طريقة العمل الداخلي لبطاريات السيارات

طريقة العمل الداخلي لبطاريات السيارات

  • بطارية السيارة هي نوع من البطاريات التي يمكن إعادة شحنها وتعمل على تشغيل المحرك الكهربائي أو الاحتراق الداخلي وإنارة السيارة.
  • بطارية السيارة تتألف من ألواح من الرصاص وأكسيد الرصاص مغمورة في محلول حامض الكبريتيك والماء.
  • بطارية السيارة تحول الطاقة الكيمائية إلى كهربائية أثناء التفريغ والعكس أثناء الشحن بواسطة التفاعلات الكيميائية بين المواد.
  • بطارية السيارة عادة تكون بجهد 12 فولت وتتكون من 6 خلايا جهد كل خلية 2 فولت.
  • هناك أنواع مختلفة من بطاريات السيارات مثل البطاريات القلوية والبطاريات الجافة والبطاريات التي تستخدم لتشغيل السيارات الكهربائية.

بطارية السيارة

تتنوع السّيارت في أشكالها وأحجامها بشكل كبير جداً، ولكن يبقى مبدأ عمل السّيارة وتشغيلها في كافة الأنواع على أساس واحد وهو أنّ السّيارات تعمل جميعها على البطارية، فالبطارية هي أهمّ جزء في السّيارة فبوجودها تتحرك السّيارة، حيث إنها تعمل على مدّ محرك السّيارة بالتّيار الكهربائي، وبدوران المحرك يتحرك المولد الكهربائي أي الدينامو فيقوم هذا المولد بالدّوران ويحل محل البطارية، فتبدأ السّيارة فعلياً بالحركة نتيجة التّيار الكهربائي الذي يسير من المولد إلى وحدة الإشعال والأحمال الكهربائية والمصابيح وغيرها.

وسنتعرف معاً على بطارية السّيارة ومن ماذا تتكون وكيف تعمل وتدير السّيارة

مكونات البطارية

بطارية السّيارة هي بطارية كيمائية وكهربائية في الوقت نفسه، فهي تتركب من مجموعة من الألواح الموجبة والسّالبة، موصولة على التّوالي وعددها حسب جهد البطارية، فمثلاً بطارية السّيارة ذات السّتة فولت تتكون من ثلاث أعمدة جهد، كل عامود 2 فولت، وإذا كان الجهد الكلي للسيارة 12 فولت بالبطارية فتتكون من ست أعمدة جهد، وتكون الألولح الموجبة والسّالبة مغمورة في محلول الكتروني في وعاء لا يتأثر بأحماض الكبرتيك المركز والماء المقطر، ويكون مغطى بغطاء من نفس نوع المادة المصنوع منه الوعاء.

كيفية عملها

تتلخص فكرة عمل البطارية بتحويل الطاقة الكيمائية إلى كهربائية خلال التفريغ، وتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيمائية أثناء الشحن، وتعمل البطارية من خلال التفاعل الكيميائي الذي تتحرر من الالكترونات نتيجة وجود ألواح الرصاص وتفاعلها مع ألواح أكسيد الرصاص المغطسة فعلياً بحامض الكبرتيك بنسبة 35% وبماء مقطر بنسبة 65%، وبعد تحرر الالكترونات ينشأ فرق جهد بين الأقطاب السالبة والموجبة ويتولد التيار الكهربائي عند توصيل قطبي البطارية، ولهذا عند تشغيل السيارة تحدث عملية الكهرلة وهي تفاعل الحامض مع الألواح وينتج كبريتات الرصاص، وعند شحن البطارية يحدث العكس فتتحول كبريتات الرصاص إلى أكسيد الرصاص ورصاص وهي التركيبة الأصلية للبطارية ومن ثم تعمل من جديد، ويجب التنويه أنه لا يوجد رصاص نقي داخل البطارية بل يضاف الكالسيوم أوالقصدير أوالسيلينيوم.

مراحل عمل بطارية السيارة هي كالتالي:

  • مرحلة التفريغ: وهي عبارة عن تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، من خلال توصيل حمل كهربائي مع البطارية، مثل محرك السيارة أو المصابيح. في هذه المرحلة، يتفاعل حمض الكبريتيك الموجود في المحلول الإلكتروليتي مع ألواح الرصاص وأكسيد الرصاص الموجودة في الأقطاب، مكوناً كبريتات الرصاص وماء. هذا التفاعل ينتج عنه تحرير إلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب، مولداً تيار كهربائي.

  • مرحلة الشحن: وهي عبارة عن تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، من خلال توصيل مصدر كهربائي خارجي مع البطارية، مثل مولد السيارة أو شاحن خاص. في هذه المرحلة، ينعكس التفاعل الكيميائي الذي حدث أثناء التفريغ، بحيث يتحول كبريتات الرصاص إلى رصاص وأكسيد رصاص، ويستعاد حمض الكبريتيك في المحلول. هذا التفاعل يستهلك إلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب، مستعيداً سعة البطارية.

مشاكل بطارية السيارة

تملح ألواح الخلايا

 وهو تكون طبق صلبة من مادة الكبريتات مما تؤثر فعلياً على التفاعل الكيميائي، وتتمّ معالجته إذا كان التملح بسيطاً جداً من خلال شحن البطارية بتيار ضعيف، وإذا كان التملح شديداً فلا يمكن علاجه، وينتج عادةً التملح من خلال التفريغ السريع وتركها لمدة طويلة بدون شحن.

قصر أقطاب الألواح

وهو انعدام جهد عامود من أعمدة خلايا البطارية فلا يحدث اتصال داخلي كامل ما بين الأقطاب السالبة والموجبة، ويتمّ علاج هذه المشكلة من خلال غسل البطارية وشحنها من جديد أو تغيير الألواح.

