تقریبا هر دستگاه قابل حمل و دستی دارای یک باتری است. باتری یک وسیله ذخیره سازی است که در آن انرژی ذخیره می شود تا در هنگام نیاز انرژی را تأمین کند. انواع مختلفی از باتری ها در دنیای مدرن الکترونیک موجود است، در بین آنها باتری سرب اسیدی معمولا برای منبع تغذیه بالا استفاده می شود.
معمولا باتری های سرب اسید از لحاظ اندازه بزرگ تر هستند و ساختاری سخت و سنگین دارند، آنها می توانند مقدار زیادی انرژی را ذخیره کنند و به صورت باتری خودرو و منابع تغذیه برق اضطراری کاربرد دارند.
باتری های سرب اسیدی را بیشتر بشناسیم
باتری سرب اسید در سال 1859 توسط فیزیکدان فرانسوی Gaston Planté اختراع شد و قدیمی ترین نوع باتری قابل شارژ است. با وجود داشتن یک نسبت بسیار کم انرژی به وزن و نسبت انرژی به حجم کم، توانایی آن در ارائه جریان های بالا به این معنی است که باتری های نسبتا بزرگ نسبت به وزنشان دارند. این ویژگی ها همراه با هزینه کم آنها را برای استفاده در وسایل نقلیه موتوری مناسب کرده است تا جریان بالا مورد نیاز موتورها را فراهم کنند.
با مقایسه با تکنولوژی های جدیدتر ارزان تر، باتری های سرب اسید به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند حتی زمانی که جریان جرقه مهم نیست و طرح های دیگر می تواند تراکم انرژی بیشتری را فراهم کند. در سال 1999 فروش باتری اسید سرب به 40 تا 45 درصد ارزش از باتری های به فروش رسیده در سراسر جهان به استثنای چین و روسیه و ارزش بازار آن حدود 15 میلیارد دلار بود.
طرح های اسیدی سرب اسید به طور گسترده ای برای ذخیره سازی در منابع قدرت پشتیبان در برج های سلولی، تنظیمات با قابلیت دسترسی به بالا مانند بیمارستان ها و سیستم های قدرت مستقل استفاده می شود. برای این نقش ها، نسخه های اصلاح شده سلول استاندارد ممکن است برای بهبود زمان ذخیره سازی و کاهش نیازهای تعمیر و نگهداری استفاده شود.
انواع باتری های سرب اسیدی
باتری های سرب اسید را می توان به دو دسته خشک و تر تقسیم کرد:
باتری سرب اسید تر (floaded lead acid battery)
باتری های قدیمی که در خودرو ها مورد استفاده قرار می گرفت از نوع سرب اسید تر می باشند. در این نوع باتری، از محلول آب اسید استفاده می شود و مزیت آن قیمت کم این نوع باتری است.
از معایب این نوع از باتری ها می توان به تعمیر و نگهداری مداوم و خطرات احتمالی استفاده از اسید را اشاره کرد همچنین این باتری ها هنگام شارژ شدن از خود گازهایی ساطع میکنند که برای سلامتی مضر است و به همین دلیل جهت استفاده در مکان های پوشیده مناسب نیستند مگر اینکه برای آن تهویه مناسب درنظر گرفته شود.
باتری سرب اسید خشک (Valve Regulated Lead Acid Battery(VRLA)) یا (Sealed Lead Acid Battery(SLA)):
باتری سیلد لید اسید که به آن باتری سیلد اسید یا باتری خشک نیز گفته می شود، نوعی باتری قابل شارژ بوده که اغلب در تجهیزات الکترونیکی مانند یو پی اس مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه استفاده از باتری های خشک نسبت به باتری های تر به علت کاهش هزینه تعمیر و نگهداری افزایش یافته است. در ادامه بیشتر در مورد باتری سیلد اسید یو پی اس صحبت خواهیم کرد.
مقاله پیشنهادی: باتری خودرو، اسیدی بخریم یا خشک؟
اجزای تشکیل دهنده باتری سرب اسیدی
باتری های lead acid battery) LAB) از قطعات زیر تشکیل شده اند:
- از درب و دیواره ی پلاستیکی که سطح خارجی آن را پوشانده است.
- جداکننده ی صفحات که مانند عایق عمل می‌کند.
- صفحات الکترو فعال منفی یا کاتد (NAM)
- صفحات الکترو فعال مثبت یا آند (PAM)
- اتصالات سربی
- الکترولیت
طرز کار باتری های سرب اسیدی
- باتری ها ترکیبی از مواد شیمیایی، نگهدارنده ها، نکات الکتریکی و… نمونه ای از این مواد می باشند. اما به طور کلی به 4 بخش تقسیم می شود.
