V tomto článku se budeme věnovat důležité součásti motorových vozidel a to akumulátorům, které hovorově nazýváme baterie. Baterie proto, že jsou tvořeny baterií sériově zapojených článků, správný výraz je však akumulátory, protože slouží k akumulaci elektrické energie vyrobené ve vozidle alternátorem. Kromě startování motoru a provozu elektrických zařízení při stojícím motoru, slouží akumulátory též k vyrovnání krátkodobých proudových špiček, které vznikají v elektrické síti vozidla při zapínání spotřebičů a zvýšeném odběru proudu.
Olověné akumulátory jsou poměrně nenáročné na údržbu, ale pokud ji v praxi zanedbáme je jejich životnost rapidně omezena. Zatímco dobrý akumulátor provozovaný ve vozidle se právně fungujícím a dostatečně výkonným alternátorem vydrží běžně pět až šest let a někdy i více, u akumulátoru ve vozidle se špatně fungující dobíjecí soustavou a zanedbanou údržbou se životnost zkracuje na rok či dva.
Popis funkce akumulátoru
Současný vývoj v oblasti motorových vozidel klade na akumulátory zvýšené nároky. Jejich funkce totiž nespočívá jen v zabezpečení spolehlivého startu motoru, ale jak bylo zmíněno slouží též k vyrovnání úbytku elektrické energie v okamžiku, kdy alternátor nedokáže vyrobit dostatečný proud, to znamená zejména v případech, kdy motor běží ve volnoběžných otáčkách, nebo se neotáčí vůbec.
I když jsou již řadu let známy akumulátory různých typů, mezi něž patří například niklkadmiové, niklmetalhydridové, stříbrozinkové, lithiumiontové apod., v elektrické výbavě spalovacích motorů stále vítězí akumulátory olověné. Důvod je prostý. Stále nabízejí nejlepší poměr mezi výkonem, životností a cenou.
Přestože se většina výrobců snaží o neustálé inovace v oblasti konstrukce startovacích akumulátorů, někdy je třeba místo volného elektrolytu použit elektrolyt vsáknutý do skleného rouna (AGM), nebo vázaný v křemičitém gelu (gelový), olověné desky se obohacují vápníkem, nebo stříbrem či jinými prvky, princip, funkce a základní konstrukce olověných akumulátorů jsou stále stejné.
Olověný akumulátor je tvořen olověnými deskami (kladnými a zápornými), ponořenými do zředěné kyseliny sírové. Vždy několik kladných a záporných, desek je spojeno paralelně pomocí olověných můstků, přičemž jednotlivé desky jsou od sebe odděleny separátory z izolačního materiálu. Sady desek s pólovými můstky a separátory tvoří v akumulátoru mechanicky pevný celek bez pohyblivých součástí, který nazýváme článek. Jednotlivé články jsou vloženy do vzájemně izolovaných částí skeletu akumulátoru a jsou spojeny propojkami do série. Počet článků ovlivňuje celkové napětí akumulátoru.
Mezi kladnou a zápornou elektrodou (deskou) probíhá vratná chemická reakce, kterou lze zjednodušeně vyjádřit následující rovnicí:
PbSO4 + H2O + PbSO4 ↔ Pb + H2SO4 + PbO2
Šipka směřující doprava značí pochody při nabíjení, šipka vlevo značí vybíjení akumulátoru. Jak je z chemické rovnice patrné dochází při vybíjení k vylučování vody a tím ke zřeďování elektrolytu. Hustota elektrolytu je tedy spolehlivým ukazatelem stavu nabití a plně nabitý akumulátor má hustotu elektrolytu asi 1,25 g/cm3. Při nabíjení se na kladné elektrodě usazuje oxid olovičitý a na záporné čisté olovo. Při vybíjení se na obou deskách usazuje síran olovnatý. Pokud se akumulátor nechá delší dobu ve vybitém stavu, usadí se na deskách krystaly síranu olovnatého, který již není možné rozpustit do formy původního elektrolytu. Díky tomu nedojde k nabití do hodnoty 100 % kapacity akumulátoru, ale sníží se kapacita a zvýší celkový odpor akumulátoru. Tento jev se nazývá sulfatace.
Čím vyšší má akumulátor vnitřní odpor, tím nižší je jeho schopnost uvolnit velké množství proudu a tím jsou i horší jeho startovací schopnosti. Sulfataci se během životnosti akumulátoru nelze vyhnout, lze ji však účinně oddálit správnou údržbou. Její odstranění je obtížné, v počátečních fázích se dá eliminovat dlouhodobým nabíjením vyšším napětím (až 15,8V) a malým proudem (pod 1A).
Druhým znakem, který signalizuje nabití je napětí na svorkách akumulátoru, které se s nabíjením zvyšuje. Důležitým bodem je hodnota 2,45 V na článek, tedy napětí asi 14,5 až 14,7 V u 12 V akumulátoru. Při tomto napětí se začíná akumulátor „vařit“. Přiváděná energie určená k nabíjení se již nespotřebovává k rozkladu síranu olovnatého, ale dochází k rozkladu vody. Při něm se uvolňuje do vzduchu vodík, který je jak známo výbušný, a proto je nutné dobíjet baterie jen v dobře větraných prostorech, a nebo zajistit aby k plynování nedošlo.
Hodnota 14,5 V je kritická i pro regulátory napětí ve zdrojových soupravách spalovacích motorů. Dobíjecí napětí se zde udržuje právě pod touto hodnotou. Díky tomu nemůže při správně fungujícím alternátoru a regulátoru napětí docházet k přebíjení akumulátoru. U akumulátorů typu CaCa (s kladnými i zápornými deskami obohacenými vápníkem) je možné vyšší dobíjecí napětí a to 14,7 V, protože mají i vyšší napětí plynovací. Výrobci vozidel toho někdy rádi využívají, protože každá desetina napětí v palubní síti navíc je dobrá s ohledem na neblahý reset řídících jednotek při napětí sníženém.
Více informací v časopise Mechanizace zemědělství.
