Ką reikia daryti, kad akumuliatorius patikimai tarnautų žiemą?

Akumuliatoriuje vykstančios reakcijos

Visai nebūtina būti chemijos ar elektronikos specialistu, tačiau supratimas, kaip veikia automobilio akumuliatorius ir kokie procesai jame vyksta, padės pasiruošti galimoms problemoms ir iš anksto numatyti sprendimo būdus. Tad, pora sakinių apie akumuliatoriaus sandarą. 

Švino-rūgštinio tipo akumuliatoriuje vyksta apgręžiamos elektrocheminės reakcijos:

1 Lygtis.  Elektrolitas:  H₂SO₄  ⇔  H⁺ + HSO₄

2 Lygtis.  Neigiamas elektrodas: Pb(metalas) + HSO₄⁻  ⇔  PbSO₄ + H⁺ + 2e⁻

3 Lygtis. Teigiamas elektrodas: PbO₂ + 3H⁺ + 2HSO₄⁻ + 2e⁻  ⇔  PbSO₄ + 2H₂O

4 Lygtis. Bendra reakcija: Pb (metalas) + PbO₂ + 2H₂SO₄  ⇔  2PbSO₄ + 2H₂O

⇔      ĮKROVIMAS – IŠKROVIMAS

Automobilio akumuliatorius nėra idealus energijos kaupiklis: įkrovimo metu dalį energijos prarandame šilumos pavidalu, be to, kinta ir reakcijose dalyvaujančių plokštelių paviršius.

Naudingas apibendrinimas, kurį palaiko ir žymioji Arenijaus (Arrhenius) teorija – kambario temperatūroje daugelio įprastų cheminių reakcijų reakcijos greitis padvigubėja aplinkos temperatūrai padidėjus 10 °C.

• k – greičio konstanta;
• A – eksponentinis koeficientas, kuris yra tam tikros cheminės reakcijos konstanta, susijusi su dalelių susidūrimų dažniu;
• Ea– reakcijos aktyvavimo energija (dažniausiai nurodoma džauliais vienam moliui arba J/mol);
• kΒ– Bolstmano konstanta;
• T – absoliuti temperatūra (Kelvinais).

Aplinkos temperatūrai nukritus, reakcijų greitis lėtėja. Norint, kad akumuliatorius patikimai suktų starterį šaltą žiemos rytą, reikia, kad jis būtų pilnai įkrautas. Žiemą reikia daug daugiau energijos varikliui prasukti, nes tepalai sutirštėja, visi tarpeliai sumažėja, o akumuliatorius, aplinkos temperatūrai šąlant, atiduoda vis mažiau energijos. Gamintojai akumuliatorių parametrus nurodo prie 20 arba 25 °C, tačiau jei aplinkos temperatūra yra 0 °C , įprastas automobilio akumuliatorius praranda apie 35 % savo galios, esant -17 °C  praranda apie 60 %. Žinoma, toks palyginimas nėra visiškai tikslus, nes kuo didesne srove iškrauname akumuliatorių, tuo mažiau energijos iš akumuliatoriaus galime  išgauti, iki kol jo įtampa nukrenta iki kritinio lygio. 1 paveiksle pavaizduota akumuliatoriaus talpos kaita esant skirtingai aplinkos temperatūrai ir iškrovimo srovei. Palyginkime CA grafikus: 1 CA reiškia, kad jei iškrauname 75 Ah talpos akumuliatorių, turime 75 A srovę. Užvedant automobilį srovės būna daug didesnės (200–600 A), daugiau energijos reikia dyzelinių variklių paleidimui.

1 pav. Akumuliatoriaus talpa prie skirtingų temperatūrų, iškraunat skirtingo dydžio srove.

2 pav. Akumuliatoriaus kritinė įtampa, iškraunat skirtingo dydžio srove.

Kaip palengvinti automobilio užvedimą žiemą?

Paprastas, bet veiksmingas būdas palengvinti automobilio užvedimą šaltu oru – naudoti sintetinę variklio alyvą.

Antrajame grafike parodytas kritinis įtampos lygis, kai reikia nutraukti akumuliatoriaus iškrovimą. Gaunamas energijos kiekis per laiko vienetą yra tiesiogiai susijęs su akumuliatoriaus temperatūra. Paprasčiausias būdas šiek tiek sušildyti akumuliatorių yra automobilio žibintų įjungimas. Pilnai užteks vienos minutės. Kitas būdas – išimti akumuliatorių prieš šaltą naktį ir laikyti šiltoje patalpoje, tuo pačiu jį galima įkrauti naudojant įkroviklį (šis būdas yra netinkamas aukštos klasės automobiliams).

Užvedant automobilį su paprasta pavarų dėže, reiktų išminti sankabos pedalą, tai irgi šiek tiek sumažintų akumuliatoriaus apkrovą. 

