Možné příčiny, proč akumulátor nedrží proud ve vozidle

(akumulátor po nabytí)

  • vozidlo nedobíjí (13,8 – 14,4V)
  • vozidlo bere proud nad stanovenou hodnotu (0,02A)
  • vozidlo přebíjí
  • v elektrolytu jsou cizí látky
  • akumulátor byl ponechán ve vybitém stavu
  • akumulátor je extrémně namáhán
  • akumulátor je umístěn v nadměrné teplotě

Neúplné nabíjení

Jde o nabíjení ukončené dříve, než bylo dosaženo znaků plného nabití akumuláto­rů. Nedochází-li v cyklickém provozu k opakovanému neúplnému nabití a následu­je-li pak plné nabití akumulátorů, nedochází k jejich poškození. Poškození nevratnou sulfatací aktivních hmot elektrod vzniká v případě opakovaného neúplného nabíje­ní, které se ještě zesiluje, jsou-li akumulátory hluboce vybíjeny.

V provozu trvalého dobíjení akumulátorů na konstantní napětí může docházet k pozvolné ztrátě elektrického náboje, je-li konstantní napětí nižší, než postačuje ke krytí ztrát samovybíjením.

Hluboké vybití

Hluboké vybití se projevuje malou hustotou elektrolytu, způsobenou úbytkem ion­tů SO42- z elektrolytu následkem jejich reakce s aktivními hmotami elektrod. Při opakovaném hlubokém vybití nebo při dlouhodobé nečinnosti dochází k postupnému rozpínání elektrod následkem většího objemu vznikajícího síranu olovnatého PbS04 v aktivních hmotách a korozních produktů mezi krystaly kovu v elektrodových ko­lektorech. Expandující aktivní hmota ztrácí kontakt s mřížkami elektrod, mřížky praskají, klesá kapacita, startovací schopnost a zkracuje se životnost akumulá­torů.

Příčiny

  • vybíjení akumulátorů pod konečné vybíjecí napětí stanovené pro příslušný vybíjecí proud výrobcem akumulátorů,
  • vybíjení akumulátorů velmi malými proudy nebo přerušovaně, je-li pokles hustoty elektrolytu větší než při vybíjení za jmenovitých podmínek stanovených výrobcem; pokles napětí je v těchto případech výrazně menší a neodpovídá stupni vybití ba­terie

Sulfatace

Sulfatace je tvorba síranu olovnatého PbS04, vznikajícího reakcí iontů kyseliny sí­rové SO42- s aktivními hmotami elektrod při vybíjení a samovybíjení olověných aku­mulátorů. Sulfatace může být vratná a nevratná.

Vratná sulfatace vzniká za normálních podmínek vybíjení akumulátorů maximál­ně do konečného vybíjecího napětí a poklesu hustoty elektrolytu stanovených pro příslušný typ a vybíjecí proud výrobcem akumulátorů. Vznikající velmi drobné krys­talky síranu olovnatého PbS04 v aktivních hmotách elektrod se nabíjením snadno rozkládají na původní aktivní materiály elektrod a ionty kyseliny sírové. Malá část krystalů síranů zůstává i po nabití nerozložena a zpevňuje aktivní hmotu kladných elektrod, která by bez nich neměla potřebnou soudržnost.

Nevratná sulfatace vzniká postupnou přeměnou drobných krystalků síranu olov­natého na velké krystaly, které jsou elektricky nevodivé, ucpávají póry v aktivních hmotách a roztahují je. Aktivní hmota se uvolňuje z mřížek elektrod, mřížky elektrod jsou roztahovány a trhají se. Nevratnou sulfataci již nelze nabíjením odstranit.

