Co jsou olověné akumulátory
Olověné akumulátory patří mezi nejstarší a nejrozšířenější typy dobíjecích baterií. Jejich základ tvoří olověné články ponořené v elektrolytu, což je směs kyseliny sírové a destilované vody. Nejstarší konstrukce, tzv. údržbové akumulátory, využívají olověné elektrody ponořené přímo v kapalném elektrolytu. Tato baterie funguje na principu reverzibilních chemických reakcí mezi olovem, oxidem olovičitým a kyselinou sírovou, které probíhají při vybíjení a zpětně při nabíjení. Typickým znakem údržbového provedení jsou inspekční zátky v horní části akumulátoru, umožňující kontrolu hladiny elektrolytu a doplňování destilované vody, která se při provozu postupně odpařuje.
S nástupem nových technologií v polovině 70. let 20. století byly na trh uvedeny první bezúdržbové akumulátory. Tyto modernější konstrukce, označované také jako zapečetěné nebo zapouzdřené, eliminují potřebu ručního doplňování elektrolytu a umožňují bezpečný provoz i v netradičních polohách, protože nehrozí únik obsahu. Vnitřní konstrukce bezúdržbových baterií využívá pokročilé separační materiály – nejčastěji skelná vlákna (technologie AGM – Absorbed Glass Mat), která absorbují elektrolyt, nebo křemičitý gel (technologie GEL), který elektrolyt zahušťuje a stabilizuje.
Tyto nové typy konstrukcí přinášejí vyšší bezpečnost, delší životnost v některých aplikacích a menší nároky na obsluhu. Díky odlišným fyzikálně-chemickým vlastnostem jednotlivých typů olověných akumulátorů (WET, AGM, GEL) se dnes tyto baterie využívají v širokém spektru zařízení – od osobních a nákladních vozidel přes motorky, lodě a solární systémy až po záložní zdroje energie, zdravotnické přístroje nebo elektrická vozítka.
Typy olověných akumulátorů: výhody, nevýhody a praktické využití
Olověné akumulátory se dělí do několika základních kategorií podle konstrukce a provozních vlastností. Každý typ má své výhody, nevýhody a konkrétní oblasti použití. Nejběžnějšími variantami jsou WET (údržbové), AGM a GEL akumulátory.
Údržbový (WET) akumulátor
Údržbové olověné baterie představují tradiční technologii, která vyžaduje pravidelnou kontrolu a doplňování destilované vody. Při nabíjení totiž dochází k odpařování elektrolytu. Na horní části baterie se proto nacházejí inspekční zátky, které slouží pro kontrolu hladiny.
Výhody:
-
Nízká pořizovací cena
-
Dobrá odolnost vůči přepětí a kolísání provozních podmínek
-
Vysoká energetická účinnost
Nevýhody:
-
Vyšší nároky na údržbu
-
Omezené možnosti instalace (musí být ve vzpřímené poloze)
-
Nižší odolnost vůči vibracím
Využití: Stále se používají ve starších automobilech, zemědělské technice nebo jako záložní zdroje. Životnost se obvykle pohybuje mezi 150–300 nabíjecími cykly při vybíjení na 50 % DOD (Depth of Discharge – hloubka vybití).
AGM akumulátor (Absorbed Glass Mat)
AGM baterie jsou bezúdržbové a zcela uzavřené. Elektrolyt je vázán ve skelných vláknech, což výrazně snižuje riziko úniku i při poškození obalu. Díky nízkému vnitřnímu odporu poskytují vysoký startovací výkon.
Výhody:
-
Rychlé nabíjení
-
Vysoký okamžitý výkon a proud
-
Výborný výkon i při nízkých teplotách
-
Bez nutnosti údržby
Nevýhody:
-
Vyšší citlivost na přebíjení
-
Nižší odolnost vůči vysokým provozním teplotám (nad 40 °C může dojít k poškození)
-
Mírně vyšší cena než u WET baterií
Využití: Vhodné pro vozidla se start-stop systémem, vysokozdvižné vozíky, sekačky, fotovoltaické systémy a další aplikace s požadavkem na vysoký výkon. Standardní životnost je 300–500 cyklů při 50 % DOD, u kvalitních modelů i více.
U gelových baterií je elektrolyt zahuštěn pomocí křemičitého gelu. Tato konstrukce poskytuje vyšší odolnost vůči hlubokému vybíjení a přebíjení, a tím i delší životnost v cyklickém provozu.
