Vše o akumulátorech

Úvod

Je to dlouhý článek a tak zcela nevhodný pro ty, které problematika nezajímá a nebo mají ve věci jasno. Ale těm, které tato problematika zajímá, by mohl tento článek pomoci se jednou pro vždy v této poměrně složité otázce orientovat. Pokusím se ho napsat řečí prostou a srozumitelnou, a prosím odborníky, aby nad ním neexhibovali, protože pokud bych ho napsal čistě technicky, nemělo by to smysl (ti, kdo by ryze technické řeči rozuměli, by jistě znali i problematiku a nic by jim článek nedal, a těm, kteří by technické řeči nerozuměli, by byl k ničemu). A také prosím ty chlapce, kteří mají pocit, že jim to je zcela jasné je to zcela jednoduché a zbytečně to komplikuji dlouhým výkladem, aby to prostě nečetli - není to pro ně.

Názvosloví

Především je nutno si ujasnit, že odborně se to, čemu v autech či motorkách říkáme lidově "baterie", se správně nazývá "akumulátor". Název "baterie" se v technickém názvosloví vžil pro chemické, neobnovitelné články, jako jsou např.běžné salmiakové monočlánky, tužkové baterie, blokové 9 V baterie, ale i lithiové podpůrné baterie počítačů, napájení hodinek, nikl-kadmiové (NiCd), nikl-metalhydrydové MiMH či různé varianty lithium-iontové (Li-ion) baterie pro mobily, digitální foťáky či videokamery, Mp3 přehrávače atd., atd. Všechny tyto baterie dodávají stejnosměrný el.proud pouze do okamžiku, než se v článku spotřebují chemikálie, jejichž vzájemnou chemickou reakcí po uzavření elektrického obvodu se elektrická energie vyrábí. Chemické složení látek není pro náš účel důležité, a tak ho zde nebudu ani uvádět, protože by to bylo zcela zbytečné, a navíc, není až tak zcela jednoduché - budu používat neutrální název "chemikálie". Vybitý článek - baterie je pak již neobnovitelný a jedná se o nebezpečný chemický odpad, se kterým by se mělo podle toho nakládat.

Dá-li se článek opakovaně nabíjet a vybíjet, jedná se z hlediska technického názvosloví o "akumulátor". Jedná se sice také o chemický článek, ovšem uvnitř článku se odehrává chemická přeměna, kterou lze opakovat "oběma směry" a chemikálie se nespotřebovávají. Jedná se z chemického hlediska o poměrně složitý proces, ale zjednodušeně řečeno, při nabíjení přísunem elektrické energie - stejnosměrného elektrického proudu, dochází v článku k chemické reakci, při níž se elektrická energie v akumulátoru pomalu ukládá (akumuluje), a následně, při zapojení článku do elektrického obvodu, se při opačné reakci rychleji uvolňuje v množství, ve kterém je schopna vykonávat nějakou práci. Název "baterie" i pro akumulátory je zjevně používán proto, že z hlediska laika je činnost obou typů článků ve výsledku stejná - dodávají stejnosměrný elektrický proud, a tak se jim i stejně říká. Někdo mě zde na Foru poučoval, že automobilovým akumulátorům se říká "baterie", protože se jedná o "baterii" akumulátorových článků - budiž. Pro zjednodušení se můžeme přiklonit k zažitým názvům "baterie", "nabíjení" a "vybíjení".

Princip a vlastnosti

Nabíjení, resp.dodávka stejnosměrného elektrického proudu pro chemickou reakci ukládání el.energie v baterii, musí být řízená, neboť druhotným jevem při této chemické reakci je vznik ztrátového tepla, které může při překročení určité hranice článek zničit. Proto je nabíjení mnohonásobně delší proces, než vybíjení. Chemická reakce při vybíjení auto či moto baterií musí být naopak co nejspontánnější, aby se elektrická energie uvolňovala rychle ve velkém množství a byla schopna vykonat nějakou okamžitou práci, např.roztočit elektromotor startéru (a jeho prostřednictvím motor), a ještě musí zbýt na indukci jiskry zapalování a napájení elektronické části moderních aut či motocyklů.

Ačkoliv podle složení existuje nespočet typů akumulátorů, v automobilovém průmyslu se od počátku jeho masového rozvoje už bezmála sto let používá prakticky výhradně jediný, tzv.olověný článek."Olověný" podle materiálu, z něhož jsou desky (mřížky) akumulátoru, na něž se váží chemickou reakcí další chemikálie, ve kterých se při nabíjení "ukládá" elektrická energie. Tento typ akumulátoru má přesně ty vlastnosti, které jsou pro použití v automobilovém (tzn.i motocyklovém) průmyslu potřeba:
a) poměrně velká kapacita
b) poměrně krátká doba nabíjení
c) poměrně velká kapacita (množství "uložené" elektrické energie
d) poměrně velké množství nárazově uvolňované energie
e) poměrně malý objem
f) poměrně dlouhá životnost
g) poměrně velkou schopnost snášet "drsné" prostředí a zacházení
h) poměrně nízká cena

Určitě si mnozí řeknou, proč je před každou tou vlastností slovo "poměrně". Má to svůj význam - žádná z těch vlastností totiž není nejlepší z různých typů akumulátorů. Každou jednotlivou vlastnost předčí nějaký jiný typ akumulátoru. Ale ve svém souhrnu je to to nejlepší, co je už sto let k dispozici - nic lepšího v souhrnu těch požadovaných vlastností ještě nikdo nevymyslel, a ani to nevypadá, že by se na tom mělo něco v nejbližší budoucnosti změnit. Olověný článek má i zápory:
a) použití olova, které jednak jedovaté a jeho zásoby jsou omezené
b) jako elektrolyt je nutná kyselina sírová, která je také životu nebezpečnou chemikálií
c) značná váha

