Az akkumulátorok a kémiai áramforrások (*) azon csoportja, amelyekben az átalakulás megfordítható, azaz villamos áram bevezetésével a kémiai anyagok visszaalakíthatók eredeti állapotukba, az áram termeléskor átalakult anyagok ellentétes irányú áram átbocsátásával regenerálhatók. (töltés illetve kisütés).
Felépítés szerint az akkumulátorok típusai:
Felépítés szerint az akkumulátorok típusai:
- Ólom, vagy savas akkumulátor
- Oxigénrekombinációs, zárt ólomakkumulátorok
- Nikkel-kadmium akkumulátor
- Nikkel metál-hidrid (NiMH) akkumulátorok
- Lítium-ion akkumulátor (Li-ion)
- Lítium-polimer (Li-polymer) akkumulátor
(*) a villamos energia termelése kémiai anyagok átalakulása révén történik
Az autóiparban használatos akkumulátorok főbb fajtái:
Az akkumulátoroknak meg kell különböztetni két válfaját, amellyel az autóalkatrész piacon találkozhatunk. Ezek a meghajtó és az indító akkumulátorok. A felhasználási szempontok alapján indítóakkumulátorról, vontatási vagy járműhajtó akkumulátorról, helyhez kötött vagy ipari felhasználású akkumulátorokról és vezeték nélküli készülékek akkumulátorairól eshet szó. Az akkumulátorok fejlesztésénél a cél: minél nagyobb kapacitás mellett minél kisebb méret és tömeg - vagy tudományosabban: minél nagyobb energiasűrűség.
A meghajtó akkumulátorokra leginkább lakóautókban, hajókban, illetve vezetékes áramszolgáltatással nem rendelkező létesítményekben lehet szükség, de egyre jobban terjed a munkagépekben való felhasználása. Rendkívül jól tűrik az akár teljes lemerüléssel járó használatot, az úgy nevezett ciklikus terhelést Ezen akkumulátorok működési elvüket tekintve éppen ellentétei az indító akkumulátoroknak, hosszú ideig tartó folyamatos terhelésre lettek kifejlesztve.
Az indító akkumulátorok magas áramerősségük révén hajtják végre faladatukat rövid ideig tartó igénybevétel mellett. Az indító akkumulátorok élettartamának csökkenéséhez, illetve akár tönkremeneteléhez vezethet a gyakori túlzott mértékű lemerítés.
Az indító akkumulátorok
Az akkumulátor feladata:
A gépjármű indító akkumulátorok feladata, hogy energiát tároljon arra az időre, amíg a generátor nem képes feszültséget szolgáltatni a működéshez.
Az akkumulátornak két fő feladata van:
1. A gépkocsi álló motorjának indítása és az ehhez szükséges segédberendezések árammal történő ellátása. Például:
-
Motorvezérlő elektronika;
-
Önindító;
-
Üzemanyag szivattyú;
-
Gyújtó- vagy izzító rendszer;
2. Fontos feladat a gépkocsi olyan berendezéseit energiával ellátni, amelyekre a motor kikapcsolt állapotában is szükség van:
-
Belső és külső világítás;
-
Riasztó berendezés;
-
Szórakoztató elektronika;
-
Készenléti állapotban lévő elektromos berendezések memóriája;
-
Állófűtés;
Az akkumulátor felépítése, működési elve és gyártása:
Működési elve:
Az akkumulátor egy olyan energia tároló berendezés amely képes a töltés során felvenni a villamos energiát és azt vegyi energiává alakítva tárolni, amíg azt kisütéskor (fogyasztáskor) villamos energia formájában vissza nem nyerjük.
Savas ólomakkumulátorok
A normál kivitelű műanyag házas akkumulátorba ólom és ólomdioxid lemezek vannak felváltva elhelyezve melyek ioncserélt vízzel hígított kénsavba merülnek. A pozitív töltésű lemez aktív anyaga PbO2, azaz ólom-dioxid, a negatív töltésű lemezeké pedig Pb azaz tiszta ólom. Az akkumulátor két ellentétes töltésű lemezének felülete kisütéskor ólom-szulfáttá alakul, majd feltöltéskor visszaalakul ólommá és ólomdioxiddá.
A jelenleg használatos 12V-os akkumulátorokat egyenként hat darab 2,11V-os névleges feszültségű sorba kapcsolt cella alkotja. Számoljunk! 6X2,11=12,66V Ebből is látszik, hogy egy teljesen feltöltött 12V-os akkumulátoron nyugalmi állapotban mérhető kapocsfeszültségnek 12,66V körül kell lennie. A hat cellát sorba kapcsolják és az egyes illetve hatos cellára helyezik el a két végpontot a pozitív illetve negatív elektródát.
A ma használatos akkumulátorok teljesítmény és élettartam növekedése a gyártásban bekövetkezett fejlesztéseknek köszönhető. Mik is ezek a teljesítményt és élettartamot pozitívan befolyásoló tényezők?
Elektrolit:
Az elektrolit a kezdetektől változatlan összetételű. A tömény kénsav 1,85g/cm3 sűrűségű, ezt kémiai- vagy fizikai úton tisztított (ioncserélt vagy desztillált) vízzel hígítva kell használni. Az ideális, (legjobb) vezetőképességet 1,24g/cm3 sűrűségnél kapjuk, ezért a teljesen feltöltött akkumulátoroknál 1,285g/cm3 maximális sűrűséget mérhetünk, mivel a folyamatos igénybevétel mellett érhetjük el az 1,24g/cm3 sűrűséget.
Edény:
Az edény (szaknyelvben így említik az akkumulátor műanyag házát) viszont nagy fejlődésen esett át. Az akku edények aljában cellánként elszeparált iszaptartályokat alakítottak ki a lehulló szulfátanyag élettartamon át tartó zárlatmentes tárolására.
