แบตเตอรี่ในรถยนต์

Posted on : 08-11-2012 | By : Author | In : การดูแลรักษารถ

แบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันอย่างกว้างขวาง แต่เรามักมองไม่เห็นความสำคัญ ในรถยนต์แบตเตอรี่นับได้ว่าเป็นหัวใจของระบบไฟฟ้า เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานในการหมุนให้เครื่องยนต์ติดเครื่องได้ หลักการทำงานของแบตเตอรี่กล่าวโดยง่ายๆ คือการเปลี่ยนพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเมื่อเครื่องยนต์ทำงานแล้ว เยนเนอเรเตอร์(Gennerator) จะเปลี่ยนพลังงานกลที่เหลือใช้เป็นพลังงานไฟฟ้า แล้วมาเก็บไว้ในแบตเตอรี่ในรูปของพลังงานเคมีไว้ใช้ต่อไป

ปฏิกิริยาเคมี  จะขอกล่าวถึงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในแบตเตอรี่อย่างย่อๆ พอเป็นสังเขปซึ่งสรุปได้ดังรูปที่ 1 ในแบตเตอรี่จะมีแผ่นบวกทำด้วยตะกั่วเปอร์อ๊อกไซด์ (PbO₂) มีสีน้ำตาล แผ่นลบทำด้วยตะกั่วพรุน (Pb) มีสีเทา น้ำยาเคมีที่ใช้เป็นกรดกำมะถัน (H₂SO₄)

ขณะที่จ่ายไฟจะมีปฏิกิริยาเกิดขึ้นดังนี้

1. อ๊อกซิเจน(O) จากตะกั่วเปอร์อ๊อกไซด์ (PbO₂)จะรวมตัวกับไฮโดรเจน (H) จากกรดกำมะถัน (H₂SO₄) กลายเป็นน้ำ(H₂O)

2.  ตะกั่ว(Pb) จากตะกั่วเปอร์อ๊อกไซด์ (PbO₂) จะรวมตัวกับอนุมูลซัลเฟต (SO₄) กลายเป็นตะกั่วซัลเฟต (PbSO₄)

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นทั้งที่แผ่นบวกและลบ เมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วจะทำให้เกิดตะกั่วซัลเฟต ทั้งสองแผ่นและน้ำ ที่เกิดขึ้นจะไปเจือจางกรดกำมะถัน ฉะนั้นเมื่อเกิดปฏิกิริยาไปนานๆ กระแสไฟฟ้าที่ได้จะลดลงเรื่อยๆ

ขณะที่อัดไฟจะเกิดปฏิกิริยาตรงกันข้ามกับตอนจ่ายไฟ คือ ตะกั่วซัลเฟตจะแตกตัวเป็นตะกั่วกับอนุมุลซัลเฟต ที่แผ่นทั้งสอง น้ำจะแตกตัวเป็นไฮโดรเจน กับอ๊อกซิเจน โดยที่ไฮโดรเจนจะจับตัวกับอนุมูลซัลเฟตเป็นกรดกำมะถันและอ๊อกซิเจน จะจับตัวกับตะกั่วเป็นตะกั่วเปอร์อ๊อกไซด์

ความเข้มข้นของน้ำกรด  จากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นตอนจ่ายไฟดังที่กล่าวมาแล้วจะเห็นว่าได้น้ำเกิดขึ้น ซึ่งจะเป็นผลให้ความเข้มข้นของกรดกำมะถันลดลง ด้วยเหตุนี้ความเข้มข้นของกรดกำมะถันจึงสามารถใช้เป็นตัวชี้สภาพของแบตเตอรี่ว่าจ่ายไฟไปแล้วมากน้อยเท่าใด การวัดความเข้มข้นของกรดกำมะถันวัดจากความถ่วงจำเพาะเพราะความถ่วงจำเพาะของกรดกำมะถันมากกว่าของน้ำ