Výhody:
-
Stabilní výkon při hlubokém vybíjení
-
Vyšší životnost než AGM při cyklickém zatížení
-
Nižší riziko sulfatace a přebíjení
-
Bezpečný provoz i při vyšších teplotách
Nevýhody:
-
Vyšší cena (složitější výroba)
-
Nižší výkon při nízkých teplotách
-
Pomalejší nabíjení
Využití: Vhodné zejména pro solární systémy, zdravotnická zařízení nebo jiné aplikace, kde je důležitý stabilní a dlouhodobý výkon. Životnost dosahuje běžně 500–800 cyklů při 50 % DOD.
Startovací vs. trakční olověné baterie
Olověné akumulátory se kromě konstrukčních rozdílů dělí také podle účelu použití. Dvě hlavní skupiny tvoří startovací a trakční baterie, které se výrazně liší ve vnitřní stavbě, provozních vlastnostech i způsobu zatěžování
Startovací baterie
Startovací baterie jsou navrženy tak, aby během krátké chvíle poskytly velmi vysoký proud, nutný pro roztočení spalovacího motoru. Jejich hlavním úkolem je okamžitý výdej energie, nikoliv její dlouhodobé udržování.
Charakteristika:
-
Obsahují více tenkých elektrod s velkým povrchem → zajišťují nízký vnitřní odpor a vysoký startovací proud.
-
Nejsou vhodné pro hluboké vybíjení – opakované cykly úplného vybití výrazně snižují jejich životnost.
-
Používají se především v osobních a nákladních vozidlech.
Výhody:
-
Vysoký výkon při startu motoru
-
Dobrá dostupnost a nízká cena
Nevýhody:
-
Nevhodné pro cyklické nebo dlouhodobé vybíjení
-
Rychlá degradace při hlubokém vybití
Trakční baterie
Trakční baterie jsou určeny k dlouhodobému a rovnoměrnému dodávání energie. Používají se pro pohon elektrických zařízení, která vyžadují opakované nabíjení a vybíjení.
Charakteristika:
-
Obsahují méně silnějších elektrod, které lépe odolávají častým cyklům nabíjení a vybíjení.
-
Běžně se používají v elektrických vozících, VZV (vysokozdvižných vozících), čističích podlah nebo karavanech.
-
Disponují vyšší odolností vůči hlubokému vybití a mají delší životnost v cyklickém režimu.
Výhody:
-
Vysoká cyklická odolnost
-
Delší životnost v hlubokém vybití
-
Stabilní výdej energie v čase
Nevýhody:
-
Vyšší hmotnost a cena než u startovacích baterií
-
Nevhodné pro krátkodobé vybíjení s vysokým proudem (např. startování motoru)
Existují i hybridní typy baterií, které kombinují vlastnosti startovacích i trakčních článků, nebo se využívají jako stacionární záložní zdroje – typicky v telekomunikačních ústřednách nebo serverovnách.
Nabíjení a vybíjení: Klíč k dlouhé životnosti baterie
Olověný akumulátor funguje na principu reverzibilní chemické reakce mezi elektrodami a elektrolytem. Při vybíjení dochází k přeměně oxidu olovičitého (anoda) a kovového olova (katoda) na síran olovnatý, přičemž se spotřebovává kyselina sírová obsažená v elektrolytu. Při nabíjení probíhá proces opačně – síran olovnatý se opět mění na aktivní látky a kyselina sírová se regeneruje.
Sulfatace – tichý zabiják baterií
Jedním z nejčastějších důvodů zkrácené životnosti akumulátoru je tzv. sulfatace. Ta nastává v případě, že je baterie dlouhodobě nedostatečně nabitá nebo dlouhodobě vybitá – typicky například při provozu vozidla na krátké vzdálenosti v zimě.
Při sulfataci dochází k tvorbě tvrdých krystalů síranu olovnatého na elektrodách. Ty snižují aktivní plochu článků a tím zhoršují schopnost akumulátoru dodávat proud. Výsledkem je:
-
rychlejší vybíjení,
-
ztráta kapacity,
-
a významně zkrácená životnost.
Sulfatace se častěji vyskytuje u AGM akumulátorů, zatímco GEL baterie jsou vůči tomuto jevu odolnější.
Správné nabíjení = delší životnost
Pro udržení optimálního výkonu a dlouhé životnosti je důležité dodržovat správné zásady nabíjení:
-
Akumulátor by měl být vždy skladován plně nabitý.
-
Nabíjejte v souladu s doporučeními výrobce – tzn. při správném napětí a proudu.
-
Vyhněte se přebíjení – především u AGM baterií je to častá příčina přehřívání a poškození.
Nesprávné nabíjení může vést k nevratnému poškození článků, zkrácení životnosti a v krajních případech i k selhání celé baterie.