Jaki akumulator - jeszcze raz
PrzestrzeĹ Krakowa
Witam,
To nie będzie pytanie, ale porada dla wszystkich noszących się z zakupem
akumulatora. Tekst pochodzi z listy CuoreSportivo Alfy i autorem jest
Tomek Frelak.
Pozdrawiam
Rafaello
V156
-----------------
Jaki akumulator?
W ostatnim czasie pojawił się na naszej liście problem: czy można zamontować
do samochodu akumulator o pojemności większej niż podana w instrukcji
obsługi, a jeżeli tak to o ile i jakie wiążą się z tym konsekwencje. Problem
jest istotny ze względu na zbliżającą się zimę, jak również na fakt, że
wcześniej czy później każdy z użytkowników samochodu może stanąć przed takim
dylematem. Mając to na uwadze chciałbym przedstawić kilka wyjaśnień, które,
mam nadzieję, rozwiążą tą kwestię.
Wprowadzenie:
Współczesne samochody osobowe posiadają dwa źródła energii elektrycznej.
Jedno to akumulator, którego zadaniem jest dostarczenie energii do zasilania
obwodów samochodu podczas postoju (o ile to konieczne), uruchomienia silnika
i zasilania obwodów samochodu do momentu przejęcia tej funkcji przez drugie
źródło - alternator. Zadaniem alternatora natomiast, poza zasilaniem obwodów
samochodu w czasie pracy silnika jest również doładowywanie akumulatora.
Zatem z punktu widzenia zadań stawianych akumulatorowi można wywnioskować,
że im większa jego pojemność tym korzystniej dla użytkownika. Pozostaje więc
kwestia: jak ze swoich zadań, w tym ze szczególnie interesującego nas
zadania doładowywania większego akumulatora będzie wywiązywał się
alternator.
Teoria:
W instalacji elektrycznej samochodu alternator i akumulator są połączone
równolegle, co sprowadza się do tego, że zacisk wyjściowy alternatora jest
połączony bezpośrednio z zaciskiem dodatnim akumulatora. W teorii oznacza
to, że o ile tylko napięcie wyjściowe z alternatora będzie wyższe od
napięcia akumulatora ten ostatni będzie ładowany prądem, którego wartość
będzie wynosiła: Ił = (Ualt - Uaku) / R, gdzie Ił - prąd ładowania, Ualt -
napięcie alternatora, Uaku - napięcie akumulatora, R - suma wszystkich
oporów na drodze alternator - akumulator. W tych warunkach, ze względu na
znikomą wartość oporu, na którą składają się rezystancje wewnętrzne
akumulatora i alternatora oraz rezystancje połączeń, prąd ładowania mógłby
łatwo osiągać chwilową wartość wielu dziesiątków amperów. Oznacza to, że
gdyby zadaniem alternatora było tylko ładowanie akumulatora, nie byłoby
takiego, którego nie można by naładować.
Praktyka:
Rzeczywistość wprowadza pewne ograniczenia, związane z charakterystykami
alternatora (całkowicie pomijam tu układ regulatora napięcia, gdyż
zakładając, że działa on prawidłowo, nie ma on żadnego wpływu na ładowanie
akumulatora). Szczególnie istotną w tych rozważaniach jest charakterystyka
eksploatacyjna alternatora, obrazująca zmiany prądu wyjściowego alternatora
w funkcji obrotów wału korbowego silnika przy stałym napięciu wyjściowym ( w
rzeczywistości jest to zmiana prądu wyjściowego w funkcji obrotów wirnika
alternatora, ale dla ułatwienia zrozumienia przeliczę je na obroty silnika
przy założeniu, że przełożenie silnik-alternator wynosi 1:2). Wynika z niej,
że po osiągnięciu przez silnik pewnej minimalnej prędkości obrotowej n0,
prąd wyjściowy alternatora zaczyna szybko rosnąć (asymptotycznie) do
wartości maksymalnej i na tym poziomie utrzymuje się aż do obrotów
maksymalnych nmax. Oznacza to, że w zakresie od n0 = 500 obr/min do nobl =
1500 obr/min, gdzie nobl - wartość obliczeniowa obrotów silnika, przy której
alternator osiąga 2/3 maksymalnej wydajności prądowej, alternator osiąga
wydajność około 35A (około 28A przy 1000 obr/min). Czyli w zakresie obrotów
biegu jałowego mamy do dyspozycji źródło o wydajności około 28A. Możemy tu
pokusić się o dokonanie pewnych obliczeń i w samochodzie z silnikiem
pracującym na wolnych obrotach z włączonymi światłami mijania, pozycyjnymi,
dmuchawą, wycieraczkami i radiem, (czyli tym, czego najczęściej będziemy
używali w sezonie zimowym stojąc w korku) sprawdzić bilans mocy: układy
niezbędne do pracy silnika - około 6A, światła mijania - 9A, światła
pozycyjne - 1A, dmuchawa - około 2A, wycieraczki - około 3A, radio -
około2A; razem około 23A. Tak, więc już przy obrotach jałowych na ładowanie
akumulatora zostaje nam około 5A, co oznacza, że alternator będzie w stanie
ładować praktycznie każdy akumulator, tym bardziej, że zwykle nie jest on
nadmiernie rozładowany, tyle tylko, co przez rozrusznik i tym bardziej, że w
miarę wzrostu obrotów i co za tym idzie wydajności prądowej (aż do
osiągnięcia przez alternator prądu bliskiego maksymalnemu przy 3000 obr/min)
bilans mocy będzie się poprawiał i ilość prądu zostająca do "dyspozycji"
akumulatora będzie coraz większa.
