Akumulator – co to jest i jak działa?

Akumulator to urządzenie elektrochemiczne, które magazynuje energię w postaci chemicznej, a następnie oddaje ją jako energię elektryczną. W samochodzie służy przede wszystkim do uruchomienia silnika i zasilania instalacji elektrycznej. Jako ogniwo wtórne może być wielokrotnie ładowany, ponieważ zachodzące w nim reakcje chemiczne są odwracalne.

Czym jest akumulator?

Akumulator jest rodzajem ogniwa galwanicznego wielokrotnego użytku. Podczas pracy przemienia energię chemiczną w elektryczną, a podczas ładowania zachodzi proces odwrotny. To odróżnia go od ogniw pierwotnych, potocznie nazywanych bateriami jednorazowymi, których nie można przywrócić do pierwotnego stanu przez zwykłe podłączenie do ładowarki.

W samochodzie akumulator dostarcza prąd o dużym natężeniu do rozrusznika, gdy kierowca uruchamia silnik. Zasila też światła, sterowniki, alarm i inne odbiorniki, gdy silnik nie pracuje. Po uruchomieniu jednostki część energii z alternatora służy do ponownego naładowania akumulatora.

Jak działa akumulator?

Wewnątrz akumulatora zachodzą reakcje chemiczne między elektrodami a elektrolitem. W czasie rozładowywania reakcja powoduje przepływ elektronów przez zewnętrzny obwód, czyli powstanie prądu elektrycznego. Podczas ładowania zewnętrzne źródło prądu wymusza reakcję w przeciwnym kierunku i odbudowuje stan chemiczny elektrod.

Cykl pracy można przedstawić w dwóch etapach:

• Ładowanie – akumulator pobiera energię elektryczną, która zostaje przekształcona w energię chemiczną.
• Rozładowywanie – energia chemiczna zostaje przekształcona w energię elektryczną oddawaną do odbiorników.

Odwracalność nie oznacza, że akumulator zachowuje pełną sprawność przez cały czas użytkowania. Elektrody stopniowo się zużywają, a zbyt głębokie rozładowania, wysoka temperatura lub niewłaściwe ładowanie mogą przyspieszyć utratę pojemności.

Z czego składa się akumulator?

Najczęściej spotykany w samochodach akumulator kwasowo-ołowiowy składa się z kilku połączonych szeregowo ogniw. Typowa konstrukcja samochodowa ma sześć ogniw, z których każde wytwarza około 2,1 V. Razem daje to napięcie znamionowe instalacji 12 V, a napięcie w pełni naładowanego akumulatora może wynosić około 12,6 V.

Najważniejsze elementy pojedynczego ogniwa to:

• Płyty ołowiane – dodatnie i ujemne elektrody, na których zachodzą reakcje chemiczne i które przewodzą prąd.
• Elektrolit – roztwór kwasu siarkowego i wody, umożliwiający przepływ jonów między płytami.
• Separatory – porowate przekładki oddzielające płyty o różnych biegunach, aby nie doszło do zwarcia, a jednocześnie umożliwiające ruch jonów.
• Obudowa i pokrywa – kwasoodporne elementy utrzymujące ogniwa oraz elektrolit i ograniczające wydostawanie się gazów.

W konstrukcjach AGM elektrolit jest zatrzymywany w macie z włókna szklanego, natomiast w akumulatorach EFB zastosowano rozwiązania zwiększające odporność płyt na częste cykle ładowania i rozładowywania. Nie zmienia to podstawowej zasady działania, czyli odwracalnej przemiany energii chemicznej i elektrycznej.

Jakie parametry akumulatora są najważniejsze?

Parametry akumulatora opisują ilość magazynowanej energii oraz jego zdolność do zasilania odbiorników. Trzy podstawowe oznaczenia to napięcie, pojemność i prąd rozruchowy.

Pojemność wyrażana w amperogodzinach nie oznacza bezpośrednio czasu pracy w każdych warunkach. Wartość zależy między innymi od natężenia pobieranego prądu, temperatury i stanu technicznego akumulatora. Przykładowo akumulator o pojemności 50 Ah może teoretycznie dostarczać prąd 1 A przez 50 godzin, ale rzeczywiste warunki pracy mogą zmienić ten wynik.

Napięcie mówi o poziomie elektrycznym układu, lecz nie określa samodzielnie jego zdolności do rozruchu. Za możliwość dostarczenia bardzo dużego prądu w krótkim czasie odpowiada między innymi parametr CCA. Ma on szczególne znaczenie podczas uruchamiania silnika w niskiej temperaturze, gdy olej stawia większy opór, a sprawność akumulatora spada.

Najkrócej: akumulator przechowuje energię chemicznie, oddaje ją jako prąd podczas rozładowywania i odzyskuje część zdolności do pracy podczas ładowania. W samochodzie jego rola nie ogranicza się do samego rozruchu – stabilizuje też zasilanie wielu urządzeń elektrycznych.