Akumulatory_9.pdf

AKUMULATORY – podstawy dla ka Ň dego

Akumulatory, batteries – na łodzi potrzebuje ich ka Ň dy. Dzi ħ ki nim działaj Ģ Ļ wiatła, radio, autopilot,

GPS, komputer, lodówka; bez nich nie uruchomimy silnika.

Na łodziach motorowych, które za jedyny nap ħ d maj Ģ silnik, akumulatory s Ģ ładowane, gdy łód Ņ jest w

drodze. Dzi ħ ki temu, nawet przy intensywnym poborze pr Ģ du, prawie nigdy nie zdarza si ħ , by zostały one

rozładowane „do zera”.

Na jachtach Ň aglowych silnik najcz ħĻ ciej wł Ģ czany jest podczas portowych manewrów. Ładowanie

akumulatorów jest wi ħ c krótkie, bo przecie Ň Ň eglarze na ogół chc Ģ jak najszybciej uwolni ę si ħ od hałasu

silnika. Za to podczas Ň eglugi akumulatory eksploatowane s Ģ intensywnie, cz ħ sto przez 24 lub wi ħ cej

godzin, bez doładowania, a pó Ņ niej kapitan zarz Ģ dza wł Ģ czenie na dwie godziny silnika, by je „do pełna”

naładowa ę . Akumulatory takiej Ň eglarskej obsługi nie lubi Ģ i po prostu bardzo szybko si ħ psuj Ģ . Dlatego na

jachcie Ň aglowym akumulatory wymagaj Ģ nie tylko szczególnej uwagi w trakcie dokonywania zakupu, ale

tak Ň e szczególnej troski, gdy s Ģ u Ň ywane.

Wielu Ň eglarzy w trosce o akumulatory instaluje na jachtach pr Ģ dnice wiatrowe lub panele słoneczne.

Maj Ģ racj ħ : zachowanie proporcji mi ħ dzy pr Ģ dem pobranym a doładowywanym znacznie przedłu Ň a Ň ycie

akumulatora. Dlatego uwa Ň ny i dbały Ň eglarz wie dokładnie, ile pr Ģ du zu Ň ywa jego łód Ņ w ci Ģ gu godziny i

ile pr Ģ du wraca do akumulatorów dzi ħ ki pr Ģ dnicy wiatrowej czy panelom. Je Ň eli wraca go mniej ni Ň

wychodzi, trzeba ustali ę , co ile godzin nale Ň y wł Ģ cza ę silnik, by wspomóc akumulatory. Pr Ģ d ładowany jest

bezpo Ļ rednio przez poł Ģ czony z silnikiem alternator. Analiza jego parametrów pozwoli okre Ļ li ę , jak długo

powinien pracowa ę silnik, by doładowa ę pr Ģ d. Zasad Ģ podstawow Ģ jest nie dopu Ļ ci ę do całkowitego

rozładowania akumulatora. Je Ļ li jednak to si ħ stanie, trzeba pami ħ ta ę o zasadzie nr dwa: nie nale Ň y

gwałtownie ładowa ę du Ň ym pr Ģ dem akumulatora rozładowanego lub bliskiego rozładowania, bo operacja ta

mo Ň e go zniszczy ę , a na pewno znacznie skróci jego Ň ywot.

B UDOWA AKUMULATORA

Typowy „mokry” ( wet cell ) 12-woltowy akumulator

zbudowany jest z sze Ļ ciu ogniw kwasowo-ołowiowych

poł Ģ czonych szeregowo, z których ka Ň de ma pomi ħ dzy

biegunami

napi ħ cie

2,1

Tak

wi ħ c

całkowite

generowane napi ħ cie wynosi 12,6 V.

Odpowiednio: akumulator 6-woltowy ma trzy szere-

gowo poł Ģ czone ogniwa i generuje napi ħ cie 6,3 V.

Ogniwa zanurzone s Ģ w elektrolicie; w przypadku

akumulatora kwasowo-ołowiowego ( led-acid battery )

jest to 37-procentowy wodny roztwór kwasu siarkowego

(H 2 SO 4 ).

www. ZeglujmyRazem.com

Akumulatory Î podstawy dla kaŇdego

J AK DZIAŁA AKUMULATOR ?

