Mida tuleks ette võtta, et tagada talvel töökindel aku töö?

Reaktsioonid akus

Pole üldse vaja olla keemia või elektroonika spetsialist, et mõista kuidas autoaku töötab ja millised protsessid seal toimuvad. Nii valmistute võimalikeks probleemideks ette ja saate lahendusi ette valmistada. Niisiis paar lauset aku ehituse kohta.

Pöörduvad elektrokeemilised reaktsioonid toimuvad plii-happe tüüpi akus:

1 Võrrand. Elektrolüüt: H₂SO₄   ⇔   H⁺ + HSO₄

2 Võrrand. Negatiivne elektrood: Pb(metal) + HSO₄⁻   ⇔   PbSO₄ + H⁺ + 2e⁻

3 Võrrand. Positiivne elektrood: PbO₂ + 3H⁺ + 2HSO₄⁻ + 2e⁻   ⇔   PbSO₄ + 2H₂O

4 Võrrand. Üldine reaktsioon: Pb (metal) + PbO₂ + 2H₂SO₄   ⇔   2PbSO₄ + 2H₂O

 ⇔   LAADIMINE – TÜHJENEMINE

Autoaku ei ole ideaalne energiavaru: laadimise ajal kaotab osa energiast soojuse kujul ja muutub ka reaktsioonides osalevate plaatide pind.

Kasulik üldistus, mida toetab kuulus Arrheniuse teooria on see, et ruumis kahekordistub paljude tavaliste keemiliste reaktsioonide kiirus, kui ümbritseva õhu temperatuur tõuseb 10 °C võrra.

• k – kiiruskonstant;
• A – eksponendieelne tegur, mis on osakeste kokkupõrgete sagedusega seotud antud keemilise reaktsiooni konstantsiga;
• Ea – reaktsiooni aktiveerimisenergia (tavaliselt esitatakse džaulides mooli kohta või J/mol);
• kΒ – Boltzmanni konstant;
• T – absoluutne temperatuur (Kelvinites).

Kui ümbritseva õhu temperatuur langeb, aeglustub reaktsioonide kiirus. Selleks, et aku külmal talvehommikul starterit usaldusväärselt keeraks, tuleb see täielikult laadida. Talvel kulub mootori käivitamiseks palju rohkem energiat, sest õlid paksenevad, kõik vahed vähenevad ning aku annab üha vähem energiat, mida ümbritseva õhu temperatuur jahutab. Tootjad määravad aku parameetrid 20 või 25 °C juures, kuid kui ümbritseva õhu temperatuur on 0 °C, kaotab tüüpiline autoaku umbes 35% oma võimsusest, -17 °C juures umbes 60%. Muidugi pole selline võrdlus päris täpne, sest mida suurema vooluga akut tühjendame, seda vähem energiat saame akust ammutada, kuni selle laetus langeb kriitilise piirini. Joonisel 1 on näidatud aku mahtuvuse kõikumine erinevatel ümbritseva õhu temperatuuridel ja tühjendusvoolul. Võrdleme CA graafikuid: 1 CA tähendab, et kui tühjendame 75 Ah aku, on meil voolutugevus 75 A. Autot käivitades on voolud palju suuremad (200-600 A), diisli käivitamiseks kulub rohkem energiat mootoril.

Joonis 1 Aku mahutavus erinevatel temperatuuridel, tühjenemine erinevate vooludega.

Joonis 2 Aku kriitiline pinge tühjenemisel erinevate vooludega.

Kuidas hõlbustada auto käivitamist talvel?

Lihtne ja tõhus viis, kuidas muuta oma auto külma ilmaga hõlpsamini käivitatavaks on kasutada sünteetilist mootoriõli.

Teine graafik näitab kriitilist pingetaset, mille puhul aku tühjenemine tuleb peatada. Ajaühikus saadud energia hulk on otseselt seotud aku temperatuuriga. Lihtsaim viis akut veidi soojendada on lülitada auto tuled sisse. Ühest minutist piisab. Teine meetod on eemaldada aku enne külma ööd ja hoida seda soojas ruumis, kuni seda saab laadida kasutades laadijat (see meetod ei sobi kallitele autodele).

