Autó akkumulátor funkció

Hogyan működik és hogyan épül fel egy autó akkumulátor?

Az akkumulátor hagyományos funkciója a motortérben jól ismert: Az akkumulátor nélkül a jármű nem indítható. Az indítómotoron kívül a gyújtógyertyák, az izzítógyertyák, a lámpák és az elektronikus alkalmazások mind elektromos energiát igényelnek. De hogyan épül fel egy akkumulátor, és hogyan működik?

Az ólomsavas akkumulátorok: Alkatrészek és szerkezet

Az autó akkumulátorok nagy súlyával sok járművezető akkor ismerkedik meg, amikor újat vásárol. A súlyok körülbelül 10,5 kg-tól 30 kg-ig terjedhetnek. Ennek oka az akkumulátorcellák ólomlemezei.

Az akkumulátorcella összetevői és felépítése

Pozitív elektróda:

• Pozitív lemez: Az ólomsavas akkumulátorban a pozitívan töltött lemez (aktív anyag) ólom-oxidból (PbO₂) áll, amely elektrolitba van merítve.
• Pozitív rács: A pozitív rács ólomötvözetből áll, és az aktív anyag tartására és áramgyűjtőként szolgál.

Negatív elektróda:

• Negatív lemez: A negatív töltésű lemez (aktív anyag) tiszta ólomból (Pb) áll, amely szintén elektrolitba van merítve.
• Negatív lemez: A pozitív lemezhez hasonlóan ez is ólomötvözetből áll, és ugyanazt a célt szolgálja.
  

A különböző töltésű elektródákat szeparátor választja el egymástól.

Az elektrolit kénsav (H₂SO₄) és desztillált víz keveréke. Ez az elektrolit lehet folyékony formában (mint a hagyományos nedves akkumulátorokban vagy a továbbfejlesztett EFB technológiában), gél alakban,vagy üvegszálas anyagba kötve (mint az újabb start-stop alkalmazásoknál alkalmazott AGM technológiában).

Másik pozitív elektróda pozitív lemezkészletet, és több negatív elektróda negatív lemezkészletet alkot. A negatív és pozitív lemezkészlet együttesen egy lemezblokkot alkot. A lemezblokk egy akkumulátorcella.

A hagyományos indítóakkumulátor 6 sorba kapcsolt cellából áll, amelyek mindegyike 2 V névleges feszültségű, ami pontosan 12,72 V feszültséget eredményez, amikor az akkumulátor teljesen feltöltött. Az akkumulátor kapacitása és hidegindítási képessége a cellánkénti lemezek számából adódik.

Ökölszabály: Minél több lemezt tartalmaz egy cella, és ezért nagyobb felületet alkot, annál nagyobb a hidegindítási teljesítmény (CCA), amelyet az akkumulátor képes leadni. Ha azonban a cellában lévő helyet kevesebb, de vastagabb lemezre használjuk ki, a ciklusstabilitás megnő. Ez azt jelenti, hogy az akkumulátort nagyobb töltési teljesítményre tervezték (folyamatos töltési és kisütési folyamat).

A cellákat saválló műanyagból (polipropilén) készült burkolat tartalmazza. A hagyományos SLI akkumulátorban ez egy labirintusrendszerrel ellátott fedéllel van lezárva, amely megakadályozza az akkumulátor folyadékának kiszivárgását, és elválasztja a folyadékot a gáztól.

A korai akkumulátorok csavaros dugókkal rendelkeztek, amelyek lehetővé tették, hogy desztillált vízzel töltsék fel őket. A modern akkumulátorok teljesen karbantartásmentesek. A vizet nem kell és nem szabad feltölteni. Bár az AGM akkumulátorok még mindig rendelkeznek “egyirányú dugókkal”, ezeket semmilyen körülmények között nem szabad kinyitni.

