Pojmy batéria a zdroj sa často zamieňajú, no ide o odlišné zariadenia s rôznymi vlastnosťami a použitím. Tento článok sa zameriava na rozdiely medzi nimi, s dôrazom na olovené akumulátory, ich typy, údržbu a využitie v rôznych aplikáciách.
Čo je akumulátor?
Akumulátor je elektrochemický zdroj elektrickej energie, ktorý premieňa chemickú energiu na elektrickú. Ide o zdroj jednosmerného elektrického prúdu, ktorého hlavnou vlastnosťou je schopnosť akumulovať elektrickú energiu. Akumulátor sa skladá minimálne z troch reaktantov: zápornej elektródy (katódy), elektrolytu (roztoku kyseliny sírovej a vody pri olovených akumulátoroch) a kladnej elektródy (anódy). Pri uzavretí elektrického obvodu dochádza v článku k chemickej reakcii - vybíjaniu alebo nabíjaniu.
Olovené akumulátory: Základné informácie
Základ olovených akumulátorov tvoria olovené články usadené v elektrolyte. Pôvodná podoba batérie (dnes označovaná ako údržbový akumulátor) sa vyznačuje olovenými elektródami ponorenými v roztoku kyseliny sírovej v destilovanej vode. Batéria funguje na základe reverzibilných chemických reakcií medzi olovom, oxidom olovičitým a kyselinou sírovou, ku ktorým dochádza počas vybíjania a nabíjania.
Typy olovených akumulátorov
Olovené akumulátory sa delia na niekoľko typov, ktoré sa líšia konštrukciou, vlastnosťami a údržbou:
- Údržbové akumulátory: Vyžadujú pravidelnú údržbu, najmä doplňovanie destilovanej vody, pretože elektrolyt sa počas nabíjania odparuje. K hlavným benefitom patrí nízka obstarávacia cena, vysoká energetická účinnosť a schopnosť zvládnuť náročné prevádzkové podmienky. Frekvencia využívania údržbového akumulátora skôr klesá. Stále sa s ním však stretnete u starších automobilov, poľnohospodárskej techniky alebo záložných zdrojov energie.
- AGM akumulátory: Sú hermeticky uzavreté obalom a nevyžadujú žiadny zásah užívateľa do vnútorných častí. Poteší rýchlym nabíjaním, vysokým okamžitým výkonom a schopnosťou dodávať vysoký prúd aj pri krátkodobom vybíjaní. Oproti ďalším bezúdržbovým batériám dosahujú vyššie výkony a štartovacie prúdy pri nízkych teplotách. Naopak na vyššiu prevádzkovú teplotu sú AGM batérie citlivejšie. Bežné modely zvládnu zhruba 300-500 cyklov pri vybíjaní na 50 % DOD. U drahších akumulátorov môže byť životnosť až dvojnásobná.
- GEL akumulátory: Sú v porovnaní s AGM akumulátormi menej citlivé na hlboké vybíjanie a poskytujú pri ňom stabilnejší výkon. Nesklamú ani vo vyšších prevádzkových teplotách. Pri nižších teplotách však treba počítať s nižším výkonom. Technológia výroby GEL akumulátorov je nákladnejšia, čo sa premieta do ich ceny. Životnosť GEL batérie býva dlhšia ako pri AGM modeloch, štandardne sa pohybuje okolo 500-800 cyklov pri hĺbke vybitia batérie na 50 % DOD. Naopak nabíjanie je skôr pomalšie. Akumulátory majú rovnomerný výkon počas väčšiny svojej životnosti.
- Bezúdržbové akumulátory: Označujú produkt, ktorý z hľadiska kontroly stavu hladiny elektrolytu (roztok kyseliny sírovej a vody) a dolievanie destilovanej vody tento servis nevyžaduje. Moderné batérie, ktoré majú horné viečko napevno pritavené ku spodnej schránke nie je možné v takom prípade ani otvoriť ani kontrolovať. Tieto bezúdržbové batérie majú spravidla v hornej časti schránky integrovaný labyrintový systém, ktorý zabraňuje úniku elektrolytu pri náhodnom prevrátení batérie na bok, napr. pri preprave či nehode automobilu.
Štartovacie vs. trakčné batérie
Z hľadiska použitia sa olovené akumulátory obvykle delia na štartovacie a trakčné.
