شروع به کار همه بخش‌های مختلف خودرو نیاز به یک نیروی اولیه دارد. این نیروی اولیه که از ابتدای ساخت خودروهای احتراق داخلی بنزین‌سوز (خودروهای مدرن) از یک انرژی الکتریکی اولیه تامین می‌شد اکنون نیروی بخش‌های بسیاری از قسمت‌های خودرو را تامین میکند.
صنعت خودروسازی در ابتدای راه خود از الکتریسیته تنها برای آتش زدن سوخت درون موتور استفاده می‌کرد، اما به مرور زمان استارت، چراغ‌ها، بوق‌ها و بخش‌های دیگری به سیستم‌های برقی خودروها اضافه شدند که برای فعالیت خود نیاز به جریان برق دارند. این جریان برق از کجا و چگونه تامین میشود؟ در صورت اختلال در جریان تولید و انتقال آن چه نواقصی در عملکرد خودرو ایجاد میشود؟ چگونه می‌توان از مولد و روند تولید آنها در برابر استهلاک‌های معمول محافظت کرد؟ همه این سوالات و مباحثی دیگر، مطالبی است که در ادامه به آن خواهیم پرداخت. توصیه می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با این مبحث، نگاهی هم به ویدیوی زیر بیاندازید.
باتری خودرو چیست و چه اهمیتی دارد؟
در خودروهای امروزی سیستمی پیچیده از مدارهای الکتریکی دیده میشود که انرژی مورد نیاز بخش‌ها مختلف آنها را تامین، ذخیره و تقسیم میکند. باتری خودرو اولین و اصلی‌ترین بخش این سیستم پیچیده است. باتری ذخیره‌کننده الکتریسیته مورد نیاز خودرو است و سرمنشاء سیستم برقی خودروها. باتری اتومبیل که گونه‌ای از باتری‌های قابل‌شارژ است در انواع مختلف و با ولتاژ‌های متفاوت بسته به نیاز خودروها استفاده میشود.
باتری از قطعات کم استهلاک و کم دردسر خودرو است که در هر شرایط آب و هوایی‌ای کار میکند، اما در هر حال طول عمر مفیدی حدود ۴ سال (در بهترین حالت) دارد. البته طول عمر انواع مختلف باتری متفاوت است و هر یک پس از گذشت زمانی سولفاته خواهند شد اما می‌توان با رفتارهای درست این طول عمر مفید را تا حد زیادی افزایش داد. نکته مهم درباره سلامت خودرو این است که بر سلامت سایر بخش‌های آن تاثیر مستقیم دارد و درصورت خوب کار نکردن به قطعات دیگر نیز آسیب وارد میکند.
وظایف باتری خودرو چیست؟
در خودرو هر زمان و هرجا که نیاز به برق باشد پای باتری آن درمیان است. بنابراین به طور کلی باتری موظف به تامین الکتریسیته مورد نیاز خودرو است که آن را از طریق ذخیره تولید دینام فراهم میکند. وظایف مهم این قطعه به صورت جزئی به ترتیب زیر است:
– تامین انرژی لازم برای استارت خودرو؛ زمانی که خودرو خاموش است هیچ انرژی ذخیره شده‌ای در موتور برای شروع به کار و ایجاد احتراق لازم برای روشن شدن ندارد. باتری در این زمان وظیفه تامین برق لازم برای استارت خودرو را با ولتاژ مناسب دارد.
– ذخیره انرژی موجود در موتور و دیگر قطعات خودرو برای مواقع لازم مانند همین استارت زدن نیز از وظایف باتری خودرو است. این انرژی ذخیره معمولا شامل مازاد تولید برق دینام یا آلترناتور میشود.
– چراغ‌های خودرو مانند هر لامپ دیگری برای روشن شدن نیاز به انرژی الکتریکی دارند. این برق نیز از منبع باتری تامین میشود.
– یکی دیگر از قطعات برقی خودرو سیستم پخش و مولتی مدیای خودرو است که این بخش نیز برق لازم را از باتری خودرو می‌گیرد.
– تهویه مطبوع که شامل کولر و بخاری میشود نیز برای کار نیاز به برق دارد و وابسته به باتری است.