Svarbu ir prisiminti nepalikti prijungtų elektros prietaisų: net ir maža, 5 W, galios salono apšvietimo lemputė gali per savaitę visiškai iškrauti 75 Ah akumuliatorių. 

Visi išvardinti taupymo būdai gali palengvinti automobilio užvedimą, tačiau pats geriausias būdas – užtikrinti, kad akumuliatorius yra pilnai įkrautas. Jei mašinoje tvarkingai veikia generatorius ir įkrovimo valdiklis, nuvažiavus bent 10 kilometrų, užvedimui sunaudota energija bus kompensuota (bei šiek tiek papildomai įsikrauta). Tam, kad sužinoti, ar generatorius ir įkrovimo valdiklis veikia gerai, užtenka pamatuoti akumuliatoriaus įtampą varikliui veikiant (2000 variklio sūkių per minutę). Ji turėtų būti tarp 13,9 ir 14,7 V. Pilnai įkrauto akumuliatoriaus įtampa varikliui neveikiant turėtų būti apie 12,5–12,7 V. Šiam matavimui atlikti teisingai reikėtų, kad automobilis pastovėtų bent valandą po paskutinio variklio užvedimo. Taip pat, nepalikus įjungtų šviesų, radijo imtuvo ar kitų apkrovų.

Kaip žinoti, kada reikia įkrauti akumuliatorių?

Akumuliatorių įtampą galima pamatuoti su paprastu multimetru. LEMONA specialistai rekomenduoja daugiafunkcines srovės matavimo reples iš UNI-T. Įtampą galima pamatuoti ir kitais multimetrais, bet mūsų išbandytos srovės matavimo replės „UT-210E“ su kuriomis galima tikrinti nuolatinę grandinę ir diodus bei matuoti varžą, pravers, kai reikės išmatuoti sroves tiesiogiai neprisijungiant.

Apkabinus akumuliatorių prijungimo prie korpuso (masės) laidą, galima apytiksliai pamatyti, kokia yra nuotėkio srovė. Ją reikėtų matuoti, kai automobilio variklis išjungtas ir ji neturi viršyti miliamperų, kuriuos dar galima įvardinti dešimtimis. Jei varikliui neveikiant akumuliatorius bus iškraunamas 100 mA srove, tai per savaitę bus netenkama 16,8 Ah. 

Žiemą važinėjant trumpais atstumais, akumuliatorius dažniausiai nėra pilnai įkraunamas, nes naudojant langų, sėdynių, vairo, galinio vaizdo veidrodėlių šildymą, bendra apkrova gali siekti ir kelis šimtus vatų.  

Per visą akumuliatoriaus eksploatavimo laiką jo savybės, veikiamos vidinės korozijos ir sulfatacijos procesų, palaipsniui prastėja, tad mažėja jo reali talpa. Eksploatuojant akumuliatorių ant akumuliatoriaus plokštelių susidaro nedideli amorfiniai sulfato kristalai. Tai normalus reiškinys, įkraunant akumuliatorių jie išnyksta. Tačiau, jei akumuliatorius dirba beveik visada nepilnai įkrautas, amorfinis švino sulfatas virsta stabiliu kristalu ir nusėda ant neigiamų akumuliatoriaus plokštelių. Dėl šio reiškinio gali susidaryti itin dideli kristalai, kurie sumažina elektrolito galimybę sąveikauti su aktyviąja medžiaga, kuri yra atsakinga už veikimą.

Sulfato kristalus galima iš dalies sumažinti naudojant akumuliatorių įkroviklį, kuris turi papildomą akumuliatorių regeneravimo darbo ciklą. Automobilinių akumuliatorių įkrovimui tinka VICTRON ENERGY įkroviklis „Blue Smart IP65“. Šį įkroviklį galima naudoti lauko sąlygomis – įrenginys turi IP65 atsparumo vandeniui koeficientą, be to, yra patogus, nes suteikia galimybę atvesti elektros tinklo maitinimą prie stovėjimo vietos, tad nereikia išimti akumuliatoriaus iš automobilio. Naudojantis „Blue Smart IP65“ įkrovikliu, įkrovimo procesą galima valdyti ir stebėti per nuotolį – tereikia savo išmaniajame įrenginyje įdiegti gamintojo programėlę, ir įrenginius susieti per Bluetooth. 

Akumuliatorių regeneravimo ciklą galima naudoti ne dažniau nei kartą per mėnesį, nes įkraunant akumuliatorius aukštesne įtampa prasideda dujų išsiskyrimas, didėja elektrolito tankis. 

Akumuliatorius įkraunant aukštesne įtampa, susibalansuoja akumuliatoriaus celių įtampa. Automobilių akumuliatoriuose nėra įrengto celių įtampų balansavimo įrenginio, todėl eksploatuojant akumuliatorių (dėl vidinių varžų skirtumo) nuosekliai sujungtų celių įtampa pradeda skirtis: vienos celės yra perkraunamos, kitos – ne pilnai įkraunamos. Įkraunant aukštesne įtampa, įtampa subalansuojama. Jei automobiliu rečiau važinėjama ar akumuliatorius laikomas įkrautas mažiau nei 80 %, elektrolitas ima sluoksniuotis, o elektrolito tankis skirtinguose lygiuose pradeda skirtis. Dėl šios priežasties akumuliatoriaus įtampa pakyla tarsi jis būtų įkrautas. Akumuliatoriaus dugne elektrolito tankis bus ženkliai aukštesnis, todėl čia aktyviai formuosis sulfatai. Elektrolito tankį galima sulyginti suplakant arba įkraunant aukštesne įtampa.

AGM technologijos akumuliatoriams sulfatacijos rizika yra mažesnė. Juos dažnai galima rasti sumontuotus automobiliuose su „Start-Stop“ sistema, tačiau jie puikiai tiktų naudoti ir automobiliuose be šios funkcijos. Jie yra šiek tiek lengvesni nei paprasti akumuliatoriai, juose nėra elektrolito išsisluoksniavimo. AGM akumuliatorius išsiskiria tuo, kad jame naudojami labai ploni stiklo pluošto kilimėliai, išdėstyti tarp plokščių, kurios sugeria ir imobilizuoja rūgštį. Ši konstrukcija leidžia rūgščiai nedelsiant pasiekti plokšteles, todėl reakcija yra greitesnė.

Trumpai apie nuolatinį akumuliatorių perkrovimą

Hermetiški VLRA (VRLA vožtuvais reguliuojami švino-rūgšties) akumuliatoriai yra sandarūs, nereikalauja priežiūros. Jų neardant neįmanoma pamatyti elektrolito lygio, spalvos ar išmatuoti elektrolito tankio. Eksploatuojant hermetiškus VLRA akumuliatorius, reikia vengti perkrovimo, nes nėra galimybės papildyti elektrolito. 

Jei kyla abejonė, kad VLRA tipo akumuliatorius gali būti išsikrovęs pirmiausia reikėtų pamatuoti akumuliatoriaus įtampą. Kai variklis veikia bent 2000 sukių per minutę, įtampa neturėtų viršyti 14,8 V. Jei įtampa aukštesnė, reikia patikrinti automobilio generatoriaus valdiklį arba galima įtarti, kad akumuliatorius prastai priima įkrovimą. Prie akumuliatoriaus prijungus kroviklį, galima išmatuoti įkrovimo srovę su multimetru. Naudojant VICTRON ENERGY kroviklį, įkrovimo srovės dydį galima pamatyti programėlės pagalba. 

Jei nepavyksta pakelti įkrovimo srovės, tai gali būti ženklas, kad jau greitai reikės keisti akumuliatorių.

Nuolat akumuliatorių veikiant per aukšta įkrovimo įtampa, prasideda akumuliatoriaus korozijos procesas.

3 Pav. Korozijos pažeistos akumuliatoriaus plokštelės.

Norint pasiekti maksimalų paviršiaus plotą, starterio akumuliatoriuose švinas ant plokštelių formuojamas kempinės pavidalu. Eksploatacijos metu švino dalelės nukrenta ir sumažina akumuliatorių našumą.

Akumuliatoriaus plokščių tinklelio korozija yra neišvengiama, nes elektrodai švino rūgšties aplinkoje visada yra reaktyvūs. Švino tirpimas yra natūralus reiškinys, kurį galima tik sulėtinti, o ne pašalinti.

Akumuliatoriaus gnybtai taip pat gali korozuoti. Tai dažnai matoma, kai susidaro balti milteliai dėl oksidacijos tarp dviejų skirtingų metalų (tarp gnybto ir poliaus). Gnybto korozijos vietoje prastėja elektrinis kontaktas, laido jungtis gali kaisti. Pakeitus jungiamuosius gnybtus į naujus, pagamintus iš tos pačios medžiagos kaip ir akumuliatoriaus poliai, bus išspręsta dauguma korozijos problemų.

Akumuliatorių trumpas ir minkštas trumpas jungimas

Akumuliatoriuje esantis švinas yra mechaniškai aktyvus. Iškraunat akumuliatorių švino sulfatas sukelia plokštelių išsiplėtimą – įkrovimo metu plokštės vėl susitraukia. Laikui bėgant susidaro sulfato kristalai, kurie įkrovimo metu nebeišnyksta. Starteriniuose akumuliatoriuose sulfato išsiskyrimą galima valdyti, nes akumuliatoriai dažniausiai neiškraunami giliai (jei tvarkingai veikia generatorius ir reguliariai važinėjame automobiliu didesniais atstumais, nepaliekami įjungti elektros prietaisai). Net paprasta automobilio signalizacija gali pilnai iškrauti akumuliatorių, jei automobilis stovi ilgesnį laiką.