(na przykładzie akumulatora kwasowo-ołowiowego, lead-acid battery )

1. Akumulator naładowany

W pełni naładowany akumulator po stronie elektrody ujemnej (–) zawiera w płytach ołów (Pb), a po

stronie elektrody dodatniej (+)zawiera w płytach dwutlenek ołowiu (PbO 2 ). Elektrolitem jest roztwór kwasu

siarkowego (H 2 SO 4 ) i wody (H 2 O) w stosunku 37:63. 1

2. Rozładowywanie akumulatora

Po podł Ģ czeniu odbiornika, elektrony w obwodzie zewn ħ trznym przepływaj Ģ od anody (Pb) do katody

(PbO 2 ). Te elektrony pochodz Ģ z reakcji ołowiu z jonami SO 4 2– z roztworu. Ołów uwalnia dwa elektrony

(one wła Ļ nie s Ģ no Ļ nikami pr Ģ du w obwodzie zewn ħ trznym) i tworzy zwi Ģ zek PbSO 4 Natomiast

dopływaj Ģ ce z obwodu zewn ħ trznego elektrony do katody PbO 2 wywołuj Ģ dwie reakcje: jedna, to

Pami ħ tajmy, Ň e pr Ģ d elektryczny w przewodniku, to ruch ujemnie naładowanych elektronów (cho ę fizycy umówili si ħ

kiedy Ļ tak dziwacznie, Ň e okre Ļ laj Ģ kierunek pr Ģ du akurat przeciwnie do ruchu elektronów). Natomiast no Ļ nikami

pr Ģ du w elektrolicie s Ģ , poruszaj Ģ ce si ħ w przeciwnych kierunkach, naładowane dodatnio i ujemnie jony, powstaj Ģ ce w

roztworze wskutek dysocjacji cz Ģ steczek kwasu H 2 SO 4 na dwa protony H + oraz jon SO 4 – [przyp. Maciej Geller]

www. ZeglujmyRazem.com

Akumulatory Î podstawy dla kaŇdego

odrywanie si ħ jonów tlenu z PbO 2 i tworzenie wraz z elektronami i jonami H + z roztworu – czasteczek

wody, a druga, to reakcja ołowiu z jonami SO 4 daj Ģ ca ponownie PbSO 4 Wskutek tego na obu elektrodach

tworzy si ħ ten sam zwi Ģ zek PbSO 4 2

W trakcie pracy akumulatora w roztworze ubywa jonów SO 4 a powstaje coraz wi ħ cej cz Ģ steczek wody.

Roztwór si ħ rozcie ı cza, a na obu elektrodach powstaje taki sam zwi Ģ zek PbSO 4 .

3. Całkowicie rozładowany akumulator

Wytr Ģ caj Ģ cy sie z roztworu siarczan ołowiu (PbSO 4 ) krystalizuje si ħ i osadza na obu elektrodach coraz

grubsz Ģ warstw Ģ , a w elektrolicie jest coraz wi ħ kszy procent wody. Gdy akumulator kilkakrotnie zostanie

całkowicie rozładowany, wtedy siarczan ołowiu tworzy wartw ħ na tyle grub Ģ , Ň e zaczyna działa ę jako izolator.

Akumulator traci swoje wła Ļ ciwo Ļ ci, zmniejsza pojemno Ļę , w nast ħ pstwie czego ulega zniszczeniu.

4. Ładowanie akumulatora

2 Sumarycznie, mo Ň na te procesy zapisa ę jako:

Pb + SO 4 2 – ŗ PbSO 4 + 2e –

PbO 2 + 2e – + 4H + + SO 4 2 – ŗ PbSO 4 + 2H 2 O [przyp. Maciej Geller]

www. ZeglujmyRazem.com

Akumulatory Î podstawy dla kaŇdego

Po podł Ģ czeniu akumulatora do Ņ ródła pr Ģ du, pr Ģ d wewn Ģ trz akumulatora popłynie w przeciwnym

kierunku, ni Ň wtedy, gdy podczas normalnej pracy akumulator jest Ņ ródłem energii. Siarczan ołowiu