موارد ذکر شده همه نشان از اهمیت ویژه این قطعه نه چندان بزرگ زیر کاپوت دارد. علاوه بر آنچه گفته شد باتری انرژی لازم برای تمام هشدار دهنده‌ها و تجهیزات برقی خودرو را نیز برعهده دارد. هر ساله بر تعداد این هشدار دهنده‌ها و تجهیزات وابسته به برق در خودروها افزوده میشود و در نتیجه خودروهای با کیفیت‌تر نیز وارد بازار میشود.
اجزای باتری خودرو
باتری خودروها که عمدتا از نوع اسید-سرب(تر) هستند وزن زیادی نسبت به جسه نه چندان بزرگش دارد. این وزن زیاد به دلیل اجزای آن است. اجزایی که هریک وظیفه‌ای دارند و در مجموع وظایف باتری را به سرانجام می‌رسانند. البته امروزه استفاده از باتری‌های خشک یا اتمی نیز رایج شده است. اجزای باتری‌های خودرو از هر دو نوع عبارتند از:
-
جعبه باتری
جعبه باتری محفظه اصلی آن است که سایر اجزا را در خود جای می‌دهد. این جعبه از جنس پلی‌پروپلن و یا نوعی پلاستیک ساخته و درون آن خانه‌هایی مجزا تعبیه شده است. کف خانه‌ها برجستگی‌هایی پل مانند قرار داده شده که تکیه‌گاه صفحات هستند. جعبه باتری ضربات ارتعاش را به حداقل رسانده و از آسیب رسیدن به صفحات و الکترولیت‌ها جلوگیری میکند.
-
درپوش باتری
باتری توسط این درپوش که از جنس جعبه است مهر و موم میشود. این درپوش شامل ۶ دریچه کوچک است که روی آنها محل تزریق الکترولیت تعبیه میشود. همچنین این دریچه‌ها سوراخ‌های سوزنی ریزی دارند که برای خروج گازهای تولید شده از واکنش‌های شیمیایی درون خانه‌های جعبه قرار داده شده‌اند.
-
ترمینال‌های باتری
ترمینال یا بوشینگ‌های اتصال واسط بین باتری و سیستم برقی خودرو هستند که یکی به کابل مثبت و دیگری به کابل منفی وصل میشود.
حتما بخوانید: ۱۰ نقص در خودرو که می‌تواند در رانندگی حادثه‌ساز شود
-
صفحات باتری
صفحه‌های باتری که روی پل‌های درون جعبه قرار می‌گیرند به بالای جعبه نیز متصل هستند و در خانه‌های اختصاصی خود جاسازی می‌شوند. این صفحه‌ها به سه دسته صفحه منفی و صفحه مثبت و صفحه عایق تقسیم می‌شوند. صفحه‌های مثبت و منفی از دو بخش اسکلت اصلی و ماده فعال که چسب یا خمیر باتری نیز نامیده میشود تشکیل می‌شوند. برای تولید آنها ابتدا اسکلت فلزی سبک‌شان با حالت اسفنجی تهیه شده و سپس ماده فعال روی آنها قرار داده میشود. حالت اسفنجی صفحه به نفوذ بهتر الکترولیت درون آنها کمک میکند. تعداد صفحات منفی درون جعبه باتری همواره یکی بیشتر از صفحات مثبت است. به همین دلیل صفحات مثبت بیشتر تحلیل رفته و سریعتر خورده می‌شوند. صفحات باتری به هم‌قطبان خود از طریق اجزایی به نام اتصال وصل هستند.
– صفحه منفی: جنس اسکلت این صفحه که به رنگ خاکستری دیده میشود، از سرب، کلسیم و آنتیموان است. مواد فعال (خمیر) این صفحه نیز از جنس اکسید سرب است.
– صفحه مثبت: جنس اسکلت صفحه مثبت که رنگش قهوه‌ای تیره یا مایل به قرمز به نظر می‌رسد، مانند اسکلت صفحه منفی است، اما ماده فعال (چسب) آن دی‌اکسید سرب در نظر گرفته میشود.
– صفحه عایق یا جدا کننده: از جنس پی‌وی‌سی، پشم شیشه، کائوچو یا فایبرگلاس ساخته می‌شوند و نقش حائل بین قطعات مثبت را برای ایجاد جریان موثر الکتریکی از منفی بازی می‌کنند. به آن جداکننده باتری هم می‌گویند.
