Mit érdemes tudni az Ólom akkumulátorokról és tőltésükről

Ezen olvasmányban megpróbáltuk összegyűjteni, hogy mit is érdemes tudni az ólomakkumulátorok működéséről és karbantartás igényéről anélkül, hogy sok felesleges műszaki adattal halmoznánk el az olvasót. Valójában észrevehető, hogy ahány akkumulátor-gyártó, annyi eltérés mutatkozik az akkumulátor leírásában és gondozásában, ezért néhány esetben kénytelenek voltunk általánosítani.

Az ólom akkumulátorok kereskedelmi forgalmazása több, mint 100 éves múltra tekint vissza. Ugyanaz a kémiai reakció játszódik le napjainkban is az energia-tárolás és leadás folyamán, mint a kezdeteknél. Ha valaki az akkumulátorok ismeretének és gondozásának alapjait elsajátítja, akkor jóval kevesebb akku problémára számíthat a jövőben, az akkumulátorának teljesítmény leadási képessége, megbízhatósága és várható élettartama növekedni fog. Javasoljuk, hogy olvassa végig a teljes cikket, amelyet a követhetőség és egyszerűség szellemében készítettünk.
Az átlagos akkumulátor élettartam rövidebb lett, mivel az akkuk felé támasztott energia-igény megnövekedett. Az élettartam nagymértékben függ a használattól, 1-től 3 évig átlagosan, de a mai akkumulátorok kb. 30 százaléka éri meg a 3 éves vagy az a fölötti élettartamot.

Néhány alapfogalom

Az ólomakkumulátor lemezekből, ólomból, ólom-oxidból, továbbá 35%-os kénsav és 65%-os desztillált víz oldatból áll (ill. több egyéb elemből, amelyek pl. a savsűrűséget befolyásolják). Ezt az oldatot elektrolitnak nevezzük, ez indítja be a kémia reakciót, amely elektronokat hoz létre. Amikor az akkumulátort savsűrűség-mérővel tesztelik, gyakorlatilag az elektrolitban jelen lévő kénsav mennyiségét mérik. Amikor a mért érték túl alacsony, az azt jelenti, hogy a kémiai folyamat, amely elektronokat állít elő, alacsony intenzitású. Szóval hová lett a szulfát az elektrolitból? Az akkumulátor-lemezeken pihen, s ha újratölti az akkumulátorát, a szulfát visszatér az elektrolitba.

Biztonság 

Amikor valaki akkumulátorral kerül kapcsolatba, gondolnia kell a biztonságra is. Először is vegyünk le minden ékszert. Senki sem szeretné úgy megolvasztani az óráját, hogy az közben a kezén van. Az akkumulátor töltése folyamán termelt hidrogén gáz fokozottan robbanásveszélyes. Sokszor megtörtént már, hogy az akkumulátor mellett dohányzó embert a felrobbant akkumulátor kénsavval permetezte be, amely komoly sérülésekhez vezetett. Ne féljünk használni a falon lógó védőszemüveget sem. Viseljünk zárt ruházatot, hogy a kénsav semmilyen körülmények között se tudjon a bőrünkkel érintkezni. Járműveken végzett elektromos munkák előtt mindenképpen célszerű az akkumulátor földkábelét (általában negatív) kikötni. Végezetül sose feledjük, hogy veszélyes savval, robbanásveszélyes gázzal és több száz amper árammal dolgozunk.

Akkumulátor típusok, ciklikus és indító akkumulátorok

Gyakorlatilag kétféle akkumulátor típust különböztethetünk meg;

- indító (járművekben) akkumulátort arra tervezték, hogy rövid idejű, de nagy áram leadására legyen képes (pl. önindító). Az ilyen akkumulátorok ólomlemezei vékonyabbak és az anyagi összetételük is eltérő a ciklikus akkumulátorokétól. Az indító akkumulátorokat nem lehet ciklikus akkumulátoroknak szánt feladatokra alkalmazni!

- ciklikus (hajókon, napelemes rendszerekben, szünetmentes tápegységekben, stb.) akkumulátor kevésbé képes rövididejű nagy áramok leadására, viszont sokkal jobban bírja a huzamosabb kisütést/feltöltést. A ciklikus akkumulátorok lemezei vastagabbak és az akku képes túlélni többszöri akku mélykisütést is.

