Upozornenie: Tento článok je určený v prvom rade našej súčasnej aj budúcej klientele a ich strojom JCB. Obsah je preto striktne a úzko zameraný na štartovacie akumulátory a vznetové motory používané v strojoch a mechanizmoch výrobcu JCB, s ktorými sa stretávame v našej praxi. Článok nemá v žiadnom prípade ambíciu komplexne zdokumentovať inak veľmi širokú problematiku akumulátorov. Účelom článku je najmä pomôcť našim zákazníkom a záujemcom o technické detaily zorientovať sa v rôznych konštrukciách, pojmoch, parametroch a vlastnostiach spájajúcimi sa so štartovacími akumulátormi využívanými mobilnými strojmi a mechanizmami svetoznámeho anglického výrobcu JCB.

Štartovacie akumulátory vo všeobecnosti predstavujú reverzibilný elektrochemický zdroj elektrickej energie mobilných strojov a vozidel vybavených spaľovacím motorom. Čerpanie a spätné ukladanie elektrickej energie je teda založená na neustále sa opakujúcich chemických reakciách medzi kladnými a zápornými elektródami v prostredí elektrolytu. Akumulátory sú jediným zdrojom energie elektrického okruhu celého stroja v čase, keď motor, rovnako ako alternátor, ešte nepracuje. V núdzových prípadoch sú schopné dočasne pokryť spotrebu el. energie palubnej siete stroja v čase poruchy jeho dobíjacej sústavy. Konštrukcia štartovacích akumulátorov je primárne podriadená požiadavke poskytovať veľké prúdy počas štartu motora. V prípade štartovacích akumulátorov vznetových motorov strojov a mechanizmov JCB ide o prúdy najčastejšie v rozsahu 300 – 1200 A (ampérov) a štarty trvajúce približne 1 až 8 sekúnd. Medzi najčastejšie využívané patria klasické akumulátory s plochými elektródami (platňami, doskami) ponorenými v elektrolyte často so dokonalenou konštrukciou proti cyklickému zaťaženiu a odolnou voči vibráciam spravidla označovanou ako “Heavy duty” alebo “Vibration Resistant”. Štartovacie autobatérie disponujú tenkými doskami elektród, ktoré vytvárajú lepšie podmienky pre krátkodobý odber veľkého (štartovacieho) prúdu. Štartovacie akumulátory NIE sú štandardne skonštruované pre opakované hlboké vybíjanie (mimo autobatérií označovaných ako DEEP CYCLE).

 

Konštrukcia štartovacieho akumulátora

Klasický štartovací akumulátor sa skladá z nasledovných základných častí:

Obr. 1: Konštrukcia akumulátora,  zdroj: Ivan MATAJ, on-line učebnica,
URL:
http://aaautoskola.sk/ku022.html

Obal – vyrobený býva spravidla z polypropylénu, prípadne z PVC, ABS alebo tvrdenej gumy (pryže). V prípade 12 V akumulátorov je jeho vnútorný priestor rozdelený na šesť komôr, do ktorých sa umiestňujú jednotlivé sady eletród – články. U starších prevedení obalu býva na dne vytvorený odkalovací priestor zatiaľ čo v hornej časti pod vekom autobatérie je vytvorený rezervný priestor pre plyny a elektrolyt. V moderných akumulátoroch však odkaľovací priestor na dne obalu už stráca opodstatnenie, kedže v súčasnosti používané tesné obálkové prevedenie separátorov jednotlivých (najmä kladných) elektród, znemožňuje vypadávanie aktívnej hmoty a hromadenie sa kalov na dne autobatérie.

Veko akumulátora – je nerozoberateľne spojené s obalom a uzatvára jeho horný priestor. Vo veku akumulátora sú okrem otvorov umožňujúcich naplnenie článkov elektrolytom, vytvorené kanály v podobe labyrintu pre zachytávanie plynov za účelom ich rekombinácie. Okrem toho, veko obsahuje aj bezpečnostný pretlakový ventil, protizápalovú keramickú poistku, prípadne aj indikátor nabitia prezývaný tiež ako “magické oko”. Súčasťou veka sú tiež otvory pre pólové vývody, sklopné rukoväte uľahčujúce manipuláciu s akumulátorom a nálepka s informáciami výrobcu o akumulátore.

