Mida teha, et auto aku töötaks talvel töökindlalt?

Akus toimuvad reaktsioonid 

Sa ei pea olema keemia- ega elektroonikaspetsialist, kuid autoaku tööpõhimõtte ja selles toimuvate protsesside mõistmine aitab paremini valmistuda võimalike probleemide jaoks ning leida neile lahendusi juba ette. Mõned sõnad aku ülesehitusest.

Pliihappeakudes toimuvad pöörduvad elektrokeemilised reaktsioonid:

Tase 1. Reaktsioon (elektrolüüt):  H₂SO₄   ⇔   H⁺ + HSO₄

Tase 2. Reaktsioon (negatiivne elektrood):  Pb(metal) + HSO₄⁻   ⇔   PbSO₄ + H⁺ + 2e⁻

Tase 3. Reaktsioon (positiivne elektrood): PbO₂ + 3H⁺ + 2HSO₄⁻ + 2e⁻   ⇔   PbSO₄ + 2H₂O

Tase 4. Üldreaktsioon:  Pb (metal) + PbO₂ + 2H₂SO₄   ⇔   2PbSO₄ + 2H₂O

 ⇔   LAADIMINE – TÜHJENDAMINE

Autoaku ei ole täiuslik energiatalletusseade: laadimise ajal läheb osa energiast kaduma soojusena ning reaktsioonides osalevate plaatide pindala muutub samuti ajas.

Kasulik üldistav põhimõte mida kinnitab tuntud Arrheniuse teooria on see, et toatemperatuuril kahekordistub paljude keemiliste reaktsioonide kiirus, kui ümbritsev temperatuur tõuseb 10 °C võrra. 

• k – reaktsiooni kiiruskonstant

• A – eksponentsiaalne tegur, mis on konkreetsele keemilisele reaktsioonile iseloomulik konstant ja seotud osakeste põrgete sagedusega

• Eₐ – reaktsiooni aktivatsioonienergia (tavaliselt väljendatud džaulides mooli kohta, J/mol)

• k_B – Boltzmanni konstant

• T – absoluutne temperatuur (kelvinites)

Kui ümbritsev temperatuur langeb, aeglustub keemiliste reaktsioonide kiirus. Selleks, et aku suudaks külmal talvehommikul usaldusväärselt starterit käivitada, peab see olema täielikult laetud. Talvel vajab mootor käivitamiseks oluliselt rohkem energiat kuna õli pakseneb, metallosade vahed muutuvad väiksemaks ning temperatuuri langedes annab aku järjest vähem energiat.

Aku tootjad märgivad aku parameetrid tavaliselt temperatuuril 20 °C või 25 °C, kuid kui temperatuur langeb 0 °C-ni, kaotab tavaline autoaku umbes 35% oma mahutavusest; temperatuuril –17 °C lausa umbes 60%.

See võrdlus ei ole siiski täielikult täpne, sest mida suurem on tühjendusvool, seda vähem energiat saab akust võtta enne kui selle pinge langeb kriitilise tasemeni.

Joonisel 1 on näidatud, kuidas aku mahutavus muutub sõltuvalt ümbritsevast temperatuurist ja tühjendusvoolust.

Võrdleme CA-kõveraid: 1 CA tähendab, et kui tühjendame 75 Ah akut, on tühjendusvool 75 A. Auto käivitamisel on vool oluliselt suurem (200–600 A), diiselmootori käivitamiseks on vaja veelgi rohkem energiat.

Joonis 1. Aku mahutavus erinevatel temperatuuridel ja tühjendusvooludel. 

Joonis 2. Kriitiline aku pinge erinevatel tühjendusvooludel. 

Kuidas muuta auto käivitamine talvel lihtsamaks?

Lihtne, kuid väga tõhus viis, et auto käivitamist külma ilmaga hõlbustada on see, kui kasutad sünteetilist mootoriõli.

Teine graafik näitab kriitilist pingetaset, mille juures aku tühjenemine tuleks lõpetada. Akust aja jooksul kätte saadav energiahulk sõltub otseselt aku temperatuurist. Kõige lihtsam viis kuidas saab akut natukene soojendada on lülitada sisse auto esituled – ühest minutist piisab.