- باتری ها دارای الکترود یا صفحات مثبت هستند به ان ها آند نیز گفته می شود. اکترون ها در هنگامی که دارند دشارژ می شوند به این صفحات جذب می شود.
- ماده شیمیایی که در باتری های سرب اسیدی استفاده می شود اکسید سرب می باشد.
- صفحات دیگر نیز وجود دارد که به ان ها صفحات منفی یا کاتد گفته می شود. اکترون ها در هنگام دشارژ از این صفحات خارج می شوند.
- بیشترین سربی که در باتری سرب اسیدی استفاده می شود، مربوط به صفحات منفی می باشد. باید بدانید که سرب نمی تواند فرم بگیرد.
- بیشتر تولید کنندگان باتری با افزودن الیاژ های مختلف و با استفاده از نگهدارنده به ان ها فرم و شکل می دهند.
- به این مواد مواد فعال نیز گفته می شود. الکترولیت بین دو صفحه مثبت و منفی قرار می گیرد تا مسیری برای عبور شارژ باشد.
- صفحات در باتری سرب اسید در محلولی به نام اسید سلفوریک و اب قرار دارند. ترکیب اب و اسید سلفوریک تر کیب جدیدی را به وجود می اورد که باعث کارکرد باتری سرب اسیدی می شود.
- جداکننده و فاصله دهنده از دیگر بخش های باتری می باشد. این بخش برای جدا کردن قطب های مثبت و منفی و ایزوله کردن ها مورد استفاده قرار می گیرد.
انواع جدا کننده در ساختار باتری سرب اسیدی
در این بخش لازم است با جدا کننده هایی که در ابتدا تا به امروز استفاده می کردند بدانید.
جداکننده های pvc
این جداکننده از آلیاژ های سرب و آنتی موان می باشد.
این جداکننده ها برای هدایت الکتریکی جز ضعیف ترین ها می باشد.
جداکننده های سلولزی
این جدا کننده قدرت نسبی برای هدایت الکتریکی دارند.
جدا کننده های پلی اتیلنی
این جداکننده ها استحکام مکانیکی خوبی دارند.
و هدایت را به خوبی انجام می دهند.
جداکننده های AGM تقریبا جز بهترین جدا کننده ها می باشند.
این جداکننده ها تاثیر بسیار بالای در برگشت اکسیژن آزاد شده در واکنش ها به محیط شیمیایی باتری دارند.
جدا کننده GEL
این جدا کننده نیز مانند AGM می باشد با این تفاوت که الکترولیت به صورت مایع جریان ندارد
و به صورت ژل و خمیری می باشد.
باتری سیلد اسید چیست؟
باتری های سرب اسیدی در انواع سیلد شده سوپاپ دار valve regulated lead acid) VRLA این باتری ها به دلیل باز ترکیب درونی گازها هیچ نیازی به افزودن آب و یا اسید و کنترل آنها نمی باشد و سوپاپ های این باتری ها به هیچ وجه نمی بایست باز شوند چرا که به شدت موجب از دست رفتن گازهای درونی باتری می شوند و در نتیجه از طول عمر باتری کاسته خواهد شد.
باتری مناسب برای UPS باتری سیلد لید اسید بوده که کلمه سیلد« SEALED» به معانی مهر و موم شده( وکیوم) وکلمه لید «LEAD»به معنای سرب بوده که واژه sealed lead acid به معنای باتری سربی اسیدی کاملاً وکیوم شده وبسته می باشد. همانطور که میدانید نام باتریها را از روی پلیت و الکترولیت آن نامگذاری می گردد.
مقاله پیشنهادی: تفاوت باتری یو پی اس و باتری ماشین
طرز کار باتری های سیلد اسید
چگونگی کارکرد باتری سیلد اسید به زبان ساده بدین شرح است که با قرار دادن دو فلز غیر هم نام (که الکترود نامیده می شوند) در مایع اسید (الکترولیت) جریان الکتریکی برقرار خواهد شد. به بیان تخصصی تر، الکترود مثبت، یون های با بار منفی را به خود جذب می کند و این یون ها با الکترون مثبت (اکسید سرب) واکنش می دهند که در نتیجه پتانسیل الکتریکی در دو قطب مثبت و منفی باتری ایجاد می شود.
در طراحی باتری سیلد اسیدی باید توجه داشت که جریان شارژ طوری تنظیم شود که باتری بتواند جذب انرژی را به خوبی انجام دهد. واکنش های شیمیایی در هنگام شارژ و دشارژ در شکل زیر نشان داده شده است:
ساختار سلول یا خانه باتری سیلد اسید
مجموعه یک الکترود مثبت و یک الکترود منفی به همراه مایع اسید (الکترولیت) را یک سلول (cell) می نامند. که هر کدام از این سلول ها توان تولید تقریباً 2 ولت برق را دارند. برای تولید ولتاژ بالاتر تعدادی از این سلول ها را به طور سری به هم متصل نمود.
