Fot. Johnson Controls

Budowa współczesnego akumulatora samochodowego

Gwarancja pewnego startu w dowolnych warunkach zależy nie tylko od doboru odpowiedniego akumulatora dla konkretnego pojazdu, ale również od jego stanu technicznego w całym okresie użytkowania.

Pokładowy magazyn energii

Akumulator jest źródłem energii elektrycznej, której sam nie wytwarza, lecz przechowuje ją w postaci energii chemicznej. Dostarcza prądu stałego do zasilania urządzeń elektrycznych wówczas, gdy silnik spalinowy samochodu nie pracuje. Energia elektryczna akumulatora zużyta w czasie postoju pojazdu lub rozruchu silnika jest uzupełniana podczas jazdy przez alternator. Procesy zużywania i uzupełniania energii elektrycznej są okresowo powtarzane.

ZOBACZ TAKŻE:

• ABC samochodowego akumulatora rozruchowego (cz.II)

W pojazdach samochodowych powszechnie stosuje się akumulatory kwasowe (ołowiowe). Ołów może występować z dodatkiem antymonu (technologia antymonowa, stosowana coraz rzadziej), wapnia wraz z antymonem (technologia hybrydowa), wapnia (technologia wapniowa) oraz wapnia łącznie ze srebrem (technologia wapniowo-srebrowa). Akumulatory wapniowe i wapniowo-srebrowe nie wymagają uzupełniania wody w czasie całego okresu eksploatacji, oczywiście w przypadku, gdy samochód ma sprawną instalację elektryczną, a sam akumulator jest eksploatowany zgodnie z zaleceniami producenta.

Typowy samochodowy akumulator to zestaw sześciu niezależnych ogniw elektrycznych, zamkniętych w odseparowanych komorach obudowy, zwanych celami. Napięcie między elektrodami każdego ogniwa wynosi około 2,1 V, a sześciu połączonych szeregowo – 12,6 V. W dwóch skrajnych ogniwach znajdują się końcówki biegunowe, umożliwiające połączenie akumulatora z instalacją elektryczną samochodu.

Pojedyncze ogniwo akumulatora składa się z dodatnich i ujemnych, ułożonych na przemian płyt, wykonanych w formie kratki, której oczka wypełnione są masą czynną. Obie płyty jednego ogniwa zanurzone są w elektrolicie, czyli roztworze kwasu siarkowego (występującego w formie płynnej bądź żelowej).

W przypadku akumulatorów wykonanych w technologii AGM (absorbent glass matt) elektrolitem nasączona jest mata z włókna szklanego.

Akumulator w samochodzie

Ogromna większość samochodów osobowych wyposażona jest w 12-woltową instalację elektryczną. W większych samochodach ciężarowych dominują instalacje 24 V, wykorzystujące po dwa szeregowo połączone akumulatory 12 V. Dwa podstawowe parametry techniczne akumulatora decydujące o jego walorach użytkowych to:

• pojemność wyrażana w amperogodzinach (Ah), czyli ilość energii elektrycznej, jaką akumulator jest w stanie dostarczyć przy zachowaniu odpowiednich warunków poboru prądu;
• prąd rozruchu mierzony w amperach (A), zwany również prądem pobierczym zimna.

W zależności od typu pojazdu, stosuje się akumulatory o odpowiednich pojemnościach i wartościach prądu rozruchowego. W samochodach z silnikiem Diesla zaleca się montowanie akumulatorów o wyższym prądzie rozruchowym (w stosunku do porównywalnych silników z zapłonem iskrowym), z powodu wyższego stopnia sprężania, a więc i większych oporów mechanicznych.

