Tradiční funkce baterie v motorovém prostoru je dobře známa: Bez baterie nelze nastartovat vozidlo. Kromě startéru motoru potřebují elektrickou energii zapalovací svíčky, žhavicí svíčky, světla a všechna elektronická zařízení. Ale jak je baterie zkonstruována a jak funguje?
Olověné kyselinové baterie: součásti a konstrukce
Mnozí řidiči si uvědomí, jak jsou automobilové baterie těžké, a když si kupují novou. Mohou vážit přibližně od 10,5 kg do 30 kg. Důvodem jsou olověné desky bateriových článků.
Kladná elektroda: Kladná deska: V olověné kyselinové baterii je kladně nabitá deska (aktivní materiál) tvořena oxidem olovičitým (PbO2) a je ponořená v elektrolytu. Kladná mřížka: Kladná mřížka je z olověné slitiny a slouží k udržení aktivní hmoty a jako sběrač proudu.
Záporná elektroda: Záporná deska: Záporně nabitá deska (aktivní materiál) je tvořena čistým olovem (Pb) a je také ponořená v elektrolytu. Záporná deska: Stejně jako kladná deska je tvořena olověnou slitinou a má stejný účel.
Elektrody s různými náboji jsou od sebe oddělené separátory. Elektrolyt je směs kyseliny sírové (H2SO4) a destilované vody. Tento elektrolyt může být v kapalné formě (jako u běžných mokrých baterií nebo u rozšířené technologie EFB), ve formě gelu, nebo absorbovaný ve skelném flísu (jako u technologie AGM pro pokročilé aplikace start-stop).
Několik kladných elektrod tvoří sadu kladných desek a několik záporných elektrod tvoří sadu záporných desek. Sada záporných a kladných desek společně tvoří blok desek. Blok desek představuje článek baterie. Konvenční startovací baterie se skládá ze 6 článků zapojených do série, každý o jmenovitém napětí 2,1 V, z čehož vyplývá přesně 12,6 V, když je baterie plně nabitá. Kapacita baterie a schopnost startů za studena je dána počtem desek v článku.
Jednoduché pravidlo: Čím více desek článek obsahuje, a tudíž tvoří větší povrch, tím větší je startovací výkon za studena (CCA), který může baterie poskytnout. Pokud však prostor v článku obsahuje menší počet desek, ale o větší tloušťce, zvyšuje se stabilita cyklu. To znamená, že baterie je navržena pro větší propustnost náboje (kontinuální proces nabíjení a vybíjení).
Články jsou umístěné v nádobě, která je vyrobená z umělé hmoty odolné vůči kyselině (polypropylen). U konvenční SLI baterie je nádoba uzavřená víkem s labyrintovým systémem, který zabraňuje úniku bateriové kapaliny a odděluje kapalinu od nahromaděných plynů. Dřívější baterie měly šroubovací zátky, které umožňovaly jejich doplňování destilovanou vodou. Moderní baterie jsou zcela bezúdržbové. Vodu nelze doplňovat a při správném použití to ani není potřeba. Přestože baterie AGM ještě mají „jednorázové zátky“, nesmí se tyto zátky za žádných okolností otvírat.
Funkce autobaterie: chemická energie se transformuje na elektrickou energii
Autobaterie uchovává energii v chemické formě, kterou převádí na elektrickou energii. V tomto elektro-chemickém procesu reagují mezi sebou čtyři prvky.- vodík (H)- kyslík (O2)- olovo (Pb)- síra (S)
Při připojení externího spotřebiče se v baterii spustí chemická reakce: Elektrolyt, směs kyseliny sírové (H2SO4) a destilované vody se rozkládá na kladně nabité ionty vodíku (H+) a záporně nabité síranové ionty (SO42-). Současně se elektrony (2e-) pohybují od záporné ke kladné elektrodě přes externí spotřebič. Pro kompenzaci tohoto toku elektronů přechází síranové ionty z elektrolytu do záporné elektrody, kde reagují s olovem (Pb) za vzniku síranu olovnatého (PbSO4).
