آناتومی باتری خودرو: داخل باتری چی هست که انرژی برق تولید می کند؟
در زمانی که ماشین شما نیاز به روشن شدن دارد تا زمانی که نیاز دارید گوشی تلفن همراه خود را شارژ کنید، باتری خودرو مرکزی است که وسیله نقلیه شما و سایر اجزای تشکیل دهنده برقی آن را به کار می‌اندازد. با این حال، اکثر رانندگان تا زمانی که اتفاقی نیفتد، زیاد به آن فکر نمی‌کنند.
در زمانی که ماشین شما نیاز به روشن شدن دارد تا زمانی که نیاز دارید گوشی تلفن همراه خود را شارژ کنید، باتری خودرو مرکزی است که وسیله نقلیه شما و سایر اجزای تشکیل دهنده برقی آن را به کار می‌اندازد. با این حال، اکثر رانندگان تا زمانی که اتفاقی نیفتد، زیاد به آن فکر نمی‌کنند. چیزی که اکثر مردم نمی‌دانند این است که در پشت سطح سیاه سخت شده باتری، یک سیستم الکتروشیمیایی شگفت‌انگیز و منظم از شبکه‌های سربی و واکنش‌های مبتنی بر اسید وجود دارد که برای ذخیره و آزادسازی انرژی در صورت نیاز تنظیم شده است.
این یک مقاله مفصل است که به بررسی محتویات باتری خودرو، نحوه عملکرد آن و دلیل اهمیت آن برای رانندگی در دنیای مدرن می‌پردازد.
نقش باتری خودرو: چیزی فراتر از روشن کردن موتور
وظیفه اصلی باتری خودرو، ایجاد جرقه الکتریکی در موتور است که موتور را روشن می‌کند. کار آن با این پایان نمی‌یابد. پس از روشن شدن خودرو، باتری چندین هدف ثانویه دارد:
ولتاژی را تنظیم می‌کند که در تحویل برق به اجزای الکتریکی پایدار می‌ماند.
در شرایطی که دینام نمی‌تواند برق کافی را تأمین کند، مثلاً در ترافیک سنگین با چراغ‌های جلو و تهویه مطبوع روشن، باتری به کمک دینام آمده و برق را تأمین می‌کند.
این باتری، سیستم‌های داخلی (سیستم اطلاعات سرگرمی، GPS، حسگرها و غیره) را در هنگام خاموش بودن موتور، تغذیه می‌کند.
این باتری، یک کمک‌فنر برای نیازهای اضطراری به برق است.
به طور خلاصه، وسیله نقلیه شما از سیستم‌های الکتریکی متعددی مانند شیشه‌های برقی، ABS و غیره ساخته شده است. و بدون باتری، هیچ یک از سیستم‌ها کار نمی‌کنند.
انواع باتری‌های خودرو: رشد تکاملی در ظرفیت باتری
باتری‌های خودرو، بسته به نوع وسیله نقلیه و همچنین نیازهای انرژی، در انواع مختلفی ظاهر می‌شوند.
1. باتری‌های سرب-اسید غرقابی (FLA)
- به احتمال زیاد در خودروهای قدیمی‌تر و ساده‌تر دیده می‌شوند.
- نگهداری معمول (مثلاً پر کردن مجدد سطح آب).
- نسبتاً ارزان‌تر، اگرچه ممکن است در شرایط گرمای زیاد زودتر بریزد یا فرسوده شود.
2. باتری‌های ای جی ام (AGM)
- برای خودروهای جدیدتر مرتبط با فناوری استارت-استاپ و همچنین لوازم الکترونیکی اضافی استفاده می‌شود.
- بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، ضد ریزش و عمر طولانی‌تر.
- قدرت بیشتر و شارژ سریع‌تری ارائه می‌دهند.
۳. باتری‌های لیتیوم-یون
- در خودروهای برقی و هیبریدی وجود دارند.
- متراکم و سبک.
- دست و پا گیرتر و پرهزینه‌تر هستند، اما به سرعت شارژ می‌شوند و دوام بیشتری دارند.
اگرچه باتری‌های لیتیوم-یون در بیشترین تعداد خودروهای برقی وجود دارند، باتری سرب-اسید همچنان رایج‌ترین باتری در خودروهای معمولی با موتور احتراق داخلی (ICE) است و این همان باتری‌ای است که در ادامه این بررسی به آن خواهیم پرداخت.
آناتومی خارجی: پوسته محافظ
اولین برداشتی که از باتری ماشین خواهید داشت، قاب پلاستیکی ضخیم (معمولاً از جنس پلی‌پروپیلن مقاوم در برابر ضربه) است که کل محتویات آن در یک محفظه قرار می‌گیرد. این پوسته صرفاً یک محفظه نیست، بلکه نقش بسیار حیاتی در محافظت از قطعات داخلی دستگاه در برابر اثرات محیطی، لرزش، تغییرات دما و نشت اسید ایفا می‌کند.
ترمینال‌ها: دو پایه یا میخ فلزی - یکی مثبت (+) و دیگری منفی (-) که باتری را به سیستم الکتریکی خودرو متصل می‌کنند.
دریچه‌ها/کلاهک‌ها: هرگونه سرریز گاز را تخلیه کرده و امکان درپوش‌گذاری مجدد (در باتری‌های غیر پلمپ شده) را فراهم می‌کنند.
