Automotive Battery Science:Hogyan működnek az akkumulátorok

Az autó akkumulátora az egyik legfontosabb és leggyakrabban figyelmen kívül hagyott elektromos alkatrésze járművében. Ha az akkumulátor nem jó állapotban, akkor megakadhat, és a jármű más alkatrészei megsérülhetnek. Ez a cikk az akkumulátorok működését és azok gondozását tárgyalja.

Mi az autóakkumulátor belsejében?

Egy tipikus autóakkumulátor belsejében hat kisebb energiatermelő alkatrész, úgynevezett cella található. Minden cella egy sor elektródát vagy lemezt tartalmaz. Az akkumulátor pozitív lemeze ólom [eroxid (PbO2). Az akkumulátor negatív lemezei tiszta ólom, puha, szivacsszerű állapotban. Az egyes cellákon belüli lemezek váltakozó rétegekben vannak elrendezve, összesen 16 komponensre. Egy cellában az összes pozitív lemez párhuzamosan van bekötve, akárcsak az összes negatív lemez.

Mindegyik cella nagyjából 2 voltot termel. A hat különálló cella sorba van kötve egymással, így az egyes cellák által generált feszültség összeadódik. Az eredmény 12 volt.

Készen állsz a kémiára?

Hígított kénsav (H2SO4) oldat veszi körül a lemezeket. A sav és a víz (H2O) aránya általában körülbelül három rész víz és egy rész sav.

Amikor terhelést csatlakoztatunk az akkumulátor külső kapcsaihoz, kémiai reakció indul meg. Hígított kénsav keverékünk H2SO4-et és vizet (H20) tartalmaz. Ahogy a reakció beindul, a kénsav pozitív hidrogénionokra (2H) és negatív szulfátionokra (SO4) bomlik.

Amikor a hidrogénionok elérik az ólom-peroxid lemezt, elnyelik onnan az elektronikát, és hidrogénatommá válnak. Ez a folyamat megtámadja az ólom-peroxidot, és ólom-oxidot (PbO) és vizet (H2O) termel. Az ólom-oxid a kénsavval reagálva ólom-szulfátot (Pb SO4) és vizet (H2O) képez.

A negatív szulfátionok szabadon mozognak az oldatban. Ahogy elérik a tiszta ólomlemezt, feladják extra elektronjukat, és gyök-szulfáttá válnak. Mivel a gyök-szulfát önmagában nem létezhet, megtámadja a tiszta ólomlemezt, és ólom-szulfátot (PbSO4) termel.

A pozitív hidrogénionok hatása, amelyek az ólom-peroxid lemezről elektronokat vesznek fel, és a negatív szulfátionok, amelyek elektronokat adnak a tiszta ólomlemezhez, elektronegyensúlytalanságot okoznak. Ezek az elektronok átáramlanak a külső terhelésen, hogy megpróbálják kiegyensúlyozni magukat. Ezzel a folyamattal látja el az akkumulátor energiát a terhelésünkhöz (lámpa, erősítő, fűtés vagy számítógép).

Az akkumulátortöltés mögötti kémia

Amikor külső egyenáramforrást alkalmazunk az akkumulátoron, megfordítjuk a folyamatot. Egy külső egyenáramforrás, például egy generátor vagy egy akkumulátortöltő elektronokat táplál a pozitív ólom-szulfáttal borított ólom-peroxid lemezünkre és a negatív ólom-peroxiddal borított ólomlemezre. A töltés során a kénsav oldat sűrűsége csökken, de még mindig vannak pozitív hidrogénionjaink és negatív szulfátionjaink.

A pozitív töltésű hidrogénionok inkább a külső egyenáramforrás negatív pólusa felé haladnak. Minden hidrogénion egy elektront vesz el a negatív lemezről, hogy hidrogénatommá váljon. Ezek a hidrogénatomok megtámadják az ólom-szulfátot, így ólmot és kénsavat termelnek.

A negatív szulfátionok a pozitív töltésű lemez felé mozognak. Amikor odaérnek, feladják extra elektronjukat, hogy gyökszulfátokká váljanak. Ez a gyök-szulfát reakcióba lép az ólom-szulfáttal, és ólom-peroxidot és kénsavat képez.

Sokat leegyszerűsíthetjük!

Dióhéjban, az ólom-savas akkumulátor negatív pólusán túl sok elektron van. Amikor egy terhelést csatlakoztat az akkumulátorhoz, az elektronok átkavarnak a terhelésen, hogy eljussanak a pozitív pólushoz. Ez az elektronáramlás az, ami lehetővé teszi, hogy az akkumulátor energiát biztosítson a munkához.

Ha az akkumulátorra a nyugalmi feszültségénél nagyobb feszültséget kapcsolunk, az elektronáramlás megfordul. A lemezeken lévő szulfátrétegek visszaalakulnak ólommá és kénsavvá.

Akkumulátortöltés:Nyugodj meg – mi a rohanás?

