Elektrická výzbroj motorových vozidel (2. část)
Startovací baterie (1)
prof. Ing. František Vlk, DrSc.
Úvod
Akumulátor je velmi důležitou komponentou celého el. systému motorového vozidla. Elektrický proud vzniká přeměnou některé formy energie na energii elektrickou. U motorových vozidel jde o přeměnu části mechanické energie produkované motorem prostřednictvím zařízení zvaného alternátor. U těchto vozidel se používají jednak chemické zdroje – akumulátory, jednak točivé zdroje – alternátory. Chemický a točivý zdroj vzájemně spolupracují.
Při funkci elektrické sítě se rozlišují dva základní stavy:
- Motor je v chodu a alternátor dobíjí baterii a napájí elektrickým proudem zapalování a všechny zapnuté elektrické spotřebiče. Regulátor napětí rozděluje proud alternátoru na dobíjecí, který teče do baterie, a na napájecí, který teče do ostatních spotřebičů.
- Motor, a tedy i alternátor, stojí. Regulátor napětí uzavírá cestu k alternátoru a vede proud z baterie do zapnutých elektrospotřebičů.
Vzhledem k tomu, že elektrickou energii je třeba akumulovat, používá se u motorových vozidel proud stejnosměrný. Jmenovitá napětí jsou stanovena na hodnoty 6 V u malých motocyklů a skútrů, 12 a 24 V u ostatních motorových vozidel. Typickým znakem elektrické instalace na motorovém vozidle je připojení spotřebičů ke zdroji jedním izolovaným vodičem; druhý vodič je nahrazen kovovou kostrou vozidla. Tím se celá instalace zjednoduší, a navíc se sníží cena i hmotnost. V současné době je s kostrou vozidla spojen záporný pól zdrojů.
Základními technickými parametry akumulátoru jsou jeho napětí, kapacita a hmotnost. Nestačí-li při malých otáčkách motoru výkon alternátoru k napájení elektrické sítě (např. je zapnuto mnoho silných spotřebičů), musí alternátoru vypomoci baterie. Z tohoto důvodu při poklesu napětí zapíná regulátor napětí do sítě i baterii. Regulátor zapíná baterii i v případě, že motor stojí a je zapnuté zapalování, světla, houkačka apod. Nejvíce se využívá baterie při startování motoru, protože musí napájet startér, který je největším spotřebičem v motorovém vozidle.
Kolik elektrické energie je baterie schopna pojmout, se vyjadřuje její kapacitou. Kapacita baterie se udává v jednotkách ampérhodiny (A·h). To znamená, že baterie s kapacitou 10 A·h je schopna dodávat proud o velikostí 0,5 A po dobu 20 h, a naproti tomu, např. při startování motoru, po dobu 10 s proud 40 až 50 A, a to někdy i víckrát než jednou za sebou. Starší nebo nedostatečně udržovaná baterie však takové výkony nezvládne, protože její kapacita je značně snížena.
U motorových vozidel jsou také vysokonapěťová elektrická zařízení – např. k vytvoření jiskry na zapalovací svíčce je nutné napětí až 10 000 V. Toto vysoké napětí je však třeba pouze po velmi krátký okamžik, během něhož teče jen nepatrný proud.
Olověné akumulátory
Pro motorová vozidla se používají převážně olověné akumulátory s kyselým elektrolytem. Každý článek tvoří soustava mřížkovaných olověných desek záporné a kladné polarity, vzájemně od sebe oddělených tzv. separátory, které zamezují přímému dotyku sousedních desek. Desky jsou v nádobě z plastu nebo tvrzené pryže ponořeny do zředěné kyseliny sírové, která tvoří elektrolyt.
Elektrody jsou provedeny jako mřížky odlité z olova, legovaného různými přísadami, zejména antimonem (tvrdé olovo). Přísady se používá rovněž pro zvýšení chemické odolnosti a vazby s činnou hmotou. Mřížka slouží jako nosič činné hmoty. Základní tvar je zvolen tak, aby činný materiál byl pevně zachycen s co nejlepším elektrickým stykem a neodpadával při provozních vibracích a při pnutí, která vznikají objemovými změnami činných hmot při nabíjení a vybíjení.
Desky jsou kladné a záporné. Vyrábějí se ve standardních velikostech a pro odstupňování výkonů se paralelně spojují do deskových sad, které jsou rovněž kladné a záporné. Jednotlivé desky jsou vzájemně spojeny pólovými můstky. Kladné a záporné sady jsou do sebe zasunuty tak, že kladné a záporné desky se vzájemně střídají a tvoří článek. Záporná sada má vždy o jednu desku víc – tzn., že vnější desky jsou vždy záporné.
Složení činné hmoty ve stavu připraveném k zalisování do mřížek bývá různé. Zpravidla jde o směsi vyšších oxidů olova a jiných látek, které se v aktivní hmotě vytvoří až po formování elektrickým proudem, které následuje po nalisování aktivní hmoty do desek a jejím vytvrzení. Důležité jsou i chemicky indiferentní přísady, které se do směsi přidávají pro zvětšení mechanické pevnosti, vodivosti a pórovitosti.
U nabitého akumulátoru je základní složení činné (aktivní) hmoty toto:
- kladné desky – oxid olovičitý PbO2, který má tmavohnědou barvu a poměrně malou soudržnost (z tohoto důvodu je životnost kladných desek menší než desek záporných),
- záporné desky – čisté houbovité olovo Pb, které má barvu šedou.
Při vybíjení se mění na obou deskách aktivní hmota na síran olovnatý PbSO4.
Jako elektrolyt se používá u olověných akumulátorů kyselina sírová (H2SO4) zředěná na předepsanou hustotu destilovanou vodou. Hustota elektrolytu se udává v kg·dm–3 nebo v g·cm–3. V našich klimatických podmínkách se předepisuje měrná hustota v rozmezí 1,26 až 1,28 g·cm–3 (např. pro tropy je to 1,23 g·cm–3).
Největší vodivost má elektrolyt o hustotě 1,2 až 1,22 g·cm–3, provozní stavy se pohybují okolo této hodnoty. Zvětšení hustoty elektrolytu má za následek zvýšení svorkového napětí i kapacity akumulátoru, ale při překročení meze 1,28 g·cm–3 hrozí nebezpečí napadání desek kyselinou.
(pokračování)