W celu zapewnienia odpowiedniej dawki energii elektrycznej koniecznej do funkcjonowania powyższych układów w pojazdach samochodowych stosowany jest akumulator, który dostarcza energię elektryczną w postaci prądu stałego w czasie postoju lub uruchamiania silnika oraz jest ładowany w sposób ciągły w trakcie pracy silnika, dzięki zastosowaniu alternatora.
Akumulator jest ogniwem elektrycznym, czyli urządzeniem, w którym zachodzą reakcje chemiczne polegające na przepływie prądu elektrycznego na skutek ruchu elektronów. Procesy te w akumulatorze są okresowo powtarzalne, czyli przy sprawności technicznej akumulatora dzięki zasilaniu z zewnętrznego źródła prądu elektrycznego (alternatora przy uruchomionym silniku lub prostownika w trakcie doładowywania) można uzyskać odwrócenie kierunku przebiegu zachodzących w nim reakcji chemicznych, czyli doprowadzić do ponownego zgromadzenia w nim wystarczającego do dalszego funkcjonowania ładunku energii elektrycznej.
Wymagania stawiane współczesnym konstrukcjom akumulatorów samochodowych są następujące:
- znaczna pojemność,
- wydłużony okres eksploatacji,
- brak obsługi,
- wysoka wydajność w przeliczeniu na jednostkę masy lub objętości,
- niewielki stopień samowyładowania.
Właściwy dobór akumulatora do konkretnego pojazdu musi się opierać na:
- parametrach technicznych,
- rodzaju końcówek biegunowych i ich odpowiedniej polaryzacji,
- gabarytach,
- sposobie ładowania.
Do parametrów technicznych akumulatora zaliczana jest pojemność, czyli wyrażona w amperogodzinach (Ah) ilość energii elektrycznej, którą akumulator może dostarczyć przy zachowaniu odpowiednich warunków poboru prądu oraz prąd rozruchu mierzony w amperach (A). Wymagany prąd rozruchowy akumulatora jest inny dla silników z zapłonem iskrowym i silników z zapłonem samoczynnym. Przy tej samej pojemności silnika z zapłonem samoczynnym powinien być stosowany akumulator o wyższym prądzie rozruchowym niż przy silniku z zapłonem iskrowym. Wynika to z faktu znacznie większych oporów mechanicznych silnika z zapłonem samoczynnym przy rozruchu spowodowanych wyższym stopniem sprężania.
Pojemność akumulatora uzależniona jest z kolei od ilości zastosowanych w pojeździe odbiorników energii elektrycznej.
Innym kryterium właściwego doboru akumulatora są jego wymiary (szerokość i wysokość). W tym przypadku większość akumulatorów ma w tym zakresie wymiary standardowe. Wyjątek stanowią jedynie pojazdy japońskich producentów.
Istotnym parametrem akumulatora jest określenie końcówek biegunowych. W pojazdach europejskich producentów przyjęty jest standard końcówek okrągłych i plusem na prawym biegunie. Pojazdy producentów amerykańskich mają również okrągłe, lecz cieńsze końcówki biegunowe. Nietypowe końcówki stosuje Ford. W tym konkretnym przypadku są one płaskie.
W przeszłości stosowane były w samochodach akumulatory obsługowe. Obecnie niemal całkowicie zostały one zastąpione przez konstrukcje bezobsługowe, czyli takie, w których nie dokonuje się dolewania wody destylowanej oraz pomiaru gęstości elektrolitu.
Wszystkie konstrukcje akumulatorów to akumulatory kwasowe (ołowiowe). Ołów może występować z antymonem, wapniem oraz srebrem.
Konstrukcja typowego akumulatora samochodowego oparta jest na sześciu niezależnych ogniwach elektrycznych (celach), umieszczonych w oddzielonych od siebie komorach obudowy. Pomiędzy elektrodami każdego ogniwa panuje napięcie około 2,1 V, co przy sześciu szeregowo połączonych ogniwach daje napięcie akumulatora 12,6 V. Na dwóch skrajnych ogniwach osadzone są końcówki biegunowe do połączenia akumulatora z instalacją elektryczną pojazdu.
Pojedyncze ogniwo składa się z dodatnich i ujemnych płyt wykonanych w formie kratki i ułożonych na przemian. Ogniwa akumulatora wypełnione są elektrolitem, czyli roztworem kwasu siarkowego występującego w formie płynnej lub żelowej.
