Kas būtu jādara, lai akumulators uzticami kalpotu ziemā?

Reakcijas, kas notiek akumulatorā

Nav nemaz obligāti jābūt ķīmijas vai elektronikas speciālistam, taču izpratne par to, kā darbojas automašīnas akumulators un kādi procesi tajā notiek, palīdzēs sagatavoties iespējamām problēmām un jau laikus paredzēt risinājumus. Tātad, pāris teikumi par akumulatora uzbūvi.

Svina-skābes tipa akumulatorā notiek apgrieztās elektroķīmiskās reakcijas:

1 Vienādojums.  Elektrolīts:  H₂SO₄  ⇔  H⁺ + HSO₄

2 Vienādojums.  Negatīvs elektrods: Pb(metāls) + HSO₄⁻  ⇔  PbSO₄ + H⁺ + 2e⁻

3 Vienādojums. Pozitīvs elektrods: PbO₂ + 3H⁺ + 2HSO₄⁻ + 2e⁻  ⇔  PbSO₄ + 2H₂O

4 Vienādojums. Kopējā reakcija: Pb (metāls) + PbO₂ + 2H₂SO₄  ⇔  2PbSO₄ + 2H₂O

  ⇔  UZLĀDE - IZLĀDE

Automašīnas akumulators nav ideāls enerģijas uzkrājējs: uzlādes laikā mēs zaudējam daļu enerģijas siltuma veidā, turklāt, mainās arī reakcijās iesaistīto plākšņu virsma.

Noderīgs vispārinājums, ko atbalsta arī slavenā Arēnija (Arrhenius) teorija, ir tāds, ka istabas temperatūrā daudzu ierasto ķīmisko reakciju reakcijas ātrums dubultojas, kad apkārtējās vides temperatūra paaugstinās par 10 °C.

• k – ātruma konstante;
• A – ekspon eksponenciālais koeficients, kas ir noteiktas ķīmiskās reakcijas konstante, kas saistīta ar daļiņu sadursmju biežumu;
• Ea – reakcijas aktivācijas enerģija (parasti norādīta džoulos uz molu vai J/mol);
• kΒ – Bolstmana konstante;
• T – absolūtā temperatūra (kelvinos).

Pazeminoties apkārtējās vides temperatūrai, reakciju ātrums palēninās. Lai akumulators aukstā ziemas rītā uzticami grieztu starteri, tam ir jābūt pilnībā uzlādētam. Ziemā dzinēja iedarbināšana prasa daudz vairāk enerģijas, jo eļļas sabiezē, visas spraugas samazinās, un akumulators atdod arvien mazāk enerģijas, kad apkārtējās vides temperatūra kļūst zemāka. Akumulatora parametrus ražotāji norāda pie 20 vai 25 °C, bet, ja apkārtējās vides temperatūra ir 0 °C, tipisks automašīnas akumulators zaudē aptuveni 35% no savas jaudas, pie -17 °C tas zaudē apmēram 60%. Protams, šāds salīdzinājums nav gluži precīzs, jo jo ar lielāku strāvu mēs izlādējam akumulatoru, jo mazāk enerģijas varam iegūt no akumulatora, līdz tā spriegums nokrītas līdz kritiskajam līmenim. 1. attēlā parādītas akumulatora ietilpības izmaiņas dažādās apkārtējās vides temperatūrās un pie dažādām izlādes strāvām. Salīdzināsim CA grafikus: 1 CA nozīmē, ka, izlādējot 75 Ah akumulatoru, mums ir 75 A strāva. Iedarbinot automašīnu, strāvas ir daudz lielākas (200-600 A), dīzeļdzinēju iedarbināšanai nepieciešams vairāk enerģijas.

1 att. Akumulatora ietilpība dažādās temperatūrās, izlādējot ar dažādām strāvām.

2 att. Akumulatora kritiskais spriegums, izlādējot ar dažādām strāvām.

Kā atvieglot automašīnas iedarbināšanu ziemā?

Kā atvieglot automašīnas iedarbināšanu ziemā?

Vienkāršs, bet efektīvs veids, kā atvieglot automašīnas iedarbināšanu aukstā laikā, ir izmantot sintētisko motoreļļu.

Otrajā grafikā parādīts kritiskais sprieguma līmenis, pie kura jāpārtrauc akumulatora izlāde. Iegūtās enerģijas daudzums laika vienībā ir tieši saistīts ar akumulatora temperatūru. Vienkāršākais veids, kā nedaudz uzsildīt akumulatoru, ir ieslēgt automašīnas gaismas. Pietiks ar vienu minūti. Vēl viens veids ir izņemt akumulatoru pirms aukstas nakts un uzglabāt siltā telpā, tajā pašā laikā to var uzlādēt, izmantojot lādētāju (šis veids nav piemērots augstās klases automašīnām).

