12-voltsbatteriteknik

24 / 08 / 2020

Marketing

Ända sedan 1859 har blysyrabatteriet varit en central komponent i nästan varje typ av motorfordon, inklusive hybrider och elbilar. Även om hybrider och elfordon använder litiumjon- och nickelmetallhydridbatterier för att lagra energi och driva fordonet framåt, används fortfarande det tillförlitliga 12-voltsbatteriet till att driva fordonets 12-voltssystem.

Tillsammans med tekniska experter från Autodata tar vi här en titt på 12-voltsbatteritekniken och de framtida strategier som håller på att utforskas.

Blysyrabatteriet på 12 volt innehåller inga rörliga delar. Det består av sex galvaniska celler, och varje cell har en spänning på 2,1 volt. I varje cell finns en positiv platta täckt med ett lager av blyoxid och en negativ platta av rent bly. Plattorna skiljs åt av ett galler samt ett isolerande material benämnt separator. Plattorna, gallret och separatorn är inneslutna i ett hölje av hårdplast, fyllt med en vätska som kallas elektrolyt och består av svavelsyra och vatten. När en spänning som är större än 2,1 volt ansluts till cellerna sätts en kemisk reaktion igång inne i batteriet. Den kemiska reaktionen skapar elektrisk energi som är redo att användas.

12V battery diagram

1, Galvanisk cell 2, Positiv platta täckt med blyoxid 3, Negativ blyplatta 4, Galler 5, Separator 6, Blyplatta

Sedan blysyrabatteriet uppfanns har inte mycket hänt inom designutvecklingen på området. I mitten av 1970-talet togs dock steget till “underhållsfria” eller “förslutna” blysyrabatterier. Termen “förslutna” är dock inte helt korrekt eftersom – trots terminologin – underhållsfria eller förslutna batterier är försedda med säkerhetsventiler, som släpper ut övertryck vid laddning vid för hög spänning, eller vid cellfel. Av just den här anledningen kallas dessa batterier även för “ventilreglerade” blysyrabatterier (VRLA).

Det som gör VRLA-batterierna underhållsfria – dvs vattenpåfyllnad är inte nödvändig – är den kemiska reaktion som sker när syrgasen, som bildas på den positiva plattan, kombineras med vätgasen, som bildas på den negativa plattan. Vattnet som bildas vid syntesen mellan de två gaserna återvinns av batteriet, vilket gör att underhåll inte behövs.

Gel- respektive AGM-batterier har i stort sett samma kemiska sammansättning som VRLA-batterier och utvecklades från samma koncept. Gel- och AGM-batterier kategoriseras också som förslutna och ventilreglerade batterier. Det finns dock avsevärda skillnader mellan de två typerna. Syran i gelbatteriet kombineras med kisel så att den gelatinerar sig, medan AGM-batteriets elektrolyt sugs in i en separator som består av en glasfibermatta.

Detta innovativa tekniska framsteg innebär en mängd fördelar. Båda batterierna är praktiskt taget underhållsfria, vibrationståliga, har ingen fri vätska som kan läcka, och kan användas utan risk i utrymmen med begränsad ventilation. Eftersom AGM-batteriet erbjuder större strömkapacitet, samtidigt som det laddas ur mycket långsamt, är det fordonsbranschens förstahandsval och används ofta i fordon med stopp-/startteknik.

Här är det värt att notera att fordon med batteriövervakningssystem måste omkalibreras varje gång batteriet byts ut. Batteriövervakningssystem ger exakt information om batteristatus, samtidigt som de tar med batteriets ålder i beräkningen. Värden som spänning och batteriinformation måste därför återställas med hjälp av diagnostisk utrustning vid varje batteribyte. Annars finns det risk att batteriet kan överladdas, något som leder till att det slits ut i förtid.

Var uppmärksam när du använder externa batteriladdare, eftersom VRLA-batterier är avsedda att laddas långsammare och vid lägre spänning. Smarta batteriladdare justerar automatiskt spänning och strömstyrka för att förhindra att batteriet skadas. Om du är osäker på en laddares kompatibilitet och användning ska du följa tillverkarens rekommendationer.

Framtiden

Fordonsbranschens jakt på nästa genombrott inom batteriteknik fortsätter. Det konkreta målet är utvecklingen av ett batteri som kan lagra stora mängder elektrisk energi samtidigt som det kan laddas upp helt på kort tid. Följande exempel ger en snabb överblick över några av de nya strategier och komponenter som utforskas:

• I batterier i så kallat “fast tillstånd” ersätts elektrolyten i traditionella batterier med ett fast ämne, vilket ger ökad kapacitet. Eftersom driftstemperaturen är låg minskas risken för brand och explosion. Dessa batterier tros ha längre livslängd och anses även billigare att producera än traditionella batterier.

• Kiselbaserade batterier är litiumjonbatterier som innehåller kisel. Detta ökar laddningskapaciteten, vilket gör att batterierna kan användas betydligt längre innan de behöver laddas om igen. Kisel är en råvara som finns i överflöd, vilket gör detta till ett mycket hållbart alternativ.

• Batteriteknik baserad på fluoridjoner sägs kunna lagra upp till tio gånger mer energi jämfört med dagens litiumjonbatterier. De fluoridjonbatterier som finns idag fungerar bara vid höga temperaturer – ett problem som först måste lösas innan den här batteritekniken kan bli en realistisk lösning.

Trots 12-voltsbatteriets anmärkningsvärda ålder finns det fortfarande utrymme för förbättringar. Historisk erfarenhet visar att strävan efter batteriperfektion är en långsam och noga avvägd process. Betydande framsteg inom batteriteknik sker knappast över en natt – inom industrin väntas dessa framsteg ske i etapper om flera år eller till och med årtionden.

Autodatas modul för bortkoppling och återanslutning av batterier förser mekaniker med all den information de behöver för arbeta effektivt och framgångsrikt med dagens batterier. Här hittar du diagram med platsanvisningar och arbetsmoment för bortkoppling av batterier, instruktioner om förberedelser innan batteriet kopplas bort, samt en lista över de elkomponenter som måste återställas efter att batteriet har återanslutits.