اجزای تشکیل دهنده باتری

پوسته و درپوش باتری (battery case and cover)

 

 

 

جعبه ای که تمام اجزاء یک باتری را در خود جای میدهد پوسته باتری نامیده میشود. پوسته یا بدنه باتری ها باید در مقابل اثرات اسید مقاوم باشند علاوه بر ان در باید بتواند تغییرات دما ( 50- تا 150 درجه سانتیگراد) و ضربه نیزتحمل نماید. در گذشته پوسته باتری را از نوعی لاستیک تهیه میکردند اما امروزه معمولا از پلاستیکها مخصوص برای اینکار استفاده میگردد.

 جنس درپوش باتری نیز مانند بدنه باتری ار نوعی پلاستیک تهیه میشود . بر روی در پوش محلی برای خروج قطبین باتری و همچنین نصب در خانه های باتری تعبیه میگردد. البته لازم به ذکر است که گاهی در خانه های باتری از روی درپوش حذف میشود .

 

خانه باتری(Battery cell)

 

 

بدنه باتریها توسط جداره های عمودی معمولا به 6 قسمت تقسیم میشود این قسمت ها محل قرار گرفتن صفحات مثبت، منفی ، عایق، شانه باتری و الکترولیت میباشد . به هریک از این قسمت ها یک خانه باتری گفته میشود.

 

همانطور که ملاحظه میگردد علاوه بر این جدارها تعدادی شیار نیز در کف پوسته باتری وجود دارد که دو وظیفه بر عهده دارند یکی اینکه تکیه گاهی برای صفحات باتری هستند و دیگری اینکه چون پس از مدتی صفحات باتری دراثر فعل و انفعالات شیمیایی ریزش میکنند فاصله بین این شیارها فضای مناسب جهت ته نشین شدن این رسوبات را فراهم میکند.

 معمولا باتریهای از نوع ژلی (Gell – cell) که الکترولیت انها مایع نیست ، احتیاجی به در خانه باتری ندارند.

 

 

 

 

 

در خانه باتری (Vent Cap)

 

همانطور که قبلا ذکر شد معمولا برای هر خانه باتری یک سوراخ در نظر میگیرند که از طریق آن مقدار الکترولیت داخل هر خانه کنترل شود . هر یک از این سوراخ ها توسط یک درپوش بسته میشوند ، که به آن در خانه باتری میگویند .هر در خانه باتری باید دارای دو مشخصه مهم باشد که عبارتند از :

۱) اجازه خروج گازهای تولیدی در هر خانه : هنگامی که باتری در حال شارژ شدن توسط دینام یا الترناتور است ، بین صفحات مثبت و منفی و الکترولیت ، فعل و انفعالات شیمیایی رخ میدهد که این فعل و انفعالات باعث بالا رفتن دما در الکترولیت میگردد (گرما زا است ) . این افزایش دما باعث افزایش سرعت تبخیر آب موجود در الکترولیت میگردد .برای خروج بخارات آب تولید شده در هر خانه باتری لازم است که در خانه باتری دارای حداقل یک سوراخ یا مجرای خروجی به هوای آزاد راه داشته باشدکه بخار آب تولید شده بتواند از خانه باتری خارج شود. اگر این بخار از خانه خارج نشود فشار در خانه باتری بالا میرود و باعث ایجاد سوراخهای ریز نهایتا از ضعیفترین قسمت خانه میگردد که معمولا الکترولیت از انجا خارج میگردد ( وجود سفیدکهای کوچک در اطراف پوسته باتری)

۲) جلوگیری از خروج الکترولیت مایع از در : اگر سوراخ روی در یک سوراخ ساده باشد ممکن است در اثر شتابهای ناگهانی یا ترمزهای شدید مایع الکترولیت از طریق این سوراخ ها خارج شده و میزان سطح الکترولیت در باتری ها پایین بیاید. بنابراین در خانه را طوری طراحی میکنند که علاوه اینکه قابلیت خروج بخار های تولیدی راداشته باشد از خارج شدن الکترولیت مایع جلوگیری کند .دو نوع از طرح های بکار رفته برای در خانه باتری در شکلهای زیر آمده است.

