Z čeho se skládá autobaterie a jak funguje

Baterie a akumulátory jsou chemické zdroje elektrické energie a nacházejí četné uplatnění v široké škále elektrotechnických a elektronických aplikací. Akumulátor je nezbytnou součástí většiny elektrických a elektronických zařízení, téměř vždy také elektrického systému motorových vozidel. Po zapnutí zapalování a nastartování motoru vozidla se v akumulátoru spustí sled chemických reakcí, jejichž výsledkem je elektromotorická síla. Standardní baterie obsahuje 12 mřížek na šesti článcích SLI, což znamená dvě mřížky na článek. Jedna síťka se skládá z olova a druhá z oxidu olovnatého. Celkově baterie dodává napětí přibližně 12 V a každý článek generuje 2 V - články jsou zapojeny do série. Obě mřížky se ponoří do roztoku kyseliny sírové (VI), který aktivuje reakci mezi nimi. Kyselý roztok katalyzuje emisní reakci, při níž vznikají ionty olova (II) a síran olovnatý (VI). Ionty vzniklé při první reakci reagují s druhou mřížkou za vzniku vodíku a síranu olovnatého. Elektrony z těchto reakcí vytvářejí elektřinu potřebnou k pohonu automobilu.

Jak vzniká napětí a elektrický proud

Tok elektronů v článcích aktivuje svorky baterie, která jej prostřednictvím kabelů přenáší do celého vozidla. Pokud alternátor nepracuje na nabíjení baterie, je možné obrátit směr. Aby nedošlo k vybití baterie, dbejte na to, aby se baterie nabíjela za chodu vozidla - při běžícím motoru by mělo být napětí na svorkách baterie 12 V, přibližně stejné jako při běhu motoru 14,4 V. Autobaterie se v ničem nepodobá článkům používaným v menších elektronických zařízeních, jako jsou přenosné herní konzole. Má šest dalších menších článků zapojených do série. Tato kombinace způsobí, že se energie z každého článku sečte, takže z každého článku vychází napětí 12 V (6 x 2 V), ačkoli při správném výpočtu to vychází přibližně na 12 V. 12,6 V pro nenabitou baterii.

Princip vyzařování energie zůstává stejný. Obvyklá metoda, kterou baterie pracuje ve spojení s elektrickým obvodem, spočívá v emisi elektronů. Jednoduše řečeno, elektron má záporný náboj (jediná záporná část atomu) a hraje nejdůležitější roli při poskytování energie. Typický olověný článek má kladné a záporné svorky. Kladný pól je oxid olovnatý (katoda) a záporný pól je olovnatý prvek (anoda). Katalyzátorem známým jako kyselý roztok je kyselina sírová (H2SO4), která během provozu baterie vytváří na svorkách síran olovnatý. Tyto svorky vstupují hluboko do roztoku kyseliny sírové, reagují s anodou a uvolňují elektrony. Katoda pak tyto elektrony vrací zpět do roztoku, aby se udržela chemická rovnováha.

Dvě hlavní chemické reakce během provozu

První reakce souvisí s tvorbou PbSO4 a PbO2 na elektrodách a spotřebovává kyselinu sírovou; druhá reakce regeneruje elektrolyt a uzavírá chemický cyklus při nabíjení. Tento přenos elektronů je zcela novou reakcí mezi katodou a kyselinou, která se liší od první reakce. Pokud je baterie vybitá, znamená to, že jedna z těchto reakcí nebyla dokončena. Rychlý tok elektronů ze svorek dopadá na motor automobilu a způsobuje, že alternátor začne dodávat elektrony.

U zinkovo-měděné baterie se solí Alessandra Volty nedochází ke zpětné reakci elektronů tak rychle jako u olověno-měděné baterie H2SO4 Gastona Plantého. Přebytečné vygenerované elektrony přecházejí do roztoku, který je vrací do svorek a vyrábí elektřinu. Uživatelé budou muset autobaterii rychle nabíjet, aby se nevybila, proto je spolehlivý způsob nabíjení nezbytný. Bez toho, když baterie dodává energii potřebnou k nastartování vozidla, bude určite trvale poškozena a nevhodná k dalšímu použití.