Iedarbinot automašīnu ar manuālo ātrumkārbu, vajadzētu nospiest sajūga pedāli, tas arī nedaudz samazinātu akumulatora slodzi.

Ir svarīgi atcerēties, ka nedrīkst atstāt ieslēgtas elektriskās ierīces: pat neliela 5W salona spuldzīte nedēļas laikā var pilnībā izlādēt 75 Ah akumulatoru.

Visi iepriekš minētie taupīšanas veidi var atvieglot automašīnas iedarbināšanu, taču labākais veids ir pārliecināties, vai akumulators ir pilnībā uzlādēts. Ja automašīnā pareizi darbojas ģenerators un uzlādes kontrolieris, pēc vismaz 10 kilometru nobraukšanas tiks kompensēta (un nedaudz papildus uzlādēta) iedarbināšanai patērētā enerģija. Lai noskaidrotu, vai ģenerators un uzlādes kontrolieris darbojas labi, pietiek izmērīt akumulatora spriegumu, kad dzinējs darbojas (2000 dzinēja apgriezieni minūtē). Tam vajadzētu starp 13,9 un 14,7 V. Pilnībā uzlādēta akumulatora spriegumam ar izslēgtu dzinēju jābūt aptuveni 12,5–12,7 V. Lai šis mērījums būtu pareizs, automašīnai pēc dzinēja pēdējās iedarbināšanas ir vismaz stundu jāpastāv. Kā arī, neatstāt ieslēgtas gaismas, radio vai citas slodzes.

Kā zināt, kad jāuzlādē akumulators?

Akumulatora spriegumu var izmērīt ar vienkāršu multimetru. LEMONA speciālisti iesaka daudzfunkcionālās strāvas mērīšanas knaibles no UNI-T. Spriegumu var izmērīt arī ar citiem multimetriem, bet mūsu pārbaudītās strāvas mērīšanas knaibles “UT-210E”, ar kurām var pārbaudīt līdzstrāvas ķēdes un diodes un izmērīt pretestību, noderēs, ja jums būs jāmēra strāvas bez tieša pieslēguma.

Saspiežot akumulatoru pieslēgšanas korpusam (masai) vadu, var aptuveni ieraudzīt, kāda ir noplūdes strāva. Tā jāmēra tad, kad automašīnas dzinējs ir izslēgts un tai nedrīkst pārsniegt miliampērus, ko vēl var nosaukt desmitos. Ja akumulators tiek izlādēts ar 100 mA strāvu, kad dzinējs nedarbojas, tad nedēļas laikā tiks zaudēti 16,8 Ah. 

Ziemā braucot nelielos attālumos, akumulators parasti pilnībā neuzlādējas, jo apsildot logus, sēdekļus, stūri, atpakaļskata spoguļus, kopējā slodze var sasniegt vairākus simtus vatu.

Visā akumulatora kalpošanas laikā tā īpašības iekšējās korozijas un sulfācijas procesu ietekmē pakāpeniski pasliktinās, līdz ar to tā reālā ietilpība samazinās. Akumulatora ekspluatācijas laikā uz akumulatora plāksnēm veidojas nelieli amorfi sulfāta kristāli. Tā ir normāla parādība, tie pazūd, kad akumulators ir uzlādēts. Tomēr, ja akumulators darbojas gandrīz vienmēr ar nepilnu uzlādi, amorfais svina sulfāts pārvēršas stabilā kristālā un nogulsnējas uz akumulatora negatīvajām plāksnēm. Šīs parādības rezultātā var izveidoties īpaši lieli kristāli, kas samazina elektrolīta spēju mijiedarboties ar aktīvo vielu, kas ir atbildīga par veiktspēju.

Sulfāta kristālus var daļēji samazināt, izmantojot akumulatora lādētāju, kuram ir papildu akumulatora reģenerācijas darba cikls. Automašīnu akumulatoru uzlādei ir piemērots VICTRON ENERGY lādētājs "Blue Smart IP65". Šo lādētāju var izmantot ārpus telpām – ierīcei ir IP65 ūdensizturības koeficients, turklāt, tas ir ērts, jo ļauj pieslēgt strāvas padevi stāvvietā, tāpēc akumulators nav jāizņem no automašīnas. Izmantojot lādētāju „Blue Smart IP65“, uzlādes procesu var kontrolēt un uzraudzīt attālināti – savā viedierīcē vienkārši jāinstalē ražotāja lietotne un jāsavieno ierīces, izmantojot Bluetooth.

Akumulatora reģenerācijas ciklu var izmantot ne biežāk kā reizi mēnesī, jo, uzlādējot akumulatorus pie lielāka sprieguma, sākas gāzes izdalīšanās, palielinās elektrolīta blīvums.