Teine variant on aku eemaldamine enne külma ööd ja selle hoidmine soojas ruumis; samal ajal saab akut laadida ka akulaadijaga (see meetod ei sobi kõrgema klassi autodele).

Manuaalkäigukastiga auto puhul saab aku koormust veidi vähendada, kui käivitamisel vajutada siduripedaali. Samuti on oluline mitte jätta elektriseadmeid ooterežiimi – isegi väike 5 W salongilamp võib 75 Ah aku nädalaga täiesti tühjaks teha.

Kõik need energiasäästlikud võtted muudavad auto käivitamise lihtsamaks, kuid parim lahendus on tagada, et aku oleks alati täielikult laetud. Kui auto generaator ja pingeregulaator töötavad korralikult, taastab vähemalt 10 km sõit mootori käivitamiseks kulunud energia (ja isegi laeb akut natukene juurde). Generaatori ja pingeregulaatori korrasolekut saab kontrollida mõõtes aku pinget töötava mootoriga (2000 p/min juures).

Pinge peaks olema 13,9–14,7 V. Täislaetud aku pinge peaks seisva mootoriga olema umbes 12,5–12,7 V. Täpse tulemuse tagamiseks peaks auto pärast viimast käivitamist seisma vähemalt tund aega ning kõik elektritarbijad (tuuled, raadio jms) peavad olema välja lülitatud.

Kuidas teada, millal aku vajab laadimist?

Aku pinget saab mõõta lihtsa multimeetriga. LEMONA electronics spetsialistid soovitavad UNI-T multifunktsionaalseid voolutangimõõtjaid.

Kuigi aku pinget saab mõõta ka teiste multimeetritega on UT-210E voolutangid, mis võimaldavad kontrollida alalisvoolu, dioode ja takistust, eriti kasulikud kuna voolu mõõtmiseks ei ole vaja otsest kontakti.

Kuidas teada, millal akut laadida?

Aku pinget saab mõõta lihtsa multimeetriga. LEMONA spetsialistid soovitavad UNI-T multifunktsionaalseid voolumõõteklambreid. Teised multimeetrid suudavad pinget mõõta, kuid meie järeleproovitud vooluklamber UT-210E saab testida alalisvooluahelaid ja dioode ning mõõta takistust. Kindlasti tuleb kasuks, kui on vaja mõõta voolusid ilma otseühenduseta.​

Aku külge ühendatud juhet (massijuhet) tangidega haarates saab ligikaudselt mõõta lekkevoolu. Seda tuleb teha seisva mootoriga ning vool ei tohiks ületada mõnikümmet milliamprit. Kui aku tühjeneb seisuolekus vooluga 100 mA, kaotab see ühe nädalaga umbes 16,8 Ah.

Talvel, kui sõidetakse lühikesi vahemaid, ei jõua aku sageli täielikult täituda, sest akna-, istme-, rooli- ja peeglisoojendused loovad kokku mitmesaja vati suuruse lisakoormuse.

Aku eluea jooksul selle jõudlus järk-järgult väheneb sisemiste korrosiooni- ja sulfatsiooniprotsesside tõttu – vähendavad aku tegelikku mahtuvust. Aku kasutamisel tekivad plaatidele väikesed amorfsed sulfaadikristallid. See on normaalne – laadimise käigus need lahustuvad, kuid kui aku töötab enamiku ajast osaliselt laetuna, muutub amorfne pliisulfaat stabiilseks kristalliliseks vormiks, mis ladestub negatiivsetele plaatidele. Need suured kristallid vähendavad elektrolüüdi võimet suhelda aktiivse materjaliga, mis mõjutab aku tööd.

Talvel, kui sõidetakse lühikesi vahemaid, ei jõua aku sageli täielikult täituda, sest akna-, istme-, rooli- ja peeglisoojendused loovad kokku mitmesaja vati suuruse lisakoormuse.

Aku eluea jooksul selle jõudlus järk-järgult väheneb sisemiste korrosiooni- ja sulfatsiooniprotsesside tõttu – vähendavad aku tegelikku mahtuvust. Aku kasutamisel tekivad plaatidele väikesed amorfsed sulfaadikristallid. See on normaalne – laadimise käigus need lahustuvad, kuid kui aku töötab enamiku ajast osaliselt laetuna, muutub amorfne pliisulfaat stabiilseks kristalliliseks vormiks, mis ladestub negatiivsetele plaatidele. Need suured kristallid vähendavad elektrolüüdi võimet suhelda aktiivse materjaliga, mis mõjutab aku tööd.

