Ako funguje technológia automobilovej batérie?
Olovo a kyselina sú dve veci, ktoré väčšina ľudí vie dostatočne dobre, aby sa vyhla. Olovo je ťažký kov, ktorý môže spôsobiť celú práčovňu zoznam zdravotných problémov a kyselina je tiež kyselina. Samotná zmienka o tomto slove vyvoláva obrazy bubliniek zelených kvapalín a šialených vedcov, ktorí sa obávali svetovej nadvlády.
Ale ako čokoláda a arašidové maslo, olovo a kyselina by sa zdalo, že nie sú spolu, ale oni to robia. Bez olova a kyseliny by sme nemali auto batérie a bez autobatérií by sme nemali žiadne moderné príslušenstvo - ani základné potreby, ako sú svetlomety - ktoré vyžadujú funkciu elektrického systému. Tak ako sa tieto dve smrteľné látky spojili, aby vytvorili skalnatú základňu automobilových elektronických systémov? Odpoveď, ktorá si zapožičala frázu, je základná.
Veda o skladovaní elektrickej energie
Elektrické batérie sú jednoducho skladovacie nádoby, ktoré sú schopné udržať elektrický náboj a potom ho vybiť do nákladu. Niektoré batérie sú schopné vytvárať elektrický prúd zo svojich základných komponentov hneď, ako sa zostavia. Tieto batérie sa nazývajú primárne batérie a zvyčajne sa zlikvidujú po vyčerpaní nabíjania. Autonabíjačky sa hodia do inej kategórie elektrickej batérie, ktorá sa môže nabíjať, vybrať a nabíjať znova a znova. Tieto sekundárne batérie využívajú reverzibilnú chemickú reakciu, ktorá sa líši od jedného typu nabíjateľnej batérie k druhej.
V termínoch, ktoré väčšina ľudí vie ľahko pochopiť, batérie AA alebo AAA, ktoré si kúpite v obchode, držte sa v diaľkovom ovládači a potom ich vyhodiť, keď zomrú, sú primárne batérie. Zostavujú sa zvyčajne buď zo zinku-uhlíka alebo zinku a buniek oxidu manganičitého a sú schopné zabezpečiť prúd bez nabíjania. Keď zomrú, odhodíš ich, alebo ich zlikviduj správne, ak to radšej.
Samozrejme, môžete zakúpiť tie isté AA alebo AAA batérie v "dobíjateľnej" forme, ktorá stojí viac. Tieto nabíjacie batérie typicky používajú nikel-kadmiové alebo niklovo-kovové hydridové články. Na rozdiel od tradičných "alkalických" batérií, batérie NiCd a NiMH nie sú schopné zabezpečiť prúd zaťaženia pri montáži. Namiesto toho sa na bunky aplikuje elektrický prúd, čo spôsobuje chemickú reakciu v batérii. Potom vložte batériu do diaľkového ovládania a keď zomrie, umiestnite ju do nabíjačky a aplikácia prúdu zmení chemický proces, ktorý sa vyskytol počas vybitia.
Automobilové batérie, ktoré využívajú olovo a kyselinu sírovú namiesto oxyhydroxidu nikelnatého a zliatiny absorbujúce vodík, sú podobné funkcii NiMH batérií. Keď sa na batériu aplikuje elektrický prúd, dôjde k chemickej reakcii a bude uložený elektrický náboj. Keď je batéria pripojená k záťaži, táto reakcia je obrátená a zaťaženie je zaťažené.
Uchovávanie energie s olovom a kyselinou
Ak používate olovo a kyselinu na ukladanie elektrickej náplne, znie to archaické. Prvá olovnatá batéria bola vynájdená v 50. rokoch minulého storočia a batéria v aute používa rovnaké základné princípy. Návrhy a materiály sa vyvíjali v priebehu rokov, ale rovnaká základná myšlienka je v hre.
Keď sa batéria olovnatých kyselín vybije, elektrolyt sa stáva veľmi zriedeným roztokom kyseliny sírovej - čo znamená, že je väčšinou obyčajný H20 s pohyblivým obsahom H2SO4. Dosky olova, ktoré pohltili kyselinu sírovú, sa stávajú primárne síranom olovnatým. Keď sa na batériu aplikuje elektrický prúd, tento proces sa strieda. Sójové platne olova sa (väčšinou) obracajú späť do elektródy a zriedený roztok kyseliny sírovej sa stáva koncentrovanejším.
