איסוף עצמי: רחוב מוטה גור 9 פתח תקוה

 

 

  

סוללות-מצברים יבשים - מאמר

דף הבית >> 35.מאמרים >> סוללות-מצברים יבשים - מאמר

מצברים

תוצאת תמונה עבור מבנה מצבר

סוללות - מצברים יבשים


הסוללה הראשונה שהומצאה על ידי אלכסנדר וולטה ב-1800 לא היתה אלא מצבור מגושם של תאים עם אלקטרודות של כסף ואבץ שהיו מופרדים על ידי עור של בעל חיים המושרה בנוזל, כגון מי מלח או בורית.
סוללה זו עברה תהליך של שיפורים במבנה וכן על ידי צירופים שונים של חומרי אלקטרודה-אלקטרוליט. היא קיבלה את הצורה של תא-לקלנשה, ששימש במשך שנים רבות בקווי טלגרף וברכבות וממנו התפתח לאחרונה הסוללה הנמצא בשימוש נרחב בימנו, הוא המצבר היבש.

תא לקלנשה מורכב מאלקטרודה פחמן הנתונה בצנצנת חימר נקבובית המכילה תערובת של פחמן טחון ומנגן דו חמצני. צנצנת חימר זו נתונה במיכל זכוכית גדול הממולא כדי מחציתו בכלוריד-האמוניה שבתוכו אלקטרודת אבץ.
התא (מצבר) היבש של של ימינו עשוי אמנם מאותם החומרים שמהם עשוי תא-לקלנשה, אך הוא פשוט יותר במבנהו, חזק יותר, עמיד יותר בטלטולים ויעיל יותר בפעולה ובניצול הכימיקלים הפעילים.

התנגדות הפנימית של מצבר משמשת בדרך כלל כסימן מובהק למצבו. כאשר המצבר חדש והתערובת הדביקה שבין מוט הפחמן ומיכל האבץ פעילה יותר, ההתנגדות נמוכה יחסית, אולם עם התפרקות של המצבר מתהוות בתערובת זו ריאקציות כימיות והיא נוטה להתייבש. כתוצאה מזה ממשיכה ההתנגדות הפנימית של המצבר לעלות.
עקב התבלות זו של המצבר, עולה מפל המתח הפנימי ועל ידי כך יורד המתח שבין ההדקים, כלומר מתח העומס,אפילו בשעורי פריקה קלים.

מסיבה זו מפסיק פנס כיס או מחשב נייד לפעול כאשר הסוללה נמצאת בשימוש זמן ממושך.

מקור המאמר: תורת המעגל החשמלי / צ.ס זיסקינד
 
מושגי יסוד:

אמפר שעה (AH) - כמות הזרם שניתן לפרוק ממצבר במשך 20 שעות עד למתח של 10.5V

לדוגמא:מצבר בקיבול של  100AH  יש לפרוק אותו ב- 5A כדי לקבל את הקיבול המוצהר.