Lihtsa käigukastiga autot käivitades oleks vaja sidur alla vajutada, mis ka akukoormust veidi vähendaks.

Samuti on oluline meeles pidada, et elektriseadmeid ei tohi vooluvõrku ühendada isegi väikest 5W sisemist lambipirni, see võib 75 Ah aku nädalaga täielikult tühjendada.

Kõik ülaltoodud säästud muudavad Teie auto käivitamise lihtsamaks, kuid parim viis on veenduda, et Teie aku on täielikult laetud. Kui generaator ja laadimiskontroller on autos töökorras, siis käivitumiseks kasutatud energia taastub (ja veel väikse varuga). Et teada saada, kas generaator ja laadimiskontroller töötab hästi, piisab aku pinge mõõtmisest töötava mootoriga (2000 mootori pööret minutis). See peaks jääma vahemikku 13,9 - 14,7 V. Täielikult laetud aku, kui mootor on välja lülitatud, peaks olema umbes 12,5 - 12,7 V.  Õige mõõtmise tulemuse saamiseks peab autosse istuma vähemalt üks tund pärast mootori viimast käivitamist. See hetk ei tohi mängida raadio, põleda tuled ega muud energiat kulutavad lisad.

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.​

Kattes akusid korpuse (maandusega) ühendatava traadiga on võimalik umbkaudu näha, milline on lekkevool. Seda tuleks mõõta siis, kui auto mootor on välja lülitatud ja see ei tohi ületada milliampreid, mida võib veel kümnetes nimetada. Kui aku tühjeneb 100 mA vooluga, kui mootor ei tööta, siis nädalaga läheb kaduma 16,8 Ah.

Talvel lühikesi vahemaid sõites ei lae aku enamasti täis, sest akende, istmete, rooli, tahavaatepeeglite soojendamisel võib kogukoormus ulatuda mitmesaja vatini.

Aku kogu kasutusaja jooksul halvenevad selle omadused sisemise korrosiooni ja sulfatsiooniprotsesside mõjul järk-järgult, mistõttu selle tegelik võimsus väheneb. Aku töö ajal tekivad akuplaatidele väikesed amorfsed sulfaadikristallid. See on normaalne nähtus, need kaovad aku laadimisel. Kui aga aku töötab peaaegu alati täislaetud, muutub amorfne pliisulfaat stabiilseks kristalliks ja ladestub aku negatiivsetele plaatidele. See nähtus võib viia ülisuurte kristallide moodustumiseni, mis vähendavad elektrolüüdi võimet suhelda toimimise eest vastutava toimeainega.

Sulfaadikristalle saab osaliselt vähendada, kasutades akulaadijat, millel on täiendav aku regenereerimise töötsükkel. VICTRON ENERGY laadija "Blue Smart IP65" sobib autoakude laadimiseks. Seda laadijat saab kasutada õues – seade on IP65 veekindluse reitinguga ning mugav ka seetõttu, et võimaldab tuua vooluvõrgust toite parkimisalale ja seega ei pea akut autost eemaldama. Blue Smart IP65 laadijaga saab laadimisprotsessi juhtida ja jälgida distantsilt – lihtsalt installi oma nutiseadmesse tootja äpp ja seo seadmed Bluetoothi abiga.

Aku regenereerimise tsüklit saab kasutada mitte rohkem kui kord kuus, sest akusid kõrgemal pingel laadides algab gaasi eraldumine, elektrolüüdi tihedus suureneb.