	Pojemność natomiast powinna być tym większa, im więcej mamy w samochodzie odbiorników energii elektrycznej. Należy to jednak skonsultować ze specjalistą, ponieważ jeżeli w naszym samochodzie znajduje się alternator o sprawności niedostosowanej do akumulatora większej pojemności, to grozi nam, iż w trakcie jazdy alternator nie poradzi sobie z doładowaniem akumulatora i w rezultacie będzie on notorycznie niedoładowany. Technologia AGM Nowoczesne akumulatory powinny charakteryzować się wydłużonym okresem eksploatacji i całkowitą bezobsługowością, ale również wysokim prądem rozruchowym i odpornością na wpływ wysokiej temperatury panującej w komorze silnika, jak również na niską temperaturę panującą w zimie. Dlatego coraz większą popularnością cieszą się akumulatory bezobsługowe wykonane w technologii AGM, których cały elektrolit skupiony jest w separatorach (matach) wykonanych ze specjalnego włókna szklanego, umieszczonych pomiędzy ołowiowymi płytami akumulatora. Włókno to charakteryzuje się bardzo dużą porowatością i chłonnością. Akumulator AGM jest więc odporny na wycieki, wstrząsy i wibracje, doskonale sprawdza się nawet w najcięższych warunkach, a dzięki wzmocnionej konstrukcji dobrze znosi częste cykle ładowania i rozładowania.
Rys.: W akumulatorach AGM między elektrodami znajdują się nasączone elektrolitem maty z włókna szklanego

System uszczelnienia akumulatora AGM zawiera jednokierunkowy zawór ciśnieniowy zwany VRLA (valve regulated lead acid). Otwiera się przy nadmiernym wzroście ciśnienia nagromadzonych gazów (zjawisko to może nastąpić np. podczas przeładowywania akumulatora) i bezpiecznie odprowadza powstały gaz na zewnątrz, zapobiegając rozsadzeniu hermetycznej obudowy.

Dzięki technologii AGM akumulator ma też bardzo niski opór wewnętrzny, a tym samym skraca się czas reakcji pomiędzy masą czynną płyty a elektrolitem, co w przypadku ładowania akumulatora w skrajnie niskiej temperaturze albo w warunkach miejskich (częste rozruchy i krótkie odcinki jazdy) pozwala uzyskać znacznie lepsze parametry magazynowania energii.

Kratka PowerFrame Na rynku obecne są dziś również akumulatory najnowszej generacji wyposażone w specjalnie skonstruowaną kratkę. PowerFrame z dodatkiem srebra do stopu ołowiu, opatentowaną przez koncern Johnson Controls. Przy jej produkcji stosuje się nową metodę sztancowania. PowerFrame w porównaniu z innymi znanymi technologiami produkcji kratki (np. kratki odlewanej czy też kratki cięto-ciągnionej) pozwala na uzyskanie najlepszych parametrów technicznych. Zamknięta konstrukcja kratki PowerFrame zabezpiecza przed zwarciem oraz uszkodzeniem separatora, znacznie poprawia wytrzymałość i stabilność, a także odporność na uszkodzenia mechaniczne. W miejscach największego skupienia ładunków elektrycznych zapewniony jest lepszy i krótszy przepływ prądu. Dzięki zoptymalizowanej geometrii kratki udało się uzyskać większą jej odporność na wstrząsy i wibracje, a precyzyjnie wykonane oczka zapewniają lepszą przyczepność masy czynnej nawet przy największych obciążeniach, co znacznie wydłuża żywotność i zwiększa niezawodność akumulatora.

Rys.: Misterna konstrukcja kratki PowerFrame

Wpływ temperatur zewnętrznych

Niskie temperatury nie sprzyjają zachowaniu nominalnych parametrów akumulatorów. W pełni sprawny akumulator, który w temperaturze +25°C ma 100% pojemności elektrycznej, w temperaturze 0°C będzie miał jej tylko 80%, a przy mrozie -25°C już zaledwie 60%. Jeżeli akumulator jest już częściowo rozładowany, to przy niskich temperaturach jego pojemność elektryczna będzie jeszcze mniejsza.

Podobnie jest z prądem rozruchu, którego wartość obniża się również wraz ze spadkiem temperatury. Podaje się, że przy -18°C zdolność rozruchowa akumulatora wynosi 50% wartości uzyskiwanej przy 20°C. Jednocześnie podczas niskich temperatur rośnie zapotrzebowanie silnika na moc rozruchową.

Wymiana akumulatora w pojeździe

Demontaż powinien przebiegać w następujących etapach:

1. wyłączenie silnika;
2. odłączenie w pierwszej kolejności ujemnego bieguna akumulatora, a następnie dodatniego;
3. wyjęcie akumulatora bez jego przechylania, aby uniknąć wycieku elektrolitu.

