این روزها پیشرفت تکنولوژی و افزایش چشمگیر دستگاه های دیجیتال و قابل شارژ موضوع شارژ و ذخیره شارژ باتری این دستگاهها بیش از پیش خود نمایی می کند. باتری های لیتیوم یونی (lithium-ion) دستگاه های قابل شارژ جدید مانند تلفن های هوشمند، تبلت ها و لپ تاپ ها بر خلاف باتری های نیکلی و سربی طول عمر بیشتر، قابلیت تحمل ولتاژهای شدیدتر و جلوگیری از شارژ بیش از حد در هنگام شارژ کامل را دارند. قبل از شروع به ارائه راهکار های افزایش طول عمر باتری تلفن های همراه یا لپ تاپ بهتراست ویژگیهای مهم باتریها بررسی شود و سپس با شناخت نسبی از این منابع ذخیره سازی انرژي راهکارهای بهبود کیفیت استفاده مورد بحث قرار گیرد .
باتری های لیتیومی (lithium-ion) چطور کار میکنند؟
کارکرد تمام باتری ها به کمک دو الکترود آند و کاتد و تعداد زیادی الکترولیت میان آنها انجام می شود. زمانیکه باتری وارد مدار می شود، در اثر وقوع واکنش شیمیایی در قسمت آند، الکترون هایی در آنجا ایجاد می شود که به علت خلوت بودن قسمت کاتدی، تمایل به حرکت به آنجا دارند، اما الکترولیت های میانی مانع انجام این فرآیند می شوند پس تنها راه برای انجام آن، مداری است که باتری در آن قرار گرفته است. یون های لیتیوم یونی، ظرفیت و مدت زمان کارکرد باتری را مشخص میکنند اما با گذر زمان و طی شارژ کردن های ممتد دستگاه، قسمت های آندی و کاتدی رو به زوال خواهند رفت که این باعث خالی شدن سریع تر باتری نسبت به روزهای اول استفاده ازآن می شود.
باتری های لیتیوم یونی (lithium-ion) چطور شارژ می شوند؟
اولین مرحله، شارژ با جریان ثابت نام دارند که مرحله ی بسیار ساده ای ست و طی آن شارژر جریان الکتریکی ثابتی را به باتری می دهد تا تمام الکترون های کاتد به سمت آند برگردند. هرچه میزان جریان الکتریکی ثابت، بیشتر باشد باتری سریع تر شارژ می شود. شارژرهایی با ولتاژ بالا از این روش برای شارژ سریع تر باتری ها استفاده می کنند. زمانی که باتری به 70 درصد ظرفیت خود می رسد وارد مرحله دوم می شود و با نزدیک شدن باتری به شارژ کامل جریان ارسالی شارژر کمتر می شود و نرخ شارژ شدن کاهش می یابد و هنگامی که جریان قطع می شود یا کمتر از مقداری ثابت نمی شود باتری تشخیص می دهد که کامل شارژ شده است.
برخی شارژرهای ارزان قیمت بدون اینکه شدت جریان را کاهش دهند یک باتری لیتیوم یونی را در یک ساعت یا کمتر شارژ می کنند. در این مواقع باتری فقط تا 85 درصد شارژ شده که برای کاربران ناخوشایند است اما در برخی شارژرهای صنعتی ولتاژ را برای افزایش طول عمر باتری می کاهند. جدول زیر بیانگر ظرفیت تخمین زده شده در هنگام شارژ با ولتاژهای مختلف است بطوری که در کل 180 دقیقه مدت زمان شارژ با اعمال ولتاژ 4.2 ولتی به سلول های باتری، اولین مرحله شارژ 85 درصد باتری و در مرحله دوم باتری را به صورت کامل شارژ می کند.
| میزان شارژ در مرحله دوم | زمان شارژ | میزان شارژ در مرحله اول | شارژ سلول بر حسب ولت |
| ~65% ~75% ~80% ~90% 100% | 120 دقیقه 135 دقیقه 150 دقیقه 165 دقیقه 180 دقیقه | 60% 70% 75% 80% 85% | 3.80 3.90 4.00 4.10 4.20 |
باتری لیتیوم یونی بیش از حد شارژ نمی شود و در زمان شارژ کامل، فرآیند شارژ متوقف می شود، اما بهتر است برای کاهش فشار باتری، به محض شارژ کامل آن را از شارژر جدا کرد. هنگامی که فرآیند شارژ خاتمه یابد، ولتاژ باتری شروع به افت می کند و به مرور زمان ولتاژ خروجی باتری بین V3.70 تا V3.90 تنظیم می شود و همانطور که انتظار می رود باتری لیتیوم یونی که کامل شارژ شده مدت زمان بیشتری نسبت به باتری ای که کامل شارژ نشده، حداکثر ولتاژ را ارائه می دهد.
