Baterie – zařízení a jak to funguje

Autobaterie je zdrojem stejnosměrné elektrické energie, kterou si sama nevyrábí, ale ukládá ve formě chemické energie. V autě se baterie používá k napájení elektrických zařízení, když je spalovací motor vypnutý. Elektrická energie akumulátoru, spotřebovaná při odstavení vozu nebo nastartování motoru, se doplňuje při pohybu z alternátoru procesy odběru a doplňování elektrické energie se periodicky opakují.

Stále technologicky vyspělejší vozidla s rostoucím množstvím moderních elektrických zařízení nutí výrobce baterií vyrábět stále spolehlivější zdroje energie. Moderní baterie musí mít prodlouženou životnost a být zcela bezúdržbové, dále musí mít vysoký startovací proud a být odolné vůči působení vysokých teplot v motorovém prostoru, ale i nízkým teplotám v zimním období. Jak fungují autobaterie Nám říkají odborníci ze společnosti AKB Master.

Struktura autobaterie – obecné principy

Standardní autobaterie je sada 6 nezávislých prvků, uzavřených v samostatných článcích uvnitř pouzdra (odborníci je nazývají články) s napětím asi 2,1 V každý zapojených do série, což by mělo dávat 12,6 V.

Samostatný článek baterie se skládá z kladných a záporných desek uspořádaných střídavě ve formě mřížky, jejíž články jsou vyplněny aktivní hmotou. Vzdálenost mezi deskami musí být dostatečně velká, aby se do ní vešly rozpěrky a aby se zabránilo mechanickým zkratům. Obě desky jsou ponořeny do elektrolytu, tzn. roztok kyseliny sírové (v kapalné nebo gelové formě). Je třeba poznamenat, že v případě baterií AGM může být elektrolytem i impregnovaná skleněná rohož (Absorbent Matt Glass).

Dva hlavní technické parametry baterie, kromě napětí (většina automobilů má nastavení 12V, zatímco nákladní auta mají nastavení 24V, a pak je třeba spojit dvě 12V baterie):

• Kapacita – vyjádřená v ampérhodinách (Ah). Jedná se o množství elektrické energie, které je baterie schopna dodat za daných aktuálních podmínek. Kapacita baterie závisí na ploše desek v baterii. Čím více jich je, tím větší je jejich plocha, tím větší je kapacita baterie.
• Startovací proud, vyjádřený v ampérech (A), také nazývaný studený proud. Jeho velikost je dána napětím na článku, které by při -18 stupních C mělo udávat: potenciál 1,4 V při vybíjení po dobu 30 sekund a potenciál 1,0 V při vybití po dobu 180 sekund. Čím vyšší startovací proud, tím „silnější“ baterie.

V závislosti na typu vozidla se používají baterie s odpovídající kapacitou a hodnotami startovacího proudu. Například pro dieselová vozidla se doporučují baterie s vyšším startovacím proudem kvůli vyššímu kompresnímu poměru.

Co se týče výkonu, čím více spotřebičů elektřiny v autě máme, tím by měl být větší. To je však třeba konzultovat s odborníkem, protože pokud má naše auto generátor s účinností, která není přizpůsobena baterii s vyšší kapacitou, hrozí, že generátor nebude moci baterii za jízdy dobíjet a v důsledku toho bude neustále podbíjet.

Baterie a teplotní podmínky

Nízké teploty jsou pro provoz baterií nepříznivé. Plně funkční baterie se 100% kapacitou při 25°C, 80% kapacitou při 0°C a pouze 60% při 25°C. Pokud je baterie již částečně vybitá, její elektrická kapacita bude při nízkých teplotách ještě nižší.

Totéž platí pro rozběhový proud, jehož hodnota s klesající teplotou také klesá. Při -18 °C je startovací kapacita baterie uváděna jako 50 % kapacity při 20 °C. Přitom právě při nízkých teplotách roste potřeba motoru na tento výkon.

Zařízení na olověnou baterii

Baterie se skládá z několika článků zapojených do série, ponořených ve zředěné kyselině sírové (H2SO4). Externí bateriové prvky mají svorky, které vyhovují polaritě pro připojení k elektrickému obvodu. Základním principem obvodu je, že kladný spoj vede ke kladnému pólu, záporný k zápornému pólu.

Počet článků závisí na napětí, které je nutné získat v konečné fázi. 6V baterie se skládá ze 3 článků zapojených do série a 12V baterie se skládá ze 6 článků zapojených do série. Výše uvedená závislost je dána tím, že jeden článek je schopen generovat napětí 2,1 V.

