Akumuliatorių Baterijos: Tipai, Paskirtis ir Priežiūra

Nors įprastai vadinamos baterijomis, teisingesnis terminas yra akumuliatorius, ypač kai kalbama apie tuos, kurie gali būti įkraunami. Šis straipsnis detaliai nagrinėja akumuliatorių baterijų tipus, jų paskirtį, priežiūros ypatumus ir veikimo principus.

Akumuliatoriaus „pririšimas“ automobilyje: Kodėl tai svarbu?

Automobiliui, ypač naujam, turinčiam „Start-stop“ sistemą, paprastas akumuliatoriaus pakeitimas nėra pakankamas. Dar reikia pririšti akumuliatorių - jį priprogramuoti, kad automobilio valdymo blokas jį pažintų ir galėtų optimaliai naudoti energiją. Šiuolaikiniuose automobiliuose elektronikos netrūksta, ir jeigu trūksta energijos arba įtampos, elektronika išsijungia, veikia nepatikimai, ant skydelio užsidega įvairios lemputės. Be to, jeigu automobilio valdymo blokas ir variklis jaučia, jog akumuliatorius nėra pakankamai įkrautas, „Start-stop“ sistema nebus naudojama.

Akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS)

Automobiliuose, kurie turi akumuliatoriaus valdymo sistemą (angl. Battery Management System arba BMS, taip pat dar vadinamą BEM), norint tiksliau stebėti akumuliatoriaus įkrovą, vairuotojui arba serviso darbuotojui reikia įvesti akumuliatoriaus parametrus. Automobilio sistemoms nėra galimybės automatiškai pajausti, kada akumuliatorius pakeistas. Šią užduotį gali reikėti atlikti patiems, savarankiškai.

Kuriems automobiliams reikalingas „pririšimas“?

Tikrai ne visų markių automobiliams ši užduotis yra būtina. BMW ir jam priklausantis „Mini“, taip pat naujesni VW bei „Audi“, o taip pat ir „Porsche“ automobiliai šio veiksmo reikalauja dažniausiai. Bendrąja prasme, jeigu automobilyje yra IBS (angl. intelligent battery sensors) ir galima matuoti akumuliatoriaus voltažą, srovės stiprį, temperatūrą, įkrovą - pririšimo, beveik be išimčių, reikia. Jokie specialistai ir gamintojai nerekomenduoja eksploatuoti tinkamai nepririšto akumuliatoriaus.

Nepririšto akumuliatoriaus eksploatavimo pasekmės

• Labiausiai tikėtina yra akumuliatoriaus perkrova arba per žemas įkrovimo lygis. Pastaruoju atveju prasideda sulfatacija - procesas, kurio metu degraduoja akumuliatoriaus viduje esančios plokštelės.
• Taip pat neišvengiamai sudegs daugiau degalų.
• Gali kilti rimtų elektros sistemos problemų.

Kaip atliekamas akumuliatoriaus „pririšimas“?

Norint pririšti akumuliatorių, reikia specialios OBD-II tipo jungties bei atitinkamos programinės įrangos kompiuteryje, planšetėje ar telefone. Taip pat yra ir specialių akumuliatorių priežiūros įrenginių. Prijungus tokį įrenginį arba kompiuterį, pririšimas turėtų užimti vos kelias ar keliolika minučių.

Akumuliatorių baterijos paskirtis ir tipai

Pagrindinė automobilio akumuliatoriaus baterijos paskirtis - suteikti energijos variklio užvedimui ir maitinti automobilio elektronines sistemas, kai generatorius neveikia arba jo galios nepakanka.

Prižiūrimosios, neprižiūrimosios ir didelės starterio srovės akumuliatorių baterijos

Akumuliatorių baterijos skiriasi savo konstrukcija ir priežiūros reikalavimais:

• Prižiūrimosios baterijos

  Jų skyriai yra su atskiru dangteliu su kamščiu. Dangtelį galima nuimti ir pakeisti plokštelių bloką. Tarpelementinės jungtys tarp sekcijų sumontuotos išorėje, todėl skyrius galima tikrinti atskirai.