Uvedené zápory jsou však v součtu naopak méně závažné, než součet záporů jiných typů akumulátorů (alespoň v současnosti). Akumulátory všech typů, od těch do mobilů až po akumulátory pro automobily mají dvě společné negativní vlastnosti
1. jsou citlivé na přehřátí při nabíjení a pokud jsou nabíjeny příliš velkým neregulovaným proudem, dojde k jejich zničení
2. nesvědčí jim nečinnost, tzn.pokud v nich neprobíhá chemická reakce dobíjení a vybíjení, poměrně rychle "stárnou" a snižuje se jejich kapacita, tzn.schopnost pojmout a udržet si množství el..energie

Nabíjení a nabíječky

Chlazení je tedy základním problémem při nabíjení. Tento problém je řešen konstrukcí nabíječek, které jsou konstruovány přesně podle potřeb jednotlivých typů akumulátorů. Jelikož téma je velmi široké, budu se dále zabývat už pouze olověnými autobateriemi (do této kategorie patří i motocyklové baterie). Ideální nabíječkou je tzv.pulsní nabíječka, která dodává sice stejnosměrný proud, ale ne trvale (kontinuálně), ale v pulsech, tzn.v krátkých časových úsecích, mezi nimiž je pauza. Délka (správněji šířka) jednotlivých pulsů a prodlev mezi nimi je řízena většinou procesorem, podle stavu nabití akumulátoru a jeho momentální teplotě. Tím, že stejnosměrný proud není dodáván chemické reakci spojitě, dochází k zajímavému jevu, že do akumulátoru lze dodat několikanásobně větší množství energie za stejnou dobu, než při spojité dodávce el.proudu. El.proud během jednoho pulsu lze dodávat mnohonásobně vyšší, než by bylo možno do akumulátoru dodat spojitě a krátká následná pauza zabezpečí, že se elektrolyt neohřeje tak, jak by se ohřál při souvislé dodávce stejnosměrného el.proudu. Výsledkem je, že pulsní nabíječkou je možno akumulátor nabít za zlomek času, který by byl nutný k nabytí klasickou nabíječkou, aniž by došlo k jeho přehřátí a poškození. Navíc, puslní nabíjení má pozitivní účinek na stabilizaci chemických sloučenin na olověných deskách a omezuje tzv.sulfatizaci, což je průvodní jev stárnutí baterie, vedoucí až ke konci její životnosti.

Některé pulsní nabíječky jsou vzhledem k tomu, že jsou už tak jako tak vybaveny procesorem (tedy řízeny interním počítačem) vybaveny tzv.testovacím programem, který si akumulátor po připojení proměří a zvolí nejvhodnější průběh (program) nabíjení. Nabízí se tedy otázka, proč se nevyrábí pouze pulsní nabíječky a proč není pulsní i dobíjení v motorových vozidlech? Odpověď má několik důvodů.

Ekonomika

Asi nejdůležitějším důvodem je, že výkonově odpovídající pulsní nabíječka je v poměru k ceně olověného akumulátoru příliš drahé zařízení, které se nevyplatí. Stojí-li dnes 10 Ah motocyklový akumulátor cca 700 Kč a nejlevnější pulsní nabíječka cca 2 000 Kč, pak pro jednu baterku, kterou mám v mašině, která mi při dobrém zacházení vydrží cca 3 roky, ať mám či nemám pulsní nabíječku, se jedná o vyhozené peníze. Mnohokrát ověřená zkušenost je, že olověný akumulátor má svoji životnost, která je mu dána už při "zrodu" a pokud je standardně používán, nelze jí nějak závažným způsobem prodloužit (zkrátit špatným užíváním však ano). Stejné akumulátory, stejného výrobce, ve stejném automobilu, bez seřízení dobíjení a bez hlubokého vybití (třeba zapomenutými světly v garáži) jednou vydrží 2 roky, a podruhé 5 let - je to kus od kusu. Je to způsobeno tím, že někdy se z desky odlomí větší kousek chemické sloučeniny, která by normálně spadla na dno a tam se usadila a ničemu by nevadila. Jenže, jelikož se jedná o nepravidelný útvar, zasekne se mezi deskami, zkratuje je, a tak se akumulátor začne vybíjet do vnitřního zkratu a pomalu "umírá". Teoreticky by měla pulsní nabíječka stabilizovat chemické látky na deskách právě proti opadávání, ale to se týká pouze přirozeného rozpadu a ne mechanického odlomení vlivem vibrací - to je dáno jako vnitřní skrytá vada od samého počátku ve výrobě. A pokud na někoho "vyjde" takový kousek, má smůlu a žádná pulsní nabíječka mu nepomůže. Ale připusťme, že pulsní nabíječka prodlouží život akumulátoru o 20%, tedy že místo 36 měsíců vydrží v motocyklu 43 měsíců. Při ceně baterie 700 Kč a 36 měsících průměrné životnosti je to náklad 19,40 Kč/měsíc. Při 43 měsících životnosti je to 16,30 Kč/měsíc - tedy rozdíl cca 3,10 Kč/měsíc. Velmi dobrá nabíječka s elektronickou regulací, vhodná i na gelové baterie (viz dále) z nabídky fy Micronix (www.micronix.cz) typ MVA1200-AD stojí 672 Kč. Pulsní OptiMate III stojí 1 912 Kč - rozdíl je tedy 1 240 Kč. Pokud je všechno ideální a nedojde k předčasnému zničení baterie, tak OptiMate III se zaplatí za 400 měsíců, tedy za 33 let.

