Kāds varētu būt īss akumulatora un automašīnas elektroapgādes sistēmas darbības raksturojums? Jebkuram automobilim ir divi enerģijas avoti - akumulatoru baterija un ģenerators, un patērētāji. Akumulatoru baterija un ģenerators savā starpā ir savienoti paralēlā slēgumā, savukārt patērētāji ir pievienoti paralēlā slēgumā attiecībā pret abiem enerģijas avotiem. Lai nodrošinātu saprātīgu elektroenerģijas patēriņu, automobiļa drošību un kaut daļēji pasargātu akumulatora bateriju no pārmērīgas izlādes, patērētāju elektriskās ķēdes pie barošanas sprieguma pievieno, izmantojot kādu no trim paņēmieniem: tiešā veidā pie barošanas sprieguma (t.s. '30' ķēdes, līnijas, spailes u.tml.), caur galveno jeb aizdedzes slēdzi (t.s. '15' ķēdes, līnijas, spailes u.tml.), caur aizdedzes slēdzi un vēl kādu citu slēdzi (tuvās un tālās gaismas ķēžu savstarpējais savienojums u.c.). Elektrisko patērētāju darbības efektivitāti un akumulatoru baterijas uzlādes iespējas un ātrumu lielā mērā ietekmē sprieguma regulatora nodrošinātais spriegums. Dažādiem tehniskā kārtībā esošiem automobiļiem tas var atšķirties ~1 V robežās, kas ir visai būtiska starpība (atšķiras ar elektromotoriem darbināmo patērētāju darbības ātrums, spuldžu spožums u.tml.). Siltākam klimatam paredzētiem automobiļiem (piem., Centrāleiropai, no kurienes ieved lielāko daļu lietoto automobiļu) parasti ir uzstādīts sprieguma regulators ar zemāku regulējamo spriegumu, bet aukstākam klimatam paredzētiem automobiļiem (piem., Skandināvijai) parasti ir uzstādīts sprieguma regulators ar augstāku regulējamo spriegumu. Sprieguma regulatora regulējamais, automobiļu elektrosistēmā uzturamais spriegums (konkrēts nemainīgs spriegums diapazonā no 13,7 V līdz 14,8 V) ir izvēlēts tieši akumulatora baterijas uzlādes režīma nodrošināšanai, un izmantošanai ar šādu t.s. darba spriegumu tiek paredzēti visi pārējie patērētāji. Arī vienādi marķētu akumulatoru jauda var atšķirties atkarībā no tā, kādam klimatam tas paredzēts. Siltākam klimatam paredzētiem akumulatoriem visbiežāk ir iepildīts zemāka blīvuma elektrolīts un tam ir salīdzinoši mazāka enerģija (kas siltā klimatā arī lielāka nav nepieciešama), bet aukstākam klimatam paredzētiem akumulatoriem visbiežāk ir augstāks elektrolīta blīvums un lielāka enerģija (aukstā klimatā tieši tas ir ļoti būtiski). Arī jaunie automobiļi, kuri nav īpaši nokomplektēti izmantošanai aukstajā klimatiskajā zonā, ir aprīkoti ar salīdzinoši vājākiem, siltajam reģionam paredzētiem akumulatoriem, kuri bargākās ziemās 'liek par sevi manīt'.
Arī tad, ja visi energoapgādes agregāti un patērētāji ir absolūtā tehniskā kārtībā, akumulators ar laiku var pakāpeniski tikt izlādēts, ja ir nelabvēlīgi automobiļa izmatošanas apstākļi vai ja autovadītājs 'neapdomīgi' izmanto patērētājus (skatīt turpmāk).
