อะแดปเตอร์แปลงไฟ
อะแดปเตอร์แปลงไฟ ที่ใช่เพิ่มอรรถรสในการอยู่บนท้องถนน
June 5, 2017
น้ำกลั่นแบตเตอรี่
นอกจาก น้ำกลั่นแบตเตอรี่ เราสามารถใช้น้ำอะไรเติมแทนได้บ้าง ?
June 5, 2017
อะแดปเตอร์แปลงไฟ
อะแดปเตอร์แปลงไฟ ที่ใช่เพิ่มอรรถรสในการอยู่บนท้องถนน
June 5, 2017
น้ำกลั่นแบตเตอรี่
นอกจาก น้ำกลั่นแบตเตอรี่ เราสามารถใช้น้ำอะไรเติมแทนได้บ้าง ?
June 5, 2017

เทคโนโลยี แบตเตอรี่รถยนต์ ทำงานอย่างไร

แบตเตอรี่รถยนต์

เทคโนโลยี แบตเตอรี่รถยนต์ ทำงานอย่างไร


ศาสตร์แห่งเทคโนโลยีแบตเตอรี่ยานยนต์


แบตเตอรี่รถยนต์

อาจดูเหมือนเทคโนโลยีแบตเตอรี่รถยนต์ยังจมอยู่ในศตวรรษเก่าก่อน แต่ใครจะรู้ว่ามีการพัฒนามาอยู่ตลอดหลายปี

ตะกั่วและกรดเป็นสารสองตัวที่คนส่วนใหญ่รู้ดีว่าควรหลีกเลี่ยง โดยตะกั่วเป็นโลหะหนักที่สามารถก่อให้เกิดปัญหาด้านสุขภาพต่างๆได้ยาวเป็นหางว่าว ส่วนกรดก็คือ กรด ตามชื่อของมัน   เมื่อนึกถึงสารสองตัวนี้ ภาพที่ปรากฏจะเป็นของเหลวสีเขียวเดือดเป็นฟองและนักวิทยาศาสตร์สติเฟื่องที่คิดจะครองโลก   ตะกั่วและกรดเปรียบเหมือนช๊อคโกแลตกับเนยถั่ว ที่มีรสชาติดีเมื่อเข้าคู่กัน

ถ้าไม่มีตะกั่วและกรด ก็จะไม่มีแบตเตอรี่รถยนต์ และถ้าไม่มีแบตเตอรี่รถยนต์  ก็จะไม่มีอุปกรณ์ที่ทันสมัยหรืออุปกรณ์พื้นฐานที่จำเป็น อย่างเช่น ไฟหน้า ที่ต้องใช้ระบบไฟฟ้าในการทำงาน    คำถามคือ สารอันตรายทั้งสองตัวนี้ร่วมกันสร้างระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ที่เสถียรสุดๆได้อย่างไร?  คำตอบนั้น ง่ายมาก


ศาสตร์แห่งการเก็บพลังงานไฟฟ้า


แบตเตอรี่รถยนต์

แบตเตอรี่ไฟฟ้าเป็นภาชนะกักเก็บที่สามารถเก็บประจุไฟฟ้าและคายประจุให้แก่ load ได้ โดยแบตเตอรี่บางประเภทมีความสามารถในการผลิตกระแสไฟฟ้าได้เองจากส่วนประกอบพื้นฐานของมันทันที่ที่มีการใส่เข้าไป เราเรียกแบตเตอรี่ประเภทนี้ว่าแบตเตอรี่ปฐมภูมิและมันจะถูกกำจัดทิ้งทันทีหลังจากประจุหมด   แบตเตอรี่รถยนต์อยู่ในหมวดหมู่ของแบตเตอรี่ไฟฟ้าที่สามารถรับปะจุ, คายปะจุ, และรับปะจุซ้ำเรื่อยๆ ได้

แบตเตอรี่ทุติยภูมิเหล่านี้ใช้ปฏิกิริยาเคมี ผกผันได้ ที่ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่แบบชาร์จและแบบอื่น หรือพูดง่ายๆให้คนส่วนใหญ่เข้าใจได้ก็คือ แบตเตอรี่ AA หรือ AAA ที่คุณซื้อมาจากร้านค้า นำมาใส่รีโมท พอหมดคุณก็โยนทิ้งไป แบตเตอรี่ประเภทนี้คือ แบตเตอรี่ปฐมภูมิ

มันมีส่วนประกอบของคาร์บอน-สังกะสี หรือเซลล์สังกะสีและแมงกานีสไดออกไซด์ และสามารถจ่ายไฟโดยไม่ต้องมีการประจุ   เมื่อมันหมด คุณแค่โยนทิ้งไป (หรือกำจัดด้วยวิธีที่เหมาะสม)

