Akumulatory samochodowe – prosty poradnik

Akumulatory w samochodach masowo pojawiły się w latach 20. XX wieku, kiedy to inżynierowie uznali, że z rozruchem silnika spalinowego najlepiej poradzi sobie rozrusznik elektryczny. Przy okazji pojawiło się źródło prądu pozwalające m.in. na zasilanie oświetlenia elektrycznego nawet gdy silnik nie pracował. Jednak jego podstawowym zadaniem wciąż pozostaje uruchamianie silnika, dlatego akumulatory samochodowe należą do tzw. jednostek rozruchowych umożliwiających przepływ dużych prądów.

Przez wiele lat kwestia wyboru odpowiedniego akumulatora ograniczała się do doboru odpowiednich parametrów określonych przez producenta. Dziś, gdy na półkach stoją różnego rodzaju akumulatory o tajemniczych oznaczeniach sprawa nie wydaje się taka prosta. Ale tylko pozornie.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe
To najstarszy typ akumulatora, wymyślony w 1859 roku. Od tamtego czasu zasada jego budowy nie uległa zmianie. Składa się z anody ołowiowej, katody z tlenku ołowiu i płynnego elektrolitu, którym jest 37% wodny roztwór kwasu siarkowego. Mówiąc o ołowiu mamy na myśli jego stop z antymonem, z wapniem i antymonem, z wapniem lub z wapniem i srebrem. We współczesnych akumulatorach dominują te dwa ostatnie stopy.

Zalety

: Do zalet „standardowych” akumulatorów należy zaliczyć stosunkowo niską cenę, wysoką trwałość i dużą odporność na głębokie rozładowanie. Ponowne naładowanie „pustego” akumulatora w pełni przywraca pierwotne parametry. Należy jednak pamiętać, że utrzymywanie stanu całkowitego, lub częściowego rozładowania w dłuższym czasie prowadzi do zakwaszenia, co nieodwracalnie obniża parametry i znacząco zmniejsza trwałość.

Wady: Do typowych wad akumulatora kwasowo-ołowiowego należy ryzyko wspomnianego zakwaszenia, oraz konieczność regularnego kontrolowania poziomu elektrolitu. Dłuższe użytkowanie z jego niedoborem prowadzi do skrócenia żywotności akumulatora.

Zastosowanie: Akumulator kwasowo-ołowiowy jest najpopularniejszym typem akumulatora rozruchowego. W motoryzacji jest powszechnie stosowany w niemal wszystkich rodzajach pojazdów, m.in. w samochodach osobowych, ciężarowych, motocyklach, czy ciągnikach.

Akumulatory żelowe

W tym typie akumulatora płynny elektrolit zastąpiony został specjalnym żelem powstałym z wymieszania kwasu siarkowego z krzemionką. Wielu kierowców zastanawia się nad zastosowaniem go w swoim samochodzie, ale mimo wielu zalet, nie jest to polecane rozwiązanie.

Zalety: Akumulatory żelowe posiadają wiele zalet w stosunku do kwasowo-ołowiowych z płynnym elektrolitem. Po pierwsze mogą być ustawiane w dowolnej pozycji, są odporne na głębokie przechyły, a nawet na krótkotrwałą pracę w pozycji odwróconej, Po drugie elektrolit w formie żelu nie paruje, nie trzeba go uzupełniać i co istotne ryzyko wycieku jest bardzo niskie nawet w przypadku uszkodzenia mechanicznego. Po trzecie akumulatory żelowe są odporne na wibracje i wstrząsy. Wytrzymałość cykliczna jest o ok. 25% większa, niż w akumulatorach kwasowo-ołowiowych.

Wady: Podstawową wadą akumulatorów żelowych jest niska moc przy dostarczaniu wysokich prądów, zwłaszcza w niskich temperaturach. Przez to nie znajdują zastosowania w samochodach jako akumulatory rozruchowe.

Zastosowanie: Akumulatory żelowe, jako jednostki rozruchowe, znalazły zastosowanie w motoryzacji, ale jedynie w jednośladach, gdzie prądy rozruchowe są o wiele mniejsze, eksploatacja przebiega w okresie letnim, a pozycja pracy może znacząco odbiegać od pionu. Sprawdzają się też doskonale jako jednostki stacjonarne, np. w przyczepach kempingowych, kamperach, czy jako akumulatory pomocnicze w samochodach terenowych.

Akumulatory EFB / AFB / ECM

Skróty EFB (Enhanced Flooded Battery), AFB (Advanced Flooded Battery) i ECM (Enhanced Cycling Mat) oznaczają akumulatory o wydłużonej wytrzymałości. Pod względem budowy wykorzystują większy zbiornik elektrolitu, płyty ze stopu ołowiu, wapnia i cyny oraz dwustronne separatory z mikrowłókien polietylenu i poliestru.

Zalety: W porównaniu z konwencjonalnymi akumulatorami kwasowymi cechują się dwukrotnie większą wytrzymałością cykliczną, czyli są zaprojektowane na dwa razy więcej uruchomień silnika, niż konwencjonalne akumulatory. Dobrze radzą sobie w samochodach z dużą liczbą odbiorników prądu.

Wady: Akumulatory o wydłużonej wytrzymałości nie są odporne na głębokie rozładowania, co obniża ich sprawność. Wadą jest też dosyć wysoka cena.

Zastosowanie: Akumulatory o wydłużonej wytrzymałości są przeznaczone do samochodów wyposażonych w układ start-stop oraz samochodów z rozbudowaną instalacją elektryczną. Można je stosować jako zamienniki akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

Akumulatory AGM

Skrót AGM (Absorbent Glass Mat) oznacza akumulator z separatorami wykonanymi z mat z mikrowłókien szklanych lub włókna polimerowego całkowicie pochłaniającego elektrolit.

Zalety: AGM to produkt trzykrotnie bardziej wydajny, mając na uwadze ilość rozruchów, niż standardowy akumulator. Do zalet należy też zaliczyć wysoką odporność na wstrząsy, wibracje, czy wycieki, niskie straty energii oraz niski opór wewnętrzny.

Wady: Największą wadą są z pewnością wysokie ceny zakupu. Do pozostałych należy zaliczyć wrażliwość na przeładowanie oraz wysokie temperatury. Z tego ostatniego powodu umieszcza się je w kabinie pasażerskiej, lub w bagażniku, nigdy zaś w komorze silnikowej.

Zastosowanie: Akumulatory AGM zaprojektowano specjalnie z myślą o samochodach wyposażonych w układ start-stop i system odzyskiwania (rekuperacji) energii. Ze względu na wrażliwość na wysoką temperaturę pracy nie nadają się jako zamiennik dla konwencjonalnych akumulatorów montowanych w komorze silnika.

Akumulator obsługowy, czy bezobsługowy?

Tradycyjny akumulator wymaga okresowej obsługi. Ze względu na parowanie konieczne jest uzupełnianie poziomu elektrolitu poprzez dolewanie wody destylowanej do cel. Prawidłowy poziom zaznaczony jest na obudowie. Do zalet tego typu konstrukcji należy duża żywotność, ale pod warunkiem stałej kontroli poziomu elektrolitu.

Coraz częściej mamy do czynienia z akumulatorami bezobsługowymi, gdzie nie musimy się martwić o poziom elektrolitu. Niski poziom parowania wody uzyskano dzięki płytkom wykonanym ze stopu ołowiu z wapniem lub ołowiu z wapniem i srebrem. Obudowę zaprojektowano tak, że spora część wody powraca do stanu płynnego. Aby zapobiec ryzyku eksplozji spowodowanej przeładowaniem producenci stosują jednokierunkowe zawory bezpieczeństwa zwane VLRA (Valve Regulated Lead Acid).

Akumulator przyszłości
Ponad 70% nowych samochodów oferowanych obecnie na rynku posiada system start-stop. Ich udział będzie nadal się zwiększał, zatem najbliższa przyszłość należy do akumulatorów o wydłużonej wytrzymałości. Coraz częściej też inżynierowie stosują proste układy rekuperacji energii, co przełoży się na zwiększenie udziału rynkowego akumulatorów AGM. Ale zanim nadejdzie era pojazdów hybrydowych, lub elektrycznych, może nas czekać kolejna mała „rewolucja” i to za sprawą polskiej firmy.

Producent akumulatorów ZAP Sznajder z Piastowa jest w posiadaniu patentu na akumulator węglowy. Płytki są w nim wykonane z węgla szklistego o strukturze gąbczastej i pokryte cienką warstewką stopu ołowiu. Do zalet tego rozwiązania należy dużo niższa masa akumulatora oraz niższe szacowane koszty produkcji. Wyzwaniem jest jednak opanowanie technologi produkcji umożliwiającej masowe wytwarzanie takich akumulatorów.

Jak dobrać właściwy akumulator?
Pierwsza sprawa to ilość miejsca jaką dysponujemy. Akumulator musi mieć takie wymiary, aby mieścił się na przeznaczonej dla niego podstawie. Po drugie biegunowość, często usytuowanie jest takie, że przy zakupie musimy wiedzieć z której strony ma być biegun dodatni, a z której ujemny. Inaczej nie sięgniemy kablami i nie będziemy w stanie podłączyć akumulatora do instalacji.

Dla każdego modelu samochodu producent określił odpowiedni typ akumulatora. Jego parametry –  pojemność wyrażona w amperogodzinach [Ah] i prąd rozruchowy w amperach [A] – zostały tak określone, by były wystarczające do rozruchu silnika nawet podczas siarczystych mrozów. Jeżeli silnik i układ elektryczny są sprawne, a rozruch przebiega bez problemów to nie ma powodu, by zastanawiać się nad zastosowaniem akumulatora o większej pojemności, czy większym prądzie rozruchowym.

Duży może więcej?
Zastosowanie akumulatora o wyższych parametrach ułatwia rozruch silnika, ale ma też wady. Większy prąd rozruchowy ułatwi rozrusznikowi szybsze odpalenie jednostki napędowej, ale często oznacza krótszą żywotność samego akumulatora. Większa pojemność to więcej uruchomień, co może mieć znaczenie zwłaszcza zimą w przypadku silników wysokoprężnych. Stosując większe pojemności miejmy na względzie istnienie zjawiska samorozładowania (wyrażanego w % względem pojemności), dlatego gdy używamy samochodu rzadko i na krótkich dystansach, alternator może nie zdążyć w pełni naładować akumulatora zwłaszcza, jeśli nadwyżka energii jest niewielka. Jeśli więc mamy akumulator o dużo większych parametrach od zalecanych, rozsądnie jest regularnie kontrolować stan jego naładowania. Zaleca się, by mocniejszy akumulator miał pojemność nie większą, niż 10-15% zalecanej przez producenta. Pamiętajmy jednak, że akumulator o lepszych parametrach będzie cięższy i droższy w zakupie, może też mieć krótszą trwałość (wysokie prądy, niedoładowanie).