Akkumlátorok

Az akkumulátorok több nagy csoportjáról beszélhetünk. Felépítésük mellett leggyakrabban a felhasználási szempontok alapján osztályozzuk az akkumulátorokat. Ez utóbbi szempont szerint indítóakkumulátorról, vontatási vagy járműhajtó akkumulátorról, helyhez kötött vagy ipari felhasználású akkumulátorokról és vezeték nélküli készülékek akkumulátorairól eshet szó. Természetesen ezen belül további csoportosítás szükséges egy általános ismertetés keretei között, hisz a motorizáció széles körű elterjedtsége mellett szinte mindenki számára ismert fogalom és különösen ismert gyakorlati eszköz a gépjárművek indítóakkumulátora, míg egy hajó vagy repülőgép indítóakkumulátoráról konkrét műszaki elképzelés kevésbé alakult ki. Jelen ismertető elsősorban a gépjárművek indítóakkumulátoraival foglalkozik, emellett mint műszaki érdekességet, néhány különlegesebb, indítási célú akkumulátor típust is ismertet, valamint az ipari célú akkumulátorok legfontosabb konstrukciós ismérveit is bemutatja. A vezeték nélküli készülékek, eszközök akkumulátoraival az Ezermester 97/2 száma foglalkozott.

A gépjárművek számos fogyasztója a motor álló helyzetében is üzembe helyezhető, és vannak olyan fedélzeti berendezések (pl. helyzetjelző világítás, ablaktörlő, kürt stb.) amelyeknek előírásszerűen a jármű motorjától függetlenül is kell tudniuk üzemelni. Tehát a közlekedésbiztonsági követelmények mellett a belső égésű motor indítása, mint közvetlen igény mellett a fedélzeten még egyéb szélsőséges terhelési állapotban létrejövő megnövekedett energiaigény kielégítése céljából a gépjárműveket villamos energiatárolókkal, ún. akkumulátorokkal szerelik fel. Az akkumulátorok a kémiai áramforrások (segítségükkel a villamos energia termelése kémiai anyagok átalakulása révén történik) azon csoportja, amelyekben az átalakulás megfordítható, azaz villamos áram bevezetésével a kémiai anyagok visszaalakíthatók eredeti állapotukba.
A gépjárművek indítóakkumulátorai kivétel nélkül savas ólomakkumulátorok. Bennük a 2F (2F = 53,6 Ah – amperóra – ha egy mólnyi anyag alakul át) töltés előállításával is járó villamos energiatermelő elektrokémiai reakció az alábbi: Pb + 2 * H2SO4 + PbO2 ===> 2 * PbSO4 + H2O + 2F

Látszik az egyenletből, hogy három aktív anyag játszik szerepet a savas ólomakkumulátor működésében:
– a fém ólom (Pb), amely működéskor a negatív elektród, ólomrácsra rákent szivacsos fém ólomlemez formájában (1),
– az ólomdioxid (PbO2), amely működéskor a pozitív elektród, villamosan vezető ólomrácsra rákent szivacsos lemez formájában,
– az ún. elektrolitként is szolgáló kénsav (H2SO4 ), amely a lemezeket körbeveszi és azok pórusait is kitölti.

Fontos hangsúlyozni, hogy az elektrolitként is funkcionáló kénsav szintén aktív anyag, mivel részt vesz a töltéstermelő folyamatban. A konstrukcióból nem hiányozhat két szomszédos lemez között a villamos rövidzár megakadályozása végett valamilyen szintén porózus szerkezetű szigetelő, elválasztó anyag. Az eddig vázolt főbb konstrukciós elemek a savas ólomakkumulátorok több mint egy évszázados történetében nem változtak.
Gyakran felteszik a kérdést, hogy miközben óriási sebességű fejlődés tanúi vagyunk a műszaki élet szinte minden területén, a százhuszonöt éves savas ólomakkumulátort miért nem váltotta már fel valamilyen új és jobb konstrukciót jelentő anyagpáros. A kérdésre a válasz nagyon egyszerű, gazdaságossági magyarázata van. Az ólom a Mengyelejev-féle periódusos rendszer bármely eleme közül a vas után a második abban a sorban, amelyet az adott elemi anyag világpiaci ára szerint állítunk össze.
Valamely anyag árát, így az elemek árát is a Föld kérgében az előfordulási arányuk és előfordulási formájuk, kitermelési és előállítási lehetőségeik (a fémek esetében a kohászati módszerek együttese) határozza meg. Az ólom esetében ezek a paraméterek az utóbbi ezer évben számottevően nem változtak, becsülhetően nem is változnak a következő évtizedekben sem. Az ólom tehát a továbbiakban is nagyon olcsó szerkezeti anyag marad, és mint ilyen, bár környezetvédelmi szempontból az egyik legkárosabb anyagok egyike, ez mit sem változtat azon a tényen, hogy gépjárműindító akkumulátor-gyártás céljára továbbra is egyeduralkodó marad. Ezt a tényt még fokozza az a körülmény, hogy az akkumulátor gyártási technológiák az utóbbi két-három évtizedben olyan mértékben fejlődtek, hogy egy gépjárműindító akkumulátor gyártási önköltségében az ólom költséghányada 40-45%-ra növekedett, miközben az egyéb komponensek és a gyártási technológia költségeinek a hányada 55-60%-ra zsugorodott (2).

A gépjárműindító akkumulátorok legfontosabb jellemzői

A gépjárműindító akkumulátorok szerkezeti alapegysége a cella, amely köteg formájában az egy cellán belül külön-külön párhuzamosan kötött pozitív és negatív elektród lemezeket és köztük levő közszigetelő mikroporózus lemezeket tartalmazza (3). Egy üzemelő cella feszültsége névlegesen 2 volt. Ezekből a cellakötegekből, azok sorbakötésével épül fel az akkumulátor telep. A leggyakoribb a 3, illetve 6 db sorbakötött cellából álló 6 V és 12 V névleges feszültségű telep. Egy telep ún. robbantott rajzán (3) láthatjuk a 6 sorbakötött cellát együttesen lezáró műanyag zárófedelet, a fedélbe fröccsöntött csatlakozó pólusokkal. Egy Planté akkumulátor celláját mutatjuk be a 8. ábrán a cella fontosabb konstrukciós egységeivel.

A gépjárműindító akkumulátoroknál igen fontos, hogy az akkumulátor polaritás-helyesen csatlakozzék a gépjármű fedélzeti áramkörébe. Ezért az akkumulátor pólusait és a hozzájuk csatlakozó kábelsarukat különböző méretűre szabványosították. Európában egyes különleges esetektől eltekintve a csatlakozó pólusoknak 3 szabványosított típusa létezik (9). Ezek mellett fel is tüntetik a gyártók a pólusok polaritását, számos esetben még eltérő színnel is megjelölik.

A gépjárműindító akkumulátorokat ma már szinte kizárólagosan üzembe helyezetten hozzák forgalomba. A legtöbb gyártó ún. szárazon töltött kivitelben gyártja a lemezeket, ennek folytán az akkumulátorok száraz állapotban, de formáltan és töltve kerülnek kereskedelmi forgalomba. Az akkumulátor üzemkész állapotba hozatala azt jelenti ebben az esetben, hogy a gyártó által előírt sűrűségű kénsavval kell a kívánt szintig feltölteni az akkumulátor celláit. A magyarországi klímaviszonyok között az üzemelő akkumulátor feltöltött állapotban általában 1,28 kg/l sűrűségű kénsavval üzemel. Ezzel a sűrűséggel a nyári melegben és a kialakuló téli hideg során sem jelentkeznek üzemeltetési nehézségek. Említettük a savas ólomakkumulátor működésének kémiai folyamatai során, hogy az akkumulátor kisütése közben képződő vízzel hígul az elektrolitként használt kénsav. A hígabb kénsavas oldat fagyáspontja növekszik. Egy teljesen kisütött ólomakkumulátor elektrolitjának a sűrűsége 1,1 kg/l érték alá is csökkenhet, ami –12 C°... –14 C° hőmérsékletű fagyáspontot eredményezhet. Ez a hőmérséklet ha nem is gyakran, de Magyarországon is kialakulhat novembertől februárig, s az elektrolit megfagyva az akkumulátor tönkremenetelét eredményezheti. Fontos üzemeltetési szempont tehát, hogy savas ólomakkumulátort még részben kisütött állapotban sem szabad télen hidegben tárolni. Figyelembe véve azt a tényt, hogy az akkumulátorok típus, kor és használati előzmények függvényében eltérő mértékben, de magukra hagyottan is lemerülnek (ez az ún. önkisülési folyamat), az előző üzemeltetési megállapítás a használatból átmenetileg kivont akkumulátorokra is érvényesek. Gyakran találkozni motorcsónakban vagy vitorlásban használt akkumulátor tulajdonosától azzal a véleménnyel, hogy bár nem használta, de akkumulátora "nem élte túl a telet". Nem ritka üzemeltetési gyakorlat az sem, hogy a téli hónapokra a gépkocsit leállítják. Mindenképpen javasolt az egyéb teendők mellett az akkumulátor feltöltése leállás előtt.

Minden valós áramforrásban a villamos töltés mozgása villamos ellenállással rendelkező szerkezeti elemeken (kivezető pólus, lemezcsoportokat összefogó hidak, cellaösszekötők, elektrolit stb.) keresztül jön létre. Egy adott akkumulátor belső ellenállása a gépjárműindító akkumulátor legfontosabb műszaki jellemzője, értéke meghatározottan a konstrukció, és azon belül az akkumulátor pillanatnyi állapotának a függvénye. A gépjárműindító akkumulátor mértékadó igénybevételét az indítómotor teljesítmény-felvétele határozza meg.

A 10. ábrán 75–80 kW-os névleges motorteljesítményű belső égésű motorok indítóáramát mutatjuk be. A szaggatott görbe egy dízelmotor indítóáramát, a folyamatos görbe egy (benzines) Otto motor indítóáramát ábrázolja az idő függvényében. Látható, hogy az első kompresszió során az indítómotor által az akkumulátorból felvett áram eléri az 1000 A értéket, míg egy Zsiguli kategóriájú motor indítása során is az első néhány tized másodpercben az indítómotor árama eléri a 400 A értéket. Nyilvánvaló, hogy az akkumulátor viselkedését ilyen terhelő áramok esetében döntően a belső ellenállás és annak időbeni alakulása határozza meg.

Az akkumulátorokkal kapcsolatban három áramerőséget tüntet ki a műszaki gyakorlat: a névleges áramot, a normál áramot és a hidegindító áramot. Az első kettőnek a szervizmunkák során van jelentősége. Az indítóakkumulátorok normál árama a névleges tárolóképesség 10%-ának megfelelő áramerősség. Jelentőségét az adja, hogy normál körülmények között ekkora töltőáram még nem károsítja az akkumulátort. (Egy 55 Ah tárolóképességű akkumulátor esetében ez tehát 5,5 A) Az akkumulátor terhelhetőségét a hidegindító áram értéke minősíti. A Magyarországon forgalomba lévő indítóakkumulátorokon háromféle szabványnak megfelelően megadott indítóárammal találkozhatunk. A hazai és nemzetközi MSz-IEC, a német DIN és az amerikai SAE szabvány szerint meghatározott jellemzők abban megegyeznek, hogy mindegyik áramot –18 C°-on mérik (11). Az MSz-IEC szerint meghatározott hidegindító áram azt garantálja, hogy a teljesen feltöltött akkumulátor –18 C°-os elektrolithőmérséklet mellett a megadott árammal kisütve a kapocsfeszültség értéke 60 secundumon belül nem esik a cellánkénti 1,4 V, azaz 12 V telepfeszültség esetén 8,4 V alá.

A DIN szabvány szerint megadott áramerősség érték azt garantálja, hogy ezzel az árammal –18 C°-os elektrolithőmérséklet mellett kisütve, az áramforrás feszültsége a 30. másodpercben cellánként 1,5 V felett, azaz 12 V névleges telepfeszültség esetén 9 V felett, és a 150. másodpercben is legalább a cellánkénti 1 V, azaz 6 cellás telep esetében 6 V felett marad.

Az amerikai szabvány szerint megadott indítóárammal terhelve a telepet a követelmény 30 másodperc eltelte után a cellánkénti legalább 1,2 V, azaz 12 V névleges feszültségű, 6 cellás telep esetében 7,2 V kapocsfeszültség elérése. Ahogy ezt az ábrán láthatjuk is, ugyanazon műszaki színvonalú indítóakkumulátorra a három szabvány egymástól eltérő hidegindító áramot ad meg. Amperórában megadott azonos tárolóképességű indítóakkumulátorra a három szabvány szerint megadott azonos számértékű indítóáram értékek közül tehát a legjobb paraméterű a DIN szabvány szerinti értékkel rendelkező akkumulátor, míg a legkedvezőtlenebb az amerikai szabvány szerint megadott indítóárammal rendelkező indítóakkumulátor. Az elmondottakból az is következik, hogy az indítóáram értékének megadása önmagában nem minősíti az indítóakkumulátort, nagyon fontos jellemző annak ismerete, hogy az adott paramétert melyik szabvány szerint határozták meg.

A 10. és 11. ábra kapcsán nyilvánvaló az a tény, hogy egy benzines motor indítására alkalmas indítóakkumulátor majdnem biztosan nem alkalmas a többszörös nyomatékigényű dízelmotor indítására. Ezt a tényt hangsúlyozottan szem előtt kell tartani. Amikor adott járműhöz indítóakkumulátort választunk, illik legalább akkora figyelemmel eljárni ebben az esetben is, mint például a kenőanyag megválasztása során tesszük.

Hangsúlyoztuk a 11. ábrával kapcsolatban, hogy teljesen feltöltött akkumulátorra érvényesek az adott műszaki paraméterek. Ennek a gyakorlatban nagyon fontos szerepe van. A részben kisütött akkumulátor legtöbb paramétere egyszerű eszközökkel ellenőrizve nem mutat különbséget a teljesen feltöltött telep jellemzőitől, és ez megtévesztheti a felhasználót.

A 12. ábrán bemutatjuk egy 60 Ah névleges tárolóképességű indítóakkumulátor kisütési görbéjét 0 C°-os elektrolithőmérséklet mellett 180 A indítóárammal kisütve 100%, 75% és 50% kisütöttségi állapotban. Látható, hogy 5,5 perc, 2 perc (75%-os telep) és mindössze 45 másodperc (50%-os telep) a kisütési idő.
Az 50%-os kisütöttségű telep 45 másodperces kisütési ideje a gyakorlatban még általában egy sikeres indításra elegendő, azonban szinte biztos, hogy rövid út megtétele után ismételt indítási kísérletre ez az indítóakkumulátor csődöt mond. Szélsőséges időjárási körülmények között tehát az akkumulátor pillanatnyi állapotának nagyon nagy jelentősége van.

Napjainkban az ún. menedzser típusú gépkocsihasználat – amikor is gyakori indítás és rövid utak a jellemző felhasználás – nem teszi lehetővé az akkumulátor teljes feltöltődését, amelyet legalább 3-4 hetenként minimum egy esetben néhány órás hosszú út biztosítana. Ilyen körülmények között az indítóakkumulátor gépkocsin kívüli legalább kétszeri feltöltése egy téli szezonban számos bosszúságtól kímélheti meg a felhasználót.

A gépjárműindító akkumulátorok főbb fejlesztési irányai

A gépjárműindító akkumulátorok legfontosabb alkotórésze a pozitív és a negatív lemez. A lemezek és a köztük lévő mikroporózus szigetelő lapok vastagsága normál konstrukció esetében 1,2–1,4 mm. Dízel-indítási célra konstruált indítóakkumulátorok esetében a nagyobb indítóáram elérése érdekében a lemezek vastagsága általában 20-30%-kal kisebb és törekszenek többek között kisebb belső ellenállású szigetelő lemezek alkalmazására is.

Az akkumulátor üzemeltetése során a töltési-kisütési ciklusok, a nagyáramú terhelések hatására, a mechanikai rázás és egyéb sokkszerű igénybevételek eredményeképpen sérül a lemezek mikropórusos szerkezete. A magasabb hőmérsékleten fellépő töltőáram hatására kialakuló gázfejlődés kavitációs hatása eredményeként kisebb, mikroszkopikus méretű aktív anyagszemcsék időnként leválnak a lemezekről. Ezek fokozatosan kiülepedve feltöltik az akkumulátorházon belül, a cella alján erre a célra kialakított ún. iszapteret. A szomszédos pozitív és negatív lemezek az iszaptéren keresztül fokozatosan villamos kapcsolatba kerülhetnek, kialakulhat az ún. cellazárlat. A másik meghibásodási tendencia az üzemelés során abból ered, hogy 100%-os töltöttség adott állapotú kisütés után nem mindig alakul ki. Ez azt eredményezi idővel, hogy kémiai szerkezeti átalakulás megy végbe az aktív anyag szerkezetében, melynek során annak egy része nem képes visszaalakulni, durva szerkezetű ólomszulfáttá alakul. Ennek eredménye az indítóakkumulátor tárolóképességének és egyéb jellemzőinek fokozatos romlása.

A vázolt jelenségek mérséklésére az akkumulátortervezők bevezették a lapszigetelők alkalmazása helyett a zacskószerű szigetelő anyagok felhasználását ahogy ezt a 5. ábrán egy cellaköteg bemutatásával szemléltetjük. A többnyire polietilénből készített szigetelőzacskók hatékonyan megakadályozzák az aktív anyagszemcsék iszaptérbe kerülését. A zárt térben elhelyezett elektród töltésekor képződő gázok kijutása az elektrolit-térbe ebben a konstrukcióban erősen akadályozott. Indokolt tehát a gázképződés minimális szinten tartása, illetve a töltéskor jelentkező gázképződési feszültségszint növelése. Erre mai ismereteink szerint csak az aktív anyag gyártáshoz felhasznált anyagok tisztaságának a növelésével, valamint a rácsgyártáshoz használt ólomötvözetek alkalmas megválasztásával nyílik lehetőség.

A műszaki területen kissé jártas olvasó számára nyilvánvaló, hogy egy bonyolult rendszeren belül egyetlen paraméter változtatása több jellemző megváltozását, módosulását eredményezi. Így van ez a savas indítóakkumulátor lemezeinek vázát képező rácsokkal is. Vékonyításuk önmagában az élettartamot befolyásolja, hiszen ha kis mértékben is, de maga a rács anyaga is eloxidálódik, részt vesz a töltési-kisütési folyamatban, "formációs ciklusok"-on esik át, mintha Planté lemez lenne. Ennek eredményeként a vezető rácsszálak keresztmetszete fokozatosan csökken, mígnem tönkremegy az akkumulátor. A vékonyítás mellett tehát alkalmasan módosítani kell a rácsötvözet összetételét. Hasonló megállapítás tehető a rácsötvözet összetételére. Önmagában a rácsötvözet módosítása az aktív anyagok üzemi hatékonyságát befolyásolja. Összefoglalva, mindazok a gyártási technológiai és konstrukciós fejlesztések, amelyeket rendre bevezetnek a gyártók a gépjárműindító akkumulátorok egyes üzemi paramétereinek javítását eredményezik, például a hidegindító áram értékét vagy üzemeltetési jellemzőit javítják. Jelentős változás következett be az utóbbi években a felhasználó kényelme érdekében az ún. "karbantartást nem igénylő" konstrukciók megjelenésével. Ezek között a még hagyományos akkumulátor külsőt mutató, szabad folyadék elektrolit-teres változatok éppúgy előfordulnak, mint a celladugó nélküli teljes gondozásmentes típusok.

Oxigénrekombinációs, zárt ólomakkumulátorok

Az elmúlt évtized legnagyobb konstrukciós változása a savas ólomakkumulátorok területén az üzemelés szempontjából zárt konstrukció megjelenése és tömeges elterjedése. A konstrukció karakterisztikus jellege az akkumulátor töltése során mutatkozik meg. Bármely savas ólomakkumulátor egy celláját ha töltjük, a töltés 80-85%-a után a pozitív elektródon fokozatosan megindul a víz bomlási reakciójaként az oxigén fejlődése. A negatív elektródon bizonyos, a gyakorlatban elterjedt rácsötvözetek esetén a hidrogén gáz leválása csak a töltés befejezése után, azaz 99-100%-os töltöttségkor indul meg. Ez azt jelenti, hogy ha nem gondoskodunk a töltés végén képződő oxigén "eltávolításáról", akkor az a cellában felhalmozódik, a nyomása növekszik, mígnem felrobban a cella. A pozitív elektródon képződő oxigénnek a negatív elektródon redukcióval történő megsemmisítését a második világháborút követően kidolgozott lúgos elektrolitú Ni-Cd akkumulátorokban már alkalmazták. Alkalmazására a savas akkumulátorokban is mód nyílik amint biztosítani tudjuk azt, hogy az oxigén a negatív elektródhoz jusson. Ni-Cd akkumulátorban egyszerű a helyzet, mivel az elektrolit nem aktív anyag – csak vezetési célra kell a két elektród közé –, tehát ha kellően kis mennyiséget használunk, a fennmaradó gáztérben az oxigén a negatív elektródhoz juthat. Az ólomakkumulátorban az elektrolitként használt kénsav aktív anyag, tehát adott tárolóképesség elérése érdekében kellően nagy mennyiséget kell a cellában elhelyezni. Ha a szárnyasbetéteknél is használt "trükköt" alkalmazzák, a feladat megoldható. Kétféle módszert is kidolgoztak. Egyik út önálló szerkezeti struktúrában, a másik módszer során kolloid szerkezetben helyezik el az elektrolitot. Szubmikroszkopikus szerkezeti finomságú üvegszövetet használva szigetelő és elektrolit-tartó betétként, a szövetet részben telítve elektrolittal, a fennmaradó, elektrolittal fel nem töltött póruscsatornák az oxigén gáz számára átjárhatóak maradnak, azaz az oxigén a negatív elektródra átjuthat. A szerkezet jellemző méreteiről illik szót ejteni. Az üvegszövet szálainak vastagsága a látható fény hullámhosszának mérete, azaz a cm egy tízezred részénél is kisebb. Ezt az anyagot mintegy húsz, huszonöt évvel ezelőtt az űrkutatásban dolgozták ki hőszigetelési célra. Ezzel a konstrukcióval épített cellát látunk a 6. ábrán. Az elektrolit szerkezet önálló struktúráját úgy is ki lehet alakítani, hogy az elektrolitot megfelelően finom szerkezetű porral összekeverve kolloid szerkezetet hozunk létre. A kialakuló géles szerzetben keletkező, tízmilliomod méternél is keskenyebb kis repedések, csatornák szolgálnak arra, hogy az oxigén a negatív elektródhoz diffundálhasson. A rekombináció mechanizmusa egyszerű:

Pb + O2 ===> 2*PbO ; PbO + H2SO4 ===> PbSO4 + H2O

A képződött ólomszulfát pedig hasonlóan a negatív elektród kisütött állapotú aktív anyagához, elektrokémiailag redukálódni fog, megakadályozva ezáltal, hogy hidrogén képződjön az elektródon. A végeredmény tehát: a képződő oxigén rekombinálódik a negatív elektródon, tehát a töltés során nem képződik gáz. Természetes, hogy ez a mechanizmus csak adott határok között működik megfelelően. Egy oxigénrekombinációs ólomakkumulátorról azt mondhatjuk hogy cellánként 2,35 V maximális töltési feszültségérték engedhető meg szobahőmérsékleten (6 cellás akkumulátor esetén ez 14,1 V töltési végfeszültséget jelent). Amennyiben az üzemi hőmérséklet növekszik, úgy általános szabályként azt mondhatjuk hogy 10 C°-onként feleződik az akkumulátor élettartama, miközben 45 C° felett tartósan biztonságos üzem nem valósítható meg.

Az üvegszövet-szerkezethez mérten a géles szerkezet kényes, például adott, lüktető egyenárammal töltve az ilyen cellát a szerkezet felbomlik, hasonlóan ahhoz a jelenséghez, ahogy a fogkrém is hirtelen folyni kezd a tubus oldalfalán kifejtett nyomás eredményeként ébredő nyírófeszültség hatására. Függetlenül attól, hogy a köznyelvben ezek az akkumulátorok, mint zselés (géles) akkumulátorok is ismertek, az említett kényes, érzékeny jellegük folytán ma már csak nagyon kevés típusát gyártják. Az oxigénrekombinációs akkumulátorok elterjedtségére jellemző, hogy Magyarországon a számítógépek szünetmentes áramforrásaitól kezdve, riasztókészülékek áramforrásain át a telekommunikáció számos területén becsülhetően több, mint 4 milliárd forint értékben használják ezeket a zárt oxigénrekombinációs ólomakkumulátorokat. Annak ellenére, hogy ma már gépjárműindító akkumulátor célra is jelentek meg oxigénrekombinációs konstrukciók, hosszú távon széleskörű elterjedésükre ezen az alkalmazási területen nem lehet számítani.

Különleges felhasználási területek

Az akkumulátorok esetében is vannak rendkívül érdekes és különleges felhasználási területek. Ennek a cikknek a keretei nem teszik lehetővé a szélesebb áttekintést. Jelen esetben a szerző személyes élményei alapján válogat annak reményében, hogy tényleg érdekességet mutat be. Magyar olvasó számára szinte csak kuriózum a tengeralattjáró, lévén a Balaton vízmélysége nem inspirálhat tenger alatti utazásokra.
Azokban az országokban, ahol a természeti környezet ezt megköveteli, jelentős erőforrásokat köt le az ország védelme a tenger felől. Szinte minden tengerrel, óceánnal rendelkező közepes vagy erősebb gazdasági potenciálú ország rendelkezik kisebb-nagyobb tengeralattjáró flottával is. Egy katonai célú tengeralattjárót stratégiai okból akkumulátorteleppel is felszerelnek. Ezekben a telepekben alkalmazzák a valaha gyártott legnagyobb tárolóképességű cellákat. Nem ritka az 50000 Ah tárolóképességű, 2 tonna súlyú cella sem. Ezeknek a celláknak a mérete 0,2-0,3 m2 alapterületen az 1,4–1,6 m magasságot is eléri.

Műszakilag nagyon izgalmas alkalmazási terület a repülőgépek és helikopterek fedélzeti indítóakkumulátora. A vita nélkül csúcstechnológiát igénylő terület jelentős műszaki követelményeket támaszt az indítótelepek iránt. A számos követelmény közül néhányat idézünk. A turbina meghajtású repülő eszközök hajtómű indítása erősen eltér a belső égésű motorok indításától, mivel nagy forgó tömeget a nagy tehetetlenségi nyomaték miatt az üzemi fordulatszámra felpörgetni lényegesen több idő szükséges, mint egy dugattyút néhány kompresszión keresztül átforgatni. Egyes esetekben az indítási folyamat eléri a 40–50 másodpercet is, miközben az indítóáram maximális értéke meghaladhatja az 1000 A értéket is. A fedélzeti generátor bármely meghibásodása során az akkumulátor az egyetlen villamos energia szolgáltatására alkalmas eszköz, amely a navigációt, egyes fedélzeti eszközök működtetését biztosítja a biztonságos földet érésig. Ez egyes esetekben több, mint 100 A terhelőáram fenntartását jelenti, esetenként akár 20-30 percen keresztül is. Számos esetben megkövetelik az ún. műrepülhetőséget, azaz az akkumulátornak fejjel lefele is kell tudni üzemelnie.

Repülő eszközökben a különleges konstrukciójú savas ólomakkumulátorokat éppúgy használják, mint lúgos elektrolitú Ni-Cd vagy Ag-Zn akkumulátorokat. A 7. ábrán egy katonai vadászgép indítóakkumulátorát látjuk. Az akkumulátor 20 db 22 Ah névleges tárolóképességű Ni-Cd cellából épül fel, kimeneti csatlakozója dugaszolható gyorscsatlakozó. Az akkumulátor csúcsterhelhetősége 1600 A(!).
Hasonló kivitelű akkumulátorok üzemelnek polgári célú helikopterekben is. Kettő darab 24 V, 27 Ah tárolóképességű Ni-Cd akkumulátorral felszerelt Mi2 típusú helikopter indítási diagramját mutatjuk be a 13. ábrán. Az áramokat a két telep közül az egyik áramkörében mérve látható, hogy az első kettő ún. hideg átforgatást követően mindegyik hajtómű közel 12-15 másodperc alatt indul be, miközben az indítás során az indítóáram kezdeti csúcsértéke akkumulátoronként meghaladja a 900 A értéket. Technikai érdekesség, hogy miután a pilóta a 167. másodperc környékén bekapcsolja az akkumulátor töltését, a töltőáram kezdeti értéke az első 20-30 másodpercben 100 A feletti érték.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy egy fedélzeti start során felhasznált 6–7 Ah töltésmennyiség 97-98%-át mintegy 4-6 perc alatt az akkumulátorba vissza lehet tölteni. A bemutatott Ni-Cd akkumulátorok élettartama a gyakorlati tapasztalatok alapján legalább 5-6 év, míg azonos célú savas ólomakkumulátorok megbízható üzemet maximálisan 1-1,5 évig biztosítanak.

Dr. Horváth Pál
(a műszaki tudományok kandidátusa, c. egyetemi docens)

További érdekes cikkeinkről se maradsz le, ha követed az Ezermester Facebook oldalát, vagy előfizetsz a nyomtatott lapra, ahol folyamatosan újdonságokkal jelentkezünk!

Szólj hozzá a cikkhez!

Be kell jelentkezned, hogy hozzászólhass a cikkekhez!
Ezermester, Facebook, vagy Google fiókkal is bejelentkezhetsz.

Wireless töltés

Sokasodó mobil eszközeink egyetlen hátránya, hogy rendszeres feltöltésre szorulnak. Ilyenkor a készülék mobilitása megszűnik – akár a hagyományos módon, vezetékkel kapcsoljuk a töltő adapterre,...


Kerti gépek akkumulátorral

Úgy tűnik, a szerszámgépgyártók - bele értve a kerti szerszámgépek gyártóit is - az akkumulátoros gépekben látják a fejlődés új irányát. Köszönhető ez nagyrészt a Li ion és Lítium polimer...