Uwaga! Po odłączeniu akumulatora ulegają skasowaniu dane zawarte w urządzeniach elektronicznych. Może wówczas zachodzić konieczność ponownego wprowadzenia niezbędnych danych (kod radia, zegar itp.). Można temu zapobiec, podłączając do instalacji na czas przeprowadzanej wymiany dodatkowe źródło prądu o odpowiednim napięciu nominalnym. Montaż nowego akumulatora powinien przebiegać przy wyłączonym silniku spalinowym. Tu również obowiązuje zachowanie należnej ostrożności, by nie przechylać akumulatora wkładanego do pojazdu z uwagi na możliwość wycieku elektrolitu. Przed podłączeniem elektrycznym należy posmarować bieguny wazeliną techniczną. Następnie podłącza się najpierw dodatni biegun akumulatora, a potem ujemny i zakręca się zaciski. Na koniec trzeba sprawdzić zamocowanie i prawidłowe położenie akumulatora. Jeżeli pojazd posiada wąż odprowadzający gazy, należy podłączyć go do jednego otworu odpowietrzającego, zatykając drugi otwór korkiem.

Jeżeli mimo zamontowania nowego akumulatora nie działa on prawidłowo, przyczyną może być niestaranne podłączenie, powodujące utratę parametrów technicznych, zwarcie w układzie elektrycznym lub niesprawny system ładowania. Zdarzają się też przypadki rozłączenia klem, a także zamontowania akumulatora źle dobranego, albo nieprawidłowo(zbyt długo) magazynowanego, co doprowadziło do jego zasiarczenia. Oczywiście to nie jedyne przyczyny jakie mogą mieć wpływ na eksploatację akumulatora, jednak te przypadki występują najczęściej.

Prawidłowe użytkowanie

Akumulator wymaga stałego utrzymywania w czystości. W czasie jego mycia lub czyszczenia nie wolno dopuścić, aby jakiekolwiek środki i płyny dostały się do wnętrza akumulatora.

Akumulatora nie wolno przeciążać, więc przed każdym przekręceniem kluczyka w stacyjce należy upewniać się, że mamy wyłączone w samochodzie wszystkie urządzenia typu światła zewnętrzne, elektryczne podgrzewanie szyb, radio, klimatyzacja lub nawet GPS.

Do akumulatora musi być dostarczane z alternatora odpowiednie napięcie ładowania (13,9-14,8 V dla akumulatorów 12 V). Klemy powinny być stale zabezpieczone wazeliną techniczną. Kontroli wymaga poziom elektrolitu, którego ewentualne niedobory uzupełnia się wodą destylowaną (w przypadku akumulatorów standardowych). W razie potrzeby trzeba doładować akumulator małym prądem przy pomocy odpowiedniego urządzenia. Zimą systematyczne kontrolowanie stanu naładowania akumulatorów jest bardzo istotne.

Pierwszym, bezprzyrządowym testem stanu akumulatora jest obserwacja przebiegu rozruchu silnika. Jeżeli obroty rozrusznika są obniżone, to możemy przyjąć, że akumulator wymaga podładowania. Dlatego należy unikać „męczenia” rozrusznika, gdy auto nie chce zapalić. Takie działanie w połączeniu z niezachowaniem co najmniej 5-sekundowych przerw między kolejnymi próbami uruchomienia silnika może skutkować szybką „śmiercią” akumulatora. Kolejnym sygnałem, że nasz akumulator wymaga podładowania, jest obniżona jasność świateł reflektorów w momentach, gdy silnik samochodu nie pracuje.

Z punktu widzenia użytkownika akumulatory samochodowe dzielą się na takie, które wymagają obsługi, i bezobsługowe/hermetyczne (teoretycznie niewymagające żadnej obsługi).

