Araç aküsü işlevi

Bir araba aküsü nasıl çalışır ve nasıl yapılır?"

Akünün motor bölmesindeki geleneksel işlevi iyi bilinmektedir: Akü olmadan araç çalıştırılamaz. Marş motoruna ek olarak, bujiler, kızdırma bujileri, ışıklar ve elektronik uygulamaların tümü elektrik enerjisine ihtiyaç duyar. Fakat bir akü nasıl yapılır ve nasıl çalışır?"

Kurşun-asit aküler: Bileşenler ve yapı

Birçok sürücü yeni bir araç satın aldığında araç akülerinin ağırlığının farkına varır. Yaklaşık 10,5 kg'dan 30 kg'a kadar ağırlıklar mümkündür. Bunun nedeni pil hücrelerindeki kurşun plakalardır.

Bir pil hücresinin bileşenleri ve yapısı

Pozitif elektrot:

• Pozitif plaka: Bir kurşun-asit aküde, pozitif yüklü plaka (aktif malzeme) bir elektrolit içine daldırılmış kurşun oksitten (PbO₂) oluşur.
• Pozitif ızgara: Pozitif ızgara bir kurşun alaşımından oluşur ve aktif malzemeyi tutmak ve bir akım toplayıcı olarak kullanılır.

Negatif elektrot:

• Negatif plaka: Negatif yüklü plaka (aktif malzeme), aynı zamanda bir elektrolit içine daldırılmış olan saf kurşundan (Pb) oluşur.
• Negatif plaka: Pozitif plaka gibi bu da bir kurşun alaşımından oluşur ve aynı amaca hizmet eder.
  

Farklı yüklere sahip elektrotlar bir ayırıcı torba ile ayrılır.

Elektrolit, sülfürik asit (H₂SO₄) ve damıtılmış su karışımıdır. Bu elektrolit sıvı formda (geleneksel ıslak akülerde veya geliştirilmiş EFB teknolojisinde olduğu gibi), jel formunda veya bir cam mat içinde bağlı olabilir (yeni start-stop uygulamaları için AGM teknolojisinde olduğu gibi).

Birkaç pozitif elektrot bir pozitif plaka seti ve birkaç negatif elektrot bir negatif plaka seti oluşturur. Bir negatif ve bir pozitif plaka seti birlikte bir plaka bloğu oluşturur. Bir plaka bloğu bir akü hücresidir.

Geleneksel bir marş aküsü, her biri 2 V nominal gerilime sahip seri bağlı 6 hücreden oluşur ve bu da akü tam olarak şarj edildiğinde tam olarak 12,72 V gerilime neden olur. Akünün kapasitesi ve soğuk çalıştırma kabiliyeti, hücre başına düşen plaka sayısından kaynaklanır.

Temel kural: Bir hücre ne kadar çok plaka içerirse ve bu nedenle daha geniş bir yüzey oluşturursa, akünün sağlayabileceği soğuk çalıştırma gücü (CCA) o kadar büyük olur. Bununla birlikte, hücredeki alan daha az, ancak daha kalın plakalar için kullanılırsa, döngü kararlılığı artar. Bu, akünün daha yüksek bir şarj verimi (sürekli şarj ve deşarj işlemi) için tasarlandığı anlamına gelir.

Hücreler aside dayanıklı plastikten (polipropilen) yapılmış bir muhafaza içinde bulunur. Geleneksel bir SLI aküde bu, akü sıvısının kaçmasını önleyen ve sıvıyı gazdan ayıran labirent sistemli bir kapakla kapatılır.

Eski akülerde damıtılmış suyla doldurulmalarını sağlayan vidalı tapalar vardı. Modern aküler tamamen bakım gerektirmez. Suyun doldurulmasına gerek yoktur ve doldurulmamalıdır. Her ne kadar AGM aküler hala “tek yönlü fişlere” sahip olsa da, bunlar hiçbir koşulda açılmamalıdır.

Araba aküsü işlevi: Kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşür

Bir araba aküsü enerjiyi kimyasal formda depolar ve elektrik enerjisine dönüştürür. Bu elektro-kimyasal süreçte dört madde birbiriyle reaksiyona girer:

• Hidrojen (H)
• Oksijen (O₂)
• Kurşun (Pb)
• Kükürt (S)

Harici bir tüketicinin bağlanması aküdeki kimyasal reaksiyonu başlatır:

• Sülfürik asit (H₂SO₄) ve damıtılmış su karışımı olan elektrolit, pozitif yüklü hidrojen iyonlarına (H⁺) ve negatif yüklü sülfat iyonlarına (SO₄^2-) ayrışır.
• Aynı zamanda, elektronlar (2e^–) dış tüketici aracılığıyla negatif elektrottan pozitif elektrota doğru hareket eder.
• Bu elektron akışını telafi etmek için, sülfat iyonları elektrolitten negatif elektrota gider ve burada kurşun (Pb) ile reaksiyona girerek kurşun sülfat (PbSO₄) üretirler.
• Pozitif elektrotta da kurşun sülfat üretilir: Kurşun oksit (PbO₂) içindeki oksijenin (O₂) bağı elektron transferi ile kırılır ve oksijen elektrolite geçer. Kalan kurşun (Pb) elektrolitten sülfat (SO₄) ile bağ kurar.
• Burada oksijen hidrojen ile bağ kurarak su (H₂O) oluşturur. Sülfürik asit, kurşun sülfat oluşumu tarafından tüketildikçe, elektrolit çözeltisinin konsantrasyonu azalır. Sülfürik asit konsantrasyonu belirli bir seviyenin altına düştüğünde, akünün yeniden şarj edilmesi gerekir.
• Şarj sırasında, kimyasal işlemler ters sırada gerçekleşir. Sonunda, orijinal unsurlar bulunabilir: Pozitif elektrot kurşun sülfattan (PbSO₄), negatif elektrot saf kurşundan (Pb) ve elektrolit seyreltik sülfürik asitten (H₂SO₄) oluşur. Bu dönüşüm süreci kayıplarla ilişkili olduğundan, bir akü yalnızca sınırlı sayıda şarj döngüsüne dayanabilir. Bu nedenle kullanım ömrü sınırlıdır. 

Kurşun-asit akülerle ilgili sorunlar: Sülfatlaşma ve asit tabakalaşması

Bir akü çok düşük bir voltajla şarj edilirse veya her zaman çok düşük bir voltajla (%80'in altında) çalışırsa, tabakalaşma olarak da adlandırılan asit tabakalaşması meydana gelir. Elektrolit içindeki asit, zayıf karıştırma nedeniyle katmanlaşır. Farklı yoğunluklar sülfürik asidin altta, suyun ise bataryanın üst kısmında katmanlaşmasına neden olur. Bu nedenle, elektrolitin yalnızca orta kısmı, yani yalnızca üçte biri, boşaltma ve şarj işlemi için kullanılabilir.

Asit tabakalaşmasının olası bir nedeni, çok sayıda elektrikli tüketicinin aynı anda kullanıldığı kısa yolculuklardır. Bu durumda alternatörün aküyü yeniden şarj etmek için yeterli zamanı yoktur.

Asit tabakalaşmasının bir sonucu da sülfatlaşmadır. Aküde bu durum meydana gelirse veya sürekli olarak yeterli seviyede şarj edilmezse, kurşun sülfat (PbSO₄) elektrotlarda kristalleşerek zaman içinde daha büyük kristal yapılar oluşturur. Bu süreç “sülfatlama” olarak bilinir. Kristalleşme, kurşun sülfatın orijinal bileşenler olan kurşun veya kurşun okside yeniden dönüşmesini engeller, bu da şarj kabulünün önlenmesine ve soğuk çalıştırma gücünün azalmasına neden olur.

Keskin kristaller ayrıca ayırıcılara zarar verebilir veya hücrelerde kısa devrelere neden olabilir.

Bu etkiye karşı koymak ve erken akü arızasını önlemek için, bir akü asla uzun süre düşük şarj seviyesine maruz bırakılmamalıdır. Bunun için akünün düzenli olarak test edilmesi ve gerekirse tam olarak şarj edilmesi tavsiye edilir.

Bu konu hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz? Bir akü nasıl doğru şekilde şarj edilir.

Yeni akü teknolojileri: AGM ve lityum iyon

Şimdiye kadar, geleneksel kurşun-asit aküler pazarda yüksek bir paya sahip olmuştur. Ancak, pazar hızla değişiyor: Start-stop araçlar için yenilikçi akü teknolojileri, örneğin AGM daha fazla çevrim kararlılığı sağlamak ve artan enerji gereksinimleri olan araçlarda güvenilir performansı garanti etmek için bir mat içinde bağlı asit kullanır. AGM'nin bir diğer avantajı: Bağlı asit nedeniyle asit katmanlama artık mümkün değildir.
Mikro hibrit araçlar için yeni nesil araç aküleri 48V'da çalışır ve lityum iyon teknolojisine sahip hücreler kullanır.