Już od 1859 roku akumulator kwasowo-ołowiowy stanowi nieodzowny element w niemal wszystkich pojazdach motorowych, w tym nawet hybrydowych i elektrycznych. Chociaż pojazdy hybrydowe i elektryczne wykorzystują akumulatory litowo-jonowe oraz niklowo-metalowo-wodorkowe do magazynowania energii i napędzania pojazdu, sprawdzony akumulator 12 V nadal jest używany do zasilania układu elektrycznego 12 V.

W tym artykule eksperci techniczni Autodata przybliżają technologię akumulatora 12 V oraz aktualnie rozwijane technologie akumulatorów przyszłości.

12-woltowy akumulator kwasowo-ołowiowy nie zawiera żadnych ruchomych części i składa się z sześciu ogniw galwanicznych, z których każde ma pojemność 2,1 V. Każde ogniwo składa się z płyty dodatniej pokrytej dwutlenkiem ołowiu oraz płyty ujemnej z ołowiu, pomiędzy którymi znajduje się kratka oraz materiał izolacyjny zwany separatorem. Całość zamknięta jest w obudowie z twardego plastiku wypełnionej roztworem wodnym kwasu siarkowego, zwanym elektrolitem. Po przyłożeniu napięcia większego niż 2,1 V do każdego ogniwa, wewnątrz akumulatora zachodzi reakcja chemiczna, w efekcie której powstaje gotowa do użycia energia elektryczna.

Od czasu wynalezienia akumulatora kwasowo-ołowiowego w jego konstrukcji nie wprowadzono żadnych większych zmian. W połowie lat 70. XX wieku opracowano tzw. bezobsługowe/hermetyczne akumulatory kwasowo-ołowiowe. Nazywanie ich hermetycznymi nie jest do końca precyzyjne, ponieważ niezależnie od nazewnictwa akumulatory bezobsługowe czy hermetyczne nadal wyposażone są w zawór bezpieczeństwa, który rozładowuje wewnętrzne ciśnienie w przypadku przeładowania lub awarii ogniwa. Z tego powodu bywają one też nazywane akumulatorami kwasowo-ołowiowymi regulowanymi zaworem (ang. valve regulated lead acid, VRLA).

Akumulatory VRLA są bezobsługowe, czyli nie wymagają dolewania wody destylowanej, ponieważ zachodzi w nich reakcja chemiczna między tlenem wytwarzanym na płycie dodatniej i wodorem powstającym na płycie ujemnej. W procesie syntezy tych dwóch pierwiastków powstaje woda, która wraca do akumulatora, przez co staje się on bezobsługowy.

Bez zbytniego odchodzenia od procesów chemicznych wykorzystywanych w akumulatorach VRLA, ta sama koncepcja konstrukcyjna została rozwinięta w postaci akumulatorów żelowych oraz AGM (ang. absorbed glass mat). Akumulatory żelowe i AGM również są klasyfikowane jako hermetyczne i regulowane zaworem; niemniej istnieją między nimi istotne różnice. W akumulatorze żelowym kwas jest zmieszany z krzemionką, tworząc gęsty żel, natomiast w akumulatorze AGM elektrolit jest zabsorbowany w separatorze z włókninowej maty szklanej.

Ten innowacyjny krok w technologii przynosi wiele korzyści: oba akumulatory są praktycznie bezobsługowe, odporne na wibracje, pozbawione cieczy, która mogłaby wyciec oraz mogą być bezpiecznie używane w słabo wentylowanych miejscach. Ze względu na to, że akumulator AGM oferuje wysoką pojemność i rozładowuje się bardzo powoli, jest on preferowanym rozwiązaniem w przemyśle motoryzacyjnym i często używany jest w pojazdach z systemem stop-start.

Warto przy tym zauważyć, że pojazdy wyposażone w systemy monitorowania akumulatora wymagają ponownej kalibracji po każdej wymianie akumulatora. Systemy monitorowania akumulatora dostarczają informacji o stanie akumulatora, uwzględniając jego starzenie. W przypadku wymiany akumulatora wartości w systemie, takie jak natężenie prądu i inne dane, muszą zostać zresetowane przy użyciu urządzenia diagnostycznego. Zaniedbanie tej czynności może doprowadzić do przeładowania akumulatora i skrócenia jego żywotności.

Należy zachować ostrożność podczas stosowania prostowników, ponieważ akumulatory VRLA są przeznaczone do ładowania powoli prądem o niskiej wartości. Aby zapobiec uszkodzeniu akumulatora, zaleca się używać inteligentnych ładowarek automatycznie regulujących napięcie i natężenie prądu. W przypadku wątpliwości co do kompatybilności i sposobu użycia należy stosować się do zaleceń producenta produktu.

Przyszłość

Przemysł motoryzacyjny nie ustaje w poszukiwaniach nowych rozwiązań w technologii akumulatorów. Ostatecznym celem jest wynalezienie akumulatora zdolnego do magazynowania dużych ilości energii elektrycznej i jednocześnie wymagającego stosunkowo krótkiego czasu do pełnego naładowania. Aktualnie prowadzone są badania nad nowymi rozwiązaniami i elementami konstrukcyjnymi, między innymi:

• Akumulatory ze stałym elektrolitem, jak sama nazwa wskazuje, zamiast ciekłego elektrolitu wykorzystują substancję w stanie stałym, co pozwala zwiększyć gęstość energii. Niska temperatura robocza przyczynia się do ograniczenia ryzyka pożaru lub wybuchu. Uważa się, że tego typu akumulatory będą miały dłuższą żywotność i niższe koszty produkcji niż aktualnie używane akumulatory.
• Akumulatory krzemowe wykorzystują krzem i opierają się na budowie akumulatorów litowo-jonowych. W ten sposób zwiększona zostaje pojemność, co przekłada się na zdecydowanie dłuższe działanie akumulatora pomiędzy cyklami ładowania. Krzem jest dostępny w dużych ilościach, więc takie rozwiązanie jest bardzo realistyczną opcją.
• Wedle inżynierów akumulator fluorowo-jonowy jest stanie zmagazynować dziesięciokrotnie więcej energii niż obecne akumulatory litowo-jonowe. Jednakże na chwilę obecną akumulatory fluorowo-jonowe pracują jedynie w wysokich temperaturach, więc konieczne jest obejście tego ograniczenia, aby mogły stanowić one realistyczne rozwiązanie.

Chociaż akumulator 12 V jest starym wynalazkiem, jego konstrukcja nadal ma możliwości rozwoju, a przeszłość pokazała, że doskonalenie właściwości eksploatacyjnych akumulatora jest powolnym procesem. Nie możemy oczekiwać przełomowych zmian w technologii akumulatorów z dnia na dzień. Należy się raczej spodziewać, że postępy w tej dziedzinie rozciągną się na wiele lat, a nawet dekad.

Moduł Autodata poświęcony odłączaniu i podłączaniu akumulatora zapewnia mechanikom wszystkie niezbędne informacje, by mogli oni szybko i bezbłędnie wykonywać czynności na dzisiejszych akumulatorach. Moduł zawiera między innymi: schematy położenia i procedurę odłączania akumulatora; instrukcje, jak przygotować akumulator do odłączenia; oraz listę podzespołów elektrycznych, które trzeba zresetować po podłączeniu akumulatora.

Więcej informacji na stronie www.autodata-group.com.