Síran olovnatý vzniká také v kladné elektrodě: Slučování kyslíku (O2) na oxid olovnatý (PbO2) brání transfer elektronů a kyslík tak přechází do elektrolytu. Zbývající olovo (Pb) se slučuje se síranem (SO4) z elektrolytu. Zde se kyslík slučuje s vodíkem a vzniká voda (H2O). Vzhledem k tomu, kyselina sírová se spotřebovává při vzniku síranu olovnatého, klesá koncentrace roztoku elektrolytu. Když koncentrace kyseliny sírové klesne pod určitou úroveň, baterie se musí znovu nabít.
Během nabíjení probíhají chemické procesy v obráceném pořadí. Na konci opět nalezneme původní prvky: Kladná elektroda je tvořena síranem olovnatým (PbSO4), záporná elektroda čistým olovem (Pb) a elektrolyt zředěnou kyselinou sírovou (H2SO4). Protože tento proces přeměny je spojen se ztrátami, baterie vydrží pouze omezený počet nabíjecích cyklů. Její životnost je proto omezená.
Problémy u kyselinových olověných baterií: sulfatace a vrstvení kyseliny Je-li baterie nabíjena napětím, které je příliš nízké, nebo když je dlouhodobě udržována s napětím, které je příliš nízké (pod 80 %) objevuje se vrstvení kyseliny, také označované jako stratifikace. Kyselina v elektrolytu stratifikuje kvůli špatnému míchání. Různé hustoty způsobují vrstvení kyseliny sírové ve spodní části a vody v horní části baterie. Z tohoto důvodu jen střední část elektrolytu, tedy jen třetina, může být použita pro proces vybíjení a nabíjení.
Možnou příčinou vrstvení kyseliny je jízda převážně na krátké vzdálenosti při současném používání velkého počtu elektrických spotřebičů. V tomto případě alternátor nemá dostatek času na dobití baterie. Výsledkem vrstvení kyseliny je sulfatace. Pokud k tomu v baterii dochází, nebo není-li baterie neustále nabitá na odpovídající úroveň, síran olovnatý (PbSO4) krystalizuje na elektrodách, kde v průběhu času vytváří strukturu s velkými krystaly. Tento proces se nazývá „sulfatace“. Krystalizace brání zpětné přeměně síranu olovnatého na původní složky olovo a oxid olovičitý, což vede k omezování příjmu náboje a snížení startovacího výkonu za studena. Ostré krystaly také mohou poškodit separátory a způsobit zkrat v článcích.
Aby se tomuto efektu zabránilo a předešlo předčasnému selhání baterie, neměla by být baterie dlouhodobě udržována ve vybitém stavu. Za tímto účelem je vhodné baterii pravidelně měřit a v případě potřeby ji nabít do plných znaků. Chcete vědět více to tomto tématu? Jak správně nabíjet baterii.
Nové bateriové technologie AGM a lithium-iontová
Až dosud měly vysoký podíl na trhu konvenční olověné kyselinové baterie. Avšak trh se rychle mění: Inovační bateriové technologie pro vozidla se systémem start-stop, jako např. AGM, používají kyselinu, která je absorbovaná ve skelném flísu, a poskytují větší stabilitu cyklu a zaručují spolehlivý výkon u vozidel se zvýšenými požadavky na energii. Další výhoda AGM: Vrstvení kyseliny již není možné díky absorbované kyselině.
Nová generace autobaterií pro mikro-hybridní vozidla pracuje se 48 V a používá články s lithium-iontovou technologií.
VARTA představuje ideální volbu pro všechna osobní auta. Nejmodernější technologie zaručují vysoký startovací výkon a prodlouženou životnost. Komplexní sortiment je určen pro benzínové a naftové motory všech obsahů. Baterie VARTA pro osobní vozy nabízíme v řadě Dynamic SLI, do které výrobce sjednotil dříve nabízené řady Black Dynamic, Blue Dynamic a Silver Dynamic. VARTA patří mezi nejznámější výrobce baterií různých druhů, ovšem v segmentu automotive má dlouhodobě dominantní postavení.
Patří k respektovaným značkám jak v domácím Německu, tak ve zbytku Evropy, Severní Amerikě nebo Asii, kde dodává své autobaterie všem významným výrobcům vozidel. S těmi často spolupracuje při vývoji nových řešení a poskytuje jim bez nadsázky revoluční postupy, jako třeba AGM s vlastní patentovanou technologií PowerFrame, jíž dnes promítá do většiny svých výrobků.
