Know How Ηλεκτρικό Σύστημα Part II

Τι είναι... μπαταρία?

Όταν ήμασταν μικροί ξέραμε ότι είναι μαγικά μικρά ή μεγαλύτερα κυλινδράκια που, άγνωστο πώς, μέσα τους είχαν μαζέψει αρκετό «ζουμί» ώστε να τρέχει το τηλεκατευθυνόμενό μας για τουλάχιστον μία βδομάδα. Τώρα μεγαλώσαμε, όμως (όχι όλοι), τα τηλεκατευθυνόμενα έγιναν Ibiza FR 1:1 κλίμακας, οπότε ας δούμε το θέμα από την... ενήλικη σκοπιά. Η μπαταρία στην επίσημη μηχανική ορολογία λέγεται «ηλεκτρικός συσσωρευτής» και είναι η ηλεκτροχημική εκείνη διάταξη η οποία αποθηκεύει χημική ενέργεια και στη συνέχεια την αποδεσμεύει/μετατρέπει (ιδανικά κατά βούληση δική μας!) με τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας. Στην περίπτωση των επαναφορτιζόμενων μπαταριών, όπως αυτές που θα μας απασχολήσουν αυτόν και τον επόμενο μήνα, εκείνες είναι σε θέση να δρομολογήσουν και την αντίστροφη διαδικασία χημικών διεργασιών, δηλαδή τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε χημική και την αποθήκευση αυτής μέσω της λεγόμενης «φόρτισης», που λαμβάνει χώρα όταν περάσει συνεχές ρεύμα από κάποια άλλη πηγή (π.χ. το δυναμό που θα δούμε σε άλλη συνέχεια). Για να επιτευχθεί αυτό, στο εσωτερικό της γίνεται ένας ηλεκτροχημικός χαμός, τον οποίο θα δούμε αναλυτικά πιο κάτω, αλλά για την ώρα ας πούμε ότι αυτό κατέστη εφικτό μέσω ανακαλύψεων, όπως η γαλβανική και η βολταϊκή στήλη (που στη συνέχεια οδήγησαν στα αντίστοιχα ανεξάρτητα στοιχεία), από κάποιους γνωστούς κυρίους πριν από καμιά 250αριά χρόνια. Κάποιοι επιστήμονες, αλλά όχι σύσσωμη η επιστημονική κοινότητα, ως πρώτη μπαταρία με τη μορφή γαλβανικού στοιχείου θεωρούν τις λεγόμενες «μπαταρίες της Βαγδάτης» από το 600 μ.Χ. περίπου, οι οποίες αποτελούνταν από κεραμικό δοχείο και μεταλλικές ράβδους, που υποτίθεται ότι σκοπό είχαν να επιχρυσώσουν ασημένια αντικείμενα. Στη νεότερη, ωστόσο, ιστορία, και σε αυτό όλοι συμφωνούν, πρέπει να φτάσουμε στο 1749 και τον Βενιαμίν Φραγκλίνο, ο οποίος πρώτος χρησιμοποίησε τη λέξη «μπαταρία» για να περιγράψει μια συστοιχία ενωμένων συσσωρευτών, την οποία χρησιμοποίησε κατά τη διάρκεια των υπόλοιπων γνωστών πρώιμων πειραμάτων του με τον ηλεκτρισμό. Οι συσσωρευτές του Φραγκλίνου αποτελούνταν από πάνελ γυαλιού με επίστρωση μετάλλου στις δύο πλαϊνές επιφάνειές τους και φορτίζονταν με στατική γεννήτρια, ενώ αποφορτίζονταν ακουμπώντας απλώς ένα μέταλλο στο ηλεκτρόδιό τους. Ενώνοντας τέτοια επιμέρους στοιχεία σε μια «μπαταρία», αύξανε την ισχύ της εκφόρτισης και από εκεί προέρχεται και η προέλευση της λέξης: “battery” στα αγγλικά είναι η πυροβολαρχία στις μονάδες πυροβολικού του στρατού, οι οποίες μαζί αυξάνουν τη συνολική ισχύ της ομάδας, και από εκεί ομοίως «έκλεψαν» τον όρο και για τις ομάδες των ανεξάρτητων ηλεκτροχημικών στοιχείων, που μαζί φτιάχνουν