری دارد؛ زیرا در این باتری یک سیستم مانیتورینگ به کار رفته است که تغییرات عملکرد هر یک از سلول‌های آن را پیوسته رصد می‌کند.
از ویژگی‌های استفاده از باتری لیتیومی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- چگالی توان بسیار بالایی دارند
- کوچک و سبک هستند
- طول عمر زیادی دارند
- سرعت شارژ آن‌ها بالاست
- دفعات شارژ و دشارژ بیشتری نسبت به باتری‌های سرب-اسیدی دارند
- نسبت به باتری سرب-اسید بسیار گران هستند.
- حرارت زیادی ایجاد نمی‌کند و هزینه تهویه و خنک‌سازی آن کمتر از باتری سرب-اسیدی است.
استفاده از باتری نیکل-کادمیومی در UPS
از باتری‌های نیکل-کادمیومی نیز در طراحی سیستم UPS استفاده می‌شود. این نوع باتری برای مناطقی که دمای محیط خیلی بالاست، مناسب هستند. در باتری نیکل-کادمیومی از هیدروکسید نیکل برای صفحه مثبت و از هیدروکسید کادمیوم برای صفحه منفی استفاده می‌شود. از ویژگی‌های مثبت باتری نیکل-کادمیومی برای سیستم یو.پی.اس می‌توان موارد زیر را برشمرد.
- طول عمر زیاد تا ۲۰ سال
- عملکرد مطلوب در رنج دمای محیطی وسیع از ۲۰- تا ۴۰ درجه سلسیوس
- دفعات شارژ و دشارژ زیاد
- توانایی تحویل جریان خروجی زیاد
با وجود مزایای قابل توجه باتری نیکل-کادمیومی، هزینه اجرای سیستم یو.پی.اس با این باتری بسیار بالاتر از انواع سرب-اسیدی است. همچنین، به دلیل سمی بودن دو فلز نیکل و کادمیوم، بازیافت این نوع باتری فرایند دشوارتر و گران‌تری را می‌طلبد.
جمع‌بندی
به توجه به اهمیت به‌کارگیری باتری به عنوان تجهیز ذخیره‌کننده انرژی الکتریکی، در این مقاله انواع باتری را معرفی و کاربرد آن در صنعت را مورد بررسی قرار دادیم. از مهمترین کاربردهای باتری صنعتی، استفاده آن‌ها در سیستم‌های UPS است.
سیستم‌های یو.پی.اس هنگام قطعی برق، تأمین انرژی الکتریکی را بر عهده دارند. بنابراین، باتری‌های UPS باید متناسب با ویژگی‌های باری که توسط آن تغذیه می‌شود، قابلیت اطمینان و سازگاری لازم را داشته باشند.
آگاهی از خصوصیات باتری‌های مختلف در گزینش باتری مناسب برای سیستم یو.پی.اس ضروری است. در اینجا، قابلیت‌های چند نوع باتری صنعتی مختلف شامل باتری سرب-اسیدی، لیتیومی و نیکل-کادمیومی برای UPS را بررسی کردیم.
سوالات متداول
باتری لیتیومی با ویژگی‌هایی مانند قابلیت شارژ سریع، رنج گسترده دمای عملیاتی، تنوع کاربرد، دشارژ خودبه‌خود کم، طول عمر زیاد، و عملکرد شارژ و دشارژ عالی نسبت به انواع دیگر باتری متمایز می‌شود.
باتری‌های سرب-اسید عمدتاً در صنایع خودروسازی برای استارت موتورهای احتراقی، سیستم‌های یو.پی.اس، ربات‌های صنعتی و سیستم‌های سولار (خورشیدی) استفاده می‌شوند.
باتری‌های VRLA از الکترولیت AGM و الکترولیت ژل استفاده می‌کنند.
باتری لیتیومی به دلیل چگالی توان بالا، ابعاد کوچک‌تر و سبک‌تر، طول عمر زیاد، سرعت شارژ بالا، دفعات شارژ و دشارژ بیشتر و ایجاد حرارت کمتر، به عنوان یک گزینه مطلوب برای سیستم‌های یو.پی.اس انتخاب می‌شود.
منابع
https://industrialbatteries.bg/en/motive-power-batteries-1
https://medium.com/battery-lab/what-is-industrial-batteries-bc232de89987
https://www.onecharge.biz/industrial-batteries/
https://www.eo-dev.com/technologies/batteries
https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2023/trends-in-batteries
https://www.pveducation.org/pvcdrom/batteries/lead-acid-batteries
https://batteryuniversity.com/article/bu-201-how-does-the-lead-acid-battery-work
https://www.solidstatecontrolsinc.com/knowledgecenter/
https://www.riello-ups.com/questions/60-different-types-of-ups-batteries