Uzlādējot akumulatorus ar augstāku spriegumu, sabalansējas akumulatora cellu spriegums. Automašīnu akumulatoros nav uzstādītas cellu sprieguma balansēšanas ierīces, tāpēc akumulatora ekspluatācijas laikā (iekšējo pretestību atšķirības dēļ) virknē savienoto cellu spriegums sāk atšķirties: dažas cellas pārlādējas, pārējās nepilnīgi uzlādējas. Uzlādējot ar lielāku spriegumu, spriegums tiek sabalansēts. Ja ar automašīnu tiek braukts retāk vai akumulatora uzlādes līmenis ir zem 80%, elektrolīts sāk slāņoties un elektrolīta blīvums dažādos līmeņos sāk atšķirties. Šī iemesla dēļ akumulatora spriegums palielinās tā, it kā tas būtu uzlādēts. Akumulatora apakšā elektrolīta blīvums būs ievērojami lielāks, tāpēc šeit aktīvi veidosies sulfāti. Elektrolīta blīvumu var izlīdzināt sakratot vai uzlādējot ar lielāku spriegumu.

AGM tehnoloģijas akumulatoriem ir mazāks sulfācijas risks. Tos bieži var atrast automašīnās ar “Start-Stop” sistēmu, taču tie labi darbotos arī automašīnās bez šīs funkcijas. Tie ir nedaudz vieglāki par parastajiem akumulatoriem, un tiem nav raksturīga elektrolītu atslāņošanās. AGM akumulators atšķiras ar to, ka tajā tiek izmantoti ļoti plāni stikla šķiedras paklājiņi, kas novietoti starp plāksnēm, lai absorbētu un imobilizētu skābi. Šāda konstrukcija ļauj skābei nekavējoties sasniegt plāksnes, tāpēc reakcija ir ātrāka.

Īsumā par pastāvīgo akumulatoru pārlādi

Hermētiskie VLRA (ar VRLA vārstiem regulētie svina skābes) akumulatori ir hermētiski un tiem nav nepieciešama apkope. Tos neizārdot nav iespējams ieraudzīt elektrolīta līmeni, krāsu vai izmērīt elektrolīta blīvumu. Ekspluatējot hermētiskus VLRA akumulatorus, jāizvairās no pārlādēšanas, jo nav iespējas papildināt elektrolītu.

Ja rodas šaubas, ka VLRA tipa akumulators varētu būt izlādējies, vispirms ir jāizmēra akumulatora spriegums. Kad dzinējs darbojas vismaz 2000 apgriezienu minūtē, spriegums nedrīkst pārsniegt 14,8 V. Ja spriegums ir lielāks, jāpārbauda automašīnas ģeneratora regulators, vai arī var rasties aizdomas, ka akumulators slikti pieņem uzlādi. Akumulatoram pievienojot lādētāju, ar multimetru var izmērīt uzlādes strāvu. Izmantojot VICTRON ENERGY lādētāju, uzlādes strāvas lielumu var redzēt ar lietotnes palīdzību.

Ja neizdodas palielināt uzlādes strāvu, tā var būt zīme, ka akumulators drīzumā būs jānomaina.

Pastāvīgi ietekmējot akumulatoru ar pārāk augstu uzlādes spriegumu, sākas akumulatora korozijas process.

3 att. Korozijas ietekme akumulatora plāksnes. 

Lai sasniegtu maksimālo virsmas laukumu, startera akumulatoros svins uz plāksnēm tiek veidots sūkļa veidā. Ekspluatācijas laikā svina daļiņas nokrīt un samazina akumulatoru veiktspēju.

Akumulatora plākšņu tīkliņa korozija ir neizbēgama, jo elektrodi vienmēr ir reaktīvi svina skābes vidē. Svina izšķīšana ir dabiska parādība, kuru var tikai palēnināt, nevis novērst.

Akumulatora spailes var arī sarūsēt. Tas ir bieži redzams, kad starp diviem atšķirīgiem metāliem oksidēšanās rezultātā (starp spaili un polu) veidojas balts pulveris. Spailes korozijas vietā pasliktinās elektriskais kontakts, var uzkarst vada savienojums. Savienojošo spaiļu nomaiņa pret jauniem, kas izgatavoti no tāda paša materiāla kā akumulatora pols, atrisinās lielāko daļu korozijas problēmu.

Akumulatora īssavienojums un mīksts īssavienojums

Svins, kas atrodas akumulatorā, ir mehāniski aktīvs. Izlādējot akumulatoru, svina sulfāts izraisa plākšņu izplešanos – uzlādes laikā plāksnes atkal saraujas. Laika gaitā veidojas sulfāta kristāli, kas uzlādes laikā vairs nepazūd. Startera akumulatoros sulfātu izdalīšanos var kontrolēt, jo akumulatori parasti netiek dziļi izlādēti (ja ģenerators darbojas pareizi un regulāri braucam ar auto lielākus attālumus, netiek atstātas ieslēgtas elektroierīces). Pat vienkārša automašīnas signalizācija var pilnībā izlādēt akumulatoru, ja automašīna ilgstoši stāv.