ماده فعال معمولا بین شبکه‌های اسکلت صفحات به صورت خمیری قرار می‌گیرد و در کوره‌های مخصوص خشک میشود. سپس الکترولیت‌ها به صفحات افزوده شده و زیر دستگاه شارژ قرار می‌گیرند و پس از فرایند شارژ الکترولیت، تخلیه و باتری به صورت خشک وارد بازار میشود. سپس هنگام استفاده، الکترولیت درون باتری تزریق میشود. البته این بخش تنها در باتری‌های اسید-سرب حاکم است و در باتری‌های اتمی نیاز به تزریق الکترولیت نیست.
حتما بخوانید: نحوه عملکرد سیستم ترمز خودرو و انواع آن
-
الکترولیت یا اسید باتری
محلول موجود در جعبه باتری‌های اسید سرب است. این محلول شامل درصد مشخصی اسید سولفوریک، آب مقطر است که پس از ترکیب و خنک شدن از منفذ‌های درپوش درون جعبه ریخته میشود.
-
نشانگر باتری
این قطعه وضعیت شارژ باتری را در سه حالت شارژ، نیمه شارژ و دِشارژ نشان می‌دهد. این قطعه استوانه‌ای است درون جعبه باتری با یک گوی سبز رنگ داخلش. چگالی این گوی به شکلی در نظر گرفته میشود که با چگالی الکترولیت برابری کند. سطح این استوانه از بیرون جعبه باتری قابل مشاهده است و زمانی که چگالی الکترولیت در حد مناسب باشد گوی روی سطح استوانه می‌ایستد و رنگ سبز آن قابل مشاهده است، اما وقتی چگالی الکترولیت به دلیل کاهش اسید و غالب شدن حجم آب پایین می‌آید گوی پایین‌تر رفته و رنگ آن کمتر مشاهده میشود. وقتی باتری کامل دشارژ باشد سطح استوانه یا نشانگر باتری سیاه دیده میشود. این نشانگر در باتری‌های اسید-سرب دیده میشود. نوع نشانگر در باتری‌های خشک به شکل یک نمایشگر رنگی است که میزان شارژ باتری را در سه حالت با رنگ‌های سبز و قرمز و مشکی نشان می‌دهد.
-
قطب‌های باتری
قطب‌ها از جنس سرب هستند و از یک سمت بیرون از درپوش باتری هستند و از سمت دیگر درون مایع الکترولیت. دو قطب باتری که بیرون از باتری و دو سمت جعبه به رنگ‌های قرمز و آبی دیده می‌شوند در دو نوع مثبت و منفی به کار می‌روند. قطب مثبت که از قطر منفی قطورتر است درون جعبه به صفحه مثبت متصل است و قطب منفی با صفحه منفی.
نحوه عملکرد باتری خودرو
همزمان با استارت زدن خودرو، باتری به مدار برق آن وصل شده و فرایند دشارژ شدن آن آغاز میشود. به این ترتیب که الکترولیت به عنوان رابط بین قطب‌های مثبت و منفی عملیات تبدیل نیروی شیمیایی به الکتریسیته را انجام می‌دهد. انرژی حاصل از این واکنش الکتروشیمیایی ماده فعال روی صفحات را تبدیل به سولفات سرب کرده و در خلال این تبدیل ملکول‌های اکسیژن و هیدروژن آزاد می‌شوند. این ملکول‌ها با واکنش تبدیل به آب شده که نتیجه آن آزاد سازی الکترون توسط صفحات مثبت است. این الکترون‌ها نیاز متقابل صفحات منفی به الکترون را برآورده می‌کنند. این تبادل الکترون ولتاژ یا پتانسیل الکتریکی را در دو سر باتری ایجاد میکند.
حتما بخوانید: علل استارت نخوردن ماشین و نحوه برطرف کردن آن
ظرفیت ذخیره باتری چیست؟
پیشتر گفته شد که از وظایف اصلی باتری ذخیره‌ی انرژی برای نیازهای برقی خودرو است. این ذخیره زمانی که سیستم شارژ خودرو به هر دلیلی قادر به فعالیت نباشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. ظرفیت ذخیره باتری حداقل توان باتری در تامین و انتقال برق برای چنین مواقعی است. این حداقل باید بتواند در شرایط خرابی و نقص سیستم شارژ و در بدترین وضعیت‌های مواجه با این نواقص مانند فصل زمستان یا شب‌ها، انرژی لازم برای موارد زیر را تامین کند.
