Untitled Document


Untitled Document
 




Szerszámosláda - Technikai Portál

Hasznos információk az akkumulátorokról.

Untitled Document

Gépjármű akkumulátorok

A gépjármű akkumulátorok feladata, az akkumulátorok típusai

A gépjárműveken alkalmazott akkumulátorok feladata: a gépjárművek működéséhez szükséges villamos energia szolgáltatása addig, ameddig erre a gépjármű villamos generátora nem képes. A gépkocsi egyes villamos berendezéseinek működésére olyankor is szükség van, ha a gépkocsi motorja áll, és az áramfejlesztő nem termel villamos áramot. Ezért a gépkocsin bizonyos mennyiségű villamos energiát tárolni kell. Ezt az energiatároló feladatot látja el az akkumulátor. Az akkumulátor a bevezetett villamos energiát vegyi energiává alakítja át és ilyen formában tárolja. A bevezetés folyamatát nevezzük töltésnek. Ennek fordított folyamata a kisütés, amelynek során a vegyi energia újból villamos energiává alakul át. Az akkumulátorok ismételt töltésre és kisütésre alkalmas áramforrások. Az ismétlődére alkalmas ciklusok száma azonban nem korlátlan, tárolóképességük (kapacitásuk) idővel csökken, ezért élettartamuk véges. A tárolt energia mennyiségét, illetve azt, hogy milyen teljesítményű akkumulátorra van szükség, döntően a legnagyobb villamos fogyasztó, az indítómotor teljesítményigénye határozza meg. Az akkumulátort úgy választják meg, hogy az indításhoz szükséges energiát még tárolóképességének bizonyos fokú csökkenése esetén is le tudja adni. A közlekedésben használatos akkumulátorok lehetnek: -savas (más néven) ólom akkumulátorok -lúgos (nikkel-kadmium, nikkel-vas, cink-ezüst) akkumulátorok -zselés akkumulátorok. A gépjárművek indítóakkumulátoraként zselés ill. ólomakkumulátorokat használnak. Csak kis lökettérfogatú járműveken és motorkerékpárokon van zselés akkumulátor. A következőkben az ólomakkumulátorral foglalkozunk.

Az akkumulátor felépítése

Minden akkumulátor alapegysége az ún. akkumulátorcella, amelyben két különböző anyagú elektróda meghatározott összetételű folyadékba (elektrolitba) merül. Feltöltött állapotban az elektródák között villamos feszültség van.

Ólomakkumulátoroknál a pozitív elektróda aktív anyaga ólom-oxid (PbO2), a negatív elektródáé a tiszta ólom (Pb), az elektrolit pedig desztillált vízzel hígított kénsav. Egy ilyen cella feszültsége feltöltött állapotban kb. 2V. Több cella sorba kötésével nagyobb feszültségű áramforrás hozható létre.

Az elektrolitba tehát két elektród merül, ebben az állapotban azonban még nem képes az akkumulátor feszültségforrásként működni. Ezért az elektródokra feszültségforrást kapcsolunk, melynek hatására áram folyik át az akkumulátoron,(az áram nem bele hanem átfolyik az akkumulátoron). Ezt a folyamatot az akkumulátor töltésének nevezzük.

Az átfolyó áram hatására olyan kémiai átalakulások jönnek létre az akkumulátorban, amelynek hatására az akkumulátor galvánelemként működik, tehát feszültségforrássá válik. Azt a folyamatot, mikor az akkumulátorra fogyasztót kapcsolunk, kisütésnek nevezzük.

A fenti ábrákon jól megfigyelhető, hogy a kisütési áram iránya ellentétes a töltőáram irányával. Az ellentétes irányú kisütőáram miatt a kémiai folyamatok is ellentétesen (tehát fordított irányban) játszódnak le. Ennek eredményeképpen az akkumulátor elektródjai és elektrolitja a töltés előtti állapotot veszi fel. A kisütött akkumulátor pozitív és negatív elektródjainak hatóanyaga ólom-szulfát, elektrolitja pedig kénsav vizes oldata. Töltéskor a pozitív elektród hatóanyaga ólom-oxiddá, a negatív elektródé pedig szivacsos tiszta ólommá válik. Ugyanekkor az elektrolitban vízmolekulák bomlanak fel és kénsav keletkezik. Kisütéskor a kémiai folyamatok ellentétesen játszódnak le. Ezt szemlélteti a következő ábra.

Savas akkumulátorok szerkezeti felépítése

Az akkumulátorok elektródjait lemez formában készítik el. A lemezek váza antimon ötvözésű kemény ólomrács. Az ólomrácsba sajtolják bele a hatóanyagot. A hatóanyag ólom-oxidból, kénsavból és meghatározott adalék- és kötőanyagból összegyúrt massza. Ez a hatóanyag az első töltéskor átalakul: a pozitív lemezben barna színű ólom-dioxiddá, a negatív lemezben szivacsos szerkezetű színólommá. A lemezpárból kinyerhető töltésmennyiség nagyságát a lemezek geometriai kialakítása, nagysága szabja meg.

Ezért az előírt áramerősséget úgy mérik, hogy a lemezpárokból párhuzamos kapcsolással alakítanak ki feszültségforrást, amit cellának nevezünk. A cellák egynemű sarkait összekötik. Ekkor a feszültéség változatlan marad, a kivehető áramerősség viszont annyiszorosára nő, ahány feszültségforrást párhuzamosan kapcsoltak (egy lemezpárhoz képest). Tehát megállapíthatjuk, hogy az akkumlátorból kivehető áram erősségét a cellák lemezpárjainak száma határozza meg. A gyakorlatban ezt egy ún. ólomhíddal valósítják meg. Az ólomhidat kivezetőcsappal (más néven pólussal) látják el. A pozitív és negatív lemezkötegek fésűszerűen helyezkednek el egymásba, ezt szemlélteti a mellékelt 2.2 ábra.

Az akkumulárok villamos jellemzői

Az akkumlátorok jellemzésére a gyártó cégek több paramétert adnak meg. Ezek közül a feszültség mellett a legfontosabb paraméternek a kapacitást tekinthetjük. A kapacitás alatt az akkumulátorból kinyerhető töltésmennyiséget értjük. A kisütési áramerősség és a kisütési idő szorzataként számítható ki. Mértékegysége az amperóra, rövidítve: Ah. (Egy átlagos autóban 44-55 Ah kapacitású akkumlátor van.)

Az akkumulátorsav (elektrolit)

Az ólomakkumulátorban elektrolitként desztillált vízzel hígított kénsavat használnak. Mivel a tömény kénsav sűrűsége (1,85 kg/dm3) sokkal nagyobb, mint a vízé ( 1kg/dm3), a keverék sűrűsége jellemző a hígítás mértékére. Az elektrolit sűrűségének az akkumulátor üzeme szempontjából van egy optimális értéke. Ez az optimális érték a különböző rendeltetésű akkumulátoroknál (pl. postaüzem, gépjárműhajtó, -indító stb.) bizonyos határok között változhat az akkumulátorok lemezeinek eltérő kialakítása miatt. Gépjármű-akkumulátoroknál a legfontosabb követelmény, hogy kicsi legyen a belső ellenállás, ill. az elektrolit a lehető legjobb vezetőképességű legyen. A legjobb vezetőképesség 1,24 kg/dm3 sűrűségnél adódik. Gépjármű akkumulátoroknál a feltöltöttségi fok bizonyos határok között változik, ezért a teljesen feltöltött állapothoz tartozó savsűrűséget 1,285 kg/dm3 értékűre választják. A savsűrűséget ma általában kg/dm3-ben adják meg, régebben ún. Baume-fokban fejezték ki. Az előirt hígítású kénsavnak a jó vezetőképességen kívül olyan előnye is van, hogy csak igen kis hőmérsékleten fagy meg. A nagyon kisütött akkumulátornál, ha a savsűrűség 1,1…1,2 kg/dm3 értékre csökken, egyre reálisabb a fagyásveszély. A fagyás következtében az akkumulátor lemezei károsodnak, sőt az akkumulátor tartálya is szétrepedhet. Elektrolit készítéséhez csak előírt tisztaságú kénsavat szabad használni. A minőségi követelményeket az MSZ 902 tartalmazza. Hasonló minőségi követelmények vonatkoznak a desztillált vagy ioncserélt (vegyi úton tisztított) vízre is. Ennek követelményei az MSZ 11488-ban találhatók. Ugyanezek a követelmények vonatkoznak az utántöltéshez használt desztillált (ioncserélt) vízre is.

Lúgos akkumulátorok

Az elektródák készítéséhez felhasznált anyagoktól függően elvileg sokféle akkumulátorról beszélhetünk. A legismertebbek a nikkkel-kadmium, a nikkel-vas és a cink-ezüst akkumulátorok, de léteznek egyéb elektróda rendszerű akkumulátorok is. A legelterjedtebbek a nikkel-kadmium akkumulátorok, amelyeket egészen kis méretektől kezdve nagy méretekig széles körben alkalmaznak. Készítenek ilyen rendszerű indító akkumulátorokat is. A nikkel-kadmium akkumulátorok elektrolitja desztillált vízzel higított kálium-hidroxid, közismert nevén kálilúg (KOH). Cellafeszültségük 1,2 V, kisebb, mint az ólomakkumulátoroké, ezért egy adott feszültségű akkumulátorhoz több sorba kapcsolt cellára van szükség. Előnyük az ólomakkumulátorokkal szemben: pl. nagyobb a fajlagos energiatároló képességük, hosszabb élettartamúak, üzembe helyezésük egyszerűbb, a túltöltés és az elégtelen töltés kevésbé károsítja őket, mechanikai szilárdságuk nagyobb. Hátrányuk: előállítási költségük 3-4-szer nagyobb, mint az ólomakkumulátoroké. Az elektrolitot az üzemelési körülményektől függően legalább évente egyszer ki kell cserélni, mert a levegő szén-dioxid tartalma az elektrolitot tönkreteszi. Gépjárműveken való alkalmazás szempontjából hátrányos az a tulajdonságuk, hogy a töltési és a kisütési feszültség között nagyobb a különbség, mint az ólomakkumulátoroknál. A nagyobb töltőfeszültség a gépkocsi villamos berendezéseit károsítja, kisebb feszültségről viszont töltés nem végezhető. Emiatt az áramellátó rendszer felépítése bonyolultabb, ezért - valamint egyéb hátrányaik miatt - ilyen akkumulátorokat gépjárműveken csak ritkán, kivételes esetekben alkalmaznak.