τον ηλεκτρικό συσσωρευτή με αθροιστική ισχύ (για την ακρίβεια, αθροιστικό βολτάζ, όταν μιλάμε για στοιχεία στη σειρά). Με το πέρασμα των ετών, βέβαια, ακόμα και ένα στοιχείο από μόνο του συμβατικά ονομάζεται επίσης «μπαταρία». Επόμενο βήμα είναι αυτό του Λουίτζι Γαλβάνι εν έτει 1780, ο οποίος, καθώς ξεκοίλιαζε ένα βάτραχο κρεμασμένο από ορειχάλκινο αγκίστρι, όταν άγγιξε το πόδι του με σιδερένιο εργαλείο, αυτό κουνήθηκε. Αυτό το φαινόμενο, της σύσπασης ενός μυ όταν διεγείρεται από ηλεκτρικό ρεύμα, στη βιολογία ονομάστηκε «γαλβανισμός», όρο που στη συνέχεια πήρε και η φυσικοχημεία για να περιγράψει το γνωστό μας γαλβανισμό (μιλάμε για τον ηλεκτρικό γαλβανισμό, καμία σχέση με την κατεργασία επίστρωσης μετάλλων, όπως αμαξώματα με ψευδάργυρο (τσίγκο), που στα ελληνικά επίσης ονομάζουμε «γαλβανισμένα»), που είναι η επαγωγή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω χημικής αντίδρασης, τυπικά μεταξύ δυο χημικών στοιχείων με διαφορετικές ηλεκτροαρνητικότητες. Αυτός που εξήγησε, ωστόσο, σωστά γιατί «πηδούσε» ο νεκρός βάτραχος του Γαλβάνι (ο ίδιος νόμιζε ότι οφειλόταν στο μυ) ήταν ο υπερεπιστήμονας της εποχής και φίλος του, Αλεσάνδρο Βόλτα, ο οποίος κατάλαβε ότι αυτό οφειλόταν στη σύνδεση μέσω υγρού αγώγιμου μέσου δύο διαφορετικών μετάλλων. Το 1800 ο Βόλτα, που έδωσε και το όνομά του στο Volt, ανακάλυψε την πρώτη «πραγματική» μπαταρία, αυτό που ο φυσικός του Γυμνασίου σας έλεγε «Βολταϊκή Στήλη». Αυτή αποτελούνταν από ζεύγη χάλκινων και τσίγκινων δίσκων, ο ένας πάνω στον άλλο, διαχωρισμένοι με στρώμα υφάσματος, εμποτισμένο σε ηλεκτρολύτη από αλατόνερο. Αυτή η διάταξη παρήγαγε σταθερό και συνεχές ρεύμα, ενώ όταν δεν χρησιμοποιούνταν για καιρό δεν έχανε πολλή από τη φόρτισή του (εξ ου και η πρώτη «πραγματική μπαταρία» που προαναφέραμε). Αυτές οι πρώτες διατάξεις είχαν σχετικά χαμηλό βολτάζ (π.χ. όχι αρκετό για τη δημιουργία σπινθήρα), αλλά όταν ο Βόλτα πειραματίστηκε με διάφορα μέταλλα, τα «καλύτερα» αποτελέσματα τα έδωσαν ο τσίγκος και το ασήμι. Φτάνοντας στο σήμερα, αξίζει να «διορθώσουμε» ένα συχνό λάθος διατύπωσης, που δεν είναι άλλο από το ότι η μπαταρία στην ηλεκτρολογία είναι χημική πηγή ρεύματος, και όχι πηγή ενέργειας, με την έννοια ότι φυσικά δεν δημιουργεί ενέργεια από το μηδέν: αποθηκεύει μόνο ηλεκτρική ενέργεια, αφού τη μετατρέψει σε χημική, και την αποδίδει όταν χρειαστεί σε εξωτερικό κύκλωμα μέσω βυθισμένων σε ηλεκτρολύτη ηλεκτροδίων. Όλο αυτό περιβάλλεται από μονωτικό υλικό, όπως π.