Pro udržení nejvyšších standardů jsou autobaterie VARTA určené pro trh s náhradními díly shodné s těmi, co se montují v prvovýrobě. Portfolio společnosti se zaměřuje na osobní, užitková i nákladní auta, nechybí však ani akumulátory pro motorky nebo zahradní a zemědělskou techniku. Autobaterie VARTA mají několik konstrukčních řešení, jimiž výrobce pokrývá nabídku vozidel evropského, asijského i amerického původu, ať se jedná o osobní auta, dodávky, tahače, silniční a terénní motorky, čtyřkolky, zahradní traktory nebo zemědělskou techniku. V portfoliu jsou tedy jak konvenční zaplavené, tak baterie s technologií AGM a EFB pro energeticky náročná vozidla.
Jedním z top produktů je pak řešení pro vozidla se systémem Start-Stop, ať mají pouze základní funkce, nebo jsou velmi pokročilé. Startovací i sekundární baterie VARTA, které je možné zakoupit u obchodníků, pochází ze stejných výrobních závodů jako ty, jimiž automobilky osazují nové vozy. Baterie VARTA pro Start-Stop systémy jsou používány řadu let rovnou v prvovýrobě největších automobilek světa, které vyhledávají pokročilé technologie a energeticky výkonné zdroje elektrické energie.
V důsledku zvyšování nároků na napájení vyvinula německá firma účinná řešení v podobě autobaterií s technologiemi AGM a EFB, které spolehlivě zvládnou až 360 000 nastartování a vydrží až 3krát déle oproti klasickým akumulátorům. I to je jedním z mnoha důvodů, proč dnes dostává asi 80 % automobilů se systémy Start-Stop autobaterie VARTA, ať jde o levnější modely nebo luxusní vozidla.
Navrženy jsou tak, aby docházelo k minimálnímu opotřebení v důsledku častého vypínání motoru a opětovného startování, stejně jako kvůli napájení velkého množství elektroniky. Baterie VARTA s technologií AGM (Absorbent Glass Mat) na bázi olova a kyseliny využívají absorpční tkaninu ze skleněných vláken, která definuje dlouhou životnost a vysoký energetický výkon pro moderní vozidla se systémy Start-Stop. Konstrukce zajišťuje maximální bezpečnost s ochranou proti vytečení, i kdyby došlo k jejímu poškození. Ve srovnání s konvenčními bateriemi nabízí systém AGM od VARTA až 3krát delší životnost a umožňuje opětovné dobíjení pomocí rekuperace z brzdného systému.
Jejími zástupci jsou Silver Dynamic AGM pro osobní automobily, ProMotive AGM určené nákladním a užitkovým vozům, a skupina Powersports AGM pro motorky. Baterie VARTA s technologií EFB (Enhanced Flooded Battery) využívají de facto vylepšeného zaplavování, aby nabídly vysokou spolehlivost a lepší výkon oproti klasickým bateriím. Obecně jsou vhodné pro energeticky náročná vozidla (včetně užitkových) a instalují se rovněž do automobilů s jednoduchým systémem Start-Stop, v nichž nedochází k regenerativnímu brzdění.
Využívají patentované technologie, jejíž funkcí je stabilizace aktivního materiálu desek, čímž dochází k prodloužení jejich výdrže. U osobních aut nabízí baterie VARTA EFB více než dvojnásobnou životnost a výrazně vyšší výkon oproti těm konvenčním, a účinně zvládne až 270 000 nastartování. Tato technologie je dostupná rovněž pro nákladní vozidla s vysokými energetickými požadavky, a rovněž umožňuje tzv. hluboké vybíjení.
Konvenční zaplavené baterie VARTA jsou dostupné pro celou řadu aplikací, kromě osobních vozů se jedná o užitkové a nákladní, plavidla nebo zemědělskou techniku. Obecně je tento typ dodnes užíván ve vozech a aplikacích s nižší energetickou náročností, kde by bylo zbytečné používat výkonnější EFB nebo AGM. V případě osobních aut jsou zaplavené 12voltové baterie VARTA zkonstruovány ke splnění požadavků v náročných klimatických podmínkách, neboť využívají unikátní technologie PowerFrame, která zvyšuje výkon, odolnost i celkovou životnost.
