Akumuliatoriai ir baterijos

24 liepos 2013, 22:00

Baterija ar akumuliatorius? Dažnai šie abu terminai vartojami sinonimiškai, tačiau iš tiesų reiškia skirtingus prietaisus.

Akumuliatorius ir baterijas sudaro vienas arba keli elementai. Plokštelių korys – tai būtent ta vieta, kurioje įvyksta cheminės reakcijos ir susikuria elektronai. Jų srautas ir yra elektros srovė. Būtent plokštelių koryje vykstančios cheminės reakcijos išlaisvina elektronus. Jei šie procesai negrįžtami (tai yra naudojant išorinį srovės šaltinį įkrauti elemento negalima), tai toks elementas vadinamas baterija. Jeigu išorinė šaltinio srovė suteikia galimybę pakartotinai įkrauti elementą, tada jis vadinamas akumuliatoriumi. Tai iš esmės lygiagrečiai sujungti plokštelių koriai, sudėti į atitinkamo dydžio korpusą.

Automobilio elektros energija

 

Kad automobilis pagamintų elektros energiją, jo variklis turi dirbti. Kuo daugiau reikia elektros energijos, tuo didesnės kuro sąnaudos 1960 metais automobiliui vidutiniškai reikėjo apie 300 W elektros energijos. Šiuolaikiniam būtina daugiau negu 1 000 W (be šildomų sėdynių, elektrinio vairo stiprintuvo, elektra šildomų ir reguliuojamų veidrodėlių, DVD grotuvo, kurio anksčiau automobiliuose apskritai nebūdavo).

Elektros energija reikalinga dar ir dėl kitų priežasčių. Kai automobilis stovi, ji palaiko tam tikrų prietaisų ir įrenginių veiklą, pavyzdžiui, garso aparatūros, kompiuterio atminties, signalizacijos sistemos. Taigi jei automobilio akumuliatorius nuolat išsikrauna, labai svarbu pamatuoti srovę, išeinančią iš akumuliatoriaus tuo metu, kai neužvestame automobilyje signalizacijos sistema išjungta. Gana dažnai tokios problemos priežastis – netvarkinga automobilio elektros instaliacija. Taigi nė kiek nestebina vokiečių automobilių klubo ADAC paskelbti duomenys, iš kurių matyti, kad 2006 metais Vokietijoje net 35 proc. lengvųjų automobilių gedimų buvo susiję su netvarkinga elektros instaliacija, o daugiau nei pusės iš jų dėl to sugesdavo akumuliatoriai. Maža to, važiuoti esant judriam eismui, dažnai stabdyti, dažnai užvesti variklį, palikti jį dirbti tuščiąja eiga, tuo metu šildyti galinį stiklą – ne į naudą akumuliatoriui: jis ne iki galo įkraunamas, tad sutrumpėja tarnavimo laikas.

Akumuliatoriaus energijos kiekis priklauso ir nuo jo temperatūros. Štai, pavyzdžiui, kaip teigia akumuliatorių gamintoja „Varta“, jei akumuliatoriaus temperatūra žemesnė nei -20 °C, jo elektros energijos kiekis sumažėja per pusę. Tokia pati variklio temperatūra padvigubina srovės stiprumą, paimamą iš starterio užvedant variklį. Akumuliatoriaus pajėgumas ir patvarumas tiesiogiai priklauso ir nuo to, kaip sklandžiai veikia generatorius bei starteris. Žiemą puikiai atsiskleidžia visų šių įrenginių veikimo savybės ir išryškėja trūkumai, kurių nematyti šiltuoju metų laiku.

Akumuliatorių tipai

Atsižvelgiant į akumuliatorių veikimo laiką ir techninę būklę, juos galima suskirstyti į dvi grupes:

 

1. Daugkartinio naudojimo. Jiems veikiant garai laisvai susilieja su aplinka (vanduo, deguonis ir vandenilis, susidarę dirbant akumuliatoriui, gali laisvai garuoti iš jo vidaus). Tokių akumuliatorių viršutinėje korpuso dalyje yra užsukami kamšteliai – juos atsukus galima atlikti būtinus darbus (pvz., įpilti distiliuoto vandens arba patikrinti elektrolito lygį).

