Akkumulátor

Miért kell a biztonságtechnikában az akkumulátor?

A biztonságtechnikai berendezésekben általánosan elterjedt az akkumulátorok alkalmazása. Különösen igaz ez a riasztóberendezésekre és a tűzjelző rendszerekre. Ahhoz, hogy riasztórendszerünk megfelelően működjön, biztosítanunk kell a szünetmentes tápellátást. Maga a riasztóeszköz a 230 V-os hálózathoz csatlakozik egy 13,8 V-os egyenfeszültséget biztosító tápegységgel, áramszünet esetén azonban a működést az akkumulátorok veszik át. Az akkumulátor szerepe pedig igen jelentős. Gondoljunk csak bele, hétvégi házak, tanyák, nyaralók esetében, ahol akár hetekig-hónapokig nem tartózkodunk, riasztórendszerünk egy áramszünet hatására működésképtelenné válhat. De akár lakásunkban, családi házunkban is nagy jelentősége van, hiszen ha a betörők a villanyóraszekrénynél áramtalanítják otthonunkat, riasztóberendezésünk az akkumulátor révén működőképes marad, és jelezni tudja az esetleges behatolásokat. Nagyon fontos, hogy kellő figyelmet fordítsunk az akkumulátor ellenőrzésére és cseréjére. Cégünk négyévenként automatikusan cseréli karbantartási szerződéssel rendelkező ügyfeleink riasztóberendezésének az akkumulátorait, hiszen ennek a biztonságos működés szempontjából óriási a jelentősége, akár távfelügyeletre kötött rendszerről beszélünk, akár nem. Az elöregedett akkumulátor téves riasztásokat generálhat, megszólalhat a sziréna, a központ kezelhetetlenné válhat, távfelügyelet esetében pedig akár valótlan vagy értelmezhetetlen jelzéseket küldhet a rendszer. A diszpécser ilyenkor feleslegesen reagál, vagy megeshet az is, hogy egy intézkedést igénylő valós jelzés nem érkezik meg.

Akkumulátor típusok

Akkumulátornak nevezzük az olyan berendezéseket, melyek képesek a villamos energiát kémiai energia formájában tárolni, és visszaalakítva visszaszolgáltatni. Az akkumulátoroknak több fajtáját különböztetjük meg, a leggyakrabban használt típusok: a savas ólom, a nikkel-kadmium (Ni-cd), a nikkel metál-hidrid (NiMH), a lítium-ion (Li-ion), a lítium-polimer (Li-polymer), illetve a nikkel-cink (NiZn) akkumulátorok. Mindennapi életünkben több felhasználási területen alkalmazunk akkumulátorokat. Autóinkba például savas ólomakkumulátor kerül beszerelésre, hordozható elektronikai készülékeinkben, mobiltelefonjainkban pedig a felsorolásban szereplő valamelyik  kisméretű akkumulátor fordulhat elő.

Az ólomakkumulátor története

A savas ólomakkumulátorok története másfél évszázadra nyúlik vissza. Gaston Planté francia fizikus nevéhez fűződik az első akkumulátor kifejlesztése 1859-ben. Az általa feltalált technológiát alkalmazzák ma is a gépjárművekben, szünetmentes tápegységekben és a biztonságtechnikában is felhasználásra kerülő akkumulátoroknál. Emile Alphonse Faure 1880-ban megalkotta azt a változatot, ami már ipari célokra alkalmas teljesítményre volt képes és ezzel jelentős lökést adott az akkumulátorok gépjárművekben történő tényleges alkalmazásához.