Egyéb akkumulátorok

Zselés akkumulátorok

Az akkumulátorok szerkezete jó száz éve változatlan. A kénsav vizes oldatába merülő ólom és ólom-oxid lemezek már az első autókban is helyet kaptak. Az elv ma annyiban változott, hogy a legmodernebb akkumulátorok elektrolitját szövetbe itatva tekerik a lemezekre, így nem folyhat ki a savas anyag, és még a törött akku is indításképes lehet. Ez a köznyelvben "zselésnek" nevezett szerkezet lényege.

Akkumulátor műanyagból

A jelenleg használatosaknál könnyebb akkumulátorok előállítása terén a kis mennyiségű szennyező anyaggal vezetővé tett műanyagok újabb reményeket keltenek. A Johns Hopkins Egyetem kutatóinak nemrég sikerült előállítani az első teljesen műanyagból készült akkumulátort: a vékony, hajlékony cella elektródái fluorfeniltiofénekből készültek, elektrolitként pedig egy bórtartalmú gél szolgál. Biztató a cella kapocsfeszültsége: 3 V. A műanyag akkumulátoroknak még vannak hátrányaik. Az egységnyi tömegre számított tárolt energia mennyisége még elmarad a rekordot tartó lítium akkumulátorokétól. Az optimális feltöltéshez különleges elektronikára van szükség. Hermetikus lezárásuk sem könnyű, a levélbombákban való felhasználásukat pedig röntgenárnyékot adó rácsozattal kívánják meggátolni. Hajlékonyságuk, könnyűségük azonban sok alkalmazó fantáziáját mozgatja meg, különösen miután előkészületben van a tízszer nagyobb energia tárolására alkalmas változat.

Spirálcellás akkumulátorok

A korszerű akkumulátorok közül is kiemelkednek a spirálcellás fajták. Teljesen új szerkezet és előállítási technológia jellemzi őket. A lemezek expandálással készülnek, így vékonyabbak, ugyanakkor teherbíróbb lemezfelületük nagyobb, mint az ugyanolyan méretű síklemezes társaiké. Ráadásul indítóáramot szolgáltató képességük is a lemezfelülettel arányos. A spirálisan feltekert aktív lemezek között az üvegszál szövet szigetelőként van becsavarva, és ebben itatják fel az elektrolitot. A spirális szerkezetnek köszönhetően rendkívüli a rázkódástűrő lépessége is, így a hagyományos akkumulátoroknál alkalmazott iszaptér elhagyható.

Mi is az az expandálás?

A megolvasztott ólomból precízen kalibrált hengerek között átvezetve a lemezeket készítenek. A lemezeket csíkokra vágják és ezeket a csíkokat bevezetik egy "prégelő" gépbe. Ez a gép prégel, vagyis a lemezcsíkokat hegyes kés bökdöséséhez hasonló művelettel meglyuggatja. Ezután a megbökdösött csíkot a két szélénél fogva meghúzza. Az apró lyukak mentén az anyag kiszakadozik, és így jön létre a rácsos szerkezet. Ezután már csak a síkba hengerlés van hátra, és lehet is masszával is kenegetni az ily módon expandált, mechanikailag jóval stabilabb ólombetétet. Ezáltal elmaradhatnak az önthetőség miatt felhasznált, a működés szempontjából viszont káros adalékok, így a lemezek anyaga rendkívül tiszta ólom. A másik újdonság, hogy a pozitív lemezeket üvegszövetből készített borítékba zárják, amely fizikailag teljesen elválasztja egymástól a lemezeket, kiküszöbölve akár a lemez-, akár a fenékzárlatot. A szeparátor itatósként szívja magába, majd megköti a speciális elektrolitot. Nincs iszapkihullás, jobb a rázkódással szembeni ellenálló képessége is. Nincs folyadékveszteség sem, hiszen a felületen képződött gázok az üvegszövetben újra visszaalakulnak nedvességgé. Ezeket már nyomástartó módon tényleg le lehet zárni. Hidegindító áramuk szerkezetüknél fogva lényegesen nagyobb, ami különösen téli hideg reggeleken mutatkozik meg. Az élettartam során semmiféle gondozást nem igényelnek, tehát ezek az igazi gondozásmentes fajták.











Topsites automatikus bannercsere program - Kontraszt Produkció
InterStat.hu