4. Olovený akumulátor

Časti

  • nádoba - tvrdená guma, alebo polypropylén
  • elektródy, dosky (-) - šedé hubovité olovo (Pb), (+) - hnedý oxid olovičitý (PbO2)
  • separátory
  • elektrolyt - vodou zriedená kyselina sírová (H2SO4) s koncentráciou 35% obj. v plne nabitom akumulátore, pri 20°C 1,285 g/cm3. Elektrolyt môže byť nasiaknutý do sklenej vaty (AGM) alebo ztužený do gelu.
  • pólové mostíky
  • zátky
  • kladný a záporný vývod - (+) je hrubší

Chemicky vratná reakcia

Vybíjaním sa hmota zápornej aj kladnej elektródy premieňa na síran olovnatý (PbSO4) a z elektrolytu ubúda kyselina sírová, a pribúda voda. Pri vybíjaní klesá koncentrácia elektrolytu, pri nabíjaní stúpa.

Celková reakcia vybíjania:

Pb + 2H2SO4 + PbO2 → 2PbSO4 + 2H + 2O

Táto reakcia prebieha aj s kyselinou, ktorá je disociovaná iba do 1. stupňa na H+ a HSO4−. Rovnice potom vyzerajú následovne:

Napätie

  • Menovité napätie jedného článku: 2 V, 6-článkovej batérie: 12 V - tá je uvažovaná ďalej
  • Napätie naprázdno nabitej: 12,6–12,8 V
  • Napätie naprázdno vybitej: 11,8–12,0 V
  • Napätie pri záťaži pri ktorom sa má ukončiť vybíjanie: 10,5 V
  • Všetky napätia sú platné pre 20 °C, v prípade zmeny teploty sa musia vhodne upraviť. Hodnota udržovacieho napätia sa môže líšiť v závislosti na výrobcovi. V prípade dobíjenia udržovacím napätím sa napätie musí presne nastaviť, pretože nízke napätí spôsobuje sulfatáciu pri ktorej sa na elektródach vykryštalizujesíran olovnatý, a vysoké napätie ich koróziu straty elektrolytu, čo významne skracuje životnosť akumulátorov.

  • Napätie pre občasné dobíjanie batérie: 14,2–14,5 V
  • Napätie, pri ktorom začína výrazná tvorba vodíku a kyslíku: 14,4 V
  • Po ukončení nabíjania batérie do plného nabitia, klesne napätie rýchlo na 13,2 V, a potom pomaly na 12,6 V.
  • Typy

    Podle technológie:

    • so zaplavenými elektródami – napríklad autobatérie – elektrolyt je volne nalaita kapalina mezi elektrodami
    • VRLA z anglického Valve Regulated Lead Acid – ventilem řízené olověné akumulátory; jde o označení zapouzdřených akumulátorů s výrazným omezením vývinu plynů; prakticky vůbec se nevyvíjí kyslík a jen ve velmi malé míře se vyvíjí vodík
      • AGM z anglického Absorbent Glass Mat – elektrolyt je nasáknut ve skelné vatě, která je mezi elektrodami
      • Gelové – elektrolyt je zahuštěný ve formě gelu

    Podľa použitia:

    • Záložné (standby) – napr. UPS, bezpečnostní systémy.
    • Štartovacie – autobatérie
    • Trakčné – golfový vozík, vysokozdvižný vozík

    Vlastnosti

    • Samovoľné vybíjanie akumulátora: 3-20% kapacity za mesiac, novšie typy batérií menej.
    • Cyklus je nabitie a následné vybitie batérie. Životnosť je daná počtom cyklov.
    • Životnosti ovplyvní:
      • hĺbka vybíjania
      • počet hĺbkových vybíjaní
      • spôsob nabíjania batérie
      • prevádzkové teploty
      • spôsob skladovania
    • Sulfatácia - je kryštalizácia PbSO4 na elektródach, čím sa obmedzuje prúd a kapacita batérie. Desulfatizovať možno batériu impulzami nabíjania a vybíjania, napríklad striedavé napätie usmernené diódou a batéria zaťažená žiarovkou.
    • Využiteľná kapacita je menšia ako údaj v ampárhodinách (Ah) napísaný na batérii, pretože batériu nemožno úplne vybiť, v zime klesá kapacita batérie, starnutím a sulfatáciou kapacita klesá tiež.
    • Rozdelenie batérií podľa určenia

      ŠTARTOVACIE BATÉRIE

      Olovené batérie určené pre štartovanie nie sú navrhnuté pre hlboké vybitie – majú veľký počet tenkých elektród kvôli čo najväčšej ploche a tým čo najväčšiemu prúdu, ale hlbokým vybitím môžu byť ľahko poškodenie. Opakované hlboké vybitie spôsobí stratu kapacity a významne zníži životnosť. Štartovacie batérie sa skladujú odpojené a mali by sa pravidelne dobíjať podľa doporučenia výrobca (napr. každé 3 mesiace), aby se predišlo sulfatácii.

      TRAKČNÉ BATÉRIE

      Špeciálne betérie navrhnuté na pohon napríklad manipulačnej techniky, golfových vozíkov, nožnicových plošín. Tieto batérie sú rozdelené na článkové 2V a na blokové 6V; 8V; 12V. Konštrukcia článku je najčastejšie mriežková olovená elektróda s vlisovanou aktívnou hmotou a ďalej medzi elektródami odděľujúce separátory. Konštrukcia blokové batérie je buď mriežková elektróda alebo trubková elektróda. Tieto batérie sú stavané na dlhodobé odoberanie energie a následne znovu nabitie. napr. manipulačná technika a batérie v nej je stavaná na 8 hod. prevádzku. Je nutné pre tieto trakčné batérie dodržanie cyklov a to nabitie na 100% a následné odobratie 80% a tak ďalej sa opakuje, tento úkon je jeden nabíjací cyklus. Štandardná trakčná článková batéria má 1500 nabíjacích cyklov a blokové batérie napríklad pre golfové vozíky od 400 do 1200 nabíjacích cyklov. tieto batérie ak su hlboko vybité - pod ostávajúcich 20% energie, sulfatujú a znižuje se daná kapacita batérie až do trvalého poškodenia, nesmú sa teda hlboko vybíjať a ďalej ani medzidobíjať.