Ale ještě jsem přeci uvedl jeden argument, svědčící pro pulsní nabíječky. Napsal jsem výše: "pulsní nabíječkou je možno akumulátor nabít za zlomek času, který by byl nutný k nabytí klasickou nabíječkou, aniž by došlo k jeho přehřátí a poškození". To je svatá pravda. To by však ta pulsní nabíječka musela být tak výkonná, aby byla schopna dodávat ten vyšší proud. Jenže to by nestála 1 900 Kč, ale cca 19 000 Kč. Ona totiž ta OptiMate III za 1 912 Kč má výkon 0,6 A, stejný jako MVA1200-AD za 672 Kč. Takže rozdíl v čase nabíjení nebude žádný.

A pak je zde ještě otázka, proč není pulsní dobíjení přímo ve vozidle, kde se na nějakou korunu přeci už nekouká. Důvod je spolehlivost - pulsní nabíječka je poměrně složité elektronické zařízení, řízené počítačem, sestávající z mnoha součástek, a k její poruše může dojít daleko snáze, než k poruše jednoduchého nabíjecího obvodu ve vozidlech. A výsledný efekt je z důvodů zde uvedených, prakticky nulový.

Samovybíjení

Napsal jsem, že akumulátorům obecně nesvědčí nečinnost, tzn.pokud v nich neprobíhá chemická reakce dobíjení a vybíjení, poměrně rychle "stárnou" a snižuje se jejich kapacita, tzn.schopnost pojmout a udržet si množství el..energie. Je to dáno tím, že přesto, že mezi kontakty akumulátoru vyjmutému z vozidla, není žádný elektrický odpor, tak určitý elektrický odpor je uzavřen skrze samotnou baterii uvnitř. Jednoduše řečeno, akumulátor se vybíjí i když stojí sám o sobě, dochází v něm k nevratným degradačním změnám, desky zvolna odpadávají a akumulátor ztrácí kapacitu, tedy schopnost akumulovat a udržet elektrickou energii. Paradoxně je tento proces rychlejší, pokud akumulátor nepracuje, tedy není-li dobíjen a vybíjen v režimu svých parametrů. Na rozdíl od jiných typů, olověný akumulátor je vhodné skladovat plně nabitý. Trvalé nabíjení mu však škodí, zejména proto, že se hřeje. Existují proto specielní nabíječky, které se na dobu, kdy je akumulátor odstavený, na něj připnou, a trvale ho pomalu vybíjejí, a když jeho napětí klesne na určitou hodnotu, sami se přepnou, a zase ho pomalu nabíjejí, a když jeho napětí dosáhne určité hodnoty, sami se přepnou, a zase ho vybíjejí... a tak pořád dokola. Říká se jim slangem "jogger" a stojí několik set Kč. Pokud vím, prodával je např. Conrad (www.conrad.cz), ale určitě i jiní prodejci. Nemyslím, že je to "boh vie čo", a že to prodlouží život akumulátoru o polovinu, ale nechcete-li se přes zimu starat, je to řešení. Používá se také např.na akumulátory v lodích přes zimu, odstavená auta apod.

Akumulátor se dá také udržovat nabitý po dobu delší nečinnosti slabými nabíječkami, které dávají velmi malý nabíjecí proud, říká se jim "udržovací nabíječky" (jsou to takové malé transformátorky přímo do zásuvky, jako na mobilní telefony) a nebo nabíječkami s elektronickou regulací, které mají pro tento případ zvláštní režim, jako nabíječky MVA1200-AD, OptiMate III nebo AkuMate (www.micronix.cz). V zásadě to umí každá nabíječka určená pro gelové akumulátory (viz dále).

Elektrika a jednotky

Elektrická energie má dvě základní hodnoty, kterými se definuje její kvalita. Jedná se o napětí a proud. Pokud má někdo problémy s rozlišením napětí a proudu, které už z obecné školy zapomněl, tak tyto veličiny lze pro pochopení přirovnat k vodě - tlak vody v rozvodu vody (trubkách) je obdobou napětí v rozvodu elektriky (v drátech) a udává se ve Voltech. A množství vody, která rozvodem protéká, je možno přirovnat k proudu, který se udává v Ampérách. Ono se to tak nakonec i analogicky jmenuje - tlak-napětí a množství-proud. Čím větší je tlak vody v rozvodu, tím více vody proteče stejným průměrem trubky nebo dírou. Čím větší je napětí v rozvodu (čím více Voltů), tím větší množství proudu (více Ampér) rozvodem nebo spotřebičem proteče. A tady je nutné si zapamatovat, že to, co ničí a zabíjí, není napětí (ačkoliv je to obecně vžité), ale právě proud, resp.množství el.proudu (elektrické energie). Elektrický proud, nikoliv elektrické napětí dělá práci, ale také může ničit či zabíjet. A opět to lze přirovnat k vodě - malý pramínek ani pod velkým tlakem mnoho škody nenadělá, ale velké množství vody roztáčí turbiny, ale také ničí města. A další analogie. Pokud má voda malý tlak, zacpeme díru prstem. Má-li voda tlak velký, prst uřízne jako nic - vodním paprskem s vysokým tlakem se řeže ocel i sklo. Malé elektrické napětí nám nic neudělá a ještě i 9V baterii lze zkoušet jazykem. Jenže ta samá 9 V baterie v přístroji, kde se těch 9 V transformuje na cca 10 000 V a více (paralyzer) spolehlivě zpacifikuje metrákového chlapa. A poslední důležitou veličinou, která v tom vztahu hraje důležitou roli, je tzv.elektrický odpor, což je možné přirovnat k průměru potrubí či díry, kterou voda protéká a udává se v Ohmech. Čím menší je díra, tím méně vody proteče. Ale při stejné díře proteče více vody, má-li voda větší tlak. Vztahy napětí, proudu a odporu prostředí jsou definovány v Ohmově zákonu. Nebudu ho zde citovat, ale je to zhruba tak, že při stejném napětí prochází obvodem tím větší množství proudu, čím je menší elektrický odpor celého obvodu, a naopak. Jinými slovy, čím menší je odpor, tím více elektrického proudu jím projde a tím více ten elektrický proud (což je ta elektrická energie) nadělá práce a nebo škody.

