OLOVNI AKUMULATORI
Akumulator je elektrohemijski izvor struje. Kod nas se koriste uglavnom 12V akumulatori sastavljeni od 6 ćelija po 2V. Osnovna ćelija sačinjena je od pozitivnih i negativnih ploča koje su naizmjenično složene a između njih nalazi se izolaciona ploča zvana separator. Dvije su veličine bitne za akumulator, napon i kapacitet. Napon je određen izborom materijala od koga su ploče napravljene (kod olovnih akumulatora to je olovo i olovni dioksid) i elektrolita (kod olovnih akumulatora razrijeđena sumporna kiselina). Kapacitet zavisi od površine i broja ploča. Kod izbora akumulatora vodi se računa o dvije stvari. Prva je ta da akumulator mora u slučaju kvara na sistemu za punjenje (alternator), obezbijedi funkcionisanje vozila 8 sati danju ili 4 sata noću što znači umnožak struje svih potrošača na vozilu sa 4 sata daje potreban kapacitet. Druga stvar o kojoj treba voditi računa je maksimalna struja koju će povući alnaser prilikom pokretanja motora, ona ne smije biti veća od 1/2 maksimalno dopuštene struje koja je označena na samom akumulatoru što znači da na vozilima sa dizel motorom za koje je potreban snažniji alnaser koji opet vuče veću struju često puta neće biti dovoljan akumulator odabran po kriterijumu svi potrošači puta četiri sata nego će se u tom slučaju odabrat veći akumulator koji može podnijeti struje koje vuče alnaser.
Pražnjenje akumulatora
Pražnjenje akumulatora dopušteno je do 1,8V po ćeliji što za 12V akumulatore sa 6 ćelija iznosi do 10,8V. Pražnjenje ispod 10,8V je štetno i trajno upropaštava akumulator (ispod 10,8V proces punjenje-pražnjenje nije reverzibilan i na ploče se izdvaja teško topivi sulfat). Ako se ipak desi da radi kvara na vozilu dođe do prepražnjavanja akumulatora u tom slučaju treba ga što prije napuniti na ispravljaču izvan vozila. Da li je akumulator prazan možemo utvrditi mjerenjem napona i gustine elektrolita. Napon kao što je rečeno ne smije biti ispod 10,8V. Gustina elektrolita tokom pražnjenja se mijenja tako da mjerenjem gustine elektrolita možemo utvrditi koliko je akumulator pun. Kod punog akumulatora gustina elektrolita je 1,28g/ccm a kod praznog 1,1g/ccm. Ukoliko prilikom pražnjenja akumulatora promjenjljivim otporom održavamo konstantnu struju, umnožak struje i broja sati daje kapacitet akumulatora.
Punjenje akumulatora
Akumulator se na vozilu puni tako što alternator obezbjeđuje stalan napon od 14V. To je dobar sistem ali u akumulatorskim stanicama se ne primjenjuje zato što bi po tom sistemu trebalo puno vremena da se akumulator potpuno napuni. U akumulatorskim stanicama se koriste tri sistema punjenja:
1. konstantnom strujom
2. konstantnim naponom
3. kombinovano
Za punjenje konstantnom strujom koristi se struja 1/10 kapaciteta u trajanju 12 sati. Treba zapaziti da punjenje traje 12 a ne 10 sati što znači da olovni akumulatori imaju 20% gubitaka prilikom punjenja. Napon poraste sa 1,8 na 2,7V po ćeliji. Ovo je najbrža metoda normalnog punjenja i ima nedostatak što se na kraju punjenja javlja intezivno kvrcanje u ćelijama što je posljedica elektrolize vode gdje se kao produkt toga javlja smjesa vodonika i kiseonika koja je jako eksplozivna. Takođe produkt iskvrcavanja je gušći kiselinski ostatak pa iz tog razloga kada se smanji nivo elektrolita u akumulatoru (treba da je oko 10mm iznad ploča) treba dosipati isključivo destilovanu vodu.
Kod punjenja konstantnim naponom nema jakog iskvrcavanja jer se puni naponom 2,4V po ćeliji ali ima nedostataka zato što na početku punjenja, kada je akumulator prazan, povlači veliku struju što je štetno za akumulator. Punjenje je gotovo kada pri naponu od 2,4V po ćeliji struja padne na 1/100 dio kapaciteta.
Kombinovano punjenje je najbolje i koristi se kada god je to moguće. Postupak punjenja je slijedeći. Prvo se započinje punjenje konstantnom strujom i to 1/5 kapaciteta i tako puni dok napon po ćeliji ne dostigne 2,4V a onda se prelazi na punjenje konstantnim naponom do kraja. Punjenje je gotovo kada pri naponu od 2,4V po ćeliji struja padne na 1/100 dio kapaciteta. Važna napomena: akumulator se ne smije priključiti ni isključiti sa ispravljača dok je ispravljač uključen. Ovo iz razloga što prilikom spajanja krokodil štipaljki kada je ispravljač uključen dolazi do iskrenja pa može doći do eksplozije.
Kvarovi na akumulatorima
Pored vanjskih mehaničkih oštećenja (istopljeni stupići radi lošeg kontakta na klemama, koji se mogu ponovo izliti i pucanje kutije za što nema lijeka), postoje i unutarnji kvarovi kao što su:
1. Sulfatizacija, nastaje kada se akumulator prepražnjava. Već je rečeno da nije dopušteno pražnjenje akumulatora ispod napona 10,8V jer dolazi do trajnog oštećenja (prevlačenje teško topivog sulfata preko ploča). Ova vrsta kvara prepoznaje se po jako smanjenom kapacitetu akumulatora. Ovaj kvar moguće je djelomično otkloniti punjenjem akumulatora strujom 2% kapaciteta u trajanju 48 sati.
2. Kratak spoj, nastaje radi propusta u izradi akumulatora. Na neki način ošteti se separator i dođe do kratkog spoja između + i - ploče. Ovu vrstu kvara možemo ustanoviti mjerenjem gustine elektrolita. Gustina elektrolita u svim ćelijama mora biti ujednačena. Različita gustina sasvim sigurno ukazuje na kratak spoj. Različita gustina u ćelijama može se pojaviti i radi unutrašnjih pukotina na pregradama između ćelija. Pošto su ćelije na različitom naponskom nivou dolazi do pražnjenja te ćelije. Ni jedan od ova dva slučaja se ne može popraviti.
3. Prekid, ova vrsta kvara nastaje radi loše izrade u fabrici. Prilikom sastavljanja akumulatora kada se ubace ćelije u kutiju, veze između ćelija se ostvaruju elektrootpornim varenjem. Ako se ovaj postupak ne provede kvalitetno kasnije dođe do prekida na tom mjestu. Prekid možemo uočiti kada instrumentom mjerimo neopterećen akumulator napon je dobar a kada uključimo neki potrošač napon pada gotovo na nulu. Pretpostavku da je akumulator u prekidu možemo potvrditi mjerenjem napona elektrolita između susjednih ćelija. Prvo priključimo na akumulator potrošač, napon na polovima je znatno smanjen zatim mjerimo napon između susjednih ćelija redom i napon mora biti oko 2V međutim između ćelija gdje je došlo do prekida napon je znatno viši i obrnutog polariteta.
NIKL-KADMIJUM AKUMULATORI
Ovi akumulatori se znatno razlikuju od olovnih akumulatora:
1. Kod istog kapaciteta nikl-kadmijum akumulatori su veći.
2. Imaju znatno duži vijek trajanja.
3. Napon po ćeliji je 1,2V.
4. Za elektrolit se koristi kalijeva lužina.
Pražnjenje akumulatora
Za razliku od olovnih akumulatora koje nije dobro prazniti strujama većim od 30% kapaciteta, niklkadmijum akumulatori dobro podnose pražnjenje strujama i do 100% kapaciteta (akumulator kapaciteta 100Ah smije se prazniti strujom 100A do kraja). Ova osobina kao i veliki broj ciklusa punjenje-pražnjenje (1000 puta) čini ove akumulatore favoritima kada su u pitanju električni viljuškari, transportna kolica na željezničkim stanicama i ostalim uređajima na akumulatorski pogon. Prepražnjavanje za njih nije štetno čak se u skladištu čuvaju ispražnjeni ali mora se voditi računa da kod akumulatora serijski vezanih kada se prazne do kraja, prva ćelija kojoj napon padne na 0V (a ćelije nikada nisu tačno istog kapaciteta uvijek će se jedna isprazniti prije ostalih), ako bi se nastavilo daljnje pražnjenje ta ćelija kojoj je napon pao na 0V počela bi se puniti sada obrnutim polaritetom a to je štetno. Da se ovo ne bi desilo a i radi krive pražnjenja ono se prekida kod napona od 1V po ćeliji.
Elektrolit
Elektrolit kod ovih akumulatora je kalijeva lužina, KOH otopljena, gustine 1,2g/ccm. Tokom punjenja pražnjenja gustina elektrolita se ne mijenja to jest ne zavisi od stanja napunjenosti akumulatora. Tokom upotrebe elektrolit oksidiše sa kisikom pa ga je potrebno nakon 2 godine mijenjati.
Punjenje akumulatora
Kao i kod olovnog akumulatora moguće su tri metode:
1. konstantnom strujom
2. konstantnim naponom
3. kombinovano
Za punjenje konstantnom strujom koristi se struja 1/10 kapaciteta u trajanju 15 sati. Treba zapaziti da punjenje traje 15 a ne 10 sati što znači da nikl-kadmijum akumulatori imaju 50% gubitaka prilikom punjenja. Napon poraste sa 1 na 1,6V po ćeliji. Ovo je najbrža metoda normalnog punjenja i najviše se koristi.
Kod punjenja konstantnim naponom akumulator se puni naponom 1,5V po ćeliji ali ima nedostataka zato što na početku punjenja, kada je akumulator prazan, povlači veliku struju što je štetno za akumulator. Punjenje je gotovo kada pri naponu od 1,5V po ćeliji struja padne na 1/100 dio kapaciteta.
Kombinovano punjenje. Postupak punjenja je slijedeći. Prvo se započinje punjenje konstantnom strujom i to 1/5 kapaciteta i tako puni dok napon po ćeliji ne dostigne 1,5V a onda se prelazi na punjenje konstantnim naponom do kraja. Punjenje je gotovo kada pri naponu od 1,5V po ćeliji struja padne na 1/100 dio kapaciteta.
Za razliku od olovnih akumulatora za koje je dobro da se dopunjavaju, nikl-kadmijum akumulatore ne valja dopunjavati. Pravilo je do kraja puniti i do kraja prazniti. Kod ovih akumulatora postoji takozvani memorijski efekt koji umanjuje kapacitet akumulatora na onoliko koliko se troši. Primjera radi rudarske kapne lampe RL18 imaju akumulator 12Ah kapaciteta. Sijalica vuče struju 1A što znači da bi lampa morala izdržati produženu smjenu od 12 sati. Praksa je pokazala da ni nove lampe koje se koriste samo mjesec dana po 8 sati dnevno pa onda dopunjavaju kada zatreba ne mogu dati puni kapacitet a lampe koje su napola ispražnjene, ako se prije punjenja do kraja isprazne u lampaši pa tek onda pune, mogu bez problema dati puni kapacitet.