U nákladních vozidel splňují konvenční zaplavené baterie VARTA nároky na výkon i zvýšené cyklování v náročném prostředí, k čemuž rovněž dopomáhá technologie PowerFrame. Gelové baterie VARTA mají dnes v nabídce výrobce velmi malé zastoupení, a to pouze v segmentu motorek. Těm umožňují dosahovat vysokého výkonu, neboť poskytují dostatek energie a jsou odolné proti vysokým teplotám a otřesům. Baterie VARTA s technologií PowerFrame mají výrazně zlepšené vlastnosti oproti klasickým akumulátorům, a německý výrobce ji dnes využívá prakticky u všech druhů.
Speciální mřížka umístění na deskách z aktivního materiálu minimalizuje korozi a prodlužuje tak její životnost až trojnásobně. Autobaterie VARTA pro osobní vozy mají v nabídce společnosti největší zastoupení, neboť jsou kromě trhu s náhradními díly dodávány do prvovýroby automobilkám. Třeba do nových vozidel se systémem Start-Stop jsou celosvětově v 80 % případů osazeny baterie VARTA Silver Dynamic AGM, které nabízí až 3krát delší cyklickou životnost oproti konvenčním bateriím, zatímco do energeticky méně náročných se velmi často užívají baterie Blue Dynamic EFB.
Autobaterie VARTA Silver Dynamic AGM jsou určeny pro energeticky náročná vozidla, primárně pak pro ta se systémem Start-Stop. Nabízí až 360 000 nastartování nebo 3krát delší cyklickou životnost oproti konvenčním bateriím, a rovněž dostatečnou sílu pro studené starty i v extrémních klimatických podmínkách. Autobaterie VARTA Silver Dynamic nachází využití v energeticky náročných autech bez systému Start-Stop, pro něž jsou nabízena v 11 variantách.
Autobaterie VARTA Blue Dynamic EFB jsou obecně vhodné pro energeticky náročné vozy se základní úrovní systému Start-Stop. Autobaterie VARTA Blue Dynamic byly navrženy pro vozy s absencí systému Start-Stop, které mají střední nároky na spotřebu energie. Autobaterie VARTA Black Dynamic mají uplatnění v automobilech s nižší spotřebou energie, respektive pro ta vyrobená před rokem 2000.
Autobaterie VARTA Silver Dynamic Axiliary jsou určeny pro moderní a energeticky náročná vozidla s přídavnou baterií, která se používá pouze ke startování motoru bez napájení ostatních systémů. Autobaterie VARTA pro nákladní vozy rovněž splňují nejnáročnější podmínky na sílu startování i dodávky elektrické energie potřebné k napájení moderních systémů a vybavení v kabinách jako je chladnička nebo mikrovlnná trouba. Ty nejlepší jsou vyvíjeny ve spolupráci s předními výrobci tahačů a náklaďáků, aby byly splněny jak nároky na výkon, tak na konstrukční umístění a emisní normy.
Top produktem je v kategorii baterií VARTA pro nákladní auta model ProMotive AGM, jehož vlastnosti odpovídají potřebám dnešních vozidel a umožňují instalaci na konec rámu. Autobaterie VARTA ProMotive AGM představují to nejlepší, co může současný trh nabídnout. Byly vyvinuty ve spolupráci s předními výrobci nákladních vozidel, která vyžadují obrovský odběr elektrické energie. Splňují podmínky nejnáročnějších aplikací, v nichž zajistí i napájení topení / chlazení při parkování, aniž by docházelo k opotřebení baterie VARTA ProMotive AGM.
Nákladním automobilům nabízí 6krát vyšší cyklickou životnost oproti konvenčním bateriím i maximální odolnost vůči vibracím. Autobaterie VARTA ProMotive EFB jsou určeny pro užitková a nákladní auta s vysokými nároky na odběr elektrické energie, stejně jako na odolnost vůči vibracím. Autobaterie VARTA ProMotive Super Heavy Duty nachází uplatnění v užitkových, například dodávkových automobilech, jimž postačují střední dodávky elektrické energie. Spolehlivá startovací síla a odolnost vůči vibracím v městském provozu jsou hlavními parametry.