Kapacita akumulátorů

Každý akumulátor má danou kapacitu, což je množství el.energie, které je schopen pojmout (akumulovat) a zase vydat. Tato hodnota je udávána v jednotkách, které jsou definovány množstvím proudu dodávaného po určitou dobu. Akumulátor je jako sud, ve kterém je díra určitého průměru, kterou voda vytéká. A podle velikosti sudu vytéká vodu určitou dobu, než je sud prázdný - čím je sud větší, tím více vody v něm je a tím déle vytéká. A protože množství elektrického proudu se udává v Ampérách, tak množství el.proudu, který je akumulátor schopen dodávat se udává v Ampérách za hodinu, a tato jednotka se jmenuje Ampérhodina a značí Ah. Běžný motocyklový akumulátor má cca 10 Ah, tzn. že dokáže vydávat proud v množství 1 A po 10 hodin. Dá se to i převést do jiného poměru se stejným výsledkem, např. že proud 10 A dokáže vydávat 1 hod., nebo 60 A po 1/6 hod.(10 min.) A tady se uplatňuje jedna z důležitých vlastností olověných akumulátorů, totiž, že dokáží dávat nárazově velký momentální proud, potřebný pro nastartování motoru, tzv.startovací proud. Některé jiné typy akumulátorů při stejné kapacitě 10 Ah nedokáží ten poměr tolik změnit, tedy nedokáží např. uvolnit těch 60 A po 10 minut, ale pouze třeba 10 A po 1 hod., což však nestačí na roztočení studeného motoru se ztuhlým olejem a pro indukci silné jiskry pro zážeh studené směsi ve válci. Studený akumulátor má vždy sníženou kapacitu. Pokud olověný akumulátor vydává extrémní množství el.proudu, tak se chemická reakce za určitou dobu vyčerpá a akumulátor se zahřívá. A tak se stane, že při pokusu nastartovat dlouho odstavené vozidlo v zimě se to na první pokus nepovede. Ale počkáme-li několik minut a pokus opakujeme, stane se zázrak a motor naskočí. Je to dáno tím, že jednak se motor při prvním pokusu protočí a částečně promaže, a studený akumulátor se zahřeje a je schopen vydat větší množství proudu. Proto nikdy netočte motorem na první pokus dlouho - 5 vteřin a dost. Pak 2 až 5 minut počkejte (podle stavu akumulátoru, aby se stačil "zregenerovat) a na druhý pokus by to mělo vyjít. Jakmile začne při startování startér "vadnout", okamžitě přestaňte startovat, protože motor stejně nechytne neboť napětí akumulátoru, resp.startovací proud je slabý, aby dal silnou jiskru, a pouze odčerpáváte akumulátoru energii, kterou by mohl vložit do druhého pokusu.

Elektrolyt

Olověné akumulátory obsahují kromě olověných desek s nanesenými chemickými sloučeninami ještě tzv.elektrolyt, což je tekutina, ve které jsou desky ponořeny, a ve které probíhá chemická reakce ukládání a vydávání el.energie. Jako elektrolyt je použita kyselina sírová o určité předepsané koncentraci, které se dosáhne naředěním destilovanou vodou. Destilovanou vodu je nutné používat proto, že voda, která neobsahuje žádné příměsi, zejména sole, je prakticky nevodivá - má velký elektrický odpor. Pro mnohé je to možná překvapení, ale je tomu tak. My starší jsme si to mohli ověřit na tzv.fázových ohřívačích vody na kávu (které se dnes již nepoužívají, protože jsou životu nebezpečné), což byla nádoba, na jejímž dně byly zakončeny dráty ze zásuvky na 220 V (jakási předchůdkyně dnešních varných konvic). Když se tato nádobka naplnila vodou a pak se zapojila do zásuvky, voda začala v zápětí bublat a pak vřít. Nádobka se vypnula ze sítě a horká vod na kávu byla během pár vteřin připravena. To ovšem bylo možné pouze s vodou, která byla běžně dostupná z vodovodu, která obsahuje spoustu různých příměsí a solí. Když se ale někdy stalo, že voda nebyla po ruce, a automobilista chtěl použít na kávu destilovanou vodu, kterou měl v autě pro dolévání do akumulátoru, nestalo se nic - destilovanou voda, která měla velký elektrický odpor, neprotékal žádný elektrický proud, a tak jí nemělo co ohřát. Kouzelný hrníček nefungoval a dokonce do něj bylo možno strčit prsty, což by jinak skončilo (a také mnohdy skončilo) tragicky. Ale stačila nasypat špetka soli a voda se vařila - elektrický odpor se solí zmenšil a proud začal vodou protékat a ohřívat jí. Kyselina sírová o předepsané koncentraci má určitý elektrický odpor, kterým jsou "propojeny" elektrody v akumulátoru, které tvoří olověné desky s vrstvou chemikálií a chemická reakce pro nabíjení i vybíjení může probíhat "podle plánu". Pokud však do akumulátoru nalijete obyčejnou vodu z vodovodu, která obsahuje minerální sole, změní se elektrické poměry v akumulátoru, sníží se tzv.vnitřní odpor akumulátoru, a ten se začne vybíjet sám do sebe. Tato změna je nevratná, protože minerální sole se chemicky sváží s chemikáliemi v akumulátoru a ani výměna elektrolytu už nepomůže.