Ploché elektródy – predstavujú najpoužívanejší tvar elektród. Rozlišujeme kladné elektródy z oxidu olovičitého (PbO2) a záporné elektródy z pórovitého olova (Pb). Presné chemické zloženie aktívnej hmoty i mriežky elektród je výrobným tajomstvom každého výrobcu. Vo všeobecnosti sú pri výrobe eletród používané upravené zliatiny olova obohatené o látky ako antimón (Sb), vápnik (Ca), cín (Sn), hliník (Al), striebro (Ag) a najnovšie uhlík (C). Aktívna hmota kladných aj záporných elektród je vložená (nalisovaná) do pravouhlej alebo diagonálnej mriežkovej kostry odlievanej z tvrdeného olova. Mriežky elektród predstavujú statické kolektory (zberače) elektrického náboja čiže prúdu. V jednom článku batérie sú striedavo uložené kladné a záporné dosky pričom záporná sada elektród má spravidla o jednu elektródu viac a tvorí v zostave jedného článku vždy vonkajšie dosky. Dosky elektród jedného článku hrubé len 1,5 až 3 mm sú paralelne spojené pomocou pólového mostíka. Výsledné napätie jedného článku autobatérie je asi 2,14 V. Jednotlivé články sú spájané do série čo v konečnom dôsledku poskytne akumulátoru celkové napätie naprázdno na úrovni 12,84 V.

Špirálové elektródy – ide o zvitkové usporiadanie elektród, ktoré sa vyskytuje pri niektorých AGM (Absorbed Glass Mat) batériách bez tekutého elektrolytu pod obchodnými značkami OPTIMA (obr. 2) a Exide MAXXIMA pričom v každom článku akumulátora sa nachádza iba jedna kladná a jedna záporná elektróda z vysoko čistého olova so separátorom zo sklenených vláken uprostred. Obe elektródy sú pritom zvinuté do špirály a majú valcový tvar.

Separátory – ide o vysokomolekulárne plastové prepážky vkladané medzi kladné a záporné elektródy. Vyrábané sú spravidla z polypropylénu (PP), polyetylénu (PE), polyvinylchloridu (PVC) alebo u starších batérií z impregnovaného papiera či pryže. V akumulátoroch typu AGM (Absorbed Glass Mat) sa ako separátory používajú mikroporézne prepážky (rošty) zo spletaných sklenných vláken – sklolaminátových roštov dotovaných bórom.

Elektrolyt – ide o destilovanou vodou zriedenú kyselinu sírovú (H2SO4) na koncentráciu 38% (tzv. akumulátorová kyselina) a hustotu 1,28 g/cm3 (pri teplote 25 ºC). U autobatérií typu AGM hustota elektrolytu, ktorým sú separátory a elektródy iba nasiaknuté, dosahuje hodnotu 1,30 až 1,32 g/cm3. Úplne vybitý akumulátor má hustotu elektrolytu len 1,11 g/cm3 a zamŕza už pri teplote okolo -7 ºC. Naproti tomu nová nabitá autobatéria zamrzne pri teplote približne -60 ºC! Zamrznutý elektrolyt zväčšuje svoj objem, čo v praxi často vedie k prasknutiu obalu akumulátora a trvalému deformačnému poškodeniu elektród.

Obr. 2: Autobatéria OPTIMA, zdroj: stránka Principal Auto,
URL: http://www.principalauto.ro/Baterii-Optima/OPTIMA-Red-Top-42-l-capacit-50-Ah-815-A–pID54.html

POZNÁMKA: V našej praxi sa často stretávame s nejasnosťami okolo rozdielov a odlišností v konštrukciách akumulátorov EFB, AGM a gelových autobatérií v porovnaní s klasickými akumulátormi. Preto považujeme za dôležité vniesť trocha svetla aj do tejto problematiky.