Az edények tetejében már nem a kupakokon keresztül történik a töltés üzem közbeni gázelvezetés, hanem egy labirintus rendszerű gázelvezető csatornán keresztül, amely összegyűjti a hat cella le nem csapódott gáztartalmát és az akkumulátor két végén lévő szelepeken keresztül engedi ki azokat. A ma használatos „gondozásmentes” akkumulátorokat három változatban gyártják fedél kialakítás szempontjából.
A klasszikus kicsavarható zárókupakkal ellátott egyszerű kivitel mellett létezik egy zártnak álcázott típus is ami vagy egy 6 záródugóval felszerelt lapot jelent, vagy egy zárólapot amely alatt megtalálható a hat kicsavarható dugó.
Ezeken felül pedig létezik valóban lezárt kivitel, amelynek nem lehet pótolni elektrolit szintjét. Ez, - noha modernebb megoldásnak tűnik, magában hordja annak veszélyét, hogy egy későn észlelt elektromos rendszerbeli meghibásodás miatt az akkumulátorunk vészesen lecsökkent elektrolit szintjét nem tudjuk a kívánt mértékűre pótolni. Ennek következtében akkumulátorunk használhatatlanná válik.
Ólomlemez:
A lemezeknél zajlott le a másik forradalom, - köszönhetően a gyártástechnológiai fejlődésének – mind az anyagot, mind pedig a kialakítást illetően. A nagy gyártóknál a nyolcvanas évekre tehető az első karbantartásmentes akkumulátorok előállítása.
A fő különbség a klasszikus és egy modern savas akkumulátor között, hogy a klasszikus akkumulátor lemezei készre-öntési eljárással készültek. Az így készült akkumulátorok teljesítményét, és élettartamát, a technológiához használt segédanyagok (pl. Antimon ötvözés) negatívan befolyásolták.
A modern akkumulátorok anyagát már hengereléssel, majd un. prégeléssel állítják elő. Ez nem más mint egy lyukasztási módszer amikor tésztavágó módjára több sorban, egymástól eltolva perforálják az anyagot, majd a következő lépésként az anyag széleit megfogva kihúzzák azt, elérve, hogy egy rendkívül finom rácsos szerkezetet kapjunk. Ezt már csak hengerelni kell és készen áll a masszával történő feltöltésre.
Ennek megvalósíthatóságát az ólomlemezek anyagának megváltoztatása tette lehetővé.
A modern akkumulátorok lemezei antimon tartalom nélkül készülnek, helyette kalcium ötvözést alkalmaznak. Többek között ettől nőtt meg a jelenleg használatos „Maintenance Free” azaz gondozásmentes akkumulátorok élettartama, karbantartási igénye szinte elhanyagolható mértékűre csökkent - megfelelő üzemi körülmények mellett.
Jelenleg szinte minden gyártó a Ca-Ca (kálcium-kálcium) technológiát alkalmazza normál savas ólom akkumulátorok előállításához.
A másik ok, hogy az akkumulátorunk élettartama megnőtt az, hogy a gyártók a pozitív töltésű lemezeket polietilén tasakokba helyezik, amely így meggátolja a képződő szulfát-iszap lehullását és ez által a kialakuló cellazárlatot.
AGM technológiás akkumulátorok
Az AGM technológia (Absorbent Glas Mat) lényege , hogy az ólomlemezek között, üvegszálas gyapotrétegben itatják fel az elektrolitot.
Ezen akkumulátorok párolgása 0% mivel teljesen zárt rendszerűek. Ennek köszönhető, hogy nem tesz bennük kárt, ha felborítjuk, vagy kimondottan fektetve építjük be őket. További előnyei a normál savas ólom akkumulátorokkal szemben, hogy rendkívül jól tűrik a rázkódást, eltarthatóságuk többszörösen meghaladja a normál savas ólom akkumulátorokét mindez köszönhetően annak, hogy nincsenek szabadon álló ólom lemezeik amelyek így kevésbé szulfátosodnak. A szulfátosodás lerakódásai előbb csökkenő teljesítményt, majd lehullva cellazárlatot okoznak.
A köznyelvben gyakran nevezik őket – tévesen - zselés akkumulátoroknak, de ez hiba. Az AGM technológia úttörői, két nagy múltú amerikai gyártó. A kezdetben megszokott felépítési elvvel is szakítottak, és a hat cellát, a rétegenként összeállított, spirálisan feltekert ólom-üveggyapot „szendvicsből” készítették el.
Manapság egyre inkább terjed ezen akkumulátorok autóipari felhasználása, gyári beépítésként is. Ennek egyik fő oka, hogy az akkumulátorok kezdenek kiszorulni a motortérből és az utastér vagy a csomagtér légterében nem megengedhető az esetleges akkumulátor kipárolgás, szivárgás.
Oxigénrekombinációs, zárt ólomakkumulátorok
Az ólomakkumulátorok legnagyobb konstrukciós változása az üzemelés szempontjából zárt konstrukció megjelenése és tömeges elterjedése. Az oxigén rekombinációs akkumulátorok autókban, számítógépek szünetmentes áramforrásaiban, riasztókészülékek áramforrásaiban találhatók leggyakrabban. Gondozásmentes jellegüknél fogva igen népszerűek.
Balos vagy Jobbos ?
Ha az akkumulátor szemben van velünk - tehát a felénk eső oldalán van a két elektróda-, akkor beszélünk jobb pozitívos akkumulátorról, ha a pozitív csatlakozó nekünk jobbra esik. [ - + ] A személyautó indítóakkumulátorok 95%-a jobb pozitívos. Haszongépjárművek esetében az indítóakkumulátorok elektródáit a rövidebb oldalra szerelik.