كيف تعمل تكنولوجيا بطارية السيارة؟
والرصاص والحامض هما شيئان يعرفهما معظم الناس جيدًا بما يكفي لتجنبه. الرصاص عبارة عن معدن ثقيل يمكن أن يسبب قائمة كاملة بمشاكل صحية ، كما أن الحمض جيد. مجرد ذكر للكلمة يستحضر صورًا للسوائل الخضراء المتفتتة والعلماء المجانين المغرمين الذين يثنون على الهيمنة على العالم.
ولكن مثل الشوكولا وزبدة الفول السوداني ، لا يبدو أن الرصاص والحامض يجتمعان معاً ، ولكنهما يحدثان. وبدون الرصاص والحامض ، لن يكون لدينا بطاريات سيارات ، وبدون بطاريات سيارات ، لن يكون لدينا أي من الملحقات الحديثة - أو الضروريات الأساسية ، مثل المصابيح الأمامية - التي تتطلب نظامًا كهربائيًا ليعمل. فكيف ، بالضبط ، هل تجمع هاتان المادتان المميتان لتشكيل الأساس الراسخ للأنظمة الإلكترونية للسيارات؟ الجواب ، لاقتراض تحول للعبارة ، هو أمر أساسي.
علم تخزين الطاقة الكهربائية
البطاريات الكهربائية هي ببساطة أوعية تخزين قادرة على حمل شحنة كهربائية ثم تفريغها في حمولة. بعض البطاريات قادرة على إنتاج تيار كهربائي من مكوناتها الأساسية بمجرد تجميعها. تسمى هذه البطاريات بالبطاريات الأولية ، ويتم التخلص منها عادة بمجرد استنفاد الشحنة. تتناسب بطاريات السيارات مع فئة مختلفة من البطارية الكهربائية التي يمكن شحنها ، وتفريغها ، وإعادة شحنها مرة أخرى. تستخدم هذه البطاريات الثانوية تفاعل كيميائي قابل للانعكاس يختلف عن نوع واحد من البطاريات القابلة لإعادة الشحن إلى نوع آخر.
من حيث يمكن لمعظم الناس فهم بسهولة ، وبطاريات AA أو AAA التي تشتريها في المتجر ، والتشبث في جهاز التحكم عن بعد ، ومن ثم رمي بعيدا عندما يموتون هي البطاريات الأساسية. يتم تجميعها ، وعادة ما تكون إما من الزنك - الكربون أو الزنك وخلايا ثاني أكسيد المنغنيز ، وأنها قادرة على توفير التيار دون أن تكون مشحونة. عندما تموت ، ترميهم بعيداً أو تتخلص منهم بشكل صحيح ، إذا كنت تفضل ذلك.
بالطبع ، يمكنك شراء بطاريات AA أو AAA نفسها في شكل "قابل لإعادة الشحن" تكلف أكثر. تستخدم هذه البطاريات القابلة لإعادة الشحن عادةً خلايا النيكل والكادميوم أو النيكل - هيدريد المعدني. على خلاف البطاريات "القلوية" التقليدية ، لا تستطيع بطاريات NiCd و NiMH توفير التيار للحمل عند التجميع. بدلاً من ذلك ، يتم تطبيق تيار كهربائي على الخلايا ، مما يؤدي إلى تفاعل كيميائي داخل البطارية. بعد ذلك تلتصق بالبطارية في جهاز التحكم عن بعد ، وعندما تموت ، تضعها في شاحن ، ويؤدي تطبيق تيار إلى عكس العملية الكيميائية التي حدثت أثناء التفريغ.
بطاريات السيارات ، التي تستخدم الرصاص وحامض الكبريتيك بدلاً من أوكسيد الهيدروجين وأكسيد الهيدروجين ، تشبه بطاريات NiMH في الوظيفة. عند تطبيق تيار كهربائي على البطارية ، يحدث تفاعل كيميائي ويتم تخزين شحنة كهربائية. عند توصيل الحمل بالبطارية ، ينعكس هذا التفاعل ، ويتم توفير تيار للحمل.
تخزين الطاقة مع الرصاص والحمض
إذا كان استخدام الرصاص والحمض لتخزين شحنة كهربائية الأصوات القديمة ، فمن. تم اختراع أول بطارية حمض الرصاص في عام 1850 ، وتستخدم البطارية في سيارتك نفس المبادئ الأساسية. لقد تطورت التصاميم والمواد على مر السنين ، ولكن نفس الفكرة الأساسية في اللعب.
عندما يتم تفريغ بطارية الرصاص الحمضية ، يصبح المنحل بالكهرباء محلولًا مخففًا جدًا من حامض الكبريتيك - بمعنى أنه في الغالب عبارة H20 قديمًا مع وجود بعض H2SO4 في داخلها. ألواح الرصاص ، بعد امتصاص حامض الكبريتيك ، تصبح كبريتات الرصاص في المقام الأول. عند تطبيق تيار كهربائي على البطارية ، تنعكس هذه العملية. تتحول صفائح الرصاص الكبريتية (معظمها) إلى الرصاص ، ويصبح محلول حامض الكبريتيك المخفف أكثر تركيزًا.