Kā izvēlēties akumulatoru savai automašīnai? Vai tiesa, ka vajag izvēlēties lielāko pēc kapacitātes akumulatoru, kādu var ielikt tam paredzētajā vietā? No vienas puses, visvienkāršāk akumulatora galvenos elektriskos parametrus - auksta motora iedarbināšanas strāvu un ietilpību - ir izvēlēties saskaņā ar autoražotāja vai akumulatora ražotāja ieteikumiem. No otras puses, arī vienādi marķētu akumulatoru jauda var atšķirties atkarībā no tā, kādam klimatam tas paredzēts. Siltākam klimatam paredzētiem akumulatoriem visbiežāk ir iepildīts zemāka blīvuma elektrolīts un tam ir salīdzinoši mazāka enerģija (kas siltā klimatā arī lielāka nav nepieciešama), bet aukstākam klimatam paredzētiem akumulatoriem visbiežāk ir augstāks elektrolīta blīvums un lielāka enerģija (aukstā klimatā tieši tas ļoti būtiski). Arī automobiļi, kuri netiek īpaši nokomplektēti izmantošanai aukstajā klimatiskajā zonā, tiek aprīkoti ar salīdzinoši vājākiem - siltajam reģionam (piem., Centrāleiropai) paredzētiem akumulatoriem. Pēc tam bojātais akumulators tiek aizstāts ar nākamo mazākas enerģijas akumulatoru.
Lai garantētu ilgstošu akumulatora darba mūžu un drošu motora iedarbināšanu arī aukstajos ziemas rītos, kad temperatūra nokrītas līdz -20...-30
oC, es ieteiktu strikti neievērot katalogos uzrādītos parametrus. Tipiskam 1.8...2.0 litrīgam 4..5-cilindru benzīnmotoram Latvijas apstākļiem vajadzētu izvēlēties akumulatoru ar auksta motora iedarbināšanas (jeb aukstā starta) strāvu vismaz 540 A EN. Līdzīga tilpuma dīzeļmotoram Latvijas apstākļiem vajadzētu izvēlēties akumulatoru ar auksta motora iedarbināšanas (jeb aukstā starta) strāvu vismaz 680 A EN.
Piezīme. Bieži tiek jaukti divi akumulatoru parametri vai arī to apzīmēšanai tiek jaukti šo parametru nosaukumi. Proti, auksta motora iedarbināšanas strāva un ietilpība. Parastā režīmā izmantojamam automobilim svarīgi ir izvēlēties akumulatoru ar pietiekami lielu auksta motora iedarbināšanas (jeb aukstā starta) strāvu CCA (Cold Cranking Ampiers), kura raksturo akumulatora spēju zemā temperatūrā noteiktu laiku nodrošināt
lielu (marķējumā norādīto)
strāvu startera darbības nodrošināšanai. Akumulatora ietilpībai jeb kapacitātei šādā gadījumā nav izšķiroša nozīme. Ietilpība ir enerģijas daudzums ampērstundās, kuru normālā temperatūrā jānodrošina akumulatoram, to ilgstoši izlādējot ar noteiktu
nelielu strāvu (piemēram, 70 Ah akumulatoram: 3,5 A). Ietilpība kļūst svarīga, ja transportlīdzekli ilgstoši vai regulāri izmanto ar izslēgtu motoru un ieslēgtiem patērētājiem, vai arī gadījumos, kad ir nelabvēlīgi automobiļa izmatošanas apstākļi (kad ilgstoši ir zemi motora kloķvārpstas un ģeneratora rotora apgriezieni un līdz ar to arī nepietiekama ģeneratora jauda, kā rezultātā pazeminās ģeneratora spriegums un sāk izlādēties akumulators) vai, ja autovadītājs 'neapdomīgi' izmanto patērētājus (ilgstoši ieslēdz daudzus patērētājus vai jaudīgus patērētājus brīžos, kad ir zemi motora kloķvārpstas un ģeneratora rotora apgriezieni un līdz ar to arī nepietiekama ģeneratora jauda, kā rezultātā pazeminās ģeneratora spriegums un sāk izlādēties akumulators).
Pastāv uzskats, ka lielas kapacitātes akumulatoru ģenerators nespēs uzlādēt. Vai tas atbilst patiesībai? Piezīme. Bieži tiek jaukti divi akumulatoru parametri vai arī to apzīmēšanai tiek jaukti šo parametru nosaukumi. Proti, auksta motora iedarbināšanas strāva un ietilpība.
Auksta motora iedarbināšanas strāva raksturo akumulatora spēju zemā temperatūrā noteiktu laiku nodrošināt
lielu (marķējumā norādīto)
strāvu startera darbības nodrošināšanai.
Ietilpība raksturo enerģijas daudzumu ampērstundās, kuru normālā temperatūrā spēj nodrošināt akumulators, to ilgstoši izlādējot ar noteiktu
nelielu strāvu. Vispārīgi ņemot, abi parametri raksturo akumulatorā uzkrātās un dažādos apstākļos un režīmos atdodamās enerģijas daudzumu.
Jo jaudīgāks ir akumulators, jo izlādes laikā tas salīdzinoši mazāk izlādējas un mazāk samazinās tā spriegums. Tāpēc ģenerators to spēj ātrāk uzlādēt (tehniskā kārtībā esoša akumulatora nepieciešamo uzlādes ilgumu nosaka tā izlādes pakāpe uzlādes sākuma brīdī, t.i., jo vairāk ir izlādēts akumulators un zemāks ir sākotnējais spriegums, jo ilgāks uzlādes laiks).
Kādi ir raksturīgākie nevēlamas lietošanas gadījumi (īsi pārbraucieni, reta lietošana, dziļa izlāde u.c.?), kas var izraisīt akumulatora bojājumu? Nevēlami izmantošanas apstākļi var būt vairāki;
· īsi pārbraucieni ar ilgāku transportlīdzekļa neizmantošanu;
· reta lietošana;
· pārmērīga izlāde, nejauši uz ilgu laiku atstājot ieslēgtus patērētājus, pārāk ilgi cenšoties iedarbinot motoru vai ievērojami izlādēta akumulatora izmantošana motora iedarbināšanai;
· nelabvēlīgi izmantošanas apstākļi;
· nesaprātīga, neapdomīga patērētāju izmatošana;
· citi.
Veicot
īsus braucienus un pēc tam automobili neizmantojot, katru reizi motora iedarbināšanas laikā akumulators tiek izlādēts, bet sekojošā brauciena laikā ģenerators nepaspēj akumulatoru pilnībā uzlādēt. Ar katru nākamo reizi akumulatora 'neuzlāde' palielinās. Gala rezultātā vai nu akumulators tiek pārmērīgi izlādēts, vai vispār vairs nav iespējama motora iedarbināšana. Abos gadījumos akumulators tiek vairāk vai mazāk bojāts.
Reti izmantojot vai ilgstoši neizmantojot automobili, akumulatora baterija 'stāvēšanas' laikā pakāpeniski pati izlādējas (pašizlāde). Pašizlādes intensitāti nosaka akumulatora veids, kalpošanas ilgums, tehniskais stāvoklis, uzlādes pakāpe, temperatūra, akumulatora izgatavošanas kvalitāte (izmantoto materiālu tīrība) u.c. faktori. Jauniem, mūsdienīgiem akumulatoriem pašizlāde nepārsniedz ~0,5% diennaktī, vecās paaudzes, lietotiem vai bojātiem akumulatoriem - līdz 1% un vairāk diennaktī. Ja pie automobiļa vienīgā akumulatora ir pievienota arī pretaizdzīšanas signalizācija, imobilaizers u.tml. ierīces, tad pašizlādi pastiprina arī šo ierīču izraisītā papildu izlāde, kas var sastādīt vēl ~0,5...1% diennaktī. Par kritisku uzlādes pakāpi uzskata 50% vasarā un 25% ziemā. Ja pašizlādes rezultātā daļēji izlādētu akumulatoru izmanto auksta motora iedarbināšanai (īpaši vēsajā gadalaikā), tad ir iespējama akumulatora pārmērīga izlāde, kas savukārt izraisa neatgriezeniskus bojājumus.