Údržba

Starší typy akumulátorů bylo nutno dolévat, protože elektrolyt se odpařoval a desky po čase nebyly ponořeny a na vzduchu se rozpadly, čímž se kapacita akumulátoru nevratně snížila. Jelikož se odpařuje pouze voda a nikoliv kyselina, dolévat se musí pouze destilovaná voda. Ta se dolévá zátkami nad jednotlivými články, které nejsou uvnitř propojeny, tedy do každého zvlášť, tak, aby desky byly zcela ponořeny a nad nimi cca 5-10 mm elektrolytu (podle velikosti akumulátoru). Často dnes bývají nádoby akumulátorů z bílé průhledné hmoty, kde je možné hladinu elektrolytu vidět z boku, aniž by je bylo třeba pro kontrolu otvírat. Moderní akumulátory jsou konstruovány jako tzv.bezúdržbové, tzn., že dolévací zátky buď vůbec nemají, nebo je nemají otevírací, ale nalisované. Bezúdržbové baterie však nebývají zcela uzavřeny, ale mívají složité odvětrávání, protože při nabíjení a nebo při silné zátěži tzv.plynují, tzn, že z elektrolytu uniká plyn, vznikající při chemické reakci. Proto je nutné olověné akumulátory s tekutým elektrolytem nabíjet ve větraných prostorách, protože za určitých okolností a koncentrací je plyn zdraví škodlivý (může poleptat sliznice) a dokonce výbušný. V některý případech při příliš "razantním" dobíjení, ale zejména při velkém zatížení při startování, může vlivem plynování elektrolyt vystříknout (nebo dokonce stříkat) z akumulátoru, nebo, pokud je ucpané odvětrání akumulátoru, může vystřelit umělohmotná zátka s gejzírem elektrolytu (kyseliny). Olověné akumulátory mají na svědomí mnoho slepých zvědavců, kteří se dívali, jak akumulátor plynuje. Pokud se kyselina dostane do očí, nepomůže nic jiného, než strčit oči pod vodovod, násilím držet otevřené a vyplachovat desítkami litrů vody - jde o vteřiny, poškození bývá nevratné. Poškozené oko kyselinou vypadá šíleně. Poslední dobou se objevil moderní typ olověných akumulátorů, zdůrazňuji OLOVĚNÝCH AKUMULÁTORŮ, které mají místo tekutého elektrolytu gel. Tento akumulátor je na stejném principu jako jakýkoliv jiný olověný akumulátor, pouze elektrolyt byl upraven do gelové podoby. Tyto akumulátory jsou také bezúdržbové, zcela uzavřené, nemají odvětrání, aby gel nevyschl, a mají i poněkud specifické vlastnosti, které je nutné vzít v úvahu zejména při nabíjení.

Nabíjení - dobíjení

Nabíjení a dobíjení je z hlediska principu to samé, pouze, chceme-li být přesní, lze říci, že olověný akumulátor se jednou na začátku nabije, a pak už se pouze dobíjí. Nikdy se totiž nesmí vybít zcela, protože dojde k nevratnému rozpadu desek a ztrátě kapacity a životnosti. Stejně lze rozdělit i nabíječky a dobíječky - je to v principu jedno a to samé, běžně se to nerozlišuje, ale chtěl-li bych být přesný, pak nabíječka dokáže nabít novou, "prázdný" akumulátor (tedy je silnější), zatímco dobíječka je slabší zařízení, které akumulátor pouze dobíjí a udržuje. Ale znovu opakuji, je to v praxi zcela zaměnitelné názvosloví. Důležité je si ujasnit, že je rozdíl mezi "nabíjecím napětím" (to má každá nabíječka olověných akumulátorů v rozmezí 14,4 až 14,7 V), a "napětím nabitého akumulátoru". Přepínáním velikosti nabíjecího napětí mezi 14,4 a 14,7 V se řeší u levných nabíječek bez elektronické regulace (většinou odbočkou ze sekundárního vinutí transformátoru), velikost nabíjecího proudu. (Podle Ohmova zákonu vychází z hodnoty nabíjecího napětí a vnitřního odporu akumulátoru nabíjecí proud, přičemž neregulovaný trvalý stejnosměrný nabíjecí proud u olověných akumulátorů se doporučuje hodnota 1/10 hodinové kapacity baterie v Ampérách.) Dosáhne-li akumulátor stavu nabití (což je přibližně 13,8 V), začne plynovat, protože dodávaná energie se už nepřeměňuje v chemické reakci - akumulátor už je nabit a vyššího napětí dosáhnout nemůže, což je dáno fyzikálním principem olověných článků. U akumulátorů s tekutým elektrolytem další nabíjení napětím 14,4 - 14,7 V krátkodobě (tzn.třeba několik hodin) nevadí, protože vzniklý plyn odchází buď odvětracím systémem pod zátkami, nebo skrze dírky v zátkách a nebo povolenými zátkami, což je nejjistější způsob při nabíjení, který je dobré použít - lze tak kontrolovat i jednotlivé články, zda plynují stejně. A navíc se vyvíjením plynu elektrolyt do určité míry chladí (jako když se člověk potí). Při vizuální kontrole plynování vypněte vždy nabíječku!!! Článek plynuje stejně jako při nabíjení určitou dobu i po jejím vypnutí, ale není pravděpodobné, že by vystříkl elektrolyt. V každé případě, brýle jsou podmínkou - dívat se do článku akumulátoru při nabíjení nebo těsně po odpojení nabíječky, nebo při startování apod. bez brýlí, je zcela pitomý adrenalinový sport. Pokud některý článek neplynuje (neunikají bublinky) a nebo plynuje výrazně méně, tak je špatný, má malý vnitřní odpor a dodávaná energie se spotřebovává vnitřním zkratem. Po ukončení dobíjení se skrze tento článek za čas akumulátor sám vybije.

