Akumuliatoriaus sekcijos įtampa ir veikimo principai

Baterijos yra svarbi mūsų kasdienio gyvenimo dalis, maitinančios įrenginius, automobilius ir namus. Akumuliatorių paketas yra atskirų baterijų rinkinys, kuris veikia kartu ir suteikia svarbesnį energijos šaltinį.

Kiekvienas automobilio akumuliatorius, kurio nominali įtampa yra 12 V, susideda iš šešių sekcijų, kurių kiekviena išskiria maždaug 2,1 V įtampą. Šios sekcijos sujungtos nuosekliai, taip sudarydamos akumuliatoriaus bateriją, kurios įtampa lygi 12,7 V. Akumuliatoriaus įtampa yra vienas greičiausių būdų suprasti, ar automobilis rytoj užsives be "laidų" ir stūmimo.

Akumuliatoriaus komponentai

Akumuliatoriaus paketas susideda iš kelių pagrindinių komponentų, kurie užtikrina jo veikimą ir ilgaamžiškumą.

Baterijos elementai

Akumuliatoriaus elementai yra akumuliatoriaus paketo pagrindas. Tai cilindriniai, kvadratiniai arba prizminiai komponentai, kuriuose kaupiamas elektros krūvis. Viename elemente gali būti vienas ar daugiau elektrodų, elektrolitas ir separatorius.

• Elektrodai: tai laidžioji medžiaga, leidžianti akumuliatoriaus viduje judėti elektros krūviui. Akumuliatoriaus bloke yra dviejų tipų elektrodai: anodas (neigiamai įkrautas) ir katodas (teigiamai įkrautas).
• Elektrolitas: tai cheminis tirpalas, palengvinantis jonų srautą tarp elektrodų. Elektrolitas gali būti skystas arba kietasis.
• Atskyriklis: tai plona, porėta medžiaga, kuri išlaiko anodą ir katodą atskirtus ir taip apsaugo nuo trumpojo jungimo.

Akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS)

Akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS) yra elektroninė grandinė, valdanti ir stebinti akumuliatoriaus bloko veikimą. Jis užtikrina saugų ir efektyvų akumuliatoriaus veikimą, stebėdamas atskirų elementų temperatūrą, įtampą ir įkrovimo būseną. BMS taip pat reguliuoja akumuliatoriaus elementų įkrovimą ir iškrovimą, kad užtikrintų, jog jie veiktų saugiose ribose. Jis taip pat gali susisiekti su išorinėmis sistemomis, kad pateiktų duomenis apie akumuliatoriaus našumą.

Grandinės plokštė

Plokštėje yra akumuliatoriaus valdymo sistema ir kiti elektroniniai komponentai, tokie kaip saugikliai ir relės. Ji sujungia atskirus akumuliatoriaus elementus pakuotėje, leisdama jiems dirbti kartu, kad būtų užtikrintas svarbesnis energijos šaltinis. Plokštė paprastai yra pagaminta iš spausdintinės plokštės (PCB) medžiagos, kuri yra standi plokštė su laidžiais pėdsakais, jungiančiais įvairius komponentus.

Korpusas

Korpusas yra išorinis korpusas, kuriame yra akumuliatoriaus paketas ir kuris apsaugo jį nuo išorinių pažeidimų. Jis gali būti pagamintas iš įvairių medžiagų, įskaitant plastiką, metalą arba jų derinį. Korpuse taip pat yra aušinimo sistema, kuri padeda išsklaidyti šilumą, kurią veikimo metu sukuria akumuliatorius. Tai taip pat suteikia prieigą prie priežiūros ir remonto darbų.

Aušinimo sistema

Aušinimo sistema yra svarbus akumuliatoriaus komponentas, ypač didelės galios įrenginiuose. Aušinimo sistema padeda išsklaidyti akumuliatoriaus veikimo metu skleidžiamą šilumą, taip išvengiant žalos ir pailginant akumuliatoriaus naudojimo laiką. Aušinimo sistema gali būti aktyvi (naudojanti ventiliatorius ar siurblius) arba pasyvi (remiantis natūralia konvekcija).

Įtampa ir talpa

Daugelis žmonių žiūri tik į multimetro įtampą ir mano, kad baterija beveik išseko, kai ji nukrenta žemiau 3,7 V. Tačiau įtampa ir talpa nėra nepriklausomi. Išmatuota įtampa keičiasi, kai baterija iškrauna išsaugotą įkrovą.