A zárt zselés akkumulátor szabadalmát a német Otto Jache nyújtotta be 1957-ben, de az ipari méretű gyártásuk igazán csak az 1970-es évek közepétől indult el. A zárt, felitatott üvegszálas (AGM) rendszerű akkumulátor helyhez kötött változata 1980-ban került kereskedelmi forgalomba. A biztonságtechnikában a mai napig alkalmazott „hordozható” AGM akkumulátorok alkalmazása a katonai repülőgépeknél jelent meg először, tömeges elterjedésük pedig 1990-től vált meghatározóvá. Az ilyen technológiájú akkumulátorok fejlesztésének fő motorját az analóg mobiltelefonok ugrásszerű elterjedése jelentette.

A savas ólomakkumulátor típusai

A savas ólomakkumulátorok áramtermelő alapegysége a lemezekből álló akkumulátorcella, amelynél a pozitív elektróda anyaga – az akkumulátor feltöltött állapotában – egy ólomrácsra sajtolt ólom-dioxid, a negatív elektródáé pedig tiszta ólom. Az elektródák desztillált vízzel higított kénsavba, az elektrolitba merülnek. Amikor az akkumulátorra fogyasztót kapcsolunk, vagyis kisütjük, akkor az elektrolízis során mind az ólom-dioxid elektróda, mind az ólom elektróda ólom szulfáttá alakul. A töltés folyamán a folyamat fordított módon megy végbe, valamint a vízbontás eredményeként a töltés kb. 80%-os értékénél a pozitív elektródon oxigén képződik, a negatív elektródon pedig a töltés befejezésekor hidrogén. A hagyományos, nem zárt jellegű akkumulátorok időnként a desztillált víz utántöltését igénylik. Egy cella feszültsége, feltöltött állapotban 2V nagyságrendű. A gépjárműveknél és a biztonságtechnikában alkalmazott ólomakkumulátorok elsősorban 12V-os típusok, vagyis 6 darab sorba kötött cellát tartalmaznak.

Az akkumulátor funkciói

A felhasználás jellege alapján kétféle akkumulátor különböztethető meg:

• indító akkumulátor
• ciklikus és készenléti (puffer) üzemmódú akkumulátor

Az indító akkumulátorokat alapvetően a gépjárművek indítására fejlesztették ki, vagyis rövid idejű, de nagy áramok biztosítására. Viszonylag vékony ólomlemezeket tartalmaznak. A ciklikus és a készenléti akkumulátorok vastagabb ólomlemezekkel vannak ellátva, csak korlátozottan alkalmasak nagy áramok leadására, de jól bírják a rendszeres feltöltési és kisütési ciklusokat. Az úgynevezett mélykisülés állóságuk is sokkal jobb, mint az indító akkumulátoroké. A biztonságtechnikában használt akkumulátorok alapvetően készenléti (csepptöltéses) üzemmódban működnek.

Az akkumulátor karbantartási igénye

Az ólomakkumulátorok gyártástechnológiája és kivitelése különböző, de karbantartási igény szerint az alábbi csoportokat jól meg tudjuk különböztetni:

• karbantartást (gondozást) igénylő savas akkumulátor
• karbantartásszegény (csekély gondozást igénylő) savas akkumulátor, aminél általában csak a desztillált víz időnkénti utánpótlására van szükség
• karbantartásmentes (abszolút gondozásmentes), zárt rendszerű, szelep-vezérelt ólom-sav akkumulátor (valve-regulated lead-acid, vagy VRLA). A zárt, gondozásmentes akkumulátor másik nemzetközi megnevezése: SLA (sealed lead-acid).

Az SLA akkumulátorok között is van két speciális típus:

• zselés akkumulátor
• felitatott üvegszálas (absorbed glass mat, rövidítve AGM) akkumulátor

A zselés és az AGM akkumulátorok a hagyományos savas akkumulátorok speciális fajtái és elsősorban ciklikus, valamint készenléti üzemmódban történő felhasználásra valók. Szokták még őket oxigén-rekombinációs akkumulátor néven is említeni, mivel itt már megoldották az oxigén negatív elektródon történő rekombinációját és elhárították a töltés során keletkező robbanásveszélyes gázok kialakulásának a veszélyét. Áruk többnyire jóval magasabb, mint a hasonló kapacitású hagyományos savas akkumulátoroké, de élettartamuk hosszabb, jobb a tároló képességük, kevésbé szulfátosodnak és több töltési-kisütési ciklusra képesek. Ha 50%-nál nem sütik ki őket jobban, akkor mintegy 400-600 ciklusra (feltöltésre-kisütésre) tehető az élettartamuk. A zselés akkumulátorokat elsősorban kisteljesítményű gépjárműveknél, motorkerékpároknál, robogóknál, golfautóknál, kerekesszékeknél, hordozható mérőműszereknél használják. Az AGM akkumulátorok felhasználási köre még szélesebb: megtaláljuk őket a hajózásban, napelemes rendszereknél, távközlési berendezésekben, telefonalközpontoknál, vészvilágító berendezésekben, szünetmentes tápegységekben és nem utolsó sorban a biztonságtechnikában.
A zselés akkumulátorok piaci részesedése fokozatosan csökken, az AGM rendszerű akkumulátorok lassan kiszorítják őket.

Mi a különbség a zselés és az AGM akkumulátor között?

A zselés és az AGM akkumulátor esetében nagyon sokszor találkozunk fogalomzavarral. A köznyelvben – helytelenül – zselés akkumulátornak hívnak minden többé-kevésbé zárt akkumulátort, amelybe nem kell folyadékot tölteni. Nemcsak arról van szó, hogy a laikusok keverik a két akkumulátor típus fogalmát, de a biztonságtechnikai szakmán belül is többnyire zselés akkumulátor néven említik a riasztóberendezésekbe beszerelésre kerülő akkumulátorokat. Számos akkumulátor értékesítéssel foglalkozó üzletben, webáruházban is zselés akkuként kínálják a valójában nem zselés (hanem AGM) típusú akkumulátort. De mi is a különbség a kétféle típus között?

Az AGM rendszerű akkumulátornál egy mikroszkópikus, ezredmilliméter vastagságú rostos üvegszálakból álló bór-szilikát lemezbe itatják fel a kénsavat. Ezt a szakirodalomban üveggyapotként is említett anyagot helyezik az elektródák közé, így biztosítva az egyenletes saveloszlást és a lemezek közti szigetelés kialakítását is. A zselés akkumulátorok elektrolitja is kénsav, de az elektrolitot szilika-gél hozzáadásával megkötik, és gél állapotúvá alakítják. A zselésítés hatására megszűnik a kénsav folyadék jellege.

Összefoglalva: az AGM akkumulátor elektrolitja felitatott, de folyékony kénsav, a zselés akkumulátor elektrolitja pedig elvesztette a folyadék jellegét. A biztonságtechnikában használt akkumulátorok szinte kivétel nélkül AGM típusok.

A zselés akkumulátoroknak nem árt, ha teljesen kisütik őket, sőt ez az a tulajdonságuk, ami miatt egyes berendezések tápellátásánál előnyt élveznek. Az AGM akkumulátorok akkumulátortöltője hasonló elvű, mint a hagyományos akkumulátoré, a zselés akkumulátor viszont más töltőt igényel, töltőfeszültsége alacsonyabb, a töltési ideje hosszabb, ráadásul igen érzékeny a túltöltésre.

Az AGM akkumulátor felépítése és jellemzői

Ahogy arról az előzőekben szó volt az AGM akkumulátorok jellemzője, hogy az akkumulátor teljes élettartalma alatt szükségtelen a karbantartása, azaz a víz utántöltése. Zárt egységről beszélhetünk, így üzemeltetése bármely helyzetben elvégezhető. Az egyirányú biztonsági szelep szintetikus gumiból készült. Szerepe az, hogy rendellenes működés esetén kiengedje az akkumulátorban esetleg képződő túlnyomásos gázokat. Jellemzi még az alacsony önkisülés, a mélykisülésből való feléledés képessége, a viszonylag hosszú élettartam és széles üzemi hőmérséklettartomány. Nézzük meg ezeket a tulajdonságokat részletesebben is!

Kapacitás és áthidalási idő

Akkumulátorkapacitáson (jelölése: C) az akkumulátorból kinyerhető töltésmennyiséget, energia-befogadó képességet értjük, amit a kisütő áram (amper) és a kisütés kezdetétől a végéig eltelt idő (óra) szorzatából kapunk. Mértékegysége az amperóra (rövidítve: Ah). A névleges kapacitást egyezményesen számítják ki: az akkumulátort állandó 20-25 ºC-on sütik ki, úgy hogy 20 óra áthidalási idő alatt érje el az 1,75V/cella, vagyis a 10,5V-os kisütési végfeszültséget. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy ilyenkor a kisütő áram a névleges kapacitás 5%-ának megfelelő áramérték, vagyis 0,05C érték. (12V-os 7Ah-s akkumulátor esetén például 0,35A). A terhelés növelésekor az akkumulátorból kinyerhető kapacitás csökken, 50%-os kisütőáramnál már csak 70% körüli a kapacitás. A kisütőáram növelésekor értelemszerűen az áthidalási idő is csökken: 20%-os kisütésnél mintegy 4 órára, 50%-osnál pedig 70-80 percre. A gyártástechnológia és az egyes gyártók által használt adalékanyagok különbségének az eredménye, hogy az ugyanolyan külső méretű akkumulátorok kapacitása gyártónként és ugyanazon gyártó különböző típusai között is változik. A biztonságtechnikában leggyakrabban alkalmazott 12V-os 7Ah-s akkumulátor kapacitása 6Ah és 9Ah között változhat különböző gyártók esetén. A már üzemelő (például riasztóközpontba beépített) AGM akkumulátorok adott időpontban fennálló maradék kapacitásának mérése eltér a hagyományos akkumulátorokétól. Utóbbiak esetében mérhető az elektrolit fajlagos sűrűsége, melynek értékéből kiszámítható a kapacitás. Zárt rendszerben azonban ez nem járható út, így itt csak az úgynevezett üresjárási kapocsfeszültség értékeléséből lehet következtetni a maradék kapacitásra, amit a teljesen feltöltött, illetve a műterhelés segítségével kisütött akkumulátor kapocsfeszültségének méréséből lehetne meghatározni. Sajnos ez csak elvi síkon működik. Az OKTEL Kft. műszerészei is sok éven keresztül végeztek terheléses kapocsfeszültség méréseket a riasztók karbantartása során. Az esetek egy részében a karbantartást követő hetekben meghibásodó akkumulátorok ébresztettek rá bennünket arra, hogy ezek a mérések nem adnak tényleges útmutatást az akkumulátorok valós állapotára vonatkozóan. Így immár egy évtizede áttértünk arra a megoldásra, hogy a karbantartott riasztóberendezések akkumulátorait négyévente automatikusan cseréljük. Ez a módszer a gyakorlatban jól bevált.

Önkisülés és tárolás

A terheletlen (például a raktárban tárolt) akkumulátor kapacitásának időbeli csökkenését önkisülésnek nevezik. Az akkumulátorok tárolhatósági idejeként azt az időtartamot szokták megadni, ami alatt a kapacitása (20 ºC-on) a névleges kapacitás 80%-ára csökken. A jó minőségű AGM akkumulátorokra – az elektróda lemezek rácsainak gyártása során felhasznált nagy tisztaságú ólom-kalcium ötvözet alkalmazásának köszönhetően – jellemző az alacsony önkisülés. Ez az érték normál 20-25 ºC-on havonta a névleges kapacitás 3%-a alatt van, ami 25-30%-kal alacsonyabb, mint a hagyományos akkumulátoroknál. A 3%-os önkisülést alapul véve az újratöltés ideje már a gyártástól számított 6-8 hónap múlva bekövetkezik, de a gyakorlati tapasztalatok alapján a minőségi akkumulátorok akár 12 hónapig is tárolhatók újratöltés nélkül. Az ilyenkor már csak 60-70%-os töltöttségű akkumulátor elektródáinál az elszulfátosodás kockázata jelentősen megnő és az utántöltés feltétlenül szükségessé válik. A hőmérséklet emelkedése az önkisülés mértékét is emeli – ez nagyjából úgy alakul, hogy minden 8-10 ºC után megkétszereződik a kisülés mértéke.

Élettartam

Várható élettartamon azt az időszakot értjük, amely alatt az optimális körülmények között működő akkumulátor kapacitása a névleges kapacitás 80%-át még eléri. A biztonságtechnikában használt akkumulátorok az élettartamuk jelentős részében készenléti (úgynevezett puffer) üzemmódban vannak, hiszen csak akkor van igazán szerepük, ha áramszünet következik be. Normál állapotban az akkumulátor folyamatosan töltés alatt van (csepptöltés), a kisülés mértékétől függő töltőáram értéke alacsony. Az AGM akkumulátorok sokkal hosszabb élettartammal rendelkeznek, mint hagyományos elődeik, normál szobahőmérsékleten 3 év helyett 4,5-5 év múlva is kapacitásuk legalább a 80%-ra képesek. Az élettartamot több tényező befolyásolhatja. Ilyen például a mélykisülés, melyet a jobb minőségű akkumulátorok viszonylag jól elviselnek és a mélykisülés után is újra lehet tölteni és használni őket, a gyengébb minőségűek viszont könnyen használhatatlanná válnak. A magas töltőáram, a magas töltőfeszültség, a kisebb-nagyobb áramszünetek nagy száma (a riasztóberendezéseknél) kedvezőtlenül befolyásolja az élettartamot. Bár az AGM akkumulátorok hagyományos társaikhoz képest szélesebb hőmérséklettartományban – akár     -15 ºC-tól +50 ºC-ig – használhatók és üzemeltethetők, az akkumulátorok élettartamát a gyakorlatban a magas hőmérséklet csökkenti leginkább. 30 ºC-os környezetben 2-3 évre, 40 ºC-on 1-2 évre, 50 ºC-on pedig 6-12 hónapra csökkenhet az élettartam. Megjegyzendő, hogy fagypont alatti hőmérsékleten az élettartam ugyan nem, de az akkumulátor kapacitása jelentősen csökkenhet, -15 ºC-on akár a névleges érték 60-70%-ára is.

Töltésfajták

Az akkumulátor töltése többféle eljárással végezhető, ilyenek az állandó feszültségű töltés, a gyorstöltés, a két lépcsős töltés és a párhuzamos töltés. Az állandó feszültségű töltés a legelterjedtebb. Ilyenkor egy 13,5-13,8V-os állandó feszültségű töltőt egy áramkorlátozóval együtt használnak. Figyelemmel kell lenni arra, hogy a kezdeti töltőáram értéke ne haladja meg a névleges kapacitás 25%-ának megfelelő (0,25C) értéket, mert ez az elektrolit gázosodásához vezethet. A speciális esetben alkalmazott gyorstöltésnél – megfelelő szabályok betartásával – a normálisnál magasabb áramot és feszültséget használunk. A kétlépcsős töltés szintén a gyorstöltés egy fajtája, a párhuzamos töltésnél pedig több akkumulátort kapcsolunk össze és töltünk. Ebben az esetben azonban ügyelni kell a típus és a gyártmány egyezésére.

