باتری دیپ سایکل یا چرخه عمیق

باتری دیپ سایکل (Deep-Cycle Battery) یا چرخه عمیق

باتری دیپ سایکل نوعی باتری سیلد اسید است که تحمل مداوم تخلیه های عمیق را دارد و می توان آنرا به دفعات مکرر شارژ و دشارژ نمود، بدون آنکه به ساختار داخلی باتری و سلول های باتری آسیبی وارد شود. باتری دیپ سایکل را می توان تا عمق 85 درصد تخلیه کرد، بدون اینکه مشکلی برای شارژ شدن مجدد باطری به وجود بیاید.

یک چرخه کامل باتری عبارت است از دشارژ کامل باتری و شارژ مجدد آن، دشارژ باتری در واقع با مقدار انرژی ای که از باتری خارج می شود محاسبه می گردد و عمق دشارژ یا DOD باتری بیانگر این است که چه مقدار از ظرفیت باتری در یک چرخه دشارژ استفاده می شود. یک دشارژ عمیق در باتری به تخلیه ظرفیت تا عمق 80 و یا 100 درصد ظرفیت باتری گفته می شود.

 

ساختار باتری دیپ سایکل

باتری‌های دیپ سایکل پلیت های فعال تر و ضخیم تری نسبت به سایر باتری های سیلد اسید که برای ups استفاده می شوند دارند. ضخامت پلیت ها باعث خورده شدن آنها در چرخه شارژ و دشارژ می شود. آلیاژ استفاده شده در پلیت های باتری های چرخه عمیق نیز نسبت به سایر انواع باتری ها مقاوم تر است تا میزان خوردگی باتری را کاهش دهد.

صفحات در باتری‌های دیپ سایکل، نسبت به باتری‌های جریان بالا، ضخیم‌تر می‌باشند، چرا که بین صفحات واکنش شیمیایی رخ می‌دهد که منجر به تولید انرژی می‌شود و اگر صفحات نازک باشند، صفحات سربی باتری خیلی زود شروع به تجزیه شدن می‌کنند و قادر به تحمل چندین تخلیه عمیق در طول زمان نخواهند بود.

کاربرد باتری دیپ سایکل

باتری‌های دیپ سایکل برای تأمین توان پیوسته طی مدت زمانی طولانی طراحی شده‌اند؛ مثل باتری‌هایی که در وسایل نقلیه دریایی کاربرد دارند.

باتری خورشیدی که در سیستم های سولار استفاده می شوند اکثرا باتری دیپ سایکل ( Deep Cycle ) هستند. باتری دیپ سایکل (باتری چرخه عمیق) بخش مهمی از تجهیزات سیستم های انرژی تجدید پذیر و انرژی خورشیدی هستند، چرا که در سیستم های سولار چرخه شارژ و دشارژ هر روز اتفاق می افتد.

• مورد استفاده در صنایع دریایی
• مورد استفاده در قایق های ماهیگیری تفریحی
• صندلی چرخدار موتور
• وسایل نقلیه تفریحی
• سیستم های ذخیره انرژی خورشیدی برای انرژی خورشیدی یا نیروی باد
• لیفتراک های الکتریکی صنعتی و جارو برقی ها بزرگ
• سیستم یو پی اس برای کامپیوتر
• علائم ترافیکی
• تامین برق برای کارگاه های دور از شهر
• استفاده در تجهیزات صوتی خاص
• وسایل نقلیه برقی مانند ماشین های گلف، و غیره

 

انواع باتری دیپ سایکل

دیپ سایکل هم برای باتری های لیتیومی و هم برای باتری های سرب اسیدی استفاده می شود. دو زیر مجموعه باتری‌های دیپ سایکل سیلد اسید (SLA)، باتری‌های دیپ سایکل ژل و باتری‌های AGM هستند.:

1.باتری AGM (نمد شیشه‌ای جاذب)

باتری AGM نوعی باتری سرب اسیدی مهر و موم شده با سوپاپ تنظیم است. AGM خلاصه شده Absorbent Glass Mat است که به نمد فایبرگلس نازک بین صفحات سربی اشاره دارد. نمد شیشه‌ای الکترولیت را جذب می‌کند، از حرکت و نشت جلوگیری می کند و به عنوان ضربه گیر بین صفحات سربی عمل می کند. خواص میرایی نمد شیشه ای باعث می شود باتری در برابر ضربه و لرزش و همچنین دمای پایین مقاوم باشد.