คุณสามารถซื้อแบตเตอรี่ AA หรือ AAA แบบเดียวกันในรูปแบบที่ชาร์จได้ แต่ราคามันจะสูงกว่า   แบตเตอรี่ประเภทนี้มีส่วนประกอบของเซลล์นิกเกิลแคดเมียมหรือนิกเกิลเมตัลไฮไดร์   ต่างกับแบตเตอรี่ อัลคาไลน์  โดยแบตเตอรี่ NiCd และ NiMH ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าให้แก่ load ทันทีที่ใส่เข้าไปได้   แต่จะเป็นการที่กระแสไฟถูกจ่ายให้เซลล์ที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีภายในแบตเตอรี่แทน   คุณสามารถใส่แบตเตอรี่เข้าไปในรีโมทคอนโทรลและพอมันหมด คุณสามารถนำมาใส่เครื่องประจุและการใช้กระแสจะย้อนรอยกระบวนการเคมีที่เกิดขึ้นในระหว่างคายประจุ

แบตเตอรี่รถยนต์ที่ใช้ตะกั่วและกรดซัลฟูริกแทนนิกเกิล ออกซี่ไฮดรอกไซด์และอัลลอยที่ดูดซับไฮโดรเจน ทำงานคล้ายกับแบตเตอรี่ NiMH โดยเมื่อกระแสไฟฟ้าจ่ายสู่แบตเตอรี่ จะเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นและจะมีการเก็บประจุไฟฟ้า   เมื่อ load ต่อกับแบตเตอรี่ที่มีปฏิกิริยาผกผัน กระแสไฟจะจ่ายไปยัง  load


การเก็บพลังงานด้วยตะกั่วและกรด


แบตเตอรี่รถยนต์

ถ้าการใช้ตะกั่วและกรดในการเก็บประจุฟังดูโบราณ มันคงจะเป็นเช่นนั้นจริงๆ   แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดตัวแรกสร้างขึ้นในปี 1850 และแบตเตอรี่ในรถยนต์ของคุณใช้หลักการเดียวกัน  รูปแบบและวัสดุของแบตเตอรี่ค่อยๆพัฒนามาหลายปีแล้วแต่หลักการพื้นฐานของมันยังคงเหมือนเดิม

เมื่อแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดคายประจุ   electrolyte จะกลายเป็นกรดซัลฟูริกที่เจือจางมาก (H20 พื้นฐานส่วนใหญ่มี H2SO4 ลอยอยู่รอบๆ)   แผ่นตะกั่วที่ดูดซับกรดซัลฟูริกเปลี่ยนมาเป็นตะกั่วซัลเฟตและเมื่อกระแสไฟฟ้าจ่ายสู่แบตเตอรี่ กระบวนการนี้จะผกผันได้

แผ่นตะกั่วซัลเฟต (ส่วนใหญ่) แปลงกลับไปเป็นตะกั่วและกรดซัลฟูริกที่เจือจางกลับมาเข้มข้นมากขึ้น

นี่เป็นวิธีเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ไม่มีประสิทธิภาพ หากมองถึงเรื่องของความใหญ่และความหนักของเซลล์เมื่อเทียบกับปริมาณพลังงานที่พวกมันเก็บ  แต่มีเหตุผลสองข้อที่ทำไมจึงยังมีการใช้แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดอยู่ในปัจจุบัน   ข้อแรกคือ แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดต้นทุนการผลิตถูกกว่าแบตเตอรี่อื่นมาก   ข้อสองคือ แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดสามารถผลิตกระแสไฟที่ต้องการใช้ได้ ในปริมาณมากได้ทันที ซึ่งทำให้มันเหมาะกับการใช้เป็นแบตเตอรี่สตาร์ท


แบตเตอรี่ของคุณปล่อยประจุไฟฟ้าได้น้อยแค่ไหน


บางครั้งเราเรียกแบตเตอรี่รถยนต์แบบเดิมๆว่าแบตเตอรี่  “SLI” ซึ่งแบตเตอรี่ SLI ทำหน้าที่สตาร์ทและจุดไฟ และมันอธิบายจุดประสงค์หลักของแบตเตอรี่รถยนต์ได้ดีทีเดียว ว่างานหลักของแบตเตอรี่รถยนต์คือ การจ่ายไฟแก่มอเตอร์สตาร์ท, ไฟ, และจุดไฟก่อนเครื่องยนต์ทำงาน   หลักจากเครื่องยนต์ทำงานแล้ว ไดชาร์จจะจ่ายไฟที่จำเป็นทั้งหมดและแบตเตอรี่จะถูกประจุใหม่

กรณีนี้เป็นแบตเตอรี่ที่สามารถปล่อยประจุ(กระแส)ไฟฟ้าได้น้อย ที่จ่ายกระแสไฟปริมาณมากตูมเดียวสั้นๆและอันที่จริงแบตเตอรี่รถยนต์ถูกออกแบบมาให้ทำแบบนี้อยู่แล้ว   แบตเตอรี่รถยนต์ประกอบด้วยแผ่นตะกั่วบางที่เปิดรับการสัมผัส electrolyte ในปริมาณสูงสุดและจ่ายแอมแปร์สูงสุดที่เป็นไปได้เป็นเวลาสั้นๆ จุดนี้ค่อนข้างสำคัญเนื่องจากมีข้อกำหนดเรื่องกระแสไฟในปริมาณมากของมอเตอร์สตาร์ท

ตรงข้ามกับแบตเตอรี่สตาร์ท  แบตเตอรี่ที่สามารถปล่อยประจุ(กระแส)ไฟฟ้าได้มากเป็นแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดอีกประเภทที่ออกแบบมาให้ปล่อยประจุได้ “ มากกว่า” ปกติ   รูปร่างของแผ่นแตกต่างออกไป ไม่เหมาะที่จะจ่ายไฟในปริมาณมาก   กลับกันตรงที่มันถูกออกแบบมาเพื่อจ่ายไฟน้อยลงแต่ในเวลานานขึ้น   มีการปล่อยประจุมากขึ้นเพราะใช้เวลานานขึ้น แทนที่จะเป็นการปล่อยประจุโดยรวมมากขึ้น   ไม่เหมือนกับแบตเตอรี่สตาร์ท ที่มีการประจุใหม่อัตโนม้ติทุกครั้งหลังการใช้   แบตเตอรี่ที่สามารถปล่อยประจุ(กระแส)ไฟฟ้าได้มาก สามารถปล่อยประจุได้อย่างช้าๆ จนถึงระดับปลอดภัย ก่อนที่จะถูกประจุใหม่อีกครั้ง   คล้ายกับแบตเตอรี่สตาร์ท แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดที่สามารถปล่อยประจุ(กระแส)ไฟฟ้าได้มาก ไม่ควรปล่อยประจุต่ำกว่าระดับที่แนะนำ  ไม่อย่างนั้นจะเกิดความเสียหายแบบถาวร


รูปลักษณ์แตกต่างแต่มีเทคโนโลยีเดียวกัน


แบตเตอรี่รถยนต์

แม้เทคโนโลยีพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด จะยังคงมีอยู่เหมือนเดิมไม่มากก็น้อย ความก้าวหน้าในเรื่องวัสดุและเทคนิคทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมากมาย    แบตเตอรี่ที่สามารถปล่อยประจุ(กระแส)ไฟฟ้าได้มาก ใช้โครงสร้างแผ่นที่ต่างกันเพื่อให้เกิดการปล่อยประจุได้มากขึ้น รวมถึงความเปลี่ยนแปลงอื่นๆที่ทำให้หลายสิ่งล้ำขึ้นไปอีก

ความก้าวหน้าที่สุดของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด น่าจะเป็นแบตเตอรี่ชนิดมีวาล์วปรับแรงดันภายใน (VRLA) โดยมันยังใช้ตะกั่วและกรดซัลฟูริกอยู่แต่ไม่มีเซลล์เปียก และมีการใช้เจลเปียกหรือไม่ก็แผ่นกระจกดูดซับ (AGM) กับ electrolyte อีกทั้งมันยังมีกระบวนการทางเคมีพื้นฐานแบบเดียวกันแต่แบตเตอรี่เหล่านี้ไม่ปล่อยก๊าซเหมือนที่เกิดกับแบตเตอรี่เซลล์เปียกและก็ไม่เสี่ยงต่อการรั่วหากแบตเตอรี่คว่ำลงด้วย

แม้แบตเตอรี่ VRLA จะมีข้อดีมากมาย แต่ต้นทุนในการผลิตของมันสูงกว่าแบตเตอรี่แบบเซลล์เปิด   ในขณะที่เทคโนโลยีก้าวไปข้างหน้าไปไม่หยุด คุณเลือกได้ว่าจะขับรถไปพร้อมเทคโนโลยีใหม่ล่าสุดของยุค 1869 หรือจะใช้ไฟฟ้า