Baterky, batérie, akumulátory a podobná háveď, ktorá nám dokáže znepríjemniť život.

Na základe širokého záujmu a tiež ohlasov na rôznych fórach, rozhodol som sa napísať tento článok o akumulátoroch nielen pre kolegov motorkárov, ale tiež aj pre všeobecnú verejnosť. V žiadnom prípade nechcem vytvoriť technicko vedecké pojednávanie so zložitými a väčšine čitateľov nezrozumiteľnými pojmami, vzorcami a pod. Snaha bude používať čo "najľudovejšie" pojmy, pre blondínky.

Tiež nie som pracovníkom žiadnej "baterkárskej" firmy, tak nečakajte, že budem tu pretláčať a propagovať nejakú značku. A vzhľadom na to, že som technik a nie románopisec, tak sa dopredu ospravedlňujem za rôzne štylistické chyby a dúfam, že automatická kontrola môjho textového editora nájde všetky pravopisné chyby a preklepy.

Nakoľko problematika batérii je veľmi široká, oblasti v ktorých sa používajú tiež, niekedy je lepšie povedať, kde sa nepoužívajú, ak sa taká oblasť nášho života nájde, rozsahom sa chcem zaoberať nielen batériami, ktoré sa používajú v motocykloch, ale tiež v automobiloch, nakoľko konštrukciou a použitím sú rovnaké a väčšinou každý nejakú tú "plechovku" na zimné obdobie má doma. No a myslím si, že veľa z vás používa vo svojej elektronike na cestách aj nabíjacie akumulátory, tak spomenieme aj tie. V prípade záujmu pripojím aj jednoduché overené návody na stavbu nabíjačiek a konzervátorov batérii. Vzhľadom k tomu, že pre mňa je problematika akumulátorov viac menej samozrejmá, môže sa stať, že niektoré pojmy vynechám v snahe o čo najväčšiu zrozumiteľnosť. V prípade, že na niečo zabudnem, odpoviem na prípadné otázky.

Trochu z histórie akumulátorov

Začalo to v roku 1802, keď Johan Wilhem Ritter pozoroval javy o akumulácii elektrickej energie chemickou cestou. Neskôr v roku 1854 J. Sistenden už ponoril olovené elektródy do roztoku zriedenej kyseliny sírovej a vytvoril tak základ pre vznik akumulátoru, ktorý poznáme aj dnes. No a v roku 1860 Gaston Planté na základe týchto poznatkov zostavil prvý použiteľný olovený akumulátor, ktorý bol postupne zdokonaľovaný až do dnešnej podoby. Aj keď v konštrukcii akumulátora nastalo veľa zmien, v princípe činnosti sa toho moc nezmenilo a keď to porátame, tak môžeme povedať, že olovený akumulátor má dnes už 151 rokov.

Aj keď tento popis činnosti akumulátorov je určený širokej verejnosti, bez väčších vedomostí o elektrotechnike, na začiatok by sme mohli začať pojmami - aby sme vedeli o čom sa tu bude jednať. Je niekoľko výkladov a zaužívaných názvosloví či už nesprávnou interpretáciou, alebo zaužívaním - zľudovením (hlavne sa jedná o pojmy ako baterka, akumulátor , článok a pod.). My však budeme ďalej používať tieto názvy takto:

• Článok - jedna časť celku, súboru (batérie)
• Galvanický článok - sú to jednorazové články dodávajúce energiu bez možnosti regenerácie s nominálnou hodnotou napätia.
• Akumulátorový (chemický) článok - skrátene článok, ktorý dokáže dodávať elektrickú energiu s možnosťou regenerácie a opätovnej dodávky tejto energie s nominálnou hodnotou napätia podľa druhu
• Batéria - sústava článkov (princípom činnosti rovnakých), spojených do jedného celku, kde celková hodnota napätia je daná násobkom nominálnych napätí jednotlivých článkov.
• Akumulátor -takto budeme nazývať batériu článkov všeobecne

Z toho vyplýva, že keď poviete, že v motorke/plechovke máte akumulátor, tak je to pravda, pretože je to zariadenie, ktoré dokáže dodávať opakovane naakumulovanú elektrickú energiu. Keď poviete baterka, resp. batéria, v skrátenom slova zmysle je to tiež pravda. Tiež je správny názov akumulátorová batéria, ktorý je vlastne zložením predchádzajúcich dvoch pojmov.

