ලිතියම් අයන් බැටරි මේ කාලයේ ජංගම දුරකථන, විදුලි පන්දම්, රේඩියෝ, බෆල් ආදී බොහෝ උපකරණවලට විදුලිය සැපයීම පිණිස භාවිතා වෙනවා. ප්‍රතිආරෝපණය (recharge) කළ හැකි වීමත්, බොහෝ වාර ගණනක් ප්‍රතිආරෝපණය කළ හැකි වීමත්, ඊයම් අම්ල බැටරි (lead acid battery) උඩ අතටම තැබිය යුතු මෙන් බැටරි තැබිය යුතු දිශාවක් නොමැති වීමත්, අම්ල (acid) වැගිරීමක් නොවීමත්, වැඩි ශක්තියක් කුඩා ඉඩක ගබඩා කරගත් හැකි වීමත්, අවශ්‍ය නම් වැඩි ධාරාවක් වුවත් ලබා ගත හැකි වීමත් මෙම බැටරිවල දැකිය හැකි ගුණාංග.

වෝල්ටීයතාවය

ලිතියම් අයන් බැටරියක අග්‍ර දෙක අතර වෝල්ටීයතාවය සාමාන්‍යයෙන් 3.7V ලෙසයි සඳහන් කෙරෙන්නේ. එසේ වුවත් සාමාන්‍යයෙන් මෙම බැටරියක් උපරිම ධාරිතාවයට ආරෝපණය කළ විට අග්‍ර දෙක අතර වෝල්ටීයතාවය 4.2V පමණ වෙනවා. මෙම වෝල්ටීයතාවයන් දෙකම බැටරි නිෂ්පාදනයේදී භාවිතා කෙරෙන මූලද්‍රව්‍ය මත යම් පමණක් වෙනස් වන්න පුළුවන්. උදාහරයකට සමහර බැටරි වර්ගවල සාමාන්‍ය වෝල්ටීයතාවය 3.6V වන්න පුළුවන්. තවත් සමහර බැටරි වර්ගවල එම වෝල්ටීයතාවය 3.85V වන්න පුළුවන්. ඒ ඒ බැටරි වර්ගය අනුව උපරිම වෝල්ටීයතාවයත් 4.1V - 4.4V වැනි පරාසයක වෙනස් වෙනවා.

මෙම ලිපියේ පහත කරුණු ලියා ඇත්තේ වෙළඳපලේ බහුලව ඇති 3.7V බැටරි ගැන සිතායි.

අග්‍ර දෙක අතර වෝල්ටීයතාවය 4.2V වන උපරිම ධාරිතාවයට බැටරියක් ආරෝපණය කර එය විසර්ජනය (discharge) කිරීමේදී අග්‍ර දෙක අතර වෝල්ටීයතාවය ඉක්මනින් 3.7V පමණ මට්‍ටමකට පහත වැටී එම අගයේ වැඩි වේලාවක් රැඳී පවතිනවා. ඉන් පසුව තවදුරටත් බැටරිය භාවිතා කිරීමේදී වෝල්ටීයතාවය තව දුරටත් අඩුවේගෙන යනවා. එසේ අඩුවේගෙන යන විට වෝල්ටීයතාවය 3V පමණ වූ පසු තවදුරටත් ලිතියම් අයන් බැටරි විසර්ජනය (discharge) වෙන්න දෙන්නේ නැති ආකාරයකටයි බැටරි භාවිතා කළ යුත්තේ. ඒ එම වෝල්ටීයතාවයට වඩා වෝල්ටීයතාවය අඩු වූවොත් බැටරියට හානි සිදුවන නිසා.

බැටරිය ආරෝපණය කරන විට අග්‍ර දෙක අතර වෝල්ටීයතාවය 4.2V වලට වඩා වැඩි වීම වළක්වා ගැනීමටත්, විසර්ජනය වන විට 3V වලට වඩා අඩු වීම වළක්වා ගැනීමටත් අවශ්‍ය නිසා සාමාන්‍යයෙන් ලිතියම් අයන් බැටරි භාවිතා කෙරෙන්නේ එම ක්‍රියාවන් සිදුකර දෙන Battery Management System (BMS) ලෙස හඳුන්වන පරිපථයක් හරහායි.

