Akumulator bezobsługowy żelowy i AGM
Autor:
Mieczysław ŚciborZastosowanie akumulatorów bezobsługowych w skuterach.Z mojego punktu widzenia, biorąc pod uwagę zastosowany obwód ładowania akumulatora w skuterze, który jest bardzo prymitywny, stosowanie akumulatorów żelowych uważam za pomysł, delikatnie mówiąc chybiony.
Ale po kolei.
Żeby uporządkować na początek, to może warto wyjaśnić, że popularne w Polsce określenie „akumulatory żelowe" jest błędne. Praktycznie nazywamy tak wszystkie szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe, odróżniając je od popularnych akumulatorów samochodowych.
Olbrzymia większość to nie są akumulatory żelowe, tylko akumulatory AGM. Oczywiście wszystkie akumulatory kwasowo-ołowiowe, w tym żelowe i AGM, mają identyczną zasadę działania i praktycznie jednakowe podstawowe parametry elektryczne.
Akumulator bezobsługowy, zasada działania
Myślę, że warto na początku przypomnieć, że nominalne napięcie jednego ogniwa akumulatora kwasowo-ołowiowego wynosi 2V. Akumulatory 6-woltowe posiadają trzy ogniwa, zwane celami, a 12-woltowe 6 ogniw.
Mówiąc dokładniej, napięcie nominalne jednego ogniwa wynosi 2,1V, stąd wzięło się m.in. napięcie żarzenia 6,3V lamp elektronowych, których żarzenie często było zasilane za pomocą akumulatorów.
W akumulatorze kwasowo-ołowiowym podstawą magazynowania energii jest odwracalna zamiana metalicznego ołowiu (i tlenku ołowiu) w siarczan ołowiu, co zachodzi przy udziale elektrolitu, którym jest dość mocny, 37-procentowy roztwór kwasu siarkowego.
A mówiąc najprościej, w naładowanym akumulatorze elektrolit ma maksymalną gęstość. W trakcie rozładowania akumulatora tworzy się siarczan ołowiu i stężenie kwasu w elektrolicie maleje. Gdy akumulator jest całkowicie rozładowany, stężenie kwasu jest zerowe, a elektrolitem jest woda destylowana.
Można powiedzieć, że podczas ładowania energia elektryczna powoduje rozpadanie siarczanu ołowiu, przez co elektrolit zawiera coraz więcej kwasu siarkowego. Problem w tym, że gdy rozpadną się wszystkie cząstki siarczanu ołowiu, czyli gdy akumulator zostanie całkowicie naładowany, dalsze dostarczanie energii elektrycznej powoduje rozpadanie cząsteczek wody, w wyniku czego powstaje gazowy tlen i gazowy wodór.
Taki proces popularnie nazywany gazowaniem akumulatora. W typowych warunkach sprawność ładowania przekracza 95%, czyli prawie cała władowana energia zostaje zmagazynowana, a na ciepło zamienia się tylko kilka procent dostarczonej energii. Sprawność spada, gdy akumulator dochodzi do stanu całkowitego naładowania.
W zasadzie to oczywiste, że gdy reakcji ulegnie cala masa czynna akumulatora, me ma już czego ładować, a gdy prąd dalej płynie i dostarczana jest energia, to nie może ona być wykorzystana i po części zamienia się na ciepło, a po części powoduje elektrolizę wody, czyli gazowanie. Niepokojące jest to, że sprawność ładowania zaczyna się zmniejszać już przy naładowaniu do około 75%.
A to oznacza, że szczególną uwagę należy poświęcić właśnie końcowej fazie ładowania. Dotyczy to zwłaszcza szczelnych akumulatorów, potocznie zwanych żelowymi.
Posiadam dwa skutery z silnikiem 139QMB firmy Zipp i Romet. Nie znam sposobów ładowania akumulatorów żelowych w innych skuterach, ale podejrzewam, że jest podobna jak w Romecie i Zippie, czyli nie są zachowane żadne zasady tyczące prawidłowego ładowania.
