Namų energijos kaupimo baterijos sprendžia daugelį problemų, tokių kaip elektros dingimas ar netikėtai dingstanti elektra. Jos sumažina elektros sąskaitas, padidina energetinę nepriklausomybę ir palaiko atsarginę galią.
Akumuliatorių veikimo principas priskiriamas tvarkingam elektronų judėjimui elektrolite arba šarme. Akumuliatorius sudarytas iš 6 vienodų sekcijų, sujungtų nuosekliai. Kiekvienoje sekcijoje vykstant elektrocheminiams procesams sukuriama 2,12V įtampa. Visiškai įkrauto akumuliatoriaus įtampa yra 12,72V.
Principinė akumuliatoriaus konstrukcija - tai indas su švino katodu ir anodu, pripildytas skiestos sieros rūgšties. Anodas - teigiamas akumuliatoriaus polius, o katodas - neigiamas polius. Teigiamos ir neigiamos švino plokštelės yra skirtingos. Švino plokštelės pagrindas yra švino grotelės.
Akumuliatorių konstrukcija ir technologijos
Akumuliatoriaus darbinės savybės ir ilgaamžiškumas labai priklauso nuo grotelių kokybės. Švinas yra minkštas ir trapus metalas, todėl jis grynas grotelių gamybai netinka. Todėl šis metalas legiruojamas įvairiais priedais.
Istoriniai sprendimai ir jų evoliucija
- Maždaug prieš 20 metų švino lydiniams buvo naudojamas stibis (Sb). Švinas buvo lydomas su 5-10% stibio. Naudojant stibį, lydinys tampa plastiškas ir tvirtas. Akumuliatorių, pagamintą naudojant stibį, buvo būtina nuolat papildyti vandeniu, o nenaudojamas akumuliatorius turėjo būti reguliariai tikrinamas ir įkraunamas.
- Vėliau akumuliatoriai pradėti gaminti naudojant kalcį (Ca) švino grotelėms lieti. Į lydinį maišoma 0,5-1 % kalcio. Kalcis suteikia švinui tvirtumo ir plastiškumo. Akumuliatoriui dirbant vandens sunaudojama labai mažai, o nenaudojamo akumuliatoriaus savaiminė iškrova minimali. Tačiau kalcio lydinio akumuliatoriai turi vieną esminį trūkumą: juos sunku įkrauti. Tokį akumuliatorių labai iškrovus, dažnai atsitinka taip, kad vėl jį įkrauti būna gana sudėtinga. Todėl rekomenduojama tokio tipo akumuliatorių neiškrauti daugiau kaip 50% jų talpumo. Šiuo metu dauguma akumuliatorių gamintojų naudoja kalcio lydinius.
- Kitas žingsnis - hibridinė technologija. Taikant hibridinę technologiją akumuliatoriaus teigiamų plokštelių grotelės liejamos su stibio priedais, o neigiamų su kalcio. Tokiu būdu pagamintas akumuliatorius perėmė visas teigiamas abiejų ankstesnių technologijų savybes: vandens sunaudojama tik šiek tiek daugiau nei kalcio lydinio akumuliatoriai, savaiminė iškrova maža, imlumas įkrovai geras. Pirmieji akumuliatoriai, pagaminti pagal hibridinę technologiją, pasirodė 1990 metais.
Pažangios medžiagos ir konstrukciniai sprendimai
Neigiamų plokštelių lydinyje yra 0,02% kalcio, o teigiamų - 0,04% sidabro. Akumuliatoriaus amžius pailgėja 20%, gerokai pagerėja eksploatacinės savybės. Lydinio su sidabro priedais struktūra yra lygesnė, susiformavę kristalai didesni. Pats sidabro priedų lydinys atsparesnis korozijai, vibacijai ir turi mažesnę vidinę varžą. Todėl groteles galima daryti mažesnes. Sumažinus grotelių aukštį, padidėja elektrolito lygis virš plokštelės, o tai sumažina tiltelių tarp plokštelių grupių koroziją. Be to, taupomas švinas ir akumuliatorius yra lengvesnis.
