12-volts batteriteknologi

24 / 08 / 2020

Marketing

Blyakkumulatoren ble oppfunnet så tidlig som i 1859. På folkemunne kalles den gjerne «bilbatteri» siden den har vært en sentral komponent i nesten alle typer biler, inkludert hybrider og elbiler. Selv om hybrid- og elbiler bruker litiumionebatterier og nikkel-metallhydridbatteri til å lagre energi og drive kjøretøyet, brukes det pålitelige 12-voltsbatteriet fremdeles som strømkilde for bilens 12-volts elektriske anlegg.

Her tar vi en kikk på teknologien i 12-voltsbatteriet og fremtidige strategier som utforskes, sammen med tekniske eksperter fra Autodata.

En 12-volts blyakkumulator har ingen bevegelige deler i det hele tatt innvendig. Den består av seks galvaniske celler som kan ha en spenning på opptil 2,1 volt hver. Hver av cellene har en positiv plate med belegg av blydioksid og en negativ blyplate, skilt av et gitter og et isolerende materiale som kalles separator. Hele strukturen er bygget inn i en kasse av hardplast fylt med en væskeløsning som kalles elektrolytt, som består av svovelsyre og vann. Når en ladning på over 2,1 volt tilføres hver av cellene, utløses en kjemisk reaksjon inni batteriet som produserer elektrisk energi som er klar til bruk.

UK battery diagram

1. Galvanisk celle 2. Positiv plate med belegg av blydioksid 3. Negativ blyplate 4. Gitter 5. Separator 6. Blyplate

Siden blyakkumulatoren ble oppfunnet, har det knapt blitt gjort noen nevneverdige oppgraderinger av utformingen. Et relativt stort skritt var at man på midten av 1970-tallet tok i bruk «vedlikeholdsfrie» eller «forseglede» blyakkumulatorer. Det er imidlertid ikke helt nøyaktig å kalle batteriene forseglede, siden også såkalte vedlikeholdsfrie eller forseglede batterier har sikkerhetsventiler som slipper ut innvendig trykk hvis det oppstår situasjoner med overladning eller cellefeil. Nettopp derfor kalles et slikt batteri også «ventilregulert blysyrebatteri» (valve regulated lead acid – VRLA).

Det som gjør at VRLA-batteriet er vedlikeholdsfritt – dvs. ikke trenger å etterfylles med destillert vann – er den kjemiske reaksjonen som skjer når oksygenet som dannes på den positive platen, kombineres med hydrogenet som frigjøres fra den negative platen. Denne syntesen mellom de to stoffene danner vann som resirkuleres av batteriet, hvilket gjør det vedlikeholdsfritt.

Uten å bevege seg så langt bort fra kjemien i VRLA-batteriet er det samme konseptet videreutviklet i gelebatterier og batterier med absorberende glassmattte (AGM). Gele- og AGM-batterier kategoriseres også som forseglede og ventilregulerte batterier, men det er likevel betydelige forskjeller mellom de to. Syren i gelebatteriet er blandet med silika slik at de sammen danner en tyktflytende masse, mens AGM-elektrolytt er absorbert i en gitterformet separator av glassfiber.

Disse teknologiske nyvinningene har mange fordeler: Begge batteriene er praktisk talt vedlikeholdsfrie, tåler vibrasjon, har ingen frittflytende væske som kan lekke, og kan trygt brukes i områder med begrenset ventilasjon. Siden AGM-batteriet kan levere høy startstrøm og lades veldig sakte ut, er det bilbransjens førstevalg og ofte brukt i kjøretøy med stopp/start-system og regenerert bremsing.

Det er verdt å nevne at kjøretøy som er utstyrt med batteriovervåkningssystem, må kalibreres på nytt hver gang batteriet fornyes. Batteriovervåkningssystemer gir nøyaktig informasjon om batteriets ladestatus samtidig som det tar batteriets aldring i betraktning. Verdier som strømstyrke og batteridata må tilbakestilles med diagnoseutstyr. Hvis dette ikke gjøres, kan det oppstå overladning, som vil føre til at batteriets levetid kortes ned.

Det anbefales å være forsiktig ved bruk av eksterne batteriladere siden VRLA-batterier er beregnet på lav ladestrømstyrke og sakte lading. Bruk intelligente batteriladere som kan regulere spenning og ladestrøm automatisk, for å unngå skade på batteriet. Hvis det er tvil omkring kompatibilitet og bruk, følg anbefalingene fra produsenten av produktet.

Fremtiden

Bilbransjens jakt på neste steg i utviklingen av batteriteknologien fortsetter. Det store målet er å finne opp et batteri som kan lagre store mengder elektrisk energi samtidig som det kan fullades relativt fort. Her følger en kortfattet oversikt over noen av de nye strategiene og elementene som prøves ut:

• Faststoffbatterier (solid state) erstatter elektrolytten i dagens batterier med et fast stoff for å oppnå høyere energitetthet. Siden driftstemperaturene er lave, reduseres faren for brann eller eksplosjoner. Disse batteriene forventes å få lengre levetid, og regnes også som billigere å produsere enn eksisterende batterier.

• Silisiumbaserte batterier bruker silisium i litiumionebatteriet. Det fører til at ladekapasiteten øker, noe som gir et batteri som varer betydelig lengre mellom oppladinger. Silisium er et materiale som er tilgjengelig i rikelige mengder, slik at dette også er et veldig gjennomførbart alternativ.

• Fluoridionebatterier sies å kunne lagre opptil ti ganger mer energi enn dagens litiumionebatterier. Foreløpig fungerer imidlertid fluoridionebatterier bare ved høye temperaturer. Det må utarbeides en løsning på denne temperaturbegrensningen før denne teknologien kan bli et realistisk alternativ.

Selv om 12-voltsbatteriet er svært moden teknologi, er det fremdeles rom for forbedringer, og historien har vist at perfeksjonering av batterier kan være en sakte og møysommelig prosess. Betydelige fremskritt i fremtidens batteriteknologi vil neppe skje over natten, og bilbransjen regner med at det kan ta flere år – kanskje tiår – å få de nye løsningene på plass .

Autodatas egen modul for frakobling og tilkobling av batteri gir teknikerne all informasjonen de trenger for å arbeide effektivt og med gode resultater på dagens batterier. Blant funksjonene er diagrammer som viser plasseringer og prosedyrer for frakobling av batterier, instruksjoner for å klargjøre batteriet til frakobling, og en liste over elektriske komponenter som må tilbakestilles etter at batteriet er koblet til igjen.