χ. τα περισσότερα (άλλα όχι όλα!) τα πλαστικά. Μια μπαταρία χαρακτηρίζεται, μεταξύ άλλων, από τη χωρητικότητά της, δηλαδή την ποσότητα αποθηκευμένου ηλεκτρικού φορτίου που μπορεί συνολικά να αποδώσει στο κύκλωμα το οποίο τροφοδοτεί, πριν αυτό χρειαστεί φόρτιση, και η οποία μετριέται σε αμπερώρια (υπενθύμιση: ένταση σε αμπέρ επί χρόνο δίνει φορτίο στη φυσική), από τη μέση τάση που αποδίδει στους ακροδέκτες της σε Volt κατά τη φόρτιση-εκφόρτιση, από την ειδική ενέργεια κατά μονάδα βάρους και όγκου της (θυμηθείτε το αυτό όταν θα μιλήσουμε για τις μπαταρίες λιθίου που γίνονται της μόδας σιγά σιγά και στα αυτοκίνητα), δηλαδή την ενέργεια σε (κιλο)βατώρια (ένα kilowatt ισχύος επί μία ώρα μας δίνει τη γνωστή κιλοβατώρα, η οποία είναι η πιο καθημερινή μονάδα ενέργειας. Θυμηθείτε ότι ισχύς επί χρόνο στη φυσική δίνει ενέργεια, π.χ. 3Α επί 12 ώρες = 6Α επί 6 ώρες = 36Ah) που παρέχεται κατά την εκφόρτιση από 1kg βάρους ή 1 δεκατόμετρο του όγκου του ηλεκτρικού συσσωρευτή. Επίσης, ορίζεται η απόδοση κατά χωρητικότητα, δηλαδή ο λόγος της ποσότητας των αμπερωρίων που αποδίδεται κατά την εκφόρτιση προς την ποσότητα των αμπερωρίων που απορροφάται κατά τη φόρτιση, η απόδοση κατά ενέργεια (ή βαθμός απόδοσης), δηλαδή ο λόγος της ενέργειας που αποδίδεται κατά την εκφόρτιση προς την ενέργεια που απορροφάται κατά τη φόρτιση. Οι μπαταρίες αυτοκινήτων, τώρα, για να κάνουμε μια πρώτη εξειδίκευση στα χωράφια μας, είναι οι επαναφορτιζόμενες εκείνες μπαταρίες που τροφοδοτούν με ηλεκτρική ενέργεια το ηλεκτρικό κύκλωμα του αυτοκινήτου, και στην ξένη βιβλιογραφία απαντώνται ως «SLI» μπαταρίες από τα αρχικά των τριών βασικών λειτουργιών τους -Starting (εκκίνηση), Lighting (φωτισμός), Ignition (ανάφλεξη)-, με άλλα λόγια την τροφοδοσία της μίζας, των φωτιστικών σωμάτων και των πολλαπλασιαστών-μπουζί. Οι μπαταρίες αυτοκίνητων είναι κατά βάση τύπου μολύβδου-οξέως και αποτελούνται από έξι γαλβανικά στοιχεία έκαστη, που μαζί δίνουν το 12βολτο ηλεκτρικό σύστημα που είδαμε αναλυτικά τον προηγούμενο μήνα: κάθε στοιχείο συνδεδεμένο σε σειρά με το επόμενο είναι τυπικά των 2,1Volt, με την μπαταρία, επομένως, να έχει συνολικά 12,6V βολτάζ σε πλήρη φόρτιση (βλ. ηλεκτρεγερτική δύναμη, που είναι η τάση η οποία μετριέται στους ακροδέκτες της όταν δεν υπάρχει εξωτερικό φορτίο). Αυτές οι τιμές είναι «θεωρητικές-ονομαστικές»: μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία μπορεί να φτάσει τα 14,5V, ενώ μια «πλήρως» αφόρτιστη δεν σημαίνει μηδέν βολτ, αλλά από 10,5V και κάτω (δηλαδή τιμές που αδυνατούν να δώσουν το μίνιμουμ ισχύος, π.χ. για εκκίνηση). Αυτά για το τυπικό επιβατικό όχημα, αφού όπως αναφέραμε και στο Part I, τα μεγάλα επαγγελματικά φορτηγά κ.λπ. μπορεί να έχουν δύο 12βολτες μπαταρίες σε σειρά δίνοντας 24βολτο ηλεκτρικό σύστημα ή εναλλακτικά και παράλληλη συστοιχία από επιμέρους στοιχεία, αυξάνοντας δηλαδή και την ένταση του ρεύματος σε αμπέρ εκτός του βολτάζ. Πάμε να δούμε τι γίνεται ακριβώς με αυτό το βαρύ μαύρο κουτί στη γωνία του μηχανοστασίου (ΟΚ, ή του πορτμπαγκάζ, σπορτίφ τύποι).