เครื่องมือที่ใช้ในการวัด ถ.พ.ของน้ำกรด คือไฮโดรมีเตอร์ (Hydrometer) ดังในรูปที่ 3 วิธีการใช้ก็ง่ายมาก โดยดูดน้ำกรดเข้าไปในหลอดแล้วอ่านค่า ถ.พ. จากสเกลบนตัวลูกลอย จะได้ค่า ถ.พ.ที่ต้องการทราบได้ทันที ข้อสำคัญอย่าวัด ถ.พ. หลังจากเติมน้ำกลั่นลงในแบตเตอรี่ใหม่ๆ เพราะน้ำกับน้ำกรดจะยังไม่เข้ากันดี และทำให้ค่าที่อ่านได้ผิดจากความจริง

การที่เราวัดค่า ถ.พ. ของน้ำกรดแล้วสามารถทราบถึงสภาพของการชาร์จไฟได้ ก็เพราะเมื่อจ่ายไฟไปแล้วกรดกำมะถันจะทำปฏิกิริยาเกิดเป็นน้ำ ทำให้ค่า ถ.พ.ลดลง

การตรวจสอบสภาพของชาร์จยังมีวิธีง่ายๆ อีกวิธีหนึ่ง ซึ่งไม่ต้องใช้เครื่องมืออะไรเลย คือดูจากไฟ แตรรถ และสตาร์ทเตอร์(Starter) วิธีนี้เหมาะกับแบตเตอรี่ขนาดเล็กๆ ซึ่งมีน้ำกรดน้อย ดูดขึ้นมาไม่สะดวก การตรวจก็ง่ายมากเพียงแต่เปิดสวิทช์ เปิดไฟหน้ารถดู ถ้าไม่ค่อยสว่าง แตรบีบแล้วเสียงไม่ค่อยดัง และสตาร์ทเตอร์หมุนช้ามาก ทำให้เครื่องไม่ติดแสดงว่าไฟของแบตเตอรี่อ่อนมาก ต้องมีการอัดไฟใหม่ แต่อย่าลืมว่าวีการนี้จะใช้ได้ผลต่อเมื่อวงจรไฟฟ้าไม่มีอะไรผิดปกติ

ขนาดความจุ (Capacity) ขนาดของแรงดันของแต่ละเซลในแบตเตอรี่ เมื่อวงจรเปิดและอัตราไฟเต็มที่จะมีค่า 2.1 โวลด์ (ถ.พ.ของกรดกำมะถัน=1.28) ทั้งนี้ไม่ขึ้นกับจำนวนแผ่นบวกและลบที่มีอยุ่ในเซลนั้น  ส่วนขนาดของกระแสไฟฟ้าที่จะได้ขึ้นอยู่กับจำนวนและแผ่นบวกและลบ รวมทั้งปริมาณของกรดกำมะถันด้วย โดยประมาณแล้วขนาดความจุของแบตเตอรี่ (วัดเป็นแอมแปร์-ชั่วโมง) จะแปรตามพื้นที่ของแผ่นบวกและลบ ถ้าพื้นที่มากก็มีความจุมาก ดังนั้นแบตเตอรี่ที่ผลิตขึ้นจึงพยายามทำให้แผ่นเหล่านี้บางๆ เพื่อจะได้มีพื้นที่มากๆ วิธีการวัดความจุได้มีการตั้งมาตรฐานโดย Association of American Battery Manufactures วัดอัตราการจ่ายไฟต่อ 20 ช.ม. (20 hour rating) ซึ่งวัดกระแสไฟฟ้าที่จ่ายออกมาจากแบตเตอรี่ที่อัดไฟเต็มที่แล้วเป็นเวลา 20 ชั่วดมง จนกระทั่งแรงดันที่ปลายขั้วลดลงเป็น 5.25 V สำหรับแบตเตอรี่ 6 V และ 10.5 V สำหรับแบตเตอรี่ 12V ดูรูปที่ 6 ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ 6 โวลท์ ความจุ 100 แอมแปร์-ชั่วโมง จะจ่ายไฟได้=5 แอมแปร์ จนกระทั่งแรงดันลดเหลือ 5.25 โวลด์ ในเวลา 20 ช.ม. ฉะนั้นความจุจะเท่ากับ 5×20=100 แอมแปร์-ชั่วโมง ถ้าเราจ่ายไฟ 10 แอมแปร์เป็นเวลา 10 ชม. ค่าที่ได้จะเป็นไปตามมาตรฐานอัตรา 10 ชั่วโมง ในการเปรียบเทียบความจุของแบตเตอรี่ต้องเปรียบเทียบโดยใช้อัตราเวลาเดียวกัน

