Scienza delle batterie per autoveicoli:come funzionano le batterie
La batteria dell'auto è uno dei componenti elettrici più importanti e più spesso trascurati del tuo veicolo. Se la batteria non è in buone condizioni, potresti rimanere bloccato e altri componenti del tuo veicolo potrebbero essere danneggiati. Questo articolo illustra come funzionano le batterie e come prendersene cura.
Cosa c'è all'interno di una batteria per auto?
All'interno di una tipica batteria per auto ci sono sei piccoli componenti che producono energia chiamati celle. Ogni cella contiene una serie di elettrodi o piastre. La piastra positiva della batteria è piombo [erossido (PbO2). Le piastre negative della batteria sono piombo puro in uno stato morbido, simile a una spugna. Le piastre all'interno di ciascuna cella sono disposte a strati alternati per un totale di 16 componenti. Tutte le piastre positive in una cella sono cablate in parallelo, così come tutte le piastre negative.
Ogni cella produce circa 2 volt di elettricità. Le sei singole celle sono cablate in serie l'una con l'altra in modo che la tensione generata da ciascuna cella si somma. Il risultato è 12 volt.
Sei pronto per la chimica?
Una soluzione diluita di acido solforico (H2SO4) circonda le piastre. Il rapporto tra acido e acqua (H2O) è tipicamente nella regione di tre parti di acqua per una parte di acido.
Quando colleghiamo un carico ai terminali esterni della batteria, inizia a verificarsi una reazione chimica. La nostra miscela di acido solforico diluito comprende H2SO4 e acqua (H20). All'inizio della reazione, l'acido solforico si divide in ioni idrogeno positivi (2H) e ioni solfato negativi (SO4).
Quando gli ioni idrogeno raggiungono la piastra di perossido di piombo, assorbono l'elettronica da essa e diventano un atomo di idrogeno. Questo processo attacca il perossido di piombo per produrre ossido di piombo (PbO) e acqua (H2O). L'ossido di piombo reagisce con l'acido solforico per formare solfato di piombo (Pb SO4) e acqua (H2O).
Gli ioni solfato negativi si muovono liberamente all'interno della soluzione. Quando raggiungono la piastra di piombo puro, rinunciano al loro elettrone extra e diventano quello che è noto come un solfato radicale. Poiché un solfato radicale non può esistere da solo, attaccherà la piastra di piombo puro per produrre solfato di piombo (PbSO4).
L'azione degli ioni idrogeno positivi che prelevano elettroni dalla piastra di perossido di piombo e degli ioni solfato negativi che danno elettroni alla piastra di piombo puro producono uno squilibrio elettronico. Questi elettroni fluiscono attraverso il carico esterno per cercare di bilanciarsi. Questo processo è il modo in cui la batteria fornisce energia al nostro carico (luce, amplificatore, riscaldatore o computer).
La chimica alla base della ricarica della batteria
Quando applichiamo una sorgente CC esterna alla batteria, invertiamo il processo. Una sorgente CC esterna come un alternatore o un caricabatteria alimenta gli elettroni alla nostra piastra di perossido di piombo ricoperta di solfato di piombo positivo e alla piastra di piombo ricoperta di perossido di piombo negativo. Durante il processo di carica, la densità della soluzione di acido solforico diminuisce, ma abbiamo ancora ioni idrogeno positivi e ioni solfato negativi.
Gli ioni idrogeno caricati positivamente più verso il terminale negativo della sorgente CC esterna. Ogni ione idrogeno prende un elettrone dalla piastra negativa per diventare un atomo di idrogeno. Questi atomi di idrogeno attaccano il solfato di piombo per produrre piombo e acido solforico.
Gli ioni solfato negativi si muovono verso la piastra caricata positivamente. Quando arrivano lì, rinunciano al loro elettrone extra per diventare solfati radicali. Questo solfato radicalico reagisce con il solfato di piombo e forma perossido di piombo e acido solforico.
Possiamo semplificarlo molto!
In poche parole, il terminale negativo di una batteria al piombo ha una sovrabbondanza di elettroni. Quando si collega un carico alla batteria, gli elettroni si arrampicano attraverso il carico per raggiungere il terminale positivo. Questo flusso di elettroni è ciò che consente alla batteria di fornire energia per svolgere il proprio lavoro.
Quando applichiamo una tensione alla batteria superiore alla sua tensione di riposo, il flusso di elettroni si inverte. Gli strati di solfato sulle piastre vengono riconvertiti in piombo e acido solforico.
Batteria in carica:calmati:qual è la fretta?
