Akumulatory

akumulator.gif Autoryzowany Serwis Akumulatorów z Uprawnieniami SIMPT

  • Diagnostyka parametrów (sprawności rozruchowej)
  • Ładowanie formujące
  • Odsiarczanie regenerujące
  • Doładowanie konserwujące
  • Naprawa pękniętej obudowy
  • Odnawianie uszkodzonych czopów [+][-]
  • Diagnostyka i opiniowanie akumulatorów na gwarancji

Parametry Typowego akumulatora samochodowego, złożonego z 6 ogniw:

  • Napięcie znamionowe ok. 12,6 V
  • Napięcie znamionowe pojedynczego ogniwa 2,105 V
  • Minimalne napięcie (stan głębokiego rozładowania) - 10,8 V
  • Prawidłowe napięcie ładowania -
    • minimalne: 13,9 V
    • maksymalne 14,5 V
  • Napięcie przeładowania w trakcie wydzielania wodoru > 14,7 V
  • Napięcie ładowania niskim prądem w przypadku rozładowania akumulatora 16,5 V
  • Wspołczynnik samorozładowania 3–20%/miesiac
  • Wytrzymałość 500–800 cykli

Konstrukcja i działanie

Akumulator do samochodu osobowego jest zbudowany z 6 ogniw ołowiowo-kwasowych połączonych szeregowo. Każde ogniwo generuje siłę elektromotoryczną równą 2,1 V, co daje w sumie napięcie znamionowe równe 12,6 V. Rezystancja wewnętrzna akumulatora jest bardzo mała, umożliwiając przepływ bardzo dużych prądów. W samochodach ciężarowych stosowane są baterie akumulatorów złożone z 12 ogniw o nominalnym napięciu 24 V. Baterie 6V były stosowane w motocyklach.

Pojedyncze ogniwo składa się z:

  • anody wykonanej z metalicznego ołowiu
  • katody wykonanej z PbO2
  • elektrolitu, którym jest 37% wodny roztwór kwasu siarkowego z dodatkami

Rozładowywanie

W ogniwie, w trakcie poboru prądu zachodzą reakcje chemiczne na elektrodach:

  • anoda – utlenianie:
    Pb + SO42− ⇌ PbSO4 + 2e     ε0 = 0,356 V
  • katoda – redukcja:
    PbO2 + SO42− + 4H+ + 2e ⇌ PbSO4 + 2H2O     ε0 = 1,685 V

Na obu elektrodach w trakcie poboru prądu wydziela się siarczan ołowiu (PbSO4). W trakcie ładowania zachodzą dokładnie takie same reakcje, tyle że w drugą stronę.

W naładowanym akumulatorze gęstość elektrolitu wynosi 1,26–1,28 g/cm3. Proces rozładowywania powoduje zmniejszenie stężenia elektrolitu oraz gęstości. Kiedy w rozładowanym akumulatorze napięcie na biegunach spadnie do 1,8 V na ogniwo (10,8 V w akumulatorze samochodowym 12V), a gęstość elektrolitu do 1,18 g/cm3, akumulator należy niezwłocznie naładować. Stan naładowania można zmierzyć areometrem.

Stan całkowitego rozładowania akumulatora polega na całkowitym przekształceniu obu elektrod w stały siarczan ołowiu i jest nieodwracalny. Siarczan ołowiu po pewnym czasie przechodzi w stan krystaliczny, będący elektrycznym izolatorem, trudno reagującym, powodującym spadek pojemności akumulatora. W praktyce zapobiega się tzw. zasiarczeniu elektrod stosując specjalną ich konstrukcję, która utrudnia osadzanie się na ich powierzchni nieprzenikalnej warstwy kryształów siarczanu ołowiu. Akumulatory samochodowe nie są jednak generalnie zaprojektowane do częstego całkowitego rozładowania, lecz raczej do funkcjonowania w stanie całkowitego naładowania.

Ładowanie

Proces ładowania polega na podłączeniu akumulatora do źródła prądu (np. zasilacza lub prostownika) i trwa on około 10 godzin. Prąd ładowania wynosi 10% pojemności akumulatora (dla akumulatora 40 Ah prąd ładowania wynosi 4 A). Możliwe jest ładowanie przyśpieszone (1 godzina) według zaleceń producenta. Podczas ładowania napięcie ogniwa wzrasta powoli od ok. 2 V do 2,35 V, potem szybciej. Gęstość elektrolitu rośnie. Po przekroczeniu napięcia 2,4 V zaczyna się rozkład wody na tlen i wodór (tzw. gazowanie akumulatora). Po osiągnięciu napięcia 2,5 V należy przerwać ładowanie, w przeciwnym razie dochodzi do przeładowania akumulatora. Skutkuje to wydzieleniem dużych ilości wodoru (tzw. zagotowaniem). Wodór w połączeniu z powietrzem tworzy mieszankę wybuchową, która może eksplodować pod wpływem iskry elektrycznej. Stąd ładowanie akumulatorów należy przeprowadzać w dobrze wentylowanych wnętrzach lub na otwartym terenie i unikać iskrzenia przy odłączaniu zacisków prostownika (w pierwszej kolejności odłączyć prostownik z sieci). W czasie ładowania wydziela się w elektrolicie ciepło, które przy temperaturze powyżej 40 °C działa szkodliwie na płyty akumulatora. Nie powinno się użytkować akumulatorów sprzedawanych w Polsce w temperaturze otoczenia powyżej 40 °C (w krajach o klimacie tropikalnym).

Nieużywany akumulator trzeba okresowo (co miesiąc) doładowywać aby nie dopuścić do zasiarczenia spowodowanego samorozładowywaniem się akumulatora.

Pojemność

Pojemność akumulatorów ołowiowych podaje się w amperogodzinach (Ah). Pojemność zależy od sposobu rozładowywania, dlatego wprowadzono pojęcie pojemności 10-godzinnej. Dla przykładu aby rozładować w ciągu 10 godzin akumulator 40 Ah, należy czerpać z niego prąd o natężeniu 4 A. Niektórzy producenci stosują inne pojęcia pojemności akumulatora, np. pojemność 5-godzinną (5HR) lub 20-godzinną (20HR).

W ujemnych temperaturach pojemność maleje powodując trudności z uruchomieniem pojazdów w zimie. Przy dużych mrozach w rozładowanym akumulatorze może dojść do zamarznięcia elektrolitu, doprowadzając do jego uszkodzenia. Dawniej zalecane było wyjmowanie akumulatora z samochodu, przechowywanie w ciepłym miejscu i zamontowanie przed uruchomieniem silnika. Obecnie nie stosuje się odłączania akumulatora z powodu możliwości uszkodzenia elektroniki lub skasowania pamięci sterowników.

Akumulatory bezobsługowe i żelowe

Wadą akumulatorów ołowiowych jest ryzyko wycieku z nich kwasu siarkowego oraz parowanie wody powodujące zbyt duże jego stężenie w elektrolicie i konieczność okresowego uzupełniania. Oba problemy rozwiązuje się stosując albo bardzo szczelne, nierozbieralne obudowy lub stosując elektrolity żelowe. Elektrolity żelowe są nadal wodnymi roztworami kwasu siarkowego, jednak dodaje się do nich środka żelującego (np: żywice silikonowe), który jednocześnie zapobiega parowaniu wody i wyciekom. Oba typy akumulatorów - uszczelnione i żelowe nazywa się "bezobsługowymi" - gdyż w zasadzie nie wymagają one kontrolowania składu i ilości elektrolitu.

Żadna forma elektrolitu nie zapobiega jednak problemom wynikającym z częstego rozładowywania akumulatora. Ładowanie akumulatorów "bezobsługowych" jest przeprowadzane w ten sam sposób jak "obsługowych", nie należy tylko dokonywać w nich samodzielnego uzupełniania elektrolitu.

Obudowy akumulatorów nie są nigdy absolutnie szczelne, bo powodowałoby to niebezpieczeństwo wybuchu na skutek dużego wzrostu ciśnienia we wnętrzu w efekcie wydzielania wodoru, w trakcie jego przeładowywania.

Źródło: Wikipedia