باتری‌های خودرو‌ها که نقش مهمی‌در سیستم استارت و برق خودرو بازی می‌کنند اغلب از نوع سربی اسیدی هستند. اگر صاحب خودرو باشید یا تجربه دیدن باتری‌های اسیدی را داشته باشید می‌دانید که این باتری‌ها میتوانند چه دردسر‌هایی برای صاحبشان ایجاد کنند. از خالی کردن باتری تا انفجار آن ! در …اتری‌های خودرو‌ها که نقش مهمی‌در سیستم استارت و برق خودرو بازی می‌کنند اغلب از نوع سربی اسیدی هستند. اگر صاحب خودرو باشید یا تجربه دیدن باتری‌های اسیدی را داشته باشید می‌دانید که این باتری‌ها میتوانند چه دردسر‌هایی برای صاحبشان ایجاد کنند. از خالی کردن باتری تا انفجار آن ! در این مطلب از سری مطالب ساختنی ، می‌خواهیم نحوه شارژ باتری‌های اسیدی ،نگه داری بهتر از این باتری‌ها و در نتیجه بالا بردن طول عمر این باتری‌ها را به شما آموزش دهیم.
باتری سربی اسیدی چیست ؟
باتری سربی اسیدی از چند تیغه سربی تشکیل شده است که در محلولی رقیق شده
از اسید سولفوریک قرار گرفته اند. هر صفحه دارای یک توری است که مواد فعال
روی آن قرار گرفته است . در صفحه قطب منفی اکسید سرب به عنوان ماده فعال
قرار گرفته است در حالی که در صفحات مربوط به قطب مثبت ، خود فلز سرب قرار
دارد ، همه صحفات منفی به هم دیگر متصل هستند. همه صفحات مثبت هم همین طور .
وقتی باتری به مدار برق ماشین متصل میشود. فرآیند خالی شدن یا دشارژ
(Discharge) باتری آغاز میشود. در این فرآیند ، اسید سولفوریک به عنوان
مایع الکترولیت ارتباط دو ماده فعال روی صفحات مثبت و منفی را بر قرار
میکند. این فرآیند الکترو شیمیایی انرژی بسیار زیادی را آزاد کرده و مواد
روی صفحات را به سولفات سرب تبدیل میکند. هر دو ماده قطب مثب و منفی به
سولفات سرب تبدیل میشوند. در خلال این واکنش الکترو شیمیایی ، اتم‌های
هیدروژن و اکسیژن آزاد شده ، واکنش نشان داده و تشکیل آب می‌دهند. در نتیجه
، صفحات مثبت الکترون آزاد می‌کنند و صفحات منفی به همان اندازه نیاز به
الکترون دارند. همین باعث ایجاد پتانسیل الکتریکی یا همان ولتاژ در دو سر
باتری خواهد کرد. این واکنش تنها زمانی به شکل وسیع ادامه پیدا میکند که
باتری در مدار باشد و به یک بار الکتریکی وصل شده باشد.
انواع باتری‌های سربی اسیدی :
در واقع خود باتری‌های سربی – اسیدی را میتوان به دو دسته کلی طبقه
بندی کرد که با نام‌های باتری استارت (کرانک) و باتری‌های چرخه عمیق (Deep
Cycle) شناخته میشوند. باتری استارت به نام باتری SLI یا باتری آتش کننده
موتور هم شناخته میشوند. این باتری‌ها برای این طراحی شده اند که جریانی
عظیم را در لحظه استارت موتور‌های مختلف ارائه کنند. این باتری‌ها صفحات
بیتشری درون خود دارند و این صفحه‌ها بسیار نازک تر هستند. باتری‌های چرخه
عمیق دارای صفحات کم تر اما ضخیم تری هستند و برای چندین بار چرخه خالی شدن
و پر شدن طراحی میشوند.
ولتاژ باتری به تعداد سلول‌هایش بستگی دارد. هر سلول باتری اسید-سرب دارای
دو صفحه است که دارای اختلاق پتانسیل ۲ ولت هستند. مایع الکترولیت میان این
صفحات هم محلولی از اسید سولفوریک رقیق شده با آب است. این محلول را با
چیزی به نام درصد گرانش می‌سنجند .
درصد غلظت آب باتری به این شکل اندازه گرفته میشود: وزن مخلوط آب مقطر و اسید سولفوریک موجود تقسیم بر وزن آب خالص با همان حجم.