ධාරිතාව

විළඳපලෙන් විවිධ ධාරිතාවයන්ගෙන් යුත් ලිතියම් අයන් බැටරි මිල දී ගන්න පුළුවන්. උදාහරණයකට 18650 වර්ගයේ සිලින්ඩරාකාර බැටරි 1000mAh, 1200mAh, 1800mAH, 3000mAh, 3200mAh ආදී නොයෙක් ධාරිතාවන්ගෙන් පැමිණෙනවා. මෙම ඇම්පියර් පැය වලින් ධාරිතාව දැක්වෙන අගය C ලෙස සලකමු. බැටරි ආරෝපණය කිරීමේදී කෙතරම් ධාරිතාවයකින් එම බැටරි ආරෝපණය කිරීම සුදුසු ද යන්න ඒ මත තීරණය වෙනවා.

ආරෝපණය

ලිතියම් අයන් බැටරි ආරෝපණය කෙරෙන්නේ ඊයම් අම්ල (lead acid) බැටරිවලට වඩා වෙනස් ආකාරයකට.

ඊයම් අම්ල බැටරි නම් සාමාන්‍යයෙන් ස්ථායි වෝල්ටීයතාවයක් (constant voltage) ලබා දෙන විදුලි බල සැපයුමකට සවිකර ආරෝපණය කරගන්න පුළුවන්. ඉන් ඊයම් අම්ල බැටරිවලට හානියක් වන්නේ නැහැ. එසේ වුවත් චිසර්ජනය වී ඇති ලිතියම් අයන් බැටරියකට 4.2V වැනි ස්ථායී විදුලි සැපයුමක් ලබා දී එය ආරෝපණය කරන්න උත්සාහ ගත්තොත් අධික ධාරාවක් බැටරියට ගලා ගොස් බැටරිය විනාශ වෙන්න පුළුවන්. එම විදුලිය ලබා දෙන උපකරණය වුවත් විනාශ වෙන්න පුළුවන්.

ස්ථායි ධාරා ස්ථායි වෝල්ටීයතා ආරෝපණය

ලිතියම් අයන් බැටරි ආරෝපණය කිරීමේදී ආරම්භයේදී ස්ථායි ධාරාවකිනුයි (constant current) බැටරිය ආරෝපණය කෙරෙන්නේ. එසේ ස්ථායි ධාරිතාවයකින් ආරෝපණය කිරීමේදී බැටරියේ වෝල්ටීයතාවය ක්‍රමයෙන් ඉහළ යනවා. එම වෝල්ටීයතාවය 4.2V ට ආසන්න වූ පසු බැටරිය 4.2V ස්ථායි වෝල්ටීයතාවයකින් (constant voltage) ආරෝපණය කෙරෙනවා. ක්‍රමක්‍රමයෙන් බැටරියේ ආරෝපණය පූර්ණ ධාරිතාවය වෙත ගමන් කරන විට බැටරිය ආරෝපණය වන ධාරාව අඩුවීගෙන යනවා. එම ධාරාව ආරම්භක ස්ථායි ධාරාවෙන් 5% ක් පමණ ප්‍රමාණයට අඩු වූ විට බැටරිය පූර්ණ ලෙස ආරෝපණය වී ඇති නිසා එවිට බැටරිය ආරෝපණය නවත්වන්න උවමනායි. ඉන් පසුවත් බොහෝ වේලාවක් 4.2V වලින් බැටරිය තවදුරටත් ආරෝපණය වෙන්න දුන්නොත් ඒත් බැටරියේ ආයු කාලය අඩු වෙනවා.

ඉහත විස්තර කළ ආකාරයට ලිතියම් අයන් බැටරි දෙවිධියකින් ආරෝපණය කළ යුතු නිසා ලිතියම් අයන් බැටරි ආරෝපණය කිරීමේදී ඒ සඳහා ස්ථායි ධාරා ස්ථායි වෝල්ටීයතා ආරෝපණ පරිපථයක් (constant current constant voltage charger) හරහායි ආරෝපණය කෙරෙන්නේ.

ආරෝපණ ධාරාව (Charging current)

කෙතරම් ධාරාවකින් ලිතියම් අයන් බැටරියක් ආරෝපණය කිරීම සුදුසු ද? බැටරි ඇම්පියර් පැය ධාරිතාවයේ අගය C ලෙස ගතහොත් 0.5C ඇම්පියර් - 1.0C ඇම්පියර් අතර ධාරාවකින් ලිතියම් අයන් බැටරි ආරෝපණය සාමාන්‍යයෙන් සිදු කෙරෙනවා. උදාහාරණයකට 1000mAh බැටරියක් ආරෝපණය කිරීමට 500mA - 1000mA අතර ධාරාවක් සුදුසුයි. තවත් උදාහරණයක් ගතහොත් 3300mAh බැටරියක් ආරෝපණය කිරීමට 1650mA - 3300mA අතර ධාරාවක් සුදුසුයි. බැටරි ආයු කාලය වැඩි කර ගැනීමට 0.8C ඇම්පියර් හෝ ඊට වඩා අඩු ධාරාවකින් බැටරි ආරෝපණය කිරීම සුදුසු බව බැටරි නිෂ්පාදකයින් සාමාන්‍යයෙන් දක්වනවා.