La cosa peggiore che puoi fare a una batteria per auto è affrettare il processo di ricarica. Se si accelera la reazione chimica di ricarica, il solfato di piombo si riscalda e aderisce in modo permanente alle piastre di piombo e perossido di piombo. Una volta bloccato lì, non possiamo più utilizzare quell'area della piastra per far fluire gli elettroni e abbiamo ridotto le dimensioni effettive della batteria.
Probabilmente hai sentito l'espressione "una batteria non è più la stessa dopo che è stata uccisa". Questa affermazione è molto vera se la batteria non viene caricata in modo delicato e completo.
Quando si desidera ricaricare correttamente la batteria, mantenere il processo lento consentirà alla reazione chimica di avvenire a una velocità controllata. Se stai utilizzando un caricabatterie di alta qualità controllato da computer (e dovresti esserlo!) Ci sono due fasi principali di ricarica. La prima fase è chiamata carica di massa. Il caricabatterie manterrà un flusso di corrente costante alla batteria regolando la tensione applicata.
Come fai a sapere se stai caricando una batteria di assistenza troppo velocemente? Le batterie standard allagate non devono superare circa 120 gradi Fahrenheit durante la ricarica. Suggeriamo che più lento e più freddo sia sempre meglio. Un tappetino di vetro assorbito (AGM) o una batteria al gel non deve superare i 100 gradi.
Una volta che circa l'80% dell'energia utilizzata è stata restituita alla batteria, il caricabatteria passerà alla fase di assorbimento. A quel punto, il caricabatterie fornisce una tensione costante alla batteria e il flusso di corrente diminuisce quando la batteria raggiunge la piena carica.
Come calcolare i tassi di carica massimi della batteria
Una batteria per auto relativamente grande può avere una capacità di 70 o 80 ampere. Questa specifica significa che, in condizioni ideali, è possibile assorbire 1 ampere di corrente dalla batteria per 70 o 80 ore. Trascorso tale tempo, la batteria sarà considerata scarica.
Per trovare la velocità di ricarica ideale per la nostra batteria da 70 ampere, dividiamo questa specifica per 10 per ottenere sette ampere. La batteria dovrebbe essere in grado di accettare 7 ampere di corrente di carica senza surriscaldarsi. Vale la pena notare che, se la batteria è completamente scarica, ci vorranno 10 ore per caricarla. Ricorda, più lento è meglio quando si tratta di caricare le batterie.
Prendersi cura della batteria dell'auto
Alcuni di noi che sono più fanatici della cura e della manutenzione delle batterie delle nostre auto le collegheranno a caricabatterie intelligenti più volte all'anno. Una regola pratica è quella di caricare completamente la batteria dopo ogni cambio dell'olio o quattro volte l'anno. È necessario aumentare questa frequenza se si effettuano viaggi brevi che non forniscono un tempo di ricarica adeguato. Allo stesso modo, il tempo trascorso a riprodurre il tuo sistema audio a motore spento può scaricare la batteria molto rapidamente. Se sei uscito con gli amici e la batteria della tua auto è scarica, mettila su un caricabatterie di alta qualità durante la notte.
Se riesci ad accedere alla soluzione acida nella batteria, assicurati che sia al livello corretto, o almeno che copra completamente le piastre di piombo. Un densimetro dovrebbe essere utilizzato per confermare il peso specifico della soluzione, ma se è basso aggiungere acqua distillata è meglio che non fare nulla. Quel piccolo "occhio" verde incluso in alcune batterie è un idrometro. Quando scompare, l'equilibrio chimico all'interno della batteria è disattivato e deve essere caricato.
Il tuo rivenditore di elettronica mobile locale potrebbe disporre di un tester di carica della batteria che utilizza prima di ogni dispositivo di avviamento per auto remoto che installa. Se sei preoccupato per le condizioni della tua batteria, chiedi loro di controllarla. Essere bloccati a causa di una batteria scarica quando le temperature si abbassano è frustrante se stai cercando di tornare a casa o al lavoro.
Assicurati che i terminali della batteria e le connessioni al tuo veicolo siano sempre puliti e sicuri. Un collegamento allentato può avere un effetto negativo drammatico sulla funzionalità del tuo sistema elettrico.
Se hai bisogno di una nuova batteria, verifica prima con il tuo rivenditore locale di potenziamento mobile. Spesso hanno una vasta esperienza nell'aggiornamento delle batterie e possono aiutarti a scegliere una soluzione che assicurerà che la tua auto sia pronta per l'uso ogni volta che giri la chiave.