Akumulatory – prąd w wiaderku

Każdy z nas pamięta o sprawdzeniu ciśnienia w oponach i wymianie pły-nów gdy przyjdzie na to czas. Jednak co nam po tym, skoro motocykl nie odpali po dłuższym postoju, bo zapomniany akumulator wyzionął ducha? Widząc jaką popularnością w okresie wczesnowiosennym cieszą się na naszej stronie artykuły traktujące o dbaniu i ładowaniu akumulatora, możemy wnioskować, że o bateriach przypominamy sobie w ostatnim momencie. Takich sytuacji można uniknąć, odpowiednio dbając o akumulator, ale najpierw warto wiedzieć, czym jest i co mu szkodzi.

Kwas i ołów

Każdy akumulator zbudowany jest z tzw. wtórnych ogniw galwanicznych (czyli takich, które mogą być ładowane – w przeciwieństwie do pierwotnych, które raz użyte nie nadają się już do niczego). W uproszczeniu są to dwie elektrody – anoda i katoda – zanurzone w elektrolicie, czyli substancji zdolnej przewodzić prąd. W powszechnym zastosowaniu są akumulatory kwasowo-ołowiowe, których anody wykonane są z ołowiu, katody z dwutlenku ołowiu, a jako elektrolit stosowany jest kwas siarkowy w roztworze wodnym ok. 33-37%.

Elektrody dodatkowo są oddzielone od siebie separatorami, które pozwalają na przepływ prądu, ale zapobiegają zwarciom. Taki zestaw w całości trzymają kratki, również przewodzące prąd. Napięcie naładowanego ogniwa to ok. 2,13-2,2 V, więc dla akumulatorów stosowanych w instalacjach 12 V potrzebnych będzie ich sześć. Łączy się je szeregowo i zamyka w obudowie.
Między elektrolitem a elektrodami zachodzą odwracalne reakcje chemiczne (redukcja i utlenianie), dzięki którym akumulator jest w stanie przyjąć energię elektryczną i zmagazynować ją w postaci energii chemicznej. Oddawanie jej jest odwrotnym procesem.

Kiedy jest źle?

Jednym ze związków, który tworzy się wraz z oddawaniem energii elektrycznej, jest siarczan ołowiu, osadzający się na elektrodach. Jego ilość zwiększa się wraz z oddaną energią. W pewnym momencie elektroda może składać się wyłącznie z tego związku. Procesowi towarzyszy także zmniejszenie gęstości elektrolitu, z 1,26 g/cm3 do 1,18 g/cm3 oraz jego objętości. Wtedy akumulator zdecydowanie ma dosyć, a jego napięcie spada prawdopodobnie do 10,8 V. Wtedy możemy już tylko pomarzyć o odpaleniu motocykla.

Po naładowaniu osad się rozbije, a gęstość i objętość elektrolitu wrócą do normy, ale pod warunkiem, że bateria nie leżała rozładowana przez kilka tygodni (w zależności od jej jakości). Z upływem czasu siarczan ołowiu na elektrodach zaczyna się krystalizować i staje się izolatorem elektrycznym. W najgorszym przypadku spowoduje to „niedopuszczenie” prądu do akumulatora. W łagodniejszej wersji kryształki zmniejszą pojemność baterii. 

Pamiętaj chemiku młody…

Pojemność baterii może zmniejszyć także za niski poziom elektrolitu i jego nieprawidłowa gęstość. Najczęściej wynika to z odparowywania wody, rzadziej z wyciekania elektrolitu. Gęstość należy sprawdzać areometrem, który kosztuje ok. 20 zł, natomiast prawidłowy poziom elektrolitu zazwyczaj zaznaczony jest na obudowie (jeśli nie, to po prostu powinien zakrywać separatory). Ważne jest, żeby kontroli i uzupełnienia poziomu dokonywać, gdy akumulator jest naładowany. Wtedy elektrolit ma swoje „robocze” wartości. Inaczej pomiar może być przekłamany i rozrzedzimy elektrolit. Za niski stan uzupełnia się wodą destylowaną lub jonowaną – ta z kranu czy butelki jest brudna, więc zakłóci przewodnictwo elektryczne i przyspieszy proces samorozładowania. Ucieczkę prądu ułatwiają też luźne klemy oraz brudne czy zardzewiałe, metalowe elementy stykowe.