Zásadný rozdiel v konštrukcii medzi jednotlivými olovenými akumulátormi spočíva v type použitého nosiča elektrolytu:

  • Klasická Wet a EFB (Enhaced Flooded Battery) autobatéria – nosičom elektrolytu je samotný tekutý vodný roztok kyseliny sírovej (H2SO4), ktorým sú zaliate jednotlivé skupiny elektród a separátorov – články. Niekedy sa tento typ akumulátorov preto zvykne nepresne a zjednodušene označovať ako „mokrá“ autobatéria.
  • AGM akumulátorAbsorbed Glass Mat, nosičom elektrolytu u tohto typu batérií sú špeciálne separátory (akési rohože) so sklenených vláken dotovaných bórom, ktoré sú iba nasiaknuté elektrolytom rovnako ako samotné doskové alebo špirálové elektródy. Ide teda o „suchý“ typ hermeticky uzavretého akumulátora montovateľného v akejkoľvek polohe bez nebezpečenstva vytečenia elektrolytu. Typickým predstaviteľom neeurópskych výrobcov AGM batérií s valcovými článkami a elektródami zvinutými do špirály sú autobatérie OPTIMA a Exide MAXXIMA. Najrozšírenejším prevedením AGM batérií na slovenskom trhu však zostáva usporiadanie článkov vo forme plochých elektród v podobe platní s vysokou kompresiou oddelených navzájom rohožou so sklenených vláken. AGM batérie sa najčastejšie využívajú pre vozidlá so systémom ŠTART-STOP, štartovacie vozíky, ako aj rôzne záložné zdroje UPS pre informačné, zabezpečovacie, telekomunikačné, protipožiarne systémy, núdzové osvetlenie atď….
  • GEL autobatéria – elektrolyt je súčasťou kremičitej suspenzie, ktorej základ tvorí aditivovaný tixotropný (polotekutý) gél SiO2, ktorým sú „zaliate“ resp. pokryté štandardné separátory spolu s elektródami – ide teda o „mokrý“ typ hermeticky uzavretého akumulátora, ale s polotekutou až rôsolovitou konzistenciou elektrolytu. Gélové autobatérie majú najlepšiu odolnosť proti otrasom a vysokým prevádzkovým teplotám, a preto sú obzvlášť vhodné pre poľnohospodárske, stavebné stroje, ako aj terénne vozidlá a motocykle. Avšak ich masovému rozšíreniu ako štartovacích akumulátorov v mobilných strojoch bráni najmä vysoká cena.

Zaujímavosť: pri gélových a AGM batériách nedochádza k javu známemu ako stratifikácia (vrstvenie) elektrolytu ako je tomu pri konvenčných „mokrých“ akumulátoroch. Ide o stav kedy elektrolyt s vyššou koncentráciou (a teda aj hustotou) kyseliny sírovej klesá ku dnu, zatiaľ čo menej koncentrovaný roztok elektrolytu s menšou hustotou sa zdržiava v hornej polovici akumulátora. Nebezpečenstvo tohto javu spočíva v tom, že koncentrovanejší roztok napadá materiál elektród a spôsobuje ich rozpad, t. j. uvoľňovanie častíc aktívnej hmoty z mriežky elektród a zároveň trvalú oxidáciu.

Najdôležitejšie elektrické parametre štartovacích akumulátorov

MENOVITÁ KAPACITA akumulátora označovaná písmenom Cxx (napr. C05, C10, C20) zjednodušene povedané predstavuje maximálne množstvo elektrickej energie vyjadrené v ampérhodinách (Ah), ktoré môže akumulátor za presne definovaných podmienok jednorázovo poskytnúť. Menovitú kapacitu akumulátora možno využívať ako porovnávací údaj pre hodnotenie akumulátorov za rovnakých podmienok. Kapacita je udávaná pre vybitie plne nabitého akumulátora pri teplote 25 ºC počas 10 alebo 20 hodín. V praxi sa najčastejšie používa tzv. 20-hodinová menovitá kapacita podľa európskej normy EN (STN) označovaná ako C20, ktorej hodnota je vždy mierne vyššia ako C10. Je to množstvo el. prúdu, ktoré je nabitý akumulátor schopný dodávať pri teplote 25 ºC počas 20 hodín bez toho, aby došlo k poklesu napätia článku pod 1,75 V, resp. 10,5 V na vývodoch akumulátora.

U mobilných strojov JCB sa najčastejšie stretávame s akumulátormi s kapacitou C20 110 Ah a 125 Ah, resp. 130 Ah. V praxi to znamená, že napr. 110 Ah akumulátor bude teoreticky schopný dodávať konštantný prúd veľkosti 110 A počas 1 hodiny alebo 55 A – 2 hodiny, prípadne 11 A – 10 hodín atď.