• Bateriový blok (pouzdro) – vyroben z materiálu odolného vůči kyselinám. K jeho výrobě se ve většině případů používá polypropylen. 12V baterie se skládá ze šesti článků, zatímco 6V baterie se skládá ze tří článků. Každý článek je samostatný článek, musí být utěsněný a elektrolyt nemůže proudit mezi články. Ve spodní části korby jsou prahy, na kterých spočívá sada desek. Mezi těmito prahy se mohou hromadit nečistoty a také aktivní hmota proudící z desek.
• Kryt (kryt s labyrintem) je velmi důležitým prvkem bateriového pouzdra. Jeho úkolem je zajistit těsnost, odvádět plyny uvolňované při provozu baterie a chránit před výbuchem. Kryty servisních baterií mají ventilační systém a zátky, kterými lze v případě potřeby doplňovat elektrolyt. Kryty bezúdržbových baterií jsou těsně uzavřeny a není třeba přes ně doplňovat elektrolyt. Tyto kryty mají speciální labyrintový systém, který zabraňuje odpařování elektrolytu při intenzivním používání baterie a způsobuje jeho kondenzaci na prvcích.
• Mřížka (síťovina) je konstrukční kostra, která nese aktivní hmotu a vede elektrický proud. Plní stejnou funkci v kladných i záporných deskách. Hlavním složením mřížkové slitiny je olovo. Pro zlepšení elektrických a mechanických vlastností a odolnosti proti korozi se přidává hliník, cín, vápno a stříbro.
• Kladná deska baterie je vytvořena aplikací aktivní hmoty oxidu olovnatého (PbO2) na mřížku. Má oranžovou barvu, později hnědne.
• Záporná deska baterie je vytvořena aplikací aktivní hmoty houbovitého olova (Pb) na mřížku. Má šedou barvu, která se nemění. Záporná deska je tenčí než kladná.
• Separátor je nevodivé těsnění, jehož účelem je oddělit kladnou desku od záporné desky a zároveň by měl zajišťovat volný pohyb elektrolytu. Typicky je vyroben z plastového materiálu s vhodnou porézností, kterou může proud volně protékat.
• Bateriový článek je sada kladných a záporných desek oddělených oddělovačem. Kapacita baterie závisí na počtu aktivních hmot a startovací proud závisí na počtu desek.
• Elektrolyt je roztok kyseliny sírové, ve kterém jsou desky ponořeny. Elektrolyt vede elektřinu mezi deskami. Jeho hustota je 1,28 g/cm3 při 25oC se správně nabitou baterií. Hladina elektrolytu v baterii by měla být 1,5 cm nad horními okraji desek.

Gelová baterie – zařízení a princip činnosti

Jednou z nejoblíbenějších baterií na dnešním trhu je gelová baterie, která svou ergonomií předčí běžně používané olověné baterie. První gelové baterie se v automobilech objevily již v 1960. letech minulého století. V současné době jsou tyto typy baterií velmi praktickými zařízeními pro skladování elektrické energie, vyznačující se vysokou těsností, díky které je lze bezpečně přepravovat téměř v jakékoli poloze. Nemusí být na rozdíl od standardních baterií umístěny ve vodorovné poloze a nevyžadují neustálé doplňování elektrolytu, protože gel, který obsahují, se nevypařuje ani jinak nerozkládá. Gelová baterie je zjednodušeně řečeno zařízení, které patří mezi tzv. bezúdržbové baterie. Co potřebujete vědět o konstrukci takového zařízení:

• Gel jako elektrolyt

• Výhody gelových buněk

Prakticky nulové riziko úniku elektrolytu. Volnost montáže – není třeba instalovat pouze ve vodorovné poloze. Vysoká odolnost baterie proti nárazům a mechanickému poškození. Samovybíjení je na velmi nízké úrovni. Odolnost proti hlubokému vybití. Zachování vlastností i přes několik po sobě jdoucích nabití a vybití

• Gelová baterie nejen do aut

Velmi často jsou gelové baterie zaměňovány s bateriemi AGM, které jsou rovněž považovány za bezúdržbová zařízení. Pokud si myslíte, že máte v autě gelovou baterii, pak se s největší pravděpodobností mýlíte. Tato zařízení by se neměla používat ke startování osobních automobilů, protože gelové baterie vykazují nízkou spotřebu energie při dodávce vysoce účinné elektřiny, takže na nastartování motoru auta jednoduše nestačí. Nejčastěji se gelové prvky používají u dvoukolových vozidel, tedy skútrů, mopedů apod. Najdeme je také v golfových vozících, obytných automobilech, sanitkách a dalších vozidlech vybavených velkým množstvím elektrických zařízení.

Technologie AGM – bateriové zařízení

Podstata technologie Absorbent Glass Mat používané v bateriích je založena na použití separátorů ze skelných vláken, které absorbují elektrolyt, což má za následek zvýšení kvality cyklického provozu. Rohože umístěné mezi olověnými deskami mají vysokou absorpční kapacitu, výrazně převyšující objem kapaliny obsažené v baterii. Toto řešení ovlivňuje životnost baterie, zvyšuje počet cyklů, umožňuje opakovaně nabíjet a vybíjet prvky bez ztráty provozních parametrů zařízení. Tento mechanismus využívá jednosměrný ventil k uvolnění nadměrného tlaku uvnitř baterie, což může vést k netěsnosti v pouzdře. Sluší se dodat, že i v případě netěsnosti rohože ze skelných vláken zastaví únik elektrolytu za izolaci baterie.

Konstrukční vlastnost určuje vysokou účinnost zařízení, použití technologie AGM zaručuje velmi nízký vnitřní odpor, což vede ke kratší reakční době mezi elektrodami a elektrolytem. Vysoká účinnost při zachování malých rozměrů umožňuje instalaci na těžko přístupných místech. Absorpční rohože mají navíc dvě další výhody. Zajišťují, že nízké teploty nezpůsobí vytečení pouzdra baterie v důsledku změn objemu elektrolytu a také zvyšují odolnost baterie proti nárazům a vibracím.

Má takové zařízení nějaké nevýhody? Nabíjení AGM baterií zůstává problematickým problémem, protože vyžaduje určité podmínky. Je vhodné použít stabilizátory napětí, které jsou schopny plynule regulovat úroveň napájení v souladu s požadavky udávanými výrobcem. Přebíjení baterie AGM může negativně ovlivnit její životnost snížením množství energie, kterou může ukládat. Také dlouhodobé vystavení nízkým teplotám snižuje životnost baterie AGM.

Pokud plánujete nákup nové baterie, obraťte se na odborníky společnosti AKB Master, kteří vám podrobně poradí s konstrukcí a provozními vlastnostmi zařízení a pomohou vám vybrat tu nejlepší variantu.