Ogniwa i baterie trakcyjne cz. I
Zapraszam na pierwszą część artykułu poświęconego ogniwom i bateriom trakcyjnym.
Ogniwa i baterie trakcyjne – o
czym porozmawiamy?
W
dzisiejszym artykule poruszymy bardzo ciekawy temat baterii trakcyjnych, czyli
baterii/akumulatorów zbudowanych z ogniw przeznaczonych do głębokiego rozładowania
(ang. deep cycle battery). Nie
ograniczymy się jedynie do nudnych dywagacji na temat tego, czemu zbudowane są
tak, a nie inaczej, czy wręcz wybitnie nudnych kwestii dotyczących ich awarii w
chwilach, gdy akurat nie mamy na nie ochoty. Poruszymy super ciekawy temat
wykrywania trywialnych do usunięcia uszkodzeń, niekiedy eliminujących z użytku
całą baterię, gdzie do zaoszczędzenia są naprawdę wymierne kwoty. Nie będzie to
artykuł o charakterze wczesnoszkolnym, gdzie z reguły omawia się działanie pięknych,
złotych ogniw wprost spod chińskiej igły. Wręcz przeciwnie, skupimy się na
bateriach, które wiele już w życiu widziały, a realia, w których przyszło im
pracować, zachęcają do życia wiecznego. Artykuł ma charakter hobbystyczny i
należy go potraktować jako wstęp do całego cyklu poświęconego tym zasłużonym
ogniwom. Nie wyczerpie on absolutnie żadnego z poruszonych wątków, spróbuje
jedynie zainteresować Was tematyką i zachęcić do wymiany własnych doświadczeń.
Kamień węgielny - kwas siarkowy (VI) i ołów
Technologia
pamięta czasy Freda Flinstona, mimo iż on sam nie przyłożył do niej palca.
Należy w tym miejscu oczywiście wspomnieć o jej odkrywcy, mało komu dzisiaj
znanym Francuzie Gaston Planté. Fizykowi, który w 1859 zademonstrował pierwszą
baterię kwasowo-ołowiową. W 1881 wynalazek doczekał się dramatycznego
usprawnienia, dokonanego przez
Camille'a Alphonse
Faure, dzięki czemu baterie kwasowo-ołowiowe z czasem odniosły prawdziwy
marketingowy sukces w przemyśle motoryzacyjnym. Od tej pory ciągłe badania nad
reakcjami zachodzącymi w tych ogniwach owocowały mniejszymi bądź większymi
usprawnieniami (nad którymi nie będziemy sie skupiać, gdyż nie o tym będzie ten
artykuł).
Nie ma tego złego co by na dobre nie wyszło
Tak
opracowana technologia, poza litanią wad, od zawsze posiadała kilka zalet,
które przesądziły o sukcesie przekładającym się na dzisiejszy udział procentowy
w rynku. I tak, argumentem od zawsze przebijającym wszystko była cena. Nie
pokonał jej żenujący stosunek masy do gromadzonej energii, czy też wręcz
niedorzeczna masa gotowych ogniw w porównaniu do konkurencyjnych technologii.
Ponadto baterie tego typu z natury rzeczy są bardzo wrażliwe na wstrząsy, błędy
w obsłudze czy warunki środowiskowe. Zasiarczenie – wróg numer jeden każdej
baterii kwasowo-ołowiowej, po odwróceniu kota ogonem staje się jej wielką
zaletą – bateria nadaje się do ciągłego podtrzymywania w stanie pełnego
naładowania.
Odporny vs nieodporny
Jedna
technologia, dwa przeciwstawne sobie zastosowania. Akumulatory rozruchowe i
trakcyjne działają w oparciu o tę samą chemię, jednak stosunkowo drobne różnice
konstrukcyjne przesądzają o całkowicie odmiennych warunkach stosowania.
Baterie
rozruchowe, stosowane w samochodach, mają za zadanie dostarczyć możliwie jak
największy prąd rozruchowy w stosunkowo krótkim czasie, z reguły nie większym
niż pół minuty, zwykle jedynie przez kilka sekund. Dla zwiększenia pojemności
stosuje się elektrody w postaci porowatej masy, strukturą przypominające gęstą,
plastyczną gąbkę. Struktura taka, z racji swej dużej powierzchni czynnej,
zapewnia dużą pojemność elektryczną oraz duży prąd rozruchowy nawet w niskich temperaturach.
Bateria
trakcyjna wykonana jest z litych płyt ołowianych, przez co jej powierzchnia
czynna jest niższa od baterii rozruchowej o porównywalnych wymiarach
zewnętrznych. Mniejsza powierzchnia czynna wpływa niekorzystnie nie tylko na
jej pojemność, ale ogranicza również maksymalny prąd, jaki bateria jest w
stanie dostarczyć. I tak, aby zapewnić ten sam prąd rozruchowy, bateria trakcyjna
musi mieć co najmniej o 20% większą pojemność niż bateria rozruchowa.
Konstrukcja z litych płyt ma jednak jedną miażdżącą przewagę w stosunku do
konstrukcji porowatych – jest znacznie bardziej odporna na głębokie
rozładowanie. Dla porównania- akumulatory rozruchowe są w stanie znieść od 30
do 100 głębokich cykli, podczas gdy żywotność baterii trakcyjnych liczy się w
setkach. W zależności od wartości prądów ładowania, rozładowywania, progów
końca ładowania i progów końca rozładowania, bateria taka jest w stanie
wytrzymać 500 i więcej cykli.
Co Cię nie zabije to Cię nie zabije… no chyba, że Cię jednak
zabije
Zasiarczenie
– wróg numer jeden obu rodzajów ogniw. O ile jest on naturalnym następstwem
rozładowania, o tyle w obu rodzajach ogniw wiąże się z różnymi i zawsze
szkodliwymi efektami. Jego długotrwałe skutki zależą nie tylko od głębokości
chwilowego rozładowania, ale także od czasu przez jaki ogniwo było w nim
utrzymywane. Wszystko za sprawą bardzo trudno rozpuszczalnego siarczanu ołowiu,
który w pierwszej fazie gromadzi się w postaci mikroskopijnych kryształów,
krystalizujących z czasem do postaci większych struktur. Takie kryształy są po
pierwsze niemal nierozpuszczalne w elektrolicie, po drugie nie przewodzą prądu,
przez co nie biorą udziału w reakcji chemicznej podczas procesu ładowania
akumulatora. Samemu zasiarczeniu z pewnością poświęcimy jeszcze niejeden
artykuł, więc póki co zostawimy ten temat na boku.
Już niebawem zapraszam na drugą część artykułu.