  • זרם התנעה- נתון באמפר (A) כמות הזרם שניתן לפרוק ממצבר למשך זמן קצוב כפוף לתקן המוצהר.
  • קיבול רזרבי- (RC) - פריקת המצבר בזרם השווה ל -  25A עד למתח של 10.5V  למשך זמן מוצהר בדקות כלומר: 100RC הכוונה  ל- 100 דקות של פריקה.
  • מתח - מתח המצבר נקבע על פי המתח של תא אחד כפול מספר התאים . מתח תא= 2.1V המתחים המקובלים במצברי רכב הם בדרך כלל  6V  12V
  • חומצה גופריתנית - חומצה זו משמשת כאלקטרוליט למצבר. משקל הסגולי שלה תלוי ביעוד של המצבר.באזורים טרופיים מקובל לעבוד עם משקל סגולי בתחום: 1,250 - 1,260 ובאזורים קרים : 1,2470 - 1,280 .
  • לוח - תא המצבר בנוי ממספר לוחות חיוביים ושליליים. כמות הלוחות וגודלן בתא יקבע את קיבולו של המצבר.
  • טמפרטורה - הטמפרטורה משפיעה ישירות על מדידת מתח ומשקל סגולי. ככל שהטמפרטורה גבוהה כך ריכוז החומצה יורד ויחד איתו המתח.
  • חוצץ - החוצץ תפקידו לבודד בין הלוח החיובי לשלילי בכדי למנוע קצרים בין הלוחות .ישנם מספר סוגים של חוצצים הנבדלים בחומר ממנו הם עשויים ובצורתם.חוצץ המעטפה הינו החוצץ המקובל היום בתעשיית מצברי הרכב. החוצץ עוטף את הלוח משלושה צדדים כך שהוא מונע מצב של קצר בין הלוחות באופן מוחלט.
  • הרשת - רשת המצבר עשויה מסגסוגת עופרת שמשמשת כבסיס להחזקת החומר הפעיל ומעבר הזרם.התוספת לחיזוק הרשת משפיעות ישירות על עמידות הרשת ואיבודי מים. הסגסוגות המקובלות היום הינן אנטימון וקלציום כבסיס.האנטימון באחוז גבוה עוזר לחיזוק הרשת בצורה טובה אבל משפיעה מאוד על איבודי המים. קורוזיה ופריקה עצמית מואצת של מצבר . לעומתו הקלציום אינו משפיע על איבודי מים , עמיד מאוד בקורוזיה ומתאפיין בפריקה עצמית נמוכה ובמיוחד .
  • סימוני אזהרה - על גבי המצבר מסומנים סימוני אזהרה והנחייה לטיפול במצבר.בזמן טעינת המצבר ( ברכב או מחוצה לו) נפלטים גזי מימן וחמצן, תערובת של גזים הנ"ל שבאים במגע עם ניצוץ חשמלי או אש פתוחה, עלולים לגרום לפיצוץ. לכן יש צורך לנקוט באמצעי זהירות בזמן הטיפול במצבר.
    www.afik2.com,www.afik2.co.il

    מצבר עופרת
     
     
     
    מבנה המצבר
    תפקידו המרכזי של המצבר הינו מתן זרם לצורך הפעלת מערכות חשמל שונות.
    הסוללה הראשונה שהומצאה על ידי אלכסנדר וולטה ב-1800 לא היתה אלא מצבור מגושם של תאים עם אלקטרודות של כסף ואבץ שהיו מופרדים על ידי עור של בעל חיים המושרה בנוזל, כגון מי מלח או בורית..
    מצברי עופרת חומצה הם המצברים הנפוצים ביותר בעולם.ורק לאחרונה נוספו סוגים נוספים .


    מצבר עופרת – חומצה, מורכב משישה תאים בודדים של עופרת טבולה בחומצה,
    וכל תא מספק כ  2.1V.
    תיבת המצבר עשויה מחומרים פלסטיים, ובה שישה תאים במצבר של 12 וולט .
    בכל תא ישנם לוחות העשויים מרשת עופרת בתוספת חומרים מקשים.
    עופרת מחומצנת הינה החומר הפעיל בלוח המשמש כחיובי בניהם
    לוחיות ספוגיות המשמשות כשלילי  
    הלוחות טבולים בתמיסה נוזלית המורכבת מחומצה גופרתית ומים הידוע בשם אלקטרוליט.
    ע"י פעולה כימית וריאקציה בין חומרים אלו נוצר זרם חשמלי.
     
     
     
    חשוב שהמצבר יהיה מלא תמיד,ומערכת החשמל תפעל בצורה תקינה וללא בעיות . אם נאפשר למצבר להתרוקן ללא טעינה הכל יעצר ולא יתפקד .לכן אלטרנטור ברכב או מטען מצברים למערכות סולאריות צריכים להיות תקינים ומותאמים.
     
    סוגי מצברי  עופרת
     
     
    מצבר ללא טיפול Low maintanence או Maintanence free
    בעיקרון זהו מצבר רגיל מהסוג שתואר קודם אך סגור באריזה אטומה ללא פתח מילוי למים אך עם תוספת יתר של נוזל למקרה ויהיה אובדן מים תוך כדי שימוש. למצבר זה שסתום לפריקת לחץ במקרה של טעינת יתר. אם נזהרים לא להפעיל טעינה חזקה מדי ,אלא רק ברמה של אלטרנאטור במכונית בו הטעינה המכוונת ל - V13.8   ,אין סכנה לתופעת gassing.
     
    מצבר התנעה- Starting battery
    זהו מצבר חומצה נוזלית מהסוג שתואר בעל לוחות דקים יחסית, עם מרקם ספוגי וצפיפות נמוכה, אלו תכונות המאפשרות חשיפה ושטח מגע מקסימלי ומידי בין משטחי הלוח לנוזל המצבר, וכפועל יוצא כמות זרם רבה בזמן קצר. לצורך חיזוק מבני של החומר על הלוחות ,מוסיפים לעופרת חומר נוסף, דבר הגורם ליצירת זרם פנימי חלש בין שתי המתכות השונות,
    ובפועל תהליך תמידי של פריקה עצמית,
    העלול להגיע ,במזג אויר קיצי חם ל  1% 0.5%- מקיבולת המצבר ביום . 
    מצבר זה אינו מתאים לפריקה עמוקה , הפריקה העצמית במנוחה תגרום לקיצור דרסטי בחיי המצבר גם ללא שימוש במצבר. על כן הוא אינו אידיאלי לשימוש כמצבר house .אלא לרכב ומכשירי הנעה.

     
     
    מצבר פריקה עמוקה Deep Cycle Battery
    מצבר זה שייך למשפחת המצברים בעלי חומצה נוזלית, למרות שיש המייחסים תכונה זו גם למצברים מסוגים אחרים. מצברים אלה יכולים בהגדרה לעמוד בפריקה עמוקה, של 50% מהקיבולת באמפרים/שעה, ולעשות זאת פעמים רבות ללא נזק. מצבר מסוג זה יעשה מעל 700 מחזורי פריקה/טעינה והטובים שבהם אף 2000. בחלקם הם מיועדים לעגלות גולף, קלנועיות,מלגזות וכלים חשמליים אחרים ,

    יכולתם זו נובעת מכמה שינויים מבניים , העיקריים שבהם בלוחות: הם עבים יותר ובעלי צפיפות גדולה יותר ספוגיים פחות,
    ועל כן בעלי יותר חומר פעיל ועמידים יותר לאורך זמן בתהליך הכימי של פריקה וטעינה. כמו כן המבנה והמרכיבים שלהם, פנימיים וחיצוניים, עמידים וחזקים יותר. הם גם כבדים יותר,
    ובעניין זה יש כללככל שמצבר יותר כבד כך הוא יספק יותר מחזורי פריקה/טעינה.
    מאידך, מבנה לוחות זה גורם לכך שמצבר כזה אינו יכול לספק את אותה כמות זרם חזקה כמו מצבר התנעה רגיל באותו גודל, ותהליך הטעינה עשויי להיות מעט ארוך יותר עד להשלמתו.
     
     
     
    מצברי AGM - Absorbed Glass Mat
    מצברים אלה הם גירסה מתקדמת ומשופרת של מצברי הג'ל וזוכים להצלחה גדולה בשנים אחרונות כמחליפים בלתי מעורערים של אלה. כאן האלקטרוליט נספג בתהליך יצורו אל תוך לוחות סיבי זכוכית, במבנה פנימי של סנדוויץ דחוס ומוצק לחלוטין. הוא נחשב יעיל ועמיד יותר ממצברי ג'ל. הוא אטום גם ובעל שסתומי שחרור לחץ בחירום. ניתן להציבו בכל תנוחה ללא סכנת דליפת נוזלים או גזים רעילים, ובעל פריקה עצמית קטנה מאד.
    בדומה למצבר ג'ל גם רגיש לטעינת יתר/מתח גבוה אם כי פחות.יש כאלה שבמקום לוחות שטוחים יש להם לוח ספיראלי-מעגלי והוא נחשב בעל נצילות נפח טובה יותר. למרות התאמתו העיקרית להתנעה , יש חברות שטוענות לשיפורים שביצעו בו להתאמה טובה יותר למצבר house, ובכל מקרה הוא מתאים לכך הרבה יותר ממצבר התנעה עם נוזל.
    מצבר זקוק  בעיקר למשטר טעינה ופריקה נכונים ומבוקרים בהתאם לסוגם וגודלם.
    לבקרה מדויקת ואמיתית , רצוי להשתמש במכשיר משוכלל יותר ,המראה לא רק מתח V , אלא גם צריכת זרם עכשווית A וצריכה מצטברת ( A /hour ), וכן מראה בכל רגע כמה A /Hour 'חסרים' עד למילוי המצבר, הכול בשעון דיגיטלי אחד. נתון אחרון זה חשוב לשמירת בריאותו של המצבר ע"י מניעה של טעינת יתר או תת טעינה.
     