Zvyšovanie kapacity akumulátorov je možné zväčšovaním objemu, resp. množstva aktívnej hmoty elektródových dosiek alebo zväčšením počtu elektród (avšak na úkor rozmerov a hmotnosti batérie). Zväčšovanie plochy elektród (zmenšovaním ich hrúbky) pri zachovaní hmotnosti vedie zase k nárastu štartovacieho prúdu.

Príklad označovania akumulátora JCB 126 Ah
Part number 729/12345
Voltage 12 V
CCA SAE 850 A
AH (20h) 126 Ah

Kapacita akumulátora závisí najmä od veľkosti prúdu vybíjania a teploty elektrolytu. Pri vybíjaní veľkým prúdom sa kapacita akumulátora rýchlo zmenšuje. Dôvodom je skutočnosť, že vznikajúci málo porézny síran olovnatý (PbSO4) vytvára na oboch elektródach takmer nepriepustný povlak a bráni tak prieniku (difúzii) elektrolytu do pórov aktívnej hmoty elektród. Dochádza k chemickej nerovnováhe (tzv. heterogenite) v koncentrácii elektrolytu vo vnútri hmoty a mimo elektród. Vo vnútri aktívnej hmoty počas vybíjania rýchlo klesá koncentrácia roztoku elektrolytu v dôsledku spotreby iónov SO4, no zároveň tvoriace sa kryštály síranu olovnatého na povrchu elektród, bránia prieniku koncentrovanejšieho elektrolytu kyseliny sírovej z priestoru mimo elektród do vnútra aktívnej hmoty. Rýchlosť prebiehajúcich chemických reakcií postupne poklesne a časť materiálu elektród vo vnútri hmoty zostane tak bez využitia, t. j. nezúčastní sa chemických reakcií vedúcich k uvoľneniu ďalších elektrónov.

Rovnako tak kapacita autobatérie klesá s klesajúcou teplotou elektrolytu (pozri obr. 3), pretože rastie hustota elektrolytu a znižuje sa pohyblivosť iónov medzi elektródami, ako aj ich schopnosť prenikať (difundovať) hlbšie pod povrch elektród. Nízka teplota tak pôsobí ako veľmi účinný inhibítor (spomaľovač) chemických reakcií.

Obrazok3

Obr. 3 : Závislosť kapacity akumulátora (v %)  a teploty (v °C)

Tab. 1: Závislosť kapacity akumulátora od teploty elektrolytu (okolia) možno zhrnúť nasledovne:

Pri teplote 25 ºC je k dispozícii  100% kapacity plne nabitého akumulátora  Napr. 110 Ah
Pri teplote 0 ºC je k dispozícii  len ̴ 80% kapacity plne nabitého akumulátora  110Ah ” 88 Ah
Pri teplote -25 ºC je k dispozícii  len ̴ 50 % kapacity plne nabitého akumulátora  110Ah ” 55 Ah (!)

 

  • REZERVNÁ KAPACITA RC (Reverse Capacity)– podľa americkej normy SAE predstavuje čas v minútach, počas ktorého je plne nabitý akumulátor schopný dodávať konštantný prúd 25A pri teplote 26,7 ºC bez toho, aby došlo k poklesu napätia pod 1,75 V na článok, resp. 10,5 V na vývodoch autobatérie. Ide o kapacitu dôležitú v čase poruchy dobíjania vozidla (stroja) pre dojazd do najbližšieho servisu. V praxi sa RC akumulátorov pohybuje v rozsahu od 30 do 370 minút.

Ak sa hodnota RC na akumulátore neuvádza je ju možné približne určiť jednoduchým výpočtom. Platí približný vzťah pre klasické „mokré“ autobatérie: RC (min.) ≈ 1,7 x C20 (Ah) a pre batérie AGM ≈ 1,9 x C20 (Ah). Napr. pre 110 Ah klasický „mokrý“ akumulátor potom bude hodnota rezervnej kapacity RC približne 1,7 x 110 = 187 minút.