Minőség és megbízhatóság

Az AGM rendszerű akkumulátorgyártó cégek hasonló kapacitású és hasonló élettartamra tervezett termékei között jelentős minőségi különbségeket találunk. Az OKTEL Kft. által eddig felhasznált tízezres darabszámú akkumulátor mennyiségének üzemeltetési tapasztalata azt mutatja, hogy nem szabad a gyártók által megadott műszaki adatoknak maradéktalanul helyt adni. Nem szabad feltétel nélkül bízni a minősítő intézetek által kiadott minőségtanúsítási okiratok elismerő szavaiban. Nem azért mert nem korrektek, hanem azért, mert a rövid idejű vizsgálataik nem képesek a valós körülmények közötti működést és elhasználódást szimulálni. A biztonságtechnikában alkalmazott akkumulátorok átlagos élettartamát a legtöbb gyártó 4-5 év körüli időtartamban adja meg. (Vannak persze 10, sőt 15 éves élettartamra tervezett gyártmányok is, de ilyenek felhasználására ritkán kerül sor). A valódi minőséget biztosító gyártók termékei ezt valóban tudják is. Találkoztunk ugyanakkor olyan akkumulátor típussal is, aminél a meghibásodási arány 3 év után ugrásszerűen megnőtt. Pedig egy nemzetközileg is jól ismert cég neve fémjelezte a terméket. A mélykisülés állóságban is jelentős különbségeket találunk az egyes gyártók termékei között.

Üzemeltetési szabályok az akkumulátorok használatához

1. Tilos az akkumulátorokat vízbe vagy tűzbe dobni!
2. Tilos az akkumulátorok szétszedése, kinyitása!
3. Óvjuk az erős hőtől és ütésektől!
4. Légmentes térben ne alkalmazzuk!
5. Szerves oldószerrel, vagy lágy PVC tartalmú anyagokkal ne érintkezzen az akkumulátor háza!
6. Ne forrasszuk a kivezetéseket!
7. Ne töltsünk párhuzamosan több akkumulátort!
8. Sorba kötött akkuknál ne alkalmazzunk középleágazást!
9. Több akkumulátort csak akkor alkalmazzunk együtt, ha megegyezik a típusuk, kapacitásuk, életkoruk és a kezdeti töltöttségi állapotuk!
10. Ügyeljünk az akkumulátorok időszakos ellenőrzésére!
11. 3-4 évente cseréljük le őket!
12. A használt akkumulátorokat ne dobjuk ki a szemétbe!

Környezetvédelem

Az üzemképtelen akkumulátorokat sose dobjuk ki a háztartási hulladékkal együtt. Az akkumulátor veszélyes hulladéknak számít ólom, higany, kadmium, cink és nikkel tartalma miatt, így az ennek megfelelő előírások alapján kell begyűjteni, áramtalanítani, illetve újrahasznosítani őket. Minél több kerül ki ezekből a környezetbe, annál nagyobb környezeti és egészségügyi károkat okozhatnak. Az ólom izomfájdalmakat, izombénulást, májkárosodást, a vörösvérsejtek roncsolódását, gyomorbetegségeket okozhat, az akkumulátorban lévő savak a bőrre kerülve marási sérüléseket, a talajvízbe kerülve pedig komoly környezeti gondokat okozhatnak.

A 181/2008. (VII. 8.) Kormányrendelet 4. § az elemek és akkumulátorok hulladékainak visszavételéről rendelkezik. Az akkumulátorral foglalkozó kereskedők visszaveszik a kimerült akkumulátorokat, így a veszélyes hulladék környezetbe való kikerülése lecsökkenthető, valamint újrafelhasználható. A hulladék akkumulátorokból elsősorban ólom és műanyag nyerhető vissza megfelelő eljárások segítségével, így újból értékes ipari nyersanyaghoz juthatunk a hulladék visszaforgatásával. Akkumulátorcserék alkalmával természetesen cégünk is begyűjti a használt akkumulátorokat, illetve átvesszük a bárki által behozott darabokat.

Minden jog fenntartva. Copyright © Oktel Kft. 1998-2018