Akumulator

Funkcja

Zadaniem akumulatora jest magazynowanie energii elektrycznej oraz zasilanie napięciem sieci pokładowej pojazdu, czyli wszystkich elementów elektrycznych. W nowoczesnych pojazdach akumulator jest potrzebny nie tylko do uruchomienia silnika. Musi on również zasilać wiele odbiorników elektrycznych. W szczególności następujące elementy zapewniające komfort oraz systemy bezpieczeństwa wymagają dodatkowej energii z akumulatora:

• klimatyzacja
• Ogrzewanie siedzeń
• System przeciwblokujący
• ESP®

Nie można ich zasilić wyłącznie z mocy alternatora. Dotyczy to zwłaszcza sytuacji, w której w centrach miast coraz częściej dochodzi do zatorów komunikacyjnych, co powoduje spadek wydajności alternatora.

Zdjęcie: akumulator
12 V Źródło: SEG Automotive

Rodzaje baterii

W sektorze samochodów osobowych rozróżnia się głównie następujące rodzaje akumulatorów:

• Akumulator rozruchowy bezobsługowy
• Całkowicie bezobsługowy akumulator rozruchowy
• Akumulator rozruchowy AGM
• Akumulator rozruchowy typu EFB

Akumulator rozruchowy bezobsługowy:

W przypadku bezobsługowego akumulatora rozruchowego poziom elektrolitu podczas eksploatacji powinien obniżać się tylko w takim stopniu, aby nie było konieczne uzupełnianie go w ciągu dwóch lat: Akumulatory rozruchowe bezobsługowe są wyposażone w korek wlewowy służący do wlewania kwasu akumulatorowego oraz uzupełniania poziomu kwasu wodą destylowaną. Akumulatory rozruchowe bezobsługowe są akumulatorami kwasowo-ołowiowymi.

Akumulator rozruchowy całkowicie bezobsługowy:

W przeciwieństwie do akumulatora rozruchowego bezobsługowego, akumulator całkowicie bezobsługowy faktycznie nie wymaga żadnej konserwacji. Akumulatory te są szczelnie zamknięte, przechowywane w stanie napełnionym i nie wymagają uzupełniania poziomu kwasu. Również akumulatory rozruchowe całkowicie bezobsługowe są akumulatorami kwasowo-ołowiowymi.

Akumulator rozruchowy EFB:

Akumulator rozruchowy typu EFB (EFB = Enhanced Flooded Battery) stanowi udoskonaloną wersję tradycyjnego akumulatora kwasowo-ołowiowego. Jest on stosowany w pojazdach wyposażonych w system start-stop i posiada warstwę z włókniny poliestrowej na płycie dodatniej, co pozwala na wydłużenie okresu eksploatacji. W porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami rozruchowymi akumulator rozruchowy typu EFB wytrzymuje znacznie większą liczbę cykli ładowania.

Akumulator rozruchowy AGM:

Akumulatory rozruchowe typu AGM (AGM = Absorbent Glass Mat) stosuje się, gdy wymagana jest wysoka wydajność ładowania. W tym przypadku elektrolit jest związany w mikroporowatej włókninie szklanej, która zastępuje konwencjonalne separatory służące do izolacji elektrod dodatnich i ujemnych. Akumulator AGM charakteryzuje się wysokim prądem rozruchowym na zimno. Dzięki akumulatorowi AGM silnik można wielokrotnie wyłączać i ponownie uruchamiać w krótkich odstępach czasu bez problemów z ponownym rozruchem. Dzięki temu nadaje się ona jako wydajny akumulator do systemów start-stop: w porównaniu z akumulatorami rozruchowymi typu EFB akumulator rozruchowy AGM wytrzymuje jeszcze większą liczbę cykli ładowania.

A co jeszcze?

Akumulator żelowy:

W akumulatorze żelowym elektrolit jest związany w postaci stałego, wieloskładnikowego żelu dzięki dodaniu kwasu krzemowego. Dzięki temu akumulator żelowy charakteryzuje się większą odpornością na wibracje i ogólnie mniejszym zużyciem elektrod. Wadą jest natomiast wrażliwość na wahania temperatury. Ponadto akumulator żelowy, ze względu na większą rezystancję wewnętrzną, nie jest w stanie zapewnić wysokiego prądu rozruchowego w krótkich odstępach czasu. Ogólnie rzecz biorąc, akumulator żelowy nie nadaje się jako akumulator rozruchowy. Jest on stosowany głównie jako akumulator zasilający w pojazdach użytkowych lub kamperach.