• Įtampa: yra elektrinio slėgio skirtumas tarp teigiamų ir neigiamų elemento gnybtų. Tai rodo, kaip stipriai baterija gali stumti elektronus per grandinę.
• Talpa: matuojamas bendras akumuliatoriaus įkrovimo kiekis, išreikštas amper-valandomis (Ah) arba miliamper-valandomis (mAh). Pavyzdžiui, 48V 100Ah akumuliatorius sukaupia 4,8 kWh energijos.

Kai baterija išsikrauna, ličio jonai palieka anodą ir juda link katodo. Išmatuojama atviros grandinės įtampa (OCV) yra skirtumas tarp potencialų prie dviejų elektrodų. Šis kritimas retai būna linijinis, o iškrovos kreivė tiksliai parodo, kaip įtampa elgiasi išnaudojant talpą. Įtampa veikiant apkrovai visada yra mažesnė už atvirosios grandinės įtampą.

Akumuliatorių tipai ir jų įtampos platformos

LiFePO4 (LFP) celės veikia vardine 3,2 V įtampa ir turi ypač plokščią iškrovimo platformą. Įtampa išlieka nepaprastai stabili tarp maždaug 3,3 V ir 3,0 V didžiojoje talpos dalyje. Dėl šio plokštumo galite labiau nuspėti vykdymo laiką ir geriau naudoti realias programas.

NMC celės veikia esant 3,6-3,7 V vardinei įtampai ir tiekia didesnį energijos tankį. Jų iškrovos kreivė turi pastebimą nuolydį, o tai reiškia, kad įtampa krenta stabiliau, kai naudojama talpa.

48V sistema turi aiškų pranašumą, palyginti su 24 V arba 12 V dėl tos pačios galios. Kadangi srovė sumažėja perpus, I²R nuostoliai gerokai sumažėja - dažnai 30-40 %. Įkrovimas taip pat baigiamas greičiau, o laidai gali būti plonesni.

Akumuliatoriaus įtampos matavimas ir reikšmės

Norint įvertinti akumuliatoriaus būklę, svarbu tinkamai išmatuoti jo įtampą. Dauguma lengvųjų automobilių naudoja 12 V akumuliatorių, tačiau „12 voltų“ yra nominali reikšmė. Reali įtampa keičiasi pagal įkrovos lygį, temperatūrą ir tai, ar akumuliatorius tuo metu yra kraunamas.

Kaip patikrinti akumuliatoriaus įtampą multimetru?

Greitai patikrinę akumuliatoriaus įtampą, galite lengvai nustatyti akumuliatoriaus įkrovos lygį. Lengviausia tai padaryti multimetru - prietaisu, kuriuo galima išmatuoti įvairius elektrinius dydžius. Matuoti reikia praėjus valandai po akumuliatoriaus įkrovimo (tiek atjungus įkroviklį, tiek važiavus automobiliu), išjungus variklį ir visus prietaisus, naudojančius elektros energiją.

Automobilių elektros sistemų meistrai dažnai primena paprastą taisyklę: įtampa yra greitas signalas, o sprendimas priimamas vertinant ir aplinkybes. Patogiausia įtampą vertinti trimis momentais:

• Kai variklis išjungtas ir automobilis „pailsėjęs“.
• Kai variklis užvestas ir dirba tuščiąja eiga.
• Užvedimo metu.

Svarbi detalė: dyzeliniams varikliams užvedimas dažnai reikalauja didesnės srovės, todėl ribinė įtampa, kuri benzininį variklį dar „pakelia“, dyzelyje gali baigtis lėtu starterio sukimu.

Įtampos rodmenys ir jų interpretacija

• 12,6-12,8 V: visiškai pakrautas automobilio akumuliatorius. Šis voltų diapazonas rodo, kad akumuliatorius yra sveikas ir pilnai pakrautas.
• 12,4 V: akumuliatorius yra apie 75% pakrautas.
• 12,0 V: akumuliatorius yra tik apie 25% pakrautas.
• Žemiau 11,9 V: akumuliatorius yra beveik visiškai išsikrovęs ir reikalingas skubus jo įkrovimas. Tai paprastai reiškia, kad akumuliatorius labai susidėvėjęs ir jį reikia pakeisti nauju. Ilgai iškrautas akumuliatorius gali būti sugadintas negrįžtamai.