 

Τι απαιτήσεις έχουμε από την μπαταρία

Κατ’ αρχάς, πρέπει να πούμε ότι, σε βάθος χρόνου, οι απαιτήσεις από την μπαταρία του αυτοκινήτου έχουν αυξηθεί και αυξάνονται όλο και περισσότερο: ο πετρελαιοκινητήρες και οι βενζινοκινητήρες, ειδικά μεγάλου κυλινδρισμού, έχουν όλο και... τεραστιότερες ανάγκες ισχύος «κρύου μιζαρίσματος», δηλαδή μεγάλες ποσότητες αμπεράζ, ειδικά σε κρύες εξωτερικές θερμοκρασίες. Επιπλέον, τα ηλεκτρικά επιμέρους συστήματα των σύγχρονων «φουλ-εξτρά» αυτοκινήτων απαιτούν να αντλήσουν πολλή ηλεκτρική ενέργεια κατευθείαν από την μπαταρία (φορτία που συνολικά, όπως είδαμε, μπορεί να ξεπεράσουν ακόμα και τα 2kW για διάρκεια πολλών λεπτών της ώρας) σε σενάρια όπου το δυναμό δεν γυρνάει αρκετά γρήγορα για να κάνει τη δουλειά του σωστά (χαμηλές στροφές ή ακόμα και ενδεχόμενα ρεταρίσματα). Και μην ξεχνάμε ότι η μπαταρία, ακόμα κι όταν αφήνουμε το αυτοκίνητο ακίνητο για μέρες ή και βδομάδες, πρέπει να παρέχει ένα συνεχές «ρεύμα αδρανείας» για τη συντήρηση ρολογιών, μνήμης ECU κ.λπ., της τάξεως αρκετών milliampere. Μιλώντας για δυναμό, ευκαιρία να τονίσουμε πως αυτό δεν είναι κατάλληλο για την παροχή απότομων-δυναμικών παλμών υψηλής έντασης ρεύματος, π.χ. σε μεταβατικές καταστάσεις ανοίγματος-κλεισίματος βαρβάτων στοιχείων, οπότε μια άλλη απαίτηση που έχουμε από την μπαταρία είναι να κάνει ακριβώς αυτό, δηλαδή να είναι stand-by να τα δώσει όλα. Παραπέρα, η μπαταρία, όσο κι αν σας ακουστεί περίεργο, παίζει και το ρόλο του «φυσικού πυκνωτή» του ηλεκτρικού κυκλώματος του αυτοκινήτου, αποσβένοντας και εξομαλύνοντας τις επικίνδυνες αυξομειώσεις στην παρεχόμενη ένταση (τα εσωτερικά της στοιχεία έχουν χωρητικότητα αντίστοιχη ενός πυκνωτή αρκετών Φαράντ). Αυτό το τελευταίο, όπως κάνουν και οι «κανονικοί» πυκνωτές, βοηθάει να μειωθούν αισθητά και οι λεγόμενες “EMC” (ElectroMagnetic Compatibility) παρεμβολές μεταξύ των διάφορων κοντινών ηλεκτρικών υποσυστημάτων μέσω επαγωγικών φαινομένων από τους εμπλεκόμενους αγωγούς. Πολύ πρόσφατα, μάλιστα, νέες νόρμες αναπτύχθηκαν σχετικά με την αξιοπιστία της παροχής ρεύματος από την μπαταρία, καθώς αυτή πλέον, μην ξεχνάμε, μπορεί να τροφοδοτεί υποσυστήματα ενεργητικής ασφαλείας, όπως τα ηλεκτροϋδραυλικά φρένα ή την ηλεκτρική υποβοήθηση τιμονιού. Και φυσικά, πλέον, δεν αρκεί για μια μπαταρία να είναι σούπερ από πλευράς ηλεκτρικών