Autobaterie VARTA ProMotive Heavy Duty zajišťují spolehlivé dodávky energie a dostatečný startovací výkon užitkovým a zemědělským vozidlům. Autobaterie VARTA pro motorky a další vozidla poskytují dostatečný výkon a odolnost proti otřesům, a vybrané dokonce umožňují instalaci pod úhlem až 90 stupňů. Využít je lze pro závodní, výletní i terénní motocykly, a stejně tak pro čtyřkolky a blíže nespecifikovaná terénní vozítka, golfové vozíky nebo zahradní traktory. Nejvýkonnějším modelem je baterie Powersports AGM Active určený motorkám s vysokými nároky na elektrickou energii, jímž zároveň zajistí rychlé studené starty v chladném počasí.
Baterie VARTA Powersports AGM Active pro motorky lze využít univerzálně v různých typech, které vyžadují vyšší dodávku energie a spolehlivý startovací výkon. Mají robustní konstrukci odolnou proti vibracím v městském provozu i terénu a 3násobnou cyklickou odolnost ve srovnání s konvenčními bateriemi do motorek. Prodloužena byla také jejich životnost, zatímco samovybíjení je zcela minimální. Baterie VARTA AGM High Performance pro motorky jsou rovněž navrženy pro stroje s vysokou náročností na elektrickou energii, oproti konvenčním modelům pak nabízí až o 20 % vyšší startovací výkon za studena.
Baterie VARTA Powersports Gel pro motorky jsou jedinými zástupci s touto technologií v nabídce německého výrobce, a určeny jsou pro moderní stroje, jimž zajišťují spolehlivý startovací výkon a dodávku energie. Baterie VARTA Powersports AGM mohou být využity v různých motorkách, čtyřkolkách i terénních vozech se standardními nároky na elektrickou energii. Samozřejmostí je odolnost vůči vibracím, ať je využijete v silničním nebo terénním vozidle, v nichž umožňují instalaci pod náklonem až 45 stupňů.
Baterie VARTA Powersports Freshpack jsou určeny strojům s běžnými nároky. Baterie VARTA Powersports Gardening mají specifické koncovky a přebírají vlastnosti nejlepších výrobků, které nabízí pro většinu zahradních traktorů.
Založení dnešní značky předcházela společnost Büsche & Müller, kterou v roce 1887 založil Adolf Müller v reakci na stále větší inovace průmyslu a běžného života. Od počátku zaměřovala výrobu na autobaterie, čehož o pár let později využily firmy AEG a Siemens, když investovaly nemalé peníze do výroby elektrických článků. A tak vznikla ve spojení s Büsche & Müller společnost Accumulatorenfabrik AG se zkráceným označením AFA, jaké bylo vyobrazováno na bateriích.
Ty slavily nedlouho po rozšíření výroby řadu úspěchů nejenom doma, ale i za velkou louží, kde k nim obrátil pozornost Thomas Alva Edison. Další expanze a zavádění nových, byť v té době stále omezených, technologií vedlo ke vzniku obchodní značky VARTA, jíž roku 1904 představila firma AFA, jejíž logo autobaterie nesly přes 10 let.
Nový název vznikl z prvních písmen "Vertrieb, Aufladung a Reparatur Transportabler Akkumulatoren, což v překladu znamená distribuce, nabíjení a opravy přenosných akumulátorů. Zpočátku se jednalo o produkci malých olověných baterií, které byly snadno přenosné a zcela nahradily tak ruční startování vozidel pomocí kliky. V roce 1914 jsou elektrolytické autobaterie německého původu známy po téměř celé Evropě a USA, kde projevují zájem výrobci vozidel.
Od roku 1923 se VARTA začíná ještě více prosazovat na mezinárodním trhu a o tři roky později přebírá firmu Petrix Chemische Fabrik AG, která vytvořila první suchou skladovatelnou baterii na světě. Tou dobou už VARTA nabízí nejrozsáhlejší nabídku na trhu a má velký náskok před ostatními. Úspěch z prvovýroby si VARTA připisuje také roku 1935, kdy byly její baterie osazovány do vysokozdvižných vozíků. O rok později pak přichází s autobaterií standardizovaných rozměrů, díky nimž ji lze instalovat do jakéhokoliv vozu.