පාවෙන ආරෝපණය (Float charge)

බැටරි පද්ධතියක ආරෝපණය නිරන්තරව උපරිම මට්ටමක පවත්වා ගෙන යෑම සඳහා සමහර අවස්ථාවලදී බැටරි පද්ධතිය නිරන්තරව විදුලි සැපයුමකට සම්බන්ධ කොට තබනවා. මේ ක්‍රමය පාවෙන ආරෝපණය (Float charge) ලෙස හඳුන්වනවා. ලිතියම් අයන් බැටරි සාමාන්‍යයෙන් ෆ්ලෝට් චාර්ජ් කරන්නේ නෑ. ඒ එසේ කළ විට බැටරිවල ආයු කාලය අඩුවන නිසා.

එසේ වුවත් ලිතියම් අයන් බැටරි අඛණ්ඩ බල සැපයුමක් (Uninterruptible Power Supply - UPS) වැනි උපකරණයක භාවිතා කිරීමේදී ප්‍රධාන විදුලිය ඇති අවස්ථාවන්හිදී බැටරි ආරෝපණය හැකි උපරිම මට්ටමින් නිරන්තරව පවත්වා ගන්න උවමනා වෙනවා. එවන් උපකරණයක භාවිතා කෙරෙන ලිතියම් අයන් බැටරිවල ආයුකාලය වැඩි කර ගැනීමට ගත හැකි එක් උපක්‍රමයක් නම් බැටරියක් 4.2V මට්ටමට ආරෝපණය නොකර 3.95V - 4.00V පමණ වෝල්ටීයතාවයක් දක්වා පමණක් ආරෝපණය කර එම වෝල්ටීයතාවය නිරන්තරව ලබා දෙන ආරෝපකයකට බැටරිය සම්බන්ධ කර තැබීම. මෙසේ අඩු වෝල්ටීයතාවයකින් බැටරිය ෆ්ලෝට් චාර්ජ් කෙරෙන නිසා බැටරියට හානි නොවී එය වැඩි කලක් භාවිතා කරන්න හැකි වෙනවා. ඒත් එවිට බැටරිය එහි පූර්ණ ධාරිතාවට ආරෝපණය වන්නේ නැහැ. එවිට බැටරිය ආරෝපණය වන්නේ පූර්ණ ධාරිතාවෙන් 70% ක් පමණ ධාරිතාවකටයි. නිරන්තරව සැපයෙන 4.2V මගින් 100% මට්ටමේ ධාරිතාව පවත්වාගෙන ගොස් කෙටි කලකට පසු බැටරි නරක් කරගෙන නැවත අළුත් බැටරි මිල දී ගන්නවාට වඩා 3.95V - 4.00V පමණ අඩු වෝල්ටීයතාවයක් සපයමින් 70% ක පමණ මට්ටමේ ධාරිතාව පවත්වාගෙන ගොස් වැඩි කලක් බැටරි නරක් නොවී භාවිතා කිරීම ලාභදායකයි.

තුලන ආරෝපණය (Balanced charging)