∗ انرژی لازم برای عمل جرقه‌زنی و احتراق
∗ برق لازم برای نور پایین چراغ‌های جلو
∗ برف پاک‌کن‌ها
در صورت تجهیز خودرو به سیستم گرم‌کن شیشه خودرو، تامین نیاز این سیستم در این مواقع حساس در صورت خرابی سیستم شارژ را نیز تامین کند. باتری انرژی لازم برای استارت خودرو را نیز توسط همین ظرفیت فراهم میکند. یک باتری سالم می‌تواند از تمام ظرفیت ذخیره خود استفاده کند. ظرفیت ذخیره مورد نیاز برای موارد بالا در هر خودرو متفاوت است و خودروساز معمولا این رقم را در اطلاعات آن درج میکند.
انواع باتری خودرو
باتری‌های خودرو انواع مختلفی دارند ولی دو نوع درمیان آنها از باقی معروف‌تر هستند؛
۱. باتری‌های غیر سیلد یا باتری‌های اسیدی
این باتری‌ها که LM نیز نامیده می‌شوند به عنوان باتری‌های حساس‌تر شناخته می‌شوند که نیاز به مراقبت بیشتری دارند. این باتری‌ها همچنین برای شرایط آب و هوایی گرم مناسب‌تر هستند، چرا که می‌توان در زمان نیاز به آنها آب اضافه کرد. صفحات این باتری‌ها متشکل از سرب و دو آلیاژ کلسیم-آنتیموان هستند. این نوع باتری که مدل‌های قدیمی‌تر به حساب می‌آیند به دلیل هزینه کمتر تولید و قیمت پایین‌تر خرید همچنان بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۲. باتری‌های سیلد یا باتری‌های اتمی
این باتری‌ها که به اختصار FM معروف هستند نیاز به مراقبت ندارند و از حساسیت کمتری برخوردارند. همچنین مقاومت آنها در برابر حالت اُوِر شارژ یا شارژ بیش از حد بیشتر است. باتری‌های سیلد سریعتر شارژ می‌شوند و عمر بیشتری نسبت به غیر سیلد‌ها دارند به طوری که حتی عمر مجاز نگهداری بیشتری از سوی تولید کننده برای آنها تعیین میشود. صفحات آنها از جنس سرب و تک آلیاژ کلسیم-کلسیم است. نقطه ضعف این باتری‌ها دشارژ شدن عمیق است. در این صورت به طور کامل از کار افتاده و نیاز به تعویض دارند. چرا که در این باتری‌ها از اسید استفاده نمی‌شود و مواد فعال به صورت جامد و خشک فعالیت می‌کنند، در نتیجه تحت تاثیر دشارژ عمیق این مواد فعال به سرعت از صفحات ریزش کرده و باتری دچار آسیب جدی میشود.
باتری خودروهای برقی و هیبریدی
همه آنچه گفته شد خصوصیاتی مربوط به باتری خودروهای احتراق داخلی بنزینی یا دیزلی بود. بدون شک اوضاع در باتری‌های خودروهای برقی و هیبریدی کاملا متفاوت است. باتری خودروهای برقی علاوه بر منبع انرژی موتور، پمپ سوخت‌رسان آنها هم محسوب می‌شوند. بنابراین ساختاری کاملا متفاوت دارند. در خودروهای تمام برقی باتری باید توان تامین شعاع حرکتی نیز داشته باشد و قدرت خروجی و ظرفیت ذخیره انرژی آن نیز فاکتور مهمی برای خودرو محسوب میشود. در خودروهای هیبریدی اما چندان به ظرفیت ذخیره باتری نیاز ندارند و توان خروجی و شعاع حرکتی آن فاکتورهای مهم باتری در این خودروها هستند.
در هر دو گروه این باتری‌ها از نوع لیتیوم یونی هستند یعنی چیزی مشابه باتری‌های مورد استفاده در گوشی‌های موبایل. این باتری‌ها که در صورت عدم استفاده به ندرت شارژ خود را از دست می‌دهند نقش باک خودروی برقی را بازی می‌کنند. ظرفیت آنها با واحد کیلووات ساعت یا KWH بیان میشود و هرچه این ظرفیت بالاتر باشد مسافت قابل پیمایش با یک دور شارژ کامل آن نیز بیشتر خواهد بود، دقیقا مشابه حجم باک خودرو. البته نقطه اشتراک این باتری‌ها با باتری‌های مورد استفاده در خودروهای بنزینی و دیزلی، عمر مفید آنها است و اینکه شارژ و دشارژ شدن مداوم آنها را پس از مدت زمانی بین ۲ تا ۴ سال از کار می‌اندازد.