الهندسةميكانيك السيارات

مبدأ عمل بطارية السيارة

اقرأ في هذا المقال
  • مبدأ عمل بطارية السيارة
  • كيف تعمل بطارية السيارة؟
  • تحسين بطارية السيارة
  • كيف يتم شحن بطارية السيارة؟

البطارية هي القلب الكهربائي للسيارة، حيث تقوم بتخزين الطاقة التي تشغل المحرك وتزود جميع الاحتياجات الكهربائية للسيارة عندما لا يستطيع نظام التوليد، كما أنها واحدة من تلك المكونات التي تتطلب القليل من الصيانة، فحص مستوى المنحل بالكهرباء هو عادة كل ما هو ضروري، حيث أن التطورات الحديثة تعفي صاحب السيارة حتى من تلك المسؤولية.

مبدأ عمل بطارية السيارة:

جميع بطاريات السيارات من نوع حمض الرصاص؛ ممّا يعني أنها تخزن الكهرباء عن طريق تسخير التأثير الكيميائي لبعض أنواع الحمض على الرصاص، تتكون البطارية بشكل عام من عدد من الخلايا المرتبطة ببعضها البعض، تعطي كل خلية متوسط ​​إخراج 2 فولت، في العادة تحتوي البطارية على 12 فولت أي على 6 خلايا، أما البطارية التي تكون 6 فولت فهي تحتوي على 3 خلايا، كما تحتوي غالبية البطاريات على خط من أغطية الحشو على طول الجزء العلوي، وعادة ما يكون هناك غطاء واحد لكل خلية.


البناء الداخلي لكل خلية متطابق، فهناك مجموعتان من اللوحات العمودية، واحدة إيجابية (موجبة) والأخرى سالبة، اللوحات عبارة عن شبكات معدنية مصنوعة عادة من سبيكة من الرصاص، في البطارية المشحونة بالكامل يوجد طلاء من بيروكسيد الرصاص على الألواح الموجبة وواحد من الرصاص على الألواح السالبة، تمتلئ كل خلية إلى مستوى أعلى قمة الصفائح مباشرة بمحلول حمض الكبريتيك (يسمى المنحل بالكهرباء)، كما يحتوي المنحل بالكهرباء على نسبة عالية من الماء المقطر، يوجد أيضاً لوح عازل مثبت في الخلايا بين الألواح الموجبة والسالبة الغرض منه هو منع حدوث لمس.


جميع الألواح الإيجابية في الخلية متصلة ببعضها البعض في الأعلى وكذلك جميع اللوحات السلبية، الخلايا نفسها مترابطة إيجابية إلى سلبية، يتم إجراء التوصيلات الخارجية للنظام الكهربائي للسيارة في أطراف أعلى البطارية، الطرف الموجب في أحد طرفيه والسالب في الطرف الآخر، تعتمد سعة أو طاقة البطارية على المساحة الإجمالية لألواح الرصاص والحجم الذي تم اختياره لسيارة معينة.


تقاس سعة البطارية بوحدة أمبير- ساعة وهو التيار المتوفر مضروباً في عدد الساعات التي ستتدفق إليها، مثلاً بطارية بسعة 40 أمبير؛ ممّا يعني أنها تستطيع تزويد تيار 4 أمبير لمدة عشر ساعات، ويمكن لبطارية 50 أمبير أن توفر 5 أمبير خلال نفس الفترة.

كيف تعمل بطارية السيارة؟

عندما يتم سحب الكهرباء من بطارية مشحونة، يتسبب التدفق الحالي للبطارية في حدوث التحليل الكهربائي للمنحل الكهربائي في كل خلية، التحليل الكهربائي للمياه في المنحل بالكهرباء هو شكل من أشكال التحلل وينتج أيونات الأكسجين وأيونات الهيدروجين، وهي حاملات لشحنات كهربائية، إذ يتم شحن أيونات الأكسجين بشكل سلبي، بينما يتم شحن أيونات الهيدروجين بشكل إيجابي، تؤدي هذه الشحنات إلى بحث أيونات الأكسجين عن الصفائح الموجبة وأيونات الهيدروجين عن الصفائح السالبة، بنفس الطريقة يتحلل حمض الكبريتيك نفسه إلى أيونات الهيدروجين.