Sulfaatkristalle saab osaliselt vähendada regeneratsioonitsükliga akulaadija abil. Näiteks autoakude jaoks sobib VICTRON ENERGY Blue Smart IP65 laadija. Seda saab kasutada ka õues (IP65 veekindlus) ning see on mugav lahendus, sest annab võimaluse tuua voolu sinu parkimiskoha juurde — akut ei pea autost eemaldama. Tootja mobiilirakenduses saab laadijat Bluetoothi kaudu juhtida ja jälgida.

Regeneratsioonitsüklit tuleks kasutada mitte rohkem kui kord kuus, sest kõrgemal pingel laadimine põhjustab gaaside eraldumist ja elektrolüüdi tiheduse suurenemist. Laadimine kõrgema pingega aitab tasakaalustada pinget aku elementide vahel. Autoakudel ei ole sisseehitatud tasakaalustusahelaid ja seetõttu kipuvad järjestikku ühendatud elemendid aja jooksul erineva pingega töötama — mõni element laeb üle, mõni ei lae piisavalt. Kõrgpingeline laadimine aitab seda ühtlustada.

Kui autot kasutatakse harva või aku laetus jääb alla 80%, toimub elektrolüüdi kihistumine – erinevates kihtides on erinev tihedus. Selle tagajärjel võib aku pinge näida tegelikust kõrgem. Alumine elektrolüüdikiht muutub tihedamaks, mis suurendab sulfaadi teket. Tihedust saab ühtlustada akut loksutades või laadides seda kõrgema pingega.

AGM-tehnoloogiaga akud

AGM (Absorbent Glass Mat) akud on oluliselt vähem tundlikud sulfatsiooni suhtes. Neid kasutatakse sageli Start-Stop süsteemiga sõidukites, kuid need sobivad suurepäraselt ka tavalistele autodele. AGM-akud on veidi kergemad ning elektrolüüdi kihistumist ei toimu.
AGM-akudes kasutatakse väga õhukesi klaaskiust separaatorplaate, mis asetatakse pliiplaatide vahele ning imavad elektrolüüdi endasse ja hoiavad seda paigal. Selline konstruktsioon võimaldab elektrolüüdil jõuda plaatideni koheselt ning muudab keemilised reaktsioonid kiiremaks.

Lühidalt aku ülelaadimisest

VRLA (valve-regulated lead-acid) ehk ventiiliga reguleeritavad, hooldusvabad akud on suletud konstruktsiooniga. Nende elektrolüüdi taset, värvust ja tihedust ei ole võimalik kontrollida ilma akut avamata. Seetõttu tuleb ülelaadimist kindlasti vältida, sest elektrolüüti ei ole võimalik juurde lisada.

Kui kahtlustate, et VRLA-aku on tühjenenud, tuleks esmalt mõõta aku pinget. Töötava mootoriga (u 2000 p/min juures) ei tohiks pinge ületada 14,8 V. Kui pinge on kõrgem, tuleb kontrollida generaatori pingeregulaatorit - probleem võib olla selles, et aku ei võta laadimist korralikult vastu.

Laadija ühendamisel saab laadimisvoolu mõõta multimeetriga. VICTRON ENERGY laadija puhul on laadimisvool mugavalt jälgitav mobiilirakenduses.

Kui laadimisvoolu ei ole võimalik suurendada, on see märk, et aku võib vajada väljavahetamist.

Aku pikaajaline laadimine liiga kõrge pingega kiirendab sisemisi korrosiooniprotsesse, mis vähendab aku eluiga.

Joonis 3. Korrodeerunud aku positiivsed ja negatiivsed plaadid. 

Akuplaatide võimalikult suure pinna saavutamiseks kasutatakse käivitusakudes poorse pliiga plaate. Aja jooksul eralduvad sellest pliiosakesed, mis vähendavad aku tegevust.