با این اوصاف ، درصد گرانش آب خالص همواره ۱ است .
باتری و سلول‌هایش
هر باتری سربی اسیدی در واقع ترکیبی از چند سلول کوچک تر سربی اسیدی است
. این آرایه از سلول‌ها به نام یک باتری شناخته میشوند. یک باتری ۶ سلولی
میتواند ۱۲ ولت اختلاف پتانسیل ایجاد کند (هر سلول ۲ ولت). یک باتری سربی اسیدی کوچ دو ولتی تنها یک سلول دارد.
ظرفیت باتری ماشین نیز مانند همه باتری‌های دیگر با واحد آمپر ساعت (Ah)
سنجیده میشود. هر آمپر ساعت برابر با ۳۶۰۰ کولومب است و به این معنا است
که باتری میتواند جریان ۱ آمپر را به مدل یک ساعت در مدار جاری سازد. یک
باتری ۱۰۰Ah میتواند به مدت ۱۰۰ ساعت یک جریان یک آمپری را تامین کند.
رده باتری بر اساس دشارژ مداوم در زمانی خاص تخمین زده میشود. برای مثال
۱۰ ساعت . این بدان معنا است که پس از ۱۰ ساعت مصرف مداوم باتری ، اختلاف
پتانسیل دو سر مثبت و منفی آن به حد اقل خود می‌رسند. به شکل معمول ، یک
باتری ۱۰۰ آمپر ساعت به مدت ۵ ساعت جریان ۲۰ آمپر تولید میکند.
در زمان شارژ مجدد، توان انرژی الکتریکی منبع خارجی یا همان شارژر (در
ماشین دینام و در مصارف دیگر شارژر باتری‌های سربی-اسیدی) تغییرات شیمیایی
درون باتری را معکوس میکند . این گونه است که انگار سلول‌های باتری نو شده
و باتری دوباره شارژ میشود.
چرخه باتری و طول عمر باتری خودرو
یک دشارژ کامل از ۱۰۰ درصد به ۲۰ درصد و سپس شارژ دوباره به کامل را یک
چرخه کامل باتری می‌نامند. به طور کلی ، طول عمر باتری به تعداد همین
چرخه‌های کامل در طول روز بستگی دارد. برای مثال اگر یک باتری هر روز تا ۵۰
درصد خالی شود و دوباره پر شود طول عمری حدود دو برابر باتری دارد که هر
از گاهی خالی شده و دوباره پر میشود.
بنابراین بهتر است باتری‌ها را همه روزه شارژ و دشارژ کنیم تا طول عمرشان
افزایش یابد. البته وقتی که از خودرو استفاده می‌کنید. باتری‌ها خود به خود
مورد استفاده قرار گرفته و دوباره شارژ میشوند. اما در مورد باتری‌های
برق اضطراری یا روشنایی اضطراری اینگونه نیست و شما باید آنها را روزانه
دشارژ و شارژ کنید. این کار بهره وری باتری در چرخه شارژ و دشارژ را بهتر
کرده و از خود دشارژی (خالی شدن خود به خود باتری یا در اصطلاح خوابیدن
باتری) جلوگیری خواهد کرد.
خالی شدن خود به خودی باتری‌های سربی اسیدی
اگر یک باتری سربی اسیدی را به بار الکتریکی وصل نکنید، در دمای ۲۷ درجه ،
باتری با سرعت ۴ درصد ظرفیت در هفته شروع به خالی شدن میکند. یک باتری ۱۲۵
آمپر ساعتی حدود ۵ آمپر ساعت در هفته شارژ از دست خواهد داد.
این خود دشارژی اینقدر ادامه پیدا میکند که شارژ ناچیزی در باتری بماند یا به اصطلاح باتری بخوابد.
طول عمر باتری‌های خودرو
همه سلول‌های یک باتری مثل هم عمل نمی‌کنند. سلول‌های بر اثر افزایش طول
عمر عملکرد متفاوتی نسبت به هم نشان خواهند داد. طول عمر از لحظه ای آغاز
میشود که باتری سربی اسیدی از کارخانه بیرون می‌آید.
در موقع شارژ نیز بعضی سلول‌ها به سرعت شارژ میشوند ولی بعضی دیگر با
سرعتی کم تر شارژ خواهند شد. وقتی این اتفاق بیفتد . باتری دیگر قادر به
نگاه داشتن شارژ کافی نیست و با وصل شدن به مدار به سرعت شروع به خالی شدن
میکند.
برای این که از این مشکل جلوگیری شود، از یک روش برای مساوی کردن سلول‌ها استفاده میشود.
این مساوی سازی اینگونه اجرا میشود که در زمان شارژ باتری ،باتری را
کمی‌بیش از ظرفیتش شارژ می‌کنند و حتی پس از این که ولتاژ دو سرش به حد
اکثر اختلاف رسید ، به شارژ باتری ادامه می‌دهد. به دلیل همین شارژ اضافه
(Overcharging)،سلول‌های ضعیف تر باتری هم زمان و انرژی کافی برای قبول
شارژ کامل را دارا خواهند بود.یک باتری سربی اسیدی ۱۲ ولتی باید ولتاژی
حدود ۱۳٫۸ ولت را در حالت شارژ کامل نشان دهد. (مدار مانیتور کننده ولتاژ باتری بسازید)
نرخ خالی شدن باتری خودرو
یک باتری سربی اسیدی میتواند با جریانی کم و در زمانی زیاد و یا با
جریانی بالا و در زمانی کم خالی (Discharge) شود. برای مثال یک باتری ۱۰
آمپر ساعتی را میتواند با جریانی برابر با یک آمپر و در مدت ۱۰ ساعت خالی
کنید و یا آن را با ۱۰ آمپر و در زمان یک ساعت کاملا دشارژ نمایید.
نرخ خالی شدن باتری اسیدی در بارهای الکتریکی پایین مانند یک خط راست است .
اما اگر بار الکتریکی روی باتری افزایش پیدا کند این خط راست دیگر باقی
نمانده و باتری شروع به تلف کردن انرژی و داغ شدن میکند و به سرعت انرژی
از دست خواهد داد.
سولفاته شدن باتری خودرو
سولفاته شدن مهم ترین دلیل خرابی و پایین آمدن بهره وری باتری‌های خودرو است. باتری‌هایی که از تکنولوژی سرب و اسید استفاده میکند همگی چه کم و چه زیاد درگیر این مشکل خواهند بود. انبار شدن سولفات سرب روی پایانه‌ها و صفحات باتری باعث میشود فرآیند شارژ شدن و خالی شدن سلول‌های باتری به خوبی صورت نپذیرد.
معمولا کریستال‌های سولفات سرب در زمان تنظیم آب باتری و شارژ دوباره آن
خارج میشوند. اما بهتر است باتری‌ها را پس از استفاده به سرعت شارژ
دوباره کنید (این عمل در خودرو به صورت اتوماتیک و توسط دینام و آفتامات
انجام میشود)
همیشه آب باتری را در سطح نرمال آن نگه دارید . این کار را باید با اضافه
کردن آب مقطر یا آب دیونیزه انجام دهید. توجه کنید آب لوله کشی و آب معدنی
حامل املاحی است که روند شیمیایی باتری را به تغییر داده و باتری را خراب
می‌کنند.
در هم شکست باتری
در هم شکست یا فروپاشی باتری (Battery Breakdown) به حالتی گفته میشود که باتری دیگر قادر به عملکرد صحیح نیست و نیاز به تعمیر اساسی و حتی تعویض دارد.
- خالی شدن خود به خود : وقتی باتری به مدت زیادی در حالت شارژ بماند و چرخه شارژ و خالی شدن روی آن انجام نشود اتفاق می‌افتد و میتواند باتری را خراب کند.
- از دست دادن ظرفیت : به دلیل سولفاته شدن ، شارژ نادرست و یا خشک شدن آب باتری اتفاق می‌افتد.
- بیش از حد شارژ شدن : باتری خیلی بالاتر از ظرفیتش شارژ شده باشد.
- سولفاته شدن : وقتی لایه ای از سولفات سرب روی پایانه‌ها و صفحات داخلی باتری را بگیرد
- از بین رفتن توری‌ها : توری‌های صفحات باتری از بین رفته اند و مواد فعال را آزاد کرده اند.
- داغ شدن بیش از حد و یا از دست دادن آب : بیشتر به دلیل شارژ بیش از حد مجاز اتفاق می‌افتد.
