بررسی تفاوت های باتری های اسیدی(سرب اسید) با باتری های قلیایی( نیکل کادمیوم)

باتری های نیکل کادمیوم و سرب اسیدی چه تفاوتی با هم دارند؟

باتریهای سرب اسید و نیکل کادمیوم دارای بالاترین مصرف در باتریها در صنعت یوپی اس و همچنین در صنایعی که از لود های dc استفاده میکنند می‌باشند. در این پست سعی بر این داریم که به تفاوت های این باتری ها اشاره ی مختصر داشته باشیم.

همچنین نقاط ضعف و نقاط قوت این دو باتری را با هم مقایسه میکنیم

1- پیشینه ساخت این دو باتری

• باتری سرب اسید (Lead Acid): در سال 1859 برای اولین بار توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام Gaston Planté به عنوان اولین باتری با قابلیت شارژ مجدد بصورت تجاری به بازار عرضه شد.
• باتری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium): در سال 1899 توسط یک مخترع سوئدی به نام Waldemar Jungner ابداع گردید. تمایل چندانی به استفاده از این باتریها در صنایع تا اوایل دهه 1960 وجود نداشت ولی پس از آن و با افزایش چشمگیر مصارف الکتریکی بویژه در آمریکا و ژاپن طرفدار پیدا کرد.

2- مواد سازنده باتری

• باتری سرب اسید (Lead Acid): آند یا قطب مثبت از اکسید سرب (PbO2) وقطب منفی یا کاتد از سرب (Pb) تشکیل شده و الکترولیت آن محلول اسید سولفوریک (H2SO4) و آب (H2O) می‌باشد. اسید سولفوریک خالص عموما بین 25 تا 40 درصد از کل محلول را تشکیل می‌دهد.
• باتری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium): هیدرات نیکل (NiOOH) بخش عمده قطب مثبت را تشکیل می‌دهد در حالیکه کادمیوم اسفنجی (Cd) عنصر غالب در مواد تشکیل دهنده قطب منفی است. محلول هیدروکسید پتاسیم (KOH) در آب نیز نقش الکترولیت باتری را دارد. غلظت هیدروکسید پتاسیم عموما بین 20 تا 35 درصد از کل محلول الکترولیت است.

3- قیمت 
باتریهای نیکل کادمیوم حدودا بین 2 تا 4 بار گرانتر از نمونه مشابه خود از نوع سرب اسید هستند. البته بسته به کیفیت و نوع آلیاژ و تکنیک ساخت باتری این امکان وجود دارد که این اختلاف بیشتر از 5 برابر نیز بشود. به همین دلیل سرمایه اولیه مورد نیاز برای تامین نیروی بکاپ از باتریهای نیکل-کادمیومی بسیار بالاتر تمام خواهد شد. پس چرا همچنان طیفی از مصرف کنندگان سراغ باتریهای نیکل میروند؟ بخشهای بعدی پاسخ این سوال را خواهد داد. 
 
4- طول عمر
یک قانون کلی در ارتباط با طول عمر اکثر انواع باتریها وجود دارد، و آن اینکه با افزایش تعداد دشارژ باتری طول عمر آن کم خواهد شد. اما هر دو باتری نیکل و سربی به عمق دشارژ نیز حساس هستند. به این معنی که اگر فرضا باتری بطور متوسط 30 درصد دشارژ شود طول عمر آن بسیار بیشتر از حالتیست که بطور متوسط تا 80 درصد دشارژ می‌گردد. گرچه باتریهای نیکل کادمیوم بسیار گرانتر از باتریهای سرب اسیدی هستند اما تعداد سیکلهایی که می‌توان آنها را دشارژ کرد بسیار بیشتر از باتری‌های سربی است.

شکل 1: نمودار کاهش تعداد سیکلهای قابل استفاده از باتری نیکل کادمیم با افزایش عمق دشارژ باتری 

 

شکل 2: کاهش تعداد سیکلهای قابل استفاده از باتری سیلد اسید با افزایش عمق دشارژ باتری

همانطور که دیده می‌شود با افزایش عمق دشارژ به بیش از 50 درصد، تفاوت عملکرد دو باتری به خوبی مشهود می‌گردد. 