Trumpas jungimas tarp akumuliatoriaus plokštelių dažniau pasitaiko sunkvežimių starteriniuose akumuliatoriuose. Eksploatuojant akumuliatorius konteinerio dugne esanti nuosėdų gaudyglė užsipildo smulkiomis švino dalelėmis, susidaro laidus sluoksnis. Laikui bėgant laidi masė gali pasiekti plokšteles sukurdama trumpinimo efektą. Terminas „trumpinimas“ yra klaidingas pavadinimas, geresni terminai šiai būklei apibūdinti galėtų būti: padidėjęs savaiminis išsikrovimas arba minkštas trumpas jungimas.

Minkštus trumpus jungimus sunku aptikti, nes akumuliatorius – iškart po įkrovimo – veikia gerai. Iš esmės įkrovimas panaikina visus minkšto trumpo jungimo būklės įrodymus, išskyrus, galbūt, padidėjusią temperatūrą įkrovimo metu, kuri gali būti pastebėta liečiant akumuliatoriaus korpusą. Tačiau pastovėjęs 6–12 valandų, akumuliatorius pradeda rodyti anomalijas, tokias kaip mažesnė atviros grandinės įtampa ir sumažėjęs elektrolito tankis. Išmatuota talpa taip pat bus mažesnė, nes savaiminis išsikrovimas sunaudojo dalį sukauptos energijos.

Kita minkšto trumpo jungimo forma yra akumuliatoriuje augantys kristalai. Taip atsitinka kai separatoriai ir plokštės yra šiek tiek netiksliai sumontuoti gamybos metu, ir dėl to  plokštelių dalis lieka neužlieta elektrolitu. Panašiai gali nutikti jei akumuliatorius bus perkraunamas: bus skaidomas elektrolite esantis vanduo, mažės elektrolito lygis akumuliatoriuje. Toks poveikis skatina laidžių kristalų susidarymą aplink kraštus, o tai lemia padidėjusį savaiminį išsikrovimą. Aptarnaujamuose akumuliatoriuose galima kontruoliuoti elektrolito lygi naudojant automatinius akumuliatorių įkroviklius, kurie seka įkrovimo procesą, neleidžia perkrauti akumuliatorių.

Stambūs švino gabalėliai yra dar viena trumpo jungimo priežastis. Tai įvyksta, kai švino gabaliukai atsilaisvina nuo suvirintų strypų jungiančių plokštes. Skirtingai nuo minkšto trumpo jungimo, kuris išsivysto susidėvėjus, švino gabalėlių kritimas dažnai įvyksta ankstyvoje akumuliatoriaus eksploatavimo stadijoje. Priežastis – gamybos defektai. Tai gali sukelti rimtą trumpą jungimą: staiga krenta akumuliatoriaus įtampa, viena iš akumuliatoriaus celių gali stipriai kaisti.

Radikaliausia ir rimčiausia trumpo jungimo forma yra mechaninis gedimas, kai akumuliatoriuje  esančios plokštės atsilaisvina ir liečiasi viena su kita. Tai sukelia staigią didelę iškrovos srovę, kuri gali sukelti didelį šilumos išsiskyrimą. Prasta gamybos kokybė, didelis smūgis ar vibracija yra dažniausi šio gedimo veiksniai.

Išvados:

• akumuliatoriaus paviršius turi būti švarus, gnybtai – patikimai prisukti;
• vos pastebėjus sulfataciją prie gnybtų, reikia nuimti gnybtus ir išvalyti susidariusius sulfatus;
• akumuliatorių reikia laikyti įkrautą ne mažiau nei 80 %. Žiemą, kai padidėja energijos suvartojimas, periodiškai matuoti akumuliatoriaus įtampą ramybės būsenoje (matuoti bent po valandos kai automobilio variklis buvo išjungtas);
• vengti gilaus akumuliatorių iškrovimo, kai neveikiant varikliui ilgam laikui paliekami prijungti įvairūs energiją naudojantys įrenginiai. Jei automobilio akumuliatorius nedidele srove buvo iškrautas iki 10,5 V, būtina nedelsiant jį įkrauti;
• jei pastebėta, kad akumuliatoriaus įtampa mažesnė nei 12,4 V – naudoti akumuliatorių įkroviklį;
• planuojant kelis mėnesius nenaudoti automobilio, reikia atjungti akumuliatorių nuimat neigiamą jungti;

• šiltame garaže saugomą pilnai įkrautą akumuliatorių po 6 mėnesių reikia papildomai įkrauti.