  • ŠTARTOVACÍ PRÚD (ICC, ICA, CCA) – podľa európskych štandardov EN ide o množstvo prúdu v ampéroch (A), ktoré je plne nabitý 12 V akumulátor schopný dodať počas 10 s pri teplote -18 ºC, bez toho, aby došlo k poklesu napätia na článku pod 1,25 V, t. j. pod hodnotu svorkového napätia akumulátora 7,5 V. Rôzne normy však využívajú odlišné metodiky stanovenia hodnoty štartovacieho prúdu, a preto je veľmi dôležité popri hodnote samotného prúdu poznať aj normu podľa, ktorej sa k výsledku dospelo (pozri tab. 2 a 3). Na akumulátoroch určených pre lode a člny je často udávaná okrem štandardnej hodnoty štartovacie prúdu za studena CCA (Cold Cranking Amperes) aj hodnota prúdu CA (Cranking Amperes), resp. MCA (Marine Cranking Amperes) pri teplote 0 ºC (32 ºF), ktorá je približne o 20 – 25 % vyššia ako hodnota prúdu CCA stanovená pri teplote -18 ºC.

Tab. 2: Prehľad rôznych podmienok testovania podľa rôznych noriem

Štandard* Teplota Čas zaťaženia Umin na svorkách
EN – 18 ºC 10 s 7,5 V
DIN – 18 ºC 30 s 9,0 V
BS, IEC – 18 ºC 60 s 8,4 V
SAE, BCI – 18 ºC 30 s 7,2 V
ČSN – 18 ºC 60 s 6,0 V

 

*Vysvetlivky skratiek:

EN – European Norm SAE – Society of Automotive Engineers
DIN – Deutsche Industrie Norme BCI – Battery Council International
BS – British Standards IEC – International Electrotechnical Commission

 

DOLEŽITÝ FAKT: Existencia rôznych noriem (metodík) pre stanovenia štartovacieho prúdu vytvára marketingový priestor pre výrobcov autobatérií kedy na otestovanie svojich akumulátorov radi siahnu najmä po norme, ktorá im umožní stanoviť najvyššie hodnoty štartovacieho prúdu CCA, t. j. najmä americkej norme SAE. Norma SAE pritom stanovuje hodnotu svorkového napätia na konci fáze simulovaného štartu počas testovania len 7,2 V (!) a nereálne dlhý čas štartu, ktorý by v praxi viedol k zničeniu štartéra! Pritom každé vybíjanie 12 V akumulátora pod hodnotu svorkového napätia 10,5 V je z hľadiska dlhodobej životnosti akumulátora považované za hlboké vybitie s deštrukčným účinkom vedúce k drastickému zníženiu životnosti autobatérie! V praxi potom autobatéria otestovaná americkou metodikou SAE môže u zákazníka vyvolať dojem výkonnejšej batérie v porovnaní s konkurenciou využívajúcou iné (väčšinou šetrnejšie a objektívnejšie) metodiky stanovenia hodnoty CCA. Originálne štartovacie akumulátory JCB udávajú štartovací prúd podľa americkej normy SAE.

Prehľad približne ekvivalentných štartovacích prúdov podľa rôznych noriem uvádza tabuľka 3. V praxi to znamená, že napríklad akumulátor s udávaným štartovacím prúdom 1000 A (SAE), t. j. stanovený podľa americkej normy je porovnateľný s akumulátorom so štartovacím prúdom 560 A (DIN) teda určeným podľa nemeckej normy DIN !

Tab. 3: Približné hodnoty prúdu CCA (Cold Cranking Amperes) v ampéroch pre rôzne štandardy

SAE/CCA EN IEC DIN SAE/CCA EN IEC DIN
155 145 100 90 800 760 515 450
200 180 130 110 850 790 550 480
250 230 160 140 900 860 580 505
300 280 185 170 950 900 615 535
350 330 225 200 1000 940 645 560
400 360 260 225 1050 1000 680 590
450 420 290 255 1100 1040 710 620
500 480 325 280 1150 1080 745 645
550 520 355 310 1200 1150 775 675
600 540 390 335 1250 1170 810 700
650 600 420 365 1300 1220 840 730
700 640 450 395 1350 1270 870 760
750 680 485 420 1400 1320 905 790

 