χαρακτηριστικών, αλλά πρέπει και να μην απαιτεί καμία απολύτως συντήρηση, να είναι ασφαλής στο χειρισμό της από τεχνικούς-ιδιοκτήτες και, φυσικά, να είναι φιλική προς το περιβάλλον (βλ. ανακύκλωση μπαταριών. Πλέον επιβάλλεται νομοθετικά και ακολουθείται από το σύνολο του δικτύου συνεργείων). Οι κατασκευαστές μπαταριών αυτοκινήτων, σε συνεργασία με τις αυτοκινητοβιομηχανίες, έχουν επενδύσει τεράστια ποσά τα τελευταία χρόνια ακριβώς για αυτούς τους λόγους. Η τάση είναι ότι όλο και περισσότερα υποσυστήματα ηλεκτρονικής επιτήρησης θα ενσωματώνονται στο μέλλον στα αυτοκίνητα, τα οποία θα παρακολουθούν συνεχώς την κατάσταση φόρτισης, την αξιοπιστία, την ανάγκη αντικατάστασης λόγω παλαίωσης και το ενδεχόμενο πλήρους αποφόρτισης. Φυσικά, η καλή υγεία της μπαταρίας δεν είναι μόνο δουλειά της ίδιας της μπαταρίας αλλά και των οδηγικών συνθηκών και χρήσης από μέρους του ιδιοκτήτη: όσο καλό hardware και αν έχει η μπαταρία από μόνη της, αν το ισοζύγιο ενέργειας που προκύπτει από τη χρήση του οχήματος δεν βοηθάει στη συχνή φόρτισή της, αλλά την κάνει να λειτουργεί υπό συνθήκες χαμηλής φόρτισης για μεγάλα χρονικά διαστήματα (π.χ. κάνοντας απλές βόλτες με λίγες στροφές κινητήρα χειμώνα μέσα στην πόλη), τότε τα πράγματα είναι δύσκολα. Και αφού είπαμε για θερμοκρασίες, μην ξεχνάτε ότι θα πρέπει να είναι «τσακμάκια» σε θερμοκρασίες από -30°C μέχρι +70°C δίπλα από τη μηχανή. Εμβαθύνοντας όσον αφορά τις θερμοκρασίες λειτουργίας της μπαταρίας, υπάρχουν ειδικές καμπύλες που δείχνουν πόσες στροφές απαιτούνται από τη μίζα ανάλογα με την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας και την εξωτερική θερμοκρασία. Σε γενικές γραμμές, όσο πέφτει η θερμοκρασία, αυξάνονται οι απαιτούμενες στροφές και μειώνεται η χωρητικότητα της μπαταρίας, παρόλο που αυξάνεται η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη. Σε ακραία χαμηλές θερμοκρασίες, ο ηλεκτρολύτης μπορεί και να «παγώσει» (μια κατάσταση τύπου τζελ), το ποσοστό νερού στη μάζα του να αυξηθεί και αν είναι και αφόρτιστη η μπαταρία να χειροτερέψει η κατάσταση ακόμα περισσότερο: μια καλά φορτισμένη μπαταρία αποδεικνύεται ότι έχει μεγαλύτερη αντοχή στο βαρύ κρύο και αντίστροφα με τον ηλεκτρολύτη... παγάκι, φορτίζεται δυσκολότερα λόγω μειωμένου ρεύματος. Φυσικά, υπάρχει και το ενδεχόμενο «μηχανικής ζημιάς» στην μπαταρία εξωτερικά, όπως ρωγμές στο κέλυφος.