Prečítajte si tiež: UPS pre obehové čerpadlo kúrenia: Na čo si dať pozor?
- Štartovacie batérie: Sú navrhnuté tak, aby okamžite vyvinuli vysoký výkon potrebný na naštartovanie motora. Skladajú sa z väčšieho počtu tenkých elektród, aby sa dosiahol nízky odpor s veľkou povrchovou plochou.
- Trakčné batérie: Sú určené na súvislý pohon zariadenia (invalidných vozíkov, VZV a pod.). Tvorí ich menší počet silných elektród, čo zlepšuje schopnosť opakovaného vybíjania a nabíjania.
Proces nabíjania a vybíjania
Olovená batéria slúži ako zdroj energie vďaka premene elektrochemicky aktívnych látok na elektródach. Oxid olovičitý na anóde a čisté kovové olovo na katóde sa za spotreby kyseliny sírovej z elektrolyt mení pri vybíjaní batérie na síran olovnatý.
Proces nabíjania a vybíjania zohráva dôležitú úlohu z pohľadu životnosti olovenej batérie. Jedným z hlavných problémov je sulfatácia, ku ktorej dochádza pri nedostatočne nabitom, prípadne vybitom akumulátore (napríklad pri vozidlách pri krátkych zimných vychádzkach). V praxi sa jedná o vytváranie povlaku síranu olovnatého na elektródach. Sulfatácia vedie k zmenšeniu aktívnej plochy elektród. Výsledkom je rýchlejšie vybíjanie batérie, znížená schopnosť dodávania vysokého prúdu a výrazne kratšia životnosť.
Údržba a starostlivosť o olovené akumulátory
Adekvátna údržba a starostlivosť o olovené akumulátory je kľúčová pre ich dlhú životnosť a spoľahlivý výkon.
- Údržbové akumulátory: Tu je potrebná kontrola hladiny elektrolytu a prípadné doplňovanie destilovanej vody. Okolo svoriek batérie sa môže tvoriť korózia alebo usadeniny kyseliny, čo môže znížiť kontakt a zvýšiť odpor.
- Bezúdržbové akumulátory: Sústrediť sa musíte predovšetkým na správne nabíjanie. Bezúdržbové batérie sú citlivejšie na prebíjanie a vyžadujú špecifické nabíjacie napätie. Používanie nabíjačiek s reguláciou napätia je preto pre ochranu batérie zásadné. Optimálne fungovanie a dlhú životnosť podporíte rovnako obmedzením hlbokého vybíjania. Bezúdržbové batérie síce znášajú hlbšie vybíjanie lepšie ako údržbové modely, ale pravidelné hlboké vybíjanie (pod 50 % kapacity) stále vedie k skráteniu ich životnosti.
Nevyhnutným aspektom údržby je kontrola napätia, ktorú vykonáte bežným multimetrom. Hodnota nesmie klesnúť pod odporúčanú úroveň, inak riskujete poškodenie akumulátora či výrazné skrátenie životnosti. Kontrola napätia je dôležitá hlavne po dlhšej dobe nečinnosti. Inak by ste ju mali vykonávať zhruba raz za mesiac.
Nezabúdajte ani na správne skladovanie. Batérie uchovávajte na suchom a teplotne stabilnom mieste (ideálne okolo 20 °C). Vysoké teploty urýchľujú degradáciu batérie. Akumulátory by mali byť skladované vždy plne nabité. Nabíjanie oloveného akumulátora musí prebiehať za podmienok stanovených výrobcom, teda s použitím vhodného nabíjacieho napätia a prúdu.
Prečítajte si tiež: Moderné technológie v sanitárnej keramike
Ako vybrať správny olovený akumulátor?
Okrem voľby správneho typu sa musíte zamerať predovšetkým na kapacitu, napätie, životnosť, vybíjací prúd, ale aj odolnosť alebo rozmery. Olovená batéria poskytuje vynikajúcu spoľahlivosť pri dlhodobom cyklickom používaní. Špeciálna oloveno-vápniková zliatina a vysoko čisté materiály zaisťujú viac ako 350 cyklov pri 80% hĺbke vybitia. Nízky vnútorný odpor akumulátor predurčuje pre aplikácie s vysokým vybíjacím prúdom. Nabíjací prúd pre cyklický režim: 75 A max. Oproti AGM technológii ponúkajú gélové batérie dlhšiu životnosť cyklu a vylepšený výkon. Konštrukcia so silnými doskami a aktívnym materiálom s vysokou hustotou podporuje výkon aj schopnosť obnovy po hlbokom vybití.