VARTA akumuliatoriuose teigiama plokštelė yra gerokai storesnė už neigiamą. Tokiu būdu padidinamas akumuliatoriaus ilgaamžiškumas. Seno, atidirbusio akumuliatoriaus neigiama plokštelė būna kaip nauja, o teigiama plokštelė būna gerokai pažeista korozijos. Kuo storesnė teigiama plokštelė, tuo ilgiau tarnaus akumuliatorius.
Ant švino grotelių presuojama aktyvioji medžiaga, kuri tiesiogiai dalyvauja akumuliatoriaus elektrocheminiuose procesuose. Neigiamų plokštelių aktyvioji medžiaga yra švinas (Pb), o teigiamų - švino oksido pasta (PbO). Todėl teigiamos plokštelės yra rudos spalvos, o neigiamos - pilkos. Aktyviosios masės mikroporiškumas turi būti 30-35%. Mažesnio tankio aktyvioji medžiaga anksti pradės byrėti, akumuliatorius greitai praras galią ir talpumą. Per didelio tankio - bus nepakankamai poringa, elektrolitas negalės laisvai pripildyti aktyviosios medžiagos tūrio ir akumuliatorius dirbs neefektyviai.
Plokštelės dedamos į vokus-separatorius. Vokai sumažina aktyviosios masės eroziją ir neleidžia byrančioms dalelėms nusėsti ant akumuliatoriaus dugno. Vokai gaminami iš plonos, skysčiui laidžios sintetinės medžiagos, kurios paviršius iš vienos pusės turi rantelius. Taip užtikrinamas geresnis elektrolito priėjimas prie teigiamų plokštelių, kadangi dirbant akumuliatoriui teigiamos plokštelės reikalauja 1,4 karto didesnės elektrolito cirkuliacijos.
Anksčiau, nenaudojant vokų, akumuliatoriaus dugne turėjo būti 0,5 - 1,4 cm aukščio tilteliai, ant kurių buvo statomos plokštelės. Erdvė tarp plokštelės apačios ir akumuliatoriaus dugno leisdavo kauptis nuosėdoms, nesukeliant trumpo jungimo tarp plokštelių. Naudojant vokus, tilteliai nebereikalingi, todėl akumuliatorius gali būti žemesnis.
Akumuliatoriaus veikimo ir įkrovimo procesai
Cheminė reakcija akumuliatoriaus veikimo pagrindas. Kai į akumuliatorių jungiama apkrova, elektrolitas ir veiklioji medžiaga sąveikauja tarpusavyje, todėl susidaro elektros srovė. Šalutinis cheminės reakcijos poveikis yra švino sulfato nuosėdos ir laipsniškas elektrolito išsekimas.
Jei veikia automobilio variklis, transporto priemonė važiuoja, cheminė reakcija vyksta atvirkščiai. Atkuriamas akumuliatoriaus gebėjimas tiekti srovę.
Įkrovimo procesas ir jo svarba
Nuo įkrovimo įtampos labai priklauso, kaip ilgai tarnaus akumuliatorius. Jeigu akumuliatorius įkraunamas su 12-13V įtampa, tai niekada nebus pasiektas didesnis nei 50% įkrovimas. Kai įtampa 13,9 - 14,5V, įkrovimo lygis bus 80%. Įkraunant akumuliatorių tokia įtampa, jo įkrovimo lygis bus 50-60%, priklausomai nuo įtampos. Pats įkrovimo procesas truks gerokai ilgiau. Kai įtampa mažesnė nei 12,5V, įkrovimo procesas apskritai nevyks ir akumuliatorius liks visai neįkrautas.
Starterinis akumuliatorius sukonstruotas taip, kad jis galėtų greitai atiduoti didelį kiekį energijos, reikalingos varikliui užvesti, o paskui kaip galima greičiau susigrąžinti atiduotą energiją iš generatoriaus gaunama srove. Su kiekvienu starterio pasukimu energijos atsargos mažės ir akumuliatorius bus priverstas dirbti maksimaliu likusiu pajėgumu. Taigi akumuliatorius ne tik nebus įkraunamas, bet netgi bus iškraunamas. Ir taip tęsis tol, kol vieną kartą nebeužteks galios starteriui pasukti.
Taip eksploatuojamas akumuliatorius labai dėvėsis. Išoriškai tai pasireiškia tuo, jog visose ar keliose sekcijose paruduoja elektrolitas, akumuliatorių įkrovus lieka didelis elektrolito tankių skirtumas tarp sekcijų. Liaudiškai tokie akumuliatoriai vadinami ‘papjautais’. Įkrovus akumuliatorių, jo įtampa būna gera, tačiau bandant patikrinti su apkrova paaiškėja, kad jis ‘nelaiko apkrovos’.
Pačiame akumuliatoriuje plokštelių paviršiuje formuojasi švino sulfato sluoksnis, kuriam storėjant uždengiama aktyvioji plokštelių medžiaga. Užvedant variklį akumuliatorius staiga turi atiduoti didelį kiekį energijos, ir akumuliatoriuje susikuriantys stiprūs elektrostatiniai krūviai ardo švino sulfato sluoksnį. Iš plokštelių išbyrantis švino sulfatas kaupiasi akumuliatoriaus dugne arba vokuose. Taip plokštelės praranda masę, mažėja akumuliatoriaus talpumas.
Labiausiai tam tinka stacionarūs įkrovikliai, kadangi jais galima reguliuoti įkrovos intensyvumą. Pradėti įkrovimą reikia minimalia srove ir palaipsniui ją didinti. Tokio akumuliatoriaus elektrolite yra daug mikroskopinių švino sulfato dalelių. Pradėjus įkrovimą, dalelės, veikiamos elektros lauko, pradeda judėti. Jeigu intensyvus įkrovimas pradedamas staiga, šios dalelės staigiai judėdamos pridaro mikroskopinių skylučių akumuliatoriaus vokuose.
Kai akumuliatoriaus įtampa žemesnė negu 12,20V, prasideda labai sparti žemos įtampos korozija. Nepalikite visiškai iškrauto akumuliatoriaus ilgiau kaip 2 savaites. Per tokį laiką švinosulfato sluoksnis pasidaro tvirtas ir visiškai atskiria dar likusią aktyvią medžiagą nuo elektrolito. Šis reiškinys vadinamas plokštelių sulfatacija.
Įkrovus akumuliatorių per 80%, elektrocheminė reakcija artėja į pabaigą ir elektrolite lieka mažai medžiagų, galinčių toliau dalyvauti reakcijoje. Vadinasi, elektrolite nėra pakankamai laisvų jonų, galinčių pernešti elektros krūvį nuo vienos plokštelės iki kitos. Elektrolito varža padidėja ir drauge padidėja pasipriešinimas įkrovimui. Kai įtampa pasiekia normą, procesas sustoja ir akumuliatorius yra parengtas darbui.
Tačiau tuo atveju, jeigu generatoriaus įtampa yra 15,5 - 16V, šios įtampos užtenka padidėjusiai elektrolito varžai įveikti ir įkrovimas tęsiasi toliau. Šį reiškinį galima būtų vadinti perkrova. Per didelės įkrovos metu dėl padidėjusios varžos elektrolitas įkaista, prasideda intensyvus garavimas ir elektrolitas netenka vandens. Šiltu metų laiku per daug įkrovus akumuliatorių, šis netenka daug vandens, elektrolito kiekis mažėja, lieka neapsemta viršutinė plokštelių dalis. Išdžiūvus plokštelės aktyviajai medžiagai, ši po kiek laiko išbyra. Akumuliatorius netenka savo talpumo.
Be to, esant aukštai temperatūrai padidėja plokštelių aktyviosios medžiagos erozija. Daugelyje automobilių akumuliatoriai montuojami po dangčiu šalia variklio, kur karščio ir taip pakanka. Tačiau, kai pats akumuliatorius dar kaista ir iš vidaus, žalingi procesai vystosi ypač greitai.
Dėl aukštos temperatūros į aplinką išsiskiria elektrolite ištirpęs vandenilis. Elektrolite lieka laisvi sulfato jonai, kadangi nebelieka pakankamai vandenilio, su kuriuo jie galėtų jungtis į sieros rūgšties molekules. Tuomet likę sulfato jonai reaguoja su švinu ir švino dioksidu, ardydami plokšteles. Esant aukštai temperatūrai ir įtampai, dujų išsiskyrimas gali būti labai intensyvus. Jeigu akumuliatoriaus ventiliacijos kanalų angos bus užkimštos, tai akumuliatorius gali pradėti pūstis kaip balionas arba sprogti.