 

Τυπικά χαρακτηριστικά μιας μπαταρίας

Οι ΟΕΜ κατασκευαστές, και επομένως το aftermarket εμπόριο, έχουν να επιδείξουν πληθώρα διαφορετικών διαθέσιμων χαρακτηριστικών στις μπαταρίες. Αυτά τα χαρακτηριστικά πρέπει να τα λαμβάνουμε πάντα υπόψη όταν θέλουμε να βρούμε μια μπαταρία προς αντικατάσταση της «μαμάς», για παράδειγμα. Κατ’ αρχάς, είναι τα «μηχανικά-γεωμετρικά» χαρακτηριστικά: φυσικές διαστάσεις, διάταξη και μορφή πόλων. Αυτά βρίσκονται εύκολα και με το μάτι, αλλά όταν μπούμε στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά εκεί αρχίζουμε να διαβάζουμε... ετικέτες: υπάρχουν συγκεκριμένα στάνταρ (DINEN 60 096-1, DIN 43 539-2) που υπαγορεύουν τι σημαίνει το κάθε νούμερο και σε τι μορφή απεικονίζεται: π.χ. οι μπαταρίες made in Germany έχουν 9ψήφιο νούμερο: π.χ. 555 059 042 σημαίνει 12V, 55Ah, ειδικής σχεδίασης κελύφους και ένταση ρεύματος κρύας εκκίνησης 420 Α. Οι περισσότερες μπαταρίες, αν όχι με τη μορφή κωδικού, χαρακτηρίζονται με την αναγραφή αυτών των τριών βασικών χαρακτηριστικών τους. Πιο συγκεκριμένα, η χωρητικότητα σε Ah ορίζεται σε πολύ συγκεκριμένες συνθήκες, αφού, όπως είπαμε, αυτή επηρεάζεται άμεσα από τη θερμοκρασία και το ρεύμα εκφόρτισης (όσο αυτό αυξάνει, η χωρητικότητα πέφτει). Κατά DIN ΕΝ, η ονομαστική χωρητικότητα είναι το φορτίο που μπορεί η μπαταρία να αποδώσει μέσα σε 20 ώρες με σταθερό ρεύμα εκφόρτισης μέχρι το επίπεδο «αδειάσματος», που όπως προαναφέραμε είναι τα 10,5V (1,75V ανά στοιχείο), και όλα αυτά αυστηρά στους 25°C. Από πλευράς hardware, η χωρητικότητα εξαρτάται από την ποσότητα των υλικών που χρησιμοποιήθηκε στις θετικές και αρνητικές πλάκες, καθώς και την ποσότητα ηλεκτρολύτη (θα δούμε τον επόμενο μήνα τι γίνεται βαθιά στο εσωτερικό της μπαταρίας), και όχι από το πόσα ζεύγη πλακών συνολικά έχουμε (επηρεάζεται, για να είμαστε ακριβείς, αλλά πάρα πολύ λίγο αναλογικά με τα υπόλοιπα). Με άλλα λόγια δεν μας νοιάζει σε πόσα μικρότερα ζεύγη ηλεκτροδίων διαμοιράζεται μια δεδομένη μάζα υλικών, αλλά μόνο η απόλυτη συνολική μάζα τους καθαυτή.