Keď niekto kupuje baterku do hodín - 1,5V suchý článok, tak mu predavač rozumie len preto, že tento názov zľudovel a dosť sa používa, aj keď technicky nie je správny. Podobne veľa ľudí svieti baterkou, a nie akumulátorovou lampou a pod. ale kvôli slovičkáreniu im nebudeme kaziť radosť, keď sami to tak robíme tiež (česť výnimkám - ale ja k ním nepatrím).

Pre tých, ktorý by si predsa chceli aj niečo vypočítať, uvádzam niektoré dôležité pojmy a ich značenie:

• Napätie - U udáva s vo Voltoch (V),
• Prúd - I udáva s v ampéroch (A)
• Kapacita akumulátora - C udáva sa v Ampér hodinách (Ah)
• Odpor R - udávaný v Ohmoch (Ω)
• Výkon P - udávaný vo Wattoch (W)

Toto je základné značenie elektrických veličín, a ich konkretizovanie označujeme rôznymi koeficientmi (napr. In - nabíjací prúd a pod.)

Pre výpočet základných hodnôt je ešte dobre poznať ohmov zákon:

• R=U/I výpočet odporu,
• I=U/R výpočet prúdu,
• U=I.R výpočet napätia
• Keď chceme vedieť aký je výkon, alebo tiež príkon potom platí P=U.I, I=P/U, U=P/I

Na začiatku som spomínal, že nejaké vzorce písať nechcem, ale myslím si, že toto je to minimum, aby si každý mohol vypočítať, aký prúd tečie žiarovkou, keď má napr. 15 W a pod.

A teraz trochu k veci. V praxi sa môžeme najviac stretnúť s týmito základnými druhmi článkov podľa ich konštrukcie:

• Olovené
• Ni-Cd
• Ni-MH
• Li-Ion
• Li-Pol

Tento zoznam by mohol byť dlhší, ale..., pritom nás v prvom rade zaujímajú olovené akumulátory, pretože tie sa v podstate bez výnimky používajú ako štartovacie akumulátory v motorkách alebo automobiloch. Ostatné druhy poznáme najmä v prevedení AA a AAA článkov, Li-Ion hlavne v mobilných telefónoch ale uvažuje sa s nimi aj v elektromobiloch. O nich si povieme neskôr.

Olovené akumulátory po konštrukčnej stránke delíme na:

• Akumulátor s tekutým elektrolytom -(kyselinové)
• Akumulátory gélové - Bezúdržbové
• Akumulátory AGM (Absorbed Glas Mat) akumulátory

Najviac otázok býva, aký je medzi nimi rozdiel? V otázke princípu činnosti v podstate žiaden. Len konštrukciou sa snažili výrobcovia dosiahnuť čo najlepších vlastností akumulátorov. Výsledkom je ale mierne odlišná starostlivosť o ne. S tekutým elektrolytom sú klasické konvenčné olovené akumulátory, ktoré majú rôznymi technickými úpravami hlavne dosiek a separátorov zlepšené vlastnosti a sú najviac používané hlavne v automobiloch.

Gelové-bezúdržbové - akumulátor s gélovým elektrolytom je typom tesne uzavretej batérie, s rekombináciou plynov, ktorá je najpodobnejšia konvenčnej batérii. Gélové akumulátory obsahujú bežné separátory a elektrolyt s kremeňom. Výhodné použitie je najmä v motocykloch, nakoľko pri naklopení, prípadne otočení z nich nevytečie elektrolyt a nepoškodzuje motocykel. AGM akumulátory majú elektrolyt absorbovaný v separátoroch zložených zo skleného prachu. Sú najmodernejšie, ale i dosť háklivé na zaobchádzanie, podobne ako aj gélové.

Tak ako sú v poradí uvedené, aj veľkosť ich obstarávacej ceny stúpa.