Akumulator bezobsługowy, czyli rodzaje akumulatorów kwasowych
W klasycznych akumulatorach każde ogniwo ma korek, który pełni również funkcję zaworu. Nadal produkowane są akumulatory, tzw. suchoładowane, które przed pierwszym użyciem trzeba napełnić elektrolitem (o gęstości l,28g/cm3), a potem dolewać wody destylowanej, gdy poziom elektrolitu spadnie poniżej zaznaczonego minimum.
W zasadzie akumulatory wyposażone w korki nie mają szczególnych wymagań podczas ładowania. Gdy nastąpi ich przeładowanie i w procesie gazowania część wody zostanie zamieniona w tlen i wodór, można łatwo naprawić problem, dolewając po prostu wody destylowanej.
Do ładowania takich starych akumulatorów często stosowano prymitywne prostowniki, zawierające tylko transformator i mostek prostowniczy.
Akumulator był ładowany prądem tętniącym, a więc o dużej składowej zmiennej. W skuterach też akumulator jest ładowany prądem tętniącym, co jest niedopuszczalne jeśli chodzi o akumulator samoobsługowy, czyli żelowy lub AGM.. Do regulacji prądu wykorzystywano albo odczepy transformatora, albo rezystory drutowe na stronie wtórnej, albo w najprostszym przypadku żarówkę włączoną w szereg z uzwojeniem pierwotnym.
Takim akumulatorom nie groziło przeładowanie. Towarzyszące temu gazowanie nie uszkadzało akumulatora a powodowało jedynie elektrolizę i ubytek wody.
Postęp techniczny, czyli między innymi zastosowanie wapnia zamiast antymonu, pozwoliło stworzyć akumulator, który w prawidłowych warunkach eksploatacji ma bardzo mały ubytek wody. Powstał tak zwany akumulator bezobsługowy. Określenie „akumulator bezobsługowy" oznacza tylko tyle, że ubytek wody jest mały i producent nie przewiduje potrzeby dolewania wody.
Chociaż prawdę mówiąc, w wielu akumulatorach bezobsługowych jak najbardziej istnieje możliwość dolania wody. Dostępny jest też akumulator bezobsługowy całkowicie, który nie ma korków do wlewania wody, a co najwyżej zawory ciśnieniowe lub jeden wspólny zawór, umożliwiający usunięcie nadmiaru gazów w przypadku przeładowania.
Zawory te chronią przez wybuchem i uniemożliwiają wyciek elektrolitu przy przewróceniu akumulatora. Jednak w każdym silnie przeładowanym akumulatorze kwasowo-ołowiowym nastąpi oczywiście intensywne gazowanie i ubytek wody, której w całkowicie akumulatorze bezobsługowym nie można uzupełnić z powodu braku korków.
Akumulator bezobsługowy - GEL i AGM
W wielu zastosowaniach potrzebne są akumulatory bezpieczne w eksploatacji, całkowicie szczelne, w których na pewno nie nastąpi wyciek żrącego kwasu. Powstały akumulatory nazywane VRLA battery (valve-regulated lead-acid battery), czasem określane jako SLA (Sealed Lead-Acid). Tu podstawą jest nie tylko zastosowanie szczelnych zaworów, ale też uwięzienie elektrolitu w celach.
Znane są dwa typy akumulatorów VRLA, a mianowicie bardziej popularne AGM i znacznie rzadziej spotykane żelowe (GEL). AGM to skrót „Absorbed Glass Mat". W celach między płytami umieszczona jest wata (mata) szklana, w której uwięziony jest żrący elektrolit.
Natomiast w akumulatorach żelowych elektrolit ma postać żelu, a to dzięki dodatkowi krzemionki.
Oglądając akumulator bezobsługowy, przeciętny użytkownik nie dostrzeże na oko różnicy między AGM i żelowymi, ponieważ ich konstrukcja i obudowa mogą być jednakowe. Często oznaczenia AGM na akumulatorze nie ma, nie zawsze też na żelowych jest napis GEL. Takie szczelne akumulatory nazywane są niesłusznie „żelowymi", choć najczęściej są to akumulatory AGM.