به عنوان مثال چنانچه 6 عدد از این سلول ها به یکدیگر سری شوند، نتیجه یک باتری با توان تولید 12 ولت می باشد. برای سری کردن سلول ها باید الکترون منفی یک سلول به الکترون مثبت سلول بعدی متصل شود که در نهایت یک باتری با قطب مثبت و منفی ایجاد می شود.
باتری های لید اسید از دو پلیت سربی تشکلیل می شوند که نقش الکترودها و سولفوریک اسید را بازی می کنند و الکترولیت را تشکیل می دهند. سلول های VRLA فرمول شیمیایی یکسانی از اسید-سرب دارند.
صفحات باتری عمدتاً به صورت مشبک بوده و الکترود قطب مثبت (POS) از الیاژ کلسیم سرب اندود دارای اکسید سرب متخلخل به عنوان ماده فعال بوده و الکترود قطب منفی (NEG) از جنس سرب اسفنجی از آلیاژ کلسیم سرب می باشد. بطور معمول صفحات منفی نازک تر از الکترود قطب مثبت می باشد.
مقاله پیشنهادی: روش سری و موازی بستن باتری یو پی اس و خودرو
ویژگی های باطری سیلد اسید
باتری سیلد اسید VRLA یا باطری سیلد اسید Valve-regulated که برخی با همان باتری سیلد اسید شناخته شده، که نوعی باتری های سیلد اسیدی می باشد. با توجه به ساختار مهندسی آنها، توانایی استفاده در حوزه های گوناگون، بدون احتیاج به تعمیرات را دارند.
البته تنها نیازی که به تعمیرات دارند، تمیز کردن آنها می باشد و موارد دیگری را شامل نمی شود. در باتری ها یکی از فاکتورهایی که باعث خرابی آنها می شود، دمای بالای بیش از اندازه در محیط و وجود گرد و غبارهای زیاد می باشد. باطری های سیلد اسید در انواع کاربردهای برقی مورد استفاده قرار می گیرد.
مخصوصا در محل هایی که با قطعی برق بالا مواجه هستند و احتیاج به برق DC می باشد.
انواع باتری های سیلد اسید
باتری های لید اسید یا همان باتری های خشک خود دارای دو نوع AGM (absorbed glass mat) و Gel cell می باشند که هرکدام نسبت به دیگری برتری خاص خود را دارد.
در باتری ژله ای به الکترولیت آنها پودر سیلیکا اضافه می شود که فرم ژل را به آن می دهد. باتری AGM نیز مخفف Absorbed glass mat می باشند که در میان پلیت های باتری، از فایبرگلاس استفاده می شود. +ترودها و سولفوریک اسید را بازی می کنند و الکترولیت را تشکیل می دهند. سلول های VRLA فرمول شیمیایی یکسانی از اسید-سرب دارند.
از باتری های AGM در موتورهای برقی به خاطر کاهش احتمال نشت اسید به دلیل تصادفات و لرزش ها استفاده می شود. از باتری های سیلد اسید نوع AGM در وسایل حمل و نقل نیز استفاده می شود زیرا با توجه به مجهز بودن چنین ماشین آلاتی به قطعات سنگین، باتری های AGM وزن بسیار کمی را وارد می کنند و قابلیت اطمینان دسترسی به برق مورد نیاز را برای آن ها فراهم می کنند.
تشخیص خرابی باتری سیلد اسیدی
یک روش ساده این است که سعی کنید آن را شارژ کنید، سپس آن را از اتهام خارج کنید و ببینید که آیا این اتهام را نگه داشته است یا خیر. شما این کار را با اندازه گیری ولتاژ باتری انجام می دهید. اگر ولتاژ در مدت زمانی کوتاه مانند ساعت یا روز بطور چشمگیری کاهش یابد، احتمالاً باتری خراب است. هم چنین باتری های سیلد اسید مهر و موم شده بسته به فرایند تولید باتری می توانند بین 3 تا 5 سال طول عمر در هر مکانی داشته باشند.
مقاله پیشنهادی: علائم خرابی باتری یو پی اس
کاربرد های باتری سیلد اسید چیست؟
باطری هاي سیلد اسید (sealed lead acid) مورد استفاده و با کیفیت در منابع تغذیه UPS، مراکز سوییچ و تجهیزات مخابرات سرورها و شبکه های رایانهای، تجهیزات برقی نیروگاهی، لیفتراک، سیستمهای حفاظتی و اعلام حریق روشنایی اضطراری و ایمنی، تجهیزات مهندسی پزشکی، تجهیزات اندازه گیری و آزمایشگاهی، پنل های خورشیدی (فتو ولتائیک)، نجات اضطراری آسانسور دربهای اتوماتیک، دزدگیرهای اماکن، اتومبیلهای اسباب بازی جاروشارژی، چراغ اضطراری و غیره استفاده می شود.