Ešte poznáme delenie podľa použitia, ale pre naše účely stačí spomenúť, že akumulátory o ktorých bude reč a ktoré najviac používame sú zaradené do kategórie - štartovacie akumulátory. Ich základná vlastnosť musí byť taká, že dokážu v krátkom momente dodať veľký prúd do štartovacieho mechanizmu. Po naštartovaní vlastne za nich preberá funkciu alternátor, ktorý nielen dobíja batériu, ale aj zabezpečuje prevádzku motorového vozidla.

Konštrukcia olovených akumulátorov

Každý výrobca má nejaké špecifiká vo svojej konštrukcii. Nechcem tu porovnávať, ktorý ako vyrába, ale len na oboznámenie sa so základnou konštrukciou, ktorá vychádza z princípu činnosti oloveného akumulátora. Ako sme už v úvode povedali, akumulátor sa skladá z jednotlivých článkov. Samotný článok má zloženie podľa nasledujúceho obrázka.

V obale z umelej hmoty sú umiestnené kladné (plusové) a záporné (mínusové ) dosky, medzi ktorými je separátor, ktorý zabezpečuje ich vzájomné oddelenie, aby nedošlo medzi nimi ku skratu. Medzi týmito doskami je elektrolyt, ktorý vlastne z tohto celku urobí chemickými procesmi akumulačný článok. Elektrolyt je hlavne v domácich podmienkach, keď nevlastníme drahé diagnostické prístroje, základným indikátorom stavu akumulátora a preto obšírnejšie sa ním budeme zaoberať v časti sprevádzkovania akumulátora a pri jeho nabíjaní. Základným materiálom dosiek je olovo (preto im hovoríme olovené batérie) a elektrolytom kyselina sírová (samozrejme zriedená na predpísanú úroveň).

Nominálne, resp. základné napätie takéhoto článku sú 2V (pre zaujímavosť presne je to 2,035V) a preto ho tiež nazývame dvojvoltovým. Veľkosť prúdu, ktorý dokáže takýto článok poskytnúť je závislý hlavne od vnútorného odporu článku, ktorý je zase závislý predovšetkým od plochy kladných a záporných dosiek. Takisto kapacita článku je závislá predovšetkým od plochý elektród. Jednotlivé záporné a kladné elektródy sú spojené zásadne paralelne, ako vidno z obrázka a preto ich počtom sa napätie článku nemení, len jeho kapacita a veľkosť prúdu, ktorý je schopný dodávať.

Všimnite si potom vzájomnú závislosť medzi počtom článkov, ich sčítanou plochou a parametrami. To sa napokon prejaví na veľkosti článku a nakoniec aj na veľkosti celej batérie. Separátory sa tiež používajú tvarovo ako vrecká na kladných elektródach a zároveň slúžia aj na zachytávanie odpadu z týchto elektród, a tým nevzniká skrat medzi článkami z tohto odpadu.

Toto je asi najkratší výklad k základnému zloženiu článku akumulátora. Tak ako som na začiatku napísal, budem sa to snažiť vysvetliť čo najjednoduchšie, pretože popísať funkciu, zloženie, chemické zloženie a procesy, konštrukčné zásady by bolo minimálne na knižku. A kto by to chcel vedieť, odporúčam ho na rôznu odbornú literatúru.

Ako sme spomínali, batéria sa skladá z jednotlivých článkov, ktoré sú navzájom medzi sebou poprepájané. Na rozdiel od dosiek v článku, toto prepojenie je zásadne v sérii tak, ako je to na obrázku.

To znamená, že celkové napätie batérie bude násobkom počtu článkov a jeho napäťovej hodnoty 2V. Potom nám z toho vychádza, že 6V batéria je zložená z troch článkov po 2V a 12V batéria zo šiestich článkov po 2V. Kapacita a prúdové zaťaženie zostáva podľa veľkosti použitého článku. Čo to je kapacita si uvedieme ďalej.

Kapacita akumulátora

Kapacita udávaná výrobcom, teda údaj , ktorý je vyznačený na akumulátore, je minimálne zaručená kapacita. Všeobecne je závislá od stupňa opotrebovania, teploty, hustote elektrolytu akumulátora, spôsobe jeho nabíjania a vybíjania, tiež veku a pod.