Nie je to strašne účinný spôsob ukladania elektrickej energie z hľadiska toho, ako veľké a veľké bunky sa porovnávajú s množstvom energie, ktorú uskladňujú, ale olovené batérie sa stále používajú z dvoch dôvodov. Prvá je vecou ekonomiky; olovené batérie sú oveľa lacnejšie ako akékoľvek iné možnosti. Ďalším dôvodom je, že olovené akumulátory dokážu naraz dodávať obrovské množstvá prúdu na požiadanie, čo ich robí jedinečným spôsobom na použitie ako štartovacie batérie.
Ako máš plynulý cyklus?
Tradičné autobatérie sa niekedy označujú ako SLI batérie , kde "SLI" znamená štart, osvetlenie a zapaľovanie. Táto skratka zobrazuje hlavné účely autobatérie celkom dobre, pretože hlavnou úlohou akéhokoľvek akumulátora je spustenie štartovacieho motora, svetiel a zapaľovania pred spustením motora. Po spustení motora generuje alternátor všetku potrebnú elektrickú energiu a batéria sa nabíja.
Tento typ použitia je plytký typ pracovného cyklu, pretože poskytuje krátky výboj veľkého množstva prúdu a práve to sú určené špeciálne pre batérie do auta. S ohľadom na to, moderné autobatérie obsahujú veľmi tenké platne olova, ktoré umožňujú maximálne vystavenie elektrolytu a zabezpečujú čo najvyššiu intenzitu v krátkom čase. Tento dizajn je potrebný kvôli obrovským prúdovým požiadavkám štartovacích motorov.
Na rozdiel od štartovacích batérií sú batérie s hlbokým cyklom iným typom olovených a akumulátorových batérií, ktoré sú určené pre "hlbší" cyklus. Konfigurácia dosiek je odlišná, takže nie sú vhodné na poskytovanie veľkého množstva prúdu na vyžiadanie. Namiesto toho sú navrhnuté tak, aby poskytovali menšiu energiu dlhšiu dobu. Cyklus je "hlbší", pretože je dlhší, skôr než v dôsledku väčšieho vypúšťania. Na rozdiel od štartovacích batérií, ktoré sa po každom použití automaticky nabíjajú , batérie s hlbokým cyklom sa môžu pomaly vyprázdniť - do bezpečnej úrovne - pred opätovným nabitím. Rovnako ako pri štartovacích batériách, batérie olovených kyselín s hlbokým cyklom by sa nemali vypúšťať pod odporúčanú úroveň, aby sa predišlo trvalému poškodeniu.
Rôzne balenie, rovnaká technológia
Hoci základná technológia za olovené batérie zostala viac či menej rovnaká, pokroky v materiáloch a technikách vyústili do viacerých variácií. Batérie s hlbokým cyklom používajú samozrejme inú konfiguráciu dosky, ktorá umožňuje hlbší pracovný cyklus. Iné varianty berú veci ešte ďalej.
Najväčší pokrok v technológii olovených a akumulátorových batérií pravdepodobne predstavovali batérie s olovenými kyselinami (VRLA) regulované ventilom. Stále používajú olovo a kyselinu sírovú, ale nemajú "zaplavené", mokré bunky. Namiesto toho používajú buď gélové bunky alebo absorbovanú sklenenú matu (AGM) pre elektrolyt. Chemický proces je rovnaký na základnej úrovni, ale tieto batérie nepodliehajú odplyňovaniu, akým sú batérie s povodňovými článkami, ani nie sú vystavené úniku, ak sú naklonené.
Hoci batérie VRLA majú rad výhod, sú oveľa drahšie na výrobu ako tradičné batérie s povlakom. Takže zatiaľ čo technológia pokračuje v pochodovaní dopredu, je pravdepodobné, že budete ešte stále jazdiť s najmodernejšou technológiou 1860s pod kapotou už nejaký čas - pokiaľ nejdeš elektrický. Ale to je celkom iná záležitosť, pokiaľ ide o batérie.