2. Akumuliatoriai, į kuriuos negalima įpilti distiliuoto vandens ar patikrinti esamo elektrolito lygio.

Pastarieji skirstomi į dar dvi rūšis:

• Vadinamieji atviro tipo – jų talpykla tiesiogiai sujungta su išore;

• Uždaro tipo akumuliatoriai. Jų viduje vyrauja aukštas slėgis, reguliuojamas apsauginio slėgio vožtuvo jis išleidžia susidariusias dujas (deguonį ir vandenilį), jeigu slėgis akumuliatoriaus viduje per didelis. Tokio tipo akumuliatoriai paženklinti trumpiniu VLRA (Valve Regulated Lead-Acid Battery), lietuviškai tai būtų galima išversti maždaug taip: „Rūgšties ir švino akumuliatorius su aukštą slėgį reguliuojančiu vožtuvu.“

Daugkartinio naudojimo akumuliatoriai su kamšteliais, uždengiančiais sklendes, skirstomi į dvi rūšis. Pirmos rūšies akumuliatorių elektrodų grotelės, ant kurių sudėta aktyvioji masė, pagamintos iš švino (Pb) su 4–5 proc. stibio (Sb) priedu. Tokius akumuliatorius reikia labiau prižiūrėti – dažniau tikrinti skysčio lygį ir prireikus pripilti distiliuoto vandens. Šie akumuliatoriai dažniau savaime išsikrauna, tačiau, jei lygintume su kitokio tipo, juos galima įkrauti žymiai daugiau kartų.

Antros rūšies akumuliatorių sudėtyje švino ir stibio yra mažiau nei 3,5 proc., taigi skysčio lygį akumuliatoriuje galima kontroliuoti rečiau. Jie ne vienkartiniai – veikimo laikas iki pirmojo įkrovimo ilgesnis nei pirmos rūšies akumuliatorių, todėl paprastai naudojami taksi automobiliuose ir motocikluose.

Kaip akumuliatoriuose išsaugoti kuo daugiau vendens?

Akumuliatoriuje vykstant cheminėms reakcijoms elektrolite (elektrolitas – 40 proc. sieros rūgšties ir vandens tirpalas) esantis vanduo skaidomas į deguonį ir vandenilį. Vykstant šiam procesui iš akumuliatorių vanduo tiesiog garuoja. Iš akumuliatorių, į kurios negalima įpilti distiliuoto vandens ar patikrinti esamo elektrolito lygio, vanduo dėl cheminių procesų garuoja labai menkai. To pasiekiama keliais būdais. Nesvarbu, koks akumuliatoriaus tipas, plokštelių lydinys iš švino (Pb) ir stibio (Sb) keičiamas kitais lydiniais:

• Švino ir kalcio (Pb, Ca);

• Švino, kalcio ir sidabro (Pb, Ca, Ag).

Lydinio tipas parenkamas priklausomai nuo to, kurie akumuliatoriaus techniniai duomenys gamintojui svarbiausi. Pavyzdžiui, jei svarbiausias reikalavimas – ciklinis ir mechaninis atsparumas, o pripildyti distiliuoto vandens – ne problema, tokiu atveju naudingesnis švino ir stibio lydinys. Dažniausiai lengvųjų automobilių akumuliatoriams keliami reikalavimai: turi ilgai veikti, pasižymėti gerais techniniais duomenimis, į juos negalima įpilti vandens ir pamatuoti elektrolito tankio. Tokius reikalavimus labiausiai atitinka akumuliatoriai su švino, kalcio ir sidabro lydiniu, o gerokai prasčiau – su švino ir kalcio lydiniu.

Dar kitas būdas, kaip kuo mažiau prarasti vandens, taikomas atviro tipo akumuliatoriams, į kuriuos nėra galimybės pripilti skysčio ir pamatuoti elektrolito tankio. Kad būtų užtikrintas pakankamas elektrolito kiekis visu eksploatavimo laikotarpiu (3, 4 arba 5 metams), gaminant į akumuliatorių įpilama daugiau elektrolito. Be to, šio tipo akumuliatoriai uždengiami specialiu dangčiu su „labirintiniais“ kanalais. Toks dangtis atlieka keletą funkcijų:

• Atvėsina ir kondensuoja garuojantį vandenį, kad jis grįžtų į akumuliatoriaus baterijas;

• Neleidžia elektrolitui išsilieti iš akumuliatoriaus;

• Užkerta kelią liepsnai patekti į akumuliatoriaus vidų, įvykus dujų (deguonies ir vandenilio) sprogimui;

• Neleidžia išsilieti aktyviajai masei, nukritusiai nuo plokštelių.

