X
تبلیغات
نماشا
رایتل

کِم سِنتر

باطری ها

باتری ها : باتری ها مولد هایی هستند که انرژی شیمیایی را تبدیل به انرژی الکتریکی میکنند .
باتری ها معمولا از کنار هم قرار دادن حداقل دو صفحه فلزی ( یا آلیاژیی) متفاوت در داخل یک محلول شیمیایی بوجود میایند. یکی از این دو صفحه دارای خاصیت الکترون دهی بیشتر(مثبت یا آند) و دیگری دارای خاصیت الکترون گیری بیشتر(منفی یا کاتد ) میباشد . محلول شیمیایی که باعث ایجاد ارتباط بین این دو صفحه میگردد ، الکترولیت نامیده میشود.

دسته بندی باتری هاباتریها را به روشهای مختلف دسته بندی میکنند در ادامه مهمترین روشهای دسته بندی آمده است.

از نظر حالت الکترولیت :
باتری خشک(dry) الکترولیت این نوع باتری ها جامد میباشند مانند باتریهای قلمی،
باتری تر(wet) دارای الکترولیت مایع میباشند مثل باتریهای مورد استفاده در خودرو ها
توجه : امروزه نوعی باتری ها به بازار ارائه شده که الکترولیت آن نه کاملا جامد مانند باتری قلمی و نه مایع مانند باتریهای متداول خودروها ، الکترولیت این باتری ها مانند ژل میباشند به این باتری ها ، باتری های با مراقبت کم (free-maintenance) یا (low-maintenance) نامیده میشوند . البته شاید بتوان آنها را در دسته باتری های خشک قرار داد

از نظر جنس الکترولیت و صفحات :
باتری سربی- اسیدی(lead acid (، باتری نیکل- کادمیوم(Nickel-cadmium)، باتری هوا- روی(zinc-air) ، باتری آلکالاین (alkaline)....

معمولا باتریهای خودرو ها از نوع باتری های سربی- اسیدی میباشند و دلایلش این است که اولا هزینه ساخت آن کمتر از انواع دیگر است و ثانیا محدوده دمایی مناسب برای بهترین کارایی آن نسبت به سایر باتریها گسترده تر است ، امپر و ولتاژ ان نیز در ان محدوده دمایی مناسب میباشد. از این پس منظور ما از عبارت باتری همان باتری سربی اسیدی میباشد
جدول زیر میزان تولید ولتاژ انواع باتری ها در هر خانه باتری را نشان میدهد
نوع باتری سربی- اسیدی نیکل- کارمیم نیکل- آهن سریم- گوگرد
ولتاژ هر خانه باتری 2v 1.2v 1.2v 2v

همانطور که ملاحظه میگردد باتریهای سربی اسیدی و باتریهای سدیم گوگرد بیشترین میزان تولید ولتاژ را در هرخانه باتری را دارا میباشند اما تولید باتریهای سربی اسیدی ارزان تر از باتری های سدیم گوگرد میباشند (سرب نسبت به سایر فلزات ارزان تر است )بنابرین این نوع باتری در خودرو ها متداول میباشد 


چرا خودرو ها به باتری نیازمندند؟تامین برق مورد نیاز در زمانی که موتور خاموش است – تامین برق لازم جهت استارتر – کمک به سیستم شارژ در زمانی که تعداد مصرف کننده ها بالا میرود ( و آمپر مصرفی زیاد میشود)

باتری های سربی اسیدی
همانطور که گفته شد متداول ترین نوع باتری برای خودروها ، باتری سربی اسیدی میباشد. صفحه مثبت از جنس دی اکسید سرب ( به آن پر اکسید سرب نیز میگویند) (PbO2) و صفحه منفی از جنس سرب (Pb) میباشد . الکترولیت آن اسید سولفوریک رقیق شده با آب (H2SO4+H2O) میباشد.