W przypadku akumulatorów obsługowych należy sprawdzić poziom elektrolitu i jego gęstość. Należy pamiętać, żeby zachować ostrożność i nie wylać elektrolitu, który jest substancją żrącą. Podstawowym przyrządem służącym do pomiaru gęstości jest areometr. Gęstość eksploatacyjna elektrolitu powszechnie stosowanego w Polsce wynosi 1,28 kg/l w temperaturze +25 st. C. Stan naładowania należy sprawdzać za pomocą areometru i woltomierza. Akumulator, w którym zmierzona gęstość elektrolitu wynosi mniej niż 1,25 kg/l lub jego napięcie spoczynkowe (bez obciążenia) jest mniejsze niż 12,5 V, należy bezwzględnie doładować.

Doładowywanie akumulatorów

Najlepsze rezultaty ładowania są osiągalne przy temperaturze elektrolitu w przedziale 15-25?C. Należy pamiętać też o kolejności odłączania zacisków (najpierw biegun ujemny, potem dodatni) oraz o kolejności podłączania do prostownika (najpierw biegun dodatni, a potem ujemny). Ładować powinniśmy prądem nieprzekraczającym liczby amperów stanowiącej 1/10 oznaczenia pojemności akumulatora. W przypadku akumulatorów głęboko rozładowanych (gęstość elektrolitu poniżej 1,12 kg/l) prąd ładowania musi być jeszcze mniejszy. Proces ładowania powinien trwać do uzyskania stanu pełnego naładowania, przy którym pomimo dalszego ładowania gęstość nie wzrasta, a we wszystkich ogniwach można zaobserwować wzmożone gazowanie. Jeżeli poziom elektrolitu jest poniżej minimum, przed rozpoczęciem procesu ładowania należy go uzupełnić wodą destylowaną (nigdy elektrolitem). Używanie wody mineralizowanej (np. z kranu) skraca żywotność akumulatora.

Coraz częściej kierowcy zaopatrują się w tzw. akumulatory bezobsługowe i zapominają o ich istnieniu. Tymczasem każdy akumulator wymaga okresowej kontroli. Akumulatory bezobsługowe są trudniejsze do diagnostyki, nie można w nich zmierzyć gęstości elektrolitu ani ocenić jego barwy. Dlatego najczęściej stosujemy w tym przypadku testery elektroniczne, oparte między innymi na kontroli napięcia spoczynkowego.

Na rynku jest wiele nowoczesnych testerów, zapewniających dokładne i kompleksowe wyniki badania akumulatora w przeciągu kilku sekund. Są one wygodne w użyciu, badanie może być przeprowadzone w każdych warunkach i w każdym miejscu. Pozwalają one równocześnie sprawdzić akumulator, alternator i rozrusznik oraz wykryć ich wady. Elektroniczne testery akumulatorów pokazują sprawność akumulatora w chwili pomiaru, więc dla uzyskania prawidłowych wyników badanie należy wykonywać nie wcześniej niż 60 minut po zakończeniu ładowania lub po znacznym poborze prądu z akumulatora. Testery elektroniczne mogą służyć to kontroli zarówno akumulatorów bezobsługowych jak i obsługowych.

Akumulatory bezobsługowe ładuje się na takich samych zasadach, jak akumulatory obsługowe, jeśli ich napięcie spoczynkowe jest mniejsze niż 12,5 V.

Sytuacje awaryjne

Jeżeli jednak nasz akumulator odmówi posłuszeństwa i przestanie nagle działać, ratunkiem w takiej sytuacji może być inny samochód, który „pożyczy” prądu. Uruchamianie samochodu z akumulatora innego pojazdu nie jest skomplikowane, a przy poprawnym jego przeprowadzeniu nie niesie też żadnego zagrożenia. Podczas awaryjnego rozruchu nie wolno podłączać obu kabli jednocześnie, gdyż spowoduje to zwarcie. Najpierw podłączamy przewód plusowy z akumulatora obcego do rozładowanego. Następnie minus z akumulatora obcego podłączamy do masy w uruchamianym pojeździe. Kable powinny być dwukolorowe, jak najgrubsze, z izolacją zachowującą elastyczność także na mrozie oraz przeznaczone do odpowiedniego prądu rozruchu, jaki ma akumulator wspomagający.

Tweet

Magdalena Broszkiewicz
Marketing manager, Johnson Controls Power Solutions EMEA