موارد کاربرد باطری سیلد اسید عبارتند از:
- باتری منابع تغذیه یو پی اس
- باتری تجهیزات مخابراتی
- باتری تجهیزات پزشکی
- باتری ویلچر برقی
- باتری لیفتراک برقی
- باتری سیستمهای خورشیدی
- باتری مدار فرمان درب های اتوماتیک
- باتری برد فرمان آسانسور
- روشنایی اضطراری
- باتری سیستم های حفاظتی و دوربین مداربسته
- سیستم های کنترل
- تجهیزات پرتابل
افزایش طول عمر باتری سیلد اسیدی
باتری های یو پی اس سیلد اسید به دلیل ساختار و مواد شیمیایی که در آن ها به کار برده شده است مشکلی برای خروج گاز و نشت اسید داخل باتری در آن ها وجود ندارد. به همین خاطر است که این باتری ها نیاز به نگهداری و بازدید جهت سرویس ندارند و این مسئله از مزیت های این باتری به حساب می آید.
اما مواردی که می توانند به افزایش طول عمر باتری های یو پی اس به شما کمک بسیاری کنند عبارتند از:
- نمودار طول عمر باتری با توجه به دمای محیطی که باتری در آن نگهداری می شود.
- عمق دشارژ باتری و تعداد دفعاتی که که باتری یو پی اس شارژ می شود.
- شرایط نگهداری و انبارداری باتری
نمودار عمر باتری نشان می دهد که اگر باتری شما در دمای مناسب و مطلوب که همان دمای ۲۰ درجه سانتیگراد می باشد نگهداری شود بدون شک طول عمر بیشتری خواهد داشت و به شما نشان خواهد داد که هر چه دمای محیط نگهداری باتری از درجه مشخص شده بالاتر رود باعث می شود که عمر مفید باتری شما کاهش پیدا کند. به خاطر داشته باشید اگر دمای محیط باتری به ۴۰ درجه سانتیگراد برسد عمر مفید باتری شما تقریبا نصف خواهد شد.
شارژ باتری سرب سیلد اسید
از دیگر مواردی که به عمر باتری شما کمک بسیاری می کند و بر روی این موضوع تاثیر بسیاری دارد پارامتر عمق دشارژ باتری می باشد که نشان دهنده همان تعداد دفعاتی است که باتری را شارژ کرده اید. هرچه عمق دشارژ باتری بیشتر باشد تعداد دفعات شارژ و عمر باتری کاهش پیدا خواهد کرد.
برای شارژ باتری های سرب اسیدی به حدود 8 الی 10 ساعت زمان نیاز دارید تا شارژ شوند. به یاد داشته باشید باتری سیلد لید اسید را شارژ کامل نکنید زیرا شارژ 100% باعث کاهش طول عمر باتری خواهد شد.
همانطور که می دانیم برای شارژ باتری، باید ولتاژ بیشتری از ولتاژ پایانه استفاده کنیم. بنابراین برای شارژ باتری 12. 6ولت می توان از 13 ولت استفاده کرد.
باتری یو پی اس سیلد اسید خاصیت خود دشارژی دارند به گونه ای که اگر آن ها در مدار هم قرار نداشته باشند بعد از گذشت زمان تمام انرژی را که در خود ذخیره کرده اند از دست می دهند که این موضوع باعث می شود باتری در شرایط انبار داری برای مدت زمان زیادی در حالت دشارژ باقی مانده و موجب کاهش عمر باتری شود.
مشخصات روی باتری های سرب اسیدی
بر روی باتری های اسید سرب مشخصات فنی و توضیحاتی نوشته شده است. به هنگام خرید این نوع باتری ها باید به مهم ترین و اصلی ترین نکته یعنی میزان ولتاژ و آمپر دقت داشته باشید. برای مثال باتری 6 ولت 4 آمپر حدود 4 ساعت و یا برعکس باتری 4 ولت 4. 5 آمپرساعت حدود 4. 5 ساعت به وسیله شما انرژی و برق می رساند.
بر روی بعضی از باتری های اسید سرب مشخصاتی را مشاهده می کنید که در هیچ جای بازار نمی توان آن را پیدا کرد. متاسفانه یکی سری از تولید کننده های باتری مشخصاتی دروغین بر روی باتری ها درج می کنند. برای مثال زمانی که قصد تعویض باتری یک چراغ قوه را دارید بر روی باتری آن 4 ولت 9 یا 8 آمپر نوشته شده است که همان باتری 4 ولت 6 آمپر می شوند.