Wnioski:
- stosowanie akumulatora o pojemności większej niż standardowa jest możliwe,
dopuszczalne a nawet z pewnych względów wskazane i nie grozi żadnymi
negatywnymi konsekwencjami ani dla układów elektrycznych samochodu, ani też
dla samego akumulatora. Ograniczeniem są tu w zasadzie tylko wymiary
zewnętrzne.
- stosowanie akumulatora o pojemności większej niż znamionowa ma poza
zwiększeniem łatwości rozruchu także pewien wpływ na poprawienie bilansu
mocy w samochodzie. Rozpatrzmy to na przykładzie dwóch akumulatorów, o
mniejszej i większej pojemności obciążonych tym samym obciążeniem przez ten
sam okres czasu. Po odłączeniu obciążenia akumulator o większej pojemności
będzie rozładowany mniej niż ten o mniejszej, napięcie na jego zaciskach
będzie wyższe i co za tym idzie prąd ładowania będzie mniejszy niż w
akumulatorze o mniejszej pojemności. Dzięki czemu zyskamy kilka amperów na
zasilanie innych odbiorników.
- akumulator o większej pojemności pracując w łagodniejszych warunkach, przy
względnie niższych prądach ładowania i rozładowania, może mieć dłuższy żywot
niż standardowy.
- akumulator podczas pracy silnika spełnia ważną rolę urządzenia
wygładzającego tętnienia prądu wytwarzanego przez alternator. Akumulator o
większej pojemności będzie w tym skuteczniejszy i będzie przez to zapewniał
łagodniejsze warunki pracy dla innych urządzeń elektrycznych samochodu,
począwszy od żarówek a skończywszy na ECU.
- negatywną konsekwencją dla użytkownika może być większy koszt zakupu w
porównaniu z akumulatorem o mniejszej pojemności.
Dlaczego więc fabryka montuje akumulator 45Ah skoro można z lepszym skutkiem
55Ah? No cóż, Pan Księgowy się kłania... A informacje o zalecanym typie
akumulatora należy traktować jak te o zalecanym rodzaju oleju czy klocków
hamulcowych - informacyjnie.
Z powyższych rozważań można także wysnuć dodatkowe wnioski:
- w samochodzie pracującym na wolnych obrotach nie należy przesadzać z
ilością włączanych odbiorników, gdyż może się okazać, że przy włączeniu w
naszym przykładowym aucie dodatkowo ogrzewania tylnej szyby, świateł stopu i
wentylatora chłodnicy bilans mocy będzie bliski zeru i akumulator nie będzie
ładowany. Poza tym tak obciążony alternator stanowi spore obciążenie dla
silnika, co w przypadku, gdy pracuje on na wolnych obrotach jest dla niego
mocno niekorzystne.
- do trudnych dla akumulatora należy sytuacja, gdy wsiadając rano do
samochodu stwierdzimy rozładowanie akumulatora (bo wysiadając poprzedniego
wieczora zapomnieliśmy np. wyłączyć radio lub światła) a koniecznie musimy
udać się w podróż, w związku z czym uruchamiamy silnik "pożyczając" prąd od
sąsiada. W tym przypadku na skutek bardzo małego napięcia rozładowanego
akumulatora (np. 9V) prąd ładowania osiągnie bardzo duże wartości mogąc
doprowadzić nawet do uszkodzenia akumulatora (są znane przypadki
"ugotowania" akumulatora w takich sytuacjach). Tu pomóc może włączanie
różnych odbiorników w samochodzie tak, by obciążając alternator zmniejszyły
one prąd płynący do akumulatora.
Przesądy:
Skąd więc wzięło się przekonanie, że zamontowanie akumulatora o większej
pojemności niż podana w instrukcji obsługi będzie skutkowało jego ciągłym
niedoładowywaniem? Jest to moim zdaniem pozostałość po czasach, kiedy w
samochodach były masowo stosowane prądnice mające z racji przebiegu swojej
charakterystyki eksploatacyjnej małą wydajność w zakresie małych obrotów.
Dla porównania przykład (mają tu zastosowanie zastrzeżenia, jakie poczyniłem
przy przykładzie z alternatorem, z tym, że przełożenie silnik - prądnica
wynosi około 1:1,55): po osiągnięciu przez silnik obrotów n0 = 1100 obr/min
prądnica zaczyna wytwarzać prąd, którego wartość wzrasta niemal liniowo wraz
ze wzrostem obrotów silnika aż do wartości I1max = 19,5A przy obrotach n1max
= 4700 obr/min, przy której włącza się ogranicznik prądu uniemożliwiając
przeciążenie prądnicy. Jednak ładowanie akumulatora rozpoczyna się dopiero
powyżej 1200 obr/min, gdyż dopiero wtedy prądnica zaczyna wytwarzać nadwyżkę
prądu (pod warunkiem niewłączania żadnych innych odbiorników). Tak, więc w
zakresie do około 1200 obr/min akumulator jest stale wyładowywany, gdyż musi
pokrywać deficyt prądu spowodowany małą wydajnością prądnicy i wyładowywanie
to jest tym większe im więcej odbiorników jest włączonych w samochodzie.
Dodatkowo w okolicach 1200 obr/min (w zależności od obciążenia) następuje
moment, gdy przy wzroście obrotów napięcie prądnicy zaczyna przewyższać
napięcie akumulatora. Powoduje to dołączenie akumulatora do układu ładowania
przez wyłącznik zwrotny wbudowany w regulator napięcia - jest to rozpoczęcie
ładowania. Jednak w chwili, gdy napięcie prądnicy spadnie poniżej napięcia
akumulatora (przy spadku obrotów) wyłącznik ten powinien odłączać akumulator
od prądnicy, by uniemożliwić przepływ prądu od akumulatora do prądnicy. I tu
jest źródło kolejnych kłopotów. W przypadku uszkodzenia lub zużycia
wyłącznika zwrotnego odłączanie może następować zbyt późno powodując
wyładowywanie akumulatora prądem zwrotnym. Poza tym nawet sprawny wyłącznik
odłącza akumulator dopiero wtedy, kiedy prąd zwrotny osiągnie wartość około
16A. Tak, więc akumulator w samochodzie wyposażonym w prądnicę, w zakresie
obrotów, w jakich silnik najczęściej pracował podczas jazdy po mieście
narażony był na wyładowanie z powodu ujemnego bilansu energetycznego, a
dodatkowo był jeszcze traktowany silnymi udarami prądowymi podczas
zadziałania wyłącznika zwrotnego.
Tym nie mniej, nawet w przypadku samochodu z prądnicą, przekonanie o tym, że
zamontowanie akumulatora o większej pojemności spowoduje jego niedoładowanie
jest fałszywe, gdyż ten większy akumulator będzie tak samo niedoładowywany
jak ten standardowy, wynika to bowiem z założeń konstrukcyjnych układów z
prądnicą, a nie z większej czy mniejszej pojemności akumulatora. Do
rozpowszechnienia takiego poglądu przyczyniło się moim zdaniem niedouczenie
panów mechaników czy elektryków w tym czasie (bądź też upraszczanie tej
kwestii), a następnie bezkrytyczne przeniesienie tego schematu myślowego na
układy z alternatorem, mimo że z założenia są one pozbawione tej wady
prądnicy.
Zakończenie:
W tym opracowaniu korzystałem z:
- B. Pijanowski, Prądnica i regulator, WKiŁ 1991
- Z. Klimecki, J. Zembowicz, Naprawa samochodów PF126p, WKiŁ 1992
- P. Pietsch, Obsługa i naprawa Fiat Uno, Wydawnictwo Auto
- http://free.polbox.pl/a/adek/faq.html
Dane liczbowe w przykładzie z alternatorem dotyczą alternatora A124N-14/44
stosowanego w samochodzie Polonez, dane liczbowe w przykładzie z prądnicą
dotyczą prądnicy DSV/90/12/16/3BS i regulatora GN/2/12/16 stosowanych w
samochodzie PF126p. Urządzenia te wybrałem jako reprezentatywne w swoich
kategoriach i wykorzystałem do porównania zasad działania i podstawowych
parametrów.
Tomek Frelak (509)
-----------------