Autobatérie je kľúčová súčasť každého automobilu. Často sa môžete stretnúť aj s názvom štartovací akumulátor. Je primárnym zdrojom elektrickej energie vo vozidlách so spaľovacím motorom, ale má ešte ďalšie funkcie, ktoré závisia od elektrickej sústavy daného vozidla:
Napájanie elektrických systémov (osvetlenie, autorádio, riadiace jednotky, centrálne zamykanie, alarm, atď).
Stabilizácia napätia elektrického systému vozidla (túto funkciu plní aj regulátor napätia alternátora)
Výrobcovia uvádzajú, že dôvodom problémov so štartovaním je z 80% autobatérie, z 20% ostatná autoelektrika (štartér, alternátor, dobíjanie, riadiaca jednotka, pripojenie batérie, ukostrenie motora atď.). Pokiaľ autobatéria správne funguje, výrazne prispieva k spoľahlivosti automobilu.
A aké sú typy autobatérií?
- veľmi staré vozidlá – veteránmi mali ešte elektrickú sústavu s napätím 6V. Bola vybavená kyselinovou olovenou batériou (niekedy sa uvádza WET-zaplavenou) s napätím 6V. Sem patrí napr. starší typ nákladných vozidiel AVIA, Wartburg 311, Trabant atď.
- Novšie vozidlá so spaľovacím motorom (bez systému START&STOP), už mali elektrickú sústavu 12V. Bola vybavená aj kyselinovými olovenými batériami, ale s napätím 12V. Kvalita materiálu, olovených dosiek, mriežok a použitých technológií sa postupne zvyšovala. Vďaka legovaniu mriežok drahými kovmi došlo k predĺženiu životnosti autobatérií. Tieto batérie boli montované do vozidiel od 50-60. rokov 20 storočia. Niekedy sa môžete tiež stretnúť s označením SLI, to znamená: Starting / Lighting / Ignition (=Štartovanie / Svietenie / Zapaľovanie), čo sú hlavné funkcie tohto typu autobatérie.
- Vozidlá so spaľovacím motorom (so systémom START&STOP)
Akonáhle vošli v platnosť prísnejšie predpisy Európskej únie pre limity škodlivín a emisií z výfukových plynov automobilov EURO 6, teda od 1. septembra 2014 pre novo vyrobené vozidlá, väčšina vozidiel musela byť vybavená okrem iného aj riadeným dobíjaním autobatérie a systémom START&STOP.
Oba tieto režimy sú veľmi náročné na autobatériu a technológia tomu musela byť prispôsobená. Do prevažnej väčšiny vozidiel v prvovýrobe začali byť montované:
- Má zosilnené elektródy, odolnejší separátor, silnejšie dosky
- Medzi doskou a separátorom je polyesterový mul
- Zvládajú väčší počet štartov a cyklov
- Sú odolnejšie proti sulfatácii
- Určená pre vozidlá, ktoré sú vybavené systémom START&STOP, ale ktoré nemajú nadštandardnú elektrickú výbavu
Batérie s technológiou AGM (Absorbent Glass Mat)
- Má tiež zosilnené elektródy a silnejšie dosky
- Navyše - elektrolyt je viazaný v sklenom rúne
- Je veľmi odolná proti úniku kvapaliny a proti vibráciám.
- Oproti bežnej štartovacej batérii zvládne mnohonásobne viac cyklov
- Má ešte dlhšiu životnosť ako batéria EFB
- Je určená pre vozidlá, ktoré sú vybavené systémom Start&Stop, ale ktoré navyše majú zvýšené požiadavky na energiu, a sú vybavené nadštandardnými elektrickými zariadeniami
V praxi sa môžete stretnúť ešte s označením batérie EFB+ (EFB plus), jedná sa o batérie EFB z prvovýroby, ktoré sú ešte viac odolné a majú predĺženú životnosť.
Výnimkou boli niektoré modely vozidiel, najmä japonských, kórejských a amerických značiek (KIA, Hyundai, Toyota, Honda): pri niektorých modeloch boli splnené požiadavky na emisnú normu EURO 6 aj bez použitia systému START&STOP. Riadené dobíjanie však tieto vozidlá už mali, a preto v prvovýrobe boli montované aj odolnejšie batérie (EFB, AGM).
Batérie EFB aj AGM boli do niektorých vozidiel s rozsiahlou nadštandardnou elektrickou výbavou montované už pred zavedením normy EURO 6, hoci tieto vozidlá ešte neboli vybavené systémom START & STOP. Patria sem napr. niektoré modely značiek Mercedes-Benz, Audi, niektoré americké vozidlá atď.
Dôležitá informácia pre Vás:
Pokiaľ je vozidlo z prvovýroby vybavené autobatériou AGM alebo EFB+, po ukončení jej životnosti je nutné túto batériu vymeniť iba za AGM!
Pokiaľ je vozidlo z prvovýroby vybavené autobatériou EFB, po ukončení jej životnosti je možné túto batériu vymeniť za EFB alebo AGM.
A ako je to s konštrukciou autobatérie?
Každý výrobca batérií má trochu iné výrobné postupy, technológiu výroby, použité materiály, % zastúpenie drahých kovov, hrúbku dosiek, typ a hrúbku mriežok atď.
Avšak, hlavné časti autobatérie sú nasledujúce:
Doska (dosková elektróda)
Slúži ako nosná časť autobatérie pre aktívny materiál. V autobatérii sú 2 druhy dosiek:
Kladná: je vyrobená z oxidu olovičitého (PbO2), súčasťou je kladná elektróda
Záporná: je vyrobená z čistého olova (Pb), súčasťou je záporná elektróda
Mriežka
Mriežky sú hrubé približne 0,6 – 1,2 mm, záleží na kvalite autobatérie, produktovom rade a výrobcovia. Môžu byť vyrobené vyrazením z plechu; kvalitnejšie, odolnejšie a obvykle silnejšie sú mriežky odlievané. Slúži na udržanie aktívnej hmoty a ako zberač prúdu. V autobatérii sú 2 druhy mriežok: kladná a záporná. Obe sú vyrobené zo zliatiny olova. Olovené mriežky môžu byť legované vápnikom (Ca) alebo rôznymi drahými kovmi: striebro (Ag), cín (Sn), Sb (Antimon).Vďaka tomu má batéria vyšší výkon pri štarte vozidla, dlhšiu životnosť a lepšie sú znášané vyššie nabíjacie prúdy.
Elektrolyt
V autobatérii je elektrolyt roztok kyseliny sírovej (H2SO4) a destilovanej vody (H2O), hustota je približne 1,28 g/cm3. Táto kvapalina je dôležitá pre vznik elektrochemickej reakcie medzi kladnou a zápornou doskou, pri nabíjaní a vybíjaní batérie. U autobatérií AGM je elektrolyt nasiaknutý do skleného rúna.
Separátor
Jedná sa o veľmi dôležitú súčasť autobatérie. Zabraňuje kontaktu medzi kladnými a zápornými doskami. Je vyrobený z materiálu, ktorý je priestupný pre ióny elektrolytu, teda z plastu (PE, PVC), u AGM batérií zo sklených vlákien. Počas dlhšieho používania autobatérie dochádza k zväčšovaniu povrchu elektród. Separátor zabraňuje tomu, aby dochádzalo k prepojeniu kladných a záporných elektród, teda k skratovaniu autobatérie.
Nádoba
Všetky komponenty batérie sú uložené do nádoby, ktorá musí byť odolná proti nárazu, vyššej teplote a tlaku vnútorných plynov. Dnes sú skoro všetky autobatérie bezúdržbové, nie je potrebné dolievať elektrolyt. Každá nádoba autobatérie je vybavená pretlakovým ventilom. Najvhodnejší materiál na výrobu nádoby je PP (Polypropylén) alebo tvrdené PVC.
Výrobný proces autobatérie
Každý výrobca autobatérií má svoje vlastné technológie a výrobné postupy, ale hlavné výrobné fázy sú podobné. Väčšina výrobcov autobatérií využíva pri výrobe mikroprocesorové riadenie výrobného procesu a pri kontrole automatizované systémy.
Vo všeobecnosti sa výroba autobatérií skladá z niekoľkých fáz:
Výroba dosiek
Najskôr je vyrobená aktívna hmota pre kladnú a zápornú dosku a elektródu.
Mriežky sú vyrobené metódou razby (lacnejšie, menej kvalitné) alebo metódou odlievania (drahšie, kvalitnejšie, odolnejšie). Aktívna hmota je nanesená na olovenú mriežku.
Počas tejto fázy prebieha:
- Miešanie zmesí s rozpúšťadlom
- Nanášanie a sušenie
- zmes pre dosku je nanesená na mriežku
- zmes pre elektródu je odlievaná do formy požadovaného tvaru
- následne je hmota daná do pece na sušenie, tu dôjde k odpareniu rozpúšťadla
- Kalandrovanie – materiál pre elektródu sa pohybuje medzi dvoma vyhrievanými prvkami, ktoré zmes stláčajú. Tým je zaistená stabilná hrúbka, hustota a priľnavosť.
- Rezanie - kovová fólia je rozrezaná na menšie kusy, z ktorých sú vyrobené elektródy a dosky
Zostavenie blokov dosiek
Pre montáž článkov je nevyhnutné čisté, bezprašné a suché prostredie.
Elektródy sú odrezané mechanicky alebo laserom, sú umiestnené do puzdier a sú k doskám pripevnené zváraním.
Medzi kladnú a zápornú dosku je umiestnený separátor, z niekoľkých kladných a záporných dosiek sú vytvorené bloky dosiek – teda články. Každý nabitý článok musí mať približne 2,1 V. Bežná 12V autobatérie má celkom 6 článkov, ktoré sú prepojené v sérii.
U batérií EFB je medzi dosku a separátor umiestnený polyesterový mul. Medzi kladné a záporné dosky AGM batérie je vložené sklené rúno.
Umiestnenie článkov do nádoby
Prepojené články sú umiestnené do nádoby. Veľmi dôležité je, aby nádoba bola odolná proti kyseline sírovej. Na nádobu sú umiestnené odvzdušňovacie tlakové zátky, ktoré v prípade vzniku vysokého tlaku v autobatérii zabránia roztrhnutiu nádoby.
Plnenie elektrolytom
Následne je nádoba s článkami doplnená elektrolytom.
Uzavretie batérie
Po naplnení je batéria uzavretá, zhora je pripevnené veko pomocou natavenia.
Na batérii sú nalepené všetky potrebné štítky týkajúce sa identifikácie, značky, EAN kódu, QR kódu, bezpečnostné pokyny atď.
Konečná fáza - testovanie autobatérie
Po uzavretí batérie je potrebné ju nechať v pokoji stáť niekoľko hodín.
Aby batéria dobre fungovala, musí spĺňať mnoho rôznych parametrov, napr. napätie (V), odpor (Ohm), štartovací prúd (A), preto po kompletizácii dochádza k meraniu parametrov, kontrole tesnosti ak vizuálnej kontrole.
Námatkovo sú v laboratóriu uskutočňované testy odolnosti voči rozbitiu alebo prebitiu. Batérie sú úmyselne prebíjané vysokými prúdmi, a je skúmané, za akú dlhú dobu, pod akým tlakom, pri akej teplote atď. dôjde k deštrukcii autobatérie.
A veľmi stručne – ako autobatérie funguje?
V autobatérii dochádza k elektrochemickej reakcii, pri ktorej sa chemická energia transformuje na elektrickú energiu. Vznikne vďaka tomu, že kladný a záporný blok dosiek je ponorený do roztoku kyseliny sírovej. Podmienkou elektrochemickej reakcie je pripojenie spotrebiča k autobatérii (keď dôjde k štartovaniu, alebo ak je pripojený elektrický spotrebič). Dochádza tak k postupnému vybíjaniu autobatérie, elektrolyt je rozkladaný na kladne nabité ióny vodíka (H+) a na záporne nabité ióny síranu (SO 42- ). Súčasne sa záporne nabité elektróny (2e -) pohybujú od zápornej elektródy ku kladnej. Batéria poskytuje jednosmerný elektrický prúd.
Pri nabíjaní autobatérie z alternátora vozidla alebo z nabíjačky dochádza k opačnej elektrochemickej reakcii, teda k opätovnému vzniku kyseliny sírovej.
Ako predísť problémom s batériou?
Pokiaľ je to možné, obmedzte čo najviac krátke trasy, počas ktorých sa autobatérie nedokáže dostatočne dobiť
Pokiaľ vozidlo nie je v prevádzke alebo jazdí na kratšie vzdialenosti, je potrebné batériu aspoň 1x za mesiac dobiť
Pokiaľ je vozidlo v prevádzke, je dobré batériu dobiť preventívne aspoň 2x za rok (napr. na jar a na jeseň)
Pravidelne merajte napätie autobatérie aspoň pomocou multimetra; pokiaľ má napätie < 12,4V, dobite ju
Pravidelne si nechajte v autoservise skontrolovať dobíjanie a odpor autobatérie
Je potrebné mať v poriadku najmä elektrickú sústavu vozidla, štartér, ukostrenie motora, alarm, a iné elektrické zariadenia; inak môže dôjsť k nadmernému namáhaniu autobatérie
Pravidelne kontrolujte svorky pólu batérie, prípadne ich nakonzervujte tukom
Pri vozidlách, ktoré majú START&STOP, je potrebné využívať zotrvačnosť vozidla – napr. zkopca
jazdiť so zaradenou rýchlosťou; autobatérie sa lepšie dobíja