اطلاعات مفید درباره انواع باتری‌ها

باتری‌ها مولد هایی هستند که انرژی شیمیایی را تبدیل به انرژی الکتریکی میکنند. باتری‌ها معمولا از کنار هم قرار دادن حداقل دو صفحه فلزی ( یا آلیاژی ) 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.

باتری‌ها را به روشهای مختلف دسته بندی میکنند :

الف- از نظر حالت الکترولیت:
باتری خشک (dry) : الکترولیت این نوع باتری‌ها جامد میباشد مانند باتری‌های قلمی
باتری تر (wet) : دارای الکترولیت مایع میباشند مثل باتری‌های مورد استفاده در خودروها

توجه : امروزه نوعی باتری‌هایی به بازار ارائه شده که الکترولیت آن کاملا جامد مانند باتری قلمی و نه مایع مانند باتری‌های متداول خودروها، الکترولیت این باتری‌ها مانند ژل میباشند به این باتری‌ها، باتری‌های با مراقبت کم ( free-maintenance) یا (low-maintenance) نامیده میشوند.

البته شاید بتوان آنها را در دسته باتری‌های خشک قرار داد.

ب- 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 باتری‌ها از نوع باتری‌های 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 ، آمپر و ولتاژ آن نیز در آن محدوده دمایی مناسب میباشد. از این پس منظور ما از عبارت باتری همان باتری سربی اسیدی میباشد .

باتری‌های سربی اسیدی :
همانطور که گفته شد متداول ترین نوع باتری ، باتری سربی اسیدی میباشد . صفحه مثبت از جنس دی اکسید سرب ( به آن پراکسید سرب نیز میگویند) (pbo_٢) و صفحه منفی از جنس سرب (pb) میباشد و الکترولیت آن اسید سولفوریک رقیق شده با آب (HSO_٢+H_٢O) میباشد.

عملکرد باتری‌های سربی اسیدی

تجزیه :
O_٢ از PbO_٢ جدا می شود.
H_٢ از H_۴ SO_٢ جدا میگردد.

ترکیب :
O_٢ با ٢H_٢ ترکیب میشود و در نهایت ٢H_٢O میدهد.
Pb صفحه مثبت با SO_۴ ترکیب شده و PbSO_۴ میدهد.
Pb صفحه منفی با SO_۴ ترکیب شده و PbSO_۴ میدهد.
صفحه مثبت و منفی هر دو تبدیل به PbSO_۴ میشود .
الکترولیت تبدیل به H_٢O ( آب ) میشود

تجزیه :
PbSO_۴ صفحه مثبت و منفی به Pb با دو بار مثبت و SO_۴ با دو بار منفی تجزیه میشود و H_٢O به H_٢ با بار مثبت و O با دو بار منفی .

ترکیب :
Pb صفحه مثبت با دو تا O ترکیب شده و PbO_٢ میدهد.
SO_۴ صفحات مثبت و منفی با H_٢ ترکیب شده و H_٢SO_۴ میدهد.
و در نهایت دوباره همان حالت اولیه پس از شارژ شده باتری بوجود میاید .

قطب باتری

هر باتری دارای دو قطب اصلی میباشد ( توجه: هر خانه باتری خود دارای ٢ قطب میباشد اما در باتری‌های غیر قابل تعمیر این قطب ها زیر درپوش بالایی باتری قرار گرفته و دیده نمیشوند یعنی یک باتری ١٢ ولتی دارای ١٢ قطب میباشد ۶ قطب مثبت و ۶ قطب منفی که دوتای انها قطبهای اصلی و سایرین در زیر درپوش میباشند. در مورد نحوه اتصال خانه های باتری در آینده صحبت خواهد شد . از این به بعد منظور از قطب همان قطبهای اصلی باتری خواهد بود ). قطب های باتری محل خروج جریان برق از باتری در زمان مصرف شدن و محل ورود جریان برق به باتری در زمان شارژ شدن باتری‌ها میباشند . با توجه به جهت جریان برق یک قطب را قطب مثبت و دیگری را قطب منفی مینامند.

نحوه قرار گرفتن قطبهای باتری روی پوسته متفاوت است شکل زیر چند روش متداول را نشان میدهد

که شامل :

مدل SAE ، ترمینال جانبی، ترمینال L شکل، ترمینال مهره ای، و ترمینال ترکیبی میباشد .

