รอบรู้เรื่องรถ
ความลับของแบทเตอรี (ตอนที่ 2)
(ต่อจากฉบับที่แล้ว) หลักสำคัญในการเลือกความจุของแบทเตอรีก็คือ ความสามารถในการสตาร์ท หรือ “ติด” เครื่องยนต์ แบทเตอรีต้องสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าให้พอที่จะสตาร์ทเครื่องยนต์ โดยต้องหมุนเครื่องยนต์ในสภาพที่ “หนัก” ที่สุด ได้เร็วเพียงพอ ความจุไฟฟ้าของแบทเตอรีไม่พอ ไม่ได้หมายความว่า ประจุไฟฟ้าหมด หรือเกือบหมด ก่อนเครื่องยนต์ติดนะครับ แต่หมายถึงการที่แบทเตอรี ไม่สามารถปล่อยกระแสไฟฟ้าให้มอเตอร์ได้มากพอ ที่จะหมุนเครื่องยนต์ให้เร็วพอที่จะติดได้ ถึงจะเป็นเครื่องยนต์ทันสมัย สภาพดีเยี่ยม ก็ไม่ได้หมายความว่า ขยับหมุนนิดเดียวช้าๆ แล้วมันจะติดได้ แต่จะต้องมีความเร็วเพียงพอ ให้ระบบจุดระเบิด และระบบจ่ายเชื้อเพลิงทำงานได้ด้วย
ตัวอย่างสถานการณ์แย่สุดในการติดเครื่องยนต์ที่สภาพสมบูรณ์ อย่างแรก แบทเตอรีมีประจุไฟฟ้าอยู่ไม่เต็ม เช่น มีเพียง 70 % อย่างที่ 2 อุณหภูมิต่ำมาก ความจุของแบทเตอรีรวมทั้งความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าจะลดลงตามอุณหภูมิครับ พูดง่ายๆ คือ ยิ่งเย็นยิ่งมีไฟน้อย และจ่ายไฟได้น้อยด้วย อย่างที่ 3 เมื่ออากาศเย็น น้ำมันเครื่องก็ยิ่งข้น หรือหนืด ต้องใช้แรงในการหมุนเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น นั่นหมายถึง ความต้องการกระแสไฟฟ้าของมอเตอร์สตาร์ทที่เพิ่มขึ้นด้วย สวนทางกับความสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าของแบทเตอรีให้พอที่จะติดเครื่องยนต์ในสภาพที่ “แย่” นี้ได้ จึงต้องทดสอบกันอย่างละเอียดจริงจัง ไม่ใช่เลือกความจุให้มากเข้าไว้แล้วจบ เพราะยิ่งความจุมาก น้ำหนักก็มากตาม ขนาดก็ใหญ่ขึ้น ทำให้สิ้นเปลืองเนื้อที่ และราคา ซึ่งก็คือต้นทุน ก็จะสูงตามไปด้วย ได้ความจุพอสำหรับติดเครื่องยนต์ในหน้าหนาวได้แล้ว ก็ต้องดูว่าสามารถจ่ายกระแสให้อุปกรณ์ไฟฟ้าของรถ ตอนดับเครื่องยนต์ได้นานพอหรือไม่ ถ้าเป็นรถใหญ่เครื่องยนต์ใหญ่ย่อมพออยู่แล้ว โดยเลือกความจุสำหรับติดเครื่องยนต์ตอนเย็นจัด แต่ถ้าเป็นรถเล็กเครื่องยนต์เล็กมาก แต่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าหลายอย่าง ค่าหลังอาจเป็นตัวตัดสินก็ได้
งานของโรงงานรถยนต์ไม่ได้จบแค่การทดลอง และเลือกความจุเท่านั้นครับ ต้องหาตำแหน่งที่เหมาะสมในรถด้วย ข้อแรก คือ ตำแหน่งจุดศูนย์ถ่วงของรถ ที่ย่อมแปรเปลี่ยนไปตามตำแหน่งของแบทเตอรี เพราะในแบทเตอรีมีตะกั่วอยู่เพียบ ยกตัวอย่างเช่น ถ้าเป็นรถ “หนักขวา” เพราะมีอุปกรณ์น้ำหนักมากบางอย่างอยู่ด้านขวา ก็จะต้องหาทางติดตั้งแบทเตอรีไว้ด้านซ้ายเพื่อให้สมดุล ถ้าเป็นรถที่ “หัวหนัก” เกินไป จนถึงขั้นส่งผลด้านลบต่อพฤติกรรมในโค้ง ก็ต้องเอาแบทเตอรีไปไว้ใต้เบาะหลัง หรือไม่ก็ในที่เก็บของท้ายรถ ข้อที่ 2 คือ พยายามให้อยู่ใกล้มอเตอร์สตาร์ท จะได้ไม่เปลืองสายไฟ ไม่ใช่เรื่องต้นทุนของสายไฟอย่างเดียวนะครับ ความต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าในสายไฟ เพิ่มขึ้นตามความยาวของมันนะครับ ถึงจะลดความต้านทานชดเชยกับความยาว ก็ต้องเพิ่มขนาดของพื้นที่หน้าตัดรวมของทองแดง คือ ต้องใช้สายไฟใหญ่ขึ้นนั่นเองครับ น้ำหนัก และต้นทุนก็จะเพิ่มตามมาทันที ข้อที่ 3 ต้องหาตำแหน่งที่ช่าง และผู้ใช้รถ “เข้าถึง” ได้ไม่ยากเกินไป สำหรับการตรวจระดับน้ำกรด และการเติมน้ำกลั่น ข้อที่ 4 ต้องไม่อยู่ในที่ที่ฝุ่นเข้าถึงง่าย หรือมีน้ำสาดถึง อีกข้อที่ค่อนข้างสำคัญ คือ ต้องไม่อยู่ในที่ร้อนจัด เพราะอายุใช้งานจะสั้น เช่น ไม่เอาไปติดตั้งไว้ใกล้ หรือเหนือท่อไอเสีย ข้อสุดท้ายก็ค่อนข้างสำคัญครับ คือ ไม่ติดตั้งไว้บริเวณที่มีความสั่นสะเทือนมาก เพราะโครงสร้างภายในจะชำรุดเร็วมาก
แบทเตอรีแบบ “ตะกั่ว-น้ำกรด” หรือ LEAD-ACID BATTERY แบบที่เรายังใช้กันอยู่ในรถรุ่นล่าสุดนี้ ทำหน้าที่ของมันในยานพาหนะ มาเกือบหนึ่งร้อยปีแล้วนะครับ สาเหตุหลักก็คือ ต้นทุนที่ต่ำกว่าแบทเตอรีแบบอื่น ความทนทานเพียงพอ ถ้าเป็นของคุณภาพสูง ผลิตในประเทศที่มีกฎหมายคุ้มครองผู้บริโภคใช้ประโยชน์แนวโน้มว่าจะมีแบทเตอรีแบบอื่นใด มาทดแทนมันได้ เพราะล้วนมีราคาสูงกว่าแบทเตอรีแบบนี้มาก แบทเตอรีแบบตะกั่ว-น้ำกรด เก็บ และคายพลังงานไฟฟ้า โดยอาศัยปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างตะกั่ว และน้ำกรด แผ่นที่ให้ประจุบวก ทำจากตะกั่วเพอร์ออกไซด์ (LEAD PEROXIDE) ส่วนแผ่นลบ ทำจากตะกั่วเนื้อพรุน เช่น อยู่ในกรดกำมะถันเจือจาง (H2SO4)
เมื่อแบทเตอรีถูกใช้ให้ปล่อยกระแสไฟฟ้า กรดกำมะถันเจือจางก็จะแตกตัวเป็นอิออนทำปฏิกิริยากับตะกั่ว ซึ่งผมขอรวบรัดตัดตอนเป็นว่าแผ่นตะกั่วจะกลายเป็น ตะกั่วซัลเฟท ทั้งด้านขั้วบวก และขั้วลบ ออกซิเจนจากตะกั่วเพอร์ออกไซด์ของแผงบวก จะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนในกรดกำมะถัน ได้น้ำมาส่วนหนึ่ง ประกอบกับ SO4 ในน้ำกรด ที่ไปจับแผ่นตะกั่วเป็นตะกั่วซัลเฟท ทำให้กรดกำมะถันจางลงเรื่อยๆ จนกระทั่งเหลือแต่ส่วนที่เป็นน้ำ นั่นหมายความว่า แบทเตอรีของเราจ่ายพลังงานไฟฟ้า จนหมดแล้ว
