بطارية السيارة

بطارية السيارة ، أو بطارية السيارة ، هي بطارية قابلة لإعادة الشحن تستخدم لتشغيل السيارة ، ولتشغيل الأضواء، ومساحات الزجاج الأمامي، وما إلى ذلك أثناء إيقاف تشغيل المحرك.

يتمثل الغرض الرئيسي منه في توفير تيار كهربائي لمحرك التشغيل الكهربائي ، الذي بدوره يُشغّل محرك الاحتراق الداخلي الذي يعمل بالوقود الكيميائي ، والذي يُحرّك السيارة فعليًا. وبمجرد تشغيل المحرك، تستمر البطارية في تزويد الأنظمة الكهربائية للسيارة بالطاقة، حيث يقوم المولد بشحن البطارية حسب الحاجة.

لم تكن السيارات الأولى مزودة ببطاريات، نظراً لمحدودية أنظمتها الكهربائية. كان يتم توفير الطاقة الكهربائية للإشعال بواسطة مغناطيس ، وكان المحرك يُشغل بواسطة ذراع تدوير ، وكانت المصابيح الأمامية تعمل بالغاز ، وكان يُستخدم جرس أو بوق كهربائي بدلاً من البوق الكهربائي. انتشر استخدام بطاريات السيارات على نطاق واسع حوالي عام 1920 مع تزويد السيارات بمحركات تشغيل كهربائية . ^{[ 9 ]}

صُممت أنظمة التشغيل والشحن الأولى لتكون بجهد 6 فولت ونظام تأريض موجب ، حيث كان هيكل السيارة متصلاً مباشرةً بالقطب الموجب للبطارية. ^{[ 10 ]} أما اليوم، فمعظم المركبات على الطرق مزودة بنظام تأريض سالب. ^{[ 11 ]} حيث يكون القطب السالب للبطارية متصلاً بهيكل السيارة .

كانت شركة هدسون للسيارات أول من استخدم بطارية موحدة في عام 1918 عندما بدأت باستخدام بطاريات المجلس الدولي للبطاريات (BCI). المجلس الدولي للبطاريات هو المنظمة التي تضع المعايير البُعدية للبطاريات. ^{[ 12 ]}

استخدمت السيارات  أنظمة كهربائية وبطاريات بجهد 6 فولت حتى منتصف خمسينيات القرن العشرين.  حدث التحول من 6 إلى 12 فولت عندما احتاجت المحركات الأكبر ذات نسب الانضغاط الأعلى إلى طاقة كهربائية أكبر للتشغيل. ^{[ 13 ]} أما السيارات الأصغر حجمًا، التي تتطلب طاقة أقل للتشغيل، فقد استمرت في استخدام نظام 6  فولت لفترة أطول، على سبيل المثال سيارة فولكس فاجن بيتل في منتصف ستينيات القرن العشرين وسيارة سيتروين 2CV في عام 1970.

تم اختراع بطارية AGM المغلقة (للسيارات)، والتي لا تتطلب إعادة تعبئة، في عام 1971. ^{[ 9 ]}

في تسعينيات القرن الماضي، اقتُرح معيارٌ لنظام كهربائي بجهد 42 فولت . وكان الهدف منه السماح باستخدام ملحقات كهربائية أكثر قوة، وأنظمة أسلاك سيارات أخف وزنًا. إلا أن توفر محركات ذات كفاءة أعلى، وتقنيات توصيل أسلاك جديدة، وأنظمة تحكم رقمية، والتركيز على أنظمة المركبات الهجينة التي تستخدم مولدات/بادئات تشغيل عالية الجهد، قد قلل إلى حد كبير من الحاجة إلى تغيير جهد نظام السيارات الرئيسي. ^{[ 14 ]}

في عام 2023، بدأت شركة تسلا بتسليم سياراتها من طراز سايبرتراك التي تستخدم نظامًا كهربائيًا بجهد 48 فولت ، مما يقلل من الأسلاك في السيارة بنسبة 70%. ^{[ 15 ]}

تُعدّ بطارية السيارة مثالاً على بطارية الخلايا الرطبة ، وتتكون من ست خلايا. تتألف كل خلية من خلايا بطارية الرصاص من صفائح متبادلة مصنوعة من شبكة من سبيكة الرصاص، مملوءة بصفائح رصاص إسفنجية ( الكاثود ) ^{[ 16 ]} أو مطلية بثاني أكسيد الرصاص ( الأنود ). ^{[ 16 ]} تُملأ كل خلية بمحلول حمض الكبريتيك ، وهو الإلكتروليت. في البداية، كانت كل خلية مزودة بغطاء تعبئة، يُمكن من خلاله رؤية مستوى الإلكتروليت، كما كان يسمح بإضافة الماء إلى الخلية. يحتوي غطاء التعبئة على فتحة تهوية صغيرة تسمح لغاز الهيدروجين المتولد أثناء الشحن بالخروج من الخلية.

تتصل الخلايا بأشرطة قصيرة متينة، من الألواح الموجبة لخلية إلى الألواح السالبة للخلية المجاورة. ويُثبّت زوج من الأطراف المتينة، المطلية بالرصاص لمقاومة التآكل، في أعلى البطارية، وأحيانًا على جانبها. كانت بطاريات السيارات القديمة تستخدم أغلفة مطاطية صلبة وفواصل خشبية بين الألواح. أما البطاريات الحديثة فتستخدم أغلفة بلاستيكية وصفائح منسوجة لمنع تلامس ألواح الخلية وحدوث قصر في الدائرة.

في الماضي، كانت بطاريات السيارات تتطلب فحصًا وصيانة دورية لتعويض الماء المتحلل أثناء تشغيلها. أما بطاريات "الصيانة المنخفضة" (أو ما يُسمى أحيانًا "الصيانة الصفرية") فتستخدم سبيكة مختلفة لألواحها، مما يقلل كمية الماء المتحلل أثناء الشحن. وقد لا تحتاج البطارية الحديثة إلى إضافة ماء طوال عمرها الافتراضي؛ بل إن بعض الأنواع تستغني عن أغطية التعبئة الفردية لكل خلية. ومن عيوب هذه البطاريات أنها لا تتحمل التفريغ العميق، كما يحدث عند استنزاف بطارية السيارة بالكامل بترك الأضواء مضاءة. إذ يؤدي ذلك إلى تراكم رواسب كبريتات الرصاص على أقطاب ألواح الرصاص، مما قد يُقلل عمر البطارية بمقدار الثلث أو أكثر.

بطاريات VRLA ، المعروفة أيضًا ببطاريات AGM (بطاريات الألياف الزجاجية الممتصة)، أكثر تحملاً للتفريغ العميق، لكنها أغلى ثمنًا. ^{[ 17 ]} لا تسمح بطاريات VRLA بإضافة الماء إلى الخلية. تحتوي كل خلية على صمام تحرير ضغط تلقائي لحماية الغلاف من التمزق في حالة الشحن الزائد الشديد أو العطل الداخلي. لا يمكن لبطارية VRLA تسريب الإلكتروليت، مما يجعلها مفيدة بشكل خاص في المركبات مثل الدراجات النارية.

تتكون البطاريات عادةً من ست خلايا جلفانية موصولة على التوالي . توفر كل خلية 2.1 فولت، ليصبح المجموع 12.6 فولت عند الشحن الكامل. ^{[ 18 ]} أثناء التفريغ، يحدث تفاعل كيميائي عند الطرف السالب (الرصاص) يُطلق إلكترونات إلى الدائرة الخارجية، بينما يمتص تفاعل كيميائي آخر عند الطرف الموجب (أكسيد الرصاص) إلكترونات من الدائرة الخارجية. يدفع هذا الإلكترونات عبر سلك الدائرة الخارجية ( موصل كهربائي ) لإنتاج تيار كهربائي . مع تفريغ البطارية ، يتفاعل حمض الإلكتروليت مع مواد الألواح، مُغيرًا سطحها إلى كبريتات الرصاص . عند إعادة شحن البطارية ، ينعكس التفاعل الكيميائي: تتشكل كبريتات الرصاص من جديد إلى ثاني أكسيد الرصاص. بعد عودة الألواح إلى حالتها الأصلية، يمكن تكرار العملية.

تستخدم بعض المركبات بطاريات تشغيل أخرى. ولتخفيف الوزن، تتوفر بطارية ليثيوم أيون كخيار إضافي في سيارة بورش 911 GT3 RS موديل 2010؛ ^{[ 19 ]} ومنذ عام 2018، أصبحت جميع سيارات كيا نيرو الهجينة التقليدية مزودة ببطارية ليثيوم أيون أيضًا. ^{[ 20 ]} قد تحتوي المركبات الثقيلة على بطاريتين موصولتين على التوالي لتوفير نظام 24 فولت، أو قد تحتوي على مجموعات من البطاريات موصولة على التوالي والتوازي لتوفير 24 فولت . ^{[ 21 ]}  

تُعدّ الحرارة الزائدة سببًا رئيسيًا لتلف البطاريات، إذ يتبخر الإلكتروليت نتيجة ارتفاع درجات الحرارة، مما يُقلل من مساحة السطح الفعّالة للألواح المُعرّضة للإلكتروليت، ويؤدي إلى التكلس. وتزداد معدلات تآكل الشبكة مع ارتفاع درجة الحرارة. ^{[ 28 ] [ 29 ]} كما أن انخفاض درجات الحرارة قد يؤدي إلى تلف البطارية. ^{[ 30 ]}

إذا نفدت شحنة البطارية لدرجة تعذر معها تشغيل المحرك، فيمكن تشغيل المحرك باستخدام مصدر طاقة خارجي. وبمجرد تشغيله، يمكن للمحرك إعادة شحن البطارية، شريطة أن يكون المولد الكهربائي ونظام الشحن سليمين. ^{[ 31 ]}

قد يؤدي التآكل عند أطراف البطارية إلى منع السيارة من التشغيل بسبب المقاومة الكهربائية ، ويمكن تجنب ذلك عن طريق الاستخدام الصحيح للشحم العازل . ^{[ 32 ] [ 33 ]}

يحدث التَكَثُّن عندما تُغطى الأقطاب الكهربائية بطبقة صلبة من كبريتات الرصاص، مما يُضعف البطارية. قد يحدث التَكَثُّن عندما لا تكون البطارية مشحونة بالكامل وتبقى مُفرغة. ^{[ 34 ]} يجب شحن البطاريات المُتَكَثُّنة ببطء لتجنب تلفها. ^{[ 35 ]}

بطاريات SLI (التشغيل والإضاءة والإشعال) غير مصممة للتفريغ العميق، ويقل عمرها الافتراضي عند تعرضها لذلك. ^{[ 36 ]}

تحتوي بطاريات التشغيل على ألواح مصممة لزيادة مساحة السطح وبالتالي قدرة عالية على التيار الفوري، في حين أن أنواع البطاريات البحرية (الهجينة) وبطاريات الدورة العميقة تحتوي على ألواح أكثر سمكًا ومساحة أكبر في الجزء السفلي من الألواح لتجمع مواد الألواح المستهلكة قبل حدوث قصر في الخلية.

تتطلب بطاريات السيارات التي تستخدم ألواح الرصاص والأنتيمون إضافة الماء النقي بانتظام لتعويض الماء المفقود نتيجة التحليل الكهربائي والتبخر. وقد ساهمت التصاميم الحديثة في تقليل معدل فقدان الماء من خلال استبدال عنصر السبيكة بالكالسيوم. تتميز بطاريات السيارات الحديثة بانخفاض متطلبات صيانتها، وقد لا تحتوي على أغطية لإضافة الماء إلى الخلايا. تحتوي هذه البطاريات على إلكتروليت إضافي فوق الألواح لتعويض الفاقد خلال عمر البطارية.

تتضمن بعض الشركات المصنعة للبطاريات مقياس كثافة السوائل المدمج لعرض حالة شحن البطارية.

تتمثل آلية التلف الرئيسية في تساقط المادة الفعالة من ألواح البطارية، والتي تتراكم في قاع الخلايا، مما قد يؤدي في النهاية إلى حدوث قصر في الدائرة الكهربائية بين الألواح. ويمكن الحد من ذلك بشكل كبير عن طريق وضع مجموعة من الألواح داخل أكياس فاصلة بلاستيكية مصنوعة من مادة نفاذة. يسمح هذا بمرور الإلكتروليت والأيونات، ولكنه يمنع تراكم الرواسب من التسبب في قصر الدائرة بين الألواح. تتكون هذه الرواسب في الغالب من كبريتات الرصاص، والتي تتكون عند كلا القطبين.

تُقلل إعادة تدوير بطاريات السيارات من الحاجة إلى الموارد اللازمة لتصنيع بطاريات جديدة، وتُجنّب مكبات النفايات الرصاص السام، وتمنع خطر التخلص غير السليم منها. بمجرد أن تتوقف بطارية الرصاص الحمضية عن الاحتفاظ بالشحنة، تُعتبر بطارية رصاص حمضية مستعملة، وهي مصنفة كنفايات خطرة بموجب اتفاقية بازل . تُعد بطارية السيارة ذات جهد 12 فولت أكثر المنتجات التي يُعاد تدويرها في العالم، وفقًا لوكالة حماية البيئة الأمريكية . ^{[ 37 ]} في الولايات المتحدة وحدها، يتم استبدال حوالي 130 مليون بطارية سيارة سنويًا، ويتم تسليم 99% منها لإعادة التدوير.مع ذلك، قد تتم عملية إعادة التدوير بشكل غير صحيح في البيئات غير الخاضعة للرقابة. وكجزء من تجارة النفايات العالمية ، تُشحن بطاريات الرصاص الحمضية من الدول الصناعية إلى الدول النامية لتفكيكها واستعادة محتوياتها. ^{[ 38 ]} ويمكن استعادة حوالي 97% من الرصاص. وتشير تقديرات منظمة "بيور إيرث" إلى أن أكثر من 12 مليون شخص في الدول النامية متضررون من تلوث الرصاص الناتج عن معالجة بطاريات الرصاص الحمضية. ^{[ 39 ]}

استُخدمت إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية المستعملة كمثال يدعم فرضية ملاذ التلوث . ففي عام ٢٠٠٩، شددت وكالة حماية البيئة الأمريكية معايير جودة الهواء المحيط الوطنية المتعلقة بتلوث الرصاص بشكل كبير، ^{[ ٤٠ ]} مما جعل إعادة التدوير المحلية أكثر صعوبة وتكلفة، لكنها لم تمنع الشركات من نقل عملياتها إلى دول ذات معايير بيئية منخفضة وإنفاذ متساهل. وعقب هذا التغيير، زادت صادرات الولايات المتحدة من بطاريات الرصاص الحمضية المستعملة إلى المكسيك أربعة أضعاف، وتلا ذلك ارتفاع ملحوظ في عدد المواليد ذوي الوزن المنخفض عند الولادة لأمهات يعشن ضمن دائرة نصف قطرها ٣.٢ كيلومتر من مصانع إعادة تدوير البطاريات المكسيكية. ^{[ ٤٠ ]} 

• موصلات أندرسون باوربول
• مخرج طاقة إضافي للسيارة (مقبس ولاعة السجائر)
• شاحن بطارية
• جهاز فحص البطارية
• بطارية دورة عميقة
• بطارية الرصاص الحمضية
• قائمة قطع غيار السيارات
• بطارية VRLA (بطارية AGM وبطارية جل)
• قانون بيوكيرت
• نظام كهربائي بجهد 48 فولت