Projevy nevratné sulfatace:

  • velmi malá hustota elektrolytu,
  • velmi nízké nebo žádné napětí akumulátoru,
  • velmi velký vnitřní elektrický odpor akumulátoru,
  • elektrody jsou světlejší barvy, jsou tvrdé a křehké, podle stupně nevratné sulfatace mají zvětšené rozměry, jsou zdeformované, s popraskanými rámy mřížek.
  • Příčiny vzniku nevratné sulfatace:
  • zkrat článku (vnější nebo vnitřní), není-li včas odstraněn,
  • přepólování nabíjené baterie následkem nesprávného připojení k nabíječi,
  • vybíjení akumulátoru pod konečné vybíjecí napětí stanovené výrobcem nebo na menší hustotu elektrolytu, než se dosahuje za normálních provozních podmínek,
  • trvale neúplné nabíjení,
  • ponechání vybitého akumulátoru po více dní bez nabití
  • ponechání nabitého akumulátoru v nečinnosti bez nabití nebo trvalého dobíjení déle, než stanoví výrobce pro příslušný typ akumulátoru, zvláště je-li akumulátor umís­těn v prostoru s teplotou vyšší než +20°C.

Přebíjení

Přebíjení znamená v cyklickém provozu nabíjení akumulátorů po dosažení znaků plného nabití. V provozu trvalého dobíjení dochází k přebíjení tehdy, dodává-li se akumulátorům více elektrické energie, než je třeba pro krytí ztrát jejich samovolným vybíjením, např. nastavením vyššího konstantního napětí, než odpovídá příslušnému typu akumulátoru a provozní teplotě. Všechny druhy přebíjení zkracují životnost aku­mulátorů.

Projevy:

  • zvýšená elektrolýza vody na kyslík a vodík, urychlující pokles hladiny elektrolytu,
  • urychlená koroze olověných kolektorů kladných elektrod, způsobující jejich proformování a rozpad,
  • snížená soudržnost kladné aktivní hmoty následkem úbytku síranu olovnatého,
  • uvolňované částice kladné aktivní hmoty způsobující nahnědlé zabarvení elektrolytu, zvyšující množství kalu na dně článků, který může způsobovat zkrat mezi elektrodami, nejsou-li na elektrodách obálkové separátory,
  • část uvolněných částic kladné aktivní hmoty je přitahována k záporným elektrodám, kde se redukuje za vzniku tzv. olověné houby, která postupně narůstá a může způ­sobit zkrat mezi elektrodami.

Nabíjení velkými proudy

Tento druh nabíjení se nesmí používat k rychlému nabíjení akumulátorů řízených ventilem pro možnost jejich poškození. U akumulátorů se zaplavenými elektrodami se rych­lé nabíjení velkými proudy klasickými nabíječkami používá jen výjimečně při nedo­statku času.

Projevy:

  • zvýšená elektrolýza vody v elektrolytu,
  • vzestup teploty elektrolytu a zrychlení nežádoucích chemických reakcí zkracujících životnost akumulátorů,
  • poškozování povrchové vrstvy aktivní hmoty kladných elektrod přebíjením,
  • sulfatace vnitřní vrstvy aktivní hmoty následkem vzestupu teploty a přebytku iontů SO42-, které nestačí difundovat do elektrolytu,
  • pokles účinnosti nabíjení.

Voda pro akumulátory

Voda pro doplňování elektrolytu nesmí obsahovat stopy chemických látek, které zhoršují elektrické parametry a zkracují životnost akumulátoru. Nevyhovuje proto voda pitná, užitková, kondenzovaná v kovových zařízeních nebo změkčená, i když je na pohled bezbarvá a čirá. Maximální přípustné množství nečistot v destilované vodě udává ČSN 68 4063.

Kontrola nabíjení baterie ve vozidle

Po nastartování má signalizace ve vozidle indikovat nabíjení. Nejlépe vyhovuje indikace napětí voltmetrem s potlačenou nulou. Podle signalizace žárovkou, nebo LED nezjistíme, je-li nabíjecí napětí na optimální výši. V takovém případě je třeba změřit napětí na pólech baterie za běhu motoru, nejlépe digitálním voltmetrem. U nabité baterie 12 V by se mělo nabíjecí napětí po ustálení hodnoty pohybovat jak při volno­běhu, tak při středních otáčkách motoru a rozsvícených světlech v rozsahu 14,0 až 14,2 V. U baterie 6 V je rozsah nabíjecího napětí poloviční.