Īssavienojums starp akumulatora plāksnēm ir biežāk sastopams kravas automašīnu startera akumulatoros. Ekspluatējot akumulatorus, nogulšņu uztvērējs, kas atrodas konteinera apakšā, piepildās ar sīkām svina daļiņām, veidojot vadītspējīgu slāni. Laika gaitā vadītspējīga masa var sasniegt plāksnes, radot īssavienojuma efektu. Termins "īssavienojums" ir kļūdains nosaukums, labāki termini, lai aprakstītu šo stāvokli, varētu būt: palielināta pašizlāde vai mīksts īssavienojums.

Mīkstos īssavienojumus ir grūti noteikt, jo akumulators tūlīt pēc uzlādes darbojas labi. Būtībā uzlāde novērš visus mīksta īssavienojuma pierādījumus, izņemot, iespējams, paaugstinātu temperatūru uzlādes laikā, ko var novērot, pieskaroties akumulatora korpusam. Tomēr pēc 6–12 stundu ilgas stāvēšanas akumulatorā sāk parādīties anomālijas, piemēram, zemāks atvērtās ķēdes spriegums un samazinājies elektrolīta blīvums. Arī izmērītais tilpums būs mazāks, jo pašizlāde ir patērējusi daļu no uzkrātās enerģijas.

Vēl viena mīksta īssavienojuma forma ir kristāli, kas aug akumulatorā. Tas notiek, ja separatori un plāksnes ražošanas laikā tiek uzstādīti nedaudz neprecīzi, kā rezultātā daļa plākšņu paliek neuzlietas ar elektrolītu. Līdzīgi var notikt, ja akumulators tiks pārlādēts: elektrolītā esošais ūdens sadalīsies, elektrolīta līmenis akumulatorā samazināsies. Šāds efekts veicina vadītspējīgu kristālu veidošanos ap malām, kā rezultātā palielinās pašizlāde. Elektrolīta līmeni akumulatoros var kontrolēt, izmantojot automātiskos akumulatoru lādētājus, kas seko uzlādes procesam un neļauj pārlādēt akumulatoru.

Lieli svina gabaliņi ir vēl viens īssavienojumu cēlonis. Tas notiek, kad svina gabaliņi atdalās no metinātajiem stieņiem, kas savieno plāksnes. Atšķirībā no mīksta īssavienojuma, kas veidojas nolietošanās rezultātā, svina gabaliņu krišana bieži notiek akumulatora ekspluatācijas sākumā. Iemesls – ražošanas defekti. Tas var izraisīt nopietnu īssavienojumu: akumulatora spriegums pēkšņi pazeminās, viens no akumulatora cellēm var stipri sakarst.

Radikālākā un nopietnākā īssavienojuma forma ir mehānisks bojājums, kad akumulatora plāksnes atbrīvojas un saskaras viena ar otru. Tas izraisa pēkšņu lielu izlādes strāvu, kas var izraisīt ievērojamu siltuma izdalīšanos. Slikta ražošanas kvalitāte, liels trieciens vai vibrācija ir biežākie šīs atteices cēloņi.

Secinājumi:

• akumulatora virsmai jābūt tīrai, spailēm jābūt cieši pieskrūvētām;
• tiklīdz pie spailēm tiek pamanīta sulfācija, spailes ir jānoņem un jāiztīra izveidojušies sulfāti;
• akumulatoram jābūt vismaz 80% uzlādētam. Ziemā, palielinoties enerģijas patēriņam, periodiski mērīt akumulatora spriegumu miera stāvoklī (mērīt vismaz stundu pēc automašīnas dzinēja izslēgšanas);
• izvairieties no dziļas akumulatoru izlādes, kad dzinējam nedarbojoties uz ilgu laiku tiek atstātas pieslēgtas dažādas enerģiju patērējošas ierīces. Ja automašīnas akumulators ar nelielu strāvu tika izlādēts līdz 10,5 V, tas nekavējoties jāuzlādē;
• ja tiek pamanīts, ka akumulatora spriegums ir zemāks par 12,4 V - izmantot akumulatora lādētāju;
• ja plānojat nelietot automašīnu vairākus mēnešus, nepieciešams atvienot akumulatoru, noņemot negatīvo savienotāju;
• Pilnībā uzlādēts akumulators, kas tiek glabāts siltā garāžā, pēc 6 mēnešiem ir papildus jāuzlādē.