බැටරි පද්ධතියකින් වැඩි වෝල්ටීයතාවයක් අවශ්‍ය විටෙක බැටරි කෝෂ (cells) කිහිපයක් ශ්‍රේණිගතව (series) සම්බන්ධ කොට එම වැඩි වෝල්ටීයතාවය ලබා ගැනීම සාමාන්‍යයෙන් කෙරෙනවා. ආරෝපණය කෙරුමට උවමනා විට එම ශ්‍රේණිගත බැටරි පද්ධතියේ දෙපැත්තෙන්ම ඇති අග්‍රවලට විදුලි සැපයුමක් ලබා දී ආරෝපණය කෙරෙනවා. එවිට බලාපොරොත්තු වන්නේ ලබා දෙන විදුලි ධාරාව සියලුම කෝෂ හරහා යන නිසා එම ධාරාවෙන් කෝෂ සියල්ල ඒකාකාරීව ආරෝපණය වනු ඇති බව. එසේ බලාපොරොත්තු වූවත් පද්ධතියක භාවිතා කෙරෙන බැටරි කෝෂ සියල්ල සියලු ආකාරයන්ගෙන් ඒකාකාරී වන්නේ නැති නිසා කෝෂ ආරෝපණය වන ප්‍රමාණය අල්පමාත්‍ර වශයෙන් හෝ වෙනස් වන්න පුළුවන්. මේ වෙනස්කම නිසා දිගු කලක් යන විට බැටරි පද්ධතියේ කෝෂ සමහරක් වැඩිපුර ආරෝපණය වීමත් සමහරක් අඩුවෙන් ආරෝපණය වීමත් නිසා පද්ධතියේ සමහර කෝෂ ඉක්මනින් නරක් වෙනවා. මෙය වළක්වා ගෙන කෝෂ වැඩි කලක් භාවිතා කිරීමට බැටරි පද්ධතියක කෝෂ ආරෝපණය වන ප්‍රමාණය සමාන වන සේ තුලනය කරන උපක්‍රමයක් භාවිතා කරන්න වෙනවා.

ඊයම් අම්ල (lead acid) බැටරිවල කෝෂ තුලනය කිරීමට භාවිතා කරන එක් උපක්‍රමයක් නම් බැටරිය සාමාන්‍යයෙන් ආරෝපණය කෙරෙන වෝල්ටීයතාවයට වඩා වැඩි බැටරියේ නිෂ්පාදකයා දක්වා ඇති සමකරණ වෝල්ටීයතාවයකින් (equalizing voltage) සම්පූර්ණ බැටරි පද්ධතියම සීමිත කාලයක් ආරෝපණය කිරීම. මෙය මසකට වරක් පමණ කරන්න පුළුවන්. එසේ කිරීමේදී කෝෂ පූර්ණ ධාරිතාවට ආරෝපණය වී අතිරේකව ලබා දෙන විදුලි ශක්තිය තාපය ලෙස අපතේ යනවා. එවිට අඩුවෙන් ආරෝපණය වී තිබූ කෝෂත් පූර්ණ ලෙස ආරෝපණය වෙනවා. මේ ක්‍රමයෙන් සම්පූර්ණ බැටරි පද්ධතියේ ආයු කාලය වැඩි කරගන්න පුළුවන්. හැබැයි සමකරණ වෝල්ටීයතාවයෙන් ආරෝපණය කළ යුත්තේ යම් සීමිත කාලයකට පමණයි. වැඩි කාලයක් ඊක්වලයිසින් චාර්ජ් කරොත් ඒත් බැටරියේ කෝෂ විනාශ වෙන්න පුළුවන්.

ඊක්වලයිසින් චාර්ජ් කිරීම ඊයම් අම්ල බැටරිවලට භාවිතා කළ හැකි වුවත් එම ක්‍රමය ලිතියම් අයන් බැටරිවලට ගැළපෙන්නේ නැහැ. ඒ වැඩි වෝල්ටීයතාවයකින් ආරෝපණය කරන්න ගියොත් ලිතියම් අයන් බැටරිවලට හානි වන නිසා. මේ නිසා ලිතියම් අයන් බැටරි පද්ධතියක කෝෂවල වෝල්ටීයතාවය එකම මට්ටමකට ගෙන එමින් එකම ආරෝපණ මට්‍ටමක කෝෂ පවත්වා ගැනීම සඳහා තුලන ආරෝපණ ඒකකයක් (balanced charging unit) භාවිතා කෙරෙනවා. සමහර BMS ඒකකවල තුලන ආරෝපණ හැකියාව පවතිනවා, සමහර ඒවායේ නැහැ. ධාරිතාව අඩු ලිතියම් අයන් බැටරි පද්ධතියක කෝෂ තුලනය කිරීමට තුලන ආරෝපණ ඒකක භාවිතා කිරීමට සාමාන්‍යයෙන් අපි යොමුවන්නේ නැහැ. ඒ තුලන ආරෝපණ ඒකක යම් තරමකින් මිල වැඩි වන නිසා. එහෙත් ධාරිතාවෙන් වැඩි බැටරි පද්ධතියක බැටරි වැඩි කලක් හානි නොවී භාවිතා කිරීමටත් පද්ධතියෙන් පූර්ණ ධාරිතාවය ලබා ගැනීමටත් තුලන ආරෝපණ ඒකකයක් එවන් බැටරි පද්ධතියක් සමඟ භාවිතා කිරීම ලාභදායකයි.