Při krátkých jízdách a malé četnosti jízd je možné nabíjecí napětí zvýšit až na 14,4 V, aby se rychleji obnovoval elektrický náboj baterie. Předpokládá to ale dostatečně výkonný alternátor, který zvládne počáteční odběr proudu baterií i při rozsvícených světlech. Při dlouhých jízdách je vhodnější napětí nižší, např. 13,8 V.

Stav nabití (vybití) zjistíme u baterií opatřených snímatelnými zátkami měřením hustoty elektrolytu akumulátorovým hustoměrem.

Dochází-li u nového akumulátoru k poklesu hustoty elektrolytu, není jeho nabíjení ve vozidle dostatečné. Většinou taková situace může nastat v období od podzimu do jara, kdy se používají světla a baterie se více zatěžuje starty za nízkých teplot. Nelze-li u baterií měřit hustotu elektrolytu, lze stav nabití přibližně zjistit měře­ním jejího napětí po nejméně 1 h klidu. Aby se baterie nepoškozovala vznikem ne­vratné sulfatace, je třeba ji včas nabít nabíječkou do znaků plného nabití. Staré, opo­třebené, nebo sulfátované akumulátory po nabití nedosahují původní hustoty elekt­rolytu a nelze ji zvýšit ani s pokračujícím nabíjením.

Při častých delších jízdách, trvajících řádově hodiny, je vhodné, aby nabíjecí napětí nebylo vyšší než 14,0 V a nezkracovala se životnost baterie přebíjením. Přebíjení se projevuje rychlejším poklesem hladiny elektrolytu následkem zvýšené elektrolýzy vody. Zvětšuje se rovněž tvorba kalu, který usedá na zátky a stěny článkových nádob. Elek­trolyt se může navíc zbarvovat hnědě uvolňovanými částicemi kladné aktivní hmoty. Napětí by ale nemělo být nižší než 13,8 V, aby se baterie po startu postačila opět nabít a nezkracovala se její životnost vznikem nevratné sulfatace.

Provoz startovacích akumulátorů

Rovněž správný provoz a údržba výrazně ovlivňují spolehlivost a životnost baterií. Jako příklad jsou uvedeny některé typické provozy a jejich vliv na životnost akumulátorů.

Ujedou-li například soukromá osobní vozidla v průměru 13 000 km/rok a to ještě většinou na krátké vzdálenosti, odpovídá to přibližně 340 provozním hodinám. Pracuje-li navíc nabíjecí systém vozidla v dolní toleranci napětí a baterie není podle potřeby nabitá do znaků plného nabití, pak životnost baterií může zkracovat nevratná sulfatace elektrod.

Vozidla taxislužby například ujedou v průměru 60 000 km/rok, ale mají vysoký počet startů. Předpokládáme-li, že u standardních typů startovacích akumulátorů se při startu vybíjí 5% jmenovité kapacity a životnost baterie končí po dosažení 4 000 startů, pak při 10 startech za pracovní den, je 4 000 startů dosaženo přibližně za méně než 2 roky. Životnost těchto baterií zkracuje vysoký počet startů.

Autobusy a dálková nákladní vozidla ujedou například 100 000 km/rok, což odpoví­dá až 4 000 provozních hodin. Při tomto druhu provozu jsou elektrody akumulátoru při dlouhých jízdách zpravidla přebíjeny, zvláště při nabíjení baterií v horní toleranci na­pětí. Životnost baterií pak zkracuje elektrokoroze kolektorů kladných elektrod.

U některých nových automobilů, například Ford Focus (nebo Ford Mondeo od data výroby duben 1998), je provoz alternátoru nastaven na vyšší napětí, než 14,4 V. Výhodou je rychlejší obnova kapacity baterie po startu (předpokladem je výkonnější alternátor), ale u standardních akumulátorů se při vyšším napětí a dlou­hých jízdách zkracuje životnost vlivem přebíjení. Je proto vhodné pro tato vozi­dla použít například tzv. bezúdržbové akumulátory Varta Silver Dynamic. Tyto baterie jsou vhodnější i pro nasazení do vozidel s vyššími provozními teplotami (až do 80°C).