 

 

 

همانطور که ملاحظه میگردد مجرایی مارپیچ برای سوراخ در خانه در نظر گرفته شده است که باتوجه به قابلیت بخار میتواند از این مجرا عبور کرده و از آن خارج شود اما مایع الکترولیت پس از برخورد با قسمت بالایی ماپیچ به سمت پایین برمیگردد. البته برخی باتری های موجود در ایران فقط با قرار دادن یک مانع ساده زیر سوراخ در خانه باتری این کار را انجام میدهند که مسلما کارایی آن به اندازه طرحهایی که در شکل ملاحظه میگردد نمیباشد.

 

 

 

قطب باتری (Terminal post of battery)

 

هر باتری دارای دو قطب اصلی میباشد ( توجه: هر خانه باتری خود دارای ۲ قطب میباشد اما در باتری های غیر قابل تعمیر این قطب ها زیر درپوش بالایی باتری قرار گرفته و دیده نمیشوند یعنی یک باتری ۱۲ ولتی دارای ۱۲ قطب میباشد – ۶ قطب مثبت و ۶ قطب منفی که دوتای آنها قطبهای اصلی و سایرین در زیر درپوش میباشند . در مورد نحوه اتصال خانه های باتری در آینده صحبت خواهد شد . از این به بعد منظور از قطب همان قطبهای اصلی باتری خواهد بود) . قطب های باتری محل خروج جریان برق از باتری در زمان مصرف شدن و محل ورود جریان برق به باتری در زمان شارژ شدن باتری ها میباشند . باتوجه به جهت جریان برق یک قطب را قطب مثبت و دیگری را قطب منفی مینامند.

نحوه قرار گرفتن قطبهای باتری روی پوسته متفاوت است چند روش متداول عبارتند از :

مدل SAE ، ترمینال جانبی ، ترمینال L شکل ، ترمینال مهره ای ، و ترمینال ترکیبیمیباشد.

  

 

شناسایی قطبهای مثبت و منفی

با توجه به اینکه در هنگام نصب باتری روی اتومبیل قطب منفی به بدنه و قطب مثبت به کابل استارت ( اتومات استارت) متصل میگردد تشخیص قطبین از یکدیگر حایز اهمیت میباشد.

قطب مثبت با علامت : + ، P ، POS 

رنگ : قرمز

ضخامت : بیشتر از منفی مشخص میگردد.

 

و قطب منفی با علایم : - ، N ، NEG 

رنگ : مشکی یا آبی

 ضخامت : کمتر از مثبت مشخص میگردد.

 

 

 

در صورتی که هیچ یک از علایم ذکر شده وجود نداشتند (پاک شده بودند یا قابل تشخیص نبودند) میتوان با یک آزمایش ساده قطب ها را از یکدیگر تشخیص داد :

یک سر سیمی را به یکی از دو قطب متصل کنید و سر دیگر آن را داخل الکترولیت یکی ار خانه ها ی باتری قرار دهید . ملاحظه خواهید کرد که اطراف سیم حباب هایی بوجود میاید . این آزمایش را با قطب دیگر نیز انجام دهید هر کدام ار قطب ها که حباب بیشتری در اطراف سیم داخل الکترولیت تولید کرد آن قطب ، قطب منفی میباشد.

توجه : هیچگاه دوسیم از قطبین را همزمان وارد یک خانه باتری نکنید چون ممکن است در اثر اتصال بین دو سیم در خانه بانری آب باتری به صورت شما بپاشد.