(PbSO 4 ) rozkłada si ħ (odrywaj Ģ c od płyt ołowiowych), a jon siarczanowy (SO 4 ) ł Ģ czy si ħ z wodorem (H 2 )

tworz Ģ c cz Ģ steczki kwasu siarkowego (H 2 SO 4 ), które zag ħ szczaj Ģ elektrolit. Tlen (O 2 ) ł Ģ czy si ħ z ołowiem

(Pb) po stronie elektrody dodatniej (+) i powstaje dwutlenek ołowiu. Podczas ładowania zaczyna si ħ

elektroliza wody na tlen i wodór: po stronie elektrody dodatniej (+) wydziela si ħ tlen (O 2 ), a po stronie

elektrody ujemnej (–) – wodór. Gdy akumulator jest u Ň ywany (czyli: rozładowywany – ładowany),

nast ħ puje ubytek elektrolitu, wi ħ c co pewien czas trzeba sprawdza ę jego poziom i uzupełnia ę wod Ģ

destylowan Ģ .

Opis ten jest maksymalnie uproszczony, jednak na poziomie zwykłego u Ň ytkownika wzory i

szczegółowa analiza reakcji chemicznych nie s Ģ potrzebne; wiedza ogólna o tym, co zachodzi w

akumulatorze, wystarcza w zupełno Ļ ci, by zrozumie ę i Ļ wiadomie stosowa ę proste zasady obsługi

akumulatora, co przedłu Ň y jego Ň ywotno Ļę i jednocze Ļ nie zaoszcz ħ dzi wydatków.

Z ASADY OBSŁUGI

Akumulatora nie nale Ň y zatem ani nadmiernie rozładowywa ę , ani przeładowywa ę .

Ka Ň da cela ma mi ħ dzy swoimi biegunami napi ħ cie

2,1 V. Mo Ň na j Ģ bezpiecznie wyładowa ę do poziomu

Ļ redniego (1,7 V), co w przypadku akumulatora 12-

woltowego daje poziom 10,2 V. Dalsze wyładowanie

grozi tzw. zasiarczeniem akumulatora. Pami ħ tamy, Ň e

znaczy to, i Ň na obu elektrodach powstaj Ģ du Ň e kryształy

siarczanu ołowiu (PbSO 4 ), co zmniejsza pojemno Ļę

akumulatora, zwi ħ ksza opór wewn ħ trzny, a przy cz ħ stych

zej Ļ ciach poni Ň ej poziomu 10,2 V powoduje całkowit Ģ

utrat ħ zdolno Ļ ci akumulatora do kumulacji i dostarczania

pr Ģ du.

Ładuj Ģ c akumulator nale Ň y sprawdzi ę , czy Ņ ródło

dostarczaj Ģ ce pr Ģ d ma zabezpieczenie ograniczaj Ģ ce

podawane napi ħ cie do warto Ļ ci nie wi ħ kszej ni Ň warto Ļę

SEM, czyli maksymalnie 2,1 V na jedno ogniwo. Gdy

napi ħ cie w poszczególnych ogniwach dojdzie do 2,35 V

(mi ħ dzy elektrodami akumulatora 12-woltowego jest wtedy

napi ħ cie 14,1 V), rozpoczyna si ħ zjawisko gazowania:

wskutek elektrolizy woda rozkłada si ħ na wodór i tlen.

Mieszanka tych gazów jest wybuchowa i wystarczy jedna

iskra, by spowodowa ę gro Ņ n Ģ w skutkach eksplozj ħ .

Dlatego trzeba pami ħ ta ę , by miejsca, w których znajduj Ģ si ħ

akumulatory, były zawsze wentylowane.

www. ZeglujmyRazem.com

Akumulatory Î podstawy dla kaŇdego

Transformacja zwi Ģ zków chemicznych o ró Ň nych wła Ļ ciwo Ļ ciach z jednej formy w drug Ģ ,

przebiegaj Ģ ca w sposób gwałtowny powoduje tzw. puchni ħ cie akumulatora. Płyty ołowiowe krusz Ģ si ħ i

rozpadaj Ģ na kawałki, izolator mi ħ dzy nimi niszczeje, a efektem tego jest zwarcie. Co prawda czeka to

nieuchronnie ka Ň dy akumulator, nawet dobrze eksploatowany, jednak wła Ļ ciwa eksploatacja znacznie

wydłu Ň a czas jego działania. Znaj Ģ c ceny akumulatorów łatwo obliczy ę , ile mo Ň na oszcz ħ dzi ę kupuj Ģ c je

raz na 4-5 lat, a nie co roku.