هذه ليست طريقة فعالة بشكل رهيب لتخزين الطاقة الكهربائية ، من حيث كيفية مقارنة الخلايا الثقيلة والكبيرة مع كمية الطاقة التي تخزنها ، ولكن بطاريات الرصاص الحمضية لا تزال تستخدم اليوم لسببين. الأول هو مسألة الاقتصاد. بطاريات الرصاص الحمضية أرخص بكثير في التصنيع من أي خيار آخر. والسبب الآخر هو أن بطاريات الرصاص الحمضية قادرة على توفير كميات هائلة من التيار عند الطلب في وقت واحد ، مما يجعلها مناسبة بشكل فريد للاستخدام كبطاريات ابتدائية.
كيف الضحلة هي دورتك؟
يشار أحيانًا إلى بطاريات السيارات التقليدية على أنها بطاريات SLI ، حيث تشير "SLI" إلى البداية والإضاءة والإشعال. يوضح هذا الاختصار الأغراض الرئيسية لبطارية السيارة بشكل جيد ، حيث أن الوظيفة الرئيسية لأي بطارية سيارة هي تشغيل المحرك المبدئي والأضواء والإشعال قبل تشغيل المحرك. بعد تشغيل المحرك ، يوفر المولد كل الطاقة الكهربائية اللازمة ، ويتم إعادة شحن البطارية.
هذا النوع من الاستخدام هو نوع ضحل من دورة العمل ، حيث أنه يوفر موجة قصيرة من تيار كبير ، وهذا هو ما صممت خصيصا لبطاريات السيارات. مع أخذ ذلك في الاعتبار ، تحتوي بطاريات السيارات الحديثة على لوحات رقيقة جدًا من الرصاص ، مما يسمح بحد أقصى من التعرض للكهارل ، ويوفر أقصى قدر ممكن من التيار لفترات قصيرة. هذا التصميم ضروري بسبب المتطلبات الحالية الضخمة لمحركات بداية.
وعلى النقيض من بطاريات البدء ، تعد بطاريات الدورة العميقة نوعًا آخر من بطاريات الرصاص الحمضية المصممة لدورة "أعمق". يختلف تكوين اللوحات ، لذا فهي غير مناسبة تمامًا لتوفير كميات كبيرة من التيار عند الطلب. بدلاً من ذلك ، تم تصميمها لتوفير طاقة أقل لمدد أطول من الوقت. والدورة "أعمق" لأنها أطول ، وليس بسبب أن التفريغ الكلي يكون أكبر. على عكس بطاريات البدء ، التي يتم إعادة شحنها تلقائيًا بعد كل استخدام ، يمكن تفريغ بطاريات الدورة العميقة ببطء - إلى مستوى آمن - قبل إعادة شحنها مرة أخرى. مثل بطاريات البدء ، لا ينبغي تفريغ بطاريات الرصاص الحمضية ذات الدورة العميقة دون المستوى الموصى به لتجنب حدوث ضرر دائم.
حزمة مختلفة ، نفس التكنولوجيا
على الرغم من أن التكنولوجيا الأساسية لبطاريات الرصاص الحمضية ظلت على حالها تقريباً ، فقد أدى التقدم في المواد والتقنيات إلى عدد من الاختلافات. بالطبع ، تستخدم بطاريات الدورة العميقة تكوين لوحة مختلفة للسماح بدورة عمل أعمق. اختلافات أخرى تأخذ الأمور إلى أبعد من ذلك.
ومن المحتمل أن يكون أكبر تقدم في تكنولوجيا بطاريات الرصاص الحمضية عبارة عن بطاريات حمض الرصاص (VRLA) التي ينظمها صمام. ما زالوا يستخدمون الرصاص وحامض الكبريتيك ، لكنهم لا يملكون "خلايا مبللة". بدلا من ذلك ، فإنها تستخدم إما خلايا الهلام أو مات الزجاج الممتص (AGM) لالالكتروليت. عملية كيميائية هي نفسها في المستوى الأساسي ، ولكن هذه البطاريات لا تخضع لالغازات مثل بطاريات الخلايا التي غمرتها الفيضانات ، كما أنها لا تتعرض للتسرب إذا تم إمالتها.
على الرغم من أن بطاريات VRLA تتمتع بعدد من المزايا ، إلا أنها أكثر تكلفة بكثير في الإنتاج من البطاريات الخلوية التقليدية المغمورة. لذلك بينما تستمر التكنولوجيا في التقدم إلى الأمام ، فإن الفرص ستظل تقود السيارة باستخدام أحدث تقنيات 1860 تحت غطاء المحرك الخاص بك لبعض الوقت حتى الآن ، ما لم تكن تعمل بالكهرباء. لكن هذه مسألة مختلفة تمامًا من حيث البطاريات.