Vliv teploty

Při teplotách nad +20°C kapacita akumulátorů mírně vzrůstá, ale zvyšují se ztráty samovybíjením a zkracuje se životnost akumulátoru. Například trvale zvýšená teplota o 10°C může zkrátit životnost olověných akumulátorů až o 50%. Na vzestup teploty jsou zvláště náchylné akumulátory řízené ventilem. Při nízkých teplotách klesá kapa­cita akumulátorů přibližně o 1% na 1°C. Pokles kapacity není s poklesem teploty li­neární a navíc závisí také na velikosti vybíjecího proudu (je výraznější při vybíjení vět­šími vybíjecími proudy). Na pokles kapacity za nízkých teplot jsou náchylnější záporné elektrody. Proto se pro zlepšení jejich činnosti přidávají během výroby do aktivního materiálu elektrod různé typy expandérů, které současně zajišťují udržení potřebné poréznosti během celé doby života akumulátorů s poklesem teploty se snižuje také nabíjecí schopnost akumulátorů, a nelze je proto plně nabít.

Vliv teploty na provoz autobaterií

Startovací akumulátory jsou schopné pracovat při teplotách -30°C až +60°C. Ve vozidlech se mění teplota akumulátorů nejen během ročního období, ale též vlivem teploty běžícího motoru. Optimální by bylo korigovat nabíjecí napětí na vozidle pod­le teploty elektrolytu akumulátoru. Vysoké a nízké teploty negativně ovlivňují činnost baterie a zkracují její životnost.

Nízké teploty

Plně nabitá baterie nezamrzne při teplotě –50°C. U vybité baterie zamrzá elektrolyt při -10°C, u hluboce vybité baterie (zkratem, nebo nevypnutými spo­třebiči) elektrolyt zamrzá již při několika stupních pod nulou.

S poklesem teploty klesá využití kapacity i startovací proud, následkem vzrůstu vnitřního elektrického odporu akumulátorů. S nízkými teplotami se snižuje i schopnost jejich plného nabití. Baterii se zamrzlým elektrolytem nelze vybíjet, ani nabíjet a navíc se poškozuje. Proto je třeba při provozu za nízkých teplot pracovat vždy s plně nabitou baterií, minimalizovat stupeň vybití a baterii vždy co nejdříve nabít do znaků plného nabití.

Vysoké teploty

Zlepšují sice poněkud elektrické parametry, ale výrazně se zkra­cuje životnost akumulátorů. V letním období a při umístění baterie v blízkosti bě­žícího motoru, může teplota elektrolytu baterie dosahovat až 85°C. To způsobuje výrazné zrychlení koroze mřížek kladných elektrod. Proto je třeba maximálně omezit ohřívání baterie vhodným umístěním a odstíněním od sálavého tepla motoru.

Lepší odolnost proti vyšším teplotám (až do +80°C) poskytují např. startovací aku­mulátory Varta Silver dynamic. Mřížky elektrod se vyrábějí z patentované slitiny Pb­Ca-Sn-Ag-Al. Kromě vyšší odolnosti při vysokých teplotách kleslo samovybíjení při 20°C za měsíc až na 2,5%. Baterie se mohou při uvedené teplotě skladovat po dobu 15 měsíců a jsou označovány jako "absolutně bezúdržbové". Proti klasickým bate­riím mají baterie Silver dynamic též o 30% vyšší startovací proud.

Použitá literatura

Název: Akumulátory od principu k praxi
Zpracoval tým autorů:
Doc.RNDr.Miroslav Cenek, CSc.
RNDr. Jiří Jindra, CSc.
Miroslav Jon
Prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc.
Josef Kozumplík
Jan Vrba
Vydalo: FCC PUBLIC v roce 2003