Co zrobić z uszkodzonym akumulatorem?
Raven Media – Maciej BlumNiezależnie od tego, jakiej technologii akumulator zainstalowano w samochodzie, pewne reguły jego diagnostyki i obsługi pozostają takie same. Zauważalne jest natomiast, że akumulatory wymieniane są zbyt późno, często dopiero wtedy, kiedy nie uda się uruchomić samochodu.
- Akumulatory nie są kontrolowane podczas regularnych przeglądów – nie sprawdza się stanu ich naładowania, gęstości elektrolitu ani obciążalności.
- W przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych wykonanie takich testów jest dość proste.
- Wynik testu pozwala sprawdzić kondycję akumulatora i określić ubytek jego pojemności elektrycznej.
- Kolejnym procesem, który wpływa na stan akumulatora, jest obsypywanie się masy czynnej z płyt. Rozładowanie akumulatora rozruchowego poniżej 10,5 V jest już sytuacją krytyczną.
- Bardzo głęboko rozładowane akumulatory charakteryzują się wysoką opornością wewnętrzną.
- Jednym z częstych uszkodzeń akumulatora jest jego zasiarczenie. Występuje ono w akumulatorach kwasowo-ołowiowych nieużywanych od dłuższego czasu lub po rozładowaniu odstawionych bez naładowania.
- W akumulatorach typu AGM w końcowej fazie ładowania powinno się stosować zmienioną strategię ładowania w celu rozproszenia największych kryształów.
Częste rozładowywanie akumulatora nierzadko wynika z tego, że kierowca zwleka z jego wymianą do momentu, kiedy już nie ma szans na rozruch silnika. Akumulator nie może być później doładowany, ponieważ ulega szybkiemu zasiarczeniu, co powoduje, że po ładowaniu utrzymuje się problem z magazynowaniem energii elektrycznej.
Akumulatory nie są kontrolowane podczas regularnych przeglądów. Nie sprawdza się stanu ich naładowania, gęstości elektrolitu ani obciążalności. W przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych wykonanie takich testów jest dość proste, ponieważ dostęp do każdego ogniwa dają korki, przez które można sprawdzić gęstość elektrolitu i jego poziom. W przypadku akumulatorów bezobsługowych (m.in. AGM) takiego testu się nie wykonuje. W obu przypadkach można jednak sprawdzić kondycję akumulatora przez test obciążeniowy za pomocą specjalnego przyrządu.
Groźne zasiarczenie
Wynik testu pozwala sprawdzić kondycję akumulatora i określić ubytek jego pojemności elektrycznej. Dzięki temu można na czas zastosować odpowiednie działania, które wydłużą żywotność akumulatora. Jednym z nich jest zastosowanie prostownika z funkcją odsiarczania. Dzięki odpowiedniemu dozowaniu prądu ładowania rozpuszczają się kryształy siarczku ołowiu. Należy bowiem pamiętać, że zasiarczenie przebiega nie tylko wtedy, gdy akumulator zostanie jednorazowo rozładowany. Jest to proces postępujący i wpływający na starzenie się akumulatora.
Kolejnym procesem, który wpływa na stan akumulatora, jest obsypywanie się masy czynnej z płyt. Duża ilość masy czynnej osadzonej na dnie akumulatora może doprowadzić do zwarcia między płytami i całkowitego uszkodzenia akumulatora.
Rozładowanie akumulatora rozruchowego poniżej 10,5 V jest już sytuacją krytyczną. Poniżej tej wartości zasiarczanie akumulatora zmienia się z procesu odwracalnego w proces destrukcyjny. Siarczany osadzają się na płytach tworząc kryształy które zwiększają swoją objętość, wpływają na zmniejszenie powierzchni pracy płyty, w procesie ładowania bardzo niechętnie ponownie rozpuszczają się w elektrolicie. Im głębiej zostanie rozładowany akumulator, tym trudniej odwrócić proces.
Czas odgrywa kluczową rolę – przyjmuje się, że po jednorazowym, nocnym rozładowaniu akumulatora i szybkiej reakcji ze strony użytkownika można przywrócić akumulator do odpowiedniej sprawności (ale już nie pełnej sprawności). Natomiast powtarzalność takich sytuacji szybko znajdzie odzwierciedlenie w słabnącej kondycji akumulatora.