    יש לבחור את עוצמתם של המצברים בהתאם לצריכה. המקובל בממוצע ל- CRUISING 'רציני', פי שתיים וחצי לפחות מהצריכה היומית באמפר/שעה למצבר house
    יש לבחור את עוצמת המצברים לא חזקה מדי ליכולת הטעינה הממוצעת של האלטרנאטור או מטען מצברים , כדי למנוע מצב של תת-טעינה מתמשך. כאן המספרים פחות מדויקים באשר זה תלוי בסוג המצבר ובמשטר הטעינה שלו .בטעינת אלטרנאטור או מטען בעל וסת מתח מטען הקרוי רב שלבי יכול להוריד זאת ל- 18%-30% באלטרנאטור ואף פחות למטען stage 3 . מצברים יבשים ללא נוזל יכולים לספוג יותר זרם בטעינה יחסית לרטובים , ויטענו מהר יותר.

    יש להקפיד בחיבור חשמלי נכון וחזק ובכבלים מותאמים כבל מסוג רב-גידי ורצוי מצופים בדיל למניעת קורוזיה .
    חיבורי החשמל צריכים להיות מכוסים למניעת מגע ביניהם , וסכנת קצר.
    יש להציבם במקום ללא סכנת רטיבות, במקום מאוורר ( למצברים רטובים).
    יש לקבע ולעגן מצברים היטב , שלא יזוזו בטלטולים,
     
    אין לערבב מצברים מסוג שונה באשר כל סוג זקוק לטעינה במשטר אחר, ולעתים אף מתח, שונה.  בערבוב כזה תמיד יהיה אחד מהם שיזכה לטעינת יתר או תת-טעינה.
    יש להרחיקם ממקור אפשרי של אש , חום או ניצוץ חשמלי .
     
     מצברי ג'ל Gel
    זהו מצבר הפועל על עקרון זהה , אלא שהאלקטרוליט בתוכו הוא לא נוזל/חומצה אלא דמוי ג'לי. הלוחות מצופים חומר זה ,ויחד עם לוחות ההפרדה הם צמודים יחדיו כמו סנדוויץ' דחוס. בהיותו מוצק למחצה אין לאלקטרוליט יכולת חדירה ללוחות כמו לנוזל, ועל כן הלוחות דקים יותר והחומר עליהן פחות צפוף. היות ומבנה הסנדוויץ' מצטיין בחוזק פנימי, אין בלוחות אלה חומר מתכתי נוסף לחיזוקם כמו במצברים עם נוזל על כן אין כמעט במצבר זה פריקה עצמית, מקסימום 0.1% ליום . זה אומר שניתן להשאיר מצבר כזה ללא שימוש במשך שבועות רבים וחודשים ללא נזק למצבר.
     
    המצבר אטום ללא יכולת הוספת חומר. ניתן להציבו בכל תנוחה אך לא הפוך לחלוטין, ואין תופעת gassing של גזים מסוכנים המחייבים אוורור טוב של תא המצברים. בדומה למצבר סטרטר הוא נותן זרם רב , דבר המייעד אותו בעיקר להתנעה או לצרכן חזק במיוחד למערכות סולאריות, כמצבר house הוא טוב הרבה יותר ממצבר רגיל  , ויכול לספק עד 600 מחזורי פריקה עמוקה ,
    מגבלתו המרכזית היא חוסר עמידותו בטעינת יתר. שלא כמו כל המצברים שהוזכרו קודם, מתח טעינה מעל V 14.1   יגרום למצבר זה gassing, ובלא יכולת השלמת אלקטרוליט יגרם למצבר נזק בלתי הפיך.
     
