ZDROJE ELEKTRICKÉ ENERGIE MOTOROVÝCH VOZIDEL
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Zdeněk Vala. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz; ISSN 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozuje Národní ústav pro vzdělávání, školské a poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV).
1. ZDROJE ELEKTRICKÉ ENERGIE MOTOROVÝCH VOZIDEL Úvod, zdroje elektrického napětí a proudu, rozdělení Jako zdrojovou soustavu využívá motorové vozidlo rotační generátor (dynamo, alternátor), ve spojení s regulačním relé a s akumulátorem. Základním (primárním) zdrojem napětí a proudu je rotační generátor, který musí mít takový výkon, aby s dostatečnou rezervou kryl veškerou spotřebu motorového vozidla včetně dovolených doplňků, a také měl proudovou rezervu na dobíjení akumulátoru. Akumulátor považujeme za vedlejší (sekundární) zdroj elektrické energie, je v ní akumulována energie potřebná pro krytí spotřeby v době kdy generátor nepracuje.
Elektrické akumulátory, obecně Elektrické akumulátory jsou chemické zdroje elektrické energie, které jsou v průběhu nabíjení schopné přijímat elektrickou energii z vnějšího zdroje a ukládat ji (akumulovat) ve svých elektrodách jako energii chemickou (změna chemického složení elektrochemicky aktivních hmot, složek elektrod). Při vybíjení dodává akumulátor elektrickou energii do spotřebiče. Přitom se mění chemické složení aktivních složek, hmot elektrod – chemická energie v nich akumulovaná se mění na energii elektrickou (viz. obr.) Obr. Schematické zobrazení funkce akumulátoru
Části akumulátoru Hlavními funkčními částmi elektrických akumulátorů jsou kladná a záporná elektroda, systém elektrolytu, který je tvořený elektrolytem nějakého typu, separátory, obal akumulátoru včetně proudových vývodů elektrod. Název akumulátorová baterie přísluší teprve skupině dvou a více spojených článků. Jsou-li články spojeny do série, má baterie, oproti jednomu článku napětí tolikrát vyšší, kolik článků je do série zapojeno. Kapacita zůstává nezměněna, jako u jednoho článku. Zapojením článků paralelně se zvyšuje kapacita baterie tolikrát, kolik článků je paralelně zapojeno, napětí zůstává na úrovni jednoho článku. Třetí možností je sériově paralelní zapojení článků v baterii. Baterie má pak oproti jedinému článku napětí tolikrát vyšší, kolik článků je zapojeno do série a kapacita tolikrát vyšší, kolik článků je zapojeno paralelně.
Rozdělení akumulátorových baterií Akumulátorové baterie můžeme rozdělit podle těchto hledisek: - podle hlavního použití - podle stupně uzavření článkové nádoby - podle použitého elektrolytu a pracovní teploty - podle systému nabíjení Podle hlavního použití: Průmyslové baterie, tyto dále dělíme na staniční a trakční Staniční – jsou trvale dobíjeny, zajišťují napájení elektrickou energií v době výpadku elektrické sítě a to především v energetice. Tyto baterie prodělají během svého provozu jen malý počet cyklů. Životnost se proto u těchto baterií udává podle počtu let provozu. Trakční – používají se především k pohonu elektrovozíků plošinových a zvedacích, elektromobilů. Pracují v cyklickém provozu nabíjení – vybíjení. Životnost se proto udává počtem cyklů nabití – vybití. Startovací baterie, slouží jako zdroj elektrické energie ke spouštění (roztočení na spouštěcí otáčky) spalovacích motorů automobilů, lodí, letadel, dieselagregátů. Jejich provoz je charakteristický tím, že jsou krátce (po dobu několika sekund) vybíjeny vysokým proudemstartování, vybije se však pouze malá část kapacity. Po dobu provozu