Nedrīkstētu pieļaut
pārmērīgas izlādes gadījumus, kad izlādes laikā (piemēram, motora iedarbināšanas laikā) akumulatora spriegums pazeminās zem 10,5 V +25
oC temperatūrā vai zemāk par 8,4 V 18
oC temperatūrā. Tādā gadījumā turpmākās izlādes laikā uz platēm rodas vielas, kuras pēc tam vairs nekad nav iespējams uzlādēt. Izlādēšanu līdz pieļaujamai izlādes robežai un sekojošu uzlādēšanu akumulators spēj izturēt vairākus tūkstošus reižu. Konkrētais ciklu skaits ir atkarīgs no akumulatora materiāliem, izgatavošanas tehnoloģijas un akumulatora uzturēšanas.
Piemēram, ilgstoši darbinot starteri, cenšoties iedarbināt sliktā stāvoklī esošu motoru, akumulators ir pārmērīgi izlādēts jau tad, kad samazinās startera apgriezieni, nevis tad, kad starteris 'izdveš' pēdējo vaidu.
Mērot akumulatora spriegumu (faktiski EDS), kad visi patērētāji ir izslēgti, minimāli pieļaujamais spriegums (EDS) ir 11,8...12,0 V. Tādā gadījumā obligāti uzreiz ir jāveic akumulatora uzlāde.
Uzlādētam akumulatoram EDS ir vismaz 12,7 V.
P.S. Bieži vien akumulatoru pārmērīgas izlādes iemesls nav meklējams akumulatorā, bet gan pārmērīgi ilgā startera darbināšanā, ko izraisa slikts motora vispārējais stāvoklis (zema kompresija), slikts aizdedzes sistēmas tehniskais stāvoklis, slikts degvielas sistēmas tehniskais stāvoklis vai sezonai neatbilstošas degvielas izmantošana.
Par
nelabvēlīgiem automobiļa izmatošanas apstākļiem var uzskatīt gadījumus, kad ilgstoši ir zemi motora kloķvārpstas un ģeneratora rotora apgriezieni (stāvēšana krustojumos, sastrēgumi, slikta redzamība vai slideni ceļa apstākļi, kad jābrauc lēnām) un līdz ar to arī nepietiekama ģeneratora jauda, un vienlaikus autovadītājs ir spiests ieslēgt dažādus patērētājus (aukstums kabīnē, aizsvīduši logi, nokrišņi u.tml., kad ir jādarbina salona sildītājs, sēdekļa sildītājs, spoguļu un stiklu apsilde, logtīrītāji utt.), kā rezultātā pazeminās ģeneratora spriegums un sāk izlādēties akumulators. Šādos apstākļos divu nedēļu, nedēļas vai pat tikai vairāku dienu laikā akumulatoru var tiktāl izlādēt, ka nav vairs iespējams iedarbināt motoru.
Par
nesaprātīgu, neapdomīgu patērētāju izmatošanu var uzskatīt gadījumus, kad autovadītājs ilgstoši ieslēdz daudzus patērētājus vai jaudīgus patērētājus brīžos, kad ir zemi motora kloķvārpstas un ģeneratora rotora apgriezieni un līdz ar to arī nepietiekama ģeneratora jauda, kā rezultātā pazeminās ģeneratora spriegums un sāk izlādēties akumulators. Šādi rīkojoties, divu nedēļu, nedēļas vai pat tikai vairāku dienu laikā akumulatoru var tiktāl izlādēt, ka nav vairs iespējams iedarbināt motoru.
Vai tiesa, ka Latvijas laika apstākļos ieteicams veikt akumulatora papildus uzlādi vismaz 1 (vai 2?) reizi gadā? Kāpēc? Ne tikai Latvijas apstākļos, bet jebkurā gadījumā akumulators gada laikā ir regulāri papildus jāuzlādē. Ja automobilis regulāri tiek izmantots un automobiļa elektroiekārta ir tehniskā kārtībā, tad pietiek ar vienu papildus uzlādi. Ja automobilis tiek izmantots reti (tad ir jākompensē pašizlāde) vai arī tas tiek izmantots nelabvēlīgos apstākļos (skatīt iepriekš), tad papildus uzlādi ir nepieciešams veikt biežāk.
Latvijai raksturīgajos laika apstākļos akumulatora papildus uzlādi vislietderīgāk ir veikt rudenī pirms ziemas iestāšanās, jo turpmākajā periodā pilnīgas uzlādes statuss būs ļoti nozīmīgs - būs lielāka iespējamība iedarbināt aukstu motoru ļoti zemās temperatūrās un pārmērīgi neizlādēt akumulatoru. Jāņem vērā, ka ļoti zemās temperatūrās motora pretestības moments palielinās 2..3 reizes, bet pilnībā uzlādēta akumulatora elektriskā jauda samazinās par ~1%, temperatūrai pazeminoties zem +20
oC par katru grādu (t.i., -20
oC temperatūrā uzlādēts akumulators spēj nodrošināt tikai ~60% no nominālās jaudas, kādu tas spēj nodrošināt +20
oC temperatūrā), tādēļ zemās temperatūrās katram uzlādes procentam var būt izšķirīga nozīme.
Akumulatora papildus uzlāde ir nepieciešama galvenokārt divu iemeslu dēļ. Pirmkārt, tādēļ, ka pat pilnīgā kārtībā esoša elektrosistēma nespēj uzlādēt akumulatoru par visiem 100%, labākajā gadījumā tas tiek uzlādēts par ~95%. Tas ir saistīts ar akumulatora uzlādes īpatnībām, t.i., ar to, lai automobiļa izmantošanas laikā nepieļautu akumulatora pārmērīgu uzlādi. Otrkārt, ir grūti objektīvi izvērtēt, ir vai nav un kad ir bijuši no akumulatora uzlādes viedokļa nelabvēlīgi apstākļi.
Papildu uzlādes nepieciešamību nosaka fakts, ka akumulatoram vairāk vai mazāk izlādējoties, plašu aktīvā masa (yPb, ÅPbO
2) pārvēršas par svina sulfātu PbSO4. Ja svina sulfāts uz platēm saglabājas ilgstoši, tas tur nostabilizējas un saglabājas uz visiem laikiem - šādu parādību dēvē par plašu sulfatāciju. Novēlotas uzlādes laikā sulfātu vairs nav iespējams pārveidot par yPb un ÅPbO
2 - akumulatoru vairs nevar pilnībā uzlādēt.
Vai papildus uzlādi drīkst veikt, akumulatoru neizņemot no transporta līdzekļa un neatvienojot to no elektrosistēmas? Izmantojot lielāko daļu lādētājierīču, akumulators ir jāatvieno no automobiļa elektrosistēmas. Tas ir saistīts ar to, ka uzlādes laikā akumulatora spriegums ilgstoši var sasniegt ~16,8 V, kas ievērojami pārsniedz nominālo tīkla spriegumu. Daudzas lādētājierīces īslaicīgi var pievadīt vēl augstāku spriegumu, lai intensificētu uzlādi.
Ja akumulatoru neatvieno no automobiļa elektrosistēmas, tad gadījumā, ja uzlādes laikā darbojas vēl kāds patērētājs vai ja elektrosistēmā ir kāda strāvas noplūde, tad pusautomātiskā vai automātiskā lādētājierīce 'nepareizi izpratīs' uzlādes strāvu un neatbilstoši regulēs uzlādes procesu.
Akumulatoru uzlādes laikā ir vēlams noņemt no automobiļa, jo akumulatora uzlāde ir
sprādzienbīstams process. Ja automobilim uzstādīts parastais jeb nehermētiskais akumulators, tad, uzlādējot to ar parasto lādētājierīci, uzlādes beigu stadijā no akumulatora izdalās gāzes - skābeklis un ūdeņradis, kuru maisījums noteiktā koncentrācijā (tilpumu attiecībā 1:2) ir sprādzienbīstams. Līdzīga situācija var veidoties arī automobiļa izmantošanas laikā, ja automobilis ir aprīkots ar bojātu akumulatoru, kurš vairs neuzlādējas. Izdalītais skābeklis un ūdeņradis ir spēcīgi oksidētāji, kas veicina melno un krāsaino metālu oksidēšanos akumulatora tuvumā.
Ar kāda tipa lādētājiem vēlams veikt akumulatora uzlādi? Ja automobilim ir
parastais nehermētiskais akumulators, tad tā uzlādei var izmantot jebkura tipa lādētājierīci, ja stigri ievēro tās lietošanas un uzlādes noteikumus. Drīkst izmantot manuālās, pusautomātiskās vai automātiskās lādētājierīces, kuras uzlādi nodrošina vai nu regulējot uzlādes strāvu, vai arī uzlādes spriegumu.
Ja automobilim ir
hermetizētais akumulators, tad to drīkst uzlādēt tikai ar tām pilnībā automātiskajām ierīcēm, kuras uzlādi veic, stabilizējot uzlādes spriegumu un akumulatora uzlādes beigās pilnībā pārtrauc uzlādi. Šāda prasība ir saistīta ar to, ka uzlādes beigās notiek elektrolīta sastāvā ietilpstošā ūdens sadalīšana par gāzveida skābekli un ūdeņradi. Hermetizētajiem akumulatoriem gāzu izplūde ir ierobežota, tādēļ akumulatora iekšienē var nekontrolēti palielināties spiediens un tas var pārsprāgt.
Ir daudzi gadījumi, kad transporta līdzekļi to lietošanas laikā tiek aprīkoti ar papildus elektropatērētājiem. Vai šādos gadījumos būtu jāizvēlas AGM tipa akumulators? Jebkuram automobilim elektrosistēma ir izveidota tā, ka tiek nodrošināta zināma jaudas rezerve atbilstoši rūpnīcā uzstādīto patērētāju elektriskajai jaudai - senāka izlaiduma automobiļiem ģeneratora jaudas rezerve ir ~30%, mūsdienu automobiļiem ~50%. Vienīgi jāatceras, ka tā ir reāli iemantojama pie vidējiem un augstiem motora kloķvārpstas (un ģeneratora rotora) apgriezieniem. Tāpēc visbiežāk svarīgāka nozīme ir tam, nevis cik jaudīgas papildierīces tiek uzstādītas, bet kurā brīdī un kopā ar kādām citām ierīcēm tās tiek izmantotas.
Ja esošie un no jauna uzstādītie elektriskie patērētāji bieži un ilgi tiek izmantoti pie izslēgta motora, tad lietderīgi ir izvēlēties akumulatoru ar lielāku ietilpību (ar vairāk ampērstundām). Šādiem mērķiem paredzētiem akumulatoriem bieži ir piešķirts papildu marķējums E2 (
Endurance Resistance, parastiem akumulatoriem ir kods E1). Šādu marķēšanu, tiesa gan - ne obligāti, paredz attiecīga ES regula
.
P.S. Uzstādot nedaudzas, bet jaudīgas, vai daudzas mazjaudīgas elektriskās papildu ierīces, svarīgāk ir vispirms noskaidrot (aprēķināt), vai esošais ģenerators spēj nodrošināt nepieciešamo strāvu (tas jau ir cits stāsts). Ja ģeneratora jauda ir nepietiekama, pazeminās spriegums elektrosistēmā un var tikt izlādēts akumulators.
Gundars Zalcmanis
Docents
RTU Autotransporta institūts
