SVINČEV AKUMULATOR
Svinčeni akumulatorji so se razvijali mnogo let in so bili ob svojem nastanku zelo nerodne in nekvalitetne naprave, večkrat tudi nevarne uporabniku. Danes so se izpopolnile po svoji obliki, velikosti, teži in kvaliteti, tako da so primerne za vgradnjo v večje in manjše sisteme in naprave. Svinčev akumulator je izdelan iz posode, napolnjenega z razredčeno žvepleno kislino, v katero so potopljene svinčeve plošče in plošče PbO2. V akumulatorsko celico je potopljenih več plošč, to pa zato, ker celici na ta način dvignemo kapaciteto in zagonski tok. Zaradi nevarnosti, da bi prišlo do kontakta med pozitivnimi in negativnimi ploščami so med plošče vloženi tako imenovani separatorji, ki so sestavljeni iz trde gume ali plastike. Kot elektrolit je uporabljena žveplena kislina razredčena z vodo(H2SO4 + H2O).
Proces praznjenja in polnjenja
Ob električnem praznjenju PbO2 + 2H2SO4 + Pb › PbSO4 + 2H2O + PbSO4 se en del aktivne pozitivne mase (PbO2) in en del negativne mase (Pb) s pomočjo dveh delov žveplene kisline (2H2 SO4) spremeni v en del svinčenega sulfata (PbSO4) na obeh elektrodah in dva dela vode (2 H2O). Tvorba vode pri električnem praznjenju pa povzroči razredčenje žveplene kisline v celici, kar je zelo enostavno izmeriti z posebnimi merilci - areometri (bomemetri), ki nam natančno merijo izpraznjenost posameznih celic akumulatorja. Teoretično bi lahko akumulator praznili toliko časa , da bi se vsa aktivna masa na pozitivnih in negativnih ploščah spremenila v svinčev sulfat- (PbSO4), vendar nobenega akumulatorja ne moremo izprazniti v tem obsegu. Eden od razlogov da to ni mogoče je da se vsa aktivna masa ne more spremeniti v svinčev sulfat, ker je ta v električne pogledu izolator, ki ne prepušča električni tok. Drugi razlog ki preprečuje globoko praznjenje je počasna difuzija. Difuzija je pojav izenačevanja gostote elektrolita v porah aktivne mase z ostalim elektrolitom v celici. Aktivna masa sestoji iz medsebojno povezanih zrnc, med katerimi so kapilarni kanali, ki so napolnjeni z elektrolitom. Pri procesu poljnjenja se beli svinčev sulfat (PbSO4) iz pozitivnih plošč pretvori v rjavi svinčev dioksid, tisti iz negativnih plošč pa v sivi svinec. Pri tem se porabi voda, nastane žveplova (VI) kislina, gostota se poveča. PbSO4 + 2H2O + PbSO4 › PbO2 + 2H2SO4+ Pb Električno polnjenje se izvede lahko po metodi trostopenjskega polnjenja ali IUI3-metoda, to polnjenje redno uporabljajo pri električnem polnjenju akumulatorjev rudniških lokomotiv. Pri tem polnjenju se skrajša čas polnjenja akumulatorja tako da ga polnimo z konstantnim tokom do napetosti plinjenja- (brbotavosti mehurčkov), ko počasi tok pade na dopustno končno vrednost. Električno polnjenje se lahko izvede tudi po metodi Dvostopenjskega polnjenja ali IU-metoda, razlikuje se po tem da nima tretje stopnje. Uporablja se za paralelno polnjenje akumulatorjev. Konec polnjenja akumulatorja nastopi takrat ko je akumulator popolnoma napolnjen, gostota elektrolita in napetost akumulatorja pa ne naraščata več, vse celice akumulatorja pa enakomerno plinijo (brbotajo). Za odklop se uporabljajo lahko avtomatska stikala. Načini polnjenja z ozirom na stopnjo izpraznjenosti akumulatorja. Pri polnjenju akumulatorja moramo biti pozorni v kakšnem stanju je glede načina uporabe. Izpraznjen akumulator je potrebno napolniti najkasneje v dveh dneh po izpraznjenju sicer pride do razvoja sulfatizacije. Pri akumulatorju ki ni popolnoma prazen, zadostuje polnjenje na vsake dva do tri tedne ali pa dnevno delno polnjenje do pričetka razvijanja plinov, tedensko pa moramo narediti tudi izravnalno polnjenje. Polnjenje se mora vedno vršiti v dobro prezračevanem prostoru zaradi razvijanja pokalnega plina – nevarnost eksplozije.
