یکی از بخش های خودرو که در دو دهه اخیر تغییرات چشمگیری را مشاهده کرده ، باتری خودرو است. به عبارتی گفته میشود که باتری خودرو در 12 سال گذشته بیش از 60 سال پیش از ان تغییر کرده است. با در نظر داشتن این موضوع ، فکر کردیم زمان خوبی است که باید به تاریخچه باتری خودرو نگاه کنیم و همچنین نظرات متخصص را در مورد محل کار باتری در 20 سال آینده بررسی کنیم.
ریشه های باستانی :
برخی دانشمندان بر این باورند که شواهدی مبنی بر استفاده از دستگاه باتری مانند , توسط اشکانیان باستان ، که در 200 سال قبل از میلاد بر منطقه بغداد کنونی حکومت می کردند ، استفاده شده است. هنگام حفر خطوط راه آهن در دهه 1930 در بغداد ، کارگران شیشه های سفالی به طول 13 سانتی متر را پیدا کردند که با بررسی دقیق ، به نظر می رسید که شبیه باتری هستند. آنها با یک ترمینال مثبت (یک میله آهن) و یک ترمینال منفی (یک استوانه مس) تشکیل شده بودند و اعتقاد بر این است که یک محلول مانند سرکه به عنوان الکترولیت استفاده می شود که اجازه واکنش شیمیایی لازم برای کار باتری را می دهد. همه کارشناسان موافق نیستند که این دستگاههای گلدان سفالی در واقع باتری بوده اند و همچنین در مورد استفاده از آنها اتفاق نظر وجود ندارد. همانطور که گفته شد ، ماکت های مدرن توانایی تولید بین 0.8V-2.0V با هر گلدان را نشان داده اند. بنابراین ، ممکن است باتری ها از 2000+ سال پیش شروع به کار کرده باشند. اولین باتری اسید سرب :
در حالی که در اوایل دهه 1700 گام های کوچکی در پیشرفت باتری برداشته شده بود ، لحظه مهم بعدی تکامل باتری با الساندرو ولتا بود ، که در سال 1800 چندین کشف اساسی را انجام داد که باعث پیشرفت در توسعه باتری شد. در ابتدا ، وی تشخیص داد که برخی مایعات هنگام استفاده به عنوان هادی ، جریان مداوم برق ایجاد می کنند. وی همچنین دریافت که فلزات مختلف الکترون ها را با سرعت های مختلف (پتانسیل ولتاژ) بدست می آورند و آزاد می کنند. سرانجام ، او دریافت که می تواند ولتاژ کل را با قرار دادن سلولهای خود بر روی یکدیگر افزایش دهد. این کشف ها و سایر اکتشافات باعث تحریک بیشتر شد ، و در نهایت طراحی اولین باتری تولید انبوه توسط ویلیام کروئیکس شانک در سال 1802 انجام شد. باتری های او و سایرین در طی سال های بعدی تکامل یافت ، اما همه آنها در یک موضوع مشترک مشکل داشتند: همه آنها باتری های یکبار مصرف بودند و نمی توانند دوباره شارژ شوند. در سال 1859 ، یک فیزیکدان فرانسوی به نام Gaston Planté با تولید اولین باتری اسید سرب ، عموماً همان مفهومی که در بیشتر باتری های راه اندازی وسایل نقلیه امروزی استفاده می شود ، معضل یکبار مصرف را حل کرد. در طرح Planté از آند (الکترود منفی) ساخته شده از سرب و کاتد (الکترود مثبت) ساخته شده از دی اکسید سرب استفاده شده است. آن اولین باتری بود که از تک الکترولیت برای هر دو الکترود استفاده کرد. اما موفقیت بزرگ او این واقعیت بود که طراحی او اجازه می داد باتری را با برگشت عکس العمل شیمیایی طبیعی دوباره شارژ کند. در حالی که طراحی وی دارای نقایصی بود ، از جمله مدت زمان کوتاه تحویل برق ، این یک گام اساسی در تکامل باتری بود و پیشرو واضح باتری های خودرویی امروز است. در سال 1881 ، کمیل آلفونس فاور ، مهندس شیمی فرانسوی ، با ایجاد ساختار بهتر برای باتری ، مفهوم Planté را بهبود بخشید. برخلاف طرح مارپیچ Planté ، فاور یک شبکه مشبک سربی ایجاد کرد که در آن یک خمیر اکسید سرب تحت فشار قرار می گرفت و یک صفحه را تشکیل می داد. این طرح صفحات متعدد را قادر می سازد تا برای پتانسیل قدرت زیادی با یکدیگر ترکیب شوند و تولید انبوه آن بسیار آسان تر بود.
