Danas je nabavljeno nekoliko testera startnih sposobnosti olovnih automobilskih akumulatora, vjerojatno svi proizvod slovenske tvrtke Iskra iz 1950/60-tih godina.
Nominalni napon jedne ćelije olovnog akumulatora je 2V. Kod potpuno napunjene ćelije napon može iznositi do 2,16V dok je minimalni dozvoljeni napon prazne ćelije 1,8V. Ukoliko se ćelija ostane ispražnjena ispod toga napona dolazi do stvaranja kemijskih procesa koji istu trajno oštećuju.
Akumulatori za automobile počeli su se proizvoditi u 1920-tim godinama i imali su nazivni napon od 6V (tri olovne ćelije spojene u seriju). Razvojem automobila sa sve snažnijim motorima i porastom broja električnih uređaja na istima ukazala se potreba za akumulatorima većeg napona i snage tako da se od sredine 1950-tih godina masovno počelo prelaziti na akumulatorske sisteme od 12V (šest olovnih ćelija spojenih u seriju). Naravno, u neka veća vozila i radne strojeve ugrađivani su akumulatorski sistemi za napajanje višim naponima (24V) dok neki današnji automobili (posebice hibridi) već imaju električne instalacije sa sistemom napajanja od 42V (Li-Ion akumulatori).
Kao što vidimo svi naši testeri akumulatora predviđeni su za ispitivanje akumulatora ćeliju po ćeliju (mjerni raspon 0-3 V), odnosno nikako ih ne možemo koristiti za testiranje ukupnog sistema spojenih ćelija od 6 ili 12 V. Stoga akumulator kojeg testiramo mora biti izveden sa vanjskim (dostupnim) spojnicama koje međusobno povezuju njegove ćelije, odnosno svaka ćelija mora imati izvode svojih elektroda dostupne na vanjskom kućištu. Ovakvi akumulatori načelno se su se proizvodili negdje do 1960-tih godina, nakon čega su već gotovo svi automobilski akumulatori na vanjskom dijelu imali izvedena samo dva krajnja kontakta, dok su spojevi između ćelija ostali nedostupni unutar plastičnog kućišta akumulatora. Našim testerima mogu se dakle provjeravati samo tipovi akumulatora sa ćelijama spojenima na vanjskom dijelu kućišta.
Svaki akumulator (kao i bilo koja druga baterija) ima svoj nazivni napon, kapacitet i maksimalnu struju koju može isporučiti. Obično se navodi samo podatak o tzv. startnoj struji ili struji hladnog starta, a to je maksimalna struja koju akumulator može kontinuirano davati tijekom intervala od 30 sekundi i to na vanjskoj temperaturi od -18°C, a da pri tome napon ne padne ispod 1,2 V po ćeliji. Naši testeri zapravo samo testiraju sposobnost davanja te startne struje akumulatora. Ovakvo mjerenje može dati neku grubu sliku o općem stanju akumulatora, no na ovaj način se nikako ne može dobiti točan podatak o (preostalom) kapacitetu akumulatora što je također vrlo važni podatak o pogonskom stanju i upotrebljivosti akumulatora.
Kod ispitivanja stanja olovnih akumulatora treba znati slijedeće:
- Mjerenje napona na akumulatoru u praznom hodu je samo pokazatelj njegove trenutne istrošenosti (ukoliko je ispravan), no nije pokazatelj njegovog trenutnog uporabnog stanja, odnosno njegovog preostalog kapaciteta. Potpuno napunjen akumulator daje 2,16 V po ćeliji, potpuno prazan akumulator ima 1,8 V po ćeliji. Ako je napon u praznom hodu niži od 1,8 V akumulator je vjerojatno već prilično oštećen i nije siguran za upotrebu.
- Mjerenjem (pada) napona na akumulatoru pod kratkotrajnim opterećenjem ispitujemo njegovu sposobnost održavanja startne struje. Startna struja kod automobilskih akumulatora je važan podatak jer pokazuje da li je akumulator sposoban elektropokretaču (starteru, anlaseru) kratkotrajno dati dovoljnu struju da ima snagu za pokretanje paljenja motora što je u konačnici i glavna namjena akumulatora.