Nabíjanie štartovacích akumulátorov

Nabíjaním sa obnovuje elektrický náboj autobatérie. V optimálnom prípade pre nabíjanie používame moderné elektronické nabíjačky, ktoré sa o správne nastavenie prúdu a napätia často postarajú automaticky. Spôsob nabíjania opísaný nižšie možno uplatniť v prípadoch kedy za účelom nabíjania používame nabíjačky s možnosťou manuálneho nastavenia nabíjacieho prúdu. Ak teda výrobca nepredpisuje spôsob nabíjania autobatérie, spravidla sa volí počiatočná hodnota nabíjacieho prúdu 0,1 až 0,12 C20 (A), čiže napr. pre 110 Ah akumulátor to bude 11-13,2 A. Po dosiahnutí splyňovacieho napätia 14,2 V – 14,4 V (meraného počas nabíjania) je potrebné nabíjací prúd znížiť na úroveň 0,05C20 a pokračovať v dobíjaní do známok plného nabitia akumulátora. Akumulátor sa považuje za nabitý pokiaľ všetky články rovnomerne splyňujú, svorkové napätie akumulátora pri zapojenej konvenčnej (transformátorovej) nabíjačke (!) je 15 V – 16,5 V (neplatí pre mikroprocesorové nabíjačky) a hustota elektrolytu 1,28 g/cm3 sa min. 2 hodiny nemení. Výnimočne je možné nabíjať klasický akumulátor aj prúdmi rovnajúcimi sa 0,5C20 až 1C20 akumulátora. V žiadnom prípade však nemožno uplatniť tento spôsob nabíjania pre podchladené akumulátory s teplotou elektrolytu pod bodom mrazu alebo staré akumulátory s hlbokým stupňom vybitia, pretože hrozí explózia! Pre určenie času rýchlonabíjania možno uplatniť nasledovné vzťahy: pre prúd 1C20 čas T=0,05C20 [min.], pre prúd 0,5C20 čas T=0,1C20 [min.] pričom je neustále treba kontrolovať teplotu batérie, ktorá nesmie prekročiť 40 ºC! Príklad: rýchlonabíjanie batérie s kapacitou C20=110Ah prúdom 1C20=110A bude T=0,05C20=0,05×110=5,5 minúty alebo pre nabíjací prúd 0,5C20=55A to bude max. 11 minút. Ďalšie nabíjanie by malo pokračovať štandardným spôsobom uvedeným vyššie. Každé jedno rýchlonabíjanie však výrazne skracuje životnosť akumulátora! Nabíjanie veľkými prúdmi (rovnako ako prebíjanie) vedie k výraznej heterogenite elektrolytu a vzniku mechanických napätí v mriežkach elektród. Vo vnútri elektród pokrytých z vonka síranom olovnatým totiž dochádza k rýchlej tvorbe vysoko koncentrovanej kyseliny sírovej, ktorá spôsobuje oxidáciu (koróziu) materiálu elektród (najmä kladnej elektródy). Vysoko koncentrovaný elektrolyt vo vnútri dosiek nedokáže dostatočne rýchlo preniknúť cez ešte nerozpustenú vrstvu síranu na povrchu elektród a homogenizovať tak elektrolyt mimo elektród, čo vytvára podmienky pre silnú chemickú nevyváženosť (heterogenitu) elektrolytu.

POZOR! S nízkymi teplotami klesá aj schopnosť úplného dobitia batérie! Každý pokles teploty o 10 ºC si vyžaduje zvýšenie nabíjacieho napätia o 0,3 V (v lete naopak). Pri nízkych teplotách stúpa hustota elektrolytu a s ním aj elektrický odpor, pretože sa znižuje pohyblivosť iónov a zároveň sa chemické procesy silne spomaľujú a autobatéria nie je schopná dosiahnuť stav plného nabitia. Plné obnovenie kapacity autobatérie možno dosiahnuť len pri zhruba izbovej teplote elektrolytu! Z toho vyplýva potreba realizovať nabíjanie batérie na vozidle (stroji) vo vykurovanej garáži či hale alebo nabíjanie uskutočniť na demontovanej batérii v miestnosti s dostatočnou teplotou.