عندما تصل هذه الأيونات المختلفة إلى الأقطاب الكهربائية التي تنجذب إليها، تتخلى عن شحناتها الكهربائية وتتفاعل مع المادة النشطة على الألواح، ممّا يؤدي إلى مغادرة التيار للبطارية، حيث يميل هذا إلى تحويل اللوحين إلى كبريتات الرصاص، بينما يميل حمض الكبريتيك إلى الماء، وبالتالي يتم تخفيف الإلكتروليت وتسقط جاذبيته النوعية، ولن يكتمل هذا التفاعل الكيميائي، إلّا إذا تم تفريغ البطارية بالكامل، كما يمكن أن يحدث إذا تُركت السيارة متوقفة وأضواءها مضاءة لفترة طويلة.


من الناحية العملية، ينبغي تجنب التفريغ الكامل للبطارية في حالتين، أولاً، بما أن كبريتات الرصاص ضخمة للغاية، فإن الكبريتات الثقيلة من الألواح يمكن أن تتسبب في تصدع الشبكات وتساقط بعض الطلاء، بالإضافة إلى ذلك، قد تكون إعادة الشحن غير فعالة إذا تركت البطارية فارغة تماماً، حيث يصبح من الصعب على نحو متزايد تحويل كبريتات الرصاص إلى موادها الأصلية.


ينخفض ​​جهد الخلية بسرعة من الحد الأقصى البالغ 2.2 فولت إلى ما يزيد قليلاً عن 2 فولت بمجرد بدء التفريغ، ويبقى ثابتًا تقريباً عند هذه القيمة حتى يتم تفريغ البطارية بالكامل تقريباً، وفي هذه المرحلة يكون تخفيض الجهد سريعاً ويصبح الكبريت كبيراً، ما لم يتم تطبيق تيار الشحن بسرعة.


بمجرد تفريغ البطارية، فإنه يمكن إعادة شحنها بتمرير تيار عبرها، يتم ذلك تلقائياً على السيارة بواسطة الدينمو أو المولد، ولكن إذا أصبحت البطارية فارغة تماماً، فقد يكون من الضروري إعادة شحنها من مصدر التيار الكهربائي، وفي أثناء الشحن يتدفق التيار خلال البطارية في الاتجاه الآخر في الطرف الموجب بدلاً من الخروج منه، وبالتالي فإن عملية الشحن هي عكس عملية التفريغ، اللوحات الإيجابية تعود إلى الرصاص البيروكسيد واللوحات السلبية تؤدي إلى تحويل بعض الماء أيضاً إلى حمض الكبريتيك.


تم تصميم معدات شحن السيارات الحديثة، بحيث توفر تيار شحن مرتفع نسبياً عندما تكون البطارية في أشد الحاجة إليها، مع اقتراب البطارية من الشحن الكامل على الرغم من ارتفاع الجهد يتم تحديد التيار من خلال منظم الجهد إلى مستوى منخفض، هذا لا يضمن فقط إعادة التحويل الكامل للمادة النشطة، ولكنه يقلل أيضاً من الغازات التي تحدث في اللوحات عند شحن البطارية بالكامل.


 يمكن أن تتسبب الغازات الشديدة (التي تبدو كما لو أن الإلكتروليت في الغليان) في إخراج المواد الفعالة من الألواح، يرتبط بالنشاط الكيميائي وبالتالي الطاقة التي يمكن للبطارية توصيلها بدرجة الحرارة إذ تكون البطارية أقل فعالية لبدء الحركة في الشتاء عنها في الصيف، وعندما تزيد لزوجة الزيت البارد في المحرك يؤدي إلى زيادة القوة المطلوبة لتحويلها.

تحسين بطارية السيارة:

تم إجراء العديد من التحسينات على بطارية الرصاص الحمضية منذ استخدامها لأول مرة في السيارات، حيث تم العثور على طرق لجعل الألواح وحواملها أقوى، في حين أن الفواصل هي أيضاً أفضل بكثير مما كانت عليه، يتم الآن استخدام المطاط المسامي والمواد البلاستيكية وهي أقوى بكثير من الخشب والمواد الأخرى المستخدمة سابقاً، لقد قاموا بتقليل سمك الفاصل بحيث يمكن جعل البطارية أكثر إحكاماً، كما تم تقليل وزن البطارية الحديثة وعلى العكس من ذلك زادت قوتها من خلال التطور السريع واستخدام علب بلاستيكية.