Αναφέραμε λίγο πιο πάνω την «ένταση ρεύματος κρύας εκκίνησης», την οποία πάνω στις μπαταρίες θα τη βρείτε είτε ως “Low-temperature test current” είτε ως “CCA – Cold cranking amp”, στη βιβλιογραφία των ηλεκτρικών θα τη βρείτε ως Icc ή Ιkp.Το μέγεθος αυτό δείχνει την ικανότητα μέγιστης παροχής ρεύματος σε αμπεράζ υπό συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας (και κατ’ επέκταση σε όλες τις συνθήκες, αφού το μέγεθος αφορά τις χειρότερες δυνατές). Το νούμερο σε Αmpere που προκύπτει βάσει DINEN πρέπει να προέρχεται από θερμοκρασία περιβάλλοντος -18oC με ελάχιστη τάση 7,5V (1,25V ανά στοιχείο) δέκα δευτερόλεπτα μετά την εκκίνηση της εκφόρτισης. Η αντίδραση της μπαταρίας σε αυτές τις συνθήκες ως προς το CCA αμπεράζ, σε αντίθεση με τη χωρητικότητα, έχει να κάνει και με τον αριθμό των πλακών στο εσωτερικό και την επιφάνειά τους, την απόσταση μεταξύ τους και το υλικό ανάμεσά τους. Ένα άλλο χαρακτηριστικό που επηρεάζει πολύ τα CCA είναι η λεγόμενη «εσωτερική αντίσταση (Ri)» της μπαταρίας. Τι είναι τούτο? Οι μπαταρίες είναι ηλεκτρικά στοιχεία, άρα έχουν μια κάποια μη μηδενική ωμική αντίσταση στη ροή του φορτίου. Στις μπαταρίες αυτοκινήτων μολύβδου-οξέως αυτή είναι μικρή, αλλά όχι και αμελητέα: ευτυχώς, γιατί με τις πολλές εκατοντάδες CCA που αυτές αποδίδουν, αν είχαν και μεγάλη εσωτερική αντίσταση, η αντίστοιχη πτώση τάσεως (ένταση επί αντίσταση) θα ήταν τεράστια. Ας το δούμε αριθμητικά: όταν μιζάρουμε, η μίζα τραβάει π.χ. περίπου 60Α, και μια καλή μπαταρία αυτοκινήτου έχει εσωτερική αντίσταση περίπου 5mV. Η πτώση τάσης της είναι 60 x 0,005 = 0,3V, με άλλα λόγια, από τα τυπικά 12V μας μένουν 11,7V. Για δεδομένο ηλεκτρικό κύκλωμα μίζας από πλευράς αντιστάσεων, η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας καθορίζει την ταχύτητα περιστροφής του στροφάλου κατά την εκκίνηση (που κυμαίνεται μεταξύ 80 και 120rpm). Η εσωτερική αντίσταση με τη σειρά της, επηρεάζεται από παράγοντες όπως η αντίσταση ανάμεσα στα ηλεκτρόδια και τον ηλεκτρολύτη, η αντίσταση των πλακών, η αντίσταση στις εσωτερικές συνδέσεις, η αντίσταση του ηλεκτρολύτη στη ροή των ιόντων, η στάθμη φορτίσεως, η επιφάνεια και ο αριθμός των πλακών (όσο αυξάνονται, μειώνεται η εσωτερική αντίσταση) και η θερμοκρασία (όσο εκφορτίζεται η μπαταρία ή πέφτει η θερμοκρασία της, τόσο αυξάνεται η εσωτερική αντίσταση). Η αύξηση της εσωτερικής αντίστασης είναι η βασική αιτία «γήρατος» της μπαταρίας, πρακτικά την παλιώνει. Όσο περνάει ο καιρός, αυτή αυξάνεται, μέχρι το σημείο που τα πραγματικά ακόμα και «φορτισμένα» CCA πέφτουν τόσο που δεν επαρκούν να γυρίσουν το στρόφαλο.

 

Μπαταρίες «ειδικών δυνάμεων»

