MΠΑΤΑΡΙΕΣ-ΤΥΠΟΙ ΜΠΑΤΑΡΙΩΝ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ

MΠΑΤΑΡΙΕΣ-ΤΥΠΟΙ ΜΠΑΤΑΡΙΩΝ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ

Εκτός από την λειτουργία της εκκίνησης του κινητήρα η µπαταρία αναλαµβάνει ακόµα και το έργο ως αποταµιευτής και τροφοδότης ηλεκτρικής ενέργειας για ολόκληρο το ηλεκτρικό δίκτυο του αυτοκινήτου.
Η µπαταρία του αυτοκινήτου είναι ένας
συσσωρευτής. Αυτό σηµαίνει, ότι µπορεί να δεχθεί ηλεκτρική ενέργεια, να την αποθηκεύσει και να την διαθέσει αργότερα αναλόγως των αναγκών, που θα προκύψουν.

Η Δοµή της µπαταρίας
Μια 12 V µπαταρία περιλαµβάνει έξι στη σειρά τοποθετηµένα στοιχεία, τα οποία είναι τοποθετηµένα σε ένα κουτί από πολυπροπυλένιο µε ενσωµατωµένα διαχωριστικά τοιχώµατα. Ένα στοιχείο αποτελείται από ένα µπλοκ πλακών, το οποίο αποτελείται από ένα θετικό και ένα αρνητικό σετ.
Το σετ των πλακών αποτελείται από πλάκες µολύβδου (πλέγµα µολύβδου και ενεργό µάζα) και τους µονωτές από λεπτό πορώδες µονωτικό υλικό µεταξύ των πλακών διαφορετικής πολικότητας. Για την µόνωση, είτε το θετικό είτε το αρνητικό σετ πλακών έχει µικρούς µονωτές πολυαιθυλενίου. Οι τερµατικοί πόλοι και οι σύνδεσµοι στοιχείων και πλακών αποτελούνται από µόλυβδο. Οι τερµατικοί πόλοι διαφέρουν µεταξύ τους από τη διαφορετική διάµετρο.
Ο θετικός πόλος είναι πάντα πιο µεγάλος από τον αρνητικό. Η διαφορά αυτή βοηθά στην αποφυγή ανάποδης σύνδεσης. Οι σύνδεσµοι στοιχείων περνιόνται µέσα από το διαχωριστικό τοίχωµα των στοιχείων. Το κουτί των µπλοκ από µονωτικό υλικό ανθεκτικό στα οξέα (πολυπροπυλένιο) είναι το κέλυφος της µπαταρίας. Από την εξωτερική πλευρά διαθέτει στο κάτω µέρος τραβέρσες για την στήριξή του. Το κουτί των µπλοκ κλείνει από πάνω µε ένα καπάκι.

Η σύνδεση των στοιχείων σε σειρά επιτυγχάνεται µέσω συνδέσµων στοιχείων. Η επιθυµητή τάση µπαταρίας επιτυγχάνεται µέσω σύνδεσης των στοιχείων µε τους συνδέσµους στοιχείων. Συνδέεται πάντα ο αρνητικός πόλος ενός στοιχείου µε τον θετικό πόλο του επόµενου στοιχείου. Τα υγρά µπαταρίας (Ηλεκτρολύτης) είναι αραιωµένο Θειϊκό οξύ, το οποίο γεµίζει το χώρο του στοιχείου και τους πόρους της πλάκας και των µονωτών. Σε παλιότερες µπαταρίες, που χρειαζόντουσαν συντήρηση, κάθε στοιχείο είχε µια βιδωτή τάπα. Η τάπα χρησίµευε για την πρώτη πλήρωση, για την συντήρηση και για την απαγωγή των εκρηκτικών αερίων. Ελευθέρας συντήρησης µπαταρίες αποστέλλονται συχνά εµφανώς πλήρως κλειστές. Η απαγωγή των αερίων γίνεται µέσω της κεντρικής οπής εξαέρωσης.
Ηλεκτρολύτης

Υγρός Ηλεκτρολύτης
Τα υγρά µπαταρίας τα χαρακτηρίζουµε ως Ηλεκτρολύτης. Σε µια µπαταρία µολύβδου ως Ηλεκτρολύτης χρησιµοποιείται αραιωµένο µε νερό Θειϊκό οξύ. Σε κατάσταση πλήρους φόρτισης το µέρος του Θειϊκού οξέος αντιστοιχεί σε περ. 38 %, το υπόλοιπο είναι απεσταγµένο νερό. Ο Ηλεκτρολύτης εξαιτίας των ιόντων του είναι σε θέση, να µεταφέρει ένα ηλεκτρικό ρεύµα µεταξύ των ηλεκτροδίων. Η ονοµαστική πυκνότητα του ηλεκτρολύτη αλλάζει µε την κατάσταση φόρτισης της µπαταρίας.