Zjawiska zachodzące w akumulatorze

Gdy akumulator zostanie podłączony do odbiornika, przepływa prąd. Powoduje to rozładowanie akumulatora. W tym procesie elektrony przemieszczają się z płyty ujemnej do płyty dodatniej. Aby zrównoważyć ten proces, jony siarczanowe przemieszczają się z elektrolitu do płyty ujemnej. Tam, w połączeniu z ołowiem, tworzą siarczan ołowiu. Z dwutlenku ołowiu na płycie dodatniej również powstaje siarczan ołowiu z wytworzeniem wody, w wyniku zużycia jonów siarczanowych i wodorowych. W celu naładowania akumulator podłącza się do źródła napięcia stałego. W ten sposób przepływ elektronów przechodzi z płyty dodatniej na ujemną. Ten przepływ elektronów powoduje redukcję siarczanu ołowiu na płycie ujemnej. Na płycie dodatniej siarczan ołowiu przekształca się w dwutlenek ołowiu poprzez oddanie elektronów i przyjęcie atomów tlenu. W cieczy powstaje kwas siarkowy, a ilość wody zmniejsza się.

Budowa i zasada działania akumulatora

Aby akumulator kwasowo-ołowiowy mógł dostarczać prąd, masa dodatnia (dwutlenek ołowiu) i masa ujemna (ołowiu) muszą pozostawać w bezpośrednim kontakcie z rozcieńczonym kwasem siarkowym.

Najmniejszą jednostką akumulatora jest ogniwo. Zawiera ono płyty dodatnie i ujemne, które są oddzielone od siebie tzw. „separatorami” (izolatorami). Im większa objętość płyt w ogniwie, tym większa jest jego pojemność, czyli ilość energii elektrycznej, jaką może dostarczyć.

Oprócz ogniwa akumulator zawiera rozcieńczony kwas siarkowy. Wnika on w płytki i separatory, wypełniając puste przestrzenie. Dzięki temu cząsteczki dwutlenku ołowiu lub ołowiu pozostają stale w bezpośrednim kontakcie z kwasem. Kwas w ogniwie znajduje się zatem częściowo w płytkach i separatorach, a częściowo poza płytkami. Ta ostatnia część służy jako zapas kwasu oraz do przewodzenia prądu wewnątrz ogniwa.

Wymagania dotyczące akumulatora

W związku z pojawieniem się nowych układów napędowych, takich jak system start-stop i pojazdy hybrydowe, akumulatory muszą sprostać nowym wymaganiom w zakresie wydajności i niezawodności. Również akumulatory do samochodów ciężarowych stawiają przed akumulatorami rozruchowymi szczególne wymagania: muszą one charakteryzować się wyjątkowo wysoką odpornością na wstrząsy i cykle ładowania.

W tym kontekście nowoczesne akumulatory AGM (Absorbent Glass Mat) mają wyraźną przewagę. Elektrolit jest w nich związany w chłonnej matie szklanej. Technologia ta zapobiega rozwarstwianiu się kwasu i zapewnia bardzo wysoką odporność na wstrząsy oraz cykle ładowania przy maksymalnej wydajności.

Utrzymanie wartości

Aby zapewnić maksymalną żywotność akumulatora, konieczna jest jego odpowiednia konserwacja. Obejmuje ona utrzymywanie akumulatora w stanie czystym i suchym.

W przypadku akumulatorów niezamkniętych należy regularnie sprawdzać poziom kwasu i w razie potrzeby uzupełniać go wodą destylowaną. Nie wolno przy tym stosować tzw. „środków uzupełniających”. Jeśli gęstość kwasu spadnie poniżej 1,21 kg/l, akumulator należy doładować.

W przypadku akumulatorów zamkniętych nie jest to konieczne, ponieważ zużycie wody jest znacznie mniejsze. Ponadto nie ma możliwości sprawdzenia gęstości kwasu ani uzupełnienia wody.

 

Bezpieczeństwo

Nowoczesne akumulatory rozruchowe charakteryzują się odpowiednio zabezpieczoną konstrukcją. Niemniej należy uwzględnić kilka aspektów.

Ochrona środowiska

Od 1 grudnia 2009 r. obowiązuje niemiecka ustawa o bateriach (BattG). Dotyczy ona wszystkich przedsiębiorstw, które produkują, importują i prowadzą handel bateriami lub je montują. Głównym celem tej ustawy jest zarówno prawidłowe i zgodne z wymaganiami oznakowanie baterii, jak i przyjazna dla środowiska oraz zrównoważona utylizacja zużytych baterii. 

Baterie i akumulatory powinny być zbierane i utylizowane w sposób właściwy. W tym celu ustawa BattG określa dla producentów dopuszczalne poziomy stosowania substancji szkodliwych w produkcji, w szczególności kadmu, a także cele zbiórki i wskaźniki odzysku. Baterie muszą być oznakowane w jednolity sposób, tak aby łatwo było rozpoznać, że zawierają substancje szkodliwe i nie należy ich wyrzucać wraz z odpadami komunalnymi. Symbol przekreślonego kosza na śmieci oraz oznaczenie ołowiu (Pb) wskazują na obecność substancji szkodliwych. Zużyte akumulatory samochodowe należy zatem oddawać w punktach sprzedaży lub warsztatach. Akumulatory kwasowo-ołowiowe nadają się bardzo dobrze do recyklingu. Surowce z nich pozyskane są wykorzystywane do produkcji nowych akumulatorów.