Jei po užvedimo įtampa beveik nekyla (pvz., lieka apie 12,4-12,6 V), tai dažnai reiškia, kad problema gali būti ne akumuliatoriuje, o generatoriuje, dirže ar įkrovimo valdyme.

Akumuliatoriaus veikimo sutrikimai ir jų priežastys

Akumuliatorių baterijos gali būti sugadinamos arba anksčiau laiko susidėvėti dėl eilės tipinių procesų, vykstančių baterijos viduje. Šių procesų intensyvumą dažniausiai lemia kitų automobilio sistemų nukrypimai nuo normalių parametrų ir itin intensyvi akumuliatoriaus eksploatacija.

• Perteklinis įkrovimas: sąlygoja gausesnį dujų išsiskyrimą, elektrolitas pradeda „virti“. Tai ardo aktyviąją plokštelių masę, ypatingai teigiamų.
• Ilgalaikis nepakankamas įkrovimas: sąlygoja progresuojantį elektrolito tankio mažėjimą ir šviesesnę plokštelių spalvą dėl smulkių baltų miltelinės struktūros švino sulfato nuosėdų.
• Gnybtų korozija: trukdo efektyviam srovės atidavimui, sukurdama nelaidžią plėvelę.
• Korpuso įtrūkimai: išoriniai įtrūkimai gali būti pastebimi dėl besisunkiančio elektrolito, o vidiniai gali sukelti savaiminį gretimų sekcijų išsikrovimą.
• Trumpas sujungimas sekcijos viduje: dažniausiai įvyksta dėl pažeisto separatoriaus, susidariusių nuosėdų sekcijos dugne arba švino sulfatų kristalinių prieaugų.
• Sudėvėtas akumuliatorius: elektrolito tankis kraunant labai greitai pasiekia reikalaujamą, o pilnai įkrautas akumuliatorius išsikrauna gan greitai.
• Žemas elektrolito lygis: jei elektrolito lygis ilgesnį laiką būna žemesnis plokštelių viršutinės dalies lygio, prasideda pagreitintos plokštelių sulfatacijos procesas, kurio pasekmė - plokštelių deformacijos.
• Užšalimas: normaliomis eksploatacijos sąlygomis užšąla tik išsikrovę akumuliatoriai, kurių sekcijose likęs tik vanduo, sukeldami plokštelių deformacijas ir aktyviosios masės ištrupėjimą.
• Elektrolito užteršimas: išsiskiriant rūgšties ar švino priemaišoms iš plokštelių arba iš nekokybiško distiliuoto vandens.
• Aktyviosios masės ištrupėjimas: dažniausiai teigiamose plokštelėse dėl nepakankamai tvirto laikymosi tinklelyje, nekokybiškos plokštelės gamybos ar perkrovų.
• Sulfatacija: švino sulfatų formavimasis ant plokštelių paviršiaus. Intensyvi sulfatacija gali pakenkti plokštelėms ir baterijai.
• Teigiamų plokštelių tinklelio korozija: dažniausiai provokuojama sulfato susidarymo, izoliuojanti aktyvią plokštelės masę.
• Poliariškumo pakeitimas: giliai iškrautą bateriją klaidingai prijungus prie pakrovimo įtaiso.
• Plokštelių augimas: formuojantis švino oksidui, kuris savo tūriu yra didesnis už šviną, plokštelės „ūgis“ didėja.

Akumuliatoriaus tipai ir įkrovimas

Automobilio akumuliatoriai skirstomi į kelis pagrindinius tipus:

• Švino-rūgštiniai (angl. lead-acid): dažniausiai naudojami, naudoja skystą elektrolitą, kuris gali būti papildytas distiliuotu vandeniu. Turi būti įkraunami lėtai ir tolygiai, naudojant standartinį kroviklį, kuris palaiko konstantinę įtampos lygį ne aukštesnį kaip 14,4 voltų.
• Geliniai (angl. gel): naudoja elektrolitą gelio pavidalu, mažiau jautrūs išsiliejimui. Reikalauja švelnesnio krovimo režimo, naudojant specialius kroviklius, palaikančius įtampos lygį apie 14,2 voltus.
• Absorbuotos stiklo matricos (angl. AGM): labai panašūs į gelinius, tačiau gali atlaikyti šiek tiek aukštesnę įtampos ribą iki 14,6 voltų.

Krovininių transporto priemonių akumuliatoriams, kurie dažnai yra didesni ir talpesni, reikalingi galingesni krovikliai.