●باتری‌های سرب ـ اسیدی
باتری سرب ـ اسیدی (اکومولاتور) یک دستگاه الکتروشیمیایی ثانویه (قابل شارژ) است که انرژی شیمیایی را ذخیره و سپس به صورت الکتریکی روی بار آزاد می‌کند. وقتی یک باتری به یک مصرف کننده خارجی نظیر موتور برق متصل شود، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود و جریان مستقیم از مدار عبور می‌کند. با توجه به میزان باتری‌های سرب ـ اسیدی تولیدی، باتری‌های استارتری حدود ۸۸ درصد از کل تولید را شامل می‌شوند که ۶۵ درصد باتری خودرو و ۲۳ درصد باتری‌های استارتری (موتورسیکلتی و غیره) است. ۸ درصد هم به موتورهای سیکل طولانی (صندلی‌های چرخدار، دستگاه‌های گلف، لیفتراک‌ها و غیره) و ۴ درصد به باتری‌های سیکل طولانی (برق رزرو، UPS و برق اضطراری) اختصاص دارد. باتری‌های خودرویی که در صنعت به باتری‌های “SLI” معروف هستند، 

 

 چهار وظیفه مهم را برعهده دارند: ۱. روشن کردن موتور ۲. عبور آهسته یا تثبیت ریتم تند جریان DC خروجی از سیستم شارژ خودرو ۳. تأمین انرژی اضافی برای روشنایی، رادیوهای دوموجی، سیستم‌های صوتی و دیگر دستگاه‌هایی که ملحقات آنها بار اضافی به سیستم شارژ وسیله نقلیه است. بعضی مصارف بار اضافی به مجموعه زمانی حساب می‌شود که خودرو در جا کار کند و یا در مسافرت‌های کوتاه و در وضعیتی نظیر رانندگی در شب در شرایط بد جوی، بار سنگینی بر خودرو تحمیل شود.4 ـ تأمین یک منبع انرژی برای سیستم الکتریکی وسیله نقلیه زمانی که سیستم شارژ فعال نیست. 

 
یک باتری خودرویی خوب با قیمت ۵۰ تا ۱۰۰ دلار در صورتی که به درستی نگهداری شود، حداقل پنج سال یا بیشتر عمر خواهد کرد. براساس گزارشBCI، در امریکای شمالی از ۶/۱۰۶ میلیون باتری فروخته شده در سال ۲۰۰۱ حدود ۸۰ درصد جایگزین باتری‌های قبلی شده و ۲۰ درصد روی خودروهای صفر نصب شده‌اند. Eurobat نیز گزارش داده که در سال ۲۰۰۳ تعداد ۵/۵۸ میلیون باتری در اروپای غربی به فروش رسیده است که ۷۱ درصد جایگزین و ۲۹ درصد برای اولین بار روی خودروهای صفر نصب شده‌اند. در کنفرانس تکنولوژی صنایع روبرت دبلیو بیرد (Robert W.Baird)، شرکت جانسون کنترلز گزارش داد در سال ۲۰۰۴ حدود ۳۵۰ میلیون باتری استارتری ساخته خواهد شد. بر این اساس، بزرگترین تولیدکننده جانسون کنترلز با ۳۱ درصد کل تولید است و پس از آن اکساید با ۱۴ درصد، جی اس یواسا (در حال ترکیب تدریجی Japan Storage Battery, Yuasa) با ۱۰ درصد، ماتسوشیتا با ۴ درصد، ایست پن با ۳ درصد، فیام با ۳ درصد و بقیه تولیدکنندگان با ۳۵ درصد قرار گرفته‌اند. در بازارهای دیگر که توسط Recharge مطالعه شده‌اند، در سال ۲۰۰۳ بازارهای جهانی تقریباً ۳۰ بیلیون دلار درآمد داشته‌اند که ۳۰ درصد به باتری‌های SLI (خودرویی) و ۱۵.۳ درصد به باتری‌های سرب ـ اسیدی (سیکل طولانی) صنعتی اختصاص داشته است. وظیفه باتری‌های سیکل طولانی تأمین برق صندلی‌های چرخدار، قایق موتوری‌های ماهیگیری، دستگاه‌های گلف، قایق‌ها، لیفتراک‌های چنگکی، منبع ذخیره الکتریکی مداوم (UPS) و دیگر دستگاه‌های مخصوص تجهیزات دریایی و وسایل نقلیه تفریحی (RV) و نیز کاربردهای ساکن و تجاری است. یک باتری سیکل طولانی مطلوب با کیفیت با قیمتی بین ۵۰ تا ۳۰۰ دلار، در صورتی که به خوبی نگهداری و استفاده شود، حداقل ۲۰۰ سیکل شارژ ـ دشارژ طولانی ایجاد می‌کند. شرکت‌های اکساید و انرسیس دو تولیدکننده بزرگ باتری‌های سیکل طولانی جهان هستند.