ตอนที่แบทเตอรีถูกอัดไฟ ปฏิกิริยาทางเคมีนี้ ก็จะกลับสู่ทิศทางเดิม หมายถึง ซัลเฟทจากแผ่นตะกั่ว จะแตกตัวกลับมาเป็นกรดกำมะถันที่เข้มขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งไม่เหลือซัลเฟทเกาะอยู่ที่แผ่นตะกั่ว หมายถึง แบทเตอรีมีประจุไฟฟ้าเต็มที่แล้ว ความเข้มของน้ำกรดกำมะถันในแบทเตอรี จึงเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีว่าแบทเตอรีมีประจุ หรือพลังงานไฟฟ้า อยู่มากน้อยเพียงใด
ความเข้มของน้ำกรด เราวัดได้โดยการใช้ไฮโดรมิเตอร์แบบลูกลอย วัดความถ่วงจำเพาะของน้ำกรด แบบเดียวกับที่ช่างของร้านขายแบทเตอรีใช้กัน ใครที่ชอบงานช่าง ชอบตรวจสอบด้วยตนเอง น่าซื้อไว้ใช้เองครับ ราคาไม่แพง และเป็นแบบมืออาชีพ ที่อ่านค่าความถ่วงจำเพาะได้จริง ความถ่วงจำเพาะสูงสุดของน้ำในแบทเตอรี ของประเทศที่ก้าวหน้าพัฒนา และผลิตรถยนต์ได้เอง จะใช้เข้มข้นกว่า คือ 1.28 กรัม/ซีซี ถ้าใช้น้ำกรดเข้มข้นที่อุณหภูมิสูง แผ่นตะกั่วจะเสื่อมเร็ว
แต่ละเซลล์ของแบทเตอรีแบบตะกั่ว-น้ำกรด หรือจะเป็นแบทเตอรีใช้สารเคมีอื่นๆ ก็ตาม จะมีค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าโดยเฉพาะ สำหรับแบบตะกั่ว-น้ำกรด ในรถของพวกเรา จะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 2 โวลท์ เศษต่อ 1 เซลล์ เป็นความบังเอิญล้วนๆ นะครับ จากการที่เราเลือกนิยามค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า 1 โวลท์ ไว้เท่าที่ใช้กันอยู่ ทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบทเตอรีแบบตะกั่ว-น้ำกรด ตอน “เต็ม” มีค่าราว 2.1 โวลท์ ไม่จำเป็นต้องลงตัวแถวๆ 2 ถ้วน
แรกเริ่มเดิมทีวิศวกรรถยนต์สมัยก่อน เลือกใช้เพียง 3 เซลล์ เพราะรถของเรายังมีอุปกรณ์ไฟฟ้าไม่มาก แบทเตอรีในรถยุคก่อน จึงมีค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าประมาณ 6.3 โวลท์ เรียกกันง่ายๆ ว่า 6 โวลท์ถ้วน ต่อมาอุปกรณ์ไฟฟ้าในรถเพิ่มขึ้นทั้งขนาด และจำนวน ถ้าไม่เพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้า ก็ต้องเพิ่มขนาดสายไฟให้ใหญ่ขึ้น วิศวกรรถยนต์ก็เลยเลือกเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้นเป็น 2 เท่า คือ ใช้แบทเตอรีแบบ 6 เซลล์ ได้แรงเคลื่อนไฟฟ้า 12.6-12.7 โวลท์ (2.1x6) ตามหลักน่าจะเรียก 13 โวลท์ แล้วนะครับ เพราะใกล้ 13 มากกว่า 12 แต่ก็ยังพอใจจะใช้เลขคู่ หรือไม่ก็เพราะความเชื่อโชคลางของพวกฝรั่ง ซึ่งผมไม่ทราบเหมือนกัน (อ่านต่อฉบับหน้า)