อัตราการจ่ายไฟที่สำคัญอีกอันหนึ่ง คือ ความสามารถในการหมุนเครื่องตอนติดเครื่อง เพราะต้องใช้กระแสจำนวนมากในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งต่างกับที่กล่าวมาแล้วที่เป็นการจ่ายไฟระยะเวลานานๆ วิธีการหาความสามารถของแบตเตอรี่ในสภาพการใช้งานเช่นนี้ทำได้ดังนี้

1. วัดแรงดันที่ขั้วของแบตเตอรี่ เมื่อจ่ายไฟไปแล้ว 5 วินาที ด้วยอัตรา 300 แอมแปร์ (สำหรับแบตเตอรี่ 6V และ 12V ที่มีความจุ 90 แอมแปร์-ชั่วดมงขึ้นไป) หรือ 150 แอมแปร์(สำหรับแบตเตอรี่ 12Vที่มีความจุน้อยกว่า 50 แอมแปร์-ชั่วโมง)

2. จับเวลาที่แรงดันของแบตเตอรี่ ลดถึง 1.0 V ต่อเซล เมื่อจ่ายไฟให้จำนวนกระแสเท่าข้อ 1 ตลอดเวลาที่วัดจะต้องรักษาอุณหภูมิของน้ำกรดให้อยู่ที่ 0°ฟ ฉะนั้นการวัดนี้จึงเรียกว่า cold Rating ดังรูปที่ 6

ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะขึ้นกับอุณหภูมิด้วย เมื่ออุณหภูมิต่ำจะทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นช้า ทำให้พลังงานที่ได้ลดลง ดังรูปที่ 7 จะเห็นว่าถ้าพลังงานที่ได้จากแบตเตอรี่ที่ 80°ฟ คิดเป็น 100% ที่ 32°ฟ พลังจะลดลงเหลือ 65% ที่ 0°ฟ ลดเหลือ 40%

การติดตั้งและบำรุงรักษาแบตเตอรี่  เมื่อได้ทราบเรื่องราวทางทฤษฎีมาบ้างพอสมควรแล้ว ต่อไปจะกล่าวถึงทางด้านปฏิบัติ โดยจะกล่าวถึงการติดแบตเตอรี่ตัวใหม่แทนตัวเก่าที่เสียแล้ว พร้อมทั้งกล่าวถึงข้อควรระวังต่างๆ ดังต่อไปนี้

1. ก่อนเอาแบตเตอรี่ตัวเก่าออกควรจำตำแหน่งของขั้วบวกและลบให้ดี เพื่อจะได้วางแบตเตอรี่ลูกใหม่ได้ถูกต้อง

2. ดึงสายดินซึ่งต่อไปยังตัวของรถออกเสียก่อนเพื่อป้องกันการลัดวงจร ซึ่งอาจเกิดได้จากขั้วอื่นไปแตะตัวถังโดยบังเอิญ

3. ยกแบตเตอรี่เก่าออกจากแท่นรอง แล้วทำความสะอาดหัวขั้วสายไฟและแท่นรอง พร้อมทั้งตรวจดูสายไฟและบริเวณที่ต่อลงตัวถัง (Ground) ควรขัดให้สะอาดเพื่อให้กระแสไฟไหลได้สะดวก

4. เขียนวันที่ที่เริ่มใช้งานไว้บนแบตเตอรี่ลูกใหม่ด้วยสี เพื่อประโยชน์ในการอ้างอิงภายหลัง แล้ววางแบตเตอรี่ลูกใหม่ไว้บนแท่นรอง พร้อมทั้งยึดให้แน่น