Πυκνότητα   οξέων               Κατάσταση  φόρτισης        Τάση
1,28 g/cm3                           100 %                              12,7 V
1,21 g/cm3                            60 %                               12,3 V
1,18 g/cm3                           40 %                                12,1 V
1,10 g/cm3                             0 %                                11,7 V

Σταθερός Ηλεκτρολύτης
Για να αποφευχθούν φθορές λόγω ξεχείλισης του Ηλεκτρολύτη, µπορεί να χρησιµοποιηθεί ένας σταθερός Ηλεκτρολύτης . Ο Ηλεκτρολύτης µπορεί να συσφιχτεί µε ένα είδος ζελέ. Με την προσθήκη πυριτικού οξέος στο θειϊκό οξύ σταθεροποιείται ο ηλεκτρολύτης σε µια µάζα υπό µορφή ζελέ.
Ένας άλλος τρόπος σταθεροποίησης του Ηλεκτρολύτη είναι µέσω της χρήσης υαλοβάµβακα ως Μονωτή. Ο υαλοβάµβακας δένει τον ηλεκτρολύτη και εµποδίζει την υπερχείλιση σε περίπτωση φθοράς του κέλυφους µπαταρίας. Μπαταρία σε εκφορτισµένη κατάσταση Μπαταρία φορτίζεται
Διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης
•Φόρτιση:
Φόρτιση σηµαίνει αποθήκευση µέσω επαναφοράς χαµένης ηλεκτρικής ενέργειας σε µια µπαταρία.
Κατά τη διαδικασία φόρτισης µετατρέπεται ηλεκτρική ενέργεια σε χηµική.
Όσο ο κινητήρας δουλεύει, η γεννήτρια τροφοδοτεί την µπαταρία µε ηλεκτρικό φορτίο. Το αποτέλεσµα : από το δηµιουργηµένο κατά την εκφόρτιση θειϊκό µόλυβδο και νερό δηµιουργείται πάλι µόλυβδος, διοξείδιο µολύβδου και θειϊκό οξύ. Έτσι είναι πάλι διαθέσιµη η απαραίτητη για την απόδοση ηλεκτρικής ενέργειας χηµική ενέργεια . Η Πυκνότητα οξέων αυξάνεται.
•
Εκφόρτιση:
Εκφόρτιση σηµαίνει η αφαίρεση ηλεκτρικής ενέργειας µιας µπαταρίας. Κατά την διαδικασία εκφόρτισης µετατρέπεται χηµική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Όσο µια µπαταρία είναι συνδεδεµένη µε έναν ενεργοποιηµένο καταναλωτή εκφορτίζεται. Το Θειϊκό οξύ διασπάται. Το ποσοστό Ηλεκτρολύτη µειώνεται. Δηµιουργείται νερό. Το ποσοστό του στον Ηλεκτρολύτη αυξάνεται. Η Πυκνότητα οξέων µειώνεται. Στην θετική πλάκα αλλά και στην αρνητική πλάκα δηµιουργείται θειϊκός µόλυβδος.

Τα είδη των μπαταριών
 Μπαταρίες υγρού τύπου


Μπαταρίες µε υγρό ηλεκτρολύτη χαρακτηρίζονται ως µπαταρίες υγρού τύπου. Μπαταρίες υγρού τύπου υπάρχουν και ως συντηρούµενες µπαταρίες µε τάπες στοιχείων και ως ελευθέρας συντήρησης έκδοση χωρίς τάπες.

Πλεονεκτήµατα: • 
Καλή σχέση τιµής /απόδοσης. •
Υψηλή διαθεσιµότητα στο εµπόριο (Ποικιλία).
•Ιδανικές για κινητήρες.
Μειονεκτήµατα: •
Απαραίτητος ο έλεγχος της στάθµης ηλεκτρολύτη στα πλαίσια µιας συντήρησης βάσει του γυάλινου µατιού. •Δεν εξασφαλίζεται η στεγανοποίηση του Ηλεκτρολύτη.

Η εξαέρωση των στοιχείων στις µπαταρίες υγρού τύπου γίνεται µέσω ενός κεντρικού καναλιού εξαέρωσης. Το κανάλι εξαέρωσης οδηγεί τα αέρια σε µια από τις δύο πλευρικές οπές στο καπάκι µπαταρίας.  Εάν υπάρχουν δύο οπές, τότε η µία είναι πάντα κλειστή! Στις µπαταρίες µε τάπες στοιχείων ο στεγανοποιητικός δακτύλιος εµποδίζει την διαρροή των αερίων µέσω των ταπών.

VRLA-µπαταρίες

(Valve Regulated Lead Acid Battery)
Οι VRLA-µπαταρίες αφορούν µπαταρίες µε σταθερό Ηλεκτρολύτη. Οι τάπες στοιχείων δεν µπορούν να ξεβιδωθούν. Τα δηµιουργούµενα κατά την υπερφόρτιση αέρια υδρογόνο και οξυγόνο µετατρέπονται µέσα σε κάθε στοιχείο ξανά σε νερό.
Πλεονεκτήµατα: • Ελεύθερες συντήρησης, αφού καταργείται ο έλεγχος και η συµπλήρωση του Ηλεκτρολύτη.
Μειονεκτήµατα: •
Σε πολύ υψηλή φόρτιση τα αέρια που δηµιουργούνται, διαρρέουν µέσω µιας βαλβίδας εξαέρωσης ως βαλβίδα ασφαλείας. Επειδή αυτές οι ποσότητες υγρών δεν µπορούν να αναπληρωθούν, είναι πολύ πιθανή µια µακροπρόθεσµη καταστροφή της µπαταρίας! Για αυτό τον λόγο κατά την φόρτιση θα πρέπει να χρησιµοποιείται ένας φορτιστής µε έναν περιορισµό φόρτισης στα 14,4 V τάση φόρτισης!

