Funkcija akumulatora u automobilu

Kako funkcioniše akumulator i kako je konstruisan?

Tradicionalna funkcija akumulatora u odeljku motora je dobro poznata: Bez akumulatora vozilo ne može da se pokrene. Pored pokretanja motora, svećice, grejači, svetla i elektronske funkcije zahtevaju električnu energiju. Ali kako je akumulator konstruisan i kako funkcioniše?

Olovno-kiselinski akumulatori: Komponente i struktura

Mnogi vozači postaju svesni velike težine akumulatora kada kupe novi. Moguća je težina od oko 10,5 kg, do 30 kg. Razlog za to su olovne ploče u baterijskim ćelijama.

Komponente i struktura akumulatora

Pozitivna elektroda:

• Pozitivna ploča: U olovno-kiselinskom akumulatoru, pozitivno naelektrisana ploča (aktivni materijal) se sastoji od olovnog oksida (PbO₂) koji je uronjen u elektrolit.
• Pozitivna mreža: Pozitivna rešetka se sastoji od legure olova i koristi se za držanje aktivnog materijala i kao kolektor struje.

Negativna elektroda:

• Negativna ploča: Negativno naelektrisana ploča (aktivni materijal) se sastoji od čistog olova (Pb), koji je takođe uronjen u elektrolit.
• Negativna ploča: Kao i pozitivna ploča, i ona se sastoji od legure olova i služi istoj svrsi.
  

Elektrode sa različitim nabojima su odvojene vrećom za razdvajanje.

Elektrolit je smeša sumporne kiseline (H₂SO₄) i destilovane vode. Ovaj elektrolit može biti u tečnom obliku (kao u konvencionalnim mokrim akumulatorima u poboljšanoj EFB tehnologiji), u obliku gela ili vezan u staklenoj podlozi (kao u AGM tehnologiji za novije start-stop aplikacije).

Nekoliko pozitivnih elektroda formira set pozitivnih ploča, a nekoliko negativnih elektroda formira set negativnih ploča. Zajedno, negativna i pozitivna ploča formiraju blok ploče. Blok ploče je ćelija baterije.

Konvencionalni starter akumulator se sastoji od 6 ćelija povezanih u seriju, svaka sa nominalnim naponom od 2 V, što rezultira naponom od tačno 12,72 V kada je baterija potpuno napunjena. Kapacitet i sposobnost hladnog pokretanja akumulatora proizlaze iz broja ploča po ćeliji.

 Pravilo: Što više ploča sadrži ćelija i stoga formira veću površinu, veća je snaga hladnog pokretanja (cca) koju akumulator može da isporuči. Međutim, ako se prostor u ćeliji koristi za manje, ali deblje ploče, povećava se stabilnost ciklusa. To znači da je akumulator dizajniran veću propusnost punjenja (kontinuirani proces punjenja i pražnjenja).

Ćelije se nalaze u kućištu koje je napravljeno od plastike otporne na kiseline (polipropilen). U konvencionalnom SLI akumulatoru, ovo se zatvara poklopcem sa sistemom lavirinta koji sprečava izlazak tečnosti iz akumulatora i odvaja tečnost od gasa.

Rani akumulatori su imali vijke koji su im omogućili da se dopune destilovanom vodom. Savremeni akumulatori u potpunosti ne zahtevaju održavanje. Voda ne mora da bude i ne sme da se dopuni. Iako AGM akumulatori i dalje imaju "jednosmerne utikače", oni se ni u kom slučaju ne smeju otvarati. Funkcija akumulatora u

automobilu: Hemijska energija postaje električna energija

Automobilska baterija skladišti energiju u hemijskom obliku i pretvara je u električnu energiju. U ovom elektrohemijskom procesu, četiri materijala međusobno reaguju:

• Vodonik (H)
• Kiseonik (O₂)
• Olovo (Pb)
• Sumpor (S)

Povezivanje spoljnog potrošača pokreće hemijsku reakciju u akumulatoru:

• Elektrolit, smeša sumporne kiseline (H₂SO₄) i destilovane vode razlaže se na pozitivno naelektrisane jone vodonika (H⁺) i negativno naelektrisane jone sulfata (SO₄^2-).
• Istovremeno, elektroni (2e^–) putuju od negativne do pozitivne elektrode preko spoljnog potrošača.
• Da bi nadoknadili ovaj protok elektrona, joni sulfata putuju iz elektrolita u negativnu elektrodu, gde reaguju sa olovom (Pb) da bi proizveli olovni sulfat (PbSO₄).
• Olovni sulfat se takođe proizvodi u pozitivnoj elektrodi: Vezivanje kiseonika (O₂) u olovnom oksidu (PbO₂) prekida se prenosom elektrona i kiseonik prelazi u elektrolit. Preostali olovo (Pb) se vezuje sa sulfatom (SO₄) iz elektrolita.
• Tamo se kiseonik vezuje sa vodonikom da bi se formirala voda (H₂O). Kako se sumporna kiselina troši formiranjem olovnog sulfata, koncentracija rastvora elektrolita se smanjuje. Kada koncentracija sumporne kiseline padne ispod određenog nivoa, akumulator se mora napuniti.
• Tokom punjenja, hemijski procesi se odvijaju obrnutim redosledom. Na kraju se mogu naći originalni elementi: Pozitivna elektroda se sastoji od olovnog sulfata (PbSO₄), negativna elektroda se sastoji od čistog olova (Pb), a elektrolit se sastoji od razblažene sumporne kiseline (H₂SO₄). Pošto je ovaj proces konverzije povezan sa gubicima, akumulator može da izdrži samo ograničen broj ciklusa punjenja. Njegov vek upotrebe je stoga ograničen. 

Problemi sa olovno-kiselinskim akumulatorima: Sulfatni i kiseli sloj

Ako je akumulator napunjen naponom koji je prenizak, ili ako uvek radi sa naponom koji je prenizak (ispod 80%) kiseli sloj, koji se takođe naziva stratifikacija. Kiselina u elektrolitu se stratifikuje zbog lošeg mešanja. Različite gustine uzrokuju slojevitost sumporne kiseline na dnu i vode u gornjem delu akumulatora. Zbog toga se za proces pražnjenja i punjenja može koristiti samo srednji deo elektrolita, odnosno samo trećina.

Mogući uzrok kiselih slojeva su uglavnom kratka putovanja uz istovremenu upotrebu velikog broja električnih potrošača. U tom slučaju, alternator nema dovoljno vremena da napuni akumulator.

Rezultat kiselih slojeva je sulfatacija. Ako se to dogodi u akumulatoru ako se stalno ne puni na adekvatan nivo, olovni sulfat (PbSO ₄) kristališe na elektrodama, formirajući tokom vremena veće kristalne strukture. Ovaj proces je poznat kao „sulfatacija“. Kristalizacija sprečava ponovnu konverziju olovnog sulfata u originalne komponente olova ili olovnog oksida, što rezultira sprečavanjem prihvatanja naelektrisanja i smanjenjem snage hladnog starta.

Oštri kristali takođe mogu oštetiti separatore ili izazvati kratke spojeve u ćelijama.

Da bi se suprotstavio ovom efektu i sprečio prerani kvar akumulatora, akumulator nikada ne sme biti izložena niskom nivou napunjenosti tokom dužeg perioda. Za to je preporučljivo redovno testirati bateriju i potpuno je napuniti ako je potrebno.

Želite li da saznate više o ovoj temi? Kako pravilno napuniti bateriju.

Nove tehnologije akumulatora: AGM i litijum-jonskih

Do sada sukonvencionalni olovno-kiselinski akumulatori imale visok udeo na tržištu. Međutim, tržište se brzo menja: Inovativne tehnologije akumulatora za start-stop vozila kao što je AGM  upotreba kiseline koja je vezana za prostirku kako bi se obezbedila veća stabilnost ciklusa i garantovale pouzdane performanse u vozilima sa povećanim energetskim potrebama. Dodatna prednostAGM: Slojevitost kiseline više nije moguća zbog vezane kiseline.
Nova generacija automobilskih baterija za mikrohibridna vozila radi na 48V i koristi ćelije sa tehnologijom litijum-jona.