Jeepnieci - Akumulator

krótko i na temat!

Rozwijająca się technika samochodowa cechująca się m.in. coraz to większą liczbą urządzeń elektrycznych i elektronicznych w pojazdach, wymusza stosowanie źródeł energii mogących sprostać rosnącym wymaganiom. Nowoczesne akumulatory powinny zatem cechować się:

• wydłużonym okresem eksploatacji
• całkowitą bezobsługowością, tzn. brakiem potrzeby dolewania elektrolitu przez cały okres eksploatacji
• wysokim prądem rozruchowym co jest jednym z warunków zapewnienia pewności rozruchu
• odpornością na wpływ wysokiej temperatury panującej w komorze silnika, jak również na niską temperaturę panująca w zimie

Budowa akumulatora

Akumulator jest odwracalnym źródłem prądu, tzn. że można w nim gromadzić energię elektryczną jak i ją pobierać. Przy każdym z tych procesów zachodzą w akumulatorze reakcje chemiczne. W pojazdach samochodowych nadal najczęściej wykorzystywanym statycznym źródłem energii są akumulatory ołowiowe (kwasowe). Dlatego na wstępie zajmiemy się poznaniem ich budowy.
Akumulator taki składa się z kilku ogniw połączonych szeregowo. Każde ogniwo ma napięcie znamionowe 2 [V]. Zatem w celu uzyskania napięcia 6 [V] łączy się szeregowo trzy ogniwa. W celu uzyskania napięcia 12 [V] łączy się szeregowo sześć ogniw.
Akumulator ołowiowy składa się z dwóch zespołów płyt ołowiowych oraz naczynia z elektrolitem. Jeden zespół płyt jest biegunem dodatnim. Płyty te pokryte są dwutlenkiem ołowiu (Pb O2). W drugim zespole płyt, który jest biegunem ujemnym stosuje się tzw. ołów gąbczasty. Tak wykonane płyty będąc umieszczone w elektrolicie mają różne w stosunku do niego potencjały. Różnica potencjałów waha się od 1,75 do 2,4 [V] w zależności od stanu naładowania ogniwa. Elektrolitem jest w tego typu akumulatorach roztwór kwasu siarkowego.

Pojedyncze ogniwo składa się z płyt ujemnych i dodatnich umieszczanych na przemian. Warto zaznaczyć, że zespół płyt dodatnich ma o jedną płytę mniej niż zespół płyt ujemnych. Płyty dodatnie znajdują się pomiędzy płytami ujemnymi. Płyty dodatnie maja bowiem tendencje do wybaczania się przy jednostronnym obciążeniu. Płyty o przeciwnej biegunowości są oddzielone przekładkami umożliwiającymi swobodą wymianę elektrolitu i przepływ prądu jonowego. Przekładki mają własności izolacyjne. Po prostu nie dopuszczają do mechanicznego zwarcia pyt dodatnich z ujemnymi. Nazywa się je także separatorami. Materiałem są tu PCV lub specjalne żywice.
Blok akumulatora podzielony jest wewnątrz pionowym ściankami (tzw. grodziami). W ten sposób blok akumulatora dzieli się na komory (cele). Ich ilość można w niektórych akumulatorach poznać po ilości korków. Jeden korek to jedna komora. Na dnie każdej komory wykonuje się progi dzięki którym płyty nie dotykają dna komory. Między dolną krawędzią płyt a dnem bloku powstaje pusta przestrzeń w której mogą gromadzić się zanieczyszczenia. Gromadzi się tu także masa czynna spływająca z płyt w trakcie eksploatacji. Z dwóch skrajnym ogniw akumulatora wyprowadza się końcówki biegunowe: dodatnią i ujemną. Warto także zwrócić uwagę na budowę samego korka. Korki mają bowiem specjalne otwory umożliwiające wydostanie się na zewnątrz gazów wydzielających się z ogniw przy ładowaniu akumulatora (tlenu i wodoru). Otwory te wykonuje się w sposób labiryntowy. Opisaną budowę akumulatora ołowiowego i przykładowe rozwiązanie korka pokazują rysunki.

Wielkości charakteryzujące akumulator

Przedstawione poniżej wielkości wraz z krótkim opisem będą pomocne dla zrozumienia procesów zachodzących w akumulatorze oraz zasad eksploatacji akumulatora.

• Minimalne napięcie pracy (napięcie wyładowania) -wartość napięcia między biegunami akumulatora, do której może być wyładowany akumulator w normalnych warunkach pracy bez obawy jego uszkodzenia. Dla akumulatorów 12-to woltowych wynosi ono 10,5 [V]. W czasie wyładowania masy czynne płyt akumulatora przechodzą w siarczan ołowiawy. Powoduje to zmniejszenia napięcia.

• Prąd znamionowy akumulatora - wartość prądu, jaki można pobrać z akumulatora całkowicie sprawnego i naładowanego w czasie 20 godzin do osiągnięcia przez akumulator stanu normalnego wyładowania. Jego wartość oblicza się następująco:
  
  Gdzie Qzn to pojemność znamionowa akumulatora

• Pojemność znamionowa akumulatora  - ilość ładunku elektrycznego wyrażona w [Ah] jaką może oddać w pełni sprawny i naładowany akumulator do osiągnięcia stanu normalnego wyładowania w czasie 20 godzin w temperaturze 25 °C. Pojemność znamionowa nazywana jest także zamiennie pojemnością 20-to godzinową.

• Gęstość elektrolitu - Jest to parametr wskazujący nam stan naładowania akumulatora. Pomiaru gęstości dokonujemy aerometrem po co najmniej 30 minutach od zakończenia pracy lub ładowania akumulatora. W przypadku gdy dolewaliśmy elektrolitu pomiaru gęstości można dokonać dopiero po upływie doby. Gęstość elektrolitu zmienia się wraz ze zmianami temperatury. Dlatego, aby możliwe było porównywanie akumulatorów przyjęto, że pomiaru gęstości dokonuje się w temperaturze 25 °C. Możliwe jest także przeliczenia gęstości zmierzonej w innej temperaturze na gęstość przy 25 °C. Sposób przeliczeń omówię później przy metodach oceny stanu akumulatora.

• Prąd ładowania akumulatora - jest to wartość prądu przepływającego przez akumulator w czasie ładowania. Wartość prądu ładowania może być różna w zależności od zastosowanej metody ładowania. Szerzej o tym przy metodach ładowania akumulatorów.

 

Metody  oceny stanu akumulatora

Możemy wyróżnić cztery sposoby oceny stanu akumulatora:

• Przez pomiar gęstości elektrolitu - Jak wiadomo gęstość elektrolitu maleje ze wzrostem temperatury. Gęstość zmienia się o 0,01 [g/cm3] przy zmianie temperatury o 15 °C. Gęstość, jak wspominałem wcześniej powinno się mierzyć przy 25 °C. Można jednak przeliczyć gęstość zmierzoną przy innej temperaturze.

• Poprzez poprawność pracy rozrusznika  - Jest to sygnał diagnostyczny mówiący o sprawności akumulatora, zwłaszcza w zimie. Jeżeli widzimy, a raczej słyszymy, że obroty rozrusznika są obniżone to możemy przyjąć, że akumulator wymaga podładowania. Niestety nie raz słyszałem, jak kierowcy nad ranem "piłują" swoje pojazdy. Rozrusznik ledwo kręci, a oni wciąż piłują. Takie traktowanie akumulatora w połączeniu z niezachowaniem co najmniej 5-cio sekundowych przerw między kolejnymi rozruchami wydatnie przyczynia się do "zamordowania" akumulatora.