Τάπες στοιχείων 
Στις µη προσβάσιµες τάπες στοιχείων υπάρχουν βαλβίδες εξαέρωσης, οι οποίες σε µια υπερπίεσηκαθιστούν εφικτή µια ελεγχόµενη απαγωγή αερίωνπρος το κεντρικό κανάλι εξαέρωσης.

Gel-µπαταρίες
Στις Gel-µπαταρίες ο Ηλεκτρολύτης έχει παχύρευστη µορφή σαν ζελέ µέσω της προσθήκης πυριτικού οξέος στο Θειϊκό οξύ. Ως προς την αρχή εξαέρωσής τους οι Gel- µπαταρίες ανήκουν στις VRLA-µπαταρίες. Μέσω του φωσφορικού οξέος, που υπάρχει στον Ηλεκτρολύτη αυξάνεται η αντοχή κύκλων της µπαταρίας(αριθµός των φορτίσεων και εκφορτίσεων) και συνεπώς η επαναφόρτιση µετά από µια βαθιά εκφόρτιση είναι πιο πλεονεκτική. Η µπαταρία είναι κλεισµένη µε ένα καπάκι. Οι µη αφαιρούµενες τάπες στοιχείων και το κανάλι εξαέρωσης είναι ενσωµατωµένα στο καπάκι . Οι Gel-µπαταρίες δεν έχουν γυάλινο µάτι.

Πλεονεκτήµατα: • 
Εξασφάλιση σταγανότητος Ηλεκτρολύτη •
Υψηλή αντοχή κύκλων (Αριθµός διαδικασιών φόρτισης και εκφόρτισης) • Ελεύθερες συντήρησης •
Ελάχιστη εξάτµιση ηλεκτρολυτών
Μειονεκτήµατα: •
Κακή ικανότητα κρύας εκκίνησης •
Υψηλή τιµή αγοράς •
 Μικρή διαθεσιµότητα •
 Καµµία ανθεκτικότητα στις υψηλές θερµοκρασίες, συνεπώς ακατάλληλες για τοποθέτηση στο χώρο κινητήρων.
AGM-µπαταρίες
Μπαταρίες, στις οποίες ο Ηλεκτρολύτης είναι σταθερός µέσα σε ένα µικροϋαλοβάµβακα, χαρακτηρίζονται ως AGM-µπαταρίες. Εδώ γίνεται
αναφορά για έναν βάµβακα, ο οποίος αποτελείται από µικροσκοπικά πλεγµένα υαλονήµατα. Ο υαλοβάµβακας αυτός δένει πολύ καλά µε το Θειϊκό οξύ και έχει πολύ καλές απορροφητικές ιδιότητες. Αναλαµβάνει την λειτουργία του Μονωτή.
Ολόκληρη η ποσότητα ηλεκτρολύτη απορροφάται από τον υαλοβάµβακα.
Οι AGM µπαταρίες θεωρούνται για αυτό το λόγο ως ασφαλείς έναντι διαρροών Ηλεκτρολύτη. Βέβαια σε περίπτωση φθαρµένου κέλυφους συνεχίζει να υπάρχει η πιθανότητα διαρροής µικρών ποσοτήτων Ηλεκτρολύτη, που κυµαίνονται µεταξύ µηδέν και µερικών µιλιλίτρων.

Η µπαταρία είναι κλειστή µε ένα καπάκι. Οι τάπες στοιχείων και το κανάλι εξαέρωσης είναι ενσωµατωµένα στο καπάκι. Οι AGM-µπαταρίες δεν διαθέτουν γυάλινο µάτι. Ως προς την αρχή εξαέρωσής τους οι AGM- µπαταρίες ανήκουν στις VRLA-µπαταρίες.•
Πλεονεκτήματα:
Εξασφάλιση σταγανότητος Ηλεκτρολύτη •
Υψηλή αντοχή κύκλων (Αριθµός διαδικασιώνφόρτισης και εκφόρτισης) • Ελεύθερες συντήρησης •
Ελάχιστη εξάτµιση ηλεκτρολυτών •
Καλή ικανότητα κρύας εκκίνησης
Μειονεκτήµατα: •
Υψηλή τιµή •
Μικρή ποικιλία στο εµπόριο •
Καµµία ανθεκτικότητα στις υψηλές
θερµοκρασίες, συνεπώς ακατάλληλες για τοποθέτηση στο χώρο κινητήρων.
(πηγή-autosynergeio24)