Gelový akumulátor

Akumulátor gelový je uzavřený a není schopen odvádět vzniklý plyn při nabíjení po dosažení plného nabití.. Pokud se v nabíjení pokračuje, nafoukne se a zdeformují se desky, v krajním případě obal akumulátoru exploduje. Proto nabíječka určená pro gelové akumulátory, musí být opatřena obvodem, který si při nabíjení akumulátor měří, a když zjistí, že je nabit, přepne nabíjecí napětí z těch nabíjecích skoro 15 V na tzv.udržovací napětí 13,8 V, které akumulátor už dále nenabíjí, neboť je v podstatě stejné, jako napětí nabitého akumulátoru, ale pouze ho udržuje ve stavu plného nabití a nahrazuje ztráty vzniklé samovybíjením. Akumulátor se z elektrofyzikálního principu nabíjí pouze tehdy, je-li nabíjen vyšším napětím, než má sám. Co se týče údajů na nabíječce či v dokumntaci, tak údaj, že nabíječka má např.nabíjecí napětí 14,4 - 14,7 V nemá žádnou výpovědní hodnotu, zda se jedná o nabíječku pro akumulátory s tekutým elektrolytem nebo tzv.gelové. Je to pouze technický údaj, stejný, jako že je na napájecí napětí 220 V nebo jaké má nabíječka rozměry apod. Gelový akumulátor musí být tedy nabíjen nabíječkou, která je pro nabíjení gelových akumulátorů určena, tzn, že má elektronicky hlídané napětí 13,8 V, po jehož dosažení se automaticky přepne na udržovací dobíjení. Takovou nabíječkou lze bez problémů nabíjet i normální akumulátory s tekutým elektrolytem, dokonce s výhodou automatického přepnutí na tzv.udržovací nabíjení. Zásada je, že slabší dobíječkou silnější akumulátor lze dobít dobře, pouze to trvá déle. Pomalejší dobíjení slabší dobíječkou je pro jakýkoliv akumulátoru šetrné a rozhodně mu neuškodí. Pokud je dobíječka opravdu hodně slabá, tzn.kolem 1/50-1/100 kapacity akumulátoru, může být připojena trvale jako udržovací, protože nabíjecí proud je tak slabý, že v podstatě pouze nahrazuje úbytek proudu samovybíjením, a nemá dostatek síly, aby akumulátor zahřál. Tuto funkci má z podstaty každá nabíječka na gelové akumulátory, která se přepne po nabití na zmíněných 13,8 V. Každou malou dobíječkou na gelové akumulátory lze tedy dobíjet i normální autobaterie jako udržovací dobíječkou. Obráceně to nejde - silnou dobíječkou na autobaterie, které mívají kapacitu kolem 50 Ah a výše, se slabá motocyklová baterie (s kapacitou běžně kolem 10 Ah) zničí (s jedinou výjimkou uvedenou níže). Z výše uvedeného je zřejmé, že nelze v automobilech ani motocyklech nahrazovat baterie s tekutým elektrolytem (lhostejno jestli údržbové či bezúdržbové) gelovou baterií. Pokud tak učiníte, gelovou baterii zničíte, neboť nabíjecí obvod, který není uzpůsoben pro nabíjení gelových akumulátorů, jí bude trvale nabíjet plným nabíjecím napětím kolem 15 V a zničí ji. Obráceně to možné je zcela bez problémů.

Upozornění: Nikdy neodpojujte akumulátor za běhu motoru, protože zcela spolehlivě okamžitě odpálíte elektronický usměrňovač nebo celý alternátor, jehož je součástí, a v horším případě i celou elektroniku, když se nekontrolovaně zvýší napětí v palubní síti až na cca 50 V. To vyjde na pár tisíc až desítek tisíc Kč (podle typu motocyklu či auta).