دستگیره ها: به حمل و نقل و نصب کمک می‌کنند.
آناتومی داخلی: درون جعبه سیاه چیست؟
یک باتری ماشین ۱۲ ولتی به طور متوسط دارای شش سلول الکتروشیمیایی است. هر سلول به طور جداگانه ۲.۱ ولت به ظرفیت باتری اضافه می‌کند. اتصال سری این سلول‌ها حداکثر ولتاژ ۱۲.۶ تا ۱۲.۸ ولت را برای باتری فراهم می‌کند. در هر یک از سلول‌ها یک نیروگاه کوچک وجود دارد. ۱. صفحات مثبت و منفی
تعداد جفت صفحات در هر سلول زیاد است:
صفحات مثبت: صفحات نقره‌ای که با دی‌اکسید سرب پوشانده شده‌اند و به رنگ قهوه‌ای تیره هستند.
صفحات منفی: این صفحات از جنس سرب اسفنجی (Pb) به رنگ خاکستری هستند.
چنین صفحاتی معمولاً به صورت متناوب روی هم چیده شده و جوش داده می‌شوند تا حداکثر مساحت سطح را ایجاد کنند، ۲۰ هرچه مساحت سطح موجود بیشتر باشد، مساحت واکنش بیشتر می‌شود - و از این رو برق بیشتری تولید می‌شود.
۲. جداکننده‌ها
بین هر دو صفحه (که با اتصالات + و - به هم متصل شده‌اند) جداکننده‌هایی از جنس پلی‌اتیلن متخلخل یا فایبرگلاس قرار دارند. این جداکننده‌ها اجازه نمی‌دهند صفحات با هم تماس پیدا کنند (و اتصال کوتاه ایجاد کنند)، اما گردش آزاد یون‌ها را ممکن می‌سازند.
فاصله بین صفحات با مخلوطی از موارد زیر پر می‌شود:
- اسید سولفوریک (H₂SO₄)
- آب (H₂O)
واکنش شیمیایی که باتری را قادر به ذخیره و آزادسازی برق می‌کند، توسط این الکترولیت ایجاد می‌شود. همچنین به وزن باتری اضافه می‌شود - یک باتری استاندارد خودرو ۱۳۲۵ کیلوگرم (۳۰-۵۵ پوند) وزن دارد که بخش خوبی از آن از مایع تشکیل شده است.
کلید همه چیز واکنش اکسایش-کاهش (کاهش-اکسیداسیون) درون باتری است.
در هنگام دشارژ (هنگام تأمین برق):
- دی اکسید سرب (صفحه مثبت) و سرب اسفنجی (صفحه منفی) توسط اسید سولفوریک واکنش می‌دهند.
- این واکنش منجر به تشکیل سولفات سرب (PbSO₄) در هر صفحه می‌شود.
- الکترون‌های آزاد از طریق یک مدار خارجی - به چراغ‌ها، استارت یا رادیوی شما - منتقل می‌شوند.
- ماده اسید سولفوریک از الکترولیت تا حدی از بین می‌رود: الکترولیت در آب رقیق می‌شود.
بیشتر بخوانید: باتری خودرو چگونه کار می‌کند؟
در هنگام شارژ (هنگام روشن بودن موتور):
از دینام برای تأمین مجدد برق به باتری استفاده می‌شود.
این واکنش شیمیایی را برعکس می‌کند. سولفات سرب روی دو صفحه دوباره به دی اکسید سرب و سرب اسفنجی تبدیل می‌شود. غلظت اسید سولفوریک در الکترولیت بازیابی می‌شود.
این فرآیند تخلیه و شارژ مجدد ممکن است صدها بار تکرار شود تا صفحات فرسوده شوند یا سولفاته شوند، که عملکرد باتری را محدود می‌کند.
اتصالات سلولی:
این‌ها اتصالاتی هستند که شش سلول را به صورت سری در باتری به هم متصل می‌کنند. این یکی از دلایلی است که وقتی یک سلول از بین می‌رود، باتری شما به خوبی به شما خدمت نمی‌کند.
میله‌های باس:
این‌ها نوارهای فلزی داخلی هستند که به توزیع مساوی برق بین سلول‌ها کمک می‌کنند.
محفظه رسوب:
در پایین هر سلول جایی وجود دارد که زباله‌ها و مواد مرده‌ای را که با گذشت زمان از صفحات جدا می‌شوند، جمع می‌کند تا اتصال کوتاهی ایجاد نشود.
نکات پایانی
به عنوان یک جعبه ساده و قفل شده، باتری ماشین می‌تواند خسته‌کننده و معمولی به نظر برسد. با این حال، وقتی به آن نگاه می‌کنیم، باتری ماشین شما یک سیستم پیچیده و مهندسی شده شیمیایی است که با هر چرخش کلید به ماشین شما جان می‌بخشد. با صفحات سربی متعدد حمام اسید سولفوریک و واکنش‌های الکتروشیمیایی بسیار پیچیده، هر جزء برای تأمین برق رانندگی روزانه شما حیاتی است.
درک آنچه درون باتری ماشین شماست، به شما دانش فنی می‌دهد. اما این تمام ماجرا نیست! این به شما قدرت می‌دهد تا عمر و عملکرد خودرو را افزایش دهید.
نظر شما