Plaadivõre korrosioon on paratamatu, sest elektroodid on plii-happekeskkonnas alati keemiliselt aktiivsed. Plii lahustumine on loomulik protsess, mida saab ainult aeglustada, mitte täielikult vältida.

Ka aku klemmid võivad korrodeeruda. See avaldub sageli valge pulbrina, mis tekib kahe erineva metalli oksüdeerumisel. Korrosioon halvendab elektrilist kontakti ning ühenduskoht võib kuumeneda. Enamikke korrosiooniprobleeme saab vältida kui asendada pistikud samast materjalist klemmidega.

Lühised ja “pehmed lühised” akus

Aku sisemuses olev plii liigub mehaaniliselt. Tühjenemise ajal põhjustab pliisulfaat plaatide paisumise - laadimisel need tõmbuvad kokku. Aja jooksul jäävad osa pliisulfaatkristalle lahustumatuks.

Käivitusakudes ei põhjusta sulfatsioon reeglina olulisi probleeme kuna need akud ei saa tavakasutuses täielikke tühjenemisi (eeldusel, et generaator töötab korralikult ja autot kasutatakse regulaarselt). Siiski võib signalisatsioon aku tühjaks teha, kui auto on pikemat aega seisnud.

Plaadivahelised lühised esinevad sagedamini veokite käivitusakudes. Aja jooksul täituvad aku põhjas olevad setešahtid peente pliiosakestega, mis moodustavad juhtiva kihi. Lõpuks võib see kiht ulatuda plaatideni ja põhjustada lühise-efekti.

Termin “lühis” on aga eksitav — täpsemad mõisted on suurenenud isetühjenemine või pehme lühis.

Pehme lühis on raskesti tuvastatav, sest kohe pärast laadimist võib aku töötada täiesti normaalselt. Laadimine varjab pehme lühise sümptomid, välja arvatud mõningane aku temperatuuri tõus laadimise ajal, mida võib tunda aku korpust puudutades.

Pärast 6–12 tunnist puhkeaega avalduvad kõrvalekalded:

• Madalam klemmipinge koormuseta
• Väiksem elektrolüüdi tihedus
• Oluliselt vähenenud tegelik mahtuvus (osa energiast kadus isetühjenemisel).

Teine pehme lühise vorm tekib siis, kui aku sees kasvavad kristallid. See võib juhtuda näiteks siis, kui tootmisprotsessis ei olnud kõik separaatorid ja plaadid ühtlaselt asetatud või kui elektrolüüdi tase langes ülekuumenemise tõttu. Sellistes kohtades hakkavad moodustuma juhtivad kristallid, mis suurendavad isetühjenemist.

Remonditavate akude puhul saab elektrolüüdi taset kontrollida ja kasutada automaatlaadijaid, mis takistavad ülelaadimist.

Lühise võib põhjustada ka suurem pliitükk. See tekib siis, kui keevitatud ühendusribadest eraldub plii. Erinevalt pehmetest lühistest tekib selline viga sageli aku elu alguses (tootmisdefektina) ning võib põhjustada tõsise lühise — järsu pingelanguse ja ühe elemendi ülekuumenemise.

Kõige ohtlikum lühise tüüp on mehaaniline rike, kui plaadid nihkuvad ja puudutavad üksteist. See tekitab väga suure tühjendusvoolu ja kuumuse. Põhjuseks võib olla halb tootmiskvaliteet, tugev löök või vibratsioon.

Järeldused:

• Aku peab olema puhas ja klemmid korralikult pingutatud
• Esimeste sulfatsiooninähtude korral klemmide juures tuleb need eemaldada ja puhastada
• Aku laetustase peab olema vähemalt 80%. Talvel, kui energiatarve on suurem, tuleks puhkeoleku pinget regulaarselt mõõta (vähemalt tund pärast mootori seiskamist)
• Vältida tuleb süvatühjenemist — ärge jätke elektriseadmeid pikalt tööle, kui mootor ei tööta
• Kui pinge langeb 10,5 voltini, tuleb aku kohe laadida
• Kui aku pinge on alla 12,4 V, kasutage laadijat
• Kui sõiduk seisab mitu kuud, eemaldage aku miinusklemm
• Täislaetud aku, mis seisab soojas garaažis, tuleb laadida iga kuue kuu järel