• Ker je sposobnost akumulatorja za zagon motorja zelo odvisna od temperature - najbolj optimalna temperatura je + 15 stopinj celzija. Z vsako stopinjo pod njo izgubi akumulator en odstotek svoje moči. Torej pri - 10 stopinjah Celzija je ta izguba 25 odstotkov. Pri ekstremnih temperaturah pod -20 stopinj celzija pa je zmogljivost lahko zmanjšana že za 50. odstotkov, zato je potrebno da je akumulator zmeraj dovolj napoljnjen.
• Pri akumulatorju, ki je izpraznjen pod 40% nazivne kapacitete, je potrebno dnevno polnjenje do plinjenja in enkrat tedensko izravnalno polnjenje.
• Pri akumulatorju, ki je izpraznjen od 40% - 60% nazivne kapacitete, je potrebno dnevno polnjenje do plinjenja. Pri temperaturah pod 10 stopinj C, je potrebno akumulator napolniti vsak dan.
Napetost plinjenja nastopi pri dosegu napetost 2,4 do 2,45 V po celici, zaradi povečanja baterijske napetosti akumulatorja , se zmanjša sprejemljivost toka (I) in polnilni tok se ne uporablja več le za kemijsko presnovo, ampak se odvečna energija v akumulatorju spreminja v toploto, del energije pa se uporabi za elektrolizo vode, pri čemer se tvori pokalni plin, kar je nevarno ob slabem zračenju za nastanek eksplozije. Pri močnem plinjenju lahko tudi odpadajo delci aktivne mase na plus polu, kar zmanjša življenjsko dobo in kapaciteto akumulatorja. Masa, ki se pri tem useda na dno celic, pa lahko povzroči kratek stik med +/- ploščami v celici akumulatorja in ga uniči
|
NAPOLNJENOST (%) |
GOSTOTA ELEKTROLITA (g/cm3) |
NAPETOST MIROVANJA (V) |
|
100 |
1,285 |
12,80 |
|
80 |
1,250 |
12,58 |
|
50 |
1,195 |
12,28 |
|
20 |
1,140 |
12,00 |
|
0 |
1,100 |
11,78 |
Osnovni pojmi pri svinčenem akumulatorju
FORMIRANJE NOVEGA AKUMULATORJA Akumulator ki je suho polnjen, moramo napolniti z žveplovo kislino gostote 1,285g/cm3. Po približno 20 minutah je akumulatorska baterija pripravljena za delovanje.
SAMOPRAZNJENJE Akumulatorska baterija se sama prazni, tudi kadar zunanji tokokrog ni sklenjen. Toplota, nesnaga v elektrolitu in plazeči tokovi to še pospešijo. Pri +15°C se napolnjena akumulatorska baterija izprazni v približno 4 mesecih, pri +40°C pa že po dveh tednih.
NAPETOST AKUMULATORJA izražena v voltih (V) pomeni napetost polnega akumulatorja. Celica svinčenega člena ima cca 2,1 V električne napetosti, zato so navadno povezane zaporedno po šest celic, da dobimo napetost cca 12,8 V. Poznamo različne nazivne napetosti: 24, 12, 6, 4 in 2 Volta. Akumulatorji za motorna vozila se običajno proizvajajo v izvedbah po 12 V.
ZAGONSKI TOK izražen v Amperih (A) je tisti tok, ki pri zagonu teče skozi vodnike. Zagonski tok je pri zagonu motorja najpomembnejši dejavnik, odvisen je od površine plošč v celici. Kadar je zagonski tok nižji, je start motorja težji. Meritve zagonskega toka se izražajo po različnih standardih (DIN, EN, SAE,..), izmerjene vrednosti pa so različne. Pri nas so sedaj v uporabi evropski normativi EN.
EFEKTIVNA KAPACITETA (Ce) akumulatorja izražena v Amperskih urah (Ah) je količina shranjene električne energije, ki jo dobimo iz akumulatorja, če ga obremenimo s konstantnim tokom v določenem času pri temperaturi 25°C (+/-1°C). Če je zagon motorja potrebno večkrat ponoviti, je potrebna čim večja kapaciteta. Efektivna kapaciteta (Ce) mora biti najmanj enaka nazivni kapaciteti (Cn), ki je podana na samem akumulatorju in je minimalna količina elektrike (v Ah), katero bi baterija morala dati po zgoraj navedenem preizkusu.
REZERVNA KAPACITETA izražena v minutah (RC) je čas trajanja, v katerem lahko oddaja baterija tok od 25A do doseganja končne napetosti 10,5V. Med preizkusom mora biti baterija potopljena v kadi, kjer se vzdržuje temperaturo 25°C (+/- 1°C).