یک جز اساسی در طراحی خودرو :
اگرچه از طراحی های اصلی Planté در سال 1859 تا اواخر قرن پیشرفت چشمگیری در طراحی باتری حاصل شد ، باتری های اسید سرب در سیستم های اولیه خودرو مورد استفاده قرار نگرفتند. دلیل این امر این بود که بیشتر این وسایل نقلیه در حین کار فاقد تقاضای الکتریکی بودند و با استفاده از نوعی فرایند مکانیکی مانند سیستم میل لنگ شروع به کار کردند. در نتیجه ، دیگر نیازی به توانایی ذخیره ظرفیت الکتریکی در آن وسایل نقلیه نبود. استارتر الکتریکی توسعه ای بود که باعث تغییر چشم انداز و نیاز به ظرفیت الکتریکی ذخیره شده در خودرو شد. اولین وسیله نقلیه مجهز به استارت برقی در ایالات متحده کادیلاک 1912 بود. خودرو ابتدایی توسط Henry M. Leland و Charles Kettering در کادیلاک ساخته شد که بعدا توسط جنرال موتورز خریداری شد. للاند پس از آنكه موتور دیگر کادیلاک در اثر خاموش شدن موتورش به سر او اصابت کرد و توسط لنگ استارت کشته شد ، کترینگ را به سمت طراحی جایگزینی برای سیستم های راه اندازی لنگ سوق داد. در اواسط نوجوانی ، بسیاری از مکانیسم های شروع کار توسط اتومبیل وجود داشت ، اما ، تا سال 1920 ، بیشتر وسایل نقلیه جدید به استارت های الکتریکی مجهز شدند. این تغییر به سرعت نیاز به منبع تغذیه قابل اعتماد در معماری خودرو را افزایش داد و باتری اسید سرب را به یک جز اساسی در صنعت خودرو تبدیل کرد. در سال 1918 ، شرکت اتومبیل سازی هادسون اولین کسی بود که از اندازه استاندارد باتری طبق مشخصات BCI (باتری شورای بین المللی) استفاده کرد. اندازه های گروه باتری BCI امروزه نیز استفاده می شود (گروه 24 ، گروه 27 و غیره). در این دوره و تا دهه 1950 ، باتری های راه اندازی خودرو و سیستم های الکتریکی سیستم های 6 ولت بودند. یک تغییر عمده در دهه 1950 اتفاق افتاد ، زیرا اتومبیل های بزرگتر و موتورهای بزرگتر نیاز به انرژی بیشتر باتری ها و سیستم های 12 ولت را داشتند. این آخرین تغییر اساسی در طراحی سیستم باتری / وسیله نقلیه قبل از پایان قرن بیستم بود.
دوران مدرن
باتری های AGM همانطور که با تکامل موازی فن آوری باتری و طراحی خودرو مشاهده می شود ، تحولات در یکی اغلب نیاز به فرصت برای تغییر در دیگری را ایجاد می کند. با افزایش تقاضای الکتریکی خودرو در دهه 1990 و 2000 ، هم به دلیل افزایش راحتی داخل کابین و هم به دلیل افزایش سیستم الکتریکی ، مشخص شد که باتری اسید سرب سنتی از نظر تأمین نیازهای سیستم به حد مجاز رسیده است. این امر نیاز به ساخت و سازهای جدید و شیمی جدید را برانگیخت. باتری AGM یک پاسخ عمده به تغییر نیاز به انرژی وسایل نقلیه امروزی ، استفاده از باتری های AGM بوده است. باتری های AGM ((Absorbed Glass Mat از اواسط دهه 1980 شروع به استفاده در برنامه های نظامی کردند. این باتری های تنظیم شده با سوپاپ لید اسید (VRLA) فواید زیادی در طراحی سیستم خودرو دارند. اولاً ، مقاومت داخلی آنها به مراتب کمتر از باتری های غرقاب سنتی است ، به این معنی که در چرخه شارژ / تخلیه معمولی کمتر گرم می شوند ، که باعث افزایش طول عمر می شود. علاوه بر این ، باتری های AGM می توانند عمیق تر از باتری های غرقاب سنتی تخلیه شوند. این یک مزیت اساسی است ، زیرا افزایش تقاضای الکتریکی وسایل نقلیه مدرن به این معنی است که با حداکثر میزان خروجی دینام ، باتری باید بارهای اوج را داشته باشد. سرانجام ، باتری های AGM به دلیل ساختاری که دارند ، نسبت به باتری های غرقاب سنتی مقاوم در برابر لرزش هستند و چون مهر و موم شده و عاری از ریختن هستند ، می توانند در هر جهتی ذخیره و کار کنند. تکامل عمده سیستم که باعث محبوبیت باتری های AGM می شود ، استفاده از سیستم های موتور Start-Stop است که با توقف کامل خودرو موتور را خاموش می کند و هنگامی که پای راننده از ترمز خارج می شود ، بلافاصله آن را به عقب برمی دارد. این سیستم ها که تولیدکنندگان را قادر می سازد بهره وری سوخت را بهبود بخشند ، معمولاً با استفاده از یک یا چند باتری AGM مستقر می شوند. باتری های یافت شده در چنین سیستم هایی می توانند باتری های استاندارد AGM ، باتری های ویژه Start-Stop AGM یا ترکیبی از این دو باشند. انتظار می رود که انواع دیگر باتری در سالهای آینده در این سیستم ها گنجانده شود ، اما در حال حاضر ، باتری های AGM ساخت غالب مورد استفاده هستند.
منبع cloreautomotive.com