Nabíjení různých druhů olověných akumulátorů

Nabíjení olovených akumulátorů je sama o sobě poměrně široká oblast jak výzkumu nových materiálů a způsobů nabíjení, tak technického provedení nabíjecích systémů a samotných akumulátorů. Nelze tedy krátce doporučit nejlepší způsobem nabíjení. Je však nutné si uvědomit, že různé typy olověných akumulátorů vyžadují rozdílné nabíjení. Nelze také naslepo nahrazovat jeden typ akumulátorů jiným, ne při požadavku na zachování jistoty správné funkčnosti a adekvátní životnosti. V tomto krátkém pojednání se zaměříme zejména na auto/motoakumulátory, byť se dotkne i akumulátorů pro jiné systémy. Budu vycházet zejména z rozsáhlého materiálu CAR AND DEEP CYCLE BATTERY FAQ 2016.

Druhy olověných akumulátorů

Základní rozdělení olověných akumulátorů je v podstatě dvojí, přičemž se různé akumulátory mohou prolínat do obou kategorií. Jedná se o dělení dle provedení - nalévané (údržbové) a uzavřené (bezúdržbové) akumulátory, a pak dle materiálu elektrod - „standardní“ olověné (dnes výhradně s příměsí antimonu), vapníko-olověné (jedna z elektrod je legována vápníkem) a pak vapníko-vápníkové (obě elektrody legovány vápníkem). Podívejme se tedy na různé typy blíže.

Tzv. standardní nalévané akumulátory jsou v podstatě běžné modely zejména auto a motoakumulátorů. Jsou charakteristické svými ventily, zpravidla přímo přístupnými na jednotlivých článcích (3 pro nominálně 6V a 6 pro nominálně 12V akumulátory). V rámci pokroku během minulého století začal čisté olovo být legováno zejména antimonem, ve stopovém množství pak i jinými prvky a sloučeninami za účelem zlepšení životnosti (odstranění sulface, menší náchylnost na plynatost apod.).

Vylepšením tohoto typu jsou akumulátory s menší náročností na údržbu, ale stále nalévané a údržbové, byť ventily mohou být přístupné obtížněji. Zde pozor na zavádějící popis a potenciální záměnu za bezúdržbové akumulátory. Tyto mají zpravidla jednu elektrodu legovánu vápníkem pro zlepšení chemicko-fyzikálních vlastností, dále mohou být přítomny další technologie kolem elektrod pro zlepšení funkce (různé separátory, rekombinátory).

Bezúdržbové akumulátory (SLA, sealed lead-acid, uzavřené, nebo také VRLA, valve-regulated lead-acid, ventily regulované) pak zahrnují několik dalších podkategorií. Akumulátory mokré (EFB, enhanced flooded battery), které mají elektrody klasicky ponořené v tekutém elektrolytu, tělo je zavařené, ale ne vždy jsou určeny k funkci v různých polohách, ventily bývají volnější a elektrolyt může vytékat i při pouhém otočení. Pak jsou to akumulátory AGM (absorped glass mat, s elektrolytem ve skelné vatě) a gelové (elektrolyt je smíšen s dalšími látkami a tvoří hustý gel). AGM a gelové jsou častěji používány zejména pro systémy zdrojů napájení s ohledem na vyšší hustotu energie a možnost provozu v libovolné poloze. Často jsou nesprávně zaměňovány mezi sebou, nicméně většina těchto uzavřených typů jsou AGM. V poslední době se AGM více rozšiřuji i v automobilech. Pozn: i při použití SLA/VRLA akumulátorů však také může dojít k vytékání kapalin v některých polohách, zpravidla při přebíjení, když jsou zvýšeným tlakem otevřeny bezpečnostní ventily.

Bezúdržbové akumulátory zpravidla využívají elektrody legované vápníkem, přidány ale mohou být i další prvky (lithium, uhlík). Nicméně s ohledem na nemožnost doplnit elektrolyt a dále k odstranění sulface jsou často doplněny o mnoho dalších sloučenin plus další systémy v okolí elektrod (pro rekombinaci atomů vodíku a kyslíku, promíchávání elektrolytu atp.) se AGM/gelové liší v nabíjecím i provozním napětí.

Mimo to existují i jisté kombinace více typů, jako například vapníko-vápníkové nízkoúdržbové akumulátory. Nebo také klasické mokré olověné (s antimonem), ale bezúdržbové díky zavaření pouzdra a umístění separátorů a rekombinátorů k elektrodám, a další typy.

Nabíjení a nabíjecí napětí

Obecně pro všechny typy olověných akumulátorů je vhodné použít nabíječku alespoň se třístupňovým nabíjením. To sestává obvykle z části nabíjení konstantním proudem (rychlé nabíjení), dále konstantním napětím (absorpční část) a nakonec udržováním nižším napětím. Standardní nalévací akumulátory je možné i lehce přebíjet základními nabíječkami bez jakékoli regulace s ohledem na to, že lze doplnit vodu. U jiných typů to vede k (často výraznému) zkrácení životnosti. V extrémních případech i v podstatě k okamžitému zničení.

Naopak je však u některých typů nutno použít napětí vyšší, jinak bude docházet k podbíjení a výraznému zkrácení životnosti. Obvyklé hodnoty napětí pro různé typy olověných akumulátorů jsou obsaženy v tabulce. Byť je absorpční napětí standardních naléných akumulátorů uvedeno poměrně vysoké, jedná se o hodnotu pro ideální nabíjení trochu inteligentnější nabíječkou. Takové akumulátory se obvykle poměrně rozumně nabijí i napětím kolem 14 V. Pro bezúdržbové Ca/Ca akumulátory je však napětí kolem 14,8 V střední hodnotou minima, aby se vůbec pořádně nabily. Je tedy zřejmé, že je nutné použít nabíječku se správným nastavením pro daný druh olověného akumulátoru.

Typ akumulátoru Udržovací napětí Absorpční napětí Vyrovnávací napětí
Standardní nalévané (Sb/Sb) 13,2 V 14,5 V 15,5 V
Nalévací nízkoúdržbové (Sb/Ca) 13,2 V 14,4 V 15,8 V
Mokré bezúdržbové (Ca/Ca) 13,2 V 14,8 V 15,8 V
AGM SLA (deskové) 13,6 V 14,3 V 15,6 V
AGM SLA (válcové) 13,6 V 14,6 V -
Gelové SLA (Ca/Ca) 13,2/13,8 V 14,1/14,4 V -

Z toho rovněž vyplývá, že pro mnoho typů zejména starších vozidel nejsou bezúdržbové akumulátory vůbec vhodné, neboť nabíjecí napětí alternátoru je mnohdy nastaveno velice nízko, často jen na 13,6 - 13,7 V (naprázdno). V zátěži (např. u nás je aktuální ten nesmysl o denním svícení) je napětí ještě nižší. Vapníko-vapníkové akumulátory v takových vozidlech není možné vůbec nabít a mj. vlivem sulface elektrod poměrně rychle výrazně klesá kapacita. Obecně platí, že pro taková vozidla nemá nic lepšího než maximálně nízkoúdržbové akumulátory (a i u těch je vhodné dosáhnout napětí alespoň 14 V) smysl, životnost je zpravidla horší, než s klasickými nalévanými akumulátory. Navíc jsou výrazně dražší.

Podobné je to u častého domácího bastlení nalévaných olověných akumulátorů k UPS a podobným systémům. Mimo to, že výpary z těchto akumulátorů jsou agresivní a proto je nutné takovéto akumulátory používat pouze v dobře větraných prostorech, UPS také běžně nabíjí pouze na 13,6-13,7 V. Při opakovaném hlubším vybití pak dojde k rychlé degradaci kapacity vlivem sulface (ta je odstraňována právě „rozbitím“ krystalů vyšším napětím), nejsou-li UPS vybaveny funkcí pro desulfaci. Rovněž také dochází ke stratifikaci elektrolytu (při nabíjení vyšším napětím se elektrolyt promíchává díky tvoření bublinek elektrolýzou vody).

Další informace