●یک باتری چگونه ساخته می‌شود؟ یک باتری سرب ـ اسیدی از ۶ خانه (cell) ساخته شده است که هر خانه ولتاژی حدود ۱۱/۲ تولید می‌کند. این خانه‌ها به صورت موازی از ترمینال مثبت اولین سل به ترمینال منفی دومین سل و به همین ترتیب تا آخرین سل با هم ارتباط دارند. در هر سل المنتی وجود دارد که حاوی صفحات مثبتی است که به صورت سری به هم متصل شده‌اند و نیز صفحات منفی که به صورت سری با هم ارتباط دارند. این دسته صفحات با صفحات عایق الکتریکی که سپراتورها یا پاکت‌های ساخته شده از مواد متخلخل هستند، از هم جدا شده‌اند که در واقع بین صفحات مثبت (معمولاَ نارنجی روشن) و صفحات منفی (معمولاً خاکستری مایل به سیاه) فضایی ایجاد می‌کند تا از اتصال کوتاه بین آنها و تخلیه باتری جلوگیری شود. همان طوری که در شکل مشاهده می‌شود، صفحات سپراتور به صورت یک در میان بین صفحات مثبت و منفی قرار گرفته‌اند. امروزه متداول‌ترین صفحه‌ای که در صنایع باتری‌سازی به کار می‌رود، شبکه فلزی است که به عنوان پایه‌ای برای قرار گرفتن خمیری از مواد متخلخل فعال استفاده می‌شود. بعد از عمل آوری (Curing) صفحات آنها را به صورت دسته صفحه در می‌آورند و سپس داخل خانه‌های جلد (Case) که از جنس لاستیک سخت یا پلی پروپیلن سخت با دانسیته بالا هستند، قرار می‌دهند. صفحات مثبت خانه‌ها به طور موازی به ترمینال مثبت و صفحات منفی به طور موازی به ترمینال منفی متصل شده‌اند. بعضی از باتری‌ها به جای اکسید سرب خمیر شده (Pasted) از سرب جامد بسیار گران‌قیمت به شکل استوانه‌ای (صفحه مارپیچی)، منچکس (دکمه‌هایی که روی شبکه قرار می‌گیرد) یا سرب جامد لوله‌ای و یا صفحات مثبت منشوری شکل ساخته شده از سرب جامد استفاده می‌کنند. سپس داخل باتری را از اسید سولفوریک رقیق پر می‌کنند. شارژ اولیه باتری به منظور تبدیل اکسید سرب زرد (Pbo یا لیتارژ) صفحات مثبت (کاتد) به پروکساید (Pbo۲) که معمولاً قهوه‌ای تیره یا سیاه است، صورت می‌گیرد. مواد فعال صفحات خمیرمالی شده منفی‌(آند) از سرب اسفنجی است که ساختار بسیار متخلخلی دارد و خاکستری متمایل به سیاه می‌باشد. اگر سرب اسفنجی با یک شیء سخت ساییده شود، رنگ آن نقره‌ای خواهد شد. الکترولیت نیز به باتری اضافه و شارژ نهایی به آن داده می‌شود. باتری شارژ شده باتری سرب ـ اسیدی مرطوبی به همراه الکترولیت و «باتری خشک» بدون الکترولیت است اگر باتری به صورت خشک فروخته شود، الکترولیت یا اسید باتری به آن افزوده و جذب صفحات شده، باتری شارژ می‌شود و سپس مورد استفاده قرار می‌گیرد. باتری خشک به نگهداری چندانی تا زمان فروش نیاز ندارد و انبارداری آن بسیار آسانتر از باتری‌های مرطوب است. در ساختمان باتری می‌بایست به دو ویژگی مهم یعنی «تخلخل» و «نفوذ» توجه شود. منظور از تخلخل، حفره‌ها و تونل‌های سطح صفحه است که باعث ورود اسید سولفوریک به درون صفحات می‌شود. نفوذ هم در اینجا به معنی پوشاندن، به هم زدن و مخلوط کردن یک سیال با سیال دیگر است. زمانی که از باتری استفاده می‌کنید، اسید تازه می‌بایست با مواد موجود روی صفحه در تماس باشد و آب تولید شده نیز از سطح صفحات جمع‌آوری شود. روزنه‌های بزرگتر یا الکترولیت گرمتر به نفوذ بهتر منجر می‌شود.

