Podstawy
Akumulatory
A
k
u
m
u
l
a
t
o
r
y
Akumulatory
A
k
u
m
u
l
a
t
o
r
y
w praktyce elektronika
w
p
r
a
k
t
y
c
e
e
l
e
k
t
r
o
n
i
k
a
w praktyce elektronika
w
p
r
a
k
t
y
c
e
e
l
e
k
t
r
o
n
i
k
a
Akumulatory kwasowo-ołowiowe
część 2
c
z
ę
ś
ć
2
część 2
c
z
ę
ś
ć
2
Niniejszy artykuł jest kontynuacją materiału z sywnego gazowania. Nie wolno też dopu- ślić, ile energii dostarczono do akumulatora.
poprzedniego numeru EdW i dotyczy jednego szczać do przeładowania akumulatorów żelo- Prąd ładowania wyznaczony jest tu przez
typu akumulatorów. W znanych od stu pięć- wych, bo może się to skończyć ich definityw- wiele czynników, w tym napięcie sieci oraz
dziesięciu lat akumulatorach kwasowo-oło- nym uszkodzeniem. właściwości transformatora i akumulatora.
wiowych elektrolitem zawsze jest roztwór Z kolei całkowite rozładowanie do zera Prostowniki takie mogą łatwo doprowadzić
kwasu siarkowego, a płyty zbudowane są też jest bardzo szkodliwe i zazwyczaj wiąże do przeładowania.
z ołowiu. Napięcie nominalne ogniwa wyno- się z nieodwracalną utratą pojemności. Aku-
si 2V. Starszego typu akumulatory samocho- mulatory kwasowe nie powinny być rozłado-
dowe wymagały okresowej obsługi, konkret- wywane poniżej 1,35V/na ogniwo (zaleca się
nie dolewania wody i kontroli gęstości elek- rozładowanie tylko do 1,7...1,8V/ogniwo).
trolitu. Większość nowszych ani nie wymaga Gdy coś takiego się zdarzy, trzeba jak naj-
takich zabiegów, ani ich nie umożliwia  są to szybciej naładować akumulator.
tak zwane akumulatory bezobsługowe. Stoso- Akumulator powinien być przechowy-
wane są powszechnie w samochodach. wany w możliwie niskiej temperaturze.
Oprócz nich bardzo popularne są obecnie tak Mniejsze jest wtedy samorozładowanie Rys. 1
zwane akumulatory żelowe o napięciach i znacznie dłuższa żywotność. Jest to niebaga-
6V i 12V o pojemnościach 1...100Ah, za- telna sprawa: o ile w temperaturze pokojowej Rys. 2
mknięte w szczelnych obudowach, nie wy- spodziewany czas pracy akumulatora żelowe-
dzielające żadnych szkodliwych wyziewów, go (utrata 50% pojemności) wynosi około pię-
mogące dzięki temu pracować nawet w mie- ciu lat, to przy temperaturze otoczenia +35oC
szkaniu (np. w centralkach alarmowych). przypuszczalna trwałość zmniejszy się trzy-
W tych kwasowych akumulatorach elektrolit krotnie, a przy temperaturze +60oC  kilkuna-
nie wycieknie, bo albo przez dodatek odpo- stokrotnie! Rysunek 1 pokazuje, jak akumula-
wiedniej substancji ma postać galarety  żelu tor traci ładunek wskutek samorozładowania
(stąd nazwa), albo też zastosowane są inne w różnych temperaturach. Z drugiej strony ni-
sposoby, skutecznie eliminujące ryzyko wy- skie temperatury zmniejszają pojemność. Ry-
cieku elektrolitu. Warto podkreślić, że aku- sunek 2 pokazuje tę zależność przy różnych
mulatory żelowe nie są oddzielnym rodzajem prądach rozładowania. Wskazuje wyraz
nie, W przypadku akumulatorów starego typu
akumulatorów  to najprawdziwsze akumula- że pojemność zależy od prądu rozładowania. zdawały one jako tako egzamin, bo sygnałem
tory kwasowo-ołowiowe o specyficznej bu- Nominalna pojemność określana jest w tem- do zakończenia ładowania było intensywne
dowie, uniemożliwiającej wylanie elektrolitu. peraturze pokojowej przy stosunkowo ma- gazowanie. W nowych typach nie powinno
Gdy akumulator pracuje w samochodzie, łym prądzie rozładowania (C/20)  patrz się dopuszczać do gazowania, dlatego opisa-
sprawa jest oczywista. Nominalne napięcie punkt A na charakterystyce. Przy temperatu- ne właśnie prostowniki domowej roboty mo-
w instalacji samochodu wynosi 14,4V. rze 0oC i dużym prądzie rozładowania rów- gą poważnie zmniejszyć pojemność i skrócić
O właściwe napięcie i prąd ładowania dba nym 1C ten sam w pełni naładowany akumu- czas służby akumulatora.
w samochodzie regulator napięcia, który ste- lator będzie miał tylko około 35% pojemno-
ruje pracą alternatora. Więcej uwagi trzeba ści znamionowej  wskazuje to punkt B. Rys. 3
poświęcić ładowaniu tylko wtedy, gdy taki
 Domowe
akumulator pracuje poza samochodem. Daw-
sposoby
niej stosowano prymitywne sposoby ładowa-
nia, a dość skutecznym wskaz
nikiem nałado- ładowania
wania było tzw. gazowanie elektrolitu (roz- Dawniej do ładowania akumu-
kład wody na tlen i wodór w procesie elek- latorów kwasowych często wy-
trolizy). Dobrym wskaz
nikiem stanu nałado- korzystywano najróżniejsze
wania był także pomiar gęstości elektrolitu prostowniki własnej konstruk-
za pomocą aerometru. W nowoczesnych bez- cji. Rysunek 3 pokazuje kilka
obsługowych akumulatorach z ciekłym elek- przykładów. Trzeba uprzyto-
trolitem dolewanie wody nie jest wymagane, mnić sobie, że różnego typu sa-
a w wielu przypadkach wręcz niemożliwe, moróbki mają nieprzewidywal-
niemniej też nie należy dopuścić do inten- ne parametry i nie sposób okre-
Elektronika dla Wszystkich
Wrzesień 2002
60
Podstawy
Ponieważ ogromna większość nowocze- i można mieć pewność, że stale są gotowe do wet powiedzieć, że są dość tolerancyjne, na-
snych akumulatorów ma szczelne obudowy, pracy i że dysponują pełną pojemnością. wet w przypadku błędów. Należy tylko prze-
więc stare, sprawdzone i skuteczne metody Teoretycznie w trybie buforowym akumu- strzegać podstawowych zasad:
kontroli stanu i naładowania akumulatora lator kwasowy mógłby też pracować nie - napięcie końcowe ładowania nie powinno
przez pomiar gęstości elektrolitu są dziś cał- z ustalonym napięciem, tylko z ustalonym przekraczać 15V,
kowicie bezużyteczne. Pozostaje jeden jedy- prądem konserwującym, jak na rysunku 5 - maksymalny prąd ładowania nie powi-
ny sposób  pomiar napięcia na zaciskach. (porównaj rysunek 4 w EdW 8/2002). Nie- nien być większy niż 0,3C.
Na szczęście w akumulatorach kwasowych, liczne z
ródła podają rozmaite wartości prądu Minimalnego prądu ładowania się nie
w przeciwieństwie do zasadowych, napięcie konserwującego: 0,005C (C/200)...0,01C określa. Przy znikomych prądach nowy
ma ścisły i przewidywalny związek ze sta- (C/100), a nawet 0,02C (C/50). Należy wziąć sprawny akumulator powoli się naładuje, ale
nem naładowania, co pozwala w prosty spo- pod uwagę, że przy znacznym prądzie kon- w starym, zużytym ten sam prąd nie pokryje
sób kontrolować proces ładowania. serwującym napięcie na akumulatorze na nawet strat samowyładowania.
pewno wzrośnie powyżej zalecanych granic,
Zasilacze buforowe co z kolei według niektórych z
ródeł może
Akumulatory kwasowe, zwłaszcza żelowe niekorzystnie wpłynąć na trwałość. Dlatego
o pojemności do kilkudziesięciu amperogo- akumulatory kwasowe powinny zawsze pra-
dzin, bardzo często pracują w tak zwanym cować w układach przy stałym napięciu.
trybie buforowym (standby), jako baterie re- O ile dla akumulatorów zasadowych lepiej
zerwowe. Oznacza to, że cały czas podłączo- jest stosować sposób z ustalonym prądem
ne są do z
ródła napięcia, do zasilacza. konserwującym o wartości około 0,01C,
Rysunek 4 pokazuje prosty układ pracy o tyle dla akumulatorów kwasowych zdecy-
buforowej  zasilacz stabilizowany z ograni- dowanie lepiej jest stosować sposób ze
czeniem i akumulator są połączone ze sobą stałym napięciem
równolegle. Dodatkowa dioda na wyjściu za- 2,25...2,3V/ogni- Rys. 6
silacza uniemożliwa  cofanie się prądu wo według ry-
z akumulatora do zasilacza, gdy zabraknie sunku 5. Akumu- W praktyce można wykorzystać prostą me-
napięcia sieci. Ogranicznik prądu w zasilaczu latory kwasowe todę ładowania prądem o niezmiennej wartości
trzeba tak ustawić, by maksymalny prąd ła- i zasadowe mają (0,1...0,3C) przez czas potrzebny na władowa-
dowania nie przekroczył 0,3C. w tym wzglę- nie 120% pojemności znamionowej (1,2C).