Dar vienas būdas, kaip kuo labiau išsaugoti skystį, yra jo rekombinacija, tai yra vandens „atkūrimas“ ir jo grąžinimas į elektrolitą. Atviro tipo akumuliatoriuose kaip papildoma priemonė gali būti naudojamos katalitinės plokštelės – jos padeda iš deguonies ir vandenilio garų gauti vandens. Uždaro tipo VLRA akumuliatoriuose skysčio rekombinacijos procesas būtinas, tad pasitelkiama papildomų cheminių reakcijų.

Elektrodų pavidalai ir išdėstymas

Akumuliatoriaus elektrodai dažniausiai būna plokšti, išrikiuoti lygiagrečiai ir padalyti skirtuvu. Tai yra šiuolaikinės akumuliatorių gamybos standartas, tačiau pasirodo, kad ankstyvosiomis technologijomis sukurti senesni akumuliatoriai (pavyzdžiui, dar 1859 metais sukurtas prancūzų fiziko Gastono Plante), kuriuose buvo naudojami suraityti spiraliniai elektrodai, taip pat padalyti skirtuvu, kai kuriais aspektais turi daugiau naudos už šiuolaikinius akumuliatorius – didesnis atsparumas sukrėtimams ir galimybė greitai įkrauti ir iškrauti esant didelei srovei.

Elektrolito pavidalas

Akumuliatoriuose elektrolitas dažniausiai yra skysto pavidalo. Jis gali išsilieti (tada kai akumuliatorius pasvyra arba pažeistas jo korpusas), be to, pasireiškia segregacija (kai sunkesnė medžiaga yra apačioje, lengvesnė – viršuje), o tai, kaip pasiskirstęs elektrolitas, lemia akumuliatoriaus našumą. Elektrolito segregacijai panaikinti taikomi tokie būdai:

• Gelio tipo akumuliatoriuose (pavyzdžiui, „Exide Gel“) į elektrolitą pridedama silicio rūgšties;

• AGM tipo akumuliatorių (AGM – Absorbent Glass Mat, liet. „sugeriantis matinis stiklas“) izoliacinės plokštelės pagamintos iš stiklo mikropluošto arba polimerinis audinys prisotinamas elektrolito („Varta Ultra Dynamic“ akumuliatorius);

• Spiraliniuose akumuliatoriuose naudojamas pastos pavidalo elektrolitas.

Motociklų akumuliatoriai

Atskira akumuliatorių grupė – motorolerių, motociklų, keturračių akumuliatoriai. Motociklų akumuliatorių įtampa gali būti 6 V arba 12 V. Gaminami atviro tipo akumuliatoriai, į kuriuos galima pripilti vandens, ir vienkartiniai uždaro tipo VRLA. Pastarieji akumuliatoriai tinkami „off road“ tipo transporto priemonėms (pavyzdžiui, keturračiams), nes itin atsparūs sukrėtimams ir išlieka nepakitę net tada, kai apverčiami 180 laipsnių kampu.

HD klasės akumuliatoriai

Tai visai kita akumuliatorių grupė. Kalbant apie HD (Heavy Duty) klasės akumuliatorius, didžiausias dėmesys skiriamas ilgalaikiam darbui, o jie patys labiausiai tinkami sunkvežimiams. Tokie akumuliatoriai pasižymi specifinėmis ypatybėmis:

• 2 kartus labiau atsparūs sukrėtimams, nei reikalauja europiniai standartai;

• 4 kartus ilgiau veikia palyginti su paprastais, standartiniais akumuliatoriais;

• Ne taip greit išsikrauna;

• Užtikrinama didelė srovė, reikalinga varikliui užvesti esant itin žemai temperatūrai.

HD klasės akumuliatoriai gaminami tik atviro tipo, galima pripilti distiliuoto vandens ir patikrinti elektrolito kiekį. Šios savybės būtinos, kad atitiktų HD klasės akumuliatoriams keliamus griežtus reikalavimus.

Komentarai

Komentarų nėra. Būkite pirmas!