5- حساسیت به دما
باتریهای سرب اسیدی بیشتر برای عملکرد در محیط 10 تا 35 درجه سانتیگراد پیشنهاد می‌شوند، زیرا نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی از خود نشان می‌دهند. ظرفیت ظاهری باتریهای سرب اسیدی نسبت به کاهش دما سریعا افت می‌کند و از طرفی دیگر نیز با افزایش دما عمر متوسط آنها به شدت کاهش می‌یابد (با افزایش هر 10 درجه طول عمر مفید باتریهای سرب اسیدی نصف می‌شود!). اما باتریهای نیکل کادمیوم نسبت به تغییر دما حساسیت کمتری از خود نشان می‌دهند. بویژه در مواردی که باتری می‌بایست در دماهای پایین مورد استفاده قرار گیرد بهترین گزینه استفاده از باتریهای نیکل است. بازه دمایی مناسب برای عملکرد باتری نیکل کادمیم چیزی بین 60 تا 20- درجه سانتیگراد است. البته طول عمر متوسط آن نیز با افزایش دما کاهش می‌یابد. شکل زیر مقایسه ایست بین تغییرات ظرفیت دو باتری در یک بازه دمایی نسبتا زیاد.

شکل 3: نمودار مقایسه‌ای تغییر ظرفیت باتریهای نیکل-کادمیوم و سرب-اسیدی نسبت به تغییرات دما

6- پدیده خود دشارژی (Self Discharge)
حتی درصورتیکه هر کدام از این دو نوع باتری به مدار متصل نباشند نیز، بعد از گذشت مدتی دشارژ می‌شوند. به این پدیده خود دشارژی می‌گویند (برای توضیحات تکمیلی می‌توانید به مقاله "باتری‌ های سرب اسید را بیشتر بشناسیم" مراجعه فرمایید). سرعت این پدیده در باتریهای نیکل کادمیوم چندین برابر باتریهای سرب اسیدی است. باتریهای نیکل بسته به آلیاژ مورد استفاده در ساختشان و همچنین دمای محیط، حتی امکان دارد که روزانه 1 درصد از ظرفیتشان را در هنگام انبارش از دست بدهند. این مساله نیاز به شارژ مجدد باتری در هنگام استفاده و همچنین اتلاف انرژی را سبب می‌شود.

شکل 4: مقایسه میزان افت شارژ باتریهای نیکل کادمیم و سرب اسیدی هنگام انبارش

اشاره به این تفاوت نیز ضروریست که گرچه خود دشارژی در باتریهای نیکل چندین برابر باتریهای سربی است، اما باتریهای نیکل را می‌توان حتی بطور دشارژ کامل نیز انبارش نمود، باتریهای سرب اسیدی را نمی‌بایست با سطح شارژ پایین نگهداری کرد. زیرا در این صورت باتری سولفاته شده و طول عمر مفید آن بشدت کاهش می‌یابد. 
 
7- نحوه افت ولتاژ در هنگام دشارژ
ولتاژ باتریهای نیکل کادمیوم تقریبا تا لحظات آخر افت چندانی ندارد و می‌توان با تقریب، آن را ثابت فرض کرد. اما ولتاژ پایانه‌ی باتریهای سرب اسیدی در هنگام دشارژ، به تدریج کاهش می‌یابد.

 

شکل 5: افت ولتاژ باتری نیکل کادمیم طی یک سیکل دشارژ کامل 

 

شکل 6: افت ولتاژ باتری سرب اسید طی یک سیکل دشارژ کامل

8- آلایندگی محیط زیستدر ساختار هر دو نوع باتری از فلزات سنگین (سرب و کادمیوم) استفاده شده است، که این به معنی دیر ترکیبی این فلزات است. در صورتیکه پروسه بازیافت لاشه‌ی باتریها بدرستی انجام نشود هردو بشدت محیط زیست را آلوده می‌نمایند. اما پروسه بازیافت کادمیوم پیچیده‌تر از سرب بوده و در عین حال این فلز شدیدا سرطان زا می‌باشد.