الشحن الزائد

 يؤدي الشحن الزائد إلى رفع حرارة محلول البطارية مما يؤدي إلى تبخره بسرعة بسبب زيادة كمية الماء المقطر المستهلك في البطارية، ويؤدي أيضاً لتأكسد الألواح الموجبة وهذا يعني تملح الأطراف العلوية للبطارية. من أشهر أنواع البطاريات البطارية السّائلة الرّصاصية، وتعرف بالمراكم الرصاصية، وتتكون هذه البطارية من الجسم الخارجي المصنوع من مادة البكالايت وهو المطاط المضغوط، ويقسم هذا الوعاء إلى عدد من الحجرات وتسمى بالخلايا، وتكون محمية بغطاء علوي مصنوع من مادة جسم البطارية، حيث يحتوي على عدد من الفتحات بعدد الخلايا التي تحتويها البطارية، ووظيفة هذه الفتحات هي إعادة تزويد البطارية بالمحلول من خلالها، وأمّا في داخل هذا الجسم يوجد به عدد من الصفائح، والصفائح عبارة عن ألواح مفرغة تحتوي على فراغات حتى تحتوي على المادة الفعالة حسب نوع الصفائح، فالصفائح الموجبة تحتوي على مادة أول أكسيد الرصاص ولونها بني غامق وأمّا الصفائح السالبة تحتوي على مادة الرصاص ولونها رمادي ويزيد عددها بلوح واحد عن الصفائح الموجبة. يفصل بين الصفائح الموجبة والسالبة ألواح عازلة تكون مسامية تسمح بمرور المحلول بين الأقطاب السالبة والموجبة، حيث إن هذه الألواح مصنوعة من مادة عازلة مثل الزجاج أو المطاط أو البلاستيك، وعادةً تكون ناعمة الملمس من الجهة السالبة وتكون خشنة ذات أخاديد من الجهة الموجبة، والمحلول في البطارية عبارة عن حمض الكبريتيك المخفف ويغمر جميع خلايا البطارية وتكون كثافته تقريباً 1.25 جم/سم3.

ما هي الأسباب التي تؤدي إلى فشل بطارية السيارة؟

هناك عدة أسباب قد تؤدي إلى فشل بطارية السيارة، مثل:

  • بطارية دون المستوى: إذا كانت البطارية ذات جودة منخفضة أو لا تتناسب مع نوع السيارة، فقد تتلف بسرعة أو تفقد سعتها.

  • قلة الصيانة: إذا لم تقم بتنظيف البطارية من الأوساخ أو التأكد من سلامة الأطراف والبراغي والمشابك، فقد تحدث دوائر قصر أو تآكل أو تسرب..

  • الحطام: إذا اصطدمت البطارية بأي حطام أثناء القيادة، فقد يسبب ذلك تصدع أو تسرب أو حريق.

  • القيادة الوعرة: إذا قمت بالقيادة فوق الحفر أو بحركات مفاجئة، فقد يؤدي ذلك إلى تسرب المواد الكيميائية الموجودة داخل البطارية والتي تكون ضارة للغاية.

  • الطقس القاسي: إذا كانت درجة الحرارة شديدة البرودة أو الحرارة، فقد يؤثر ذلك سلبًا على عمل البطارية ويقلل من قوة التدوير.

  • عدد كبير جدًا من الأدوات الكهربائية: إذا استخدمت هاتفك المحمول أو نظام المعلومات والترفيه أثناء إيقاف تشغيل السيارة، فقد يؤدي ذلك إلى استنزاف شحنة البطارية وتقليل سعتها.

  • تكرار التدوير: إذا قمت بشحن بطارية السيارة بالكامل ثم استنزافها تمامًا، فإن هذه الممارسة تسمى “تدوير” وتؤدي إلى تقليل سعة البطارية وإحداث مشاكل أخرى.

هل يمكن استخدام أسلاك كهربائية عادية لشحن بطارية السيارة؟

لا ينصح باستخدام أسلاك كهربائية عادية لشحن بطارية السيارة، لأنها قد تسبب ماسًا كهربائيًا أو انفجارًا أو تلفًا للبطارية أو السيارة. يجب استخدام كابلات شحن خاصة بالبطاريات، والتي تتكون من ملاقط حمراء وسوداء توصل بين الأقطاب الموجبة والسالبة للبطاريتين. كما يجب اتباع الخطوات التالية لشحن البطارية بأمان:

  • اركن السيارة ذات البطارية السليمة بجانب السيارة ذات البطارية الفارغة، وأوقف تشغيل كلا السيارتين وأطفئ جميع الأجهزة الكهربائية فيهما.

  • افصل ملاقط كابل شحن البطارية وتأكد من عدم تلامسها بالصدفة.

  • وصِّل الملقط الأحمر بالطرف الموجب للبطارية الفارغة، ثم وصِّل الملقط الأحمر الآخر بالطرف الموجب للبطارية السليمة.

  • وصِّل الملقط الأسود بالطرف السالب للبطارية السليمة، ثم وصِّل الملقط الأسود الآخر بسطح معدني غير مطلي داخل مقصورة المحرك ذي البطارية الفارغة.

  • شغل السيارة ذات البطارية السليمة واتركها لعدة دقائق، ثم حاول تشغيل السيارة ذات البطارية الفارغة.

  • فُك كابل شحن البطارية بالترتيب التالي: الملقط الأسود المتصل بالأرض، الملقط الأسود المتصل بالطرف السالب للبطارية السليمة، الملقط الأحمر المتصل بالطرف الموجب للبطارية السليمة، الملقط الأحمر المتصل بالطرف الموجب للبطارية الفارغة.