Uwa g a ! dzie odwrotne Przykładowo akumulator o pojemności
Wbuforowym właściwości. Rys. 5 10Ah można ładować:
trybie pracy prądem 1A przez 12 godzin,
należy ustawić Praca cykliczna prądem 1,2A przez 10 godzin,
na akumulato- Praca cykliczna to taka, kiedy akumulator prądem 2A przez 6 godzin,
rze 12-wolto- jest naładowany, a następnie rozładowany, prądem 3A przez 4 godziny,
wym napięcie ponownie naładowany i tak dalej. Całkowite prądem 4A przez 3 godziny.
13,5...13,8V Rys. 4 rozładowanie nie oznacza, że napięcie na za- Metoda wydaje się prosta i łatwa, ale
(na 6-wolto- ciskach spadnie do zera, tylko do napięcia w praktyce bywa bardzo rzadko stosowana,
wym 6,8...6,9V). Odpowiada to 2,25...2,3V 1,5...1,8V na ogniwo, co dla akumulatora 12- bo wymaga układu zapewniającego prąd
na ogniwo. Akumulator kwasowy cały czas -woltowego daje 9...10,8V. Rozładowanie do o niezmiennej wartości (z
ródło prądowe) oraz
pozostaje pod takim bezpiecznym napięciem, zera jest zdecydowanie szkodliwe i najczę- wyłącznika czasowego. Nie uwzględnia także
jest naładowany i stale gotowy do pracy. Je- ściej wiąże się ze znaczną, nieodwracalną zmian pojemności pod wpływem starzenia.
śli napięcie to byłoby nieco wyższe, nic tra- utratą pojemności. Bardzo duży wpływ na
gicznego się nie stanie, jednak żywotność żywotność akumulatora ma też głębokość Rys. 7
akumulatora będzie mniejsza. Z kolei napię- wyładowania. Rysunek 6 pokazuje utratę po-
cie niższe od podanego też nie grozi awarią, jemności w funkcji liczby cykli ładowa-
ale przy niższym napięciu akumulator nie zo- nie/rozładowanie przy różnych głęboko-
stanie w pełni naładowany. ściach rozładowania. Interpretacja wykresu
Podanego zakresu 13,5...13,8V nie należy może być niejednoznaczna, ale warto zapa-
traktować jako nieprzekraczalnych granic miętać ważny wniosek praktyczny: w miarę
bezpiecznej pracy. Jest to zakres optymal- możliwości korzystniej jest zastosować
nych warunków i korzystnej zależności trwa- akumulator o pojemności większej niż wy-
łość/pojemność. W trybie buforowym należy magane minimum i nie rozładowywać go
więc w miarę możliwości pracować przy ta- do końca (zaleca się wyładowanie do napię-
kim napięciu, wiedząc, że zmiana napięcia cia 1,9...2,0V/ogniwo), bo wtedy znacznie
o 0,2V w jedną czy drugą stronę nie jest żad- wzrośnie trwałość. Różnica ceny mniejszego Przy prądach rzędu kilku amperów proste
na tragedią. i większego akumulatora nie jest znacząca, z
ródło prądowe, na przykład według rysunku
Wcześniej wspomniane było, że podobnie a trwałość, jak pokazuje rysunek 6, wzrośnie 7, wymagałoby zastosowania potężnych tran-
mogą pracować akumulatory zasadowe  dużo, nawet kilkakrotnie. zystorów mocy T2 i radiatorów do nich. Na
tamte jednak mogą w takim napięciowym W materiałach firmowych proponuje się szczęście dzięki charakterystycznym właści-
trybie przeformować się i nie zgromadzą peł- kilka metod ładowania, a do tego szereg wy- wościom akumulatorów kwasowych układy
nego ładunku. Natomiast akumulatory kwa- kresów, co często przestrasza praktyków, ładowarek można znacznie uprościć. Zostanie
sowe doskonale sprawdzają się w trybie bu- którzy nie chcą wgłębiać się w szczegóły. Na to omówione w następnej części artykułu.
forowym przy napięciu 2,25...2,3V/ogniwo szczęście akumulatory kwasowe nie wyma-
gają ścisłych procedur ładowania. Można na- Jerzy Częstochowski
Elektronika dla Wszystkich
Wrzesień 2002
61