سیستم قطب بندی به روش SAE متداول تر از سایر روش ها میباشد.

شناسایی قطب مثبت و منفی

با توجه به اینکه در هنگام نصب باتری روی اتومبیل قطب منفی به بدنه و قطب مثبت به کابل استارت (اتومات استارت) متصل میگردد تشخیص قطبین از یکدیگر حایز اهمیت میباشد .

قطب مثبت با علامت : + ، P ، POS
رنگ : قرمز
ضخامت : بیشتر از منفی مشخص میگردد

قطب منفی با علایم : – ، N ، NEG
رنگ : مشکی یا آبی
ضخامت : کمتر از مثبت مشخص میگردد

در صورتی که هیچ یک از علایم ذکر شده وجود نداشتند (پاک شده بودند یا قابل تشخیص نبودند) میتوان با یک آزمایش ساده قطب ها را از یکدیگر تشخیص داد. یک سری سیمی را به یکی از دو قطب متصل کنید و سر دیگر آن را داخل الکترولیت یکی از خانه های باتری قرار دهید . ملاحظه خواهید کرد که اطراف سیم حباب هایی بوجود میاید . این آزمایش را با قطب دیگر نیز انجام دهید هر کدام از قطب ها که حباب بیشتری در اطراف سیم داخل الکترولیت تولید کرد آن قطب ، قطب منفی میباشد . ( تذکر: آن آزمایش فقط جهت موارد ضروری میباشد . تکرار باعث خراب شدن باتری میگردد.) توجه هیچگاه دو سیم از قطبین را همزمان وارد یک خانه باتری نکنید چون ممکن است در اثر اتصال بین دو سیم در خانه باتری آب باتری به صورت شما بپاشد .

صفحه منفی: صفحات ( و مثبت ) از دو قسمت تشکیل میشوند یکی ماده فعال آن صفحه و دیگری اسکلت اصلی . همانطور که قبلا گفته شد جنس ماده فعال صفحات منفی در حالت شارژ کامل از سرب میباشد برای تهیه این صفحات (و صفحات مثبت) ابتدا یک اسکلت فلزی مشبک تهیه میکنند . جنس این اسکلت معمولا از آلیاژ سرب میباشد که برای افزایش مقاومت و سهولت در هنگام ریخته گری آن درصدی کلسیم و آنتیموان به آن اضافه مینمایند . شکل زیر یک نوع اسکلت شبکه بندی شده را نشان میدهد .

برای نفوذ بهتر الکترولیت در صفحات منفی (و مثبت) بهتر است این صفحات حالت اسفنجی داشته باشند . برای قرار دادن ماده فعال بین شبکه های اسکلت آنرا به صورت خمیر تهیه کرده و از شبکه اسکلت عبور میدهند سپس آنرا در کوره ها مخصوص خشک مینمایند . رنگ صفحات منفی خاکستری و تعداد ان در هر خانه باتری یکی بیشتر از صفحات مثبت آن خانه میباشد .

صفحه مثبت : جنس ماده فعال صفحات مثبت در زمان شارژ کامل ، در اکسید سرب ( پراکسید سرب ) میباشد که این صفحات به رنگ قهوه ای سوخته یا قهوه ای مایل به قرمز میباشند . هر صفحه مثبت بین دو صفحه منفی قرار میگیرد بنابراین تعداد آنها یکی کمتر از تعداد صفحات منفی در آن خانه میباشند . به همین دلیل میزان مصرف شدن صفحات مثبت بیشتر از صفحات منفی میباشد و همچنین میزان ریزش این صفحات . به همین دلیل برای جلوگیری از خوردگی سریع صفحات مثبت، امروزه این صفحات در لفافه از نوعی عایق قرار داده میشوند .

توجه : در گذشته هنگامی که مصرف کننده باتری را خریداری میکرد لازم بود قبل از استفاده آنرا به دستگاه شارژ متصل کرده تا شارژ شود . امروزه با تغییر در نحوه ساخت صفحات مثبت و منفی دیگر به شارژ اولیه احتیاج نیست به این ترتیب که امروزه جنس صفحات مثبت و منفی هر دو اکسید سرب میباشند . در کارخانه پس از تکمیل فرایند ساخت ، الکترولیت به باتری افزوده شده سپس آنرا زیر دستگاه شارژ قرار میدهند که پس از شارژ کامل جنس صفحات به همان سرب و دی اکسید سرب تبدیل میشود . مجددا الکترولیت را خالی کرده و بعد با آب خانه ها را پر می کنند . (شستشو میدند ) و در نهایت آب را نیز خالی کرده باتری را به صورت خشک در انبار نگه داری میکنند . به این ترتیب میتوان باتری‌ها را بین ١٢ تا ١٨ ماه نگهداری کرد بدون اینکه احتباج به شارژ دوباره داشته باشند .

صفحات عایق

با توجه به تعداد صفحات مثبت و منفی موجود در هر خانه باتری، فاصله بین صفحات بسیار کم میباشد بنابراین احتمال برخورد صفحات به یکدیگر زیاد میشود . اگر یک صفحه مثبت و منفی به هم برخورد کنند آن دو صفحه از سیکل تولید جریان خارج میشوند و در نهایت باعث کاهش ولتاژ تولیدی باتری میگردند. برای جلوگیری از این اتفاق بین هر صفحه مثبت و منفی یک صفحه عایق قرار داده میشود . بنابراین تعداد این صفحات یکی کمتر از مجموع صفحات مثبت و منفی در آن خانه باتری میباشد . جنس این صفحات از چوب ، کائوچو ، فایبرگلاس ، سلولز ، پشم شیشه ، صمغ ….. میباشند اما رایجترین آنها P.V.C ( پلی کلرید ونیل ) است . صفحات عایق باید دارای منافذی باشند تا الکترولیت بتواند از بین آن به راحتی عبور کند . علاوه بر این یک طرف صفحه عایق دارای برجسته گیهای عمودی میباشد . این برجستگی ها باعث هدایت ماده فعال جدا شده از صفحات مثبت به کف باتری میشود ( فعالیت اطراف صفه مثبت بیشتر از صفحه منفی است )

نکته: اگر صفحات مثبت باتری دارای لفاف عایق باشد دیگر به صفحات عایق مجزا احتیاجی نیست .

الکترولیت باتری

الکترولیت باتری سربی اسیدی محلول رقیق شده اسید سولفوریک میباشد. لازم است مقدار اب و اسید سولفوریک به دقت و نسبت معین با یکدیگر مخلوط شود . این نسبت معین در به صورت ……..

توجه: در اکثر باتری سازی ها نسبت اب به اسید را ۴ به ١ انتخاب میکنند که معادل ٧۵% آب و ٢۵% اسید میباشد که نزدیک به نسبت حجمی ٧٣% به ٢٧% است

چگالی (جرم حجمی) این محلول در دمای ١۵ درجه سانتیگراد ١.٢٨  گرم بر سانتی متر مکعب ( با همان ١٢٨۰ کیلوگرم بر متر مکعب ) میباشد . این عدد با تغییرات دما و فشار هوا تغییر میکند .

ظرفیت باتری

روشهای مختلفی برای تعیین مقدار ظرفیت یک باتری توسط انجمن بین المللی باتری ارائه شده است که ۴ روش به ترتیب اهمیت عبارتند از :

١- آمپر گرداندن میل لنگ در شرایط سرد = تست باتری در شرایط سرد
این مقدار نشاندهنده توانایی یک باتری برای کار در شرایط سرد میباشد و برابر است به مقدار آمپری که یک باتری در دمای ۰ درجه فارنهایت میتواند از خود خارج کند بدون اینکه ولتاژ باتری کمتر ٧.٢ ولت شود .

٢- آمپر گرداندن میل لنگ = تست باتری
مانند روش قبلی منتها در دمای ٣٢ درجه فارنهایت البته رابطه ای تقریبی وجود دارد که میتوان این دو عدد (CCA) را به (CA) تبدیل نمود . ١.٢۵×CCA=CA

٣- ظرفیت ذخیره باتری
مدت زمانی که باتری بتواند دردمای ٨۰ درجه فارنهایت جریان ٢۵ آمپر بدهد بدون اینکه ولتاژ کل آن کمتر از ١۰.۵ ولت می شود . باتری باید بتواند در صورت خراب شدن سیستم شارژ در زمان نسبتا طولانی نیازهای الکتریکی خودرو را مرتفع کند .

۴- آمپر- ساعت
حاصلضرب شدت جریان در زمانی است که آن باتری میتواند این شدت جریان را تامین کند . واحد آن آمپر ساعت (Ah) میباشد .
ساعت × شدت جریان = ظرفیت
مثلا اگر ظرفیت یک باتری ۶۰Ah است یعنی میتواند :
مدت ۶۰ ساعت جریان ١ آمپری را تامین کند
یا مدت ١ ساعت جریان ۶۰ آمپری را تامین کند
یا مدت ٢۰ ساعت جریان ٣ آمپری را تامین کند

نکته : هنگامی که آمپر از باتری کشیده میشود نباید ولتاژ باتری کمتر از ١۰.۵ ولت شود. عواملی که در تغییر مقدار ظرفیت باتری موثر هستند عبارتند از :

تعداد صفحات باتری ، مساحت صفحات باتری ، دما ، مقدار الکترولیت و چگالی الکترولیت میباشد .

شارژ کردن باتری

باتری‌ها را میتوان به ٢ روش شارژ کرد. یکی شارژ کند ( معمولی ) و دیگری شارژ تند ( سریع )

در شارژ کند مقدار کمی آمپر به باتری داده میشود در عوض مدت زمان زیادی طول میکشد تا باتری شارژ شود . در شارژ سریع بر عکس مقدار زیادی آمپر در مدت کوتاهی به باتری داده می شود تا پر شود.

توجه : شارژ کند بهتر از شارژ سریع است چون احتمال صدمه دیدن صفحات باتری کمتر است . از شارژ سریع فقط برای شرایط خاص استفاده میشود (دستگاه آن نیز با دستگاه شارژ کند متفاوت است )

شارژ کند
این نوع دستگاه شارژ دارای ٢ سلکتور ( کلید چرخشی ) یکی برای آمپر و دیگری برای ولتاژ میباشد بعلاوه یک نشاندهنده نیز برای هر کدام ( ولتاژ و آمپراژ ) لازم است . توجه : اکثر دستگاه های شارژ ایرانی فقط دارای یک نشاندهنده ( آمپر ) میباشند – البته برخی از آنها ظاهرا دارای نشاندهنده ولتاژ نیز هستند منتها اگر خوب دقت کنید ، میبینید که این نشاندهنده ولتاژ ورودی (٢٢۰ ولت ) را نشان میدهند نه آنچه ما لازم داریم ( ولتاژ خروجی ) دستگاه دارای ٢ خروجی یکی مثبت و دیگری منفی و یک کلید اصلی و یک فیوز نیز میباشد .

روش کار :
در تمام خانه ای باتری را جدا کنید . سطح الکترولیت هر خانه کنترل شود و اگر کم است فقط آب مقطر به آن اضافه شود. مثبت و منفی دستگاه را به قطبهای مثبت و منفی باتری متصل شود .

توجه : قبل از روشن کردن دستگاه به صحیح بودن اتصال ها توجه شود . (مثبت به مثبت و منفی به منفی)

باید ولتاژ خروجی دستگاه حدودا ٢۰% بیشتر از ولتاژ باتری انتخاب شود ( مثلا برای شارژ باتری ١٢ ولتی حدودا ١۴ ولت ) آمپر خروجی دستگاه باید در حدود یکدهم آمپر-ساعت یا یک شانزدهم ظرفیت ذخیره یا یک چهلم تست در شرایط سرد انتخاب شود . ( مثلا اگر آمپر-ساعت باتری ۶۰ است باید خروجی ۶ انتخاب شود ) پس از شارژ کامل عدد آمپر به صفر نزدیک میشود که نشانه شارژ کامل باتری است .

توجه : اگر به محض روشن کردن دستگاه در یکی از خانه ای باتری جوششی مشاهده شود نشانه خراب بودن باتری است

نکته : اگر باتری کاملا دشارژ باشد برای شارژ مجدد جدود ٨ تا ١٢ ساعت زمان لازم است .

شارژ سریع :
مانند روش قبل منتها این نوع دستگاه توانایی خروج آمپر بالای ١۰۰ A را دارد . زمان شارژ در این نوع بین نیم تا یک ساعت میباشد .