Akumulátor, EFB, AGM, GEL a Stop-Štart

Pod tlakom motoristov ale aj európskej legislatívy sa cestné vozidlá neustále modernizujú a viac či menej zlepšujú. Mení sa dizajn karosérie, interiéru, vylepšujú sa parametre motorov, prevodoviek či podvozku, najvýraznejší progres je však citeľný pri elektronických systémoch. A práve hromada rôznych (ne)potrebných elektronických pomocníkov donútila podstatne vylepšiť aj parametre akumulátorov. Okrem neustále sa zvyšujúcemu počtu rôznej elektroniky, mal v poslednej dobe na vývoj akumulátorov najvýraznejší vplyv najmä masovo zavádzaný systém Stop-Štart ruka v ruke s legislatívnym tlakom na čo najnižšiu (tabuľkovú) produkciu CO2.

Klasické bezúdržbové „zaplavené“ akumulátory

Vo vozidlách, ktoré nie sú obšťastnené systémom Stop-Štart resp. nemajú inteligentné riadenie dobíjania, sa stále používa klasický olovený akumulátor. Oproti minulosti je súčasný akumulátor tzv. bezúdržbový a prakticky nevyžaduje dopĺňanie destilovanej vody.

Dôvodom na dolievanie destilovanej vody v starších typoch akumulátorov je nežiadúca chemická reakcia pri nabíjaní, pri ktorej súčasne so žiaducimi chemickými procesmi dochádza k zvýšenej tvorbe vodíka a kyslíka. Aby sa vznikajúce plyny nehromadili a výrazne nestúpal v obale akumulátora tlak, dochádza k priebežnému úniku vznikajúcich plynov do okolitého priestoru a tým aj k nežiadúcemu ubúdaniu vody z roztoku. Preto je potrebné pri starších typoch akumulátorov pravidelne doplňovať destilovanú vodu. Pri bezúdržbových akumulátoroch je možné vďaka moderným výrobným technológiám (legovanie dosiek rôznymi materiálmi napr. vápnikom) túto nežiadúcu chemickú reakciu výrazne eliminovať – pracujú na princípe tzv. kyslíkovej rekombinácie. Ak predsa len dôjde k nadlimitnému nahromadeniu množstva plynov, cez ventil/pretlakovú poistku sa tlak plynu vyreguluje – tzv. VRLA akumulátor (valve-regulated lead-acid battery), teda ventilom riadený akumulátor.

Mnohí užívatelia si však pod pojmom bezúdržbový akumulátor predstavujú nielen žiadnu údržbu, ale aj skutočnosť, že akumulátor znesie takmer všetko. Bohužiaľ, realita až taká ružová nie je. Oproti starým tzv. dolievacím akumulátorom, ktoré mali ešte dosky legované molybdénom, sú novšie tzv. bezúdržbové akumulátory podstatne citlivejšie na hlboké vybitie (12 – 12,2 V). Ak teda moderný akumulátor zostane úplne vybitý dlhšie ako cca desať hodín, vzniknutá sulfatácia (vytvoria sa kryštály síranu olovnatého – olovenej beloby) ho môže zničiť. Proces sulfatácie však začína vznikať aj v prípadoch, ak sa nechá akumulátor dlhšiu dobu v stave čiastočného vybitia, čo znamená napätie okolo 12,4 – 12,5 V. Dobrú kondíciu a tiež optimálny prevádzkový stav akumulátora predstavuje napätie okolo 12,7 – 12,9 V. Životnosti akumulátorov nepomáha ani čoraz väčší počet rôznych elektronických pomocníkov a teda spotrebičov, ktorých negatívny vplyv sa najvýraznejšie prejavuje v zimných mesiacoch a kratších jazdách. Viac informácii o klasických bezúdržbových olovených akumulátorov je TU.