 

صفحه منفی Negative plates

 

صفحات منفی ( و مثبت ) از دو قسمت تشکیل میشوند یکی ماده فعال آن صفحه و دیگری اسکلت اصلی .همانطور که قبلا گفته شد جنس ماده فعال صفحات منفی در حالت شارژ کامل از سربPb میباشد برای تهیه این صفحا ت ( و صفحات مثبت ) ابتدا یک اسکلت فلزی مشبک تهیه میکنند . جنس این اسکلت معمولا از آلیاژ سرب میباشد که برای افزایش مقاومت و سهولت در هنگام ریخته گری آن درصدی کلسیم و آنتیموان به آن اضافه مینمایند . شکل زیر یک نوع اسکلت شبکه بندی شده را نشان میدهد.

 

برای نفوذ بهتر الکترولیت در صفحات منفی ( و مثبت ) بهتر است این صفحات حالت اسفنجی داشته باشند. برای قرار دادن ماده فعال بین شبکه های اسکلت آنرا به صورت خمیر تهیه کرده و از شبکه اسکلت عبور میدهند سپس انرا در کوره ها مخصوص خشک مینمایند. رنگ صفحات منفی خاکستری و تعداد آن در هر خانه باتری یکی بیشتر از صفحات مثبت آن خانه میباشد.

 

صفحات مثبت Positive plates  

 

جنس ماده فعال صفحات مثبت در زمان شارژ کامل ، دی اکسید سرب ( پر اکسید سرب ) Pbo2 میباشد که این صفحات به رنگ قهوه ای سوخته یا قهوه ای مایل به قرمز میباشند . هر صفحه مثبت بین دو صفحه منفی قرار میگیرد بنابرین تعداد آنها یکی کمتر ار تعداد صفحات منفی در آن خانه میباشند . به همین دلیل میزان مصرف شدن صفحات مثبت بیشتر از صفحات منفی میباشد و همچنین میزان ریزش این صفحات .به همین دلیل برای جلوگیری از خوردگی سریع صفحات مثبت ، امروزه این صفحات در لفافه از نوعی عایق قرار داده میشوند . مطابق شکل زیر:

 

توجه : در گذشته هنگامی که مصرف کننده باتری را خریداری میکرد لازم بود قبل از استفاده روی خودرو آنرا به دستگاه شارژ متصل کرده تا شارژ شود . امروزه با تغییر در نحوه ساخت صفحات مثبت و منفی دیگر به شارژ اولیه احتیاج نیست ( رجوع کنید به مشخصات روی پوسته باتری ) به این ترتیب که امروزه جنس صفحات مثبت و منفی هر دو از اکسید سرب Pbo میباشند . در کارخانه پس از تکمیل فرایند ساخت ، الکترولیت به باتری افزوده شده سیس آنرا زیر دستگاه شارژ قرار میدهند که پس از شارژ کامل جنس صفحات به همان سرب و دیاکسید سرب تبدیل میشود. مجددا الکترولیت را خالی کرده و بعد با اب خانه ها ر ا پر میکنند( شستشو میدند ) و در نهایت آب را نیز خالی کرده باتری را به صورت خشک در انبار نگه داری میکنند . به این ترتیب میتوان باتری ها را بین 12 تا 18 ماه نگهداری کرد بدون اینکه احتباج به شارژ دوباره داشته باشند.

 

صفحات عایقSeparator plates

 

با توجه به تعداد صفحات مثبت و منفی موجود در هر خانه باتری ، فاصله بین صفحات بسیار کم میباشد بنابراین احتمال برخورد صفحات به یکدیگر زیاد میشود . اگر یک صفحه مثبت و منفی به هم برخورد کنند آن دو صفحه از سیکل تولید جریان خارج میشوند و در نهایت باعث کاهش ولتاژ تولیدی باتری میگردند . برای جلوگیری از این اتفاق بین هر صفحه مثبت و منفی یک صفحه عایق قرار داده میشود. بنابراین تعداد این صفحات یکی کمتر از مجموع صفحات مثبت و منفی در آن خانه باتری میباشد . جنس ابن صفحات از چوب ، کائوچو ، فایبر گلاس ، سلولز ، پشم شیشه ، صمغ ..... میباشند اما رایجترین آنها P.V.C (پلی کلرید ونیل ) است. صفحات عایق باید دارای منافذی باشند تا الکترولیت بتواند از بین آن به راحتی عبور کند. علاوه براین یک طرف صفحه عایق دارای برجسته گیهای عمودی میباشد . این برجستگی ها باعث هدایت ماده فعال جدا شده ازصفحات مثبت به کف باتری میشود ( فعالیت اطراف صفحه مثبت بیشتر از صفخه منفی است) . شکل زیر یک صفحه عایق را نشان میدهد.