Důvody použití gelových akumulátorů pro motocykly

Ještě je třeba zodpovědět otázku, proč se vůbec používají gelové akumulátory, když s nimi jsou takové problémy a jsou skoro dvojnásobně dražší než obyčejné s tekutým elektrolytem. Existuje pár důvodů, ne zcela nepodstatných. Gelové akumulátory jsou při stejné kapacitě menší a lehčí, což je zejména pro motocykly důležitý parametr. Gelové akumulátory mají při stejné kapacitě vyšší startovací proud a proto mohou být použity akumulátory s menší kapacitou, které jsou tím pádem menší a lehčí, což je zejména pro motocykly důležitý parametr, a to už po druhé. Kapacita motocyklových akumulátorů je totiž dána především velikostí startovacího proudu, protože po nastartování už je celý motocykl zásobován z alternátoru. Gelové akumulátory se nemohou vylít a tak při položení motocyklu, což je rozhodně častější případ, než auta, se nevylije elektrolyt a nic nezničí. Gelové akumulátory jsou zcela uzavřené a neodpařují se, a tak nedochází k zrezivění schránky na motocyklu.

Nouzové nabíjení gelových akumulátorů

Gelový akumulátor s ohledem na velkou plochu efektivně umístěných elektrod snese mnohonásobně vyšší počáteční nabíjecí proud, takže lze v případě, že je třeba rychle gelový akumulátor dobít, použít i normální nabíječku autobaterií (řádově půl hodiny - podle jejího výkonu, kapacity gelového akumulátoru a stupně jeho vybití), ale MUSÍ SE HLÍDAT (jinak se nafoukne a může i explodovat)!!! Je to použitelné pro nouzový případ, že ten gelový akumulátor byl silně vybit, tzn.že sice svítí kontrolky, cvaká startér, ale nemá sílu nastartovat. V takovém případě ho lze na omezenou dobu zapnout na normální nabíječku autobaterií, ale musí se neustále hlídat, aby nebyl horký. A jak bude mít sílu nastartovat, tak nabíječku vypnout. Z toho vyplývá postup: nabíjet ho v motorce a jakmile začne být teplý, zkusit nastartovat. Zbytek se dobije jízdou. Pokud je "gelovka" vybita tak, že nerozsvítí ani kontrolky, event.necvakne startérem, je to většinou její konec - gelové akumulátory nesnáší tak silné vybití, zvláště, trvá-li delší dobu. Může však takovýto stav přežít, ale ne nadlouho - silně se mu sníží kapacita i životnost. Záleží zejména na době, jakou ve stavu hlubokého vybití byl. Pokud má motocykl nebo automobil dobře seřízené zapalování, nemusí se to zpočátku ani projevit, protože baterka není při startu zatížena na 100% kapacity. Projeví se to při delší odstávce bez dobíjení, hlavně, pokud je vystavena mrazu a delšímu startování. Vlivem kalů z rozpadlých desek se sníží vnitřní odpor článků akumulátoru a dojde k jejímu samovybíjení. Hluboké vybití gelové baterie snáší hůře než ty s tekutým elektrolytem, i když v zásadě pro každý akumulátor je hluboké vybití škodlivé, protože při něm postupně dochází k nevratným "degenerativním" změnám struktury desek.

Sulfatace

Sulfatace olověných akumulátorů je hlavní příčina jejich "stárnutí" a omezené délky "života". Vlivem opakovaných chemických reakcí a mechanického namáhání vibracemi dochází k postupnému opadávání chemikálií z desek a ty se u akumulátorů s tekutým elektrolytem usazují na dně nádoby pod deskami ve formě kalů. Po určité době se sníží kapacita akumulátoru proto, že na deskách je méně chemikalií, které jsou schopny akumulovat a vydávat el.energii, resp.desky jsou pokryty již neaktivními chemikáliemi, ale, co je horší, vrstva vodivých kalů se dostane až k spodnímu okraji desek, způsobí mezi nimi zkrat, a skrze takový zkratovaný článek se akumulátor vybije sám do sebe a "zemře". To jsou ty situace, kdy ráno přijdete k autu nebo k motorce, která den před tím bezvadně startovala, zastrčíte klíček a nestane se nic - ani světélko na vás nemrkne. Je to krásná a tichá smrt, jako když člověk zemře ve spánku. Takové baterce již není pomoci, i když paradoxně, ji lze nabít - druhý den to bude stejné. Někdy se stane, že při manipulaci se kal usadí a přestane článek zkratovat, a protože akumulátor byl zcela vybit pouze pár hodin, nestačily se desky zcela rozpadnout. Je to však pouze "labutí píseň" - netrapte ji, vždyť koně se také střílejí. Zásadně, se starými baterkami zacházejte opatrně, netřeste jimi a nenaklánějte je, pokud to není nezbytně nutné.