Klasický bezúdržbový olovený akumulátor sa skladá zo separátnych komôr, ktorých je pri 12 V prevedení šesť. V komorách sa nachádzajú sady dosiek – články, pričom mínusové a plusové dosky sú oddelené separátorom. Základnou funkciou separátora je izolovanie/oddelenie mínusovej a plusovej dosky tak, aby nedochádzalo ku skratu týchto dosiek. Popri izolačnej funkcií však musí byť separátor aj porézny a umožniť cirkuláciu elektrolytu v článku. V súčastnosti sa ako materiál používa na výrobu separátorov veľmi odolný plast polyetylén-PE. V minulosti sa používal menej odolný PVC, v dávnejšej histórii aj špeciálny porézny papier či v úplných začiatkoch dokonca drevená mriežka. Kvalitné prevedenie separátora je dôležité najmä z dôvodu prípadného skratu oboch dosiek. Ten vzniká napr. ak ponecháme akumulátor dlhšiu dobu vo vybitom stave. Vtedy sa totiž na doskách vo zvýšenej miere tvoria kryštály síranu olovnatého – sulfátu (ľudovo olovená beloba), ktoré postupne porušia separátor až následne dôjde ku skratu článku. Ku vzniku kryštálov (sulfatácii) a k ich postupnému odpadávaniu na dno akumulátora a následnému zvýšenému riziku skratu dosiek dochádza aj pri nadmernom namáhaní resp. dlhodobejšom nedostatočnom dobíjaní akumulátora. Eliminovať tento nežiadúci jav pomáha špeciálna vrecková konštrukcia separátorov. Takýto vreckový separátor zachytáva uvoľňujúcu sa aktívnu hmotu z plusových dosiek, ktorá nepadá na dno nádoby akumulátora, ale zachytáva sa v samotnom separátore. Výsledkom je tak dlhšia životnosť akumulátora, ktorá sa v podstate končí až vyčerpaním/vypadaním aktívnej hmoty z plusových dosiek pod limitnú úroveň.

Akumulátor typu GEL

Konštrukcia gélových akumulátorov je podobná klasickým bezúdržbovým zaliatym akumulátorom a obsahuje zostavu kladných a záporných dosiek. Elektrolyt je však viazaný v kremičitom géli a nie v separátore. Medzi výhody gelových akumulátorov patrí nižšia citlivosť na vyššie prevádzkové teploty, vyššia kapacita pri zníženej hmotnosti akumulátora, nízka hladina samovybíjania, dlhšia životnosť, lepšia odolnosť proti vytečeniu, cyklickej záťaži či otrasom a možnosť umiestnenia aj v rôzne naklonenej rovine. Jedná sa samozrejme o bezúdržbové akumulátory.

Akumulátor typu EFB (Enhanced Flooded Battery)

Pri vozidlách vybavených systémom Stop-Štart dochádza za vhodných podmienok k častému vypínaniu a opätovnému štartovaniu motora, čo znamená aj zvýšené nároky na prevádzkové parametre akumulátora. Takýto akumulátor musí dobre zvládať frekventované cyklické zaťaženie, teda časté vybíjanie pri štartovaní a naopak časté dobíjanie zvýšeným prúdom za jazdy. Pre vozidlá vybavené systémom Stop-Štart a jednoduchším manažmentom dobíjania postačia akumulátory typu EFB. Takýto akumulátor konštrukčne vychádza z bežného bezúdržbového zaliateho akumulátora, dosky sú však podstatne robustnejšie a preto je takýto akumulátor aj o niečo ťažší. Tieto dosky sú naviac potiahnuté vrstvou sklenej tkaniny, ktorá zabraňuje vypadávaniu aktívneho materiálu a do značnej miery aj eliminuje vznik nežiadúcich kryštálov síranu olovnatého – sulfátu. Akumulátor tiež obsahuje špeciálne separátory z polyesterových vlákien. Všetky tieto úpravy v praxi znamenajú, že oproti bežným akumulátorom odoláva EFB akumulátor lepšie hlbokému vybitiu, poskytuje väčší štartovací prúd aj pri výraznejšom vybití, pri náročnom používaní – cyklickom zaťažení aj pomalšie starne a prezentuje sa tiež lepšou odolnosťou voči otrasom.

AGM (Absorbed Glass Mat)

Vozidlá vybavené systémom Stop-Štart, inteligentným dobíjaním – rekuperačným brzdením a ďalšími šetriacimi technológiami vyžadujú ešte výkonnejšie a odolnejšie akumulátory ako sú EFB. Takéto požiadavky spĺňajú akumulátory s technológiou AGM.

Základným rozdielom akumulátorov AGM oproti bežným zaplaveným akumulátorom resp. EFB je skutočnosť, že namiesto plastového separátoru je použitá špeciálna sklenená tkanina, v ktorej je nasiaknutý elektrolyt. Táto tkanina vypĺňa priestor medzi doskami, pričom tekutý elektrolyt je plnený pod tlakom, aby sa dostal do všetkých častí článku. Sada dosiek sa pred vložením do článku akumulátora stlačí špeciálnym lisom. Po vložení do článku akumulátora dôjde k určitému uvoľneniu/roztiahnutiu tejto sady a následne k pevnému kontaktu so stenami článku, takže ani po prevrátení akumulátora táto sada z článku nevypadne. Takéto pevné uloženie eliminuje prípadné krútenie a vzájomný kontakt dosiek – vznik skratu, sklenená tkanina zase do značnej miery brzdí vznik nežiadúcich kryštálov síranu olovnatého – sulfátu a samovybíjaciemu efektu. Výhoda pevného uloženia spočíva aj vo veľmi dobrej otrasuvzdornosti akumulátora, ktorá je 10-15x vyššia ako pri bežnom zaplavenom prevedení. Zvýšeným tlakom musí samozrejme zodpovedať aj obal akumulátora, ktorý je vyrobený z odolného polypropylénu.

Akumulátory typu AGM sú absolútne bezúdržbové, odolné proti vytečeniu elektrolytu, výkonné v pomere k svojej veľkosti, dosahujú viac ako dvojnásobnú životnosť oproti bežným zaplaveným akumulátorom pri rovnakých prevádzkových podmienkach, sú odolné voči otrasom, majú výborné nabíjacie charakteristiky – umožňujú rýchle nabíjanie, sú veľmi dobre odolné proti cyklickej záťaži, poskytujú výrazne väčší štartovací prúd aj pri výraznejšom vybití a umožňujú umiestnenie v náklone až 55 °.

Akumulátory a Stop-Štart

Poslaním systému Stop-Štart je (hlavne tabuľkovo) šetriť palivo a znižovať emisie škodlivých emisií. Systém sa najčastejšie aktivuje v mestskej prevádzke, kedy dochádza k častému zastaveniu vozidla (na semaforoch, v zápchach a pod.). Niekedy je vypnutie motora dlhšie (minútu a viac) a niekedy len na pár sekúnd. Z ekonomického hľadiska sa minimálna doba na ktorú sa oplatí moderný motor vypnúť pohybuje okolo 20 – 30 sekúnd, v prípade starších motorov je táto doba cca minútu a viac. Inými slovami, ak sa motor vypne na kratší čas, následné dobitie energie spotrebovanej štartérom spotrebuje viac paliva, ako sa ušetrilo zastavením motora. Pri zavádzaní systému Stop-Štart panovali najväčšie obavy o životnosť štartérov, alternátora či motora – kľukového mechanizmu. Prax ukázala, že konštruktéri sa s touto výzvou vcelku dobre popasovali a životnosť týchto komponentov výraznejšie nevybočuje zo zaužívaných zvyklostí. Za slabší resp. ľahšie zraniteľný článok možno považovať len akumulátor. A keďže akumulátor je vo vozidlách so systémom Stop-Štart oveľa drahší (v priemere 150-250€), vyvstáva otázka, či tých pár ušetrených deci(litrov) paliva ročne za tú ekologickú vypínaciu parádu naozaj stojí. Táto otázka znie zaujímavo aj z pohľadu samotnej výroby takéhoto akumulátora, pri ktorej je použité nie zanedbateľné množstvo viac či menej toxických materiálov (kovov).

Okrem častejšieho štartovania motora zaťažuje akumulátor aj systém inteligentného dobíjania. Kým samotný Stop-Štart ide vypnúť, inteligentné dobíjanie je aktivované natrvalo. V praxi sa inteligentné dobíjanie prejavuje tak, že pokiaľ to úroveň nabitia akumulátora dovoľuje, dobíja sa vysokým prúdom pri napätí až 16 Voltov hlavne pri spomaľovaní vozidla. Pri akcelerácii, či ustálenej jazde pracuje alternátor za bežných okolností len na obmedzený výkon – aby neodoberal zbytočne energiu z motora a dosahovala sa čo najnižšia spotreba paliva. Ak je brzdenia motorom málo, dobíjanie akumulátora zvýšeným prúdom elektrickej energie začne až keď nabitie klesne pod stanovenú minimálnu úroveň – pri plusových teplotách začne alternátor zvyčajne dobíjať, až keď poklesne stav akumulátora pod 70 – 80%. Takáto cyklická záťaž, nárazové nabíjanie veľkým prúdom pri napätí až 16 Voltov či neraz dlhšie trvajúci stav čiastočného nabitia dáva zabrať aj robustným a odolným akumulátorom typu AGM, ktoré sa pri systéme inteligentného dobíjania používajú. Zjednodušene napísané. Kým pri obyčajných autách bez šetriacich systémov sa akumulátor priebežne dobíja až na pár výnimiek v podstate stále, pri ekologicky zmýšľajúcich vozidlách prebieha poriadne dobíjanie len za určitých podmienok.

Neznalým či neopatrným vodičom môže akumulátor vypovedať službu už po dvoch či troch rokoch, opatrnejší a technicky fundovanejší motoristi môžu predĺžiť životnosť aj na 7 a viac rokov. Pri výmene akumulátora mnohí motoristi siahnu po oveľa lacnejšom obyčajnom zaplavenom prevedení a myslia si že ušetrili. Opak je však pravdou a skôr či neskôr budú musieť pôvodný EFB či AGM akumulátor tak či onak kúpiť. Dôvodom je skutočnosť, že obyčajný akumulátor nadmerné cyklické zaťažovanie, dlhodobé vybíjanie či nabíjanie vysokým prúdom nevydrží dlho a v relatívne krátkom čase (cca rok) sa porúča. Nevýhodou obyčajného akumulátora je aj relatívna „mäkkosť zdroja“ oproti EFB či AGM, čo v praxi znamená, že ak je klasický zaplavený akumulátor výraznejšie vybitý resp. je v slabšej kondícii a napätie poklesne pod určitú úroveň napr. okolo 12,2 V (z dôvodu státia na križovatke a pustených svetlách, klimatizácii, kúrení a pod), môže byť opätovný štart problematický. V tomto smere si akumulátory typu EFB či AGM vedú oveľa lepšie a naštartujú motor aj keď kľudové napätie poklesne pod 12,2 V.

Zopár rád ako predĺžiť životnosť akumulátora pri systéme Stop-Štart a inteligentného dobíjania

• nezabudnúť deaktivovať systém Stop-Štart, obzvlášť pri kratších jazdách a pri jazdách s málo zohriatym motorom
• najmä v zime po studenom štarte zbytočne nezaťažovať akumulátor pustením všetkej možnej elektroniky, vyhrievania a pod. (treba postupne a s rozumom),
• ak sa častejšie jazdí na kratšie trasy (obzvlášť v chladných mesiacoch), treba aspoň raz za týždeň vozidlo prevetrať na dlhšiu cca 25 km trasu pokojnejším tempom s podľa možností častejším dobrzďovaním motorom,
• ak je možnosť dlhšieho dojazdu napr. dole kopcom či do križovatky, tak treba zaradiť rýchlostný stupeň a čo najdlhšie brzdiť motorom – vtedy dochádza k najvýraznejšiemu dobíjaniu akumulátora,
• pri akčnejšom jazdení treba na posledných pár km zvoľniť tempo a častejšie dobrzďovať motorom, pri svižnom jazdení sa totiž akumulátor zvyčajne dobíja len na minimálnu úroveň, čo negatívne vplýva na životnosť – postupné vytváranie nežiadúcich kryštálov síranu olovnatého – sulfátu,
• z času na čas (ideál raz za mesiac) treba na pár hodín pripojiť nabíjačku, ale pozor, nabíjačka musí podporovať nabíjanie akumulátorov typu  EFB a AGM

MJ