بطاريات الرصاص - Lead Acid Batteries

بطاريات الرصاص – Lead Acid Batteries

بطارية الرصاص أو المركم الرصاصي : هي بطارية يستخدم فيها أقطاب على شكل ألواح من الرصاص و أكسيد الرصاص مغموسة في محلول الكهرل وهو عبارة عن حامض الكبريت المخفف. تحتوي بطارية الرصاص على ست خلايا كل خلية تخزن 2.1 فولت و يكون إجمالي فولتية البطارية 12.6 فولت. ويوجد في البطارية قطبان من أعمدة الرصاص أحدهما موجب و الآخر سالب.

بطاريات الرصاص رخيصة الثمن مقارنة بالبطاريات الأخرى ثقيلة الوزن وذات قدرة تخزينية ضئيلة بالنسبة لوزنها تعمر طويلا ومن بين استخداماتها بدء تشغيل السيارات و أجهزة الانفرتر.

تم اختراع هذا النوع من البطاريات عام 1859 من قبل المخترع الفرنسي جاستون بلانتي و لازالت تستعمل حتى يومنا هذا.

التفاعلات الكيميائية:

عند تشغيل البطارية تجري التفاعلات التالية:

القطب السالب يتفاعل لوح الرصاص مع أيون الكبريتات وينتج عنه كبريتات الرصاص و2 إلكترون سالب.

القطب الموجب يتفاعل أكسيد الرصاص مع أيون الكبريتات مع 4 أيون من الماء موجب الشحنة مع 2 إلكترون سالب الشحنة وينتج عنه كبريتات الرصاص و 6 وحدات ماء.

وعند شحن البطارية يتم التفاعل حسب المعادلة التالية:

حيث يتفاعل الرصاص مع أكسيد الرصاص مع حامض الكبريتيك وينتج عن هذا التفاعل كبريتات الرصاص و ماء + طاقة.

يكون فرق الجهد في المعادلة الأولى – 0.36 فولت
يكون فرق الجهد في المعادلة الثانية + 1.68 فولت

ويصبح فرق الجهد بين القطبين = 1.68- ( - 0.36 ) = 2.04 فولت

يتفاعل أكسيد الرصاص مع حامض الكبريتيك حتى في حالة عدم استخدام البطارية و ينتج عن هذا التفاعل تفريغ بطيء للبطارية.

أنواع بطاريات الرصاص:

البطاريات التقليدية – Starter batteries مصممة لتخزين سعة معينة وتفريغها بسرعة تستخدم عادة في السيارات وتسمى بطارية بدء التشغيل وتستخدم حامض الكبريت.العمر الافتراضي لهذا النوع 1 سنة.

البطاريات ذات الدورة العميقة - Deep cycle وهي مخصصة لعمليات التفريغ البطيء و بتيار منخفض و تكون ألواح هذا النوع من البطاريات ذات سماكة أكبر بكثير من البطاريات التقليدية و هي أي هذا النوع من البطاريات الذي ينصح باستخدامه لتشغيل الانفرتر.هذه البطاريات ذات صمام تنظيمي وتنضم إلى فئة البطاريات ذات الصيانة المجانية وهي نوعين بطارية الجل – Gel battery وتستخدم السيليكات مضافا إلى الكهرل و هي غالية الثمن وتعمر طويلا إذا تم إتباع إرشادات المنتج للشحن والتفريغ وعيبها أنه لا يمكن عمل صيانة لها.النوع الثاني AGM.

العمر الافتراضي لبطاريات الدورة العميقة التي تستخدم الجل 8 سنوات أما إل AGM عمرها الافتراضي 10 سنوات.

سأتناول بالتفصيل النوع الأول من البطاريات وهو الأكثر استخداما لجهاز الانفرتر في قطاع غزة.

البطارية التقليدية و الانفرتر أسئلة و أجوبة:
أعزائي سأقوم بتوضيح بعض الأمور المتعلقة بالبطاريات التي تستخدم لتشغيل الانفرتر بصيغة سؤال و جواب.

( تنبيه:بطاريات الرصاص تحتوي على حامض الكبريت و هو مادة سامة و حارقة لذا يجب الحذر عند التعامل مع هذه البطاريات بإرتداء قفزات عازلة وملابس تغطي الجسم بشكل كامل كما ينصح بإرتداء نظارات لوقاية العينين أتمنى السلامة للجميع.)

كيف أشتري بطارية لاستخدام الانفرتر؟

طبعا جوابي هو يفضل شراء بطارية جل و لكن للأسف ثبت أن معظم بطاريات الجل الموجودة في قطاع غزة ليست جديدة بل مجددة الهيكل و من خلال تجربة الكثيرين لم تعمر طويلا كما هو مفترض.لذلك أنصح بشراء بطارية تقليدية و يجب مراعاة التالي عند الشراء:

السعة التخزينية للبطارية المراد شرائها و تقاس ب Ampere-Hour والتي تلبي احتياجات استخدامك في حالة انقطاع التيار الكهربائي. أنصح بشراء عدة بطاريات معتدلة السعة التخزينية و توصيلها على التوازي بدلا من شراء بطارية واحدة ذات سعة عالية.على سبيل المثال إذا أردت أن تشتري بطارية 220 AH  يفضل شراء بطاريتين 110 AH وتوصيلهما على التوازي ( ينصح بعدم توصيل بطارية قديمة مع بطارية جديدة أو بطاريتين من ماركتين مختلفتين على التوازي ).

شراء بطارية فارغة من الحمض ومغلفة تفُتح أمامك وتعبأ بالحمض لأن عمر البطارية يبدأ في اللحظة التي يضاف إليها الحمض نتيجة للتفريغ الذاتي حتى في حالة عدم الاستخدام و بالتالي لأنصح بشراء البطاريات ذات الصيانة المجانية -  Maintenance free و المزودة بالحمض مسبقا لهذا السبب.
بعض أجهزة الانفرتر تعمل على 24 فولت ( بطاريتان توصلان على التوالي ) أو 36 فولت ( 3 بطاريات توصل على التوالي ).

كيف أوصل البطارية مع الانفرتر؟

الانفرتر مزود بعدد 2 كابل ينتهي كل منهما بمربط. كابل لونه أحمر و يمثل الطرف الموجب و بالتالي يربط في القطب الموجب في البطارية .كابل لونه أسود و يربط في القطب السالب في البطارية.يوصل الطرف الموجب قبل السالب.يجب الحذر عكس الأقطاب يؤدي إلى تدمير البطارية وفي بعض الأحيان قد تنفجر البطارية.

كيف أشحن البطارية ؟

موضوع شحن البطارية هو المهم في موضوع البطاريات لأن غالبية البطاريات تعطل بسبب أخطاء في عملية الشحن. إليكم بعض الملاحظات حول هذه العملية:

يجب استخدام شاحن يتلائم مع سعة البطارية المستخدمة حيث لا ينصح بشحن البطارية بما يزيد عن نسبة 10% من سعتها التخزينية . لنفترض أنك تملك بطارية سعتها 100 AH إذا لا بد أن يكون الشاحن ذو شدة تيار لا تزيد عن 10 أمبير.للأسف يلجأ مصنعي أجهزة الانفرتر بتزويد هذه الأجهزة بشاحن عالي الأمبير لزيادة سرعة الشحن و تقليص عدد ساعاته وهذه ظاهرة غير صحية للبطارية و تؤدي إلى التلف السريع.

الجزء الأكبر The bulk من عملية الشحن يتم بتيار ثابت يؤدي إلى زيادة في فولت البطارية و يمكن للخلية الواحدة استيعاب حتى 2.4 فولت في درجات الحرارة المعتدلة أي إجمالي 14.4 فولت للبطارية و هو الفولت الذي يجب عنده وقف عملية الشحن بعض البطاريات مثل الجل تصل حتى 14.8 فولت.

يأتي بعد ذلك عملية الامتصاص The absorption وهي تزويد البطارية بفولت ثابت و تيار منخفض حتى شحن البطارية بالكامل.

بالإضافة للعمليتين السابقتين هنالك عمليتان اختياريتين .الأولى عملية التوازن أو المعادلة Equalizing تعمل على موازنة فولتية كل خلية والثقل النوعي للحمض في الخلية. النوع الثاني الطفو Float وذلك بتخفيض الفولت و الحفاظ على البطارية ممتلئة.

بالطبع هذه العمليات غير متوفرة في جميع أنواع أجهزة الانفرتر غالبية الأجهزة تقوم بالشحن حسب العملية الأولى أي عند وصول الفولت لحد معين يتم فصل عملية الشحن. بعض الأجهزة المحترفة تستخدم المراحل الأخرى من عملية الشحن ويكون ثمنها أعلى من الأجهزة العادية.

أفضل طريقة لشحن البطارية هي الشحن البطيء باستخدام شاحن خارجي ذو فولتية ثابتة لأن الحمض يحتاج إلى وقت طويل للتفاعل مع ألواح الرصاص و بالتالي الشحن البطيء لا يجهد الألواح.

ما هو الفولت المثالي للبطارية الممتلئة ؟

13.2 فولت هو الفولت المثالي للبطارية التقليدية حين امتلائها أي بواقع 2.2 فولت لكل خلية.شحن البطارية حتى 12.60 فولت كما ينصح البعض لن يصل بالبطارية إلى حالة الإمتلاء التام و سوف يقلل من عمر البطارية الزمني.

متى تعتبر البطارية فارغة ؟

البطارية تعتبر فارغة عند 11.89 فولت أي بواقع 1.98 فولت لكل خلية وهنا يجب الحذر أن معظم أجهزة الانفرتر تقوم بالإنذار بتفريغ البطارية عند 11.5 فولت أو أقل وهذا سبب مهم في سرعة تلف البطارية.

 كيف يتم فحص البطارية ؟

يتم فحص البطارية من قبل المختصين بواسطة جهاز يدعى الهيدروميتر HYDROMETER وهذا الجهاز يقرأ الثقل النوعي للحمض بحيث تكون البطارية ممتلئة عند 1.265 حسب تدريج الجهاز و فارغة  عند  1.120 حسب تدريج الجهاز. أو يمكن فحص البطارية بواسطة الفولتميتر VOLTMETER ويفضل أن يكون رقمي والبطارية تعتبر ممتلئة بحد أقصي 13.2 فولت و فارغة بحد أدنى 11.89 فولت.

كما يمكن فحص البطارية بإجراء امتحان أحمال LOAD TEST وذلك بتحميل البطارية بحمل معلوم وحساب الوقت اللازم لتفريغ البطارية حتى 20% من سعتها التخزينية. يجب شحن البطارية مباشرة بعد إجراء هذا الفحص كي لا تتلف البطارية.

هل بالإمكان زيادة عمر البطارية ؟

ذكرت في موضوعي السابق عن الانفرتر عدم تفريغ البطارية لأكثر من 80% من سعتها التخزينية و بمداخلة من صديقي المهندس/ حسن عبيد قدم نصيحة بأن لا يزيد مستوى السحب من البطارية عن 40% وهذا يزيد من عمر البطارية الضعف.

شحن البطارية شحن بطيء يزيد من عمر البطارية.

شحن البطارية مباشرة بعد تفريغها لمنع كبرته الخلايا ( تكون طبقة من الكبريت على الخلايا يحد من عملية الشحن و التفريغ مما يؤدي لتلف البطارية ).

فحص مياه البطارية بشكل دوري انخفاض الحمض عن مستوى معين فوق الخلايا يتلف البطارية و ينصح بتزويد البطارية بماء مقطر و يجب أن لا يزيد مستوى الماء عن العلامة المحددة لكل خلية.

الحرارة العالية تساعد على تآكل الخلايا الموجبة لذا يجب وضع البطارية في بيئة هوية كما لا يجب وضع البطارية على سطح إسمنتي مباشرة فهذا يزيد من نسبة التفريغ الذاتي.

فحص المرابط و الأقطاب باستمرار وتنظيفها يجعل عملية الشجن والتفريغ سلسة.ويمكن تنظيف المرابط بواسطة فرشاة بعد وضع الماء وكربونات الصوديوم على المرايط و الأقطاب.

عدم شحن البطارية بشكل زائد.

وصول فولت البطارية إلى 10.5 فولت يعني موت البطارية.

ما هي أسباب تلف البطارية ؟

نقص الكهرل نتيجة للحرارة الزائدة.

كبرته الرصاص نتيجة لترك البطارية بدون شحن لفترة طويلة.

استخدام مياه الماسورة العادية لتزويد النقص في البطارية.

شحن البطارية بمعدل يزيد عن 10% من سعتها التخزينية.

الحرارة العالية أو التجمد.

العمر الزمني فبعد العمر الافتراضي للبطارية لا تتوقع منها الكثير من الكفاءة.

وصول فولت البطارية تحت الحد المسموح فيه للتفريغ.

في حال تلف البطارية هل أتخلص منها ؟

تلف البطارية و عدم قدرتها على تشغيل الانفرتر لا يعني أنه لا يمكن استعادة و لو جزء بسيط من كفاءتها و لكن هذا يرجع إلى الشخص مالك البطارية و ما مدى معرفته ببعض الأمور البسيطة في مجال البطاريات. بحيث يمكن استخدام هذه البطارية في مجالات أخري مثل إنارة  LED على سبيل المثال.

كيف أستعيد كفاءة البطارية ؟

هناك عدة طرق قد تكون واعدة لاستعادة البطارية و لو بشكل نسبي أهمها:

فحص السائل و تزويد البطارية بالماء المقطر إذا لزم و وضع البطارية على شاحن بطئي جدا لعدة أيام.

إضافة ملح إنجليزي - Epsom Salt للخلايا عدد 2 ملعقة طعام و شحن البطارية على البطيء.هذه الطريقة مجربة وتستعيد البطارية لمرة واحدة فقط.

استخدام جهاز خاص يسمى Desulfator لإذابة الكبريتات المتكدسة على الخلايا.

إضافة عصير ليمون صافي بواقع فنجان قهوة صغير للخلية التي لا تعمل وشحن البطارية بعد ذلك بصراحة هذه الطريقة جربتها وحصلت عل نتيجة أدت لإستعادة 3 بطاريات من أصل أربعة.

بالطبع الطرق المذكورة أعلاه قد تنجح أو لا تنجح حسب حالة البطارية.
كيف أعرف الخلايا التي لاتعمل أو غير نشطة ؟
وضع البطارية على الشاحن لعدة ساعات بعد ذلك تفتح أغطية الخلايا الستة بحذر و ملاحظة السائل داخل الخلية.السائل في الخلية النشطة يكون في حالة حركة نتيجة للتفاعلات داخل الخلية ( فقاعات ). الخلية الخاملة تكون في حالة سكون. كما يمكن الفحص بواسطة الطرق التي ذكرتها سابقا.  

في النهاية أرجو أن أكون قد غطيت و لو جزء بسيط بخصوص بطاريات الرصاص . و أنا على استعداد للإجابة على استفساراتكم و أسئلتكم من خلال صفحتي على الفيسبوك باسم خريس أو جوجل+ BASEM .