Akude laadimisel kõrgema pingega akuelementide pinge tasakaalustub. Autoakudel puudub elemendi pinge tasakaalustusseade, mistõttu aku töötamise ajal (sisetakistuse erinevuse tõttu) hakkab järjestikku ühendatud elementide pinge erinema: mõned elemendid on üle laetud, teised ei ole täielikult laetud. Kõrgema pingega laadimisel on pinge tasakaalus. Kui autoga sõidetakse harva või hoitakse aku laetuse taset alla 80%, hakkab elektrolüüt kihistuma ja elektrolüüdi tihedus erinevatel tasemetel muutuma. Seetõttu tõuseb aku pinge justkui laetuna. Aku põhjas on elektrolüüdi tihedus oluliselt suurem ja siin tekivad aktiivsed sulfaadid. Elektrolüüdi tihedust saab võrdsustada raputamise või kõrgema pingega laadimise teel.

AGM-tehnoloogia akudel on väiksem sulfaatimise oht. Neid võib sageli paigaldada Start-Stop süsteemiga autodesse, kuid need toimiksid hästi ka ilma selle funktsioonita autodes. Need on pisut kergemad kui tavalised akud ja neil ei ole elektrolüütide delaminatsiooni. AGM-aku teeb ainulaadseks see, et see kasutab happe absorbeerimiseks ja immobiliseerimiseks väga õhukesi klaaskiudmatte, mis on asetatud plaatide vahele. Selline konstruktsioon võimaldab happel kohe plaatidele jõuda nii  on reaktsioon kiirem.

Lühidalt akude pidevast laadimisest

Hermeetilised VLRA (VRLA Valve Reguleeritud pliihape) akud on suletud ja hooldusvabad. Ilma nendeta on võimatu näha elektrolüüdi taset, värvi ega mõõta elektrolüüdi tihedust. Hermeetiliste VLRA akude kasutamisel tuleb vältida ülelaadimist, kuna puudub võimalus elektrolüüdi täiendamiseks.

Kui tekib kahtlus, et VLRA tüüpi aku võib tühjeneda, tuleks esmalt mõõta aku pinget. Kui mootor töötab vähemalt 2000 pööret minutis ei tohiks pinge ületada 14,8 V. Suurema pinge korral tuleks kontrollida auto generaatori kontrollerit või kui tekib kahtlus, et aku ei lae korralikult. Pärast laadija ühendamist akuga saab laadimisvoolu mõõta multimeetriga. Laadijat VICTRON ENERGY kasutades saab äpi abil näha laadimisvoolu suurust.

Kui Teil ei õnnestu laadimisvoolu tõsta, võib see olla märk sellest, et aku tuleb peagi välja vahetada.

Pidevalt liiga kõrgel laadimispingel töötavad akud käivitavad akus korrosiooniprotsessi.

Joonis 3 Korrodeerunud akuplaadid.

Starteriakudes maksimaalse pindala saavutamiseks moodustatakse plii plaatidele käsna kuju. Töö ajal langevad pliiosakesed maha ja vähendavad aku jõudlust.

Akuplaadi võre korrosioon on vältimatu, kuna elektroodid on pliihappekeskkonnas alati reaktiivsed. Plii lahustumine on loomulik nähtus, mida saab ainult aeglustada, mitte kõrvaldada.

Aku klemmid võivad samuti korrodeeruda. Seda täheldatakse sageli siis, kui kahe erineva metalli vahelise oksüdatsiooni tõttu (terminali ja pooluse vahel) tekib valge pulber. Klemmi korrosiooni kohas elektriline kontakt halveneb, juhtmeühendus võib kuumeneda. Ühendusklemmide asendamine uutega, mis on valmistatud akuklemmidega samast materjalist, lahendab enamiku korrosiooniprobleemidest.

Aku lühis ja pehme lühis

Akus olev plii on mehaaniliselt aktiivne. Kui aku tühjeneb, põhjustab pliisulfaat plaatide laienemist – laadimise ajal tõmbuvad plaadid uuesti kokku. Aja jooksul tekivad sulfaatkristallid, mis laadimise ajal ei kao. Starteriakudes saab sulfaadi eraldumist kontrollida, sest akud ei ole enamasti sügavalt tühjenevad (kui generaator töötab korralikult ja sõidame autoga regulaarselt pikemaid vahemaid, elektriseadmeid tööle ei jäeta). Isegi lihtne autoalarm võib aku täielikult tühjaks ajada, kui auto on pikemat aega pargitud.