• Neprižiūrimosios akumuliatorių baterijos

  Nuo retai prižiūrimųjų išoriškai skiriasi tuo, kad neturi kamščių. Šių atsisakyta todėl, kad nereikia matuoti ir koreguoti elektrolito lygio. Plokštelių rėmeliai gaminami ne iš švino ir stibio lydinio, o iš švino ir kalcio lydinio. Tai labai sumažina išsikrovimą ir vandens sąnaudas. Vietoje plokštelių pavidalo skyriklių naudojami voko arba plėvelės pavidalo skyrikliai (plastikinis apvalkalas) ir iškritusios švino dalelės negali trumpai sujungti teigiamųjų ir neigiamųjų plokštelių - nebereikalinga „šiukšlių ertmė“.

• Didelės starterio srovės akumuliatoriai

  Naudojami automobiliuose su dyzeliniais varikliais, nes šiems varikliams reikalinga didelė paleidimo galia. Akumuliatorių baterijose, kuriose gali būti tiek retai prižiūrimosios, tiek visiškai neprižiūrimosios, teigiamosios plokštelės įstatytos į voko formos skyriklius ir jų paviršiai yra didesni. Neigiamos plokštės gaminamos plotesnės, todėl tame pačiame tūryje telpa daugiau plokštelių.

Cilindrinių akumuliatorių „Optima“ ypatumai

Cilindriniai („OPTIMA“) akumuliatoriai yra naujo tipo. Juos sudaro teigiamieji ir neigiamieji juostiniai elektrodai, atskirti mikroporinio pluošto separatoriaus ir susukti į cilindrą. Elektrodai įmirkomi rūgštiniame elektrolite. Atskiri akumuliatoriai nuosekliai sujungiami į vieną bateriją ir tiekia reikiamo dydžio įtampą. Pagrindiniai baterijos privalumai:

• Maži matmenys
• Didelė talpa ir starterio srovė
• Atsparumas temperatūros svyravimams, smūgiams ir vibracijai
• Ilgaamžiškumas
• Greitesnis įkrovimas

Akumuliatoriaus baterijos talpa ir starterio srovė

Akumuliatoriaus baterijos talpa - tai elektros energijos kiekis, kurį akumuliatorius gali tiekti tam tikrą laiką. Ji matuojama ampervalandėmis (Ah). Nuo jos priklauso, kiek ilgai automobilio sistemos galės veikti be variklio. Akumuliatoriaus starterio srovė parodo didžiausią srovę, kurią akumuliatorius gali atiduoti užvedimo metu. Šis parametras yra itin svarbus šaltu oru, kai varikliui užvesti reikia daugiau energijos. Akumuliatorių baterijos talpa priklauso nuo plokštelių paviršiaus ploto, elektrolito kiekio ir koncentracijos, bei bendros akumuliatoriaus konstrukcijos.

Sausai įkrautos akumuliatorių baterijos

Sausai įkrautos akumuliatorių baterijos - tai tokios baterijos, kurios gamykloje yra iškrautos ir užpildytos elektrolitu tik prieš pat eksploataciją. Tokie akumuliatoriai turi ilgesnį saugojimo laiką, nes cheminės reakcijos neprasideda, kol nėra įpilta elektrolito.

Procesai, vykstantys iškraunant akumuliatorių

Iškraunant švino-rūgštinį akumuliatorių, vyksta cheminės reakcijos: abiejose plokštelėse (tiek teigiamoje, tiek neigiamoje) švinas virsta švino sulfatu (PbSO₄). Elektrolito, t. y. sieros rūgšties, tankis mažėja, nes rūgštis yra sunaudojama reakcijose ir virsta vandeniu.

Iškrauto ir įkrauto akumuliatoriaus plokštelės

• Įkrauto akumuliatoriaus teigiamosios plokštelės sudarytos iš švino dioksido (PbO₂).
• Įkrauto akumuliatoriaus neigiamosios plokštelės sudarytos iš gryno švino (Pb).
• Iškrauto akumuliatoriaus teigiamosios ir neigiamosios plokštelės sudarytos iš švino sulfato (PbSO₄).

Elektrolito tankio pokyčiai

Įkraunant akumuliatorių, švino sulfatas abiejose plokštelėse vėl virsta atitinkamai švino dioksidu ir grynu švinu, o sieros rūgšties koncentracija didėja, taigi ir elektrolito tankis didėja. Iškraunant, priešingai, elektrolito tankis mažėja.