Gęstość elektrolitu [g/cm3]	Diagnoza co do stanu naładowania akumulatora
1,285 ... 1,3	Zbyt duża gęstość elektrolitu. Należy ją obniżyć w ten sposób, że usuwamy część elektrolitu zastępując go wodą destylowaną.
1,28	Pełny stopień naładowania akumulatora
1,2 ... 1,24	Należy doładować akumulator
1,15 ... 1,2	Akumulator wymaga natychmiastowego naładowania
poniżej 1,15	Akumulator może ulec zasiarczeniu czyli trwałemu uszkodzeniu
1,1	Zupełnie rozładowany (uszkodzony)

• Poprzez poziom świecenia reflektorów - W momencie gdy światła mijania są zapalone, a silnik nie pracuje cała energia do zasilania reflektorów jest czerpana z akumulatora. Zatem po poziomie świecenia możemy wnioskować o stanie naładowania akumulatora. Jeżeli po włączeniu silnika reflektory świecą zdecydowanie lepiej to akumulator wymaga podładowania. Ten sposób należy jednak traktować jako bardzo przybliżony. Słabsze świecenie może wynikać także np. ze złego połączenia klem z biegunami akumulatora.

• Za pomoca próbnika - Akumulator można także sprawdzić próbnikiem do akumulatorów samochodowych. Bada on napięcie akumulatora pod obciążeniem (przy włączonym rozruszniku). Pod obciążeniem przez akumulator przepływa określony prąd. Prąd o wartości 80...150 [A] powoduje wydzielenie się dużej ilości ciepła, więc pomiar należy przeprowadzić szybko. W tym przypadku możemy się posłużyć następującym wnioskowaniem:

Wskazanie próbnika	Diagnoza
Uaku > 11 [V]	Akumulator naładowany
11 [V] ... 10,2 [V]	Akumulator naładowany w połowie
Uaku < 10,2 [V]	Akumulator rozładowany

 

Ładowanie

• Na początek kilka wskazówek, których należy przestrzegać przy ładowaniu akumulatora:

  • ładujemy wyłącznie prądem stałym

  • źródło prądu ładowania musi mieć napięcie wyższe od napięcia akumulatora. Dla akumulatorów 12-to woltowych napięcie źródła winno wynosić od 13,2 do 16,2 [V]

  • temperatura elektrolitu powinna wynosić od 5 do 40 °C

  • biegun "+" akumulatora łączymy z zaciskiem dodatnim prostownika. Analogicznie minus z minusem.

  • podczas ładowania wykręca się korki akumulatora

  Wyróżniamy następujące sposoby ładowania akumulatora:

  • doładowanie - normalne uzupełnienie nagrodzonego w akumulatorze ładunku

  • podładowanie - w sytuacji konieczności szybkiego doprowadzenia energii koniecznej do uruchomienia samochodui. Ten proces nie jest dla akumulatora korzystny, stąd należy ograniczyć jego stosowanie jedynie do przypadków awaryjnych

  • ładowanie wyrównawcze (między ogniwami) - polega ma powolnym ładowaniu akumulatora, w ten sposób wyrównuje się stan naładowania poszczególnych ogniw w akumulatorze.

  • ładowanie odsiarczające - Zasiarczenie akumulatora jest skutkiem nadmiernego wyładowania lub odstawienia na dłuższy czas po wyładowaniu. Zasiarczenie polega na powstawaniu siarczanu ołowiawego. Jest to praktycznie stan niezdatności akumulatora to eksploatacji. Jednak przy niewielkim zasiarczeniu można akumulatora jeszcze "odratować" przez odpowiednie ładowanie z przerwami. Ładujemy z przerwami tzn. po 12 godzinach ładowania robimy 2 godziny przerwy. Proces kończymy po wystąpieniu objawów pełnego naładowania tj.: 1) stałej gęstości elektrolitu 2) intensywnego gazowania 3) stałego napięcia na końcówkach przy trzech kolejnych pomiarach wykonanych w odstępach godzinowych

  Opracował: Adam Widera
  http://www.mototechnika.republika.pl