●یک باتری چگونه کار می‌کند؟ فرایندهای تخلیه (Discharge) Pbo۲ + Pb + ۲h۲so۴ ۲PbSO۴ + H۲O فرایندهای شارژ ۲PbSO۴ + H۲O PbO۲ + Pb + ۲H۲SO۴
یک باتری از دو نوع فلز متفاوت و به صورت یک در میان نظیر اکسید سرب (PbO۲) در صفحات مثبت و سرب اسفنجی (Pb) در صفحات منفی تشکیل شده است. این فلزات در الکترولیت که همان اسید سولفوریک رقیق است غوطه‌ورند. بسته به نوع فلزات و الکترولیت به کار رفته، خروجی هر خانه (سله) مشخص خواهد شد. در نمونه معمولی باتری سرب ـ اسیدی کامل شارژ شده، ولتاژ هر سله حدود ۱۱/۲ ولت است. واکنش شیمیایی بین فلزات و الکترولیت (اسید باتری) به ایجاد انرژی الکتریکی منجر می‌شود. به محض این که یک بار الکتریکی، به طور مثال یک موتور استارتری در مسیر باتری قرار گیرد، انرژی از باتری جریان می‌یابد و مدار بین ترمینال مثبت (که به صفحات مثبت متصل شده) و ترمینال منفی (که به صفحات منفی متصل شده) را کامل می‌کند. جریان الکتریکی ایجاد شده توسط یون‌ها بین صفحات باتری و از طریق الکترون‌ها در مدار خارجی برقرار می‌شود. عملکرد باتری سرب ـ اسیدی براساس مواد شیمیایی به کار رفته، نمودار حالت شارژ (SoC) ، درجه حرارت، تخلخل، نفوذ و بار الکتریکی تعیین می‌شود. هر سیکل در واقع مرکب از یک واکنش شارژ و یک واکنش دشارژ است.