شارژ بیش از حد باتری لیتیوم یونی
حال شاید این سوال پیش آید که آیا شارژ بیش از حد دستگاه های الکتریکی موضوع نگران کننده ای است؟ و آیا باعث خرابی باتری می شود یا خیر؟
پاسخ این سوال خیر است. طبق اظهارات آندره گلدبرگ (Andrew Goldberg)، یکی از فعالان سایت تخصصی iFixit، تمام دستگاه هایی که از باتری های لیتیومی یونی قابل شارژ استفاده می کنند به نوعی مجهز به مدارهای مدیریت توان هستند تا از شارژ بیش از حد باتری جلوگیری شود. با این حال، اگر باتری به طور غیر عمد بیش از حد معین و طولانی مدت شارژ شود یک روکش فلزی از لیتیوم روی آند ایجاد می شود و ماده ی کاتدی اکسید می شود که باعث افزایش دمای باتری، ناپایداری و تولید کربن دی اکسید می شود.
تعداد دفعات شارژ دستگاه الکتریکی از اهمیت زیادی برخوردار نیست زیرا بدون شک در نهایت باتری از بین می رود و مثل روز اول نخواهد بود. اکثر باتری های لیتیوم عمری بین 500 تا 1500 بار تخلیه کامل شارژ دارند و می توان با هر بار شارژ مجدد باتری که 75 درصد شارژ دارد، طول عمر آن را تا 2500 بار افزایش داد. اما اگر طی 300 تا 500 دوره باتری بطور کامل تخلیه و مجددا شارژ شود، 70 درصد ظرفیت اصلی خود را از دست می دهد.( این موضوع بر خلاف تصور عام است )
نرخ میلی آمپر ساعت mAH چیست؟
تمام باتری های تلفن همراه ظرفیت مشخصی برای ذخیره انرژی در یک مدت زمان معین دارند و این ظرفیت با عنوان میلی آمپر ساعت (mAH) بیان می شود. در نتیجه نرخ میلی آمپر ساعت بیانگر این است که شدت جریان در چه مدت زمانی و با چه سرعتی در باتری جاری می شود تا به طور کامل تخلیه شود. برای مثال، یک باتری 1000 میلی آمپر ساعتی توانایی فراهم کردن 100 میلی آمپر را برای مدت زمان ده ساعت دارد و یک باتری با ظرفیت 2000 میلی آمپر ساعت می تواند مقدار 200 میلی آمپر را برای مدت بیست ساعت فراهم کند. بنابراین هرچه مقدار عددی میلی آمپر ساعت بزرگتر باشد، تعداد دفعات کمتری برای شارژ مجدد دستگاه مورد نیاز است. البته یکسان بودن نرخ میلی آمپر ساعت باتری ها به معنی یکسان بودن طول عمر آنها نیست. بلکه تکنولوژی بکار رفته در ساخت باتری ها و میزان استفاده از باتری، عملکرد کلی باتری را تعیین می کند.
مدت زمان آماده به کار و زمان مکالمه
مدت زمان مکالمه و آماده به کار تلفن های مختلف، متنوع است. سازگاری دستگاه تلفن و باتری آن، مساله ی مهمی محسوب می شود و بدیهی ست که هر دستگاه تلفنی با هر نوع باتری سازگار نیست. الگوی استفاده از تلفن همراه میزان ماندگاری شارژ باتری را در یکبار شارژ تعیین می کند و با استفاده های مکرر از تلفن همراه نظیر برقراری تماس، مشاهده ی عکس، گوش دادن به موسیقی و وب گردی شارژ باتری سریع تخلیه می شود. بنابراین دستگاه های تلفن همراه نیازمند یک باتری با ظرفیت میلی آمپر ساعت بالاتر می باشند در غیر اینصورت باید دستگاه را در طی یک روز چندین بار شارژ کرد.
| زمان مکالمه (2G) | زمان اماده به کار (2G) | نرخ میلی آمپر ساعت |
| 10-8 ساعت | 500-360 ساعت | 1000 میلی آمپر ساعت |
| 12-10 ساعت | 560-450 ساعت | 1200 میلی آمپر ساعت |
| 16-14 ساعت | 600-550 ساعت | 1300 میلی آمپر ساعت |
| 18-15 ساعت | 800-360 ساعت | 1450 میلی آمپر ساعت |
| 22-18 ساعت | 860-480 ساعت | 2000 میلی آمپر ساعت |
چطورمی توان از باتری لیتیوم نگهداری کرد؟
با مصرف درست و بهینه، همچنین به کمک راهکارهای زیر، می توان به کاهش سرعت تخلیه شارژ و افزایش فاصله ی زمانی بین هر بار شارژ کمک کرد. راهکارهای زیر به طور کلی می تواند در استفاده بهینه از باطری تاثیر به سزایی داشته باشد :
– خاموش کردن تلفن
به منظور حفظ ذخایر باتری، بهتر است زمانی که به تلفن نیاز نیست برای چند ساعت آن را خاموش کرد. بنابراین می توان هنگام خواب یا بعد از کار روزانه که بعد چند ساعت نیاز به روشن کردن مجدد تلفن نباشد این کار را انجام داد. زیرا هر بار روشن و خاموش کردن تلفن باعث مصرف بیشتر انرژی می شود.
– قرار دادن تلفن در حالت پرواز (airplane mode) در زمان عدم استفاده از تلفن هوشمند یا تبلت
– متوقف کردن جستجوی سیگنال مناسب
در محیط هایی با آنتن دهی ضعیف مانند مترو یا مناطق دور افتاده تلفن برای جستجوی سیگنال بهتر، انرژی زیادی مصرف میکند. پس بهتر است در هر مکانی به منظور ذخیره انرژی، از آنتن دهی قوی آنجا اطمینان حاصل شود و درغیر این صورت از تکرار کننده (repeater) جهت تقویت سیگنال تلفن استفاده شود و یا آن را خاموش کرد.
– قطع قابلیت لرزش (vibrator) هنگام زنگ خوردن و دریافت پیامک
– کم کردن نور پشت صفحه
با وجود اینکه نور پشت صفحه تلفن همراه به خواندن در محیط های پرنور و مکان های آزاد کمک می کند عدم استفاده از آن باعث ذخیره ی باتری در طولانی مدت می شود. در صورت نیاز می توان از تلفن های هوشمندی که امکان تنظیم مدت زمان مشخصی را می دهند استفاده کرد تا فقط در مدت زمان معینی از ویژگی مذکور کمک گرفته شود. همچنین بسیاری از تلفن ها، مجهز به سنسور هوشمند نور هستند که قادرند در روشنایی، نور پشت صفحه را کم و در تاریکی آن را زیاد کنند.
– استفاده نکردن از نور فلاش دوربین و اتصال مداوم به اینترنت
– کوتاه کردن مکالمات
چنانچه باتری تلفن همراه رو به اتمام است بهتر است مکالمات تلفنی طولانی مدت نباشد. به طور آشکار این مسئله باعث مصرف بالای انرژی خواهد شد. ممکن است افرادی باشند که تلفنشان رو به خاموشی است اما همچنان به صحبت کردن ادامه می دهند شارژ باتری رو به اتمام بهانه ی خوبی برای قطع تلفن است.
– خاموش کردن بلوتوث، WIFI، GPS، و اینفرارد (INFRARED) در صورت امکان
– خاموش کردن 3G
– استفاده از پس زمینه های مشکی و ساده
افزایش طول عمر باتری
تعویض باتری
دستگاه هایی که باتری در بدنه آنها تعبیه شده یا به عبارتی امکان دسترسی به آنها نیست، اگر هر روز شارژ شوند کمتر از 2 سال کاهش چشم گیری در طول عمر باتری شان دیده خواهد شد. پس برای رفع دغدغه میزان طول عمر باتری و سایر مشکلات آن می توان دستگاه هایی با قابلیت تعویض باتری خریداری نمود. اما حتما باید در نظر گرفت که قبل از اولین استفاده به منظور کسب بیشترین ظرفیت، مدت طولانی تری شارژ شوند. به طوری که باتری های نیکلی باید 16 ساعت شارژ شوند و در 2 تا 4 دوره به طور کامل شارژ و تخلیه شوند درحالیکه باتری های لیتیومی به 5 تا 6 ساعت نیاز دارند و در این میان نباید به پیغام پر شدن باتری توجه کرد.
جلوگیری از تخلیه کامل شارژ باتری لیتیومی
خطر بزرگی که اکثر افراد احتمالا از آن بی اطلاع هستند آسیب دیدن باتری های لیتیومی در اثر تخلیه کامل شارژ است که بر خلاف باتری های نیکلی باعث کاهش طول عمرشان می شود. زمانی که باتری لیتیومی یونی بعلت اتمام انرژی قادر به روشن نگه داشتن تلفن نباشد به معنای واقعی به اتمام نرسیده است و تنها در اثر تخلیه شارژ بی ثبات شده و مدار محافظت تعبیه شده در آن به باتری آسیب می زند.