Kapacita je najdôležitejším parametrom akumulátora. Pokiaľ nedôjde k mechanickému poškodeniu článkov akumulátora je potom životnosť akumulátora daná počtom nabíjacích a vybíjacích cyklov, po ktorých kapacita akumulátora neklesne pod určitú úroveň.

Kameňom úrazu býva určenie metódy merania kapacity akumulátora, preto aj udávané namerané výsledky sa môžu vzájomne líšiť.

Pre nás v bežnom živote je možné zistiť aspoň orientačne kapacitu tak, že zaťažíme akumulátor napr. žiarovkou, pričom prúd, ktorý meriame počas vybíjania by sa mal pohybovať na úrovni 1/20 kapacity akumulátora. Ono je to preto, lebo vlastne parameter kapacity akumulátora sa udáva ako C20, prúd, dodávaný akumulátorom počas 20 hodín.

Pri určení vhodnej žiarovky vychádzame z uvedených základných vzorcov pre výpočet prúdu z príkonu atď. V Prípade, že by sme používali na meranie príliš veľký prúd, merania nebudú mať taký význam, nakoľko dochádza k rýchlejšiemu poklesu napätia akumulátora. Podobne je to pri použití príliš malého vybíjacieho prúdu, vtedy pokles napätia akumulátora je príliš malý, a dochádza k chemickým zmenám, ktoré majú vplyv na celkovú kapacitu akumulátora.

Aby sme len neteoretizovali, uvediem jednoduchý príklad: 5 Wattová žiarovka pri 12V napájaní odoberá prúd I=5/12 = 0,42 A Keď tento prúd vynásobíme 20x pre parameter C20, vychádza nám výsledok 8,4 Ah. Preto nám takáto žiarovka bude stačiť, aby sme zistili orientačne kapacitu akumulátora od 6 do 12 Ah, čo sú kapacity akumulátorov bežne používaných v motocykloch. Pri meraní dbáme na to, aby pri vybíjaní nekleslo napätie článku pod úroveň 1,75 V, t.j. pri 12 V akumulátore 1,75 x 6 = 10,5 V. Vzhľadom na to, že meriame len orientačne, aby sme sa uistili o tom, v akom stave máme batériu, zmeriame prúd na začiatku merania, niekoľko krát počas neho a na konci. Všetky merania sčítame a vydelíme počtom meraní, čím dostaneme priemerný vybíjací prúd. Dobu vybíjania v hodinách, ktorú sme samozrejme tiež zmerali vynásobíme týmto prúdom v Ampéroch a výsledkom je kapacita akumulátora v Ah.

Praktické použitie

Aj keď kyselinové olovené akumulátory patria k "služobne" najstarším, vzhľadom na ich priaznivú cenu a vlastnosti sú stále najviac používané. Podľa ohlasov dokonca ich používate aj v motorkách, napriek tomu, že vzhľadom na možne náklony, resp. pády môže dôjsť k vyliatiu elektrolytu a výhodnejšie je použitie gélových alebo AGM batérii. Taktiež je pravdou to, že kyselinové sú odolnejšie na hrubšie zaobchádzanie, no ale aj tu sú určité hranice. V každom prípade však nedostatočná a neodborná starostlivosť vedie ku skráteniu životnosti akumulátora, a niekedy aj k jeho likvidácii. Preto si vysvetlíme základné zásady starostlivosti o akumulátory, v prvom rade o kyselinové. V podstate väčšine zásad platí aj pre ostatné typy akumulátorov, ale na to vás upozorním.

Prvé použitie akumulátora

Podľa toho aký akumulátor sme kúpil, musíme zvoliť postup jej prípravy a pripojenia do elektrickej sústavy motorového vozidla. Možností je niekoľko. V prípade gélových a AGM akumulátorov nám odpadá príprava, nakoľko tieto sú už pripravené k použitiu bez väčších úprav. Aj keď ich samovybíjanie je minimalizované, treba skontrolovať ich napätie, batériu nabiť, prípadne naformovať a potom pripojiť. Hlavne sa budeme v tejto časti venovať kyselinovým oloveným akumulátorom.

Tie môžu byť:

• Suché nenabité
• Suché prednabité
• Mokré, naplnené kyselinou a pripravené

U prvých dvoch musíme akumulátor pripraviť k prevádzke. A teraz príde jeden z najdôležitejších krokov, nakoľko od presnosti a dôkladnosti prípravy akumulátora závisí jeho úspešný dlhoveký život.

Teraz postup prípravy akumulátora

Odskrutkujem zátky nalievacích otvorov, skontrolujeme, či je zabezpečený únik plynov z článkov, buď cez jednotlivé zátky alebo centrálnym systémom. V čo najkratšom čase pri teplote 15-25 °C zalejeme jednotlivé články na predpísanú úroveň tak, aby vo všetkých článkoch bola rovnaká výška.

Spravidla (ale záleží to od tvaru a konštrukcie akumulátora) to býva takto:

Akumulátory s priehľadnou nádobou a vyznačenými ryskami min a max - naliatie už po rysku max Pri motocyklových akumulátoroch s nepriehľadnou nádobou je to nad spodné gumové otvory Pri bežných akumulátoroch v nepriehľadných nádobách cca. 5 -10 mm nad horný okraj separátorov

Plníme zriedenou kyselinou sírovou, ktorú dostaneme pripravenú v obchode - drogérii. Dá sa pripraviť aj z koncentrovanej, ale nejdeme sa hrať na chemikov. A preto si nebudeme ani popisovať chemické procesy, ktoré v akumulátoroch prebiehajú. Po naplnení suchých nenabitých necháme akumulátor nasiaknuť 3-5 hodín, u sucho nabitých do 3 hodín.

POZOR!!! Kyselina v akumulátore je prudká žieravina, poškodzuje šatstvo, drevo, kov a lak. Buďte nanajvýš opatrní, ak je hladina elektrolytu veľmi vysoká, pretože sa kyselina môže rozliať a poškodiť kovové prvky okolo batérie. Zabráňte rozliatiu kyseliny na holú pokožku. Ak aj napriek tomu dôjde k nehode, vypláchnite škvrnu dostatočným množstvom vody. Pamätajte, ak sa kyselina dostane do očí, môže to byť veľmi nebezpečné, vypláchnite ich a vyhľadajte lekára. Preto je veľmi dôležité používať ochranné prostriedky a mať pripravenú dostatočnú zásobu vody.

V prípade, že by ste riedili kyselinu sírovú, nikdy nelejte vodu do kyseliny, aby nedošlo k jej zovretiu, ale kyselinu do vody, nakoľko sa pri miešaní uvoľňuje teplo, a to je tým väčšie, čím je viac koncentrovaná kyselina.

Merná hustota kyseliny v našich klimatických podmienkach by mala byť 1,28kg/dm3, v tropických podmienkach (hlavne pre tých, ktorí jazdia na Sahare a pod) je doporučená hustota 1,23kg/dm3. Stav kyseliny po naliatí skontrolujeme hustomerom.

Dúfam že nemusím upozorňovať aj na dodržiavanie čistoty povrchu akumulátora, hlavne v okolí nalievacích otvorov. V prípade, že sa vám podarí kyselinu rozliať, čo najskôr je treba ju dostatočným množstvom vody zriediť a umyť. Uvedomte si prosím, že handry, ktoré na to použijete budú nepoužiteľné, prípadne ak si utriete ruky do oblečenia, tak zaručene budete vedieť, kde to bolo.

Nabíjanie

Pri suchých nenabitých akumulátoroch je doporučene nabíjať akumulátor prúdom 0,06 C20 po dobu 50 hodín (pre 12 Ah akumulátor je to 0,72 A, pre 6 Ah 0,36A). U suchých nabitých je táto hodnota 0,1 C20 po dobu 5 hodín (myslí sa tým prvé nabitie).

Tieto údaje sú všeobecné, a každý výrobca ich má upravené podľa svojich špecifík. Preto je dobre prečítať si návod, ktorý určite dostanete s novým akumulátorom.

Nabíjanie prevádzame v dobre vetranej miestnosti s okolitou teplotou 15-25 °C. nalievacie otvory necháme otvorené a občasne kontrolujeme stav nabíjania - my čo zabúdame si zapíšeme kontrolované výsledky.