9- سایز و وزن و پروسه ساخت
باتریهای سرب اسیدی روند ساخت ساده‌تری از باتریهای نیکل کادمیومی دارند. اما در عین حال نسبت انرژی ذخیره شده در باتری نسبت به وزن آن، یکی از کمترین مقادیر بین انواع باتریهاست (Wh/kg 30-50). درصورتیکه چگالی انرژی به وزن در باتریهای نیکل کادمیوم چیزی بین Wh/kg 45-80 می‌باشد. این بدان معنی است که باتریهای نیکل-کادمیوم 30 درصد انرژی بیشتری نسبت به باتریهای سرب اسیدی در یک وزن برابر، در خود ذخیره می‌کنند. پس در مواردی که وزن مجموعه باتریها مهم است استفاده از باتریهای نیکل کادمیوم توصیه می‌شود.

10- سرعت شارژباتریهای نیکل کادمیوم را می‌توان در زمانهای کوتاهی همچون 1 ساعت نیز شارژ نمود درصورتیکه شارژ سریع باتریهای سرب اسیدی در زمانی کمتر از 4 ساعت توصیه نمی‌شود و عموما چیزی در حدود 8 تا 10 ساعت را برای شارژ آنها مناسب می‌دانند.

11- جریان پیک دشارژ
دشارژ باتریهای سرب اسیدی با جریانی بیشتر از 5 برابر جریان نامی آن توصیه نمی‌شود (فرضا باتری 9 آمپر ساعت را نباید با جریانی بیش از 45 آمپر دشارژ کرد) اما می‌توان باتریهای نیکل کادمیوم را حتی با جریان‌های 10 تا 15 برابر جریان نامی خود نیز دشارژ نمود. 

12- پدیده‌ی حافظه‌ای (Memory Effect) در باتریهای نیکل
یکی از مهمترین نقاط ضعف باتریهای نیکل نسبت به سربی، وجود "پدیده حافظه" در باتری است. اگر باتری را چندین بار فرضا تا 60 درصد ظرفیتش دشارژ کرده و مجددا شارژ نماییم. باتری حدود 60 درصد را به "حافظه" سپرده و اگر بار دیگر باتری را بخواهیم بیشتر از 60 درصد دشارژ نماییم این بار ناگهان ولتاژ خروجی باتری افت شدیدی می‌نماید. این پدیده باعث می‌شود که نتوان از ظرفیت باتری به طور مناسب استفاده نمود. بویژه در کاربردهای یوپی اسی که باتریها به حالت آماده به کار بوده و مرتبا شارژ و دشارژ نمی‌شوند این پدیده باعث می‌شود که نتوان از کل ظرفیت نصب شده‌ی باتریها استفاده بهینه نمود.

13- تفاوت ولتاژ نامی سلولهای باتری
بدلیل ساختار متفاوت شیمیایی دو باتری، ولتاژ نامی سلولهایشان نیز متفاوت است. ولتاژ هر سلول در باتریهای نیکل کادمیم 1.2 ولت و در باتریهای سرب اسیدی 2 ولت می‌باشد. به همین دلیل برای ساخت یک باتری 12 ولت نیکل کادمیوم، می‌بایست 10 سلول را با هم سری کرد؛ در حالیکه سری کردن 6 سلول باتری سرب اسیدی، همین ولتاژ را تولید خواهد نمود.

من رو به صفحه اطلاعات در رابطه با طراحی و ساخت رک باتری هدایت کن

باتری های ساکن OPZS

این نوع باتری های ساکن بصورت سلول های 2 ولتی از 200  تا  3000 آمپر ساعت در جلد های پلاستیکی شفاف تولید شده و برای دستیابی به ولتاژ مورد نیاز تعداد مشخص از این سلول ها توسط تسمه های سربی به پل های باتری جوشکاری شده و یا برای نصب آسانتر تسمه ها با پیچ و مهره به هم متصل می گردند تا ولتاژ نهایی مورد نظر تامین شود .

بیشترین موارد مصرف این نوع باتری ساکن در صنایع مخابراتی و نیروگاه های تولید و تبدیل برق می باشد . 