Akuplaatide vaheline lühis on tavalisem veoautode käivitusakude puhul. Aku töötamise ajal täitub konteineri põhjas asuv settepüüdur väikeste pliiosakestega, moodustades juhtiva kihi. Aja jooksul võib juhtiv mass jõuda plaatideni, tekitades lühise. Mõiste "lühis" on vale nimetus, paremad terminid selle seisundi kirjeldamiseks võiksid olla: suurenenud isetühjenemine või pehme lühis.

Pehmeid lühiseid on raske tuvastada, sest aku töötab kohe pärast laadimist hästi. Põhimõtteliselt kõrvaldab laadimine kõik pehme lühise tunnused, välja arvatud võib-olla laadimise ajal tõusnud temperatuur, mida saab jälgida aku korpuse puudutamisel. Kuid pärast 6–12-tunnist kasutamist hakkab akul ilmnema kõrvalekaldeid, nagu madalam avatud vooluringi pinge ja vähenenud elektrolüütide tihedus. Samuti on mõõdetud võimsus väiksem, kuna isetühjenemine on kulutanud osa kogutud energiast.

Teine pehme lühise vorm on akus kasvavad kristallid. See juhtub siis, kui separaatorid ja plaadid on tootmise käigus veidi ebatäpselt paigaldatud ning selle tulemusena jääb osa plaate elektrolüüdist puutumata. Sarnane asi võib juhtuda ka aku ülelaadimisel: elektrolüüdis olev vesi laguneb, elektrolüüdi tase akus väheneb. Selline efekt soodustab juhtivate kristallide moodustumist servade ümber, mis viib suurenenud isetühjenemiseni. Hooldusakudes saab elektrolüüdi taset juhtida automaatsete akulaadijatega, mis järgivad laadimisprotsessi ja hoiavad ära aku ülelaadimise.

Suured pliitükid on veel üks lühiste põhjuseks. See võib juhtub, kui plaate ühendavatest, keevitatud, varrastest tulevad lahti pliitükid. Erinevalt pehmest lühisest, mis tekib kulumise ja rebenemisega, tekib plii purunemine sageli aku tööea alguses. Põhjuseks tihtipeale tootmisdefektid. See võib põhjustada tõsise lühise: aku pinge langeb ootamatult ning üks akuelementidest võib ülekuumeneda.

Kõige radikaalsem ja tõsisem lühise vorm on mehaaniline rike, kus aku plaadid tulevad lahti ja puutuvad kokku. See põhjustab äkiliselt suure tühjendusvoolu, mis võib põhjustada märkimisväärset soojuse teket. Halb tootmiskvaliteet, tugev löök või vibratsioon on selle rikke kõige levinumad põhjused.

Järeldused:

• aku pind peab olema puhas, klemmid peavad olema kindlalt kruvitud;
• niipea, kui klemmide läheduses on märgata sulfatsiooni, tuleb klemmid eemaldada ja tekkinud sulfaadid eemaldada;
• aku tuleb hoida vähemalt 80% laetuna. Talvel, kui energiatarbimine suureneb, mõõta perioodiliselt aku pinget puhkeolekus (mõõta vähemalt üks tund pärast auto mootori väljalülitamist);
• vältige akude sügavat tühjenemist, kui erinevad energiat tarbivad seadmed on pikka aega ühendatud ilma mootorita. Kui auto aku on väikese vooluga tühjenenud 10,5 V-ni, tuleb see kohe laadida;
• kui on märgata, et aku pinge on madalam kui 12,4 V - kasutage akulaadijat;
• kui Te ei kavatse autot mitu kuud kasutada, peaksite aku lahti ühendama, eemaldades negatiivse klemmi;
• Täislaetud akut, mida hoitakse soojas garaažis, tuleb 6 kuu pärast uuesti laadida.