- kettős felhasználású akkumulátor (Dual Purpose Battery) csak egy kompromisszum a fenti két akku típus között.

Savas, Zselés és Felitatott Üvegszálas (Absorbed Glass Mat - AGM) rendszerű akkumulátorok különböző fajtái az ólom akkumulátoroknak. A savas akkumulátor két alapvető kivitelben készül; gondozásmentes és a gondozást igénylő kivitelben. Mindkét típus elektrolit folyadékkal van feltöltve. Szerencsésebb azt a típust választani, amelyikhez lehet desztillált vizet utántölteni a nyári melegekben (vagyis nincs véglegesen lezárva a cella beöntő nyílása) és sav sűrűségmérő is használható. A zselés és az AGM akkumulátorok speciális akkumulátorok, amelyek általában kétszer annyiba kerülnek, mint egy savas akkumulátor. Viszont nagyon jó a tároló képességük és nem szulfátosodnak olyan gyorsan, mint a hagyományos savas ólomakkumulátorok. Ezeknek az akkumulátoroknak a használata folyamán nagyon kicsi az esélye a hidrogén-gáz esetleges berobbanásának, az egyik legbiztonságosabb akkumulátor fajta. Zselés és bizonyos AGM akkumulátorok speciális töltést igényelnek. A teljesség igénye nélkül az alábbi felhasználásokhoz javasolt AGM akkumulátorok alkalmazása: hajózás, lakókocsik, lakóautók, audiotechnika, vizi sportok, szünetmentes áramellátás, napelemes vagy szélgenerátoros rendszerek, stb. Amennyiben az akkumulátorról nem használunk napi gyakorisággal fogyasztót, ez is korai akku meghibásodáshoz vezethet. Zselés akkumulátorok még kaphatók de az AGM akkumulátorok lassan kiszorítják őket a legtöbb felhasználási területről. Az AGM akkumulátorok körül van egy kis fogalomzavar a köztudatban, mivel az akkumulátorgyártók és forgalmazók különböző nevekkel illetik őket; pl. zárt biztonsági szelepes (sealed regulated valve), száraz vagy szárazcellás (dry cell), kiömlés biztos (non-spillable) és zárt ólom akkumulátorok. A legtöbb esetben az AGM akkumulátorok hosszabb élettartamot és több feltöltési/kisütési ciklust biztosítanak, mint a hagyományos ólomakkumulátorok. Egy KIEGÉSZÍTŐ MEGJEGYZÉS a zselés akkumulátorokról: nagyon gyakori, hogy sokan ezt a kifejezést használják, amikor egy zárt rendszerű, karbantartásmentes akkumulátorról beszélnek. Sokszor hasonló a tapasztalat akkor is, amikor valaki zselés akkumulátorhoz keres akkumulátor töltőt, sok esetben a végén kiderül, hogy az akku egyáltalán nem zselés rendszerű.

AGM (Absorbed Glass Matt) felitatott üvegszálas konstrukció az akkumulátorlemezek között egy bór-szilikát párnát jelent, amely egyéb hasznos tulajdonsága mellett megakadályozza a lemezek közötti vagy alatti cellazárlatot is. Az AGM konstrukciók további előnye, hogy akkor sem szivárog ki belőlük elektrolit, ha az akkumulátor háza megsérül, széttörik. A legtöbb AGM akkumulátor rendelkezik az un. gáz rekombinációs képességgel, amely röviden azt jelenti, hogy a töltési/kisütési folyamat alatti elektrolízissel járó folyadékveszteség minimalizálódik. A hagyományos akkukhoz képest ugyancsak növekszik kisütés és az újratöltés hatásfoka, a valóságban az AGM akkumulátor a VRLA akkuk (Valve Regulated Lead Acid - zárt biztonsági szelepes ólomakkumulátor) egyik variánsa. Felhasználása a nagyteljesítményű indító akkumulátoroknál, ciklikus alkalmazásoknál (szünetmentes tápellátás) és napelemes rendszereknél jelentős. A jó minőségű AGM akkumulátorok akkor fogják élettartamuk maximumát nyújtani, ha azokat újratöltik, mielőtt a töltöttségi szintjük 50% alá esik. Ha ezeket az akkumulátorokat 100%-osan kisütjük, akkor az élettartamuk nem lesz több, mint 300 ciklus (300 feltöltés-kisütés). Átlagosan 1000 ciklust is elbírnak ezek az akkumulátorok, ha 50%-nál nem sütik ki őket jobban (lásd grafikon lent). Az AGM akkumulátorok töltőfeszültsége nem tér el a hagyományos savas akkumulátorokétól, ezért nem igényelnek speciális akkumulátortöltőt. Mivel ezeknek az akkuknak a belső ellenállása igen alacsony, ezért a töltésük alatt csak minimálisan melegednek. Az AGM akkumulátoroknak ugyancsak alacsony az önkisülése (havi 1-3%), ezért jobban bírják a töltés nélküli tárolást, mint a hagyományos társaik.