A legrosszabb dolog, amit egy autó akkumulátorával tehet, az az, hogy siettetni kell a töltési folyamatot. Ha sietteti az újratöltési kémiai reakciót, az ólom-szulfát felmelegszik, és tartósan hozzátapad az ólom- és ólom-peroxid lemezekhez. Ha ott ragadt, a lemeznek ezt a területét már nem tudjuk elektronok áramlására használni, és csökkentettük az akkumulátor effektív méretét.

Valószínűleg hallottad már azt a kifejezést, hogy „az akkumulátor soha nem ugyanaz, miután lemerült”. Ez az állítás nagyon igaz, ha az akkumulátort nem kíméletesen és alaposan töltik fel.

Ha megfelelően szeretné újratölteni az akkumulátort, a folyamat lassú tartása lehetővé teszi, hogy a kémiai reakció szabályozott sebességgel menjen végbe. Ha jó minőségű, számítógép által vezérelt töltőt használ (és annak is kell lennie!), akkor két fő töltési szakasz van. Az első szakaszt tömeges töltésnek nevezik. A töltő az alkalmazott feszültség beállításával állandó áramot tart fenn az akkumulátor felé.

Honnan tudhatja, hogy túl gyorsan tölti-e fel az akkumulátort? A szabványos elárasztott akkumulátorok hőmérséklete töltés közben nem haladhatja meg a durván 120 Fahrenheit fokot. Azt javasoljuk, hogy a lassabb és hűvösebb mindig jobb. Az abszorbeált üvegszőnyeg (AGM) vagy zselés akkumulátor hőmérséklete nem haladhatja meg a 100 fokot.

Miután a felhasznált energia körülbelül 80%-a visszakerült az akkumulátorba, a töltő abszorpciós fokozatba kapcsol. Ebben a szakaszban a töltő állandó feszültséget biztosít az akkumulátornak, és az áram áramlása csökken, ahogy az akkumulátor eléri a teljes feltöltést.

Az akkumulátor maximális töltési sebességének kiszámítása

Egy viszonylag nagy autóakkumulátor 70 vagy 80 amperóra kapacitású lehet. Ez a specifikáció azt jelenti, hogy ideális körülmények között 70 vagy 80 órán keresztül 1 amper áramot vehet fel az akkumulátorból. Ezt követően az akkumulátor lemerültnek minősül.

Ahhoz, hogy megtaláljuk a 70 amperórás akkumulátorunk ideális töltési sebességét, ezt a specifikációt elosztjuk 10-zel, így hét ampert kapunk. Az akkumulátornak 7 amperes töltőáramot kell fogadnia túlmelegedés nélkül. Érdemes megjegyezni, hogy ha az akkumulátor teljesen lemerült, 10 órát vesz igénybe a feltöltése. Ne feledje, hogy a lassabb a jobb, ha akkumulátorról van szó.

Gondoskodjon autója akkumulátoráról

Néhányan közülünk, akik fanatikusabbak az autóakkumulátoraink gondozásában és karbantartásában, évente többször is intelligens akkumulátortöltőhöz csatlakoztatjuk. Az egyik ökölszabály, hogy minden olajcsere után vagy évente négyszer töltse fel teljesen az akkumulátort. Növelje ezt a gyakoriságot, ha olyan rövid utakat tesz meg, amelyek nem biztosítanak megfelelő töltési időt. Hasonlóképpen, az audiorendszer kikapcsolt motor melletti lejátszásával töltött idő nagyon gyorsan lemerítheti az akkumulátort. Ha kint volt a barátaival, és az autó akkumulátora lemerült, tegye egy jó minőségű töltőre egy éjszakára.

Ha hozzá tud férni az akkumulátorban lévő savoldathoz, győződjön meg arról, hogy az a megfelelő szinten van, vagy legalább teljesen befedi az ólomlemezeket. Az oldat fajsúlyának ellenőrzésére hidrométert kell használni, de ha ez alacsony, akkor jobb desztillált víz hozzáadása, mintha semmit sem tennénk. Az a kis zöld „szem”, amelyet egyes elemek tartalmaznak, egy hidrométer. Amikor eltűnik, az akkumulátor kémiai egyensúlya megszakad, és fel kell tölteni.

Előfordulhat, hogy a helyi mobilelektronikai kereskedő rendelkezik akkumulátorterhelés-ellenőrzővel, amelyet minden távoli autóindító beszerelése előtt használ. Ha aggódik az akkumulátor állapota miatt, kérje meg, hogy ellenőrizzék. A lemerült akkumulátor miatti rekedtség, amikor a hőmérséklet lehűl, frusztráló, ha haza akar menni vagy dolgozni.

Győződjön meg arról, hogy az akkumulátor érintkezői és a járművéhez fűződő csatlakozások mindig tiszták és biztonságosak. A laza csatlakozás drámaian káros hatással lehet az elektromos rendszer működésére.

Ha új akkumulátorra van szüksége, először forduljon a helyi mobiltartozék-kereskedőhöz. Gyakran nagy tapasztalattal rendelkeznek az akkumulátorok frissítése terén, és segíthetnek olyan megoldás kiválasztásában, amely biztosítja, hogy autója minden kulcs elfordítása után útra készen álljon.