Όλα αυτά είναι πάνω-κάτω όλα όσα χρειαζόμαστε να ξέρουμε όταν πρόκειται για «απλές» μπαταρίες νορμάλ (όχι από πλευράς βελτίωσης!) οχημάτων. Υπάρχουν όμως οχήματα που μόνο απλά δεν είναι, και αναφερόμαστε σε ειδικές συνθήκες κίνησης, όπως τα φορτηγά οχήματα, τα οχήματα εργοταξίου, όπως μπουλντόζες, τρακτέρ κ.ο.κ. Αυτά τα οχήματα έχουν ένα κοινό: εξωφρενικούς κραδασμούς, λόγω συνδυασμού φορτίου και τερέν κίνησης. Για αυτά τα οχήματα υπάρχουν οι λεγόμενες «αντικραδασμικές» (vibration-proof) μπαταρίες με την ένδειξη «Rf». Οι Rf μπαταρίες διαθέτουν σκελετό εσωτερικών πλακών, που είναι πακτωμένος μέσω χυτής ρητίνης και άλλων πλαστικών στο εξωτερικό κέλυφος, έτσι ώστε να αποκλειστεί η όποια σχετική κίνηση μεταξύ σκελετού και εξωτερικού κελύφους. Βάσει DIN, αυτές οι μπαταρίες πρέπει να περάσουν δοκιμές όπου για 20 ολόκληρες ώρες συντονίζονται σε συχνότητα 22Hz και πρέπει να αντέξουν επιτάχυνση 6g -άρα κάνουν και για Top Fuel dragster, μέχρι 4g φτάνουν αυτά! Τα νούμερα αυτά είναι περίπου 10 φορές μεγαλύτερα από τα αντίστοιχα των απλών μπαταριών, σύμφωνα με την Bosch (άρα οι απλές μπαταρίες πρέπει να αντέχουν στα 0,6g επιτάχυνσης?! Φίλε με το Evo εβδόμου σταδίου, we have a problem…). Αρκούν πάντα οι SLI μπαταρίες, έστω και σε Rf μορφή, για όλα τα δεινά ετούτου του κόσμου? Όχι, έχουμε και άλλες ειδικές κατηγορίες automotive μπαταριών. Έχουμε τις «μπαταρίες βαθιάς εκφόρτισης» (deep-cycle), οι οποίες έρχονται να «κουμπώσουν» σε μια βασική αδυναμία των απλών SLI: οι SLI, βάσει σχεδιασμού (λεπτές πλάκες, ελαφρύ υλικό ανάμεσά τους) δεν είναι κατάλληλες για συνεχείς πλήρεις εκφορτίσεις, καθώς αυτό φθείρει έντονα τα θετικά ηλεκτρόδια-πλάκες (χαλαρώνει και φεύγει υλικό). Αυτό δεν είναι τυχαίο, αφού κατά την επιλογή αρχιτεκτονικής πρέπει να διαλέξεις μεταξύ δυνατότητας μεγάλου CCA (απότομη εκφόρτιση μεγάλου φορτίου) και αντοχής σε πλήρεις εκφορτίσεις. Στις SLI των Ι.Χ. διαλέγουμε, φυσικά, το πρώτο. Στις μπαταρίες βαθιάς εκφόρτισης, ωστόσο, που έχουμε άλλα κριτήρια (εκτός από επαγγελματικά μηχανήματα, χρησιμοποιούνται και σε φωτοβολταϊκές διατάξεις, φανάρια, ηλεκτρικά οχήματα γηπέδων γκολφ κ.λπ., όπου δηλαδή δεν έχουμε ανάγκες απότομης παροχής, αλλά από την άλλη συχνές, πλήρεις εκφορτίσεις), η κατασκευή είναι διαφορετική. Εδώ έχουμε γυάλινες διεπιφάνειες, οι οποίες βρίσκονται ως διαχωριστικά ανάμεσα στις πλάκες των ηλεκτροδίων και οι οποίες εμποδίζουν την πρώιμη φθορά. Μια μπαταρία βαθιάς εκφόρτισης έχει τουλάχιστον διπλάσια αντοχή σε επίπεδο φορτίσεων-εκφορτίσεων σε σχέση με μια SLI. Τελειώσαμε? Όχι! Τι θα γίνει αν συνδυάσουμε μια μπαταρία βαθιάς εκφόρτισης με μια αντικραδασμική Rf? Μα φυσικά θα πάρουμε την μπαταρία με ένδειξη «HD» (Heavy Duty), που είναι για ακόμα πιο βαρβάτα... εργοτάξια. Τέλος με τις «ειδικές» μπαταρίες? Όχι, άλλη μια τελευταία κατηγορία για σήμερα και τα υπόλοιπα τον Ιούνη, ορκίζομαι. Τι μπαταρίες φοράνε τα ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρίες μολύβδου-οξέως (άρα μιλάμε για τα παλαιότερης γενιάς ή ακόμα και τα σημερινά low budget μικρής αυτονομίας, αφού τα καινούργια παίζουν με λίθιο, όπως θα δούμε αργότερα)? Φοράνε μπαταρίες τύπου «Kt», ή εναλλακτικά «S», οι οποίες είναι μεν βαθιάς εκφόρτισης, αλλά με παχύτερες και λιγότερες πλάκες. Αυτές οι μπαταρίες δεν έχουν καν CCA αναγραφόμενο (αφού δεν υπάρχει καν μίζα), και χονδρικά το CCA τους είναι 40% μικρότερο από μιας SLI ίδιων διαστάσεων.

 

Μπαταριολογίας συνέχεια

Είδαμε σήμερα την μπαταρία του αυτοκινήτου σε ό,τι την αφορά... εξωτερικά και από επίπεδο λειτουργίας και συσχέτισης με το υπόλοιπο ηλεκτρικό κύκλωμα. Τον επόμενο μήνα θα βουτήξουμε πολύ πολύ βαθεία στο εσωτερικό τόσο της απλής κλασικής μπαταρίας αυτοκινήτου όσο και των φρέσκων και πιο «σπορ» τύπων, όπως οι λιθίου. Θα δούμε όλη τη χημεία που μας δίνει τα βολτάζ, γιατί παλιά τρέχαμε με τα υγρά μπαταριών και γιατί τώρα δεν ασχολούμαστε καν με την μπαταρία μέχρι να την αλλάξουμε. Καλό Μάη και ο Θεός της Ελλάδας μαζί μας!