Jak je baterie konstruována – typy, označení EN a SAE, pouzdra ASIA, Evropa, Amerika

Autobaterie slouží jako primární a pomocný zdroj energie. Bez něj je startování motoru extrémně obtížné a při vypnutém spalovacím motoru je nemožné napájet palubní síť. Kvalitní a vyvážená baterie nutně spojuje vysoké startovací proudy a velkou kapacitu. Tato sada charakteristik umožňuje startéru efektivně otáčet setrvačníkem s písty pod tlakem 10-12 atmosfér a dodávat elektřinu po dlouhou dobu se stabilním jmenovitým napětím při dynamické zátěži.

Nyní si můžete koupit autobaterii s doručením na vaši adresu nebo vyzvednutím. Zároveň však problémy s výběrem nezmizí, pokud nerozumíte vlastnostem označení, designu pouzdra a vnitřní struktuře.

značkování

Nuance symbolických označení na baterii závisí na použité metodice. Nejčastěji se jedná o evropskou normu ETN (European Type Number), která je v nápisech oficiálně zkrácena na dvě písmena „EN“. Samotné označení se skládá z 9místného čísla, rozděleného do čtyř zón, postupně udávajících rozsah a skutečnou kapacitu, provedení a 10 % proudu „studeného startování“.

Tvrdá konkurence na trhu vedla k tomu, že se výrobci snažili zjednodušit postup pro výběr optimální baterie pro spotřebitele a duplikovat informace na pouzdru srozumitelnější formou. Například rakouská autobaterie Banner je doplněna samolepkou, na které jsou jasně uvedeny hlavní charakteristiky – provozní napětí (V), kapacita v ampérhodinách (Ah), startovací proud v ampérech (A).

Na pouzdru poblíž terminálu jsou vyražena čtyři písmena, která umožňují zjistit datum výroby. První dva označují řadový týden, poslední dva označují rok. Chcete-li převést označení písmen na čísla, měli byste použít speciální tabulku.

Dopis	Odpovídající obrázek
А
B	1
C	2
D	3
E	4
F	5
G	6
H	7
I	8
J	9
K	10
L	11
M	12

Pokud je na pouzdru uvedeno EBBF, jedná se o 41. týden (začátek října) roku 2015, СGBI je 26. týden (konec června) roku 2018.

Baterie může také obsahovat domácí (podle GOST R 53165-2008), německé (DIN), americké (SAE) označení. Jsou mezi nimi rozdíly ve výkladu velikosti zapínacích proudů. Bez znalosti nuancí je například docela obtížné koupit autobaterii Bosch pro správnou výměnu standardní baterie Exide ve Fordu, Volvu nebo Hondě. (viz tabulka).

Korespondence proudu studeného startu v různých normách, ampérech
EN	DIN	SAE	GOST R 53165-2008
230	140	250	160
330	200	350	195
360	225	400	225
420	255	450	260
480	280	500	290
520	310	550	325
540	335	600	355
600	365	650	390
640	395	700	420
680	420	750	450
760	450	800	485

Zrušená tuzemská norma GOST 959-91 odpovídala DIN. Aktuální GOST R 53165-2008 je zaměřena na mezinárodní normy IEC 60095-1:2006.

Zařízení a elektrochemické typy

Hlavním principem provozu baterie je neustálá chemická reakce k akumulaci, uvolnění a obnovení elektrického proudu. Nejoblíbenějším a nejžádanějším schématem jsou kovové destičky z houbovitého olova (Pb) a jeho oxidu (PbO2) ponořené do vodného roztoku kyseliny sírové (elektrolytu).

Střídají se a jsou fyzicky odděleny oddělovacími přepážkami. Oxid olovnatý má silné oxidační vlastnosti, zpočátku nese kladný náboj (anoda) a poskytuje stabilní energetický výdej při zatížení. Záporně nabitá olověná elektroda (katoda) podporuje celkovou reakci elektrolytického rozpouštění kovů a přispívá k efektivní obnově kapacity při připojení nabíjecího proudu.

Je důležité vědět, že standardní 12V autobaterie je kompletní zařízení, které se skládá ze 6 soběstačných 2V baterií („plechovek“), které jsou zapojeny do série do jednoho napájecího systému, aby produkovaly celkové napětí. Selhání jednoho prvku naruší celkový výkon.

Servisované modely jsou vybaveny víčky na každé nádobě pro kontrolu hladiny elektrolytu a doplňování vody. Nízkoúdržbové jsou vyráběny technologií SMF (hermeticky uzavřené) a VRLA (přetlakový pojistný ventil).

Rozdělení podle typu

Olověné autobaterie se vyrábí v různých modifikacích, které se liší fyzikálním a chemickým stavem elektrolytu, složením a tloušťkou desek. Je obvyklé zdůraznit:

• WET („mokrý“) – klasický, se standardním obalem a tekutým elektrolytem;
• EBF – zesílené elektrody (1,5-2krát);
• AGM – se sklolaminátovými rohožemi mezi deskami, do kterých je absorbován elektrolyt;
• vápník (Ca/Ca) – oba typy elektrod jsou dopovány vápníkem;
• hybrid (Ca+ nebo HIBRID) – anoda obsahuje antimon a katoda obsahuje vápník.

Gelové baterie (GEL) se zahuštěným tuhým elektrolytem se ve verzi startér prakticky nevyrábí z důvodu nízkých startovacích proudů, jedná se především o trakční zdroje energie pro stroje a zařízení s hnacím elektromotorem. Baterie EBF a AGM, například autobaterie Hankook (výrobce AtlasBX Co. Ltd South Ukeraia), jsou přizpůsobeny pro systém start-stop a jsou odolné proti hlubokému vybití a nízkým teplotám. Kalciové modely jsou citlivé na ztrátu náboje, ale generují nejvyšší možné zapínací proudy a neumožňují samovolný únik kapacity. Hybridy kombinují kladné stránky všech technologií, ale nepodporují režim „start-stop“ a samovybíjení poměrně intenzivně.

Typy případů – Asie, Evropa, Amerika

Mezi motoristy panuje mylná představa, že baterie s elektrolytem absorbovaným kapalinou (AGM) a její gelový analog (GEL) jsou stejný typ baterie se stejnými technickými a provozními vlastnostmi. To je špatně! Druhou mylnou představou je, že asijské baterie se od evropských a amerických liší polaritou díky levému „kladnému“ pólu.

Všichni seriózní výrobci bez ohledu na geografickou polohu mají ve své modelové řadě baterie s reverzní („0“) a přímou („1“) polaritou pro co nejširší pokrytí specializovaného trhu. Skutečné rozdíly mají pouze strukturální základ a nesouvisí se směrem elektrochemických procesů uvnitř baterie.

Montážní uspořádání svorek

Výstupní elektrody na baterii evropského typu jsou zapuštěny do speciálních výklenků v krytu. To vám umožní připojit svorky v rovině s horní rovinou baterie, čímž se zabrání umělému zvýšení montážní výšky.

Baterie s pouzdrem Asia mají přívody proudu ve formě vyčnívajících rohů, které jsou instalovány na plochém krytu.

Baterie amerického typu se vyznačují čelním (laterálním) umístěním výstupních elektrod. Často se můžete setkat s kombinovanými „americko-asijskými“ modely s dodatečným párem svodů na krytu.

Průměr připojení

Nejdůležitější rozdíl, který výrazně ovlivňuje operační schopnosti. V závislosti na typu pouzdra se výstupní svorky liší standardním tvarem a průměrem:

• Evropské – výkonné kónické svody o výšce 18,1 mm. Plus – 19,5 mm, mínus – 17,9 mm;
• Asijská – tenčí koncovky, stoupající 18,1 mm nad kryt. Plus – 12,7 mm, mínus – 11,1 mm;
• Americká – závitová pouzdra pro šroub 12,7 mm.

Použití svorek s různými průřezy na jedné baterii eliminuje riziko chyb při volbě „plus“ a „mínus“ při připojení napájení ke startéru a palubní síti vozidla.

Standardní velikost

Evropská a americká pouzdra mají stejné rozměry. Například baterie s kapacitou 60 Ah mají celkovou výšku 17,5-19 cm U asijských baterií je tento údaj o něco větší (až 22 cm) kvůli hornímu umístění elektrod. Proto je důležité správně analyzovat schopnosti sedačky pod kapotou, aby bylo možné baterii bezpečně zajistit upínací lištou a zabránit náhodnému kontaktu svodů s kovovými částmi těla.

Více než 95 % standardních baterií v automobilech se spalovacími motory jsou olověné baterie různých modifikací, které nemají paměťový efekt a vyznačují se maximální dobou udržení nabití. Pro zlepšení výkonnostních charakteristik (odolnost proti vibracím, životnost, vysoké startovací proudy) se používají speciální technologie pro podporu elektrochemické reakce a posílení konstrukce desek. Baterie AGM jsou schopny efektivně fungovat v jakémkoli úhlu instalace. Mokré modely Ca+Ca a HIBRID mají snížené samovybíjení a elektrolýzu vody, odolnost proti korozi a odlupování aktivní hmoty elektrod.

Baterie v asijském, evropském nebo americkém pouzdře jsou zaměnitelné za předpokladu, že jsou standardizovány podle jednotného systému (EN, DIN, SAE). V opačném případě musíte pro správné určení příslušných startovacích proudů použít převodní tabulku. Potíže mohou nastat také kvůli rozdílům v průměrech výstupních svorek. Při výběru dostatečné kapacity baterie se můžete zaměřit na velikost motoru:

1. 50-55Ah – 1,0-1,5l;
2. 60-65Ah –1,5-2,0l;
3. 70-75Ah – 2,0-2,5l;
4. 80-85Ah – 2,5-3,0l;
5. 90-110Ah – od 3,0l.

Je ale lepší vždy vzít baterii s rezervou 5-15Ah pro dostatečnou rezervu výkonu v chladném počasí a při zvýšení spotřebičů palubní sítě.

Chcete-li zakoupit vysoce kvalitní baterii Banner, Bosch, Hankook, nemusíte čekat na pochybné akce a výprodeje prošlého zboží. Vždy můžete vrátit autobaterii za drahou cenu v Moskvě a kompenzovat značnou část nákladů na novou baterii s dobrým datem vydání a zárukou kvality od výrobce.

Existují různé typy baterií. Liší se nejen velikostí, ale také technologií výroby, a tedy i zamýšleným účelem. Například velké olověné baterie se používají hlavně v automobilech, zatímco známé lithium-iontové baterie jsou nejběžnějším typem UPS pro elektronická zařízení.

Kromě výše uvedených existují nikl-kadmiové a nikl-metalové hybridní baterie. Každá technologie má své nesporné výhody a stejně zřejmé nevýhody. Z našeho materiálu se dozvíte o výhodách a nevýhodách různých typů baterií a pravidlech pro jejich výběr.

Jak fungují baterie

Baterie historicky patří k „mladým“ vynálezům, v lidské mysli se objevila před více než 160 lety, do té doby prostě neexistovaly. Primární funkcí každého UPS je využití reverzibilní elektrochemické reakce, jinými slovy, pokud je ke kontaktům prvku připojen zdroj stejnosměrného napětí, začne se na jeho elektrodách (deskách) hromadit elektrická energie a v případě působení zátěže dojde k jejímu spotřebování.

Navíc během takového procesu může dojít k velkému počtu rotací vybíjení a nabíjení. Obvykle počet možných dobití závisí na typu použité baterie, ale jak ukazuje praxe, téměř všechny moderní baterie garantují 300 až 1 000 plných cyklů.

Baterie je považována za v dobrém provozním stavu, pokud její zbývající kapacita činí 70–80 % její původní kapacity. Pokud je indikátor UPS nižší, je považován za nevhodný pro další provoz, protože nebude schopen poskytnout odhadovanou autonomii.

Základní konstrukce a princip fungování jakéhokoli typu baterie zůstává stejný. Všechny mají dvě elektrody (negativní a pozitivní, jinak nazývané katoda a anoda), které jsou ponořeny do speciálního prostředí – elektrolytu, který je v důsledku příslušné disociace výborným „dodavatelem“ iontů. Iont nese elektrický náboj. Když je náboj kladný, nazývá se částice kation, a když je záporný, nazývá se anion.

V závislosti na typu použitých elektrod a typu použitého elektrolytu existuje mnoho typů baterií, z nichž každá má své vlastní provozní a konstrukční vlastnosti. Níže je uveden popis nejběžnějších typů baterií, jejich oblasti použití, jejich pozitivní a negativní aspekty a podrobný popis jejich výkonnostních charakteristik.

Olověné baterie

Navzdory tomu, že se baterie začaly používat v technologii již před mnoha lety, jsou olověné baterie stále široce používány v systémech obnovitelné energie (větrná a solární energie, vodní energie atd.), motorových vozidlech a záložních zdrojích energie.

Už samotný název napovídá, že hlavním materiálem je v tomto případě olovo. Přesněji řečeno, obyčejné olovo se používá k výrobě kladných elektrod a oxid olova se používá k výrobě záporných elektrod. Jako elektrolyt se obvykle používá roztok kyseliny sírové.

Existuje mnoho typů konstrukcí olověných baterií, z nichž každý má svůj vlastní přístup ke zlepšení jejich výkonu. Olovo samotné je poměrně měkký kov a má nízkou fyzickou pevnost, což znamená, že ve své čisté formě nemůže odolat vibračním zatížením. A proto pro použití baterií například v dopravě se do slitiny přidává určité množství vápníku, který zvyšuje pevnost konstrukce.

Při použití olověného akumulátoru v nepřerušitelných zdrojích napájení se používají baterie určitého typu, aby se vyloučil kontakt uživatele s kyselinou, nebyla nutná speciální údržba a také se vyloučil výbuch vodíku uvolněného při nabíjení. Mezi takové UPS patří napájecí zdroje AGM (Absorbent Glass Mat), ve kterých je speciální porézní rohož ze skelných vláken impregnována elektrolytem neabsorbovaným kapalinou.

Často olověné napájecí zdroje vyrobené technologií AGM jsou mylně označovány jako gelové baterie. To ale vůbec není pravda. Gel UPS je dalším typem průmyslového vývoje olověných baterií.

Baterie, které používají jako elektrolyt gelový roztok kyseliny sírové, se nazývají gelové baterie. Jsou navrženy tak, aby uvolňovaly energii pomalu, a proto jsou jejich hlavní aplikací inertní systémy pro skladování a výdej elektrické energie (napájení motorů golfových vozíků a invalidních vozíků, solární energie atd.).

Nespornou výhodou olověných akumulátorů je schopnost provozu v širokém rozsahu okolních teplot (od -40 do +40 °C) a jejich nízká cena.

Každý olověný UPS může dodat napětí asi 2 V a specifickou energii 30–60 Wh na kilogram hmoty, což je ve srovnání s jinými typy baterií poměrně málo. Navíc mají vysokou hodnotu samovybíjení a hloubka vybití může vést k drolení elektrodových desek, zničení a úplné ztrátě výkonu baterie.

Nikl-kadmiové baterie

Dalším typem baterie, která je široce používána v mnoha průmyslových aplikacích, je nikl-kadmiová (NiCd) baterie. Nejčastěji se používá v ručním elektrickém nářadí, svítilnách, dálkových ovladačích, dětských hračkách atd.

Prvky zůstaly konstrukčně nezměněny, pro výrobu elektrod se začalo používat pouze kadmium a nikl, respektive hydráty oxidů těchto kovů. Hydroxid draselný se používá jako elektrolyt. Každý prvek na bázi těchto kovů dokáže produkovat napětí 1,2–1,35 V s měrnou energetickou hodnotou asi 40–80 Wh/kg.

Index mrazuvzdornosti nikl-kadmiových baterií je jeden z nejvyšších. Mohou pracovat bez snížení parametrů elektrické kapacity při poměrně nízkých teplotách (kolem -50 °C) a zcela neovlivňují hluboké vybití a po úplném nabití se jejich provozní vlastnosti plně obnoví.

NiCd baterie se doporučuje skladovat v plně vybitém stavu.

Mezi jejich negativní stránky patří výrazný „paměťový efekt“, dlouhá doba nabíjení (energie se doplňuje při nízkých nabíjecích proudech), nízká měrná kapacita a vysoká úroveň samovybíjení.

Aby nedošlo k selhání baterie, je nutné ji nabíjet až po úplném vybití! Ignorování tohoto pravidla bude mít za následek předčasnou ztrátu kapacity a selhání prvku.

NiCd akumulátory je nutné nabíjet nízkým nabíjecím proudem, jehož hodnota je zvolena přibližně 0,1 % plné kapacity akumulátoru.

NiMH baterie

Po odstranění nedostatků nikl-kadmiových baterií a jejich předchůdců se logicky objevily nikl-metal hydridové (NiMH) baterie. Tyto typy baterií při stejné hmotnosti a rozměrech mají 2-3x větší kapacitu, méně výrazný paměťový efekt, snadno snášejí dobíjení i hluboké vybíjení a jsou vysoce spolehlivé.

NiMH články se staly populárnějšími a široce využívanými v průmyslu díky tomu, že nepoužívají kadmium, kov velmi škodlivý pro životní prostředí. Problémy s likvidací a správným skladováním tohoto typu baterií tedy samy zmizí.

K výrobě anody se používá tzv. metalhydridová elektroda, což je v podstatě hydrid niklu s lithiem nebo lanthanem. Pro katodu je použit oxid stejného kovu. Elektrolyt je sloučenina hydroxidu draselného.

Při nabíjení nikl-metal hydridových baterií se oproti NiCd článkům používají vyšší proudy (asi 20–25 % celkové kapacity baterie), při tomto procesu je však velmi důležité hlídat teplotu ohřevu článku. Pokud teplota překročí 45°C, měli byste nabíjení okamžitě zastavit, aby nedošlo k poškození prvku.

Baterie NiMH lze nabíjet v kombinaci s články NiCd. Nesmí být povolena pouze zpětná kompatibilita! NiCad má jednodušší nabíjecí algoritmy, takže mohou poškodit NiMH článek.

Nikl-metal hydridové baterie by se měly skladovat pouze plně nabité. Kvůli jejich vysoké rychlosti samovybíjení by měly být pro zachování funkčnosti tohoto typu baterií pravidelně zcela vyprázdněny a poté plně nabity.

Nikl-metal hydridové baterie se používají ve stejných průmyslových odvětvích jako nikl-kadmiové baterie, ale díky svým zvýšeným kapacitním parametrům našly široké uplatnění ve fotografických zařízeních, ve kterých jako zdroje energie slouží prvky AA a AAA.

Nejmrazuvzdornější jsou NiMH prvky. Lze je bez problémů používat při extrémně nízkých teplotách až do -60 °C. Tato kvalita umožnila jejich široké použití pro elektrické nářadí při práci venku v zimě.

Jeden prvek generuje 1,2–1,25 V EMF s měrnou energetickou hodnotou přibližně 60–75 W*h/kg. Teoretické výpočty ukazují, že maximální možná hodnota tohoto parametru může dosáhnout 300 Wh/kg, takže technologie výroby NiMH UPS má stále co zlepšovat.

Výhody a nevýhody Li-Ion baterií

Žádné moderní mobilní zařízení se neobejde bez lithium-iontových baterií. Tato nová technologie rychle předbíhá mnoho vyspělých výrobních odvětví. Existuje mnoho variant používaných lithium-iontových technologií, ale nebudeme je nyní rozebírat.

Lithium-iontové baterie našly široké uplatnění v malých elektronických zařízeních, jako jsou notebooky a kapesní počítače, elektronické hodinky, audio přehrávače, gadgety a mobilní telefony. Tento typ baterie umožňuje poměrně dobře využívat nízký výkon po dlouhou dobu.

Mají poměrně vysokou specifickou hustotu náboje, takže dokážou zajistit uložení značného množství elektrické energie v minimálním objemu. Ale schopnost lithium-iontových baterií koncentrovat energii je činí poněkud zranitelnými.

Aby chemické reakce v lithium-iontových bateriích probíhaly správně, je nutné striktně dodržovat technologii výroby, navíc jakékoli znečištění při výrobě takových baterií často vede ke snížení jejich kvality.

Mnozí si možná ještě pamatují, jak byly v létě 2006 staženy tisíce notebooků od společností Apple a Dell, když se zjistilo, že baterie dodávané společností Sony obsahují nečistoty, které způsobují jejich přehřívání.

Pro zajištění bezpečnosti a výkonu jsou lithiové baterie, které nesnášejí přehřívání, vybaveny vestavěnými elektronickými obvody, jejichž ochrannou funkcí je zabránit přebíjení – jakmile napětí dosáhne kritické hodnoty, jejich plnění se okamžitě zastaví.

Lithium-polymerové baterie, vyvinuté nedávno, jsou „suchou“ verzí lithium-iontových baterií. Pracují dobře při vysokých teplotách (přes 25°C) a lze je vyrobit i jako velmi ploché baterie o tloušťce přibližně kreditní karty. Vzhledem k technologickým vlastnostem výroby je cena tohoto typu UPS poměrně vysoká a ve vzácných případech je jejich provoz ve srovnání s běžnými lithium-iontovými modely ekonomicky opodstatněný.

Pro napájecí systémy by bylo nejlepším řešením zvolit lithium-železo fosfátovou baterii.

Relativně nedávno začaly na ruský trh vstupovat relativně levné lithium-železofosfátové baterie z výrobního závodu Liotech. Vzhledem k výstupní kapacitě 250 A*h je jejich použití omezeno na výkonnější záložní nebo autonomní napájecí systémy. Kromě toho existují poměrně smíšené recenze o těchto typech baterií.

Nejnovějším vývojem v této oblasti je výroba lithium-titanátových baterií s životností až 25 000 cyklů.

Pravidla pro výběr baterií

Nyní přejdeme k hlavní otázce – jaký typ baterie je pro mě nejlepší? Odpověď je poměrně jednoduchá a spočívá v technologických možnostech každého výše uvedeného typu:

• Pro malá elektronická zařízení s nízkým výkonem

Lithiové baterie se používají v mobilních telefonech, kapesních počítačích a dalších zařízeních. Jsou bezúdržbové, rychle se nabíjejí, váží málo a jsou poměrně skladné. Často se stává, že elektronické zařízení selže rychleji, než lithiová baterie dosáhne svého potenciálu.

Většina těchto elektronických zařízení je vybavena adaptéry do auta, které lze použít i se solární baterií 12 V (obvykle s výkonem do 10 W).

• Pro baterky, rádia, digitální fotoaparáty a fotoaparáty

Tato zařízení široce používají NiMh baterie, které nahradily standardní alkalické články AA nebo AAA. Dokážou celkem obstojně napájet zábleskové jednotky, jsou volně prodejné a navíc si vždy v každé specializované prodejně vyberete kvalitní nabíječku.

Hlavní nevýhodou NiMh baterií je jejich neschopnost udržet nabití po dlouhou dobu. V roce 2008 se objevily nové technologie NiMh baterií (jako je PowerEx Imedion), které se s tímto nedostatkem dobře vyrovnávají.

Co se týče nabíjení AA baterií, zde je více možností. Stále je ale lepší pořídit si kvalitní nabíječku. Mnohé z nich mohou rychle nabít baterii, ale mohou způsobit její přehřátí. Pamatujte, že optimální hodnota nabíjecího proudu by měla být v rozmezí 200 až 300 mA.

V poslední době se na trhu objevily výkonné nabíječky s proudem až 1 A, které však nedokážou vaši baterii plně nabít, ale povede to ke snížení její životnosti.

• Pro použití v solárních elektrárnách

Pro ukládání energie generované solárními panely jsou stále nejrozšířenější olověné baterie. Domácí fotovoltaické systémy využívají speciální baterie s hlubokým cyklem (podobně jako baterie golfových vozíků).

Jejich cena je poměrně nízká, jsou dostupné a jsou schopné udržet nahromaděnou energii několik měsíců s velmi nízkým samovybíjením. Pokud se chystáte pořídit solární panely, bude pro vás důležité neplýtvat elektřinou, která je tak drahá. Olověné baterie se osvědčily během mnoha let provozu pro svou předvídatelnost a stabilitu.

U malých přenosných zařízení na solární pohon se používají lithiové baterie s nízkou spotřebou, aby se zabránilo výraznému nárůstu hmotnosti a zachoval se jejich vzhled.

Dobíjecí baterie, jeden z velkých vynálezů století, umožňuje používat elektroniku a další podobná zařízení, aniž by byla vázána na stacionární zdroj energie, díky čemuž jsou lidé mobilnější. Trh nabízí kupujícím širokou škálu modelů baterií: od miniaturních používaných v mechanizmech hodinek až po obří modely určené k napájení domácností a dokonce i celých čtvrtí. Hlavním úkolem je správně vybrat správný typ.

Veškeré informace o cenách a partnerech jsou aktuální v době vydání článku. Aktuální partnerské prodejny Halva.