 

 

 

الکترولیت باتری Battery Electrolyte

 

 

 

الکترولیت باتری سربی اسیدی محلول رقیق شده اسید سولفوریک میباشد. لازم است مقدار آب و اسید سولفوریک به دقت و نسبت معین با یکدیگر مخلوط شود .

 

 

 

چگالی (جرم حجمی ) این محلول در دمای 15 درجه سانتیگراد 1.28 گرم بر سانتی متر مکعب ( یا همان 1280 کیلوگرم بر متر مکعب) میباشد . این عدد با تغییرات دما و فشار هوا تغییر میکند .

 

تاثیرات دمایی : به ازای افزایش هر 1.5 درجه دما مقدار 0.001 گرم بر سانتی متر مکعب ( 1 کیلوگرم بر متر مکعب) از عدد اصلی 1.28 گرم بر سانتی متر مکعب (یا 1280 کیلوگرم بر متر مکعب) کم میشود . مثلا جرم حجمی استاندارد در دمای 21 درجه عبارت است از :

4= 1.5÷ 6 6=15-21

1276= 4-1280 4=1× 4

یعنی در دمای 21 درجه سانتیگراد جرمی حجمی الکترولیت باید 1276 کیلوگرم بر متر مکعب (1.276 گرم بر سانتی متر مکعب ) باشد.

اگر جرم حجمی را در یک دمای معین داشتیم باید آن را به دمای 15 درجه برگردانیم سپس در مورد آن تصمیم بگیریم(برعکس روش بالا جمع میکنیم ). دانستن مقدار چگالی به ما کمک میکند که بفهمیم آن باتری به شارژ شدن نیازی دارد یا نه .

 

مثال: چگالی الکترولیت در دمای 27 درجه 1210 کیلوگرم بر متر مکعب میباشد . آیا این باتری به شارژ نیاز دارد یا خیر؟

8= 1.5÷ 12 12= 15-27

1218 = 8 + 1210 8= 1× 8

با مقایسه عدد 1280 و 1218 و اختلاف این دو عدد متوجه میشویم باتری به شارژ نیاز دارد.

 

نکته : برای تشخیص شارژ بودن معمولا محدوده ای وجود دارد که طبق آن باید به شارژ بودن باتری نظر داد ( که آنرا در بخش روشهای شناسایی شارژ باتری اورده خواهد شد )

 

توجه : هیچگاه از آب لوله کشی برای تهیه الترولیت استفاده نکنید. آب مورد استفاده باید آب خالص ( آب مقطر ) باشد میتوان این آب را ار لوازم یدکی ها در بطری های آماده تهیه کرد یا از آب جوشیده و سپس خنک شده استفاده نمود ؛ یا اینکه برفک یخچال را آب کرده از آن استفاده کنیم

 

نکته بسیار مهم :هنگام تهیه الکترولیت ابتدا آب را در یک ظرف پلاستیکی (لگن) ریخته سپس به آرامی اسید را به آن اضافه کنید . حتی بهتر است یک سطح شیبدار پلاستیکی تهیه کرده و اسید را از بالا روی آن بریزیم تا به آرامی وارد لگن آب شود. این کار به دلیل انجام واکنش شدید بین آب و اسید سولفوریک و گرما زا بودن این واکنش میباشد . در صورت اضافه شدن سریع اسید به آب دمای محلول به شدت بالا رفته به حد جوش میرسد و محلول به اطراف میباشد

 

سطح الکترولیت در هر خانه باتری باید حد معینی باشد که اگر بیشتر از آن شود احتمال ریختن آن در شتابهای ناگهانی یا ترمزهای شدید وجود دارد و اگر کمتر از حد معین باشد قسمتی از صفحه باتری در معرض هوا قرارگرفته به به مرور خراب میشوند.