spalovacího motoru jsou opět nabíjeny tak, aby byly udržovány v téměř nabitém stavu. K hlubokému vybití dochází vyjímečně v případě ponechání zapnutého spotřebiče v době kdy spalovací motor neběží. Přístrojové baterie, používají se převážně jako jediný zdroj elektrické energie v různých mobilních zařízeních, např. v mobilních telefonech, fotoaparátech, přenosných počítačích, hračky, modely, měřící přístroje apod. Podle druhu spotřebiče se mohou používat primární nebo sekundární akumulátorové baterie o kapacitách od setin až do desítek ampérhodin. Nejčastěji se zatěžují přerušovaně až do plného vybití. Podle stupně uzavření článkové nádoby: U akumulátorů s vodným (kapalným) elektrolytem dochází během nabíjení, vybíjení a také v době klidu k elektrolýze vody z elektrolytu na plyny kyslík a vodík. Tyto plyny tvoří výbušnou směs a navíc strhávají kapičky aerosolu elektrolytu, které unikají do okolního prostoru, způsobují korozi zařízení a snižují elektrický odpor mezi póly článků (baterie). Podle množství unikajících plynů a aerosolu se musí dimenzovat větrání prostoru s bateriemi. Otevřený článek, nemá víko, elektrolyt je v přímém kontaktu s ovzduším. Použití u olověných staničních akumulátorů s kapacitami desítky, stovky ampérhodin. Pro snížení úniku aerosolu do ovzduší se na články pokládá krycí sklo. Uzavřený článek, má nádobu opatřenou víkem s otvorem pro unikání plynů. Otvor bývá opatřen zátkou nebo ventilem. Otvorem se článek plní elektrolytem, doplňuje se destilovaná voda, měří se hustota a teplota elektrolytu. Kontakt hladiny elektrolytu s ovzduším je tedy omezen. Ventilem řízený článek, má nádobu uzavřenou ventilem. Dosáhne-li přetlak plynu v článku určité hodnoty, ventil umožní přebytečnému plynu uniknout. Ventil se z článku nesnímá a články se nedoplňují.
Uzavřený plynotěsný článek, po dobu životnosti je článek trvale uzavřený, neuniká z něj žádný plyn a elektrolyt. Nedoplňuje se vodou ani elektrolytem. Pro zabránění případného nebezpečného přetlaku (přebíjení článků), bývá opatřen bezpečnostním systémem. Hermetický článek, je plynotěsně uzavřený bez zařízení k uvolňování přetlaku. Úplná hermetizace je možná u článků, ze kterých se neuvolňují žádné plyny. Jsou to například primární články a akumulátory s jiným než vodným elektrolytem. Knoflíkové články – vyvíjí se tak malé množství plynu, že stačí difundovat těsnícími pryžovými nebo plastovými materiály. Nikl-kadmiové akumulátory – řešení spočívá v zabránění vývoje vodíku a vyvíjený kyslík reaguje v uzavřeném cyklu za uvolňování tepla a tím následné ohřevu článku. Olověný akumulátor – hermetizaci lze řešit zavedením pomocné vodíkové elektrody spojené s kladnou elektrodou. Za plně hermetizované články lze považovat též články, u kterých difúzní koeficient vodíku větší než difúzní koeficient jiných plynů. Podle použitého elektrolytu a pracovní teploty: Elektrolyty můžeme dělit podle chemického složení na, kyselé elektrolyty – H2SO4 používané v olověných akumulátorech alkalické elektrolyty – KOH používané např. v akumulátorech Ni-Cd, Ag-Zn a palivových článcích O2 – H2 . Dále na: neutrální, nevodné, taveniny soli (400-600°C), tuhé elektrolyty (300-350°C). Podle systému nabíjení: Elektrickým proudem – stejnosměrným, pulsním, střídavým asymetrickým Dále se může nabíjení provádět mechanicky, chemicky, tepelně, světlem, ionizujícím zářením.
Ing. Jiří Marek c.s.c Luděk Stehlík Doc.RNDr.Miroslav Cenek,CSc. 2003 a kol.
Hermetické akumulátory v praxi, IN-EL Praha 2004 Akumulátory od principu k praxi, FCC PUBLIC