باتری چرخه عمیق AGM مقاومت داخلی کمتری دارد و سریعتر از باتری غرغابی یا باتری ژلی شارژ می شود. ظرفیت شارژ این باتری 95 درصد و عمق دشارژ (DoD) 80 درصد است. مزایای زیاد باتری‌های AGM عبارتند از:

• بدون نیاز به تعمیر و نگهداری
• عدم حساسیت نسبت به نحوه قرارگیری
• با دوام و شارژ سریع

2.باتری ژل اسید

باتری‌های سلول ژلی نوع دیگری از باتری‌های VRLA با سوپاپ تنظیم (شبیه به باتری‌های AGM) هستند. باتری های ژلی از یک الکترولیت ژل استفاده می کنند که (معمولاً) از اسید سولفوریک و آب معلق در سیلیکاژل تشکیل شده است. یک باتری ژل دارای راندمان شارژ حدود 85-90 درصد و تحمل بسیار خوبی در برابر حرارت است و گاز تولید نمی کند. اما این باتری قابلیت شارژ سریع را ندارد.

الکترولیت ژلی به شارژ بیش از حد نیز بسیار حساس است همچنین شارژ بیش از حد می تواند صدمات جبران ناپذیری را به همراه داشته باشد. باتری سلول ژلی به نگهداری و تعمیر نیازی ندارد، در برابر نشتی مقاوم است، نسبت به قرارگیری حساس نیست و حرارت بالا را تحمل می کند.

3.باتری‌ لیتیوم یون

باتری های لیتیومی جدیدتر از باتری های اسید سرب در نظر گرفته می شوند.باطری‌های ژل دیپ سایکل، از ماده‌ای استفاده می‌کنند که الکترولیت اسید درون باتری را به یک ژل ضخیم تبدیل می‌کند و جلوی پراکنده شدن آن را می‌گیرد. باتری ژل در توزیع حرارت و خارج شدن گاز نسبت به باتری AGM بهتر می‌باشد و در نتیجه در طول عمر خود عملکرد بهتری دارد. در باتری‌های AGM، الیاف شیشه‌ای بین صفحات مثبت و منفی قرار داده شده‌اند تا الکترولیت حرکت نکند.

باتری های لیتیوم یون 30 درصد سبک تر از باتری های سلولی غرغابی هستند و 80 تا 100 درصد راندمان دارند. علاوه بر این، آنها نرخ شارژ مجدد و عمر بسیار طولانی را دارند. به طور معمول یک باتری لیتیون یون می تواند حدود 2000 تا 5000 چرخه شارژ را تحمل می کند، در صورتیکه باتری سرب اسید نهایتا توانایی تحمل 200 سیکل را دارد.

باتری‌ لیتیوم یون به ازای هر نرخ دشارژ، ولتاژ ثابتی را عرضه می‌کنند. این بدان معناست که وقتی ظرفیت باتری لیتیوم یونی کاهش می یابد، نور بهره مند از این نوع باتری کاهش نمی یابد. هنگامی که دیگر توانی وجود ندارد، لامپ ها بلافاصله خاموش می شوند. نوع جدید این باتری، لیتیوم فسفات آهن (LiFePO4) است. باتری های LiFePO4 به طور گسترده در مواردی که نیاز به دیپ سایکل است، استفاده می شود.

از نظر فنی تمام باتری‌های لیتیومی دیپ سایکل هستند چون می‌توانند به طور کامل شارژ و دشارژ شوند. باتری‌های دیپ سایکل، به خصوص نوع سرب-اسیدی AGM یا ژل، ارزان‌تر از باتری‌های لیتیوم-یونی هستند.

 

اجزای تشکیل دهنده باتری Deep Cycle

1-صفحه ریخته گری: صفحه ضخیم که موجب افزایش قدرت باتری و کاهش مقاومت داخلی باتری شده و در نتیجه باعث بهبود شرایط لرزش و افزایش عمر باتری می گردد.

2-چسب پیشرفته صفحه: فرمولاسیون چسب پوششی موجب کاهش تبخیر آب شده که به نوبه خود باعث شارژ بهتر و عملکرد بالاتر باطری و افزایش طول عمر آن می گردد.

3-صفحه مقسم شیشه ای: این صفحه خمیر(چسب صفحه) را احاطه می کند و باعث کاهش لرزش و افزایش دوره مصرف باتری می گردد.

4-قفسه گلی: این شبکه گلی موجب بهبود شرایط حفاظتی صفحه شده که به نوبه خود از ضربه و ایجاد اتصالات کوتاه جلوگیری می کند و باعث جداسازی چسب نیز می گردد.

4-بدنه پلی پروپیلنی: طراحی تقویت شده آن سبب افزایش مقاومت و دوام در برابر شوک و لرزش می گردد.

5-دسته حمل: طراحی ارگونومیک دسته حمل بسیار شیک و ضخیم و مقاوم است و حمل را آسانتر می کند.

6-عقربه نمایانگر شرایط شارژ باطری: این عقربه موجب تشخیص لحظه ای شرایط شارژ باتری می گردد.

8-گیره بند: گیره بند ضخیم تر موجب دوام بیشتر ،مقاومت الکتریکی کمتر و افزایش طول عمر باتری می گردد.

9-تکنولوژی قفل صفحه: این مکانیزم باعث جلوگیری از لرزش و صدمه در شرایط ناهموار جاده ای می گردد.

10-ترمینال های دوقلو: باعث اتصالات لوازم بیشتر به باطری می گردد.

نحوه عملکرد باتری دیپ سایکل

درست مثل هر نوع باتری دیگر، باتری دیپ سایکل شامل سه جزء اصلی است: کاتد، آند و الکترولیت. واکنش شیمیایی که درون سلول باتری  اتفاق می افتد، یک الکترون آزاد را در آنود ایجاد می کند، در قیمت کاتد تحت واکنش الکتروشیمیایی الکترونها کاهش پیدا می کنند (یک واکنش شیمیایی که باعث انتقال الکترون بین مولکول ها می شود) . واکنش های شیمیایی که در هر الکترود اتفاق می افتد، موجب اختلاف ولتاژ در آنها می شود، درنتیجه جریان در باتری ایجاد می شود .

 

تفاوت باتری دیپ سایکل با باتری استارتی (باتری ماشین)

تفاوت اصلی بین باتری‌های دیپ سایکل و استارتی از نظر ساختاری است.

باتری های چرخه عمیق (Deep Cycle) به گونه ای طراحی شده اند که مقدار ثابت جریان الکتریکی را برای مدت زمان طولانی به مصرف کننده برسانند. این نوع باتری ها دارای صفحات زخیمی از جنس سرب جامد هستند که همین باعث می شود این باتری ها سطح کمتری نسبت به باتری ماشین داشته باشند که در نتیجه نیروی کمتری برای استارت زدن دارند. کیفیت باتری دیپ سایکل با ضخامت صفحات سربی آن رابطه مستقیم دارد.

باتری های دیپ سایکل به دلیل این که می توانند به صورت متناوب تا 80 درصد شارژ خالی کنند و تخلیه شارژ را خیلی سریع انجام دهند، بیشتر در ماشین های تفریحی کاربرد دارند این نوع وسایل نقلیه نیاز به راه اندازی و حرکت مداوم دارند.

باتری ماشین انرژی لازم برای استارت زدن و روشن کردن ماشین را تامین می کند که برای استارت زدن ماشین باید سریعا انفجاری در یک بازه زمانی کوتاه رخ دهد. به همین دلیل در ساختار باتری های خودرو از اسفنج سربی استفاده شده است که بتواند جریان موجی سریع و زیادی را به صورت سطحی تولید کند.

باتری های استارتی برای کاربردهای با سیکل طولانی طراحی نشده اند، چرا که اسفنج آنها زود خراب می شود. و باتری نهایتا بعد از 120 سیکل از کار می افتد. در حالی که در استارت های معمولی ممکن است تا هزاران سیکل کار کند. چرا که اکثر خودرو‌ها به گونه ای طراحی شده‌اند که زمانی که استارت موتور زده می‌شود، میزان تخلیه شارژ باتری ماشین کم باشد تا نوسانات برق کمی داشته باشد. باتری خودرو معمولا فقط به صورت سطحی برای جریان موجی و زیاد انرژی شارژ خالی می کنند که هنگام روشن کردن ماشین مناسب است. بعد از روشن شدن موتور، دینام شروع به شارژ مجدد باتری تا حد شارژ کامل می‌کند.

 

طول عمر باتری های دیپ سایکل

به‌طور کلی، طول عمر باتری‌های چرخه عمیق عبارت است از:

• باتری‌های لیتیومی: ۳ تا ۱۰ سال
• باتری‌های اسید سرب و AGM: به مدت 6 سال
• باتری‌های ژلی: 10 سال

 

مدت زمان شارژ باطری دیپ سایکل

زمانبندی شارژ باتری چرخه عمیق به عوامل زیادی وابسته است: از جمله ظرفیت باتری، مدت زمان استفاده، شارژر باتری و غیره.

اما به طور میانگین مدت زمان شارژ به صورت زیر است:

• باتری‌های اسید سرب غرق‌آبی: 8 تا 16 ساعت
• باتری AGM: حدود 5 ساعت
• باتری‌های ژلی: 5 تا 10 ساعت
• باتری‌های لیتیومی: 2 تا 3 ساعت