توجه : در اکثر باتری سازی ها (خودمان) نسبت آب به اسید را 4 به 1 انتخاب میکنند که معادل 75% آب و 25% اسید میباشد که نزدیک به نسبت حجمی 73% به 27% است ( گرچه دقیق نیست) .

 

پلاک باتری

 

 

 

برای استفاده بهتر از هر وسیله ای لازم است اطلاعاتی در مورد آن وسیله به ما داده شود .محلی که این اطلاعات در انجا ثبت میشود را پلاک مشخصات میگوید . باتری ها نیز دارای پلاک مشخصات میباشند.شرکت های تولید کننده باتری روشهای مختلفی را برای این کار دارند . مثلا گروهی تمام اطلاعات مورد نیاز را روی پوسته باتری کنار ه درج میکنند . گروهی نیز در چند نقطه مختلف این اطلاعات را قرار میدهند. در اینجا سعی بر ان است که تمام اطلاعاتی کهمیتوان به عنوان یک مشخصه باتری ثبت کرد بیان شود.

۱) کد استاندارد : هر نوع باتری تولیدی دارای یک کد استاندارد میباشد . متداول ترین نوع استاندارد برای باتری ها ، استاندارد DIN است.

۲) ولتاژ : یکی از مهمترین مشخصه های یک باتری که حتما تمام تولید کنندگان باتری باید آنرا روی باتری درج کنند مقدار ولتاژ خروجی باتری میباشد. ولتاژ باتری خودرو ها بین 6 ولت تا 42 ولت ( خودروهای برقی ) میباشد.

۳) ظرفیت باتری : حداقل یکی از موارد ذکر شده که نشاندهنده ظرفیت باتری میباشند . (در ایران معمولا آمپر- ساعت و تست در شرایط سرد)

۴) سایز باتری : برای مشخص کردن ابعاد باتری .

5) شماره سریال سازنده :برخی باتری ها این شماره روی باتری حک میگردد و معرف مشخصات سازنده ( تاریخ ثبت کارخانه،نوع کارخانه و... میباشد)

6) تاریخ تولید : با توجه به محدود بودن عمر باتری لازم است مصرف کننده از تاریخ تولید و تاریخ مصرف باتری آگاه باشد. شرکتهای تولید کننده روشهای مختلفی برای درج تاریخ تولید دارند که در بخش "نحوه قرائت تاریخ باتری" نحوه درج آن در هر یک از کارخانه ها به تفصیل آمده است .

 

 

 

نشاندهنده میزان الکترولیت و چگالی (چرم حجمی) در باتری

 

همانطور که ذکر شد ارتفاع سطح الکترولیت باید در حد معینی باشد . برای تشخیص این مطلب روی بدنه باتری های سفید ( باتری هایی که سطح الکترولیت از بیرون مشخص است ) 2 خط قرار داده شده است که یکی بیشترین حد ( ) و دیگری کمترین حد ( ) را مشخص میکند . میزان الکترولیت حتما باید بین این دو عدد باشد . در باتری هایی که دارای بدنه سفید نیستند یا اینکه سطح الکترولیت از بیرون باتری مشخص نیست تشخیص این امر کمی مشکل میشود. بنابریاین در گروهی ا این نوع باتری ها نشاندهنده ای رای روی خانه باتری قرار داده اند که میتوان با مشاهده آن سطح آب باتری را تشخیص داد . شکل زیر یکی از این نوع نشاندهنده ها را نمایش میدهد .

 

گروه دیگری از باتری ها دارای نشاندهنده جرم حجمی الکترولیت نیز میباشند . در این نوع باتری ها راننده به راحتی بامشاهده این نشاندهنده به شارژ بودن و یا دشارژ بودن باتری پی برد.