Jak co roku wielu kierowców kojarzy pierwsze mrozy z problemami z uruchomieniem samochodu. Ujemne temperatury są bowiem najlepszym testerem akumulatorów. Poniżej zera każde wcześniejsze uchybienie serwisowo-obsługowe w tych urządzeniach objawi się podczas (nie)uruchamiania pojazdu. Co jednak zrobić, jeśli pojazd nie „zapali”? Najlepiej znaleźć tego przyczynę. Zwykle takie śledztwo prowadzi do wymiany akumulatora. W przypadku pojazdu prywatnego, poza oczywistym chwilowym kłopotem w uruchomieniu samochodu, nie ma z tym większego problemu – wystarczy, że właściciel auta uda się do odpowiedniego punktu i zaopatrzy się w źródło prądu. Kłopoty zaczynają się jednak piętrzyć np. przed właścicielami serwisów samochodowych, którzy z nadejściem mrozów odbierają kilka telefonów dziennie z prośbą o uruchomienie pojazdu.

Często okazuje się, że konieczne jest użycie osobnego źródła prądu, bowiem nie zawsze można podjechać drugim samochodem i uruchomić pojazd w potrzebie za pomocą kabli rozruchowych. W takim przypadku można się wesprzeć przenośnym urządzeniem rozruchowym, które ma tak duży zapas mocy, że umożliwia bezproblemowe uruchomienie nawet pojazdu ciężarowego. Przykładem tego typu urządzenia jest przenośny „starter” ASM 12/500 pozwalający pobrać maksymalny prąd rozruchowy o wartości 500 A przy 12 V. Maksymalny chwilowy pobór prądu to 1000 A. Żywotność takiego urządzenia jest określana na 1000 cykli rozruchu przy 50% wyładowaniu akumulatora wewnętrznego w urządzeniu. Po każdym rozruchu zachodzi jednak konieczność naładowania przenośnego źródła. Jest to łatwa czynność, ponieważ urządzenie jest wyposażone we własny układ ładujący i wystarczy je tylko podłączyć do sieci 220 V. Większe urządzenia mają z kolei większe możliwości rozruchowe, ponieważ oferują większe prądy rozruchu dochodzące nawet do 1000 A.

Łatwo uruchomić

Oprócz urządzeń obsługiwanych w pełni manualnie można również używać automatów rozruchowych. Są one zabezpieczone przed zmianą polaryzacji podczas podłączania do akumulatora oraz wyposażone w osobny wyłącznik, a mogą przesłać nawet 1600 amperów prądu do odbiornika o napięciu nawet 24 V. Największe tego typu urządzenie rozruchowe firmy Kunzer waży 56 kg, ale oferuje jednocześnie 6200 A prądu przy 12 V lub 3100 A podczas rozruchu pojazdu z 24-woltową instalacją elektryczną.

Ładowanie akumulatora

Oprócz przenośnych urządzeń do uruchamiania pojazdu jednymi z podstawowych narzędzi, które wykorzystuje się w warsztacie, są prostowniki do akumulatorów. Ewoluują one tak samo jak akumulatory. Coraz nowsze rozwiązania stosowane w samochodowych bateriach wymuszają stosowanie również nowocześniejszych technologii się konstrukcją akumulatora samochodowego i, z idącą z tym w parze, zmianą dynamiki przepływu ładunków wewnątrz niego. Najnowsze konstrukcje akumulatorów, czyli baterie typu AGM, mają w sobie elektrolit związany za pomocą mat z włókna szklanego. Tymi matami są poprzekładane płyty z masą czynną akumulatora. By ten typ akumulatora działał bezproblemowo, konieczne jest użycie elektrolitu nie w formie płynnej, ponieważ wyciekłby, ale w formie żelowej, która pozostaje w matach niezależnie od sposobu i pozycji montażu akumulatora. Podczas użytkowania akumulatora (odbioru energii elektrycznej) mamy do czynienia z zamianą energii chemicznej na elektryczną. W trakcie jego pracy zachodzi reakcja chemiczna materiału aktywnego płyt akumulatora z kwasem płynnym lub uwięzionym (AGM). W wyniku tej reakcji powstaje energia elektryczna oraz produkt uboczny w postaci kryształów siarczanu ołowiu (PbSO4). Po pełnym rozładowaniu akumulatora kryształy te pokrywają całą powierzchnię płyt akumulatora. W momencie ładowania akumulatora zachodzi proces rekrystalizacji kryształów, wano duży prąd ładowania, który skutecznie rozpuszczał duże kryształy. Z kolei w aktualnie spotykanych konstrukcjach (AGM) ładowanie stałonapięciowe nie jest zbyt korzystne, ponieważ w końcowej fazie prąd ładowania jest na tyle mały, że nie jest w stanie rozpuścić największych pozostających na płytach kryształów, co 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 akumulatora dobierają odpowiednią krzywą ładowania. Krzywa ta 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. które zmieniają się w materiał czynny płyt. Jest to normalny proces zachodzący w każdym akumulatorze. Problemem zaczyna być jednak pozostawienie rozładowanego akumulatora na dłuższy czas lub powolne jego rozładowywanie bez ładowania. Podczas takich procesów kryształy tworzące się na płytach akumulatora mają tendencję do łączenia się w większe jednostki, które stanowią doskonałą warstwę izolacyjną i skutecznie uniemożliwiają przepływ elektronów z elektrolitu do płyt i na odwrót. Ciekawostką jest fakt, że w starszych typach akumulatorów zjawisko rozrostu kryształów siarczanu ołowiu było mniej uciążliwe ze względu na zawartość antymonu w stopie płyt akumulatora. Aktualnie stosowane domieszki stopowe, takie jak między innymi wapń (Ca), już tak nie spowalniają przemian krystalicznych, ale pozytywnie wpływają na „gazowanie” akumulatora.

Strategia ładowania

Te szczegóły techniczne w budowie akumulatorów wpływają w decydujący sposób na strategię ich ładowania. I tak: w starszych typach akumulatorów stosoNowoczesne 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 odłączyć się, 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 między 20 a 25°C. W tabeli przedstawiono, jak prezentuje się stan akumulatora w zależności od gęstości zawartego w nim elektrolitu. W przypadku pozostawienia akumulatora podłączonego 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. Przykładem tego typu urządzenia jest prostownik CTEK, który w momencie wykrycia pełnego stanu naładowania przełącza się automatycznie w stan doładowywania impulsowego poprzedzonego pomiarem parametrów ładowanego ogniwa. Zasadą prawidłowego przebiegu ładowania jest zachowanie pewnych kroków, które pozwolą długo korzystać z akumulatora. Przy ładowaniu akumulatorów AGM prostownik przechodzi przez poszczególne fazy: w pierwszej przez odpowiednią modulację prądu ładowania usuwa siarkę z płyt, w drugiej miesza ją z elektrolitem, do którego ona dysocjuje. Proces ładowania można określić jako krzywą ładowania. Krzywa ta jest 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.

Kilka informacji na temat krzywych ładowania

% $box_foto_prawy_5 %}Nawet jeśli prostownik jest oznaczony jako wysokoamperowy, to prawdopodobnie był testowany na akumulatorach o napięciu na poziomie 5–6 V. Realnym amperażem prostownika jest 75% wartości podanej w jego specyfikacji. Prostownik, który nie może dostarczyć stałego napięcia, nie może też w całości naładować akumulatora. W takim przypadku dochodzi do gazowania akumulatora i utraty wody z elektrolitu (należy pamiętać, że utrata wody z elektrolitu, czyli jego zagęszczenie, znacznie obniża sprawność akumulatora i podwyższa ryzyko jego zasiarczenia). 80% ładowania odbywa się w pierwszej fazie tego procesu. Proste urządzenia ładujące po osiągnięciu napięcia 14,4 V zmniejszają napięcie ładowania. Nie oznacza to jednak, że doładowują dalsze 20% akumulatora.

Reakcje chemiczne zachodzące 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 i, odkładając się na ogniwach, uniemożliwia swobodny przepływ jonów, w związku z czym gwałtownie maleją możliwości rozruchowe akumulatora. W trakcie poboru prądu zachodzą następujące reakcje chemiczne na elektrodach:

Anoda – utlenianie:
Pb + SO4
2- ---> PbSO4 + 2e-

Katoda – redukcja:
PbO2 + SO4
2- + 4H+ + 2e- ---> PbSO4 + 2H2O

Na obu elektrodach w trakcie poboru prądu wydziela się siarczan ołowiu (II): PbSO4. W trakcie ładowania zachodzą reakcje odwrotne.