Akumuliatoriaus priežiūra ir prevencija

Tinkama akumuliatoriaus priežiūra gali gerokai prailginti jo tarnavimo laiką. Akumuliatorius yra nepakeičiama kiekvieno automobilio su vidaus degimo varikliu dalis. Jis atsako už tai, kad elektrinė sistema būtų aprūpinta energija, kol variklis neužvestas, o pats automobilis užsivestų ir sklandžiai veiktų.

Bendrieji priežiūros patarimai

• Reguliariai tikrinkite įtampą multimetru.
• Laikykite kontaktus švarius, nuvalykite nuo korozijos sodos ir vandens mišiniu.
• Apsaugokite nuo ekstremalių temperatūrų. Lietuvos žiema yra klasikinis akumuliatorių „streso testas“. Šaltyje cheminiai procesai baterijoje lėtėja, o tuo pat metu variklio užvedimui reikia daugiau energijos.
• Tinkamai įkraukite, naudokite tinkamą įkroviklį ir laikykitės gamintojo rekomendacijų.
• Akumuliatoriaus išorė turi būti švari ir sausa.
• Nuolat patikrinkite elektrolito lygį akumuliatoriaus sekcijose ir esant reikalui papildykite distiliuotu vandeniu. Elektrolito lygis turi būti 10 - 15 mm virš švino elementų bloko.
• Nepalikkite iškrauto akumuliatoriaus! Kuo greičiau jį įkraukite.
• Nenaudokite jokių papildomų chemikalų ar taip vadinamų "pagerintojų".
• Jeigu elektrolito tankis yra žemiau 1,24 kg/l, įkraukite akumuliatorių.
• Nepalikkite neįkrauto akumuliatoriaus šaltyje.
• Nepalikkite nenaudojamo automobilio ilgiau kaip 10 dienų su įjungta signalizacija.
• Nepalikkite automobilio su įjungtais nereikalingais, elektros energiją naudojančiais, prietaisais.

Krovimo rekomendacijos

• Atjunkite ir išimkite akumuliatorių iš automobilio.
• Neįkraudinėkite akumuliatoriaus gyvenamose patalpose ir arti galimų ugnies ir kibirkščių šaltinių.
• Patalpos turi būti gerai vėdinamos, temperatūra ne žemesnė kaip +10°C.
• Naudokite tik tam skirtus nuolatinės srovės įkroviklius.
• Patikrinkite elektrolito lygį ir, jeigu reikia, papildykite distiliuotu vandeniu (tai netaikoma neaptarnaujamiems akumuliatoriams).

Užvedimas nuo kito automobilio

Jeigu jūsų automobilyje yra procesorinė degalų įpurškimo ir degimo valdymo sistema (vadinamas kompiuteris), tai niekada neužvedinėkite savo automobilio nuo kito, kai jame dirba variklis.

• Naudokite tik tam specialiai skirtus laidus.
• Abiejų automobilių elektros sistemos turi būti tos pačios įtampos.
• Abiejų automobilių varikliai turi būti išjungti.
• Vienu laidu sujunkite abiejų akumuliatorių teigiamus polius. Kito laido vieną galą prijunkite prie padedančio automobilio akumuliatoriaus neigiamo poliaus, o kitą galą prijunkite prie neužsivedančio automobilio kėbulo taip, kad liestųsi su pliku metalu ir kad prijungimo vieta būtų nutolusi nuo akumuliatoriaus. Vadovaukitės automobilio užvedimo instrukcija.

Akumuliatoriaus keitimas

• Išjunkite variklį ir visus įrenginius naudojančius elektros energiją.
• Naudodami metalinius įrankius, venkite trumpo sujungimo.
• Pirmiausia atjunkite neigiamo poliaus gnybtą, po to teigiamo poliaus gnybtą.
• Atsukite ir nuimkite akumuliatoriaus laikiklį.
• Iškelkite seną akumuliatorių ir į jo vietą įstatykite naują.
• Prisukite atgal akumuliatoriaus laikiklį ir priveržkite tiek, kad akumuliatorius neklibėtų ir tvirtai laikytųsi savo vietoje.
• Nuo akumuliatoriaus polių ir laidų nuvalykite švino oksidą ir nešvarumus, bei sutepkite tepalu.
• Pirmiausia prijunkite teigiamo poliaus gnybtą, po to neigiamo.

tags: #akumuliatoriaus #sekcijos #itampa