Desulfatace elektrická

Reklama tvrdí, že některé nabíječky (např.OptiMate III), dokáží akumulátor zregenerovat nebo desulfátovat. To je velmi, velmi nadnesené tvrzení. Asi jako že chrchlajícího kuřáka uzdraví 14tidenní pobyt v Tatrách. Optimate "zachrání" pouze to, co není zničeno (stejně jako ty Tatry "zachrání" pouze tu část plic kuřáka, která je ještě funkční). Ale jak jsem napsal výše: Hluboké vybití je škodlivé, protože při něm postupně dochází k nevratným "degenerativním" změnám struktury desek. A navíc, je otázkou smysl investovat do nabíječky cca trojnásobek ceny baterie pro toho, kdo má doma pouze jednu baterii v motorce. Funkce Optimate při použití na starší baterii je podobná procesu prvního nabíjení nové baterie, kterým se baterie tzv.formuje. Je pravda, že dobíjení nabíječkou typu Optimate III (pulsní s testem) je pro baterku to nejlepší, co jí lze poskytnout. Jednak si jí nabíječka "otestuje" a pak nabíjí v nejvhodnějším režimu, a jednak samo pulsní nabíjení je velmi šetrné a baterce škodí daleko méně než nabíjení kontinuálním stejnosměrným proudem. Na druhé straně, olověný akumulátor stárne jako my, ať pracujeme nebo ne. Ale rychlost stárnutí a délka života je individuální jak u člověka, tak u baterie. Dvě naprosto stejné baterie zapojené v jednom přístroji, tzn.v naprosto stejném režimu, se mohou v životnosti lišit klidně o polovinu. Dobíjení pomocí Optimate III je spíše prevence než rekonvalescence, a hezká, ale drahá snaha si baterku uchovat co nejdéle. Nevratně ztracenou kapacitu baterce však nevrátí ani David Coperfield. Nabíjení pomocí Optimate III lze přirovnat k jezení "zdravých jídle" (zeleniny, bez živočišných tuků, uzenin atd.) - zdravému nepomůže, nemocného nevyléčí, pouze to méně škodí. A ještě "lepší" je dobíječka typu Optimate s cca deseti až dvacetinásobnou kapacitou a kvalitnějším "softwarem", protože pulsní nabíjení velkým proudem skutečně může zregenerovat v olověném akumulátoru co ještě není zničeno, ale taková nabíječka stojí desítky tisíc Kč. A v souvislosti s nabíječkami řízenými procesorem, typu OptiMate bych chtěl ještě upozornit, že se vám někdy vůbec nemusí podařit některou starší "načatou" a nebo hluboce vybitou baterii nabýt. Chytrá nabíječka ji při testovacím programu ohodnotí jako vadnou, protože vnitřní odpor akumulátoru bude nižší, nebo napětí bude nižší, a nebo po zkušebním nabíjení bude napětí klesat rychleji, než má procesorová nabíječka v programu, a odmítne jí nabíjet. Někdy pomůže přiojit takovou umírající baterku na chvíli na normální nabíječku, tedy na tvrdý zdroj, a třeba za hodinu ji znovu připojit na OptiMate, která ji někdy "přijme" a pokusí se zregenerovat to, co ještě v baterce "žije".

Desulfatace chemická

A ještě pro úplnost jsou tu různé chemické přípravky na desulfataci a regeneraci olověných akumulátorů, tzv.desulfátory. Zapomeňte na ně! Jedině že chcete baterku zahodit dříve, než přestane fungovat sama, (když se vám zdá, že už nemá tu sílu), použijte desulfátor jako smrtící injekci při eutanázii! Podstata desulfátoru spočívá v tom, že rozpustí již nefunkční chemikálie na deskách, které snižují kapacitu akumulátoru. To je samozřejmě bohulibý záměr. Jenže druhotným efektem desulfátoru je, že rozpustí i kaly na dně akumulátoru, které jsou ze stejného materiálu. A protože podmínkou chemického desulfátoru je nalít ho do akumulátoru, místo elektrolytu, který si buď podle návodu máte schovat a přecedit kyselinu přes jemné umělohmotné sítko na kávu nebo tkaninu (např silonovou punčochu), nebo ho vylít "někam" a koupit si v drogerii nový, a pak s nalitým desulfátorem baterii protřepat, je to poslední rána z milosti, kterou baterii poskytnete. Většinou už při vylévání elektrolytu se část volných kalů dostane mezi desky, kde se "zasekne" a zkratuje je. A pokud ne, tak po rozpuštění desulfátorem a protřepání na to můžete vzít jed. Po vylití desulfátoru a nalití elektrolytu se vám už nikdy nepodaří akumulátor nabít, ale většinou odpálíte levnější nabíječky, které nemají dobrou ochanu přetížení, protože "pojedou do zkratu". Výsledkem takového pokusu jsou zničené šaty, obuv a všechno kolem od kyseliny, která při přelévání "ustříkla", popálené ruce (v lepším případě) a škody na životním prostředí, kam jste vylili starý elektrolyt a pak desulfátor. Když k tomu připočtete cenu za desulfátor, ztracený čas, zkrácený život baterie a nutnost jít koupit baterii novou, tak máte výsledek této dobře míněné akce.

Nabíjení starých akumulátorů

A poslední věc, na kterou bych chtěl upozornit. Máte-li starou baterku, zejména v autě, a nemáte pulsní nabíječku, nedávejte jí nabíjet jmenovitým proudem, tj. již zmíněná 1/10 kapacity na nějakou "pořádnou nabíječku", která dává tvrdých 5 - 10 A. Pokud je totiž baterka už "načatá" a některý článek má, z důvodů výše uvedených, částečný vnitřní zkrat, začne se tento článek hřát, ale vy si toho pravděpodobně nevšimnete, protože obal baterky je chlazen elektrolytem ostatních článků, a tak se ten článek teplem zničí. Navíc, silná nabíječka bude do takového akumulátoru "prát" stále plný výkon, protože se vnitřní odpor akumulátoru nezvýší na takovou hodnotu, aby se snížil nabíjecí proud, a ani nabíječka pro gelové akumulátory s regulací nabíjecího napětí nepozná, že jsou ostatní články již plně nabité a nesníží nabíjecí napětí a tím ani nabíjecí proud, a baterku tak "odpravíte" hned, přesto, že by mohla ještě sloužit např.celé léto, kdy není tak zatěžována skutečně "studenými" starty. Paradoxně tak méně znamená více, a slabá nabíječka za šest stovek vám udělá daleko lepší službu než pořádná silná nabíječka. Tak asi tak.