- Kapacitet akumulatora (Ah) je sposobnost akumulatora da opskrbljuje trošila određenom strujom kroz određeno vrijeme. Ovo je posebno važno za automobile kod kojih neka električna trošila konstantno rade i kad je motor ugašen. Za mjerenje kapaciteta akumulatora potrebno je potpuno napuniti akumulator, a zatim ga kontrolirano prazniti određenom strujom i mjeriti vrijeme pražnjenja. Struja se mora stalno pratiti na ampermetru i čim počne njeno opadanje vrijeme mjerenja se zaustavlja. Također se mora pratiti i napon, te se mjerenje vremena zaustavlja čim napon po ćeliji padne na 1,8V. Nakon toga se na osnovu struje pražnjenja i izmjerenog vremena izračuna stvarni kapacitet akumulatora.
Mjerenje kapaciteta akumulatora je dakle dugotrajno mjerenje i zahtijeva stalno praćenje dviju veličina (struje i napona). Danas postoje gotovi uređaji (punjači) koji automatski provedu prvo ciklus punjenja (dopunjavanja) akumulatora do maksimuma. Nakon toga se pokreće ciklus pražnjenja konstantnom strujom (u visini 1/10 do 1/20 nominalne struje akumulatora u Ah) pri čemu se mjeri vrijeme do ispražnjenosti i na kraju izračuna kapacitet (prikaz na displeju ili ispis). Slijedi treći ciklus u kojem se ponovno akumulator puni na maksimalnu vrijednost tako da je spreman za rad. Ukoliko je u startu napon akumulatora manji od 1,8 V po ćeliji punjači obično neće ni pokrenuti proces punjenja jer se akumulator smatra neispravnim. Također, specifično za automobilske akumulatore uveden je i pojam “pričuvnog kapaciteta” a to se odnosi na kapacitet pražnjenja akumulatora ne do pune ispražnjenosti nego do one ispražnjenosti gdje akumulator ima još dovoljno snage za pokretanje elektropokretača motora.
Za testiranje startne struje ili bolje rečeno startne sposobnosti akumulatora uobičajene su dvije metode: mjerenjem pada napona pod opterećenjem i mjerenjem unutarnjeg otpora akumulatora.
Unutarnji otpor akumulatora (kao i svih drugih baterija) je vrlo mali i mjeri se u miliohmima. Što je unutarnji otpor manji to je akumulator u boljem stanju i može dati veću struju. Testeri na principu mjerenja unutrašnjeg otpora, kao i svi mjerači otpora, koriste indirektnu metodu po principu Ohmovog zakona (R = U / I). Mjeri se dakle napon i struja kako bi se izračunom dobila vrijednost otpora. Konkretno, na akumulator se pošalje kratkotrajni istosmjerni strujni impuls točno određene amperaže te se u tom trenutku izmjeri pad napona na akumulatoru. Tako imamo elemente struje i napona za računanje unutarnjeg otpora. Strujni impuls koji šalje mjerni uređaj mora biti veće amperaže kako bi se mogla točnije izmjeriti mala vrijednost otpora, a to znači da je ova metoda donekle invazivna (oštećuje akumulator) i mjerenje se mora vršiti sa odspojenim akumulatorom iz svih strujnih krugova. Neki bolji mjerači rade sa slabom izmjeničnom mjernom strujom (cca 1 kHz/40 mV) pri čemu se mjeri impedancija odnosno fazna razlika koja nastaje između napona i povratne struje. Ovom metodom može se mjeriti unutarnji otpor akumulatora bez njegovog odspajanja iz sistema, no mjerač mora imati relativno kompleksne mjerne krugove za mjerenje fazne razlike izmjeničnih signala što povećava mogućnost pogreške mjerenja i usložnjava čitav mjerni sklop. Općenito gledano, kad se moraju mjeriti vrijednosti vrlo malih otