Srdce automobilu - moderní autobaterie

Autobaterie je klíčová součást každého automobilu. Často se můžete setkat i s názvem startovací akumulátor. Je primárním zdrojem elektrické energie ve vozidlech se spalovacím motorem, ale má ještě další funkce, které závisí na elektrické soustavě daného vozidla:

• Napájení elektrických systémů (osvětlení, autorádio, řídicí jednotky, centrální zamykání, alarm, atd).
• Stabilizace napětí elektrického systému vozidla (tuto funkci plní také regulátor napětí alternátoru)

Výrobci uvádí, že důvodem problémů se startováním je z 80% autobaterie, z 20% ostatní autoelektrika (startér, alternátor, dobíjení, řídicí jednotka, připojení baterie, ukostření motoru atd.). Pokud autobaterie správně funguje, výrazně přispívá ke spolehlivosti automobilu.

A jaké jsou typy autobaterií?

1. Velmi stará vozidla – veterány měla ještě elektrickou soustavu s napětím 6V. Byla vybavena kyselinovou olověnou baterií (někdy se uvádí WET-zaplavenou) s napětím 6V. Sem patří např. starší typ nákladních vozů AVIA, Wartburg 311, Trabant atd.
2. Novější vozidla se spalovacím motorem (bez systému START&STOP), již měla elektrickou soustavu 12V. Byla vybavena také kyselinovými olověnými bateriemi, ale s napětím 12V. Kvalita materiálu, olověných desek, mřížek, a použitých technologií se postupně zvyšovala. Díky legování mřížek drahými kovy došlo k prodloužení životnosti autobaterií. Tyto baterie byly montovány do vozidel od 50-60. let 20 století. Někdy se můžete také setkat s označením SLI, to znamená: Starting / Lighting / Ignition (=Startování / Svícení / Zapalování), což jsou hlavní funkce tohoto typu autobaterie.
3. Vozidla se spalovacím motorem (se systémem START&STOP)

Jakmile vešly v platnost přísnější předpisy Evropské unie pro limity škodlivin a emisí z výfukových plynů automobilů EURO 6, tedy od 1. září 2014 pro nově vyrobené vozy, většina vozidel musela být vybavena mimo jiné i řízeným dobíjením autobaterie a systémem START&STOP.

Oba tyto režimy jsou velmi náročné na autobaterii a technologie tomu musela být přizpůsobena. Do převážné většiny vozidel v prvovýrobě začaly být montovány:

1. Baterie s technologií EFB (Enhanced Flooded battery)

• Má zesílené elektrody, odolnější separátor, silnější desky
• Mezi deskou a separátorem je polyesterový mul
• Zvládají větší počet startů a cyklů
• Jsou odolnější proti sulfataci
• Určena pro vozidla, která jsou vybavena systémem START&STOP, ale která nemají nadstandardní elektrickou výbavu

1. Baterie s technologií AGM (Absorbent Glass Mat)

• Má také zesílené elektrody a silnější desky
• Navíc - elektrolyt je vázán ve skelném rounu
• Je velmi odolná proti úniku kapaliny a proti vibracím
• Oproti běžné startovací baterii zvládne mnohonásobně více cyklů
• Má ještě delší životnost než baterie EFB
• Je určena pro vozidla, která jsou vybavena systémem Start&Stop, ale která navíc mají zvýšené požadavky na energii, a jsou vybavena nadstandardními elektrickými zařízeními

V praxi se můžete setkat ještě s označením baterie EFB+ (EFB plus), jedná se o baterie EFB z prvovýroby, které jsou ještě více odolné a mají prodlouženou životnost.

Výjimkou byly některé modely vozidel, zejména japonských, korejských a amerických značek (KIA, Hyundai, Toyota, Honda): u některých modelů byly splněny požadavky na emisní normu EURO 6 i bez použití systému START&STOP. Řízené dobíjení však tato vozidla již měla, a proto v prvovýrobě byly montovány také odolnější baterie (EFB, AGM).

Baterie EFB i AGM byly do některých vozidel s rozsáhlou nadstandardní elektrickou výbavou montovány již před zavedením normy EURO 6, přestože tato vozidla ještě nebyla vybavena systémem START & STOP. Patří sem např. některé modely značek Mercedes-Benz, Audi, některá americká vozidla atd.

Důležitá informace pro Vás:

Pokud je vozidlo z prvovýroby vybaveno autobaterií AGM anebo EFB+, po ukončení její životnosti je nutné tuto baterii vyměnit pouze za AGM!

Pokud je vozidlo z prvovýroby vybaveno autobaterií EFB, po ukončení její životnosti je možné tuto baterii vyměnit za EFB anebo AGM.

A jak je to s konstrukcí autobaterie?

Každý výrobce baterií má trochu jiné výrobní postupy, technologii výroby, použité materiály, % zastoupení drahých kovů, tloušťku desek, typ a tloušťku mřížek atd.

Nicméně,  hlavní části autobaterie jsou následující:

1. Deska (desková elektroda)

Slouží jako nosná část autobaterie pro aktivní materiál. V autobaterii jsou 2 druhy desek:

• Kladná: je vyrobena z oxidu olovičitého (PbO2), součástí je kladná elektroda
• Záporná: je vyrobena z čistého olova (Pb), součástí je záporná elektroda

2. Mřížka

Mřížky jsou silné přibližně 0,6 – 1,2 mm, záleží na kvalitě autobaterie, produktové řadě a výrobci. Mohou být vyrobeny vyražením z plechu; kvalitnější, odolnější a obvykle silnější jsou mřížky odlévané. Slouží k udržení aktivní hmoty a jako sběrač proudu. V autobaterii jsou 2 druhy mřížek: kladná a záporná. Obě jsou vyrobeny ze slitiny olova. Olověné mřížky mohou být legovány vápníkem (Ca) anebo různými drahými kovy: stříbro (Ag), cín (Sn), Sb (Antimon).  Díky tomu má baterie vyšší výkon při startu vozidla, delší životnost a lépe jsou snášeny vyšší nabíjecí proudy.

1. Elektrolyt

V autobaterii je elektrolyt roztok kyseliny sírové (H₂SO₄) a destilované vody (H₂O), hustota je přibližně 1,28 g/cm³. Tato kapalina je důležitá pro vznik elektrochemické reakce mezi kladnou a zápornou deskou, při nabíjení a vybíjení baterie. U autobaterií AGM je elektrolyt nasáknut do skelného rouna.

1. Separátor

Jedná se o velmi důležitou součást autobaterie. Zabraňuje kontaktu mezi kladnými a zápornými deskami. Je vyroben z materiálu, který je prostupný pro ionty elektrolytu, tedy z plastu (PE, PVC) , u AGM baterií ze skelných vláken. Během delšího používání autobaterie dochází ke zvětšování povrchu elektrod. Separátor zabraňuje tomu, aby docházelo k propojení kladných a záporných elektrod, tedy ke zkratování autobaterie.

1. Nádoba

Všechny komponenty baterie jsou uloženy do nádoby, která musí být odolná proti nárazu, vyšší teplotě a tlaku vnitřních plynů. Dnes jsou skoro všechny autobaterie bezúdržbové, není třeba dolévat elektrolyt. Každá nádoba autobaterie je opatřena přetlakovým ventilem. Nejvhodnější materiál pro výrobu nádoby je PP (Polypropylen) anebo tvrzené PVC.

Výrobní proces autobaterie

Každý výrobce autobaterií má své vlastní technologie a výrobní postupy, ale hlavní výrobní fáze jsou podobné. Většina výrobců autobaterií využívá při výrobě mikroprocesorové řízení výrobního procesu a při kontrole automatizované systémy.

Obecně se výroba autobaterií skládá z několika fází:

• Výroba desek

Nejdříve je vyrobena aktivní hmota pro kladnou a zápornou desku a elektrodu.

Mřížky jsou vyrobeny metodou ražby (levnější, méně kvalitní) anebo metodou odlévání (dražší, kvalitnější, odolnější). Aktivní hmota je nanesena na olověnou mřížku.

Během této fáze probíhá:

1. Míchání směsí s rozpouštědlem
2. Nanášení a sušení

• směs pro desku je nanesena na mřížku
• směs pro elektrodu je odlévaná do formy požadovaného tvaru
• následně je hmota dána do pece na sušení, zde dojde k odpaření rozpouštědla
  1. Kalandrování – materiál pro elektrodu se pohybuje mezi dvěma vyhřívanými prvky, které směs stlačují. Tím je zajištěna stabilní tloušťka, hustota a přilnavost.
  2. Řezání – kovová folie je rozřezána na menší kusy, ze kterých jsou vyrobeny elektrody a desky

• Sestavení bloků desek

Pro montáž článků je nezbytně nutné čisté, bezprašné a suché prostředí.

Elektrody jsou odříznuty mechanicky anebo laserem, jsou umístěny do pouzder a jsou k deskám připevněny svařováním.

Mezi kladnou a zápornou desku je umístěn separátor, z několika kladných a záporných desek jsou vytvořeny bloky desek – tedy články. Každý nabitý článek musí mít přibližně 2,1 V. Běžná 12V autobaterie má celkem 6 článků, které jsou propojeny v sérii.

U baterií EFB je mezi desku a separátor umístěn polyesterový mul. Mezi kladné a záporné desky AGM baterie je vloženo skelné rouno.

• Umístění článků do nádoby

Propojené články jsou umístěny do nádoby. Velmi důležité je, aby nádoba byla odolná proti kyselině sírové. Na nádobu jsou umístěny odvzdušňovací tlakové zátky, které v případě vzniku vysokého tlaku v autobaterii zabrání roztržení nádoby.

• Plnění elektrolytem

Následně je nádoba s články doplněna elektrolytem.

• Uzavření baterie

Po naplnění je baterie uzavřena, shora je připevněno víko pomocí natavení.

Na baterii jsou nalepeny všechny potřebné štítky týkající se identifikace, značky, EAN kódu, QR kódu, bezpečnostní pokyny atd.

• Konečná fáze – testování autobaterie

Po uzavření baterie je potřeba ji nechat v klidu stát několik hodin.

Aby baterie dobře fungovala, musí splňovat mnoho různých parametrů, např. napětí (V), odpor (Ohm), startovací proud (A), proto po kompletaci dochází k měření parametrů, kontrole těsnosti a k vizuální kontrole.

Namátkově jsou v laboratoři uskutečňovány testy odolnosti vůči rozbití nebo přebití. Baterie jsou úmyslně přebíjeny vysokými proudy, a je zkoumáno, za jak dlouhou dobu, pod jakým tlakem, při jaké teplotě atd. dojde k destrukci autobaterie.

A velmi stručně - jak autobaterie funguje?

V autobaterii dochází k elektrochemické reakci, při které se chemická energie transformuje na elektrickou energii. Vznikne díky tomu, že kladný a záporný blok desek je ponořen do roztoku kyseliny sírové.  Podmínkou elektrochemické reakce je připojení spotřebiče k autobaterii (když dojde ke startování, anebo pokud je připojen elektrický spotřebič). Dochází tak k postupnému vybíjení autobaterie, elektrolyt je rozkládán na kladně nabité ionty vodíku (H⁺) a na záporně nabité ionty síranu (SO ₄^2- ). Současně se záporně nabité elektrony (2e ^-) pohybují od záporné elektrody ke kladné. Baterie poskytuje stejnosměrný elektrický proud.

Při nabíjení autobaterie z alternátoru vozidla nebo z nabíječky dochází k opačné elektrochemické reakci, tedy k opětovnému vzniku kyseliny sírové.

Jak předejít problémům s baterií?

• Pokud je to možné, omezte co nejvíce krátké trasy, během kterých se autobaterie nedokáže dostatečně dobít
• Pokud vozidlo není v provozu nebo jezdí na kratší vzdálenosti, je třeba baterii alespoň 1x za měsíc dobít
• Pokud je vozidlo v provozu, je dobré baterii dobít preventivně alespoň 2x za rok (např. na jaře a na podzim)
• Pravidelně měřte napětí autobaterie alespoň pomocí multimetru; pokud má napětí < 12,4V, dobijte ji
• Pravidelně si nechte v autoservisu zkontrolovat dobíjení a odpor autobaterie
• Je třeba mít v pořádku zejména elektrickou soustavu vozidla, startér, ukostření motoru, alarm, a jiná elektrická zařízení; jinak může dojít k nadměrnému namáhání autobaterie
• Pravidelně kontrolujte svorky pólu baterie, případně je nakonzervujte tukem
• U vozidel, která mají START&STOP, je třeba využívat setrvačnosti vozidla – např. z kopce

jezdit se zařazenou rychlostí; autobaterie se lépe dobíjí