29.11.2010 | 08:11
Autor:
Kategorie:
Štítky:

Zásady zvýšené péče o akumulátory

Elektrickou energii v motorovém vozidle vyrábějí rotační generátory (alternátory), které jsou označovány jako primární zdroje. Sekundárním „zdrojem“ elektrické energie je akumulátor, ve skutečnosti zásobník elektrické energie – protože není schopen ji vyrábět. Zejména v zimním období a u sezónních strojů
je nutné věnovat zvýšenou péči právě akumulátoru.

Primární zdroj musí  dodat energii spotřebovanou za provozu vozidla i energii pro akumulátor potřebnou v době, kdy alternátor nepracuje nebo je-li spotřeba vyšší než výkon základního zdroje.
Akumulátor je tedy zásobníkem elektrické energie, nikoliv zdrojem. Dodává elektrickou energii v době, kdy je primární zdroj v klidu, pracuje při nízkých otáčkách nebo je poškozený.
Startovací akumulátory mají konstrukci desek provedenou tak, aby se dosáhlo co nejnižšího vnitřního odporu. To totiž umožňuje (podle Ohmova zákona I = U/R) odebírat proudy ve stovkách ampérů.
Uvědomíme-li si, že v dnešní době akumulátor slouží pouze pro spuštění motoru a poté napájení spotřebičů přebírá alternátor, tak nás ani jiné jeho vlastnosti nezajímají. Pro nás je rozhodující, zda akumulátor ve vozidle dokáže za všech podmínek dostatečně zatočit motorem.
Z čeho přesně – kromě olova – jsou desky vyráběny, je výrobním tajemstvím, ale všeobecně se jako legující prvek pro zpevnění desek atd. používá antimon. Jeho použití je levné a dobře technologicky zvládnuté. Nevýhodou použití antimonu je negativní vliv na hodnotu samovybíjení a rozklad vody. (Proto se u běžných akumulátorů musí pravidelně dolévat voda, ztráta samovybíjením se udává 1 % denně z okamžité kapacity. Akumulátor se musel při nečinnosti asi jednou za tři měsíce dobíjet.)
Dnes výrobci postupně přecházejí na „vápníkovou“ technologii. Změna technologie nejenom, že silně potlačila negativní vlastnosti antimonové technologie, ale výrazně i zvýšila životnost akumulátoru. Vápníkové akumulátory téměř nevykazují samovybíjení a ztráta vody je natolik zanedbatelná, že zásoba vody v akumulátoru postačuje na celou dobu životnosti, která bývá výrazně vyšší než u původního provedení (střední hodnota deset let při správném používání a údržbě).
Akumulátory již nemají otvory pro dolévání vody, to je prvním znakem tohoto provedení. Navíc bývají doplňovány indikátorem nabití, který barevnými poli určuje úroveň nabití. Ve své podstatě jde o otočný hustoměr, který se podle momentální hustoty elektrolytu otáčí a odráží různými barvami okolní světlo (nejde o LED diody). Tyto akumulátory mají větší plochu desek, protože se aktivní hmota desek tolik nedrolí a není tedy zapotřebí pod deskami tolik záchytného místa na kal. Proto mají při stejném vnějším rozměru větší kapacitu. Udává se i větší odolnost proti vibracím a nárazům. Většina výrobců udává schopnost startu po šestiměsíčním skladování.
Toto všechno byly akumulátory s volným elektrolytem, nebo-li roztok kyseliny je v článcích volně a jeho množství lze snadno kontrolovat. Vývojově relativně novým druhem jsou akumulátory bez volného elektrolytu, kdy elektrolyt nevyteče, a je možné instalovat akumulátory v libovolné poloze. Prvním představitelem na našem trhu byla známá OPTIMA. Jde také o olověný akumulátor, ovšem technologie desek je zase o cosi dál, a to hlavní – elektrolyt je vázán ve skelném rounu, které nepřipustí únik kyseliny. Konkrétně OPTIMA má desky stočené do svitku – proto ten odlišný tvar akumulátoru, šest válců s víkem – a tím je dána i několikanásobně větší plocha a  velká proudová zatížitelnost (850 A při 50 Ah). Kromě toho je důležitá i značná necitlivost na okolní teplotu, tento proud je schopna dodat i při –18 °C. Nevýhodou je ale cena akumulátoru, především při velké kapacitě je značně vyšší než u olověných akumulátorů stejné kapacity.
Proto u většiny zemědělských strojů najdeme právě olověné akumulátory klasické konstrukce. Princip olověného akumulátoru je známý již více než 150 let.
Elektrická energie se uvolňuje chemickými pochody, které probíhají v aktivní hmotě na elektrodách a v elektrolytu. Akumulátor se skládá z článků uložených v článkovém bloku nádoby akumulátoru.
Nádoba je vyrobena z odolného plastu, dnes většinou průhledného. Dno nádoby má výstupky, které vytvářejí kalový prostor – kalojem. Elektrody článků jsou desky tvořené základní mřížkou z tvrdého olova. Do mřížky je nalisována aktivní hmota, kterou je pasta ze směsi oxidu olova a kyseliny sírové s destilovanou vodou. Mřížka je nejen nosičem aktivní hmoty, ale vede i elektrický proud. Aktivní hmotou kladných desek je po nabití oxid olovičitý (PbO2), záporných desek čisté olovo (Pb). Elektrolytem je vodní roztok kyseliny sírové (H2SO4 + H2O). K ředění se používá výhradně destilovaná voda! Pórovitost aktivní hmoty zvyšuje také kapacitu, protože chemické děje probíhají i uvnitř aktivní hmoty.
Ampérhodinová kapacita – schopnost akumulátoru dodávat proud o určité hodnotě po určitou dobu. Například akumulátor o kapacitě 100 Ah je schopen dodávat 100 hod. proud 1 A,
nebo naopak po 1 hod. proud 100 A. Jelikož kapacita silně závisí na teplotě a dalších fyzikálních podmínkách při vybíjení, je jako referenční údaj obvykle udávána tzv. 20hodinová kapacita (C20), což podle naší normy znamená vybíjení akumulátoru při teplotě 25 °C do snížení napětí 1,75 v na článek (10,5 V u 12 V akumulátoru).
Startovací proud za studena (studený proud) udává startovací schopnosti akumulátoru za snížené teploty (typicky –18 °C). Tato veličina je zjišťována podle níže uvedených norem.
Startovací proud podle DIN – je zjišťován podle německé normy (Deutsche Industrie Norm). Test baterie probíhá při teplotě –18 °C. Plně nabitá baterie se vybije „studeným proudem“ až napětí klesne na 6 V. Při vybíjení musí být napětí po 30 sekund minimálně 9 V a čas k poklesu na 6 V musí být minimálně 150 s.
Startovací proud podle SAE – je stanovován dle americké normy (Standard of American Engineers), která klade větší důraz na startovací schopnosti a menší na kapacitu. Baterie se při –18 °C vybíjí „studeným proudem“ po dobu 30 s. Na konci vybíjení musí být napětí minimálně 7,2 V.
Startovací proud podle IEC – test probíhá při – 18 °C. Baterie se vybíjí „studeným proudem“ po dobu 60 s a napětí přitom nesmí klesnout pod 8,4 V.
Startovací proud podle EN – je určován podle evropské normy, která je převzatá jako česká norma. Při –18 °C se baterie vybíjí „studeným proudem“ po dobu
10 s, napětí na konci této doby má být min. 7,4 V. Pak se vybíjení přeruší a po 10 s se pokračuje s vybíjením, avšak jen s hodnotou 0,6 původního proudu. Baterie se vybije na napětí 6 V a měří se čas. Dále se přepočítá čas z prvního vybíjení (jako by bylo provedeno také s 0,6 původního studeného proudu, což je 17 s. Do těžkých podmínek, což bezesporu provoz zemědělských strojů je, se používají akumulátory s vylepšenými vlastnostmi, které zaručují dlouhou životnost právě v těchto provozních podmínkách. Patří sem otřesuvzdorné baterie – mají zvýšenou odolnost vůči kmitání. To se zkouší na otřásacím stole, který je schopen vyvíjet harmonické kmitání o frekvenci 22 +/– 2 Hz se zrychlením 6 g. Heavy Duty baterie – vyznačují se odolností proti namáhavému provozu. Zjednodušeně charakterizováno mají větší životnost v cyklech při nabíjení a též vyšší životnost při otřásání. Bezúdržbové baterie – jsou charakterizovány nízkým samovybíjením, vyšší životností v cyklech při nabíjení a nízkou spotřebou vody.
Za provozu se akumulátor neustále vybíjí a dobíjí. Je-li mimo provoz, dochází k samovolnému vybíjení, přibližně se ztrácí 1 % kapacity denně u klasických olověných akumulátorů. Kladné a záporné elektrody se od sebe izolují separátory. Póly článků jsou  spojeny pólovým spojem do série. Při středním provozním napětí jednoho článku U = 2 V má akumulátor šest článků pro napětí U = 12 V. Vyššího napětí, např. U = 24 v, se dosáhne spojením dvou akumulátorů s napětím 12 V zapojených do série. Při paralelním zapojení akumulátorů se zvyšuje kapacita, hodnota napětí zůstává stejná.

Sulfatace desek

S vybíjením akumulátoru úzce souvisí sulfatace desek. Bude-li akumulátor delší dobu mimo provoz nebo se vybije pod napětí U = 1,75 v na článek, pokryjí se desky krystaly síranu olovnatého (PbSO4), které se nedají nabíjením rozložit na původní složky aktivní hmoty a elektrolytu.
Sulfatace vzniká špatnou ob-sluhou, při vybíjení pod stanovenou mez, nepravidelným dobíjením i vyšší hustotou elektrolytu. Sulfataci lze částečně odstranit pomalým nabíjením malým proudem. Nelze však odstranit zcela a u silně zasulfatovaného akumulátoru se životnost prodlouží jen nepatrně.

Údržba akumulátorů

Akumulátor v provozu vyžaduje pravidelnou kontrolu hladiny elektrolytu (má být 10–15 mm nad deskami). Doplňuje se jen a pouze destilovaná voda, jakákoliv jiná kapalina je nepřípustná neboť vede ke zničení akumulátoru. U akumulátoru o kapacitě 150 Ah se udává ztráta vody odparem nece1ý 1 litr za šest měsíců, který způsobí pokles hladiny elektrolytu o 1 cm. Kontrola hladiny by měla být 1x až 2x za měsíc, v letním období pak asi 1x týdně.  Kyselina sírová se neodpařuje. Elektrolyt se doplňuje, jen když se prokazatelně vylil, musí mít předepsanou hustotu jako zbývající elektrolyt v článku (kontrola hustoměrem). Po každém doplnění se musí akumulátor dobít, buď provozem vozidla nebo nabíječkou. Při dolévání vody v zimě pamatujte na možnost zamrznutí vody v horní části článku, protože voda se s kyselinou hned nepromíchá (difuze trvá dny). Dolévejte, pokud je to možné, před jízdou – při dobíjení a otřesech vozidla dojde k rychlému promíchání.
Vnější povrch akumulátoru musí být vždy čistý, musí se očistit především před odšroubováním zátek článků. Větrací otvory zátek se musí udržovat průchodné. Svorky na pólech akumulátoru mají odpovídat tvaru a velikosti pólu. Musí být vždy řádně dotaženy, neboť volný spoj má velký přechodový odpor. Povrch svorek má být čistý  a nakonzervovaný konzervačním tukem. Ve vozidle musí být akumulátor uložen na pružné podložce a musí být řádně upevněn, aby netrpěl otřesy. Aby se předešlo zkratu, odpojuje se při demontáži nejprve ukostřený pól (nejčastěji –), a teprve potom pól neukostřený. Při zapojování je tomu obráceně, nejprve se zapojí svorka neukostřeného pólu.

Nabíjení akumulátoru

Při nesprávném dobíjení vzniká nejvíce chyb negativně ovlivňujících životnost akumulátoru. Ke správnému postupu je nezbytné kromě regulovatelné nabíječky mít hustoměr a nějaký obyčejný voltmetr. Značka C20 je podle normy vlastně hodnota kapacity akumulátoru v Ah, od ní se odvozují všechny testované veličiny. Index 20 znamená tzv. dvacetihodinový vybíjecí cyklus – plně nabitý akumulátor se vybíjí konstantním proudem dvacetiny (0,05) hodnoty kapacity akumulátoru (pro 40 Ah = 2 A). Měření se provádí při teplotě středního článku 25 °C. Momentální kapacita se vypočítá jako součin vybíjecího proudu a času od začátku vybíjení do poklesu napětí na svorkách na 10,5 V. Tato hodnota napětí se považuje za úplné vybití akumulátoru. Při vybíjení pod tuto hranici se akumulátor ničí – dochází ke zrychlené sulfataci. Pokud se použije k vybíjení proud vyšší, nelze dostat z akumulátoru stejnou kapacitu, protože chemické pochody na jednotlivých článcích neprobíhají stejnou rychlostí. Z výše uvedeného důvodu není možné dostat z akumulátoru rychle celou možnou kapacitu, hlavně při spouštění.
Jistě jste si všimli, že i když už akumulátor „netočí“, po odpočinutí je schopen ještě nějaký náboj dodat. Během odpočinku se vyrovnávají chemické procesy mezi jednotlivými deskami. Po vybití musí neprodleně následovat plné nabití, jinak se akumulátor nevratně ničí. Akumulátor není schopen přijímat takový proud, jaký je schopen vydat. Zjednodušeně řečeno, síran olovnatý, který vznikl jako výsledek chemických reakcí při vybíjení, potřebuje na rozklad dostatek času. Čím menší nabíjecí proud se použije, tím lépe, neboť elektrochemické pochody mají daleko více času na svůj průběh, desky se lépe zformují a akumulátor má delší životnost.
Nabíjet se dá účinně pouze při teplotě akumulátoru větší než +15 °C. Pokud je akumulátor promrzlý, chemické reakce z důvodu nízké pohyblivosti iontů probíhají jen na povrchu desek, zreagovaný povrch desek brání postupu iontů do vnitřních činných hmot desek a akumulátor není plného nabití schopný. Napětí na svorkách se velmi rychle zvýší a již zhruba za půl hodiny akumulátor vykazuje známky plného nabití, ačkoliv to tak není. Po ohřátí přestane vykazovat známky plného nabití a lze jej normálně dobít. Naopak zase nabíjet příliš ohřátý akumulátor není vhodné, teplota akumulátoru, měřená uvnitř středního článku, nesmí překročit 40 °C.
Dříve často předepisovaná metoda nabíjení konstantním proudem 0,1 C20 po dobu 13 hod. (předpokládáme úplně vybitý akumulátor) je použitelná i dnes, nemusí se nic hlídat, pouze čas. Celkově vzhledem k účinnosti nabíjení je zapotřebí dodat 130 % náboje (platí i pro jiné typy nabíjení). Při nabíjení tímto proudem se hranice plynování 14,4 V dosáhne asi po osmi hod., asi po 10,5 hod. je již napětí na 16,8 V, asi za hodinu se ustálí na 16,5 V a dále se nezvyšuje.
Dvoustupňové nabíjení je pro akumulátor příznivější.
První stupeň – nabíjí se proudem 0,12 C20, po dosažení napětí 2,4 V na článek (14,4 V na svorkách) nastupuje druhý stupeň
– nabíjí se proudem 0,06 C20 do znaků plného nabití, tj. po dobu dvou hodin se hustota elektrolytu nemění a napětí na svorkách se nezvyšuje (dosáhne asi 16,5 V). Snížení proudu od hranice 14,4 V je důležité pro další formování desek. Akumulátor je již z velké části nabit a v jeho činné hmotě se zhorší přístup elektrolytu k síranu schopnému rychlé reakce natolik, že se postupně velká část proudu spotřebuje na rozklad vody. Proto začíná plynování (uvolňování plynného vodíku a kyslíku z rozkladu vody) až od hranice 14,4 V.
Nejde tedy o nabíjení v pravém slova smyslu, ale jen o doběh a formování. Snížení proudu umožní pomalejší elektrochemickou reakci, více síranu má možnost se přeměnit. Napětí se při nabíjení proudem 0,1 C20 začne rychleji zvyšovat až na hranici okolo 16,5 V, krátkodobě i 16,8 V. Potom již všechen proud jen rozkládá vodu. Hranice 16,5 V tedy značí konec nabíjení. Tuto hranici by měl dobrý akumulátor dosáhnout nebo se aspoň k ní přiblížit i při nabíjení proudem 0,06 C20, ovšem za delší dobu.
Úplně vybitý akumulátor se pozná pouze při zatížení proudem 0,05 C20 – napětí na svorkách musí poklesnout na 10,5 V (někdo udává 10,8 V). Pokud je nižší, dobíjí se proudem 0,05 C20 do dosáhnutí napětí na svorkách 12,5 V a potom se přejde na dvoustupňové dobíjení. Každopádně není vhodné vybíjet akumulátor pod tuto hodnotu, rozpadají se desky. Pokud i naprázdno má akumulátor napětí nižší než asi 12 V, je už u konce životnosti. Pokud začíná plynovat již při napětí nižším než 14,4 V, je silně zasulfatovaný a už se s ním moc neudělá, konec životnosti je blízko.
Nouzově lze při vybití asi na
30 % použít rychlonabíjení proudem 0,25 C20 do napětí na svorkách 14,4 V, poté je nutné proud snížit na 0,06 C20. Předpokladem je dobrý stav akumulátoru, všechny články jsou rovnoměrně vybité. Po dobu nabíjení se kontroluje teplota ve středním článku (skleněný chemický teploměr do 50 °C), při zvýšení nad 40 °C je nutno zmenšit proud (případně přerušit nabíjení) a pokud možno akumulátor chladit (ponořením do vody pod spodní hranu víka). Při vybití pod 30 % je rychlonabíjení z hlediska životnosti akumulátoru nevhodné.
Zdůrazňujeme, že jde o nouzové dobíjení!
Jakmile se nabíjení ukončí a nabíječka odpojí, dojde okamžitě k poklesu napětí na svorkách na 14,4 V. Dále se napětí postupně snižuje až na hodnoty okolo 12,6–13 V, kde se ustálí. Toto napětí závisí na konečné hustotě elektrolytu, která může být 1,26–1,285 g/cm3. Nižší hustota – nižší napětí. Horní mez hustoty by neměla být překračována.
Důležité je, že při rozkladu vody vzniká třaskavá směs vodíku a kyslíku. Proto při práci s akumulátorem nepoužívejte otevřený oheň, včetně zapálených cigaret. Nejvíce směsi je uvnitř článku a pokud se vznítí, může dojít k roztržení obalu a rozstříknutí elektrolytu po okolí!
Tyto nabíjecí metody jsou založeny na nabíjení konstantním proudem (charakteristika I). Jiné nabíjecí metody používají nabíjení konstantním napětím (charakteristika U), případně kombinovaná metoda proud – napětí (charakteristika W). Ještě se používá speciální průběh, kdy se nabíjí impulzním průběhem s vybíjecím pulzem v poměru 5:1 až 10:1. Udává se kladný vliv na sulfatované články. První metoda je založená na dobíjení stejnosměrným konstantním proudem a je nejrozšířenější. Dobře se dá spočítat dodaný náboj a je dostatečně pro akumulátor šetrná, pokud se omezí proud v druhé fázi nabíjení.
Poslední, velmi diskutovaná metoda, je již poměrně dlouho známá. Je založena na poznatku, že pravidelný impulz opačné polarity ve velikosti 10–20 % nabíjecího proudu má příznivý vliv na desulfataci desek a obnovování jejich původní kapacity. Podmínkou ovšem je malé opotřebení desek, polorozpadlé desky už těžko něčím zachráníte. Skutečně je možné sulfataci, vzniklou dlouhodobým vybitím akumulátoru, touto metodou z velké části odstranit. Není to metoda zázračná, nabíjení a vybíjení je nutné několikrát opakovat. Jde o nabíjení impulzy konstantního náboje (jako by se konstantní proud rozsekal na části – proud – mezera – proud – mezera), z nichž každý pátý až desátý má stejnou velikost, ale opačnou polaritu. Nabíječka je konstrukčně složitější.

Aby akumulátor sloužil co nejdéle...

Je nutné si uvědomit, že o akumulátor se musíme starat celoročně a ne až v momentě, kdy nenastartujeme. Praktici vědí, že životnost tohoto zdroje energie může být dva roky nebo také šest let (a z vlastní zkušenosti vím, že i více než deset let). Akumulátor by proto neměl nikdy delší dobu zůstat ve vybitém stavu, jinak dochází k již zmiňované sulfataci a zkrácení životnosti. Při vybíjení se vylučuje voda a ta může v silně vybitém akumulátoru a za nízkých teplot i zmrznout a akumulátor nevratně poškodit. Nezapomeňte, že vybitý akumulátor zamrzá již při –10 °C, jinak dostatečně nabitý není schopný v našich zeměpisných šířkách zmrznout nikdy. Přestože je akumulátor dobíjen provozem vozidla, vyplatí se před zimou  řádná údržba spočívající v očištění a nakonzervování pólových svorek a kontrole přívodních vodičů. Je nutné, aby měly dostatečný průřez, nebyly polámané a kontakt na svorkách musí být bezvadný, jinak dochází k oxidaci a zvětšení přechodového odporu.
Často zanedbávaným úkonem je dolévání destilované vody (to neplatí u uzavřených akumulátorů, které jsou opravdu bezúdržbové, co se dolívání destilované vody týče). Hladina elektrolytu by se měla pohybovat mezi ryskami min. a max. Pokud bude nižší, není to ještě problém, je však třeba respektovat to, že olověné desky musí být vždy zcela ponořeny v elektrolytu. Pokud nedojde k vylití elektrolytu, doléváme pouze destilovanou vodu. Před zimou se vyplatí řádné dobití baterie mimo vozidlo. Zdrojová soustava vozidel totiž obvykle nedokáže akumulátor dobít na 100 %.
Zdrojová soustava vozidla (akumulátor, regulátor napětí a alternátor) musí být v naprostém pořádku. To zjistíme nejjednodušeji změřením napětí na akumulátoru při běžícím motoru. V režimu středních a vyšších otáček by se napětí mělo pohybovat v rozmezí 13,5 až 14,5 V, a to při všech zapnutých spotřebičích, které se ve vozidle vyskytují. 

 

Klíčové informace

– Největším spotřebičem na vozidle je spouštěč, a proto musí být akumulátor konstruován pro odběr vysokého proudu v krátké době během startu. 
– Z tohoto důvodu označujeme tyto akumulátory  jako startovací. 
– Kromě startovacích akumulátorů existují ještě akumulátory trakční, záložní, staniční a mnohé další, které ale nejsou předmětem tohoto článku
.

 

Ing. Petr Novák
Ing. Jiří Mašek, Ph.D
.
Česká zemědělská univerzita v Praze
Technická  fakulta
Katedra zemědělských strojů

 

Napsat komentář

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

deník / newsletter

Odesláním souhlasíte se zpracováním osobních údajů za účelem zasílání obchodních sdělení.
Copyright © 2022 ČTK. Profi Press, s.r.o. využívá zpravodajství z databází ČTK, jejichž obsah je chráněn autorským zákonem. Přepis, šíření či další zpřístupňování tohoto obsahu či jeho části veřejnosti, a to jakýmkoliv způsobem, je bez předchozího souhlasu ČTK výslovně zakázáno.
crossmenuchevron-down