خنک نگه داشتن باتری
در ارتباط با خرابی باتری های لیتیومی گرما اهمیت زیادی دارد و می تواند مشکل ساز باشد. در صورتی که باتری 1 سال در معرض دمایی 38 درجه سانتی گراد قرار گیرد حدود 40 درصد ظرفیت کلی خود را از دست خواهد داد و در دمای 24 درجه تنها 20 درصد ظرفیت را از دست می دهد. بنابراین باید از قرار دادن تلفن همراه برای مدت طولانی در اتومبیل زیر آفتاب یا داخل فضای گرمی مثل سونا خودداری کرد. همچنین از شارژرهای بی سیم و یا پرسرعت نباید استفاده کرد زیرا در بعضی موارد به دلیل تولید گرمای اضافی باعث داغ شدن تلفن می شوند. همچنین زمانی که تلفن به شارژر متصل است با لمس مداوم، آن را چک و در صورت احساس گرمای بیش از حد آن را جدا کرده زیرا ممکن است شارژر خراب باشد.
شارژ باتری تلفن با شرایط مناسب
باتری های جدید از جنس لیتیوم یونی هستند در حالی که باتری های قدیمی از نیکل ساخته شده اند. بهتر است برچسب روی باتری یا مشخصات فنی مرتبط به آن مطالعه شود تا با آگاهی از نوع باتری به درستی شارژ شود. برخلاف باتری های نیکلی، طراحی باتری های لیتیومی بر مبنای شارژ سریع و مکرر پایه گذاری شده و راندمان مناسبی در مقابل ذخیره کامل و تخلیه کامل شارژ ندارند و بهتر است به منظور جلوگیری از اتمام شارژ حتی کوتاه مدت به شارژر متصل شوند.
نگهداری صحیح باتری
باتری های لیتیوم یونی با 40% شارژ کمتر اکسید می شوند پس اگر برای مدت کوتاهی از باتری استفاده نمی شود بهتر است با 40% شارژ در محیطی خشک و خنک و برای جلوگیری از اتصال کوتاه به دور از قطعات فلزی قرار گیرد. با توجه به اینکه باتری های لیتیوم برای کار در دمای خیلی پایین طراحی نشده اند، بهتر است 1 ساعت پس از بیرون آوردن از یخچال استفاده شوند.
جدا کردن باتری دستگاه های متصل به برق شهری
بزرگترین خطر برای باتری دستگاه هایی مانند لپ تاپ که می توانند هم با باتری و هم با برق شهری کار کنند شارژ بیش از حد نیست بلکه گرماست. با در نظر گرفتن این مهم، بهتر است باتری لپ تاپ متصل به برق را به منظور جلوگیری از داغ شدن و آسیب دیدن جدا کرد. البته باید به این نکته توجه داشت که احتمال خاموش شدن ناگهانی دستگاه و در نتیجه از بین رفتن اطلاعات هنگام استفاده از لپ تاپ متصل به برق بعلت قطع برق یا بی دقتی در استفاده از آداپتور وجود دارد. پس اولویت ها را باید در نظر گرفت اگر هدف، جدا کردن باتری لپ تاپ نیست باید مطمئن بود که جریان هوای ایده الی برای دریچه ها در نظر گرفته شده و حتی بهتر است برای آن پایه خنک کننده ای برای جلوگیری از گرما در نظر گرفت.
تمیز کردن اتصال دهنده های روی باتری و بدنه تلفن همراه
با گذر زمان تجمع غبار و آلودگی در محل تماس اتصال دهنده های باتری به تلفن همراه، انتقال انرژی را کند می کنند و بهترین راه حل استفاده از گوش پاک کن الکی تمیز است. اگر اتصال دهنده ها از دو جنس متفاوت مانند طلا و قلع باشند ممکن است زنگ زدگی هایی ایجاد شود که جدا کردن آنها از اتصال دهنده مستلزم استفاده از حلالی همچون استون و پاک کننده ی ناخن است اما با توجه به احتمال آسیب دیدگی پلاستیک توسط این حلال ها استفاده از گوش پاکن های مرغوب مانند Q-Tip توصیه می شود.
جمع بندی
صرف نظر از اینکه کاربران تا چه اندازه از تلفن همراهشان مراقبت می کنند، عمر باتری تلفن همراه محدود است و به مرور زمان کاهش می یابد. مشخصات دستگاه تلفن، عملکرد، نوع و مقدار ولتاژ باتری آن، همگی در نوع عملکرد باتری موثر است. بنابراین برای تهیه باتری جایگزین باید نوع باتری و نرخ میلی آمپر ساعت آن را در نظر گرفت. برای انتخاب راحت تر نوع باتری می توان از جدول مقایسه ای 3 نوع باتری لیتیومی، نیکل و سربی استفاده کرد.
خلاصه باید ها و نباید های چگونگی استفاده، نگهداری و تجزیه باتری