5. ใส่หัวขั้วบวกและลบตามลำดับ ก่อนใส่ต้องดูให้มั่นใจเสียก่อนว่าใส่ไม่ผิด โดยทั่วๆ ไปจะมีการเขียนบอกขั้วและขั้วบวกจะใหญ่กว่าขั้วลบประมาณ 1.5 ม.ม. เมื่อใส่ขั้วแน่นแล้ว ให้ทาน้ำมันวาสลินหรือจารบี เพื่อกันการเกิดปฏิกิริยาที่ขั้วเป็นตะกั่วซัลเฟต  ซึ่งเป็นผงขาวๆ เสร็จแล้วต่อสายขั้วลบลงดิน (ตัวถังรถ)

6. ก่อนติดเครื่องต้องตรวจให้มั่นใจเสียก่อนว่าขั้วบวกและลบต่อได้ถูกต้อง ซึ่งมีวิธีทดสอบง่ายๆ โดยเปิดไฟหน้ารถ แล้วดูเข็มของมิเตอร์ในรถ ถ้าเข็มชี้ไปที่ “D” หรือ “-“(ลบ) แสดงว่าเป็นการจ่ายไฟ ฉะนั้นขั้วที่ต่อถูกต้องแล้ว

แบตเตอรี่ชนิดแห้ง (dry charged) ซึ่งเป็นที่นิยมกัน เพราะไม่ได้ใส่กรดกำมะถันไว้นานๆ ในการติดตั้งก็ทำเหมือนแบบธรรมดา เพียงแต่ว่าจะต้องเติมน้ำกรดกำมะถันขนาดเหมาะสมลงไป ตามปกติแล้วเมื่อเติมน้ำกรดแล้วไม่ต้องอัดไฟเพิ่ม  นอกจากว่าเราเก็บแบตเตอรี่นั้นไว้ในที่อากาศเย็น (ต่ำกว่า 40°ฟ)

อายุการใช้งานของแบตเตอรี่  การอัดไฟมากเกินไปจะทำให้แบตเตอรี่เสียเร็วขึ้น สำหรับในรถยนต์ การอัดไฟมากเกินไปอาจเกิดจากความบกพร่องของเรกูเลเตอร์(Regulator) และจะทำให้เกิดผลดังนี้

1. ทำให้น้ำในอิเล็คโตรไลท์แตกตัวเป็นไฮโดรเจนและอ๊อกซิเจนมากเกินไป แก๊สที่เกิดขึ้นจะไปเกาะบนแผ่นบวกและลบ ทำให้เนื้อธาตุบนผิวหลุดไป

2. เกิดความร้อนภายในสูงมาก ซึ่งจะเป็นผลเสียทั้งแผ่นบวกและลบ

3. แผ่นบวกหรือลบอาจบิด,คด ไปแทงแผ่นกั้นระหว่างเซล ซึ่งอาจทำให้เกิดการลัดวงจร

ในทางตรงกันข้าม การอัดไฟน้อยเกินไป ซึ่งเกิดจากข้อบกพร่องของเรกูเลเตอร์หรือเยนเนอเรเตอร์ ก็จะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่สั้นลง  โดยผลที่เกิดขึ้นมีดังนี้

1. เกิดซัลเฟตเกาะบนแผ่นธาตุมากมาย  ซึ่งไม่สามารถจะทำให้ปฏิกิริยากลับคืนได้ เมื่ออัดไฟเพิ่ม ผลอันนี้จะทำให้แผ่นธาตุงด ทำให้เกิดลัดวงจรได้เช่นกัน

2. อิเล็คโตรไลท์(กรดกำมะถัน) อาจแข็งตัวเมื่ออากาศเย็นมาก ทำให้แบตเตอรี่ไม่สามารถให้พลังงานได้เต็มที่

การเติมน้ำกลั่น  ในการบำรุงรักษาแบตเตอรี่ที่ถูกต้องจะต้องคอยตรวจระดับของน้ำกรดอยู่เสมอ ประมาณสัปดาห์ละครั้ง เพราะว่าเมื่อใช้งานมีปฏิกิริยากลับไปกลับมาทำให้น้ำระเหยหนีไปเรื่อยๆ จึงต้องมีการเติมน้ำกลั่น จะใช้น้ำคลองหรือน้ำประปาไม่ได้ เพราะมีสิ่งเจือปนอยู่มากมาย สิ่งเจือปนเหล่านี้จะทำให้เกิดกระแสไหลครบวงจรภายในแบตเตอรี่และยังทำให้อายุการใช้งานสั้นลงอีกด้วย แบตเตอรี่บางชนิดจะมีขีดบอกระดับที่ถูกต้องไว้ด้วย ถ้าไม่มีขีดบอกก็เติมน้ำกลั่นระดับประมาณ 1 ซ.ม. เหนือแผ่นบวกและลบ

ปัญหาที่จะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็ว คือการใช้งานเกินกำลังหรือลัดวงจร อย่างเช่นการใช้มอเตอร์สตาร์ทฉุดให้เครื่องยนต์เคลื่อนที่ ซึ่งจะเป็นผลเสียหายแก่แบตเตอรี่และมอเตอร์สตาร์ทด้วย

      การอัดไฟแบตเตอรี่  ก่อนจะอัดไฟจะต้องตรวจดูให้แน่ใจว่าระดับของน้ำกรดถูกต้องแล้วหรือยัง ฝาปิดแต่ละเซลไม่ต้องเปิดออก แต่ต้องตรวจดูว่ารูที่ให้อากาศออกที่ฝาจุกไม่ตัน เพราะถ้าตันแก๊สจะไม่มีทางให้หนีออกได้ ต่อขั้วบวกของเครื่องอัดไฟเข้ากับขั้วบวกของแบตเตอรี่ และขั้วลบของทั้งสองเข้าด้วยกัน เสร็จแล้วเปิดสวิทช์ให้อัดไฟจนกระทั่ง ถ.พ. ของน้ำกรดของแต่ละเซลที่วัดได้จากไฮโดรมิเตอร์ 1.26 ซึ่งนับได้ว่าอัดไฟเต็มที่แล้ว  เมื่ออัดไฟเสร็จแล้วต้องดึงขั้วที่ต่อกับเครื่องอัดไฟออก  เพราะถ้าปล่อยทิ้งไว้อาจเกิดกระแสไหลเล็กน้อยจากแบตเตอรี่เข้าเครื่องอัดไฟ แต่บางเครื่องจะมีตัวป้องกันการไหลกลับไว้

ระยะเวลาที่ใช้ในการอัดไฟขึ้นอยู่กับขนาดของเครื่องอัดไฟ เครื่องที่สามารถอัดไฟได้ 100 แอมแปร์ สำหรับแบตเตอรี่ 6V และ 50 แอมแปร์ สำหรับแบตเตอรี่ 12V จะทำให้สามารถอัดไฟเสร็จภายใน 1 ช.ม. ในการเร่งอัดไฟให้เสร็จเร็วๆ นี้ มีข้อควรระวังอย่าให้อุณหภูมิของน้ำกรดขึ้นสูงเกิน 120°ฟ

เราควรระลึกอยู่เสมอว่าในขณะที่เราอัดไฟจะมีแก๊สไฮโดรเจน และแก๊สอ๊อกซิเจนเกิดขึ้น แก๊สทั้งสองนี้มีคุณสมบัติว่า เมื่อทำปฏิกิริยารวมตัวกันจะเกิดระเบิดอย่างรุนแรง  ดังนั้นจึงควรระวังอย่าให้มีไฟหรือสะเก็ดไฟเกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียง ขณะที่เราอัดไฟอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการอัดไฟอย่างเร็ว

ที่มา:สมมาตร  สุพานิชวิทย์

 

 

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.