Baterie AGM » Výkonné olověné baterie s chytrou technologií AGM

Zveřejněno: 10. 10. 2023  |  Doba potřebná k přečtení: 7 minut

Už dlouho před rozvojem elektromobility měl každý řidič ve svém vozidle zabudovanou startovací baterii. Jednalo se přitom o olověný akumulátor, který se během jízdy nabíjel alternátorem.

Olověné akumulátory byly cenově výhodné a v případě potřeby dokázaly poskytovat potřebný proud pro elektrický startér. Že byly v pravém slova smyslu těžké jako olovo, to nehrálo u autobaterií zase tak velkou roli. V zásadě měly startovací baterie rozumný poměr ceny a výkonu a fungovaly tak dobře, že se po celá léta nedočkaly téměř žádného dalšího vývoje.

Jediný skutečný problém představovalo u otevřených baterií odpařování vody. Aby se nezkracovala jejich životnost, bylo potřeba baterie občas dolít trochou destilované vody. To se změnilo, až když se do nových vozidel začaly montovat první baterie s technologií AGM.



Co je to baterie AGM?

K tomu, aby olověné akumulátory nevyžadovaly mnoho údržby a byly uživatelsky přívětivější, vedou dvě cesty. Za prvé byla kapalná zředěná kyselina sírová zahuštěna oxidem křemičitým a do akumulátoru byla vpravena ve formě gelu.

Tyto gelové olověné akumulátory pak mohou být hermeticky uzavřené, takže jsou použitelné nezávisle na poloze. Při nabíjení je ovšem potřeba dávat pozor na to, aby nabíjecí napětí nebylo příliš vysoké a aby se z akumulátoru nezačaly uvolňovat plyny. Pro případ nouze je proto každý článek vybavený pojistným ventilem, který se aktivuje při příliš silném vnitřním tlaku.

Jiným řešením je technologie s rounem, u které zůstává zředěná kyselina sírová kapalná, ale je nasáklá ve speciálním rounu. Od této techniky je odvozený také název baterie AGM (Absorbent Glass Mat).

Námi doporučované produkty pro baterie AGM



Jakou má baterie AGM konstrukci?

Absorbent Glass Mat baterie představuje v zásadě uzavřený olověný akumulátor, ve kterém rouno pevně drží elektrolyt, tedy zředěnou kyselinu sírovou, mezi olověnými deskami jako houba.

Princip konstrukce olověných akumulátorů

V nádobě odolné vůči kyselinám se nacházejí dvě olověné elektrody, které mají uvnitř mřížovou strukturu (viz obrázek nahoře).

Záporná elektroda (1) je povrstvená porézním olovem (Pb), které se nazývá také olověná houba. Kladná elektroda (2) je povrstvená porézním oxidem olovnatým (PbO2). Toto povrstvení se nazývají také aktivní hmota, protože se aktivně podílí na chemické reakci. Porézní struktura je nezbytná pro udržení pokud možno velkého povrchu pro chemickou reakci při nabíjení a vybíjení.

Z důvodu vyšší efektivity ve vztahu ke kapacitě a odběru proudu jsou elektrody zkonstruované jako do sebe zasahující skupiny. Kladné desky, stejně jako ty záporné, jsou vzájemně elektricky propojené.

Mezi do sebe zasahujícími deskami každé skupiny se nachází zvlněný separátor z PVC (3), který zamezuje přímému kontaktu (zkratu) mezi deskami. V případě baterií AGM zaujímá úlohu separátoru skleněné rouno.

Jako elektrolyt (4) slouží kyselina sírová zředěná vodou (H2SO4), která umožňuje výměnu náboje mezi deskami. Poměr mezi vodou a kyselinou sírovou je přitom zvolený tak, aby docházelo k ideální disociaci, tedy rozkladu chemických sloučenin na molekuly, atomy nebo ionty. Tím je dosaženo optimální vodivosti iontů v elektrolytu. Čistá kyselina sírová nebo pouhá voda by v takovém případě nefungovala.  



Jak funguje baterie AGM?

Když je nádoba s výše uvedenými elektrodami naplněna zředěnou kyselinou sírovou (1,28 kg/l), vzniká na záporné elektrodě baterie přebytek elektronů a na kladné elektrodě nedostatek elektronů.

Rozdíl potenciálů obou elektrod činí asi 2 V a může se podle stavu nabití pohybovat mezi 1,75 a 2,4 V. Proč je tomu tak, pochopíme, když se podrobněji podíváme na chemické procesy spojené s nabíjením a vybíjením. Pro lepší představu jsme ve výkresech k tomuto oddílu použili pouze jednu kompaktní elektrodu.

Protože je baterie se síťovým napětím o velikosti pouhých 2 V nevhodná pro pohon vozidla, zapokuje se do série 6 článků autobaterií. Tím se dosáhne napětí na svorkách 12 V (6x 2 V). Pro provoz v nákladním vozidle se zapojují dvě 12V baterie do série, aby bylo vozidlo napájeno 24 V. Elektrické spotřebiče tak mohou být bez problému provozovány i v případě, kdy je vozidlo odstavené, aniž by nastaly problémy při startování.


Proces vybíjení

Při vybíjení plně nabitého článku olověné baterie se článek vybíjí prostřednictvím externího proudového obvodu (viz žárovka na obrázku). Přitom protékají elektrony (e-) přes vnější proudový obvod od záporné elektrody (záporný pól akumulátoru) ke kladné elektrodě (kladný pól).

Protože se kyselina sírová (H2SO4) nachází v disociovaném stavu, oxiduje na záporné elektrodě (Pb) hydrogensíran bisulfát (HSO4-) na porézní síran olovnatý (PbSO4), přičemž se uvolňuje vodík (H+). Současně vznikají na záporné elektrodě volné elektrody (e-), které tečou přes externí proudový obvod ke kladnému pólu.

Chemická rovnice pak vypadá takto:
Pb + HSO4- → PbSO4 + H+ + 2e-

Na kladném pólu olověného akumulátoru dochází k redukci. Za pohlcování elektronů (e-) je oxid olovičitý (PbO2) elektrody společně s hydrogensíranem bisulfátem (HSO4-) a vodíkem (H+) redukován na síran olovnatý (PbSO4) a vodu (H2O).

V takovém případě vypadá rovnice následovně:
PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e- → PbSO4 + 2H2O

Když se na celou reakci podíváme, reaguje spolu olovo, oxid olovičitý a kyselina sírová za vzniku síranu olovnatého a vody.

Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O

V důsledku toho se při vybíjení sníží koncentrace kyseliny v elektrolytu.


Proces nabíjení

Při připojení nabíjecího napětí jsou přiváděny záporné elektrony a na kladné elektrodě jsou odváděny. Chemické reakce, které probíhaly při vybíjení, se nyní dějí v obráceném pořadí.

Síran olovnatý (PbS04) pohlcuje vodík a elektrony, čímž je redukován na olovo (Pb) a hydrogensíran bisulfát (HSO4-). Chemická rovnice nyní vypadá takto:
PbSO4 + H+ + 2e- → Pb + HSO4-

Na kladném pólu nyní probíhá oxidace. Za uvolňování elektronů se ze síranu olovnatého (PbSO4) a vody (H2O) znovu stává oxid olovičitý (PbO2), hydrogensíran bisulfát (HSO4-) a vodík (H+).

V takovém případě se rovnice obrátí:
PbSO4 + 2H2O → PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e-

V důsledku toho při procesu nabíjení stoupne podíl kyseliny v elektrolytu, což je patrné také na celkové rovnici:
2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + 2H2SO4

To je také důvod, proč lze u otevřených olověných akumulátorů testerem kyseliny v baterii zkontrolovat aktuální stav nabití akumulátoru.



Jaké výhody baterie AGM poskytují?

Důležitou výhodou baterií AGM je vysoký počet nabíjecích cyklů. Díky tomu tyto baterie nabízejí výrazně delší životnost než konvenční mokré baterie. Při použití ve vozidle umožňuje nižší vnitřní odpor velmi vysoké proudy pro proces startování, které jsou díky vysoké stabilitě za nízkých teplot k dispozici také v zimě.

Proto se technologie AGM používá také u vozidel s funkcí start-stop. Navíc jsou baterie téměř bezúdržbové a v případě potřeby mohou být téměř úplně vybity, aniž by se tím poškodily. Díky technologii Glass Mat nemůže elektrolyt uniknout, dokonce ani při mechanickém poškození pláště.



Kde se baterie AGM používají?

Na rozdíl od běžných olověných akumulátorů mají akumulátory AGM s ohledem na svou konstrukci menší vnitřní odpor. Díky tomu jsou schopné poskytovat velmi vysoké proudy. Protože nedochází ke stratifikaci elektrolytu ani ke ztrátě vody, mají baterie dlouhou životnost a vykazují výrazně vyšší počet cyklů.

Proto jsou akumulátory AGM ideální jako startovací baterie pro vozidla s technologií start-stop nebo s rekuperací brzdné energie.

Protože jsou akumulátory AGM kompletně uzavřené, mohou být používány také u obytných automobilů. Ale také u poplašných zařízení, solárních systémů, zařízení UPS nebo dokonce v elektromobilech (vysokozdvižné vozíky nebo koloběžky) se akumulátory AGM používají. Díky nízkému samovybíjení bez problému přečkají i delší odstávky.



Čím je omezeno fungování olověných akumulátorů?

Předčasný výpadek olověných akumulátorů může mít nejrůznější příčiny. Nejdůležitější z nich jsme zde stručně shrnuli:

Ztráta vody

Podstatnou příčinou krátké životnosti, resp. předčasného výpadku olověných akumulátorů bývá ztráta vody vypařováním a s tím spojené vysušení olověných desek. U gelových akumulátorů nebo akumulátorů AGM je odpařování vody nemožné, resp. minimální díky uzavřenému plášti.


Stratifikace elektrolytu

Ale také stratifikace elektrolytu může u olověných akumulátorů působit problémy. Během procesu vybíjení klesá hustota kyseliny v elektrolytu, takže je podíl kyseliny na dně pod deskami výrazně vyšší než v horní části. V případě akumulátorů AGM zamezuje rouno stratifikaci elektrolytu.


Sulfatizace

Dalším kritériem stárnutí je sulfatizace, při níž jinak porézní vrstva síranu olovnatého nabývá krystalické struktury. Z tohoto důvodu se již aktivně nepodílí na procesu nabíjení a vybíjení. Může to způsobit výše zmíněná stratifikace elektrolytu, případně situace, kdy se akumulátor delší dobu nachází v částečně vybitém nebo dokonce kompletně vybitém stavu.


Eroze

Při erozi odpadává aktivní materiál ze svodiče (mříže). Děje se tak vlivem mechanického zatížení při procesu nabíjení a vybíjení, při uvolňování plynů nebo také při vysokých intenzitách proudu. Důsledkem je výrazná ztráta kapacity, zkrácená životnost, vyšší vnitřní odpor a zkraty uvnitř článků.


Koroze

Stejně problematická je koroze mezi mříží a aktivní jmotou na kladné elektrodě. Za korozi mříže odpovídá kromě stratifikace elektrolytu a vysokých teplot také potenciál elektrod a kvalita materiálu. Kvůli zlepšení mechanických a elektrických vlastností výrobci částečně přidávají antimon, vápník nebo stříbro.


Tip z praxe: Aktivní obrana před sulfatizací

Pokud je to možné, měly by být olověné akumulátory neustále udržovávány v plně nabitém stavu. A to i při uskladnění. Aby nedocházelo k sulfatizaci, měly by se akumulátory čas od času dobít vhodnou nabíječkou, pokud jsou namontované v pouze sporadicky používaných vozidlech.
Jinak může sulfatizace vést k výpadku akumulátoru. Některé firmy proto nabízejí tzv. refreshery nebo pulsery, s nimiž lze zamezit vytváření krystalické struktury, resp. lze existující struktury opětovně narušit.



Často kladené dotazy k bateriím AGM

Proč se baterie AGM zpravidla nemontují do motorového prostoru?


Protože baterie AGM nesnášejí vysoké teploty, nemontují se do bezprostřední blízkosti spalovacích motorů.

Mohou se baterie AGM nabíjet jakoukoliv běžnou nabíječkou?

Transformátorové nabíječky bez regulace vhodné nejsou. V ideálním případě by měla nabíječka pracovat podle křivky IUoU. Přitom se nejprve pracuje s nepřetržitým nabíjecím proudem (I), dokud není dosaženo maximálního nabíjecího napětí. Nabíjecí napětí pak zůstane trvale na stejné úrovni, čímž se nabíjecí proud s postupem času snižuje. Po podkročení minimálního nabíjecího proudu se automaticky přepne na udržovací nabíjení.

Jakou údržbu je potřeba na bateriích AGM provádět?

Baterie nevyžadují údržbu, musejí být pouze pravidelně nabíjeny. Pokud se tak neděje v pravidelném provozu automaticky, musí se v pravidelných intervalech připojit nabíječka, aby nedošlo k hlubokému vybití. Přitom je potřeba pohledem zkontrolovat připojovací póly a odstranit případné znečištění. Další údržbářské práce nejsou potřeba.
 

Co znamená kapacita baterie?

Kapacita baterie udává, kolik proudu dokáže baterie za určitou dobu odevzdat. Proto se kapacita baterie uvádí v ampérhodinách (Ah). Baterie s kapacitou baterie například 18 Ah může po dobu 10 hodin odevzdávat proud 1,8 A. Pokud jsou proudy vyšší než 1/10 hodnoty kapacity, snižuje se výrobcem uváděná a skutečně využitelná kapacita baterie.

Co znamená baterie deep cycle?

Baterie deep cycle mohou být vybity extrémně hluboce, aniž by přitom ztratily výkon nebo utrpěly poškození. Zejména pokud se vozidla se sytémem start-stop v zimě pohybují pouze na krátkých trasách, mohou se startovací baterie s běžnou technologií (olověné baterie) rychle příliš hluboce vybít.