Akumuliatorių elementų istorija ir šiuolaikiniai tipai

Pirmasis šiuolaikinių "baterijų" (elementų) konstruktorius buvo prancūzų inžinierius Georges Leclanché, kuris savo elementą sukūrė 1866 m. Šis elementas buvo naudojamas telegrafams, skambučiams ir pirmiesiems telefonams maitinti. Šiandien, praėjus daugiau nei 150 metų, tokios baterijos naudojamos smulkiai elektros įrangai maitinti, pavyzdžiui, žaislams, radijo imtuvams, muzikos grotuvams, žibintuvėliams ir kt. Skirtingiems prietaisams keliami skirtingi reikalavimai, susiję su talpa, įtampos ar trumpojo jungimo srovės dydžiu.

Cinko-anglies akumuliatoriai (Leclanché elementas)

Pirminio Leclanché elemento trūkumas buvo tas, kad jame buvo naudojamas skystas elektrolitas. Sausa elemento versija buvo sukurta Vokietijoje, 1887 m. Carliu Gassneriu. Šiuolaikiniai cinko-anglies akumuliatoriai (paprastai žinomi kaip cinko baterijos) turi teorinį energijos tankį 40-70 Wh/kg ir darbinės temperatūros diapazoną nuo -10 iki +50°C. Svarbu nepamiršti, kad amonio chloridas yra silpnos bazės ir stiprios rūgšties druska, todėl jis hidrolizuojasi ir sukelia rūgštinę reakciją elementą užpildančiame tirpale. Tokioje aplinkoje cinkas tirpsta toliau, net kai sistema netiekia elektros energijos. Siekiant neutralizuoti šį reiškinį, anksčiau buvo naudojama amalgamacija - cinko taurės vidinio paviršiaus padengimas gyvsidabriu. Dėl aplinkosaugos priežasčių šis būdas naudojamas vis rečiau (gyvsidabrio neturintys elementai žymimi "0 % gyvsidabrio" arba "be gyvsidabrio"). Naudojant cinko-anglies elementus, prisiminkite, nepalikite jų įrangoje po išsekimo dėl galimo elektrolito nutekėjimo, nes tai sukels koroziją ir gali sugadinti įrangą.

Šarminiai elementai

Didžiulis šuolis vienkartinių baterijų gamyboje įvyko 1955 m., kai buvo sukurtas šarminis elementas. Tai padarė Kanados inžinierius Lewisas Frederickas Urry. Jo sukurtas elementas neturėjo grafito katodo ir cinko puodelio. Abu elektrodai yra drėgni, atskirti vienas nuo kito pasta. Mangano dioksido ir grafito mišinys veikia kaip katodas, o anodas pagamintas iš cinko dulkių, sumaišytų su kalio hidroksidu. Šarminiai elementai pasižymi žymiai geresnėmis eksploatacinėmis savybėmis, didesne srovės talpa ir ilgesniu tarnavimo laiku. Jie taip pat pasižymi didesniu energijos tankiu, kuris teoriškai yra 80-100 Wh/kg, ir platesniu temperatūros diapazonu (-30...+70°C). Šio tipo akumuliatorių tarnavimo laikas yra nuo 5 iki 7 metų.

Ličio baterijos

Ličio baterijos, pvz. AA ličio baterijos, iš tikrųjų yra ličio-mangano baterijos. Jų vardinė įtampa yra 3 V. Jos atsparios temperatūros svyravimams, taip pat pasižymi dideliu energijos tankiu - iki 270 Wh/kg. Dėl to AA ličio baterijos sukaupia beveik tris kartus daugiau energijos nei jų šarminės analogiškos baterijos. Jos naudojamos buitiniuose prietaisuose - laikrodžiuose, vaizdo kamerose, fotoaparatuose, ir kompiuteriuose. Ličio baterijų šeimą sudaro daug potipių, kurioms bendra tai, kad kaip anodas naudojamas litis arba ličio junginiai. Kaip katodo medžiaga naudojami šie junginiai: mangano oksidas, tionilo chloridas, sieros oksidas, jodas, sidabro chromatas ir kt. Ličio-mangano akumuliatoriai pasižymi itin ilgu veikimo laiku, todėl jie dažnai naudojami prietaisams, kuriems reikalingas ilgas tarnavimo laikas, pavyzdžiui, širdies stimuliatoriams, klausos implantams, laikrodžiams, elektroninės įrangos konfigūracijos atminties palaikymui ir kt. Vienas iš labiausiai paplitusių ličio akumuliatorių tipų yra vadinamosios mygtukinės baterijos, paprastai vadinamos „plokščiomis 3 V baterijomis“. Jų pavadinimas kilo iš jų mygtuko formos ir mažų matmenų. Dėl ilgo tarnavimo laiko, šio tipo elementų baterijos dažnai turi suvirintus gnybtus, kurie naudojami jas prilituojant prie plokštės.

Sidabrinės baterijos

Sidabrinių elementų vardinė įtampa yra 1,55 V. Šio elemento katodas pagamintas iš sidabro oksido, o anodas pagamintas iš cinko. Elektrolitas yra kalio hidroksido tirpalas. Sidabrinės baterijos buvo išrastos XIX a. pabaigoje, tačiau masinė jų gamyba prasidėjo tik XX a. septintajame dešimtmetyje. Sidabrinės baterijos pasižymi stabilia išėjimo įtampa ir plokščia iškrovos charakteristika. Po iškrovos įtampa elemento gnybtuose labai greitai sumažėja. Teorinis energijos tankis yra 130...150 Wh/kg. Sidabrinės baterijos tarnavimo laikas yra maždaug 2 metai. Didelis jos trūkumas - cinko korozija šarminiame elektrolite, dėl to baterija suyra.

Akumuliatorių dydžiai ir žymėjimai

Akumuliatorių dydžiai apibūdinami pagal jų pavadinimą ir matmenimis milimetrais:

• „AA“ baterijos, paprastai vadinamos „lazdelėmis“, įprastos baterijos žymimos R6, o šarminės - LR6. Jų skersmuo yra 14 mm, o aukštis - 50 mm. Jų vardinė įtampa yra 1,5 V.
• „AAA“ baterijos yra mažesnė lazdelių versija, žymimos R03 (paprastos) ir LR03 (šarminės). Jų įtampa tokia pati kaip „AA“ baterijų. Jų skersmuo yra 10 mm, o aukštis - 44 mm.
• Kita dar mažesnių lazdelių įvairovė - LR61 šarminės baterijos. Jų matmenys yra tokie: skersmuo 8,3 mm ir aukštis 42,5 mm. Nominalioji įtampa yra 1,5 V, o talpa iki 650 mAh.
• Jei reikia didesnės talpos, naudojami cilindriniai akumuliatoriai, pažymėti R14 arba didesniu žymeniu - R20. R14 akumuliatoriaus matmenys yra 23 mm skersmens ir 50 mm aukščio. Talpa gali būti iki 8000 mAh. Didžiausias iš populiarių cilindrinių akumuliatorių yra R20. R20 akumuliatoriaus skersmuo yra 33 mm, o aukštis - 58 mm.
• Plokščiosios baterijos, kurių įtampa kitokia nei 1,5 V, sukuriamos nuosekliai sujungiant elementus. Pavyzdžiui, vadinamąją plokščiąją bateriją sudaro 3 nuosekliai sujungti R10 elementai.
• Ličio akumuliatorių pavadinimų nereikia mokytis jų parametrų, nes visų jų vardinė įtampa yra 3 V, o matmenys yra užkoduoti baterijos pavadinime, pavyzdžiui, CR<2 skaitmenys, skersmuo mm> . Pavyzdys: CR2032: 20 mm skersmens, 3,2 mm storio. Vienas iš mažiausių dažniausiai naudojamų tipų yra CR1025 (10 mm skersmens, 2,5 mm storio). Deja, aukščiau pateikti duomenys taikomi tik įprastoms ličio-mangano baterijoms, kurių vardinė įtampa yra 3 V.

Pirmiau pateiktos akumuliatorių talpos turėtų būti laikomos apytikslėmis, nes nuolatinė technologijų pažanga ir didžiulė efektyvių energijos šaltinių paklausa reiškia, kad šie gaminiai nuolat tobulėja, ir jų parametrai gali keistis.

Skirtumas tarp baterijų ir akumuliatorių

Trumpai tariant, baterija yra vienkartinis elementas. Kai joje sukaupta elektros energija išnaudojama, ji tampa nebereikalinga, nes jos negalima įkrauti (t. y. ji negali vėl kaupti elektros energijos). Jų priešingybė yra įkraunamos baterijos, t. y. akumuliatoriai. Nepaisant įvairių daugelio žmonių bandymų, vienkartiniai elementai negali būti regeneruojami ir jų negalima įkrauti!

tags: #3 #uzduotis #akumuliatoriu #baterijos