تم تحقيق تقدم كبير خلال السنوات القليلة الماضية، مما أدى إلى تصميم بطارية خالية من الصيانة (MF)، يتم تركيب هذا النوع من البطاريات على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية، حيث تم اختراعها وتم توحيدها لتناسب مجموعة سيارات جنرال موتورز بأكملها، كانت شركات البطاريات الأوروبية أبطأ في إنتاج بطاريات MF لكن اهتمامها تأثر بقرار GM في عام 1978؛ لبدء تصدير مجموعة Delco الخاصة بها لشركاتها في أوروبا.


البطارية الخالية من الصيانة هي فقط ما يقوله الاسم إنها لا تحتاج إلى تعبئة، وليست مجهزة بأي ثقوب لهذا الغرض، حيث يتم تعبئتها وإغلاقها في المصنع، بغض النظر عن التخلص من التعبئة، حيث تقلل بطارية MF بشكل كبير من ثلاثة أوجه قصور أخرى في العمر الافتراضي (الوقت الذي يمكن فيه تخزين البطارية قبل البيع)، لسنوات عديدة تمت إضافة الأنتيمون المعدني إلى الرصاص الذي تصنع منه شبكات اللوحة؛ لمنحها القوة الكافية، ولسوء الحظ يعمل الأنتيمون أيضاً كنوع من السم البطيء، يتسلل من خلال المنحل بالكهرباء من الصفائح الإيجابية إلى السلبية.


يؤدي هذا إلى تدهور البطارية، حتى عندما تكون جديدة، مما يحد من الوقت الذي يمكن فيه تخزين البطاريات غير المستخدمة، حقيقة فإن البطاريات الجديدة يمكن أن تتدهور بهذه الطريقة، بسبب تأثير التسمم بالأنتيمون، تم تقليل الكمية المستخدمة في البطاريات بنحو الثلث، على الرغم من أن هذا الانخفاض أبطأ بشكل كبير من معدل التدهور.


خلال البحث، وجدت الشركات الأمريكية طرق أخرى، لم يقتصر استخدام الرصاص المحتوي على الكالسيوم على إطالة عمر البطارية بما لا يقل عن خمس مرات، ولكنه قلل أيضاً إلى حد كبير من كمية الغاز التي تحدث عند الوصول إلى الشحن الكامل، أصبح معدل فقدان الماء من المنحل بالكهرباء منخفضاً جداً وكان التآكل الطرفي (نتيجة خروج البخار الحمضي من فتحات الخلايا بالغاز) غير موجود تقريباً. 

كيف يتم شحن بطارية السيارة؟

سيحتاج المستخدمون إلى شحن بطارية السيارة على الفور لمنعها من الانهيار وهذا هو السبب في أن طريقة الشحن الموثوقة ضرورية، ففي السيارات الحديثة يقوم المولد بشحن البطارية أثناء استخدامها، لكن في طرازات السيارات القديمة، يقوم الدينامو بواجبات الشحن، كلاهما يعتمد على نظام حركه الحزام من المحرك الذي يحول الدوار في كيبلات المولد، يكتسب الدوار الإلكترونات عن طريق مغنطة الجسيمات الصغيرة.


يتناوب تدفق الإلكترونات التي تنتج الكهرباء؛ هذا يعني أنه يتدفق للأمام والخلف، اعتماداً على اتجاه الدوار ولكن من أجل كفاءة أفضل، يجب تصحيحه لجعل التيار مباشر، يعمل الدينمو مع التيار المباشر ولكن ليس بنفس كفاءة سرعة المحرك، حيث أن هناك شيء واحد مؤكد هو أنه أثقل من المولد، عندما لا يتم الشحن بشكل صحيح تتحول لوحة القيادة إلى إشارة ساطعة تشير إلى علامة تحذير، يحدث هذا في معظم الوقت عندما يتم إيقاف تشغيل المحرك.

المصدر
مولدات طاقة جديدة بطارية سيارة/ عيد فتحيكومبيوتر السيارة وميكانيكيات مهمة/ المهندس احسان محمد عليالتطورات الحديثة فى ميكانيكا السيارات/ محمد احمد زهران

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى