Baterii auto - funcționare, exploatare, întreținere

Bateriile sunt atât de omniprezente în zilele noastre încât au devenit aproape invizibile. Cu toate acestea, ele reprezintă o invenție remarcabilă, cu un trecut îndelungat și un viitor interesant.

De baterii auto știe toată lumea, dar foarte puțini știu principiul de funcționare, cum sunt construite și, mai ales, de ce sunt atât de importante pentru un autovehicul. O primă dovadă a acestei neștiințe este însăși denumirea: spunem baterii auto fără ca majoritatea dintre noi să știm că denumirea corectă este baterii de acumulatori auto.

Majoritatea cumpărăm bateria, o montăm și trăim cu impresia că timp de câțiva ani nu ne mai interesează această componentă vitală a autoturismului.

Veți găsi aici un ghid despre bateriile auto pe care vă sfătuim să-l parcurgeți pentru a înțelege ce este, cum funcționează, cum se exploatează și cum se întrețin acestea.

Deci, ce este o baterie auto?

Ei, bine, o baterie auto este un dispozitiv ce stochează energie chimică și o transformă în energie electrică. În esență sunt mici reactoare chimice, reacția producând electroni de energie.

Bateriile sunt formate din mai multe celule de acumulatori, conectate între ele în serie sau în paralel.

Principalele funcții ale unei baterii auto sunt:

- Alimentarea demarorului şi a sistemului de aprindere la pornire

- Alimentarea receptorilor şi consumatorilor electrici atunci când motorul nu funcţionează

- Preluarea vârfurilor de sarcină atunci când puterea cerută de consumatori depăşeşte puterea pe care o poate furniza alternatorul

- Menţinerea unei tensiuni constante în instalaţia electrică a autoturismului la variaţia vitezei şi sarcinii alternatorului

Este foarte important ca bateriile auto să aibe o rezistenţă internă cât mai mică, pentru a putea face faţă curenţilor mari necesari la pornirea demarorului, fără ca tensiunea la bornele bateriei să scadă prea mult.

Dintre toate tipurile de baterii auto cele mai răspândite sunt cele de tip plumb-acid.

Acestea prezintă avantajul unei rezistenţe interioare de valoare mică, ceea ce face să fie utilizată la pornirea motoarelor. Totusi, acumulatorii auto de tip plumb-acid au o serie de dezavantaje, întrucât rezistenţa lor mecanică este mică şi durata lor de viaţă este scăzută, prezintă o auto descărcare importantă şi de aceea nu trebuie să stea mult timp fără a fi reîncărcate.

Bateriile auto alcaline se utilizează, de obicei, numai la autovehiculele care nu au un sistem de pornire electric (la motociclete de exemplu) deoarece au anumite dezavantaje: la temperaturi scăzute îşi pierd proprietăţile și au un cost de fabricație ridicat.

Scurtă istorie a bateriilor de acumulatori

Denumirea de baterie a apărut pentru prima dată în anul 1749, fiind folosită de Benjamin Franklin în timpul experimentelor sale cu electricitatea, folosind un set de condensatori legați în serie, însă prima baterie cu adevărat demnă de acest nume a apărut abia în 1796, când Alessandro di Volta a folosit discuri de cupru și zinc separate între ele cu cârpe înmuiate în apă sărată.

Una din cele mai fiabile baterii de acumulatori, cea de tip plumb-acid, totodată prima baterie reîncărcabilă din lume, a fost creată în 1859 de Gaston Plante, fizician francez, sistem folosit și în în prezent. De fapt, marea majoritate a bateriilor auto produse și folosite în zilele noastre sunt de tip plumb-acid.

În 1866 Georges Leclanche a dezvoltat o celulă umedă, cu electrozi introduși într-un lichid. Procesul de fabricație era ușor de realizat, bateria robustă și cu o durată de viață bună. Ulterior, Leclanche și-a îmbunătățit bateria carbon-zinc înlocuind electrolitul lichid cu o pastă de clorură de amoniu umedă și sigilând-o. Rezultatul a fost menționat ca fiind o celulă uscată, bateria putea fi mutată și folosită în diferite poziții fără scurgeri.

Anodul celulei era realizat din zinc în formă de cupă sau de cutie care conținea celelalte părți ale bateriei. Catodul era un amestec de 8 părți dioxid de mangan și o parte negru de fum, conectat la borna pozitivă în partea de sus printr-o tijă colectoare din carbon. Pasta de electrolit poate conține și clorură de zinc.

Bateriile de acumulatori auto cu celule uscate carbon-zinc sunt vândute până în ziua de azi în ambalaje etichetate "heavy duty".

În 1881 apare prima baterie de tip plumb-acid potrivită pentru autovehicule: bateria Camille Faure.

Această baterie folosea o gilă de plumb cu pasta de oxid de plumb în loc de foi de plumb, ceea ce a îmbunătățit capacitatea de a furniza curent. Această baterie a stat la baza bateriilor de acumulatori auto de tip plumb-acid moderne folosite de industria auto, mai ales atunci când s-au dezvoltat noi materiale de separare pentru a fixa plăcile pozitive și pentru a împiedica particulele care cad din aceste plăci să scurtcircuiteze plăcile pozitive și negative din sedimentul conductor.

Între 1898 și 1908 Thomas Edison a dezvoltat o celulă alcalină cu anod din fier și catod din oxid de nichel. Electrolitul utilizat a fost hidroxidul de potasiu, la fel ca în bateriile de acumulatori moderne nichel-cadmiu și la cele alcaline. Celulele erau foarte potrivite pentru utilizarea industrială și pe cale ferată. Acestea erau rezistente la supraîncărcare și la descărcare.

În paralel cu activitatea lui Edison și independent de acesta, între 1893 și 1909 suedezii Jungner și Berg au dezvoltat baterii de acumulatori cu celule nichel-cadmiu. În locul fierului utilizat de Edison pentru anod, au folosit cadmiu. Rezultatul a fost o funcționare mai bună la temperaturi scăzute, auto descărcare mai mică și reîncărcată mai rapid decât bateria lui Edison.

Bateriile nichel-cadmiu, având un alt format dar folosind același procedeu chimic, sunt produse și vândute și în prezent.

Inițial, autovehiculele nu foloseau baterii. Pornirea se făcea printr-o manivelă, iluminarea era pe gaz și claxonul era o simplă goarnă, aprinderea nu se făcea prin bobine și electromotoare, ci cu platină.

La apariția tehnologiei cu bobine de curent și electromotoare a apărut și necesitatea bateriilor de acumulatori auto, care erau de 6V, nu de 12V.

Între 1908 și 1911, puținele automobile dotate cu claxon (din grecescul klaxo – a striga) foloseau baterii auto cu celule uscate pentru acționarea acestuia, însă aceste celule se consumau repede și trebuiau înlocuite, o necesitate costisitoare în epocă.

Din 1911 insă, bateriile auto au atins un grad de fiabilitate superior celulelor uscate, putând fi utilizate aproximativ o lună. Mai mult decât atât, ele puteau fi reîncărcate, costul fiind mai mic decât cel al înlocuirii bateriilor cu celule uscate.

Acest progres s-a datorat industriei automobilelor electrice, ce aveau nevoie de baterii auto fiabile și performante pentru a putea concura cu autovehiculele dotate cu motoare pe aburi sau pe gaz.

Puținii producători auto ce s-au orientat către tehnologia bateriilor de acumulatori pentru alimentarea claxoanelor s-au întrebat cum să folosească curentul electric în exces produs de baterii și, astfel, s-a ajuns la folosirea luminilor electrice.

Primele lumini electrice au fost introduse pe Columbia, în 1898. Columbia era un automobil electric dotat baterii de stocare. Producătorii de autoturisme cu motoare cu gaz au avut un alt mod de a produce lumină. Acesta a fost cu rezervorul Prest-O-Lite, introdus în 1904. Acesta era un cilindru din oțel care conținea gaz de acetilenă sub presiune, care era alimentat pe faruri și aprins de flacără.

Alți producători au reînviat dinamul, bateria de acumulatori auto netrebuind scoasă din mașină în fiecare lună pentru reîncărcare.

O problemă prezentă pe primele mașini echipate cu dinamuri a fost supraîncărcarea bateriei, problemă rezolvată odată cu dezvoltarea unui regulator de viteză variabilă de către DELCO. Acesta a fost folosit pentru prima dată pe Cadillac, în 1912, care a prezentat o altă caracteristică care a dus industria auto în top: starterul.

Odată cu adoptarea starterului, producătorii de automobile au fost nevoiți să adopte sistemul cu baterii auto pentru a lucra cu demarorul. Cum sistemul electric furniza mult mai mult curent decât era necesar pentru starter, lumini și goarnă/claxon, producătorii de automobile au folosit acest curent suplimentar pentru aprinderea amestecului de combustibil.

În perioada Marelui Război, bateriile de acumulatori auto de tip plumb-acid erau din ce în ce mai utilizate de companiile producătoare de automobile.

1934 reprezintă apariția primei baterii auto plumb-acid cu gel din lume, creată de Elektrotechnische Fabrik Sonneberg.

Procesul de fabricație a bateriilor auto se simplifică în anul 1936, o dată cu standardizarea dimensiunilor, standardizare determinate de creșterea numărului de automobile din lume (peste 3 milioane).

În anii ’50, când au început să apară motoare din ce în ce mai mari și mai puternice, cu rate de compresie mai mari, necesarul de putere de pornire a crescut. Această necesitate de baterii auto din ce în ce mai sofisticate și mai puterniceau determinat adoptarea standardului actual de 12V.

1950 reprezintă anul introducerii primei linii de asamblare a bateriilor. Acum procesul tehnologic de producere se simplifică, mai multe baterii auto se produc la costuri mai mici.

Tehnologia se dezvoltă din ce în ce mai rapid: în 1962 separatorii nu se mai construiesc din lemn, ci din plastic, ceea ce conduce la o robustețe crescută, în 1965 se produc primele baterii auto cu încărcare uscată, în 1966 devin mai ușoare, deci mai simplu de transportat, în 1970 apare prima baterie auto sigură la scurgere, în anul imediat următor apare și prima baterie ce nu necesita întreținere, în 1972 apare prima celulă AGM, anul 1977 reprezintă apariția primelor baterii auto rezistente la vibrații și cicluri, în 1983 apar cele fără întreținere Heavy Duty, în 1986 se produc primele baterii auto complet fără întreținere, cu electrolit încorporat, în 2003 apar bateriile auto AGM iar în anul 2007 se produc primele baterii auto pentru autovehiculele cu tehnologie start-stop.

Și, totuși, cum funcționează o baterie de acumulatori auto?

Când o baterie de acumulatori se descarcă, reacția chimică produce electroni. Un astfel de exemplu este oxidarea fierului pentru a produce rugină: fierul reacționează cu oxigenul și cedează electroni pentru producerea oxidului de fier.

Construcția standard a unei baterii auto constă în utilizarea a două metale sau compuși cu diferite potențiale chimice și separarea acestora cu un izolator poros. Potențialul chimic este energia stocată în atomii și legăturile compușilor chimici, care este apoi transferată electronilor în mișcare, atunci când aceștia sunt lăsați să se deplaseze prin dispozitivul extern conectat.

Un fluid conductor, cum ar fi sarea și apa, este utilizat pentru a transfera ioni solubili de la un metal la altul în timpul reacției și se numește electrolit.

Metalul sau compusul care pierde electronii în timpul descărcării se numește anod și metalul sau compusul care acceptă electronii se numește catod. Acest flux de electroni de la anod la catod prin conexiunea externă este ceea ce folosim pentru a furniza energie electrică dispozitivelor noastre electronice.

Atunci când două materiale diferite, cum ar fi plăcile pozitive şi negative, sunt imersate într-un electrolit - o soluţie de acid sulfuric şi apă - se produce o recţie chimică care dezvoltă o tensiune. Într-o baterie de acumulatori auto de tip plumb-acid obișnuită, tensiunea este de aproximativ 2 volţi pe celulă, astfel încât şase celule produc în total o tensiune de 12 volţi. Bateria de acumulatori cedează imediat electricitate atunci când se crează un circuit de curent între polul pozitiv şi polul negativ, deci când la ea se cuplează un aparat consumator de energie, de exemplu un radio.

O baterie plumb-acid funcţionează într-un proces constant de încărcare şi descărcare. Atunci când este cuplată la un consumator de curent, cum ar fi de exemplu demarorul maşini, bateria furnizează curent și începe să se descarce. În procesul invers, începe să se încarce atunci când se scurge curent din ea restabilind diferenţa chimică dintre cele două plăci. Acest lucru se petrece la rularea fără consumatori auxiliari iar alternatorul produce şi reintroduce curent în baterie.

Atunci când o baterie se descarcă, plăcile se uniformizează chimic, acidul devine mai slab şi tensiunea scade. Este posibil să se descarce atât de mult, încât nu mai poată debita electricitate la o tensiune utilizabilă.

O baterie auto descărcată se încarcă prin introducerea de curent electric în ea. O încărcare completă restabileşte diferenţa chimică dintre plăci şi, astfel, poate din nou să debiteze energie electrică.

Datorită acestui ciclu unic de încărcare şi descărcare dintr-o baterie de acumulatori plumb-acid, energia poate fi mereu furnizată şi primită. Cu cât o baterie poate fi mai des încărcată sau descărcată, cu atât este mai rezistentă la cicluri.

Alegerea bateriei

O dată la câțiva ani, bateria trebuie înlocuită și, deși pare o alegere facilă, înainte de achiziționarea uneia noi, trebuie să știi ce anume baterie îți este necesară. Pentru asta trebuie să citești capitolul referitor la bateria auto din manualului autovehiculului, din care vei afla următoarele informații cruciale:

Ce dimensiuni de baterii se potrivesc la mașina ta, mai ales că pe orice mașină de pot monta baterii de diferite dimensiuni.