Tab. 4: Účinnosť nabíjania oloveného akumulátora pri nízkych teplotách

Teplota elektrolytu -7 ºC -18 ºC -29 ºC -40 ºC
Účinnosť nabíjania 90% 80% 60% 20%

 

Životnosť akumulátora

Bežná životnosť klasických autobatérií je 3-6 rokov, zriedkavo 8 rokov či viac. Pri AGM a gélových autobatériách je bežná životnosť 4-12 rokov. Je závislá na konštrukcii elektród (druhu akumulátora), teplote prostredia a spôsobe prevádzkovania z hľadiska vybíjania a dobíjania (počet cyklov), ako aj kvality údržby. Životnosť akumulátora je rozhodujúcim spôsobom ohraničená životnosťou kladných elektród autobatérie, ktoré sú v reálnych podmienkach náchylnejšie na sulfatáciu, uvoľňovanie aktívnej hmoty PbO2 a koróziu (oxidáciu) pri prebíjaní. Pritom v našej praxi sa často stretávame práve s prebíjaním akumulátorov JCB, a to opravovanými (repasovanými) alternátormi, ktoré si majitelia strojov JCB sami zabezpečia.

 

Spájanie akumulátorov JCB

Pri spájaní autobatérií dodržujeme zásadu, podľa ktorej je možné spájať iba dva identické akumulátory, t. j. batérie rovnakého výrobcu, typu (Wet, GEL, AGM), napätia, menovitej kapacity a veku (odchýlka veku nemá presiahnuť 6 mesiacov). Spájanie autobatériií realizujeme za účelom zvýšenia hodnoty sieťového napätia najčastejšie z 12 V na 24 V alebo zväčšenia kapacity, a teda aj štartovacieho prúdu elektrochemického zdroja. Dôvodom zvyšovania palubného napätia na 24 V je najmä zníženie veľkosti štartovacích prúdov potrebných pre napájanie štartérov u výkonných motorov. Menšie prúdy pri väčšom napätí umožňujú výrobcovi použiť pre rovnaký výkon štartéra menšie prierezy vodičov a teda menší a lacnejší štartér alebo pre rovnako veľký štartér dosiahnuť vyšší výkon potrebný najmä u 6-valcových motorov s veľkým zdvihovým objemom montovaných napr. do čelných kolesových nakladačov (napr. JCB 456ZX) a pásových rýpadiel (napr. JS 240 LC).

 

Spájať akumulátory možno nasledovným spôsobom:

  1. Sériovým prepojením – výsledkom bude väčšie napätie el. zdroja pri zachovaní pôvodnej celkovej kapacity zdroja a max. štartovacieho prúdu
  2. Paralelným prepojením – výsledkom bude nárast celkovej kapacity el. zdroja a max. štartovacieho prúdu pri zachovaní menovitého napätia spájaných akumulátorov
  3. Kombinovaným zapojením – výsledkom je zväčšenie všetkých parametrov el. zdroja (celková kapacita, prúd, napätie) v rôznom pomere podľa aktuálnej potreby stroja. Kombinované zapojenie sa uplatňuje najmä v elektromobiloch, elektrických a vysokozdvižných vozíkoch, ale i v záložných zdrojoch.
Druh zapojenia Ovplyvnené parametre dvoch identických batérií s napätím 12 V
Sériové prevedenie Napätie U [V] Prúd I [A] Kapacita C [Ah]
Celkové napätie

12 V + 12 V → 24 V

Výsledný prúd sa NEMENÍ! Výsledná kapacita sa NEMENÍ!
Paralelné prevedenie Napätie U [V] Prúd I [A] Kapacita C [Ah]
Výsledné napätie sa NEMENÍ! Celkový prúd

IA + IB → IAB

Celková kapacita

CA + CB → CAB

 

Skladovanie akumulátorov JCB

Za účelom dlhodobého uskladnenia je potrebné štartovacie akumulátory skladovať v nabitom stave na chladnom a suchom mieste bez nadmerného prachu pri teplote od 5 do 15 ºC so zabezpečeným vetraním. Nižšia teplota elektrolytu autobatérie vedie k spomaleniu vnútorných chemických reakcií a k utlmeniu procesu samovybíjania. Stav nabitia akumulátora je potrebné kontrolovať minimálne raz za 2-3 mesiace. Vyššia skladovacia teplota urýchľuje samovybíjanie, preto pri skladovacej teplote 20-25 ºC je potrebné batériu skontrolovať aspoň raz za 2 mesiace. Svorkové napätie naprázdno by počas skladovania akumulátora nemalo klesnúť pod 12,2 V. Inak hrozí vznik trvalej sulfatácie elektród (tvorba hrubozrnných kryštálov stabilného a nerozpustného síranu olovnatého PbSO4), a tým permanentná strata časti kapacity akumulátora, ktorú nebude už možné obnoviť ani pomalým dobíjaním autobatérie.