Poziom rozładowania jest także ważny z punktu widzenia ładowania. Bardzo głęboko rozładowane akumulatory charakteryzują się wysoką opornością wewnętrzną. W przypadku zastosowania konwencjonalnych ładowarek powoduje to, że akumulatory nie mogą nawet rozpocząć swojej pracy. W przypadku bardzo głębokiego rozładowania zaleca się zastosowanie ładowarek mikroprocesorowych z funkcją odsiarczania. Kiedy akumulator nie podlega kontroli, jego żywotność wynosi 5–8 lat (wartość przybliżona). W tym czasie można zauważyć stopniowy wzrost problemów z uruchomieniem samochodu zimą (czyli przy niskich temperaturach – poniżej 0°C).
Radosław Płowens, technolog przygotowania produkcji w Jenox Akumulatory Sp. z o.o., zwraca uwagę, że strategia ładowania powinna się różnić w zależności od rodzaju akumulatora. Warto wiedzieć, że zarówno akumulatory EFB, jak i klasyczne akumulatory kwasowo-ołowiowe są ładowane przez alternator samochodowy metodą stałonapięciową 14,4–14,8 V. Do ładowania poza samochodem można stosować ładowarki (prostowniki) stałonapięciowe z maksymalnym napięciem ładowania 15,6 V dla akumulatorów ciężarowych oraz 16,0 V dla akumulatorów osobowych (zalecenia normatywne).
Użytkownicy samochodowych baterii typu AGM powinni wiedzieć, że takie akumulatory są bardziej wrażliwe na wysokie napięcie ładowania niż akumulatory EFB. W ich przypadku maksymalne napięcie ładowania powinno wynosić 14,8 V. Wyższe napięcie ładowania może powodować nadmierną produkcję gazów (wodoru i tlenu) oraz wzrost temperatury akumulatora. Oba te zjawiska są bardzo szkodliwe dla akumulatora typu AGM.
Jak diagnozować objawy i przyczyny uszkodzenia akumulatorów?
Wyróżniamy kilka typowych przyczyn uszkodzenia akumulatora:
1. Zwarcie akumulatora. Jest efektem zetknięcia się różnoimiennych płyt (dodatniej i ujemnej). Objawem jest nagłe obniżenie zdolności rozruchowej akumulatora, spadek napięcia spoczynkowego i gazowanie celi podczas obciążenia urządzeniem opornościowym. Zauważa się również spadek gęstości elektrolitu w wadliwej celi. Najczęstszymi przyczynami zwarcia mogą być:
- Nieprawidłowa eksploatacja, np. praca w permanentnym niedoładowaniu lub przy niskim stanie elektrolitu.
- Wyeksploatowanie akumulatora. Na skutek długotrwałej eksploatacji dochodzi do pęcznienia masy aktywnej, która rozszerzając swoją strukturę, rozpycha kratkę ołowianą. W przypadku długotrwałego procesu prowadzi to ostatecznie do zetknięcia się krawędzi różnoimiennych płyt i zwarcia w celi.
2. Brak przejścia. Uszkodzenie to jest związane z przerwaniem przepływu prądu elektrycznego przez akumulator na skutek uszkodzenia jednego z jego elementów. Często jest to sworzeń biegunowy, który w wyniku złego podpięcia klemy ulega uszkodzeniu.
Najłatwiej jest potwierdzić problem, używając testera opornościowego, który pod obciążeniem wykaże wartość bliską 0 V. Wada, choć występuje rzadziej, może mieć przykre konsekwencje. Gazy produkowane podczas pracy akumulatora są łatwopalne. Jeżeli instalacja elektryczna jest sprawna, a akumulator nieuszkodzony, nie ma możliwości dojścia do zapłonu. Jeśli gdzieś dojdzie do uszkodzenia mechanicznego, może pojawić się łuk elektryczny, który doprowadzi do zapłonu i wybuchu akumulatora. Identyczna sytuacja może się wydarzyć przy końcowej fazie ładowania akumulatora, kiedy dochodzi do intensywnego gazowania. Jeżeli w tym momencie pojawi się jakieś zewnętrzne źródło zapłonu (np. przy odłączeniu klem prostownika pojawią się iskry), może dojść do wybuchu.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
3. Zasiarczanienie akumulatora. Jest ono zjawiskiem spowodowanym nieprawidłową eksploatacją akumulatora. Wskutek jego głębokiego rozładowania lub permanentnego niedoładowania dochodzi do zmian w strukturze masy aktywnej. Jej powierzchnia pokrywa się trudno rozpuszczalnymi kryształami siarczanu ołowiu. Jeżeli sytuacja jest krótkotrwała, akumulator może odzyskać parametry nominalne. Jeśli jednak trwa to dłużej, proces ten staje się nieodwracalny. Stopniowo dochodzi do zmniejszenia się powierzchni reakcji płyty, co prowadzi do obniżania parametrów akumulatora. Objawem będzie spadek parametrów elektrycznych takiej baterii (obniżona do wartości 1,22–1,25 g/cm3 gęstość elektrolitu w celach) i dużo wyższe napięcie spoczynkowe (13,2–13,5 V).
Sposoby ładowania
Szczegóły techniczne w budowie akumulatorów w decydujący sposób wpływają na strategię ich ładowania. Należy pamiętać jednak o tym, że aby rozpuścić kryształy należy stosować małe natężenie prądu, w przeciwnym razie nastąpi naruszenie masy aktywnej, co spowoduje jej opad na dno akumulatora. Z kolei w obecnie spotykanych konstrukcjach (AGM) ładowanie stałonapięciowe nie jest zbyt korzystne. W końcowej fazie prąd ładowania jest bowiem na tyle mały, że nie jest w stanie rozpuścić największych pozostających na płytach kryształów. A to niekorzystnie wpływa na pojemność akumulatora i jego żywotność.
W związku z tym w akumulatorach typu AGM w końcowej fazie ładowania powinno się stosować zmienioną strategię ładowania w celu rozproszenia największych kryształów.
Najnowsze rodzaje prostowników do akumulatorów rozpoznają rodzaj akumulatora, który ładują, i w zależności od rodzaju baterii dobierają odpowiednią krzywą ładowania. Krzywa ładowania określa przebiegi napięcia i prądu ładowania w czasie ładowania akumulatora.
Prostowniki ładują też prądem impulsowym, co w przypadku znacznego rozładowania akumulatora pozwala go pobudzić do przyjęcia prądu. Prostowniki ładujące impulsowo są sterowane elektronicznie, dzięki czemu nie trzeba nadzorować ich pracy czy ingerować w ustawienia.
Nowoczesne urządzenia do ładowania akumulatorów dostarczają prąd w sposób impulsowy. Przez pomiar parametrów akumulatora prostownik jest w stanie określić, kiedy ten jest naładowany do odpowiedniego poziomu i kiedy się odłączyć, nie powodując wygotowywania akumulatora (a więc nie powodując utraty wody i zagęszczenia elektrolitu).
Kolejnym sposobem pomiaru stanu akumulatora jest pomiar gęstości elektrolitu. Należy go przeprowadzić w temperaturze 20–25°C. W tabeli przedstawiono, jak prezentuje się stan akumulatora zależnie od gęstości zawartego w nim elektrolitu. Jeżeli pozostawimy akumulator podłączony do prostownika na dłużej, będzie on w ustalonych wcześniej odstępach czasu mierzył opór i stan naładowania ogniwa, dostosowując ładowanie do prędkości i czasu rozładowywania. W ten sposób urządzenie ładujące rozpozna i zdiagnozuje stan akumulatora.
Przy ładowaniu akumulatorów AGM prostownik przechodzi przez 2 fazy:
- Przez odpowiednią modulację prądu ładowania usuwa siarczany z płyt
- Miesza siarkę z elektrolitem, do którego ona dysocjuje.
Proces ładowania można przedstawić jako krzywą ładowania. Jest ona określona według algorytmów, które w akumulatorze pełnią konkretne funkcje. Norma DIN 41773 określa struktury krzywych ładowania w taki sposób, aby ładowanie nie doprowadziło do uszkodzenia akumulatora.
Reakcje chemiczne w akumulatorze
Jednym z częstych uszkodzeń akumulatora jest jego zasiarczenie. Występuje ono w akumulatorach kwasowo-ołowiowych nieużywanych od dłuższego czasu lub po rozładowaniu odstawionych bez naładowania. Podczas normalnego użytkowania na płytach akumulatora tworzy się siarczan ołowiu (PbSO4), który jest redukowany elektrolitycznie wraz z ładowaniem. Siarczan ołowiu jest izolatorem. Odkładając się na ogniwach, uniemożliwia swobodny przepływ jonów, przez co maleją możliwości rozruchowe akumulatora.
W ogniwie w trakcie poboru prądu zachodzą następujące reakcje chemiczne na elektrodach:
Anoda – utlenianie:
Pb + SO42− ---> PbSO4 + 2e−
Katoda – redukcja:
PbO2 + SO42− + 4H+ + 2e− ---> PbSO4 + 2H2O
Na obu elektrodach w trakcie poboru prądu tworzy się siarczan ołowiu (II): PbSO4. W trakcie ładowania zachodzą reakcje odwrotne.
O Autorach