R ODZAJE AKUMULATORÓW

Akumulatory u Ň ywane na łodziach ( marine battery ) dziel Ģ si ħ – ze wzgl ħ du na funkcj ħ – na dwa

rodzaje: rozruchowe ( starting / cranking battery ) i u Ň ytkowe ( house battery ).

Akumulatory rozruchowe / startowe ( starting / cranking battery ).

Akumulatory rozruchowe maj Ģ zapewni ę uderzenie pr Ģ dem o du Ň ym nat ħŇ eniu i natychmiast powróci ę

do pełnej mocy. Dlatego kupuj Ģ c akumulator rozruchowy nale Ň y zwróci ę uwag ħ przede wszystkim na

nat ħŇ enie dostarczanego pr Ģ du. Generalnie mo Ň na uzna ę , Ň e Ň eglarzy b ħ d Ģ interesowały akumulatory

rozruchowe w przedziale od 75 do 400 amperów.

Silnik powinien zastartowa ę od razu, ale istotne s Ģ wymagania rozrusznika. Jego charakterystyk ħ podaje

instrukcja silnika. Je Ļ li jej nie ma, warto zapami ħ ta ę , Ň e trzeba co najmniej 2 A na cal sze Ļ cienny pojemno Ļ ci

silnika dieslowskiego i minimum 1 A na cal sze Ļ cienny pojemno Ļ ci silnika benzynowego.

Je Ļ li nie znamy pojemno Ļ ci silnika, trzeba sprawdzi ę t ħ warto Ļę u producenta. Dla przykładu:

dieslowski silnik Yannmar 4 JH4 o mocy 110 koni mechanicznych ma pojemno Ļę 121,7 cala sze Ļ ciennego

( 121.7 cubic inch displacement ), zatem jego akumulator startowy powinien dostarcza ę pr Ģ du rozruchowego

o nat ħŇ eniu ok. 250 A.

Je Ň eli silnik jest stary i wymaga kilkakrotnego „kr ħ cenia” starterem, warto wzi Ģę pod uwag ħ

współczynnik ( rating ) CCA ( Cold Cranking Amps ) stosowany dla rozruchu w temperaturze 0 °F (–18 °C)

lub MCA ( Marine Cranking Amps ) dla rozruchu w temperaturze 32 °F (0 °C). Współczynniki te powiedz Ģ ,

ile amperów b ħ dzie miał pr Ģ d rozruchowy dostarczony przez dany akumulator w ci Ģ gu 30 sek., zanim

napi ħ cie w jego celach spadnie do poziomu 1,2 V (czyli 7,2 V w przypadku akumulatora 12-woltowego).

Reasumuj Ģ c: aby dowiedzie ę si ħ , z jakiego akumulatora najlepiej zakr ħ ci ę rozrusznikiem starego

silnika, nale Ň y sprawdzi ę , jakiego pr Ģ du rozruchowego ( cranking amps ) potrzebuje starter i pomno Ň y ę to

przez cztery ( CCA or MCA rating x 4 ).

Uwaga : akumulatory rozruchowe nie znosz Ģ rozładowania do „zera”. Gdy s Ģ problemy z rozruchem

silnika, warto pomy Ļ le ę o akumulatorze rozruchowym z charakterystyk Ģ gł ħ bokiego rozładowania ( deep

cycle ), o czym poni Ň ej.

Akumulatory u Ň ytkowe ( house battery )

Od akumulatorów tych wymagamy doprowadzenia pr Ģ du do wszystkich Ļ wiateł, pomp wodnych,

wentylatorów i elektroniki na jachcie. Do tego chcemy, aby działo si ħ to jak najdłu Ň ej, bez cz ħ stego

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: