1. Wymagania stawiane nowoczesnym akumulatorom.

Rozwijająca się technika samochodowa cechująca się m.in. coraz to większą

liczbą urządzeń elektrycznych i elektronicznych w pojazdach, wymusza stosowanie

źródeł energi mogących sprostać rosnącym wymaganiom. Nowoczesne akumulatory

powinny zatem cechować się:

1. wydłużonym okresem eksploatacji

2. całkowitą bezobsługowością, tzn. brakiem potrzeby dolewania elektrolitu przez cały

okres eksploatacji

3. wysokim prądem rozruchowym co jest jednym z warunków zapewnienia pewności

rozruchu

4. odpornością na wpływ wysokiej temperatury panującej w komorze silnika, jak

również na niską temperaturę panująca w zimie

2. 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 energi 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.

3. Podstawowe wielkości charakteryzujące akumulator.

Przedstawione poniżej wielkości wraz z krótkim opisem będą pomocne dla

zrozumienia procesów zachodzących w akumulatorze oraz zasad eksploatacji

akumulatora.

1. Minimalne napięcie pracy (napięcie wyładowania Uw) -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.

2. Prąd znamionowy akumulatora (prąd 20-to godzinowy I20 lub IZN) - 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

3. Pojemność znamionowa akumulatora (Qzn lub Q20) - 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.

4. 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.

5. Prąd ładowania akumulatora (I ład) - 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.

4. Metody oceny stanu akumulatora.

Możemy wyróżnić cztery sposoby oceny stanu akumulatora:

1. 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. Pokazuje to rysunek.

Na rysunku pokazano sytuację zmierzenia gęstości elektrolitu w temperaturze

-5 °C. Zmierzona gęstość wyniosła 1,2 [g/cm3]. Aby przeliczyć tę gęstość na

gęstość w umownej temperaturze 25 °C należy zaznaczony punkt przesunąć

równolegle, względem narysowanych zielonym kolorem lini , do punktu

przecięcia z linią temperatury odniesienia (25 °C). Rzutując teraz ten punkt na oś gęstości widzimy, że gęstość rzeczywista (ta według której określimy stan

akumulatora) wynosi 1,18 [g/cm3]. Tok postępowania ilustruje linia żółta. Z

wykresu tego możemy takrze szacunkowo w procentach określić stopiń

naładowania akumulatora. Wystarczy spojrzeć na górną oś. Wnioskowania co

do stanu akumulatora dokonujemy wg. poniższej tabeli.

Gęstość

elektrolitu

Diagnoza co do stanu naładowania akumulatora

[g/cm

3]

Zbyt duża gęstość elektrolitu. Należy ją obniżyć w ten

1,285 ... 1,3

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)

2. 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.

3. 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.

4. 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

5. 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:

1. doładowanie - czyli normalne uzupełnienie nagromadzonego w akumulatorze ładunku.

Prąd doładowania wynosi

2. podładowanie - w sytuacji konieczności szybkiego doprowadzenia energii koniecznej

jedynie do uruchomienia samochodu). Polega na ładowaniu akumulatora prądem

do chwili rozpoczęcia gazowania, a następnie zmniejsza się prąd ładowania do

wartości

Ładowanie przyspieszone (podładowanie) nie jest dla akumulatora korzystne i dlatego

należy je przeprowadzać tylko w przypadkach awaryjnych.

3. ładowanie wyrównawcze (między ogniwami)- Polega na powolnym ładowaniu

akumulatora, a następnie przeładowaniu prądem o wartości

lub mniejszej. W ten sposób wyrównuje się stan naładowania poszczególnych ogniw a

akumulatorze.

4. 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. Prąd ładownia musi mieć wartość od

0,02 do 0,05 Q20. Ładujemy z przerwami tzn. po 12 godzinach ładowania

robimy 2 godziny przerwy. Proces kończymy po wystąpieniu objawów pełnego

naładowania tj.:

stałej gęstości elektrolitu

intensywnego gazowania

stałego napięcia na końcówkach przy trzech kolejnych pomiarach wykonanych

w odstępach godzinowych

BACK TO MENU