     
     
    המצברים הם "מיכל הדלק" של הכלים החשמליים. המצברים מגדירים את: טווח

    הנסיעה,המשקל והמחיר של הכלי, לכן חשוב להכיר את סוגי המצברים ותכונותיהם

    ולדעת לקרוא את נתוני היצרנים ומשמעותם על ביצועי הכלי.
     
    סוגי מצברים

    ישנם ארבעה סוגי מצברים נטענים:

    מצבר חומצה- .Lead Acid (PbA)


    ניקל מטאל- Nickel Metal Hydride (NiMH).

    ניקל קדיום - Cadimium (NiCad) .Nickel

    ליתיום- Lithium-ion או Lithium Polymer.
     
    במשך שנים רבות, מצברי החומצה היוו את הבסיס האנרגטי של כלי הרכב החשמליים.

    מחירם הנמוך יחסית, זמינותם הגבוהה ויכולתם לספק זרם גבוה בפרק זמן קצר היוו

    מקור להצלחתם.
     
     
     
    למצברי חומצה מספר חסרונות :

    מספר מחזורי טעינה קטן (250-500 מחזורים ), ניצולת קטנה (60-70 אחוז מתכולת

    האמפר שעה של המצבר באמת ניתנים לניצול ממשי ) ,הצורך להטעין את המצבר

    מיד לאחר השימוש. החיסרון הגדול ביותר, יחס משקל לתכולת אנרגיה נמוכה מאוד

    דבר המצריך כמות גדולה של מצברים ומעלה את משקל הכלי. חסרונות אילו הביאו

    לפיתוחם של סוגי מצברים נוספים.

    הוותיק שביניהם הוא מצבר הניקל קדיום. מצברים אילו ידועים במספר מחזורי טעינה

    טוב יותר ממצברי החומצה וחסרונם העיקרי הוא שהם סובלים מתופעת "הזיכרון".

    מחליפם של מצברי הניקל קדיום הוא הניקל מטאל לפי שמם, אפשר להבין שהם

    מאותה משפחה.
     
    יתרונותיהם העיקרים הם קיבולת אנרגיה גדולה ביחס למשקל והיותם ידידותיים לסביבה.

    המלך החדש של עולם המצברים הנטענים הינו מצבר הליתיום לשלוחותיו השונות מצבר זה

    מכיל פי שלוש יותר אנרגיה ממצבר הניקל מטאל.
     
    מושגי יסוד במצברים
     
    המתח

    מצבר מורכב מתאים בודדים המחוברים יחדיו. לכל תא יש מתח מסוים התלוי בסוג החומר

    ממנו הוא עשוי.

    lead acid כל תא הוא בין V2

    NiCad/NiMH כל תא הוא בין V1.2

    Lithium כל תא הוא בין V3.6

    תא מצברים טיפוסי לקורקינט או אופניים חשמליות הוא בין 36 ,24,או 48 וולט (V).

    כדי לקבל מתח זה אנו צרכים לחבר מספר תאים בטור.

    לדוגמא כדי להגיעה ל V36 צריך:

    18 תאי מצבר של lead acid.

    30 תאי מצבר של NiCad/NiMH.

    10 תאי מצבר של Lithium .
     
     
    אמפר שעה (HA)

    אמפר שעה הוא למעשה תחולת האנרגיה החשמלית של המצבר. משמעות הדבר היא

    כמה זרם יכול המצבר לספק במשך שעה.

    דוגמא : מצבר 10 HA 12v יכול לספק A10 למשך שעה או לחילופין זרם של A5

    למשך שעתיים.

    כמובן שזה תיאורטי בלבד מכיוון שהתגובה של המצבר היא לא ליניארית.

    כדי להשוות מערכות שונות נהוג להכפיל את המתח בזרם ולקבל את ההספק של

    המערכת בוואטים.

    I – זרם.

    V – מתח .

    W – הספק.

    I X V = W


    www.afik2.com   03-6323266
לייבסיטי - בניית אתרים