Cum funcționează tehnologia acumulatorului auto?
Plumbul și acidul sunt două lucruri pe care majoritatea oamenilor le cunosc suficient de bine pentru a le evita. Plumbul este un metal greu care poate provoca o listă întreagă de probleme de sănătate, iar acidul este acid. Simpla menționare a cuvântului atrage după sine imagini de lichide verzi și de oameni de știință care se îndoiau de dominația mondială.
Dar, cum ar fi ciocolata și untul de arahide, plumbul și acidul nu par să meargă împreună, dar fac. Fără plumb și acid, nu aveam baterii auto și fără baterii auto nu aveam niciun accesoriu modern - sau necesități de bază, cum ar fi farurile - care necesită funcționarea unui sistem electric. Deci, exact cum s-au adunat aceste două substanțe mortale pentru a forma fundația solidă a sistemelor electronice auto? Răspunsul, pentru a împrumuta un rând de frază, este elementar.
Știința de stocare a energiei electrice
Bateriile electrice sunt pur și simplu vase de stocare care sunt capabile să mențină o sarcină electrică și apoi să o descărce într-o sarcină. Unele baterii sunt capabile să producă un curent electric de la componentele lor de bază imediat ce sunt asamblate. Aceste baterii sunt numite baterii primare și, de obicei, sunt eliminate după ce încărcarea a fost epuizată. Bateriile auto se încadrează într-o altă categorie de baterii electrice care pot fi încărcate, descărcate și reîncărcate din nou și din nou. Aceste baterii secundare utilizează o reacție chimică reversibilă care diferă de la un tip de baterie reîncărcabilă la alta.
În termeni pe care majoritatea oamenilor le pot înțelege cu ușurință, bateriile AA sau AAA pe care le cumpărați la magazin, le lipiți în telecomandă și apoi aruncați-le când mor sunt baterii primare. Acestea sunt asamblate, în mod obișnuit fie din celule de zinc-carbon, fie din zinc și dioxid de mangan, și sunt capabile să furnizeze curent fără a fi încărcate. Când mor, le aruncați - sau le aruncați în mod corespunzător, dacă preferați.
Desigur, puteți achiziționa aceleași baterii AA sau AAA într-o formă "reîncărcabilă" care costă mai mult. Aceste baterii reîncărcabile folosesc de obicei celule de nichel-cadmiu sau nichel-metal hidrură. Spre deosebire de bateriile tradiționale "alcaline", bateriile NiCd și NiMH nu sunt capabile să furnizeze curent la o sarcină la montaj. În schimb, un curent electric este aplicat celulelor, ceea ce provoacă o reacție chimică în interiorul bateriei. Apoi fixați acumulatorul în telecomandă și când acesta moare, îl puneți într-un încărcător și aplicarea unui curent inversează procesul chimic care a avut loc în timpul descărcării.
Bateriile auto, care utilizează plumb și acid sulfuric în locul oxihidroxidului de nichel și aliajului de absorbție a hidrogenului, sunt similare cu bateriile NiMH în funcțiune. Când se aplică un curent electric la baterie, apare o reacție chimică și se stochează o încărcătură electrică. Când o sarcină este conectată la baterie, această reacție se inversează și se oferă un curent pentru sarcină.
Stocarea energiei cu plumb și acid
Dacă folosiți plumb și acid pentru a stoca o încărcătură electrică sună arhaică, este. Prima baterie plumb-acid a fost inventată în anii 1850, iar bateria din mașina dvs. utilizează aceleași principii de bază. Desenele și materialele au evoluat de-a lungul anilor, însă aceeași idee de bază este în joc.
Când o baterie de plumb-acid este descărcată, electrolitul devine o soluție foarte diluată de acid sulfuric - adică este în mare parte H20 vechi simplu, cu unele H2SO4 plutesc în jurul său în ea. Plăcile de plumb, care au absorbit acidul sulfuric, devin în principal sulfat de plumb. Când un curent electric este aplicat bateriei, acest proces se inversează. Plăcile de sulfat de plumb se întorc (în cea mai mare parte) înapoi în plumb, iar soluția diluată de acid sulfuric devine mai concentrată.