من رو به صفحه اطلاعات در رابطه با طراحی و ساخت رک باتری هدایت کن

رک باتری چیست؟

رک باتری چیست؟ 

رک باتری سازه ای است که باتری ازنوع باتری های صنعتی( باتری دریچه دار ) و چه از نوع باتری یو پی اس های اداری (باتری سیلد) در آن قرار می گیرد و با توجه به اهمیت باتری در سیستم های DC و لزوم حفاظت از باتری جهت جلو گیری از صدمات فیزیکی از جمله ضربه و فشار و کارایی بهتر باتری، متناسب با نوع باتری و وزن آن و محدودیت های فضایی، طراحی و ساخته می شود.

 اندازه رک های باتری معمولا به صورت یک الی پنج طبقه و در هر طبقه یک الی چهار استپ قابل طراحی است.

شایان ذکر است به دلیل گستردگی ابعاد باتری ها، متناسب با هر پروژه ابعاد رک باتری متفاوت خواهد بود.

شرکت نیرو سازه، ارائه دهنده کلیه خدمات طراحی، ساخت ونصب انواع رک، کابینت و استندهای نگهدارنده باطریهای صنعتی و نیروگاهی(اسیدی-نیکل کادمیوم) با قابلیت ضد زلزله، ضد لرزش و ضدخوردگی، مقاوم در برابر اسید وقابلیت نصب در شرایط مختلف آب و هوایی می باشد.

من رو به صفحه اطلاعات در رابطه با طراحی و ساخت رک باتری هدایت کن

نویز در سونوگرافی

مقدمه:

یکی از مشکلات شایع در سونوگرافی‌ها و بخصوص در مدل رنگی آن (داپلر) وجود نویز در تصویر مانیتور آنها است.

نویز از راه های مختلفی وارد دستگاه سونوگرافی شده و تصویر را مخدوش کرده و باعث عدم کارایی آن می‌گردد.

در ابتدا باید فهمید که نویز از چه مسیری وارد شده تا بتوانیم آنرا با روشی مناسب حذف کنیم.

دستگاه سونوگرافی ممکن است از سه راه نویزدار گردد:

1-     از طریق برق شهر

2-    از طریق نویز تولیدی از یوپی اس

3-    نویز تشعشعی از سایر ادوات الکترونیک پیرامون سونوگرافی و یا کابلها

برای اینکه بفهمیم نویز از کدام یک از طرق بالا وارد سونو می‌شود باید به روش زیر عمل کنیم.

در ابتدا یوپی اس را خاموش و از مسیر برق سونو جدا می‌کنیم، سپس سونو را مستقیما به برق شهر متصل و روشن می‌نماییم.

در این حالت اگر سونو دارای نویز نبود یعنی اینکه یوپی اس عامل نویز هست و در ادامه راهکارهای مقابله با آن را بیان می‌کنیم، ولی اگر نویز همچنان برقرار بود دو احتمال وجود دارد، یا نویز از طریق برق شهر وارد شده و یا ممکن است یک دستگاه الکترونیکی در کنار سونو وجود دارد که خود عامل تشعشع نویز است. بدین منظور دستگاه سونو را به یک اتاق دیگر برده و از یک پریز دیگری استفاده می‌کنیم. اگر نویز برطرف شد یعنی اینکه یک دستگاه الکترونیکی در کنار سونو بوده است که عامل نویز می‌باشد. دستگاه‌هایی از قبیل شارژر موبایل، شارژر تلفن بیسیم، پایه‌ی تلفن بیسیم، چراغ مطالعه با لامپ کم‌مصرف، کیس کامپیوتر، سرور، مودم، پرینتر، مانیتور، تلویزیون و هرگونه دستگاه الکترونیکی که درون آن تغذیه سوئیچینگ وجود داشته باشد.

اگر نویز همچنان وجود داشت یعنی اینکه برق شهر دارای نویز بوده و احتمالا در یک ساختمان دیگر و یا یک اتاق دیگر در همان ساختمان که کابل برق به آنجا نیز رفته، دستگاهی وجود دارد که سیم برق را آلوده به نویز می‌کند و در نهایت بر روی سونو تاثیر می‌گذارد.

حال که توانستیم بفهمیم نویز از چه طریقی وارد سونو شده است، طبق روش‌های زیر از آن جلوگیری می‌کنیم.