Zselés: A zselés akkumulátor belsőleg annyiban hasonlít az AGM akkumulátorokhoz, hogy az elektrolit itt is meg van kötve. Az AGM akkuban az elektrolit továbbra is folyékony kénsav, csak fel van itatva, míg a zselés akkuban sziliga-gél segítségével az elektrolitot elzselésítik. A zselés akkumulátorok töltőfeszültsége alacsonyabb, mint a hagyományos savas vagy AGM akkumulátorok esetében (az akku kapacitásának kb. 5%-a). A zselés akkumulátor cella a legérzékenyebb valamennyi típus közül a túltöltésre, amely korai akkumulátor tönkremenetelhez vezet. További hátrány, hogy a zselés akkumulátor teljes feltöltési ideje hosszabb, mint egy hasonló kapacitású hagyományos akkumulátornak (mivel alacsonyabb a töltőfeszültség), a magasabb feszültségű töltés folyamán keletkező gázbuborékok pedig a zselében alacsonyabb akku kapacitást eredményeznek, megrövidítvén így annak élettartamát is. Zselés akkumulátorok igazi felhasználási területe, ahol az akkumulátor kisütése a 100%-os mértéket is eléri. Nem megfelelő akkumulátor töltő használata esetén az akkumulátor korai halála szinte elkerülhetetlen.

CCA, CA, AH és RC - mik ezek? Nos, ezek azok a szabványos értékek, amelyeket minden akkumulátor-gyártó alkalmaz egy adott akkumulátor típus paramétereinek megadásában.

Hidegindító áram (Cold cranking amps vagy CCA vagy EN) az az áramerősség érték, amelyet az akkumulátor problémamentesen le tud adni 30 másodpercen keresztül -18C hőmérsékleten úgy, hogy a feszültsége nem esik 7.2V alá. Ezért a magas CCA érték különösen hideg időben bizonyul hasznosnak.

Indítóáram (cranking amp vagy CA) az az érték, amelyet hasonló körülmények között mérnek 0C hőmérsékleten. Ezt az értéket MCA-nak (marine cranking amps) is nevezhetik. A meleg indító áram elnevezés (Hot cranking amps - HCA) már szinte sehol sincs használatban, ez 27C hőmérsékleten értendő.

Amperóra (AH) az akkumulátor kapacitását (energia befogadó-képességét) jelenti. 1 Amperóra egyenlő 1A áramerősség 1 órán keresztüli leadásával vagy 10A áramerősség 0,1 órán keresztüli leadásával, és így tovább. Tehát ha van egy készülékünk, amely 20A-t vesz fel és azt 20 percen keresztül üzemeltetjük, akkor az Amperóra-igény 20 (amper) × 0,333 (óra) = 6,67 Ah. Ciklikus és indító akkumulátorok Ah-kapacitása hazánkban általában 20 órás periódusra vonatkozik. Ez azt jelenti, ha egy akkumulátor 100 Ah-ás, akkor az 5A-t tud leadni 20 órán keresztül úgy, hogy az akkufeszültség nem csökken 10,5V alá.

Miért van szükség a 20 órás periódusra vonatkoztatni?

Erre a Peukert-effektus miatt van szükség. A Peukert-érték közvetlenül összefüggésben van az akkumulátor belső ellenállásával. Minél magasabb az akku belső ellenállása, annál nagyobb a kisütés/töltés közbeni veszteség, különösen nagyobb áramerősségnél. Ez azt jelenti, hogy minél gyorsabban sütünk ki egy akkumulátort, annál kisebb az Ah-értéke (kapacitása). Ellenben minél lassabban sütjük ki az akkumulátort, annál nagyobb annak kapacitása. Ez azért lehet fontos, mivel néhány akku-gyártó 100 órás periódusra adta meg a kapacitás (Ah) értéket, amely így szebb fényben tünteti fel az adott akku típust.
Az akkumulátor szulfátosodása akkor kezdődik, amikor a savsűrűség 1,225 alá esik vagy az akkufeszültség 12,4V alá. A szulfátosodás megkeményíti az akkumulátor lemezeket és csökkenti az akku áramfelvevő/áramleadó képességét, kapacitását, a folyamat az akkumulátor tönkremenetelével ér végét.

Új akkumulátor kiválasztása, vásárlása. Célszerű a lehetőségekhez képest a legnagyobb amperóra kapacitású akkumulátort megvásárolni. Természetesen mindezt a fizikai befoglaló méretek és az akku csatlakozás kiépítésének szem előtt tartásával. Amennyiben az akkumulátort a szokásosnál erősebb környezeti hatásoknak (nagy meleg, nagy hideg) fogja kitenni vagy a rendszeres karbantartás és pontos töltés nem megoldható, akkor célszerű elgondolkozni zselés vagy AGM ciklikus akkumulátor beszerzésén.

Fontos, hogy a feladatnak megfelelő akkumulátort válasszunk. Emlékezzen rá, hogy az indító és ciklikus akkumulátorok nem azonos felhasználásra valók. Igyekezzünk lehetőleg a legújabb gyártású akkumulátorok közül választani. Minél hosszabb ideje várakozik egy akkumulátor használaton kívül és töltés nélkül, annál valószínűbb, hogy a lemezeken már megkezdődött a szulfát-lerakódás. A legtöbb akkumulátoron fel van tüntetve a gyártás időpontja vagy a gyártás időpontjára vonatkozó kód található. Egyik lehetséges változat, hogy az "A" betű januárt jelöli, a "4" szám pedig 2004-et és így tovább. Pl. C4 azt jelenti, hogy 2004 márciusában készült az akkumulátor. Az "i" betű nincs használatban, mivel könnyen összetéveszthető az "1" számmal.

Akku élettartam és teljesítmény

Az átlagos akkumulátor élettartam rövidebb lett, ahogy az energia-igények megnövekedtek. Két kifejezést nagyon sokszor hallani: "az akkumulátorom nem veszi fel a töltést", ill. "az akkumulátorom nem tartja a töltést". Kb. az akkumulátorok 30%-a éri meg a 3 éves vagy az a fölötti kort. Az akkumulátorok meghibásodásának a 80%-a az elszulfátosodásra vezethető vissza. Szulfátosodás akkor következik be, amikor a szulfát molekulák az elektrolitból (kénsav) kiválnak és az ólomlemezekre rakódnak. Hamarosan a lemezeken oly mértékű lesz a szulfát-lerakódás, hogy az akkumulátor tönkremegy, nem vesz fel töltést és nem képes teljesítményt leadni. A szulfát lerakódásnak több oka is van, az alábbiakban felsoroltunk néhányat.

• Az akkumulátor túl sokat pihen két újratöltés között, pl. akár 24 óra nagyon meleg időben vagy több nap hideg időben már megindíthatja a fokozott szulfátosodást.
• Az akkumulátort úgy tárolják, hogy időszakonként nincs újratöltve.
• Az indítóakkumulátorok túlzott mértékű kisütése (mélykisütése). Emlékezzen rá, hogy ezek az akkumulátorok nem bírják a mélykisütést.
• Az akkumulátor nem teljes mértékű feltöltése, pl. 90%-os újratöltés mellett megkezdődik a szulfátosodás annak a 10%-os nem reaktivált anyagnak a segítségével, amit a befejezetlen töltési ciklus hagyott fenn.
• 38C fölötti hőmérséklet megnöveli az akku önkisülését. A hőmérséklet növekedésével növekszik az önkisülés mértéke is. Ha egy vadonatúj, teljesen feltöltött akkumulátort a nap 24 órájában 38C fokos hőmérsékleten hagyunk 30 napon keresztül, nagy valószínűséggel nem lesz képes beindítani a motort.
• Alacsony elektrolit-szint. A levegőnek kitett ólomlemezeken azonnal megindul a szulfát képződés.
• Nem megfelelő töltőfeszültség vagy töltési karakterisztika.
• A hideg is megviseli az akkumulátort. Hidegben az akkumulátor kapacitása alacsonyabb, mint normál hőfokon. Egy teljesen kisütött akkumulátor akár be is tud fagyni, amikor tartósan 0 fok alá süllyed a hőmérséklet.

Az akkumulátor töltése

Legfontosabb, hogy ne felejtse el az akkumulátorból kivett energiát mielőbb vissza is tölteni. Ha nem így tesz, akkor az elszulfátosodás beindul, amely a kapacitás és élettartam csökkenéséhez vezet. A gépjárművek generátora egyben akkumulátortöltő is és általában jól végzi a feladatát egészen addig, amíg az akkumulátort nem sütjük ki túlságosan. A generátor a mélykisütött akkumulátort rendszerint túltölti, ami megint csak nem tesz jót az akkunak. Általában egy mélykisütött indítóakkumulátort kb. tízszer tud a generátor újratölteni. Az akkumulátorok szeretik, ha megfelelő karakterisztika szerint töltik fel őket, különösen mélykisütött állapotukból. Ezt az optimális töltési karakterisztikát 3 lépcsős töltési karakterisztikának nevezzük. Ezt a karakterisztikát csak speciális processzorvezérelt akkumulátortöltők képesek nyújtani. Az első lépcső a teljes töltés (bulk charging), ahol az akkumulátor a kapacitásának kb. 80%-át visszanyeri a töltő maximális áramú és feszültségű töltése mellett. Amikor az akkumulátor feszültsége eléri a 14,4V-ot, elkezdődik a második lépcső, a kímélő töltés (absorption charge). Ilyenkor a töltőfeszültség állandó 14,4V-os értéken marad és a töltőáram folyamatosan csökken egészen addig, amíg az akkumulátor töltöttsége el nem éri a 98% körüli értéket. Itt elkezdődik a harmadik lépcső, a csepptöltés (float charging), amely kb. 13,4V-os töltőfeszültséggel és alacsony (többnyire 1 amper körüli) töltőárammal kímélve tölti az akkumulátort. Ezzel az utolsó lépcsővel az akkumulátor töltöttsége eléri vagy megközelíti a 100%-os értéket. A csepptöltés ideje alatt az akkumulátor nem melegszik és a töltöttségi szintje közel 100%-os marad hosszú idejű pihenés alatt is. Megjegyezzük, hogy bizonyos zselés vagy AGM akkumulátorok speciális töltési karakterisztikát igényelnek.

Akku - mit csináljunk

• Használat, telepítés alatt tartsuk szem előtt a biztonságtechnikát
• Rendszeresen ellenőrizzük az akkut, különösen meleg időben
• Kisütés után mihamarabb töltsük fel az akkumulátort
• Válassza a legnagyobb kapacitású akkumulátort, amely a céljainak megfelel

Akku - mit ne csináljunk

• Ne feledkezzen meg a biztonságtechnikáról
• Soha ne öntsön az akkumulátor cellákba kénsavat
• Ne használjon nagyteljesítményű de nem automata akkumulátor-töltőt
• Ne pihentesse az akkumulátort anélkül, hogy biztosítaná a folyamatos töltöttségét az üzemen kívüli időszak alatt is
• Ne halogassa az akku újratöltését
• Ne merítse le az akkumulátort jobban, mint amire feltétlenül szüksége van
• Ne hagyja, hogy az akkumulátor töltés közben forróvá váljon
• Ne kössön össze eltérő kapacitású és típusú akkumulátorokat