Acumulatorul de start (SLI) este un acumulator plumb-acid care are rolul unui rezervor care stocheaza sub forma chimica, energie electrica pentru a putea fi restituita in orice moment.
Acumulatorul de start raspunde de doua functii esentiale:
- asigura energia de start a motorului;
- permite alimentarea consumatorilor electrici atat in timpul functionarii motorului cat si cand acesta este oprit.
Acumulatorii auto sunt conceputi pentru a fi încărcati complet la pornirea mașinii; după pornirea vehiculului, încărcarea pierdută, de obicei intre 2% si 5% din încărcare, este înlocuită de alternator și acumulatorul rămâne complet încărcat. Datorita constructiei dedicate (placi multiple si subtiri, necesare dezvoltarii curentilor mari de scurta durata) acest tip de acumulatori nu pot fi descarcati complet fara riscul de a se deteriora ireversibil. Numarul lor de cicluri pentru descarcari de peste 50% este limitat la aprox 50 cicluri.
Un acumulator de start este construit de regula din “n” placi pozitive alternand cu “n+1” placi negative, izolate intre ele prin membrane microporoase din PVC numite “separatori”.
Placile sunt legate intre ele in paralel pentru a forma elementi de capacitati mult mai mari, care sunt in continuare montati in serie in bacuri de polipropilena si scufundate in electrolit (acid sulfuric + apa).
Placile sint constituite din gratare pe care se aplica substanta activa care difera functie de polaritatea lor.
GRATARELE (Fig.1) sunt executate prin turnare sau prin tehnologia de expandare (numai pentru aliajele plumb-calciu). Functie de domeniul de utilizare grosimea gratarelor variaza, fapt care duce la posibilitatea fabricarii de acumulatori care au caracteristici tehnice diferite la aceleasi dimensiuni de gabarit. Turnarea de gratare mai fine permite montajul mai multor placi in cadrul aceluiasi element. Un numar mai mare de placi inseamna o suprafata mai mare de reactie, fapt ce va imbunatatii curentul la demaraj. Capacitatea acumulatorului este direct proportionala cu cantitatea de masa activa ce se gaseste pe gratare. Teoretic s-a stabilit ca pentru producerea 1Ah sint necesare 4.46 g PbO2, 3.78 g Pb spongios si 3.66 g solutie de acid sulfuric ,iar tensiunea electromotoare pe un element (la o concentratie de 37% acid sulfuric=1.28kg/litru) este de 2.1V.
Grătarele au dublu rol: de support pentru substanţa activă (PbO2 pentru placa pozitivă şi Pb spongios pentru placa negativă) şi de a colecta şi conduce curentul electric debitat de acumulator.
PLĂCILE au la bază grătare din plumb aliat (de obicei Antimoniu sau Calciu), pe care prin procedeul de pastare sunt depuse substanţele active diferenţiat:
- placa pozitivă (Fig. 2) este formată dintr-un grătar acoperit cu PbO2 (dioxid de plumb) ca substanţă activă. După substanţa activă, în stare uscată (înaintea încărcării acumulatorului), are culoarea brună, iar după contactul cu electrolitul devine brun-roşcat (o placă pozitivă sulfatată sau uzată devine maro-roşcat sau negru, iar pasta de pe ea cade la atingerea cu un obiect).
- placa negativă (Fig.3) este formată dintr-un grătar pe care este depus Pb spongios. După încărcarea acumulatorului cu electrolit, el are culoarea gri închis caracteristică plumbului; o placă bună, în contact cu electrolitul prezintă pe o zgârietură cu un obiect dur luciu metalic.
ALIAJELE utilizate pentru turnarea gratarelor sunt:
- Plumb – Antimoniu: rezistenta mecanica foarte buna, consum redus de apa pentru un aliaj plumb-stibiu de max 3% stibiu, autodescarcare redusa, reincarcare buna.
- Plumb – Calciu: acumulatorul nu prezinta consum de apa si practic nu se autodescarca. Reincarcare medie. Rezistenta mecanica mai scazuta.
- Hibrid : placile pozitive turnate din aliaj de Pb cu antimoniu, iar placile negative expandate sau turnate din aliaj Pb-calciu. Consum foarte redus de apa, autodescarcare redusa, reincarcarea buna.
Datorita faptului ca plumbul e un metal moale, producătorii de baterii au incercat sa-l alieze cu diverse elemente chimice (stibiu și calciu) pentru a marii rezistenta mecanica si rezistenta la coroziune.
Acumulatorii plumb – stibiu (antimoniu)
Deoarece plumbul este un material care nu are o rezistenta mecanica buna, gratarele bateriei au fost aliate cu stibiu (antimoniu). In urma acestei alieri care putea ajunge pana la 12% stibiu, placile deveneau mai rezistente si la coroziune. Dezavantajul major a acestor acumulatori este ca la sfarsitul procesului de incarcare se degaja un gaz toxic, stibina (SbH3) care e foarte instabil si se descompune in hidrogen care se degaja si stibiu care se depune pe placa negativa. Ca urmare a acestui fapt tensiunea scade cu aprox 0.2V ceea ce face ca in timpul incarcarii fenomenul de electroliza sa apara mai devreme iar asta conduce la consum de apa. Toate bateriile construite pe tehnologia Plumb-Stibiu (antimoniu) necesita intretinere si periodic nivelul electrolitului trebuie completat cu apa distilata, iar durata de depozitare e scurta din cauza ratei mari de autodescarcare (aprox. 10%/luna). Prin reducerea cantitatii de stibiu din aliaj la aprox 1-3%, consumul de apa se reduce pana la 4g/Ah ceea ce conform EN50342-1 clasifica acumulatorii ca fiind cu intretinere redusa.
Acumulatorii plumb – calciu
Ca urmare a dezavantajelor cauzate de acumulatorii plumb-stibiu, producatorii au inlocuit aliajul plumb-stibiu cu cel de plumb-calciu. Prin alierea plumbului cu calciu se obtin următoarele avantaje:
- Creste rezistenta la coroziune, vibrații și șocuri;
- adăugând Calciu în aliaj, tensiunea de supraincarcare creste de la 14.4V la 14.8V, ceea ce face ca degajarea de gaze sa nu se mai produca la tensiunea de incarcare. Acest lucru atrage avantajul ca pierderea de apa este aproape inexistenta sub 1g/Ah, facand practic acumulatorul Plumb-Calciu sa nu necesite intretinere.
- Rezistenta interna mica ce permite curenti mari de incarcare-descarcare.
- Rata de auto-descarcare mica (max. 0.4% pe zi)
- Totusi o subincarcare permanenta duce la sulfatarea acumulatorului si iesirea prematura din uz.
Acumulatorii hibrizi
Acestia combina avantajul fiabilitatii la ciclare profunda a acumulatorilor Plumb-Stibiu cu auto-descărcarea redusă a acumulatorilor Plumb-Calciu. O placă pozitivă într-un aliaj cu stibiu scăzut (max 3%) creaza mai puține probleme cu descărcarea profundă și o placă negativă în plumb-calciu înjumătățește auto-descărcarea. Construcția hibridă este ideală în special pentru acumulatorii de semi-tracțiune.
SEPARATORII Indispensabili pentru a evita scurtcircuitele intre placi. Ei determina caracteristici de performanta,fiind confectionati din polipropilena microporoasa.Acestia invelesc sub forma de plicuri placile pozitive ale acumulatorului.
CELULELE acumulatorilor sunt formate din placi negative si placi pozitive (alternand intre ele) fixate prin punti de legatura.Turnarea in camp gravitational a puntilor de legatura asigura o mare rezistenta mecanica a lipiturilor intre placi si o conductibilitate electrica foarte buna.
Celulele acumulatorilor de tip Heavy Duty, au intre placile care formeaza elementii precum si intre elementi si bac elemente suplimentare de rigidizare,ceea ce la asigura o buna rezistenta mecanica impotriva vibratiilor si a socurilor mecanice
BACUL acumulatorului este realizat din propilena (100% reciclabil), asigurandu-se astfel o rezistenta mecanica la socuri si vibratii ,precum si o buna stabilitate la variatii mari ale temperaturilor de lucru ale acumulatorului.
Bacul acumulatorului, prin tehnologia prin care este fabricat, asigura o etanşeitate de 100% intre capacul acumulatorului si bornele sale de iesire(riscuri mici de oxidare a bornelor),iar rampa centralizata prin care se face colectarea gazelor si a vaporilor de electrolit impreuna cu furtunul de scurgere al automobilului reduc riscurile de coroziune ale caroseriei.
Dimensiunile de gabarit ale bacului sunt specifice fiecarui model de autovehicul, dar s-a incercat impreuna cu constructorii de automobile europeni o unificare de standarde astfel incat acumulatorul sa se poate monta pe cat mai multe tipuri.
CAPAC
Alte metode de crestere a fiabilitatii in exploatare si eliminarea intretinerii s-au obtinut prin constructia capacelor care sa asigure recombinarea gazelor (hidrogen si oxigen) si intoarcere sub forma de apa in electrolit. Tot mai des capacele sunt prevazute cu sisteme de protectie „arestor de flacara” care nu permit propagarea flacarii in interiorul acumulatorului in cazul in care amestecul de gaze evacuat s-ar aprinde.
BORNELE acumulatorilor sunt standardizate si sunt conice; acestea asigura o rezistenta mecanica si o cuplare foarte buna cu echipamentul electric al automobilului.
ELECTROLITUL este o solutie de acid sulfuric si apa distilata cu o concentratie de 37% (densitate 1.28 kg/litru). Pentru reducerea evaporarii, eliminarii sub forma de gaze dupa electroliza, etanseitatii la spargerea accidentala sau pentru o utilizare fara risc de scurgere, constructorii au o tehnologie pentru imobilizarea acidului in separatoare din fibra de sticla (acumulatori AGM).
Bateriile cu plumb acid au fost realizate în 1859 de Gaston Planté.
În 1866, Werner von Siemens și Charles Wheatstone au inventat dinamul. Cu ajutorul acestuia se transforma energia cinetica in energie electrica.
în 1871 Zénobe Gramme a inventat un dinam, ceea ce a făcut posibilă pentru prima dată generarea de energie electrică la scară comercială. Tot Gramme a descoperit că atunci când doua dinamuri erau conectate în paralel, un alternator transforma energia cinetica in energie electrica, iar cel de-al doilea functiona ca un motor, acționat electric de celălalt. Cu aceste inventii, la sfarsitul secolului XIX, productia de masini electrice era preponderenta. Astfel productia de acumulatori ia un avant nemaintalnit.
Acumulatorii auto clasici
Sunt acumulatori cu acid liber, cu placi Plumb-calciu cu gratare cu o geometrie special proiectata si brevetata care mareste rezistenta mecanica si ofera o aderenta mai buna a pastei pe gratar PowerFrame®.
Capacele sunt etanse pentru a permite recombinarea gazelor si prin urmare facand bateria sa fie fara intretinere. (exceptie la cateva modele de acumulatori de capacitati mari pentru utilaje si camioane).
Acumulatorii Heavy duty
Deasemenea pentru a evita caderea substantei active (pastei) de pe placi, datorita vibratiilor, in special pentru acumulatorii utilizati pentru camioane, basculante, tractoare, masini de lupta, constructiv acumulatorii au placile fixate si la partea inferioara acestia fiind diferentiati de cei clasici prin denumirea de heavy duty.
Acumulatorii EFB
Dezvoltati din necesitatea de a suporta un numar mare de cicluri de incarcare-descarcare pentru acumulatorii auto ce echipeaza masinile cu start & stop. Sunt acumulatori similari celor auto clasici la care placile au o grosime mai mare, ceea ce conduce la o aderenta mai mare a substantei active (pastei) pe placile acumulatorului oferind o fiabilitate mare.
Acumulatori AGM
Au separatorul sub forma de material din fibra de sticlă (silicat de bor), care se afla intre electrozi și absoarbe electrolitul liber acționând ca un burete. În acest fel, acidul este mai ușor disponibil pentru plăci, permițând reacții mai rapide între acid și materialul plăcii, permițând rate mai mari de încărcare / descărcare, precum și cicluri profunde. Un alt rol al separatoarelor din fibra de sticla este de a favoriza recombinarea hidrogenului și a oxigenului degajat în timpul procesului de încărcare.
Acumulatorii TPPL Optima
Sunt acumulatori cu placi subtiri din plumb cu un ridicat nivel de puritate (rezistenta interna mica da posibilitatea descarcarii cu curenti mari), ce sunt montate prin presarea placilor pozitive si negative cu separatorul aferent, astfel incat sa se obtina o fixare buna a substantei active de pe placi precum si rezistenta la vibratii si descarcari profunde.