Obecnie najczęściej stosowanym rozwiązaniem konstrukcyjnym są akumulatory, w których wykorzystuje się stopy ołowiu i srebra. Dzięki tej technologii uzyskano zmniejszenie rezystancji wewnętrznej akumulatora. Jednym z nowszych rozwiązań konstrukcji akumulatorów jest technologia żelowa, w której płynny elektrolit został zastąpiony odpowiednim żelem, co eliminuje niekorzystne zjawisko swobodnego przepływu elektrolitu w celach. Ponadto, zastosowany żel ma bardzo dobre właściwości odprowadzania ciepła, zapewnia wyższą odporność akumulatora na wstrząsy i wibracje.
Coraz częściej stosowane są również akumulatory tzw. AMG, w których zastosowanie znalazły specjalne separatory wykonane z włókna szklanego o znacznej porowatości, zapewniające wchłonięcie całości elektrolitu.
Przy prawidłowej eksploatacji akumulatora, tzn. bez jego przeciążania, jego żywotność określana jest na od 5 do 10 tys. uruchomień silnika, co daje średni czas eksploatacji około 3-4 lat. Na obniżenie parametrów akumulatora zdecydowanie wpływa niska temperatura otoczenia. Przy 0°C pojemność elektryczna akumulatora spada do 80%, a przy -25°C wynosi już zaledwie 60%.
Nieprawidłowe działanie akumulatora może być spowodowane wadą fabryczną, wyeksploatowaniem lub wadliwym użytkowaniem. Bardzo szkodliwe dla żywotności akumulatora jest jego przeładowanie.
Do najistotniejszych parametrów akumulatorów samochodowych zalicza się:
- minimalne napięcie pracy – wartość napięcia między biegunami, do której może być wyładowany w normalnych warunkach pracy bez obawy jego uszkodzenia (dla 12 V akumulatorów wynosi ono 10,5 V);
- prąd znamionowy akumulatora – wartość prądu jaką można pobrać z akumulatora całkowicie sprawnego i naładowanego w czasie 20 godzin, do osiągnięcia przez akumulator stanu normalnego wyładowania;
- pojemność znamionowa akumulatora – ilość ładunku elektrycznego określana w (Ah) jaką może oddać w pełni sprawny akumulator do osiągnięcia stanu normalnego wyładowania w czasie 20 godzin w temperaturze 25°C,
- gęstość elektrolitu – parametr wskazujący stan naładowania akumulatora w temperaturze 25°C (pomiar dokonywany jest ae- rometrem po 30 minutach od zakończenia pracy pojazdu lub ładowania akumulatora);
- prąd ładowania akumulatora – wartość prądu przepływającego przez akumulator w czasie ładowania.
Przy ładowaniu akumulatorów samochodowych źródło prądu ładowania musi mieć napięcie wyższe od napięcia akumulatora i przy akumulatorach 12 V powinno wynosić od 13,2 do 16,2 V. W praktyce stosowane są następujące sposoby ładowania tradycyjnego aku- mulatora:
- doładowanie – stosowane jako normalne uzupełnienie ładunku. Przy tego typu ładowaniu dobiera się wartość prądu ładowania zgodnie z wzorem:
I = 0,1 x Qzn [A]
gdzie:
Qzn – pojemność znamionowa akumulatora.
- podładowanie – stosowane w sytuacji konieczności szybkiego doprowadzenia energii do akumulatora jedyne w celu uruchomienia pojazdu. Wartość prądu ładowania dobiera się zgodnie zwzorem:
I = 0,8 x Qzn [A]
do chwili rozpoczęcia procesu gazowania, a następnie zmniejsza się prąd ładowania do wartości:
I = 0,1 x Qzn [A]
- ładowanie wyrównawcze, stosowane do wyrównania stanu
naładowania poszczególnych ogniw akumulatora. Polega ono na powolnym ładowaniu akumulatora, a następnie przeładowaniu prądem o wartości:
I = 0,05 x Qzn [A]
- ładowanie odsiarczające – wykonywane cyklami 12-godzinowymi z przerwami 2-godzinowymi, prądem o wartości:
I = (0,02-0,05) x Qzn [A]
mgr Andrzej Kowalewski
Komentarze (0)