Akumulatory są wrażliwe nie tylko na czystość, ale także na skrajne temperatury. W niskich elektrolit gęstnieje nadmiernie, co utrudnia przepływ prądu, zmniejsza pojemność baterii i przyspiesza rozładowanie akumulatora. W skrajnie wysokich, powyżej 40°C, akumulator też znacznie szybciej się zużywa. Przede wszystkim woda odparowuje, a kratki mogą ulec korozji, czyli zmniejsza się ich przewodnictwo. Dlatego w krajach tropikalnych można spotkać akumulatory, w których elektrolit jest trochę rzadszy i ma mniejszą zawartość kwasu siarkowego. 

Ograniczeń ciąg dalszy

Powyższy opis tyczy się podstawowego i najtańszego typu akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Przyjęło się, że ich obudowy są zazwyczaj przezroczyste/mleczne dla ułatwienia kontroli stanu elektrolitu. Prąd rozruchowy, jaki wytwarzają, jest dość niski, a przeciętna szczelność ogranicza mocowanie go w pochyleniu. Do tego bateria tego typu nie lubi dużych wibracji i wstrząsów, więc nie nadaje się do motocykli terenowych: trwałość nie będzie wtedy zachwycająca, a wyciekający elektrolit narobi sporo bałaganu. Świetnie jednak odnajdują się w wiekowych klasykach czy nakedach, które nie obciążają akumulatora dodatkową elektroniką i zazwyczaj są traktowane dość łagodnie. „Kwasiaki” dostępne są też w wersji 6V – to coś dla właścicieli zabytków.

Dzięki szczelniejszym obudowom w akumulatorach bezobsługowych (MF) udało się częściowo uniknąć odparowywania wody i ograniczono potrzebę jej dolewania. Wbrew nazwie, może się jednak zdarzyć, że trochę elektrolitu wyparuje i raz na jakiś czas trzeba będzie jednak dolać wody. Bardziej znaczącym krokiem naprzód były akumulatory AGM (Absorptive Glass Matt) i żelowe – wciąż kwasowo-ołowiowe, ale o innej konstrukcji.

W AGM elektrolit zamknięty jest w separatorach z maty szklanej. Zapobiega to rozlewaniu go, więc może być stosowany w każdej pozycji. Mniejszy jest opór w przepływie prądu, co przekłada się na większy prąd rozruchowy. W dodatku baterie AGM są odporne na wstrząsy, skrajne temperatury, a poza ładowaniem, o czym wspomnę później, właściwie nie wymagają obsługi. Obecnie, obok MF, jest to standardowy typ akumulatorów stosowany przez producentów. Jego cena jest przystępna, a wydajność bardzo duża, więc sprawdza się w każdym typie motocykli i w każdych warunkach.

Konstrukcja akumulatorów żelowych pozostaje teoretycznie taka sama, jak w tradycyjnym akumulatorze, ale obudowa jest uszczelniona, a do elektrolitu dodawana jest żelująca krzemionka. Dzięki temu jego stan i gęstość są stałe, więc bateria lepiej znosi głębokie rozładowania, nie ulega zasiarczeniu i ma niższy poziom samorozładowania. Lepiej znosi wysokie temperatury, za to fatalnie sprawdza się w niskich. Dodatkowo gęstniejący elektrolit utrudnia przepływ prądu. Żelowe akumulatory z natury nie generują dużego prądu rozruchowego, ale w motocyklach w zupełności wystarczają, zwłaszcza tych z dużą ilością świecidełek czy systemami audio. 

Lżejszy, mniejszy… lepszy?

Wykorzystanie ołowiu i kwasu siarkowego, czyli substancji tanich i  łatwo dostępnych sprawia, że naprawdę sprawne akumulatory z nich wykonane są tanie. Niestety, jak na swoje gabaryty, są jednak ciężkie. Akumulator do motocykla klasy 600 ccm waży zazwyczaj ok. 3,5-4 kg. W ciężkich motocyklach, jak cruisery czy turystyki, temat można przemilczeć, ale w wyczynowych te kilka kilogramów to spory balast, do tego montowany najczęściej w najwyższym punkcie motocykla. Dlatego coraz popularniejsze stają się akumulatory litowo-jonowe, takie jak w telefonach. Zamiast ołowiu do produkcji elektrod używa się w nich węgla i metalu – zazwyczaj kobaltu.

Elektrolit w formie płynnej lub żelowej zamiast kwasu siarkowego zawiera roztwór soli litu. Lit jest bardzo reaktywnym związkiem, więc potrafi zmagazynować bardzo dużo energii, a ogniwo z jego zastosowaniem wytwarza napięcie 3,6 V. Dzięki temu akumulatory Li-ion 12V są złożone z czterech, a nie sześciu ogniw. W połączeniu z innymi, lżejszymi materiałami okazują się ok. 60-70% lżejsze od kwasowych odpowiedników. Do tego potrafią oddać więcej zmagazynowanej energii, mają niski poziom samorozładowania, wytrzymują nawet 10 razy więcej cykli ładowania (ok. 2-3 tys.) i można je naładować do 80% nawet w godzinę, gdy w konwencjonalnej konkurencji zajmuje to ok. 10 godzin.

Wady? Zazwyczaj są dwa, trzy razy bardziej kosztowne, znacznie bardziej wrażliwe na skrajne temperatury, a w upałach potrafią być wręcz niebezpieczne. Uszkodzona obudowa akumulatora czy zwarcie między elektrodami mogą doprowadzić do gwałtownej reakcji, czyli pożaru. W motocyklach jego ryzyko jest niewielkie, bo stosuje się skuteczne zabezpieczenia przed taką ewentualnością. Wszystko to jednak sprawia, że stosuje się je głównie w wyczynowych i elektrycznych motocyklach. 

Baterie Li-ion są także wybredne jeśli chodzi o ładowanie. Wymagane są specjalne ładowarki automatyczne, które diagnozują stan akumulatora i ładują go dwuetapowo zmiennym prądem, chroniąc przed przegrzaniem. Podobnie jest w przypadku konstrukcji żelowych i AGM, z tym, że ładowarki do nich kosztują zazwyczaj ok. 50-100 zł, a do Li-ion ok. 250-300 zł.

Ładuj z głową

Jeśli mamy zwykłego „kwasiaka”, ładowanie go nie jest filozofią, nawet jeśli mamy tradycyjną ładowarkę. Wystarczy odkręcić korki, zapewniające dostęp do poszczególnych cel (koniecznie, bo ulatniają się gazy, zdolne rozsadzić obudowę!), podłączyć prostownik i ustawić właściwy prąd. Zazwyczaj stosuje się tzw. prąd dziesięciogodzinny, czyli jeśli bateria ma pojemność 12 Ah (amperogodzin), ładuje się ją prądem o nominalnej wartości 10% pojemności – w tym przypadku 1,2 ampera – przez ok. 10 godzin. Można przyspieszyć ten proces i skorzystać z większego natężenia, ale zmniejszy to pojemność akumulatora.

Tradycyjny prostownik nie najlepiej sprawdzi się z innymi typami baterii. AGM i żelowe wolą dwuetapowe ładowanie. Nie znoszą przegrzania, zagazowania itp. Wskazane są więc automatyczne ładowarki, które na bieżąco kontrolują proces. Dobrym wyjściem jest podłączenie do takiego akumulatora odpowiedniej ładowarki na całą zimę i mamy problem z głowy. Tyczy się to wszystkich typów baterii. To najłatwiejszy sposób na długie życie akumulatora. Dzięki temu spokojnie wytrzyma 3-4 sezony.

Gdy akumulator wyzionął ostatnie ampery…

Jeśli zużyty akumulator służył przez wiele lat, to proponuję kupić taki sam lub zamiennik o takich samych parametrach (1 – rozpoznasz go po kodzie, pierwsza litera jest różna w zależności od producenta). Kupując dla siebie, najczęściej rozglądam się za akumulatorami AGM takich firm jak Exide, Yuasa, Unibat, JMT czy Varta. Jednak jeśli zdarzały się psikusy lub gdy motocykl ma sporo akcesoriów (grzane manetki, nawigacja, ładowarka, lampki) i jeździsz na małych dystansach także zimą, możesz pokusić się  o akumulator nieco większej pojemności (2) i większym prądzie rozruchowym (3 – jednorazowy, krótkotrwały wydatek prądu przy uruchamianiu silnika).

Lepiej jednak nie zwiększać drastycznie tych wartości – o 5-10% wystarczy. Za duża pojemność oznacza, że alternator nie będzie w stanie naładować baterii w trakcie jazdy, co skróci jej trwałość. Za wysoki prąd rozruchowy sprawi natomiast, że regulator napięcia będzie zbyt obciążony, a w razie awarii mogą wystąpić uszkodzenia np. rozrusznika. Przy okazji szukania zamiennika warto skorzystać z wyszukiwarek na oficjalnych stronach producentów.