Między akumulatorami bezobsługowymi AGM i żelowymi różnice polegają głównie na trwałości oraz zalecanych warunkach ładowania i rozładowania. Ogólnie mówiąc, żelowe nie mogą pracować przy dużych prądach, więc np. do UPS-ów powszechnie stosuje się akumulatory AGM.
Natomiast żelowe mają zwykle większą trwałość, jednak tylko w łagodniejszych warunkach pracy. Takie warunki pracy ma akumulator bezobsługowy w skuterze.
Trzeba bardzo mocno podkreślić, że zaletą akumulatorów AGM i żelowych jest szczelność i bezobsługowość, jednak wymagają one starannie dobranych warunków ładowania. Ten warunek absolutnie nie jest zachowany w skuterze. Chociaż akumulatory te mają zawory, jednak zadziałają tylko w przypadku awarii, gdy nastąpi przeładowanie i silne gazowanie.
Natomiast podczas prawidłowego ładowania wydzielają się wprawdzie pewne ilości gazów, rośnie ciśnienie, ale dzięki obecności katalizatora następuje rekombinacja, czyli ponowna zamiana wodoru i tlenu w wodę. Zawory są zamknięte, a otworzą się tylko przy dużym wzroście ciśnienia, gdy nastąpi silne gazowanie wynikające z przeładowania.
Dlatego zapamiętaj raz na zawsze, że nawet jednokrotne silne przeładowanie akumulatora bezobsługowego jest zawsze bardzo szkodliwe i może bezpowrotnie zmniejszyć pojemność akumulatora AGM i żelowego. O ile w przypadku, klasycznych otwartych akumulatorów gazowanie było dopuszczalne, o tyle nie wolno dopuścić do gazowania w akumulatorach AGM i żelowych.
Wyjątkowo szkodliwe, zwłaszcza w akumulatorach AGM, jest nadmierne rozładowanie. Dlatego równie ważne jest, żeby nie przeładowywać, ani nadmiernie rozładowywać akumulatora bezobsługowego.
Jak zdążyłem zauważyć, stosowany w skuterze akumulator bezobsługowy, jest traktowany bardzo „okrutnie” przez układ ładowania. Posiadam dwa skutery i w obu nie są zachowane właściwe napięcia i prądy ładowania. Poza tym producenci zalecają żeby akumulator bezobsługowy był ładowany prądem stałym i dodatkowo wygładzonym. W skuterze akumulator bezobsługowy jest ładowany przez diodę, czyli prądem tętniącym o bardzo dużej składowej zmiennej.
Wygląda na to, że producenci absolutnie nie przejmują się kwestią zapewnienia odpowiednich warunków ładowania. Ja w swoich skuterach całkowicie przerobiłem część instalacji odpowiedzialnej za ładowanie akumulatora bezobsługowego.
Jeżeli nie chcesz co pół roku zmieniać akumulatora, zapoznaj się z moim poradnikiem, w którym przedstawiam niezawodne sposoby na właściwą eksploatację i długie użytkowanie akumulatora w Twoim skuterze.
Jeżeli chodzi o najpopularniejsze szczelne akumulatory bezobsługowe AGM, to wiele z nich przeznaczonych jest głównie do pracy w rezerwowych systemach zasilania w stosunkowo łagodnych warunkach.
Jak wynika z tych rozważań, akumulatory bezobsługowe, stosowane w skuterach, to niezbyt szczęśliwy pomysł, oczywiście dla akumulatorów.
Stosowanie takich akumulatorów w skuterach podejrzewam, spowodowane jest tym, że nie są produkowane akumulatory „otwarte” o takich małych pojemnościach, poza tym akumulatory żelowe są bezpieczniejsze.
Ale żaden z producentów tychże skuterów (przynajmniej z niższej półki) absolutnie nie przejmuje się właściwą eksploatacją akumulatorów bezobsługowych w skuterze. System ładowania jest tak prymitywny, że spełniłby swoje zadanie tylko w odniesieniu do tradycyjnych akumulatorów.
Jesień życia na skuterze to blog, gdzie znajdziesz opisy wędrówek skuterami po kraju oraz różne innowacje techniczne
Licencjonowane artykuły dostarcza Artelis.pl.