Ce curent de pornire la rece îți este necesar, adică ce cantitate de curent îţi poate oferi bateria la 17,8°C timp de 30 de secunde până când tensiunea scade prea mult pentru a mai putea fi utilizată pentru pornirea motorului. Cu cât este mai mare curentul de pornire la rece, cu atât mai bine: poți încerca de mai multe ori pornirea mașinii înainte de a ceda bateria.

Capacitatea de rezervă a bateriei, capacitate ce menține instalația electrică a mașinii atunci când alternatorul nu mai încarcă. Este cu atât mai bine cu cât această valoare este mai mare.

Curentul de pornire la rece al bateriei este foarte important iarna, când o mașină pornește mai greu datorită temperaturilor scăzute.

Dacă ai o barcă, o rulotă, o casă de vacanță care nu este conectată la sistemul energetic național, etc. Și vrei să cumperi o baterie deep cycle, trebuie să ții cont de:
Ce echipament vrei să alimentezi
Câți amperi sunt necesari pentru funcționare
Câte ore folosești echipamentul respectiv

<Să calculăm, ca exemplu, necesarul de curent pentru o barcă. Pentru asta va trebui să calculezi necesarul de amperi oră a echipamentelor de care dispune barca. Nu te speria, este un calcul simplu. Tot ce trebuie să faci este să înmulțești amperii cu orele. Să luăm, ca referință, o perioadă de 6 ore în care vrei să utilizezi barca:
Lumină: 10A x 6 ore = 60 Ah
Trenă motor: 1A x 6 ore = 6 Ah

Deci, pentru exemplu ales, necesarul este de 66 Ah dar, pentru a dispune de o capacitate de rezervă, va trebui să alegi o baterie cu o capacitate cu 20% mai mare, adică ai nevoie de o baterie deep cycle de 80Ah.

Montarea bateriei

Atunci când cumperi baterii auto de la firma noastră, pentru a beneficia de garanție este necesar să verificăm instalația electrică a mașinii tale. În genere, noi facem și montarea bateriei, dar o poți efectua și tu, la orice service autorizat. Există, insă, și momente nefericite, în care este nevoie să demontezi bateria veche și să montezi alta din varii motive (de ex. ai uitat farurile aprinse și s-a consumat bateria, caz în care va trebui s-o demontezi, s-o încarci la redresor și apoi s-o montezi la loc).

Pentru montarea unei baterii auto noi sunt necesari 2 pași: demontarea bateriei vechi şi montarea noii baterii.

Înainte de demontarea bateriei vechi notează-ți poziția în care este montată. Dacă vei monta bateria nouă în altă poziție cablurile de curent pozitiv și negativ nu vor putea fi conectate corect la borne și va trebui să demontezi bateria din nou pentru a o așeza în poziția corectă.

Prima dată va trebui să demontezi împământarea (de cele mai multe ori cablul acesteia are culoarea neagră), apoi pe cel pozitiv (culoarea roșie). Verifică clemele pentru urme de coroziune și, dacă există, curăță-le cu o perie de sârmă și/sau șmirghel și apoi cu o soluție de apă și bicarbonat de sodiu. La fel trebuie procedat și cu suportul bateriei, care trebuie șters de eventuala murdărie și de praf.

Acum ești pregătit pentru de pasul nr. 2, montarea noii baterii. Așează bateria nouă pe suportul ei, în poziția potrivită (cea în care a fost montată bateria veche) și fixeaz-o bine, insă fără să strângi forțat, pentru a nu risca deteriorarea carcasei bateriei.

Prinde cablul pozitiv la borna pozitivă a bateriei și apoi cel negativ. Asigură-te că ai strâns clemele bine, pentru a exista un contact ferm și a nu risca apariția unor întreruperi în alimentarea electrică a mașinii.

Întreținerea bateriei

Cei mai mulți dintre noi nu știm că orice baterie are nevoie și de întreținere. Trăim cu impresia că o cumpăram, o montăm și mergem liniștiți 4-5 ani. Totuși, nu este chiar așa.

Bateria trebuie verificată regulat. Ea trebuie menținută curată, polii de racord și clemele curate și necorodate (coroziunea polilor influențează performanța bateriei și reprezintă un risc în privința siguranței).

În cazul care, la verificarea vizuală a bateriei, observi urme de coroziune, deconectează bateria și curăță urmele de coroziune folosind o perie de sârmă și/sau puțin șmirghel și apoi şterge-le cu o soluție de apă și bicarbonat de sodiu.