Jeigu akumuliatorius būna įkaitęs, elektrolitas patamsėja ir šalia akumuliatoriaus jaučiamas vandenilio (supuvusių kiaušinių) kvapas, vadinasi akumuliatorius per daug įkraunamas. Netgi ir normaliai įkraunant akumuliatorių išsiskiria vandenilio dujos. Vandenilis nuo ugnies ar kibirkšties gali sprogti, todėl įkrauti akumuliatorių reikia vėdinamose negyvenamose patalpose, toli nuo ugnies šaltinių. Ore esant 2,5 - 3% vandenilio jau gali įvykti sprogimas. Vandenilio molekulės yra tokios mažos, kad jos kiaurai pereina ne tik pro filtrus, bet ir pro paties akumuliatoriaus korpusą.
Akumuliatorių priežiūra ir eksploatacija
Ilgai ir be sutrikimų eksploatuoti automobilio akumuliatorių galima naudojant kokybiškus akumuliatorius ir laiku atliekant prietaisų techninę priežiūrą. Rekomenduojama bent kartą per mėnesį patikrinti įkrovos lygį ir, jeigu yra poreikis, jį įkrauti.
Pagrindinės priežiūros rekomendacijos:
- Įtampa: Tinkama akumuliatoriaus įtampa lemia tinkamą akumuliatoriaus būklę. Neįkrovus akumuliatoriaus, prasideda spartus sulfatacijos procesas, todėl mažėja akumuliatoriaus talpumas, aktyvėja korozija. (12,7V - labai gerai, <12,3V - reikia įkrauti nedelsiant).
- Temperatūra: Temperatūrai sumažėjus 1 °C, akumuliatoriaus talpumas sumažėja 1 % nuo likusio talpumo. Iškrautas akumuliatorius gali užšalti ir prie -10 °C temperatūros. Susidarę ledo kristalai suardo švino plokštelių aktyviąją masę ir gadina separatorius.
- Įkrova: Akumuliatorius reikalingas transporto priemonės įvairių dalių veikimui, net jei nevažiuojate, todėl akumuliatorių prižiūrėti reikia nuolat.
- Elektrolitas: Žemas elektrolitų lygis trumpina akumuliatoriaus gyvenimą.
- Gyvavimo trukmė: Trumpina akumuliatoriaus gyvenimą: žemas įkrovos lygis, per aukšta įkrovimo įtampa, neteisingas saugojimas, mechaniniai smūgiai ir kt.
Renkantis akumuliatorių, svarbu laikytis gamintojų nurodymų ir atkreipti dėmesį į akumuliatoriaus dydį, talpą, paleidimo srovę bei tipą, tinkančius jūsų automobiliui.
Akumuliatorių vertinimas ir charakteristikos
Akumuliatoriaus vertinimas pagal talpą yra pats paprasčiausias ir skirtas apytikriai nustatyti jo tinkamumą konkrečiai paskirčiai. Rezervinis talpumas - tai laiko tarpas, per kurį akumuliatorius užtikrina 25A srovę esant +26,7°C temperatūrai iki akumuliatoriaus įtampos nukris iki 10,5V.
Startinė srovė yra maksimali pastovaus dydžio srovė, tenkinanti žemiau nurodytas sąlygas:
- Visiškai įkrautas akumuliatorius iškraunamas startine srove.
- SAE (Amerikos standartas): Temperatūra -18°C. Visiškai įkrautas akumuliatorius iškraunamas startine srove.
- Visiškai įkrautas akumuliatorius iškraunamas startine srove.
- EN (Europos standartas): Temperatūra -18°C. Visiškai įkrautas akumuliatorius iškraunamas startine srove. Po 10s įtampa turi būti ne mažesnė kaip 7,5V, po 90s - nemažesnė kaip 6V.
Taigi vieno ir to paties akumuliatoriaus startinė srovė, taikant skirtingus standartus, gali skirtis 30%. Perkant akumuliatorių, patartina pasižiūrėti, kokiu standartu žymima startinė srovė. Standartų konversijos lentelėje parodyta, kaip įvairūs standartai atitinka tarpusavyje.