Zo skúseností doporučujem pred uvedením akumulátora do prevádzky vybiť až na spodnú úroveň , t.j. 1,75 V / článok, - 10,5 V prúdom 0,05 C20 . Pokiaľ nemáme na to špeciálny prístroj, musíme kontrolovať počas vybíjania napätie akumulátora, a v prípade dosiahnutia spodnej úrovne napätia akumulátora, vybíjanie ukončiť. Po krátkej prestávke necháme akumulátor nabiť prúdom 0,1 C20 po dobu cca 12-14 hodín. Kontrolujeme pri tom napätie, ktoré by sa malo pohybovať 2,4-2,8 V/článok , t.j. 14,4 - 16,8 V na 12 V akumulátore.

Na toto nabíjanie môžeme použiť aj nabíjačku s automatickým riadením nabíjania. Toto vybitie a nabitie nazývame tiež formovaním (formátovaním) batérie. Sú hlasy o tom, že vybitím zbytočne uberieme batérii jeden vybíjací cyklus. Ale - skúsenosti a prax hovoria, že pokiaľ sa vloží akumulátor do vozidla, už tak skoro nikto batériu z neho nevytiahne a pri dobíjaní alternátorom je maximálne dosiahnuteľné napätie 14 - 14,4 V. Teda hranica plynovania akumulátora, a je táto hranica používaná na to, aby sa v motorovom priestore (väčšinou tam je akumulátor umiestnený) nekoncentrovali plyny z akumulátora.

Veľa diskusii je o tom, či sa dá nabíjať rýchlo veľkým prúdom, či je lepšie menším a dlhšie, aká charakteristika nabíjania je lepšia a pod. Je všeobecný názor, že nabíjanie by malo prebiehať prúdom 0,1 C20 . Ale tiež majú pravdu aj tí, ktorí vravia, že sa to dá rýchle a dobre. Lenže to je tak, že k tomu treba mať dobre náčinie - nabíjačku, dostatočne kvalitnú, aby nedošlo pri väčších prúdoch k poškodeniu akumulátora. Potom už len zvážiť, či ekonomický prínos obstarania takejto nabíjačky je namieste.

Ďalšia vec je tá, že pokiaľ, hlavne motorkári nabíjajú svoje akumulátory, tak je to raz do roka, a je im aj jedno, či to trvá 6 alebo 12 hodín prípadne viac. Motorkári tiež nemávajú problémy so studenými štartmi ako plechovkári. Ale väčšinou každý motorkár má dnes doma nejakú tú plechovku. Tak potom to záleží už len od jeho domáceho rozpočtu. Ale všeobecne platí zásada, nie sme tak bohatí, aby sme kupovali lacné veci. Ono aj tie lacné fungujú dobre, a skúsenosť vraví, že výdrž a kvalita nie sú vždy u lacných prioritou, a zničiť kvôli pár € drahšiu vec, a pritom si robiť nepríjemnosti, nestojí za to. Hlavne u pulzných nabíjačiek je problém s kvalitnými súčiastkami, ich výberom, a Číňania dokážu odkopírovať všetko, len potom nedbajú na kvalitu materiálu. Niet potom divu, že funguje dobre každý druhý kus, v lepšom prípade.

Ešte na záver tohto dielu by som chcel uviesť jednoduchú metódu zistenia stavu akumulátora.

Po riadnom nabití odpojíme batériu od nabíjačky a necháme ju odpočívať pri izbovej teplote 4-8 hodín. Potom zmeriame napätie batérie a vyhodnotíme jej stav podľa nasledujúcej tabuľky:

12,65V	100%
12,45V	75%
12,24V	50%
12,06V	25%
11,89 a menej	vybitá

Tieto hodnoty sú podľa firmy BCI a vzťahujú na olovené články s tekutým elektrolytom. Vo všeobecnosti dosť presne platia. Batéria medzi počas merania a odpočinku nesmie byť pripojená, nakoľko aj keď zapaľovanie motorového vozidla je vypnuté, stále je odoberaný nejaký prúd.

V ďalšom článku si spomenieme ešte na nabíjanie, dobíjanie, spájanie akumulátorov plus nejaké vysvetlenie pojmov, prípadne praktické skúsenosti a rady.