Následující období přineslo spuštění montážní linky pro sériovou výrobu autobaterií v Německu (1950), a během následujícího desetiletí nabízí své produkty ve více než 20 zemích světa. Rok 1965 znamenal spuštění sériové výroby suchých přednabitých startovacích autobaterií, dochází k inovacím jako nahrazení dřevěného separátoru plastovým, nebo výměna krytů z tvrdé gumy za plastové prvky. Tím došlo k velkému snížení hmotnosti a baterie VARTA se tak dají poměrně snadno přenášet.
V roce 1970 výrobce uvádí na trh baterii odolnou proti vytečení pod názvem VARTA Super Dry, a o 7 let později představuje také nový produkt pro užitková vozidla a stavební stroje. Reakce na vývoj trhu pokračuje a roku 1983 vzniká bezúdržbová baterie Heavy Duty s mřížkou legovanou vápníkem, jejímž cílem je snížení provozních nákladů. A o tři roky později zahajuje jako první na světě výrobu zcela bezúdržbových startovacích baterií s vázaným elektrolytem.
Pro nákladní vozidla přichází roku 1993 další inovace, kdy VARTA představuje desetkrát odolnější autobaterii Super Heavy Duty s vysokým startovacím výkonem a lepší cyklickou odolností. Hned o rok později se stává prvním dodavatelem autobaterií s technologií AGM v prvovýrobě. Dochází také ke stále větší poptávce po výrobcích Promotive Silver. V průběhu roku 2007 se stále více výrobců vozidel zajímá o nové baterie VARTA Start-Stop, které poprvé použije v prvovýrobě BMW a Mini.
A v důsledku inovací byl postupně vyvinut PowerFrame, který je jedním z nejvýznamnějších úspěchů firmy a zajišťuje optimální tok energie, velmi vysoký výkon a maximální spolehlivost autobaterií. Roku 2009 získala firma významná ocenění od GM za nejlepšího dodavatele roku a od Volva za nejlepšího dodavatele autobaterií.
Roku 2010 oslavil výrobce Johnson Controls výročí 125 let na trhu a představil vylepšenou baterii Start-Stop Plus s technologií AGM. Pokročilá vozidla s tímto systémem tedy dostala výkonnější zdroj energie, a pro ta se základními funkcemi byla vyrobena VARTA Start-Stop s technologií EFB.
V důsledku trvale udržitelného rozvoje spouští výrobce program Escosteps, kdy recykluje maximum z vyřazených autobaterií. Stejného ocenění se firmě Johnson Controls dostává roku 2011 také od koncernu MAN za Dodavatele roku pro nákladní vozidla a autobusy, a mezinárodní společnost TEMOT uděluje cenu za inovaci díky kvalitě technologie AGM.
V roce 2013 prošla celá značka VARTA proměnou po všech stránkách - došlo k přepracování loga, produktového sortimentu i stránek. Později představila super-moderní autobaterie Silver Dynamic AGM a Blue Dynamic EFB pro vozidla se systémy Start-Stop. Rok 2016 spatřuje světlo světa nová řada bezúdržbových baterií pro asijské a evropské aplikace.
Souhrnné poznámky a přístup k technologiím
Technologie AGM využívají absorbovanou skleněnou tkaninu a zajišťují bezpečnost proti vytečení kapalin i při poškození. EFB představují vylepšené zaplavení s prodlouženou životností a lepším výkonem pro náročné provozy Start-Stop. Start-Stop systémy a 48V mikro-hybridní vozidla vyžadují baterie s vysokým cyklickým a startovacím výkonem, což VARTA řeší různými řadami jako Silver Dynamic AGM, Blue Dynamic EFB, ProMotive řadou pro nákladní a užitková vozidla a Powersports pro motorky a ATV.
PB nebo LiFePO4 - jaký akumulátor k FVE?
Top produkty zahrnují ProMotive AGM pro nákladní vozidla a PowerFrame technologii, která zajišťuje vysoký výkon i odolnost vůči vibracím. Baterie VARTA pro osobní vozy dominují na trhu a jsou dodávány do prvovýroby i pro náhradní díly.
VARTA je dlouhodobě uznávaná značka v Německu i v zahraničí, a její představitelé spolupracují s předními výrobci aut na vývoji nových řešení, která zvyšují spolehlivost a efektivitu napájení moderních vozidel.
tags: #automobilove #baterie #varta