Autóakkumulátor funkció: A kémiai energia elektromos energiává alakul

A gépkocsi akkumulátor kémiai formában tárolja az energiát, és elektromos energiává alakítja át. Ebben az elektrokémiai folyamatban négy anyag reagál egymással:

• hidrogén (H)
• oxigén (O₂)
• ólom (Pb)
• kén (S)

Egy külső fogyasztó csatlakoztatása indítja el a kémiai reakciót az akkumulátorban:

• Az elektrolit, kénsav (H₂SO₄) és desztillált víz keveréke pozitív töltésű hidrogénionokra (H⁺) és negatív töltésű szulfátionokra (SO₄^2-) bomlik.
• Ezzel egyidejűleg elektronok (2e^–) utaznak a negatív elektródáról a pozitív elektródára a külső fogyasztón keresztül.
• Az elektronáramlás ellensúlyozására szulfátionok jutnak az elektrolitból a negatív elektródba, ahol az ólommal (Pb) reakcióba lépve ólomszulfátot (PbSO₄) képeznek.
• A pozitív elektródban is ólomszulfát keletkezik: Az ólom-oxidban (PbO₂) lévő oxigén (O₂) kötése az elektronok átadásával megszakad, és az oxigén az elektrolitba kerül. A maradék ólom (Pb) az elektrolitból származó szulfáthoz (SO₄) kötődik.
• Az oxigén a hidrogénnel kötődik vízzé (H₂O). Ahogy a kénsav az ólomszulfát képződésével elfogy, az elektrolitoldat koncentrációja csökken. Amikor a kénsav koncentrációja egy bizonyos szint alá csökken, az akkumulátort újra kell tölteni.
• A töltés során a kémiai folyamatok fordított sorrendben zajlanak. A végén megtalálhatók az eredeti elemek: A pozitív elektród ólomszulfátból (PbSO₄), a negatív elektród tiszta ólomból (Pb) és az elektrolit híg kénsavból (H₂SO₄) áll. Mivel ez az átalakítási folyamat veszteségekkel jár, az akkumulátor csak korlátozott számú töltési ciklust bír el. Hasznos élettartama ezért korlátozott. 

Az ólomsavas akkumulátorok problémái: Szulfátosodás és savrétegződés

Ha egy akkumulátort túl alacsony feszültséggel töltenek, vagy ha mindig túl alacsony (80% alatti) feszültséggel működik, savrétegződés más néven rétegződés lép fel. Az elektrolitban lévő sav a rossz keveredés miatt rétegződik. A különböző sűrűségek miatt a kénsav az akkumulátor alján, a víz pedig a felső részen rétegződik. Emiatt az elektrolitnak csak a középső része, azaz csak egyharmada használható fel a kisütés és a töltés során.

A savrétegződés lehetséges oka elsősorban a rövid utazások, amelyek során egyszerre sok elektromos fogyasztót használnak. Ebben az esetben a generátornak nincs elég ideje az akkumulátor feltöltésére.

A savrétegződés eredménye a szulfátosodás. Ha ez bekövetkezik az akkumulátorban, vagy ha nem töltik folyamatosan megfelelő szintre, az ólomszulfát (PbSO₄) kikristályosodik az elektródákon, hogy idővel nagyobb kristályszerkezeteket képezzen. Ezt a folyamatot “szulfátosodás” néven ismerik. A kristályosodás megakadályozza az ólomszulfátnak az ólom vagy ólom-oxid eredeti összetevőivé történő visszaalakítását, ami a töltéselfogadás megakadályozását és a hidegindítási teljesítmény csökkenését eredményezi.

A hegyes kristályok a szeparátorokat is károsíthatják, vagy rövidzárlatot okozhatnak a cellákban.

Az akkumulátorok ilyen hatásainak ellensúlyozására és az idő előtti meghibásodás megelőzésére az akkumulátort soha nem szabad hosszú ideig alacsony töltési szintnek kitenni. Ehhez célszerű rendszeresen tesztelni az akkumulátort, és szükség esetén teljesen feltölteni.

Szüksége van még több információra a témában? Hogyan kell megfelelően tölteni az akkumulátort.

Új akkumulátor-technológiák: Az AGM és a lítium-ion

A hagyományos ólomsavas akkumulátorok eddig nagy piaci részesedéssel rendelkeztek. a piac azonban gyorsan változik: A start-stop járművekhez használt innovatív akkumulátortechnológiák, mint például  az AGM olyan savakat használnak, amelyeket egy nedvszívó anyagban rögzítve  nagyobb ciklusstabilitást biztosítanak, és megbízható teljesítményt garantálnak a megnövekedett energiaigényű járművekben. Az AGM további előnye: A savas rétegeződés a megkötött sav miatt már nem lehetséges.