Perkant akumuliatorių, būtina atsižvelgti į automobilio ar akumuliatoriaus gamintojo rekomendacijas. Tačiau akumuliatoriaus talpumas ir startinė srovė negali būti mažesni, nei rekomenduojami gamintojo konkrečiam automobiliui konkrečioms klimato sąlygoms. Esant šaltoms žiemoms, neapsiriksite pirkdami akumuliatorių su didesne nei rekomenduojama startine srove. Toks akumuliatorius lengviau pasuks sustingusį nuo šalčio variklį.
Reikia naujo automobilio akumuliatoriaus? Kaip išsirinkti tinkamą tipą
Krovimo srovė - tai įkrovimo srovė, kurią akumuliatorius sugeba priimti įkrovimo metu. Visas akumuliatoriaus priimto krūvio kiekis per tam tikrą laiką...
Kai kurie automobiliai turi netgi du akumuliatorius. Pavyzdžiui, kai kurie galingi dyzeliniai pikapai vieną akumuliatorių naudoja užvedimui, o kitą kitoms sistemoms.
Tiek rūgštiniai, geliniai, AGM tipo ir kiti automobilių akumuliatoriai gali būti įkraunami tokiu pačiu būdu. Vis dėlto, įkrovimo laikas skiriasi pagal akumuliatoriaus talpą bei galią. Didelės talpos akumuliatoriai gali sukaupti didesnę startinę srovę, kurios reikia didesniems dyzeliniams varikliams.
Krokodilai yra skirti tik ekstra atvejams, kai iškrautam akumuliatoriui suteikiama energija, leidžianti užvesti variklį. Krokodilus galima prijungti prie kito automobilio akumuliatorių. Automobilį reikėtų užvesti, kad generatorius pagreitintų krovimo procesą. Pilnai įkrauti akumuliatoriaus naudojant krokodilus nėra įmanoma, nes užvesto automobilio generatorius gali įkrauti tik iki 80 proc., nesvarbu kiek ilgai variklis bus užvestas.
Baterijos ir akumuliatoriai yra plačiai naudojami beveik visose gyvenimo srityse. Tiek baterijos, tiek akumuliatoriai priklauso elektros energijos šaltiniams, apimantiems galvaninius elementus, tai yra tokius, kurie cheminę energiją paverčia elektros energija cheminės reakcijos metu. Baterijos (pirminiai elementai) yra vienkartinės, tai reiškia, kad išsekus energijai jos negali būti pakartotinai įkraunamos. Dėl specifikos baterijos naudojamos įrenginiuose, kuriems reikia mažai energijos, o akumuliatoriai rekomenduojami naudoti įrenginiuose, kuriems reikia daugiau elektros energijos. Baterijų kaina paprastai yra mažesnė, tačiau dėl pakartotinio įkrovimo, ilgalaikėje eksploatacijoje akumuliatoriai pasirodo esantys pigesni naudoti.
Kiekvienas akumuliatorius turi ribotą įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičių. Per kiekvieną ciklą cheminės reakcijos akumuliatoriaus viduje sukelia laipsnišką jo talpos mažėjimą. Šis reiškinys vadinamas cikliniu senėjimu. Jo negalima žymiai sumažinti, tačiau vengiant klaidų galima išvengti per didelio antrinių elementų tarnavimo laiko sutrumpėjimo.
Per didelis akumuliatoriaus įkrovimas sutrumpina jo tarnavimo laiką. Kita vertus, reguliarus nepakankamas įkrovimas gali sukelti įvairias problemas, priklausomai nuo akumuliatoriaus tipo. Tai sukelia, pvz., talpos sumažėjimą, akumuliatoriaus tarnavimo laiko sutrumpėjimą, sulfatinimą (švino-rūgštinių akumuliatorių atveju) ir įrenginių veikimo problemas.
Vienas iš nerimą keliančių simptomų yra vadinamasis baterijos išsipūtimas, rodantis dujų kaupimąsi elemento viduje. Pakeisti gali reikėti ir akumuliatorių, kuris išoriškai atrodo gerai, tačiau įtampos matavimas aiškiai rodo, kad elementų talpa sumažėjo tiek, kad jie netinkami tolesniam darbui. Tada reikia utilizuoti elementus.
tags: #dvieju #akumuliatoriu #veikimo #principas