1-     جلوگیری از ورود نویز از طریق برق شهر: بدین منظور باید روش‌های زیر را بر روی سونو آزمایش کرد.

1-1-          پریزهای مختلفی را به منظور بررسی نویز مورد آزمایش قرار داد. یعنی اینکه دستگاه سونو رو به پریزهای مختلفی متصل، و هر بار میزان نویز را بررسی کرد.

1-2-          معکوس کردن دوشاخه برق سونوگرافی.

1-3-          قرار دادن یوپی اس در مسیر برق سونوگرافی. (بدلیل اینکه یوپی اس درون خود مدار فیلتر دارد می‌تواند نویز برق شهر را کاهش دهد. البته در این حالت وجود ارت الزامیست.)

1-4-          قرار دادن ترانس ایزوله در مسیر برق سونوگرافی.

2-      جلوگیری از ورود نویز از طریق سایر ادوات الکترونیکی: بدین منظور باید روش‌های زیر را بر روی سونو آزمایش کرد.

2-1-          اتاق دستگاه سونوگرافی را تغییر داد.

2-2-          دستگاه عامل نویز را از کنار سونوگرافی برداریم.

2-3-          حدالمقدور دستگاه سونوگرافی را از عوامل نویز دور کنیم. (توسط یک سیم سیار بلندتر)

2-4-          برق سونو را از پریز دیگری که آن تجهیزات به آن متصل نیستند تامین کنیم.

3-      جلوگیری از ورود نیوز از طریق یوپی اس: در این حالت باید آزمایشات مختلفی انجام گردد تا مشخص شود که کدام مدار یوپی اس عامل نویز است تا راهکار مناسب انتخاب گردد.

3-1-          اگر نویز فقط در حالت نرمال یوپی اس وجود داشت یعنی عامل نویز مدار شارژر و یا مدار PFC می‌باشد.

اگر نویز از طریق شارژر باشد:

·       از هسته‌های فریت بر روی سیم رابط باتری استفاده کرد. در این حالت هسته‌ها باید به کانکتور باتری روی بدنه یوپی اس بسیار نزدیک باشد.

·       اگر یوپی اس باتری داخل بود، به سیم خروجی شارژر از بورد، هسته فریت اضافه کرد. (نزدیک به بورد)

اگر نویز از طریق مدار PFC باشد:

·       دوشاخه سونوگرافی را برعکس کرد.

·       ارت حتما به یوپی اس متصل گردد.

·       فاصله سونو تا یوپی اس را زیاد کرد.

·       از ترانس ایزوله در خروجی یوپی اس استفاده کرد.

3-2-          اگر نویز  فقط در حالت بک‌آپ وجود داشت یعنی عامل نویز مدار کانورتر می‌باشد.

·       اگر دستگاه باتری خارج بود فاصله باتری‌ها تا یوپی اس را کم کرد، از هسته‌های فریت در سیم رابط باتری استفاده کرد.

·       اگر دستگاه باتری داخل بود، به سیم اتصال باتری‌ها هسته فریت اضافه کرد.

·       دوشاخه سونوگرافی را برعکس کرد.

·       ارت حتما به یوپی اس متصل گردد.

·       فاصله سونو تا یوپی اس را زیاد کرد.

·       از ترانس ایزوله در خروجی یوپی اس استفاده کرد.

·       از یوپی اس با مدل باتری داخل استفاده کرد.

3-3-          اگر نویز در هر دو حالت نرمال و بک‌آپ وجود داشت یعنی عامل نویز مدار اینورتر و یا مدار تغذیه می‌باشد.

·       دوشاخه سونوگرافی برعکس شود.

·       ارت حتما به یوپی اس متصل گردد.

·       فاصله سونو تا یوپی اس را زیاد کرد.

·       از ترانس ایزوله در خروجی یوپی اس استفاده کرد.

در نهایت اگر هیچ یک ازروش‌های بالا موثر نبود باید یوپی اس تعویض گردد و از یوپی اس با مدل یا توان دیگری استفاده شود.

من رو به صفحه اطلاعات در رابطه با طراحی و ساخت رک باتری هدایت کن