Frekvenciu kontroly stavu nabitia uskladnených akumulátorov JCB, ako aj autobatérií na dlhodobo odstavených strojoch JCB s aktivovaným odpojovačom batérie, treba prispôsobiť rýchlosti samovybíjania akumulátora. Rýchlosť samovoľného samovybíjania (pri teplote okolia max. 25 ºC) klasických akumulátorov (Wet) predstavuje cca 0,3-1 % kapacity denne, pri GEL a AGM autobatériách len 1-3 % mesačne. Rýchlosť prirodzeného samovybíjania akumulátorov prudko rastie s nárastom teploty okolia (a naopak, s poklesom teploty klesá).

Praktický poznatok: v reálnych podmienkach sa možno často stretnúť s prípadmi úplného vybitia akumulátora stroja JCB po jeho krátkej niekoľkodňovej odstávke (napr. počas víkendu, letných dovoleniek a pod.), ktorej príčina však nemá nič spoločné s prirodzeným samovybíjaním autobatérie. Príčinou totiž bývajú parazitné prúdy niektorých stále aktívnych elektrických spotrebičov ako napr. rádia, majáka či GPS modulu, ktoré majú za následok hlboké vybitie autobatérie už po niekoľkých dňoch nečinnosti stroja JCB.

Údržba a starostlivosť o štartovacie akumulátory JCB

Základnú starostlivosť o štartovacie akumulátory strojov JCB možno zhrnúť do nasledovných základných úkonov:

  • Udržovať povrch akumulátora čistý. Hrubé nánosy zeminy či iných nečistôt na povrchu batérie, s ktorými sa v našej praxi bežne stretávame, v kombinácii s vodou (dážď, sneh, vzdušná vlhkosť…) vedú k tvorbe vodivého spojenia pólových vývodov a k vybíjaniu akumulátora. Zároveň dochádza k silnej oxidácii všetkých vodičov a spojov a k nárastu prechodových odporov s negatívnym dopadom na výkon štartéra, ale aj na dobíjanie akumulátora alternátorom.
  • Kontrolovať napätie akumulátora naprázdno pomocou multimetra raz za mesiac. U nabitého akumulátora v dobrej kondícii by nemalo byť nižšie ako 12,6 V.
  • Prevádzať dennú vizuálnu kontrolu neporušenosti spojov , upevnenia akumulátora, prípadne zmien tvaru autobatérie – napr. nafúknutie akumulátora poukazuje na jeho prebíjanie chybným alternátorom.

 

Informačné zdroje:

1) Marconi, 2008: Skoro vše o akumulátorech a nabíjení,

URL: <http://www.motola.cz/UserFiles/Diskuzni_clanky/akumulatory.pdf, 12/2018>

2) Doc.Ing. Jiří Hammerbauer, Ph.D.: Olověné akumulátory (str. 41-60),

URL <http://canov.jergym.cz/elektro/clanky2/olov.pdf, 12/2018>

3) Doc.RNDr. Miroslav Cenek, Csc. a kolektiv: Akumulátory a baterie, vydavateľstvo STRO.M Praha, 1996

4) Doc.RNDr. Miroslav Cenek, Csc. a kolektiv: Akumulátory od princípu k praxi,

   vydavateľstvo FCC Public 2003

5) Informačný dokument spoločnosti EXIDE: Spoľahlivé akumulátory,

URL<http://www.exide-cz.cz/cz/pdf/SpolahliveAkumulatory.pdf, 12/2018>

6) Průvodce světem olověných akumulátorů,

URL<https://docplayer.cz/18454643-Pruvodce-svetem-olovenych-akumulatoru.html, 12/2018>

7) Zděnek Vlasák, 2002: Olověné automobilové akumulátory – Konstrukce,

URL <http://www.zvlasak.net/baterie_s.pdf, 12/2018>

8) Zděnek Vlasák, 2002: Olověné akumulátory- Ošetřování, opravy,

URL < http://www.zvlasak.net/bat_opr_s.pdf, 12/2018