Aceasta nu este o metodă teribil de eficientă de stocare a energiei electrice, în ceea ce privește cât de grele și mari celulele sunt comparate cu cantitatea de energie pe care o stochează, dar bateriile cu plumb-acid sunt încă în uz astăzi din două motive. Prima este o chestiune de economie; bateriile cu plumb-acid sunt mult mai ieftine pentru fabricare decât orice altă opțiune. Celălalt motiv este că bateriile cu plumb-acid sunt capabile să furnizeze o cantitate extraordinară de curent la cerere, ceea ce le face unic de utilizat ca baterii de pornire.
Cât de mică este ciclul tău?
Bateriile tradiționale ale mașinilor sunt denumite, uneori, baterii SLI , în care "SLI" înseamnă pornire, iluminare și aprindere. Această abreviere ilustrează scopurile principale ale bateriei unei mașini destul de bine, deoarece sarcina principală a oricărei baterii auto este de a rula motorul de pornire, luminile și aprinderea înainte ca motorul să funcționeze. După ce motorul funcționează, alternatorul furnizează toată energia electrică necesară și bateria este reîncărcată.
Acest tip de utilizare este un tip superficial de ciclu de sarcină, prin faptul că oferă o scurgere scurtă de cantitate mare de curent, și asta este ceea ce bateriile auto sunt proiectate special pentru a face. Având în vedere acest lucru, bateriile moderne de mașini conțin plăci foarte subțiri de plumb, ceea ce permite o expunere maximă la electrolit și oferă cel mai mare amperaj posibil pentru perioade scurte de timp. Acest design este necesar datorită cerințelor enorme de curent ale motoarelor de pornire.
Spre deosebire de bateriile de pornire, bateriile cu ciclu adânc sunt un alt tip de baterie plumb-acid, proiectate pentru un ciclu "mai profund". Configurația plăcilor este diferită, astfel încât acestea nu sunt potrivite pentru a furniza cantități mari de curent la cerere. În schimb, ele sunt concepute pentru a oferi o putere mai mică pentru perioade mai lungi de timp. Ciclul este "mai adânc", deoarece este mai lung, mai degrabă decât datorită descărcării globale fiind mai mare. Spre deosebire de bateriile de pornire, care sunt reîncărcate automat după fiecare utilizare , bateriile cu ciclu adânc pot fi descărcate lent - la un nivel sigur - înainte de a fi reîncărcate. La fel ca bateriile de pornire, bateriile cu acid de plumb cu ciclu adânc nu trebuie evacuate sub nivelul recomandat pentru a evita deteriorarea permanentă.
Pachet diferit, aceeași tehnologie
Deși tehnologia de bază din spatele bateriilor plumb-acid a rămas mai mult sau mai puțin aceeași, avansurile în materiale și tehnici au dus la o serie de variații. Bateriile cu ciclu adânc, desigur, utilizează o configurație diferită a plăcii pentru a permite un ciclu de funcționare mai profund. Alte variante iau lucrurile mai departe.
Cel mai mare avans în tehnologia cu plumb-acid a fost, probabil, bateriile cu plumb-acid (VRLA) reglementate de supape. Acestea folosesc încă plumb și acid sulfuric, dar nu au celule "umplute", umede. În schimb, ele utilizează fie celule de gel, fie mată de sticlă absorbită (AGM) pentru electrolit. Procesul chimic este același la un nivel de bază, însă aceste baterii nu sunt supuse unei arse de gaze, cum ar fi bateriile cu celule inundate, și nici nu sunt vulnerabile la scurgere dacă sunt înclinate.
Deși bateriile VRLA au un număr de avantaje, ele sunt mult mai scumpe decât bateriile tradiționale cu celule inundate. Deci, în timp ce tehnologia continuă să progreseze în continuare, este posibil să continuați să conduceți cu tehnologie de ultimă oră sub capota dumneavoastră pentru ceva timp - cu excepția cazului în care mergeți electric. Dar asta este o chestiune cu totul diferită în ceea ce privește bateriile.