Sådan virker et bilbatteri

Læs mere herunder om, hvordan et bilbatteri virker, og hvordan er det opbygget.

Batteriets traditionelle funktion i motorrummet er velkendt: Uden batteriet kan bilen ikke startes. Ud over startmotoren kræver tændrør, gløderør, lys og elektroniske funktioner alle elektrisk energi. Men hvordan er et batteri opbygget, og hvordan fungerer det?

Blysyrebatterier: Komponenter og opbygning

Mange bilister bliver opmærksomme på bilbatteriernes tunge vægt, når de køber et nyt. Vægt fra ca. 10,5 kg og op til 30 kg er muligt. Årsagen er blypladerne i battericellerne.

Komponenter og opbygning af en battericelle

Positiv elektrode:

• Positiv plade: I et blybatteri består den positivt ladede plade (det aktive materiale) af blyoxid (PbO₂), som er nedsænket i en elektrolyt.
• Positivt gitter: Det positive gitter består af en blylegering og bruges til at holde det aktive materiale og som strømopsamling.

Negativ elektrode:

• Negativ plade: Den negativt ladede plade (det aktive materiale) består af rent bly (Pb), som også er nedsænket i en elektrolyt.
• Negativ gitter: Ligesom den positive plade består den også af en blylegering og tjener samme formål.
  

Elektroderne med forskellige ladninger er adskilt af en separator.

Elektrolytten er en blanding af svovlsyre (H2SO4) og destilleret vand. Denne elektrolyt kan være i flydende form (som i konventionelle vådcellebatterier eller i EFB-teknologien), i gelform eller bundet i en glasmåtte (som i AGM-teknologien til nyere start-stop-funktioner).

Flere positive elektroder danner et positivt pladesæt, og flere negative elektroder danner et negativt pladesæt. Et negativt og et positivt pladesæt udgør tilsammen en pladeblok. En pladeblok er en battericelle.

Et konventionelt startbatteri består af 6 celler forbundet i serie, hver med en nominel spænding på 2 V, hvilket resulterer i en spænding på præcis 12,72 V, når batteriet er fuldt opladet. Batteriets kapacitet og koldstartsevne afhænger af antallet af plader pr. celle.

Tommelfingerregel: Jo flere plader en celle indeholder, og som derfor danner en større overflade, jo større koldstarteffekt (CCA) kan batteriet levere. Men hvis pladsen i cellen bruges til færre, men tykkere plader, øges cyklusstabiliteten. Det betyder, at batteriet er designet til en højere opladningshastighed (kontinuerlig op- og afladningsproces).

Cellerne er anbragt i et hus, som er fremstillet af syrefast plast (polypropylen). I et konventionelt SLI-batteri er dette lukket med et dæksel med et labyrintsystem, som forhindrer batterivæsken i at slippe ud og adskiller væsken fra gassen.

De første batterier havde skruepropper, som gjorde det muligt at fylde dem op med destilleret vand. Moderne batterier er helt vedligeholdelsesfrie. Vand er ikke nødvendigt og må ikke påfyldes. Selvom AGM-batterier stadig har “envejs-propper”, må disse under ingen omstændigheder åbnes.

Bilbatteriets funktion: Kemisk energi bliver til elektrisk energi

Et bilbatteri lagrer energi i kemisk form og omdanner den til elektrisk energi. I denne elektrokemiske proces reagerer fire materialer med hinanden:

• Brint (H)
• Ilt (O2)
• Bly (Pb)
• Svovl (S)

Tilslutning af en ekstern strømbrugende funktion starter den kemiske reaktion i batteriet:

• Elektrolytten, en blanding af svovlsyre (H2SO4) og destilleret vand, nedbrydes til positivt ladede brintioner (H+) og negativt ladede sulfat-ioner (SO42-).
• Samtidig bevæger elektroner (2e–) sig fra den negative til den positive elektrode via den eksterne strømforbrugende funktion.
• For at kompensere for denne strøm af elektroner bevæger sulfat-ioner sig fra elektrolytten ind i den negative elektrode, hvor de reagerer med blyet (Pb) og danner blysulfat (PbSO4).
• Blysulfat dannes også i den positive elektrode: Bindingen af ilt (O2) i blyoxiden (PbO2) brydes ved overførsel af elektroner, og ilten passerer ind i elektrolytten. Det resterende bly (Pb) binder sig til sulfat (SO4) fra elektrolytten.
• Her binder ilten sig til brint og danner vand (H2O). Efterhånden som svovlsyren bruges op af dannelsen af blysulfat, falder koncentrationen af elektrolytopløsningen. Når koncentrationen af svovlsyre falder til under et vist niveau, skal batteriet genoplades.
• Under opladningen foregår de kemiske processer i omvendt rækkefølge. Til sidst kan man se de oprindelige elementer: Den positive elektrode består af blysulfat (PbSO4), den negative elektrode består af rent bly (Pb), og elektrolytten består af fortyndet svovlsyre (H2SO4). Da denne konverteringsproces er forbundet med tab, kan et batteri kun tåle et begrænset antal opladningscyklusser. Levetiden er derfor begrænset.

Udfordringerne med blysyrebatterier: Sulfatering og syrelagdeling

Hvis et batteri oplades med en for lav spænding, eller hvis det altid kører med en for lav spænding (under 80 %), opstår syrelagdeling, også kaldet stratificering. Syren i elektrolytten lagdeler sig på grund af dårlige blandingsforhold. Forskellige tætheder forårsager lagdeling af svovlsyre i bunden og vand i det øverste område af batteriet. På grund af dette kan kun den midterste del af elektrolytten, dvs. kun en tredjedel, bruges til afladnings- og opladningsprocessen.

Et resultat af syrelagring er sulfatering. Hvis dette sker i batteriet, eller hvis det ikke konstant oplades til et passende niveau, krystalliserer blysulfatet (PbSO₄) på elektroderne og danner større krystalstrukturer i løbet af tiden. Denne proces er kendt som “sulfatering”. Krystalliseringen forhindrer omdannelsen af blysulfat til de oprindelige komponenter bly eller blyoxid, hvilket resulterer i manglende opladningsaccept og reduktion af koldstartseffekten.

Skarpe krystaller kan også beskadige separatorerne eller forårsage kortslutninger i cellerne.

For at modvirke denne effekt og forhindre for tidlig batterisvigt bør et batteri aldrig udsættes for et lavt opladningsniveau over en længere periode. Derfor anbefales det at teste batteriet regelmæssigt og oplade det helt, hvis det er nødvendigt.

Vil du gerne vide mere om dette emne? Sådan oplader du et batteri korrekt

Nye batteriteknologier: AGM og lithium ion

Hidtil har konventionelle blysyrebatterier haft en stor andel af markedet. Men markedet ændrer sig hurtigt:. Innovative batteriteknologier til start-stop-køretøjer såsom AGM bruger syre, som er bundet i en måtte for at give større cyklusstabilitet og garantere pålidelig ydeevne i køretøjer med øget energibehov. En yderligere fordel ved AGM: Syrelagring er ikke længere mulig på grund af den bundne syre.
En ny generation af bilbatterier til mikrohybridbiler arbejder ved 48V og bruger celler med lithium-ion-teknologi.