●باتری چگونه از کار می‌افتد؟
زمانی که مواد فعال موجود روی صفحات باتری نتوانند یک جریان تخلیه (Discharge) را تحمل کنند، باتری خودرو به اصطلاح می‌میرد. به طور معمول یک باتری تا وقتی مواد فعال صفحات مثبت به دلیل انقباض و انبساط ایجاد شده بر اثر سیکل‌های شارژ و تخلیه پوسته پوسته شوند، عمر می‌کند. این حالت افت ظرفیت الکتریکی صفحات و ایجاد رسوب قهوه‌ای رنگی (لجن) را به دنبال دارد که در انتهای جلد باتری ته نشین می‌شود. البته وجود لجن نیز باعث اتصال کوتاه و تخلیه باتری می‌شود. در شرایط آب و هوایی گرم، افزایش وزن صفحات مثبت و خوردگی شبکه مثبت، انقباض شبکه منفی، تاب برداشتن صفحات و یا تبخیر آب باعث از کار افتادن باتری می‌شود. عواملی نظیر تخلیه‌های طولانی مدت، گرما، لرزش، شارژ سریع و شارژ بیش از حد ظرفیت نیز همگی مرگ باتری را سرعت می‌بخشند. تقریباً در ۵۰ درصد، موارد اولین و اصلی‌ترین دلیل از کارافتادگی پیش از موقع باتری تبخیر آب است که از گرمای بسیار زیاد کاپوت یا شارژ بیش از حد ظرفیت باتری ناشی می‌شود. همچنین افزایش وزن صفحات مثبت و زیر شارژ بودن باتری باعث سولفاتاسیون و ضعف عملکرد باتری می‌شود. در باتری‌های استارتری و سیکل طولانی که هفته به هفته به کار نروند تا حدود ۸۵ درصد احتمال سولفاتاسیون وجود دارد. برای یک باتری که مدت زمان طولانی نگهداری شده یا زیر شارژ قرار گرفته است، زمانی که SoC به کمتر از ۱۰۰ درصد افت کند، سولفاتاسیون اتفاق می‌افتد. کریستال‌های سخت سولفات سرب منافذ و پوشش صفحات را پر می‌کنند. شارژ دوباره یک باتری سولفاته شده مثل تلاش برای شستن دست‌هایی است که دستکش داشته باشند. شرکت جانسون کنترلز مطابق بررسی‌هایی که روی باتری‌های مستعمل در آب و هوای گرم (بدترین وضعیت موجود برای یک باتری) انجام داد، مشخص کرد عمر متوسط باتری خودرو در این شرایط دمایی ۳۷ ماه است. تحقیق جداگانه BCI در امریکای شمالی میزان متوسط عمر را ۴۸ ماه تخمین زده و مطالعات مؤسسه Interstate Batteries نیز عمر تخمینی در گرمای شدید و طاقت فرسا را ۳۰ ماه دانسته است. اگر عمر باتری شما بیش از سه سال است و در منطقه‌ای با آب و هوای گرم ساکن هستید، باتری احتمالاً بیش از حد انتظارتان عمر خواهد کرد. استارت خوردن غیرعادی و نامناسب به خصوص در یک روز سرد علامت دیگری است برای این که باتری شما در حال خراب شدن است و باید دوباره شارژ شده، شارژ سطحی برطرف و بار تحمیلی به سیستم آزمایش شود. ضعف باتری در اغلب موارد در زمان‌های بسیار نامناسب اتفاق می‌افتد که در چنین وضعیتی می‌بایست باتری دیگری خریداری کنید یا در حالت اضطراری برای استارت اولیه، ماشین را بکسل کنید یا هل دهید. بیشتر باتری‌های معیوبی که در طول مدت زمان گارانتی برگردانده می‌شوند، سالم هستند و ایرادی ندارند. لذا این موضوع به طور جدی به برخی فروشندگان باتری‌های جدید که نمی‌دانند می‌بایست زمان کافی برای شارژ کامل و تست باتری‌ها اختصاص دهند، گوشزد می‌شود. برای رفع این مشکل می‌توان از تسترهای باتری مثل نمونه‌هایی که توسط میدترونیکس و کادکس ساخته می‌شود، استفاده کرد. این تسترها برای پیش‌بینی ظرفیت باتری‌ها بدون این که به شارژ کامل آنها در ابتدا نیاز باشد، به کار می‌روند.

●چرا باتری‌ها از قسمت منفی به زمین متصل می‌شوند؟ این موضوع ثابت شده است خودروهایی که به صورت مثبت به زمین متصل شده‌اند، آمادگی آسیب دیدن از ناحیه شاسی و خوردگی بدنه آنها بیش از خودروهایی است که به صورت منفی به زمین متصل هستند. علت آن هم بسیار ساده است زیرا خوردگی فلزی، یک فرایند الکترولیتی است که در آن آند یا الکترود مثبت (بدنه خودرو) قربانی کاتد شده، دچار خوردگی می‌شود. این واکنش در «حفاظت کاتدیک» کشتی‌های بدنه استیل و خط لوله‌های زیرزمینی که در آنها مقدار کمی فلزات نجیب و مقدار بیشتری فلزات الکترونگاتیو نظیر منیزیم یا آلومینیم وجود دارد به کار می‌رود تا آنها به جای استیل خورده شوند و در نتیجه از خوردگی بدنه اصلی جلوگیری به عمل آید.

نظرات (0)
نام :
ایمیل : [پنهان میماند]
وب/وبلاگ :
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)