انفجار باتری خودرو
باتری‌های سربی اسیدی (از جمله باتری‌های خوردو) ممکن است بر اثر برخی عوامل منفجر شوند. این وضعیت یک حالت خطرناک است که به دلایل زیر ممکن است رخ دهد :
- اتصال کوتاه : وقتی پایانه‌های مثبت و منفی باتری مستقیما به هم متصل میشوند ، انرژی جمع شده در صفحات مثبت و منفی باتری به سرعت شروع به آزاد شدن میکند. این فشار و شک روی صفحات باعث میشود که این صفحات میان خودشان شروع به تخلیه و جرقه زدن کنند که این کار باعث جوش آمدن مایع الکترولیت درون باتری و بخار شدن آن و در نتیجه انفجار محفظه بسته باتری شود.
- شارژ بیش از حد باتری: وقتی باتری شروع به شارژ بیش از حد مجاز میکند. ولتاژ شارژ از حد “تولید گاز” بالا تر می‌رود. این کار باعث ایجاد گاز هیدروژن اضافی خواهد شد. ولتاژ گاز برای یک باتری ۱۲ ولتی ماشین چیزی حدود ۱۴٫۳ ولت در دمای اتاق است .
آزمایش انفجار باتری را می‌توانید در ویدیوی زیر ببینید :
جالب است بدانید اگر یک یا چند سلول باتری خراب یا ضعیف شده باشد،ولتاژ تولید گاز در باتری میتواند از ولتاژ خود باتری پایین تر آمده باشد. سلول ضعیف تر با سرعت کم تر از سلول‌های سالم شارژ خواهد شد. بنابر این ولتاژ بالاتر بر اثر شارژ اضافی در بین سلول‌های سالم ایجاد میشود و ممکن است ولتاژ را از حد تولید گاز بالا تر ببرد. هیدروژن تولید شده درون محفظه‌های مهر و موم شده باتری در اکثر مواقع دوباره ترکیب شده و دوباره به چرخه بر می‌گردد، اما برخی اوقات این گاز در باتری‌های خراب و یا بیش از حد پرشده به بیرون نشت کرده و در حضور شعله یا جرقه باعث آتش سوزی و انفجار میشود.
چند نکته مهم در مورد شارژ باتری‌های خودرو
- قبل از شارژ دستی باتری‌های سربی اسیدی آب آن را با آب مقطر تنظیم کنید . وجود آب فضای خالی برای تولید و انبار شدن گاز را کاهش می‌دهد.
- همیشه باتری را خارج از مدار شارژ کنید.
- قبل از شارژ کردن یک دستمال خیس در کنار سرپوش‌های باتری قرار دهید ، این کار احتمال سرایت آتش یا جرقه احتمالی در صورت اتصال کوتاه کردن احتمالی ترمینال‌ها را کم میکند.
- هیچگاه مایع یا گاز قابل استعال را در کنار باتری نگهداری نکنید.
- شارژر باتری را بعد از این که آن را به پایانه‌های باتری وصل کردید به برق بزنید. این کار از ایجاد جرقه در پایانه‌ها جلوگیری میکند.
- هیچگاه اشیا و ابزار فلزی را روی باتری قرار ندهید . ممکن است این کار باعث ایجاد اتصال کوتاه بین دو سر باتری شود.
- همیشه اول پایانه منفی را از مدار قطع کنید.
- قبل از هر گونه شارژ کردن ، ابتدا به سرهای باتری ضربه‌های آرام وارد کرده و هر نوع سولفات‌ها و مواد چسبیده روی آنها را جدا و تمیز کنید. باقی ماندن این مواد روی پایانه‌ها باعث بالا رفتن مقاومت الکتریکی پایانه و بالا رفتن دما و کم شدن جریان شارژ می‌گردد.
- هیچ گاه از دستکش‌های روکش فلزی یا دست بدون محافظ برای شارژ یا جدا کردن باتری استفاده نکنید. دمای اتصال میتواند پوست دست شما رو بسوزاند.
- همیشه از شارژر‌های دارای ترانسفرمر استفاده کنید . همواره پس از جدا کردن شارژر از برق شهری ، شارژر را از پایانه‌های باتری جدا کنید .
منبع با تغییراتی از تیم ساختنی
بیشتر بخوانید »