Alternatívne technológie batérií
Okrem olovených akumulátorov existujú aj iné technológie batérií, ktoré sa líšia svojimi vlastnosťami a použitím:
- Lítiovo-iónové (Li-Ion): Patrí medzi najrozšírenejší typ batérie, hlavne pre jej výborný pomer hustota energie/cena. Často sa používa v notebookoch, smartfónoch či elektrických autách.
- Lítiovo-polymérové (Li-Pol): Hlavným rozdielom medzi Li-Ion a Li-Pol batériami je ten, že Li-Pol batérie používajú pevnú katódu a sú aj o niečo bezpečnejšie.
- Nikel-metal hydridové (Ni-Mh): Jedná sa síce o veľmi populárne, no v porovnaní Lítiovými batériami horšie batérie. Ni-Mh batériu sú nabíjateľné avšak majú nižšiu energetickú hustotu, ich hlavnou výhodou je však cena.
- Alkalické: Alkalické batérie patria medzi starú technológiu avšak vzhľadom na cenu s dobrou energetickou hustotou sú stále pomerne časté.
- Lítiovo-železofosfátové (LiFePO4): Batérie s dobrou nabíjacou aj vybíjacou charakteristikou. Ich napätie kolíše v závislosti od nabitia menej v porovnaní s Li-Ion alebo Li-Pol batériami.
Zdroje pre kotly a záložné systémy
V súvislosti so zdrojmi pre kotly a záložné systémy sa často diskutuje o vhodnosti použitia štartovacích alebo trakčných batérií. Trakčná batéria je vhodná aj na trvalé napojenie k nabíjaciemu obvodu, ale musí byť dodržané udržiavacie napätie a jej výhodou je počet cyklusov pre nabíjanie a vybíjanie, kým sa začne odporúčať. Autobatéria vie dať podstatne vyšší skratový/špičkový prúd, ale táto vlastnosť nie je v systéme zálohy potrebná. Ak sa záložný zdroj nekupuje na jednu sezónu, tak trakčný (solárny) olovený akumulátor je vhodnejšia voľba.
Kapacita batérií
Medzi základný parameter batérií patrí kapacita batérie a zvyčajne sa udáva v miliampér hodinách [mAh]. Pre zaujímavosť, jednotka mAh je vlastne Coulomb, teda Elektrický náboj, ktorý sa vypočíta ako C = I * t (náboj = prúd * čas), čiže 2600 mAh znamená náboj 2.6 coulombu. Samozrejme platí, že čím väčšia, tým lepšie. Pre príklad, pri 2600 mAh môžete napájať projekt odberajúci 26 mA po dobu 100 hodín.
Bezúdržbové akumulátory a elektrolýza
Dôvodom, prečo bezúdržbové akumulátory nie je potrebné dolievať a údržbové áno, je nežiaduca chemická reakcia nazývaná elektrolýza, ktorá prebieha súčasne s požadovanými chemickými procesmi vnútri článku batérie. Pri elektrolýze roztoku kyseliny sírovej a vody dochádza pri nabíjaní batérie k plynovaniu na každej vnútornej elektróde v článkoch. Plyny (prvky H a O) vodík a kyslík, ktoré sa tvorí na elektródach pri chemických procesoch a unikajú z batérie do priestoru, sú základnými stavebnými kameňmi molekuly vody H2O. Tým, že plyny unikajú z batérie, prakticky ubúda vody z roztoku.
Prečítajte si tiež: Avansa 500W: UPS pre vykurovacie systémy
Udržiavanie batérie v dobrom stave
Najdôležitejšie je udržovať batériu stále plne nabitú. Počas prevádzky v motorovom vozidle dobíja batériu súčiastka nazývaná alternátor. Ak funguje alternátor správne, nie je čo riešiť. Problémy môžu nastať v prípade, keď alternátor z rôznych dôvodov nestačí batériu plne nabiť.