Konstrukce a typy článků

V typickém moderním automobilu nabíjí alternátor baterii za chodu, ale ve starších modelech automobily se o nabíjení stará dynamo. Oba jsou závislé na systému poháněném řemenem od motoru, který otáčí rotorem v kabelách alternátoru. Otáčením elektromagnetu uvnitř statorové cívky vzniká elektřina. Tok elektronů je střídavý. To znamená, že proudí dopředu a dozadu v závislosti na směru otáčení rotoru. Pro lepší výkon je však třeba jej usměrnit, abyste získali stejnosměrný proud. Alternátor generuje střídavý proud, který je diodami, jež umožňují proudění elektronů ve směru pruhu, přeměněn na jednosměrný střídavý proud (usměrněný). Stabilizaci dodávaného napětí zajišťuje regulátor uvnitř alternátoru. V takové situaci je dobré mít po ruce náhradní akumulátor, aby bylo možné bezpečně dojet do nejbližšího servisu k opravě nebo výměně alternátoru.

Používáme cookies, abychom Vám umožnili pohodlné prohlížení webu a díky analýze provozu webu neustále zlepšovali jeho funkce, výkon a použitelnost.

Hlavní typy baterií podle chemismu

• Olověné autobaterie - nejpoužívanější typ díky bezpečnosti, výkonu a nízkým nákladům; průměrná váha 18-20 kg; životnost 5-7 let; vysoká recyklovatelnost (v EU zpětný odběr >95%).
• Nikl-metal hydridové autobaterie - využití v hybridech, lepší životnost než lithium-iontové v některých aplikacích, ale vyšší hmotnost a nižší energetická hustota než Li-ion; recyklace a zpětné odběry probíhají.
• Lithium-iontové autobaterie - používány zejména v HEV, PHEV a EV, pro startování za studena a levné náklady méně vhodné; vyšší energetická hustota, vyšší cena; recyklace je důležitá a probíhá.
• Sodík-nikl-chloridové - použití zejména u nákladních vozidel a vozidel hromadné dopravy; recyklace a zpracování probíhá v EU.

Nekontrolované zátěže nebo špatné nabíjení mohou vést ke špatnému stavu elektrolytu (kyseliny sírové) a ke vzniku sulfatace a vrstvení elektrolytu, což snižuje kapacitu, startovací výkon a může poškodit články.

Bezúdržbové vs. údržbové autobaterie

Bezuúdržbový akumulátor označujeme dnes jako baterii, která z hlediska kontroly stavu hladiny elektrolytu a dolévání vody nevyžaduje servis. Moderní baterie mají horní víko pevně připevněné a labyrintový systém zabraňuje úniku elektrolytu a zároveň odděluje kapalinu od nahromaděných plynů. Důvodem, proč bezúdržbové baterie nepotřebují dolévat vodu, je minimalizace elektrolýzy, která při nabíjení vede ke ztrátám vody. Přidávání legovacích prvků (kalcium, stříbro) pomáhá snížit elektrolytickou ztrátu a tím omezit vodní úbytky. Je bezúdržbový tedy skutečně absolutně bezúdržbový? Ne. Přívlastek bezúdržbový platí hlavně z hlediska kontroly hladiny elektrolytu; jinak je pravidelná údržba užitečná a doporučená.

Jakou údržbu vyžaduje bezúdržbový akumulátor? Žádnou, při provozu za optimálních podmínek. Optimální podmínky však nepanují v našich zeměpisných polohách celoročně. Proto především v zimním období je třeba věnovat akumulátoru zvýšenou pozornost. Je dobré znát alespoň základní vlastnosti a principy fungování startovací baterie, za různých podmínek a podle toho se přizpůsobit. Nejdůležitější je udržovat baterii stále plně nabitou. Docílit tohoto stavu lze několika způsoby. Během provozu v motorovém vozidle dobíjí baterii součástka zvaná alternátor. Funguje-li alternátor správně, není co řešit. Problémy mohou nastat v případě, kdy alternátor z různých důvodů nestačí baterii plně dobíjet.

Jak vybrat správnou baterii pro vůz

Co se jeví jako nefunkční baterie, může být ve skutečnosti problém v elektrickém systému vozidla. Jak poznáte, která baterie je ta správná pro Váš vůz?

• Velikostní třída baterie - vybírá se podle fyzických rozměrů vozidla.
• Startovací proud za studena (CCA) - kritický parametr pro startovací schopnost.
• Rezervní kapacita (RC) - pomáhá napájet elektrický systém v případě selhání alternátoru.

Nikdy nezkoušejte nabíjet baterii, pokud nečtete instrukce k použité nabíječce. Připojte kabely nabíječky správně: červený kladný (+) ke kladnému pólu a černý záporný (-) k zápornému pólu. Pokud je baterie ve vozidle, připojte záporný kabel ke kostře motoru jako uzemnění. Elektrolyt je roztok kyseliny sírové a vody a může zničit oblečení a poleptat pokožku. Při manipulaci buďte velmi opatrní a mějte po ruce neutralizující prostředky, např. jedlou sodu. Pokud dojde ke kontaktu s očima, hezky opláchněte oči čistou studenou vodou po 15 minut. Při požití elektrolytu vypijte velké množství vody nebo mléka a nikdy nezvracejte. Elektrolyt a prostředí se musí neutralizovat a kontaminovaná plocha se vyčistí.

Struktura a komponenty autobaterie

Olověné autobaterie obsahují obvykle:

• olovo a oxid olovnatý - přibližně 60 % hmotnosti,
• elektrolyt - zředěná kyselina sírová, přibližně 30 %,
• ostatní, jako legovací prvky a polymery - přibližně 10 %.

Články jsou umístěny v nádobě z polypropylenu. Konvenční SLI baterie mají víko s labyrintovým systémem, který zabraňuje úniku kapalin a odděluje kapalinu od plynů. Dřívější baterie měly šroubovací zátky pro doplňování destilované vody; moderní baterie jsou z velké části bezúdržbové. AGM (absorbed glass mat) technologie používá absorbovanou kyselinu a zabraňuje vrstvení elektrolytu. Pro mikro-hybridní vozidla se často používají 48 V systémy s Li-ion technologiemi.

Životní cyklus a dopady na životní prostředí

Životní cyklus autobaterií zahrnuje těžbu surovin, výrobu, distribuci, provoz a ukončení životnosti. Evropská komise zřídila Evropskou bateriovou alianci (v roce 2017) s cílem vyvinout udržitelný řetězec pro baterie v EU. U olověných autobaterií je míra zpětného odběru a recyklace v EU vysoká - více než 95 %. V ČR v roce 2018 bylo zpětně odebráno 17 642 tun a na trh bylo uvedeno 24 292 tun; míra zpětného odběru byla 72,6 %. Největší podíl na trhu tvoří olověné baterie (asi 60 %).

Negativní dopady zahrnují environmentální vlivy při těžbě surovin a emisní dopady při zpracování. U olověných baterií z recyklace vychází environmentální dopad nižší oproti primární výrobě olova. Zpracování olověných baterií probíhá převážně v recyklovaných zařízeních a olovo se používá pro nové baterie; plasty se zpracovávají na pelety. Pro jiné typy baterií (NiMH, Li-ion, NaNCl) se vyvíjejí nové recyklační technologie a kapacity v EU se posilují. Zpětné použití vyřazených baterií pro jiné účely než pohon vozidel je v plném řešení a probíhají i projekty na jejich druhé použití.

Tabulka: Přehled hlavních typů autobaterií

Budoucí trendy a souvislosti s elektromobilitou

Se vzestupem elektromobility roste i význam recyklace a druhého využití autobaterií. Vývoj pokročilých technologií AGM a lithium-iontových baterií, 48 V systémů a baterií s vyšší energetickou hustotou bude nadále ovlivňovat konstrukci vozidel a jejich spotřebu. Evropská unie investuje do zlepšení a standardizace recyklace, druhého využití a udržitelného vývoje baterií.

tags: #z #ceho #se #sklada #autobaterie