Spis treści:
Akumulátor - co je to a kde se používá?
Baterie a akumulátory jsou chemické zdroje elektrické energie a nacházejí četné uplatnění v široké škále elektrotechnických a elektronických aplikací. Tento článek poskytuje obecný přehled principu elektrických baterií na příkladu autobaterie.
Akumulátor v autě
Akumulátor je nezbytnou součástí většiny elektrických a elektronických zařízení, téměř vždy také elektrického systému motorových vozidel. Díky tomu můžete při stání používat osvětlení a přívod vzduchu a také startovat motor.
Automobilová baterie - základní princip činnosti
Po zapnutí zapalování a nastartování motoru vozidla se v akumulátoru spustí sled chemických reakcí, jejichž výsledkem je elektromotorická síla. K udržení této posloupnosti slouží zařízení zvané alternátor, které je poháněno motorem a vytváří napětí, které za chodu motoru nabíjí baterii.
Co se děje uvnitř autobaterie?
Standardní baterie obsahuje 12 mřížek na šesti článcích SLI, což znamená dvě mřížky na článek. Jedna síťka se skládá z olova a druhá z oxidu olovnatého. Celkově baterie dodává napětí přibližně. 12 V a každý článek generuje 2 V – články jsou zapojeny do série. Obě mřížky se ponoří do roztoku kyseliny sírové (VI), který aktivuje reakci mezi nimi. Kyselý roztok katalyzuje emisní reakci, při níž vznikají ionty olova (II) a síran olovnatý (VI). Ionty vzniklé při první reakci reagují s druhou mřížkou za vzniku vodíku a síranu olovnatého.
Elektrony z těchto reakcí vytvářejí elektřinu potřebnou k pohonu automobilu. Tento tok elektronů v článcích aktivuje svorky baterie, která jej prostřednictvím kabelů přenáší do celého vozidla. Pokud alternátor nepracuje na nabíjení baterie, je možné obrátit směr. Aby nedošlo k vybití baterie, dbejte na to, aby se baterie nabíjela za chodu vozidla – při běžícím motoru by mělo být napětí na svorkách baterie 12 V přibližně stejné jako při běhu motoru. 14,4 V. Autobaterie nejenže vyzařuje elektrony, které produkují energii, ale také homogenizuje dodávku elektřiny, aby byla zachována účinnost vašeho vozidla.
Konstrukce autobaterie
Autobaterie se v ničem nepodobá článkům používaným v menších elektronických zařízeních, jako jsou přenosné herní konzole. Má šest dalších menších článků zapojených do série. Tato kombinace způsobí, že se energie z každého článku sečte, takže z každého článku vychází napětí 12 V (6 x 2 V), ačkoli při správném výpočtu to vychází přibližně na 12 V. 12,6 V pro nenabitou baterii. Princip vyzařování energie zůstává stejný. Některé modely se však mohou lišit výstupním napětím o zlomky voltu.
Jaké chemické reakce probíhají v autobaterii?
Obvyklá metoda, kterou baterie pracuje ve spojení s elektrickým obvodem, spočívá v emisi elektronů. Jednoduše řečeno, elektron má záporný náboj (jediná záporná část atomu) a hraje nejdůležitější roli při poskytování energie. Typický olověný článek má kladné a záporné svorky. Kladný pól je oxid olovnatý (katoda) a záporný pól je olovnatý prvek (anoda). Katalyzátorem známým jako kyselý roztok je kyselina sírová (H2SO4), která během provozu baterie vytváří na svorkách síran olovnatý. Tyto svorky vstupují hluboko do roztoku kyseliny sírové, reagují s anodou a uvolňují elektrony.
Katoda pak tyto elektrony vrací zpět do roztoku, aby se udržela chemická rovnováha. Tento přenos elektronů je zcela novou reakcí mezi katodou a kyselinou, která se liší od první reakce. Pokud je baterie vybitá, znamená to, že jedna z těchto reakcí nebyla dokončena. Stručně řečeno, vyjádříme-li tento proces pomocí rovnic chemických reakcí na základě součtových vzorců, je následující:
PbO2 + 4H+ + SO2-+ 2e- → PbSO2 + 2H2O
Pb + SO2– → PbSO4 + 2e-
Reakce první elektrony absorbuje, zatímco reakce druhá elektrony vrací.
Jak se v autobaterii ukládá energie?
Rychlý tok elektronů ze svorek dopadá na motor automobilu a způsobuje, že alternátor začne dodávat elektrony. U zinkovo-měděné baterie se solí Alessandra Volty nedochází ke zpětné reakci elektronů tak rychle jako u olověno-měděné baterie H2SO4 Gastona Plantého. Přebytečné vygenerované elektrony přecházejí do roztoku, který je vrací do svorek a vyrábí elektřinu. Tyto sekvence odezvy v obou směrech jsou spolehlivým zdrojem energie pro automobily.
Jak probíhá nabíjení autobaterie?
Uživatelé budou muset autobaterii rychle nabíjet, aby se nevybila, proto je spolehlivý způsob nabíjení nezbytný. Bez toho, když baterie dodává energii potřebnou k nastartování vozidla, bude určitě trvale poškozena a nevhodná k dalšímu použití. V typickém moderním automobilu nabíjí alternátor baterii za chodu, ale ve starších modelech automobilů se o nabíjení stará dynamo. Oba jsou závislé na systému poháněném řemenem od motoru, který otáčí rotorem v kabelech alternátoru. Rotor získává elektrony magnetizací malých částic, když měděný uhlík přitahuje železný upínací kroužek na nosníku.
Otáčením elektromagnetu uvnitř statorové cívky vzniká elektřina. Tok elektronů je střídavý. To znamená, že proudí dopředu a dozadu v závislosti na směru otáčení rotoru. Pro lepší výkon je však třeba jej usměrnit, abyste získali stejnosměrný proud. Alternátor generuje střídavý proud, který je diodami, jež umožňují proudění elektronů ve směru pruhu, přeměněn na jednosměrný střídavý proud (usměrněný). Stabilizaci dodávaného napětí zajišťuje regulátor uvnitř alternátoru. Obě zařízení jsou umístěna uvnitř nebo z vnější strany skříně alternátoru.
Pokud se akumulátor správně nenabíjí, rozsvítí se na přístrojové desce při běžícím motoru obvykle kontrolka akumulátoru – ve většině případů je to způsobeno opotřebovanými uhlíkovými kartáči, poškozením kluzného kroužku, poruchou regulátoru napětí nebo diod usměrňovače, jakož i zkratem nebo přerušením vinutí rotoru nebo statoru.
V takové situaci je dobré mít po ruce náhradní akumulátor, aby bylo možné bezpečně dojet do nejbližšího servisu k opravě nebo výměně alternátoru. Problém s nabíjením se projevuje také tehdy, když je nabíjecí napětí příliš vysoké, což ukazuje na závadu v regulátoru napětí; v takovém případě se doporučuje jízda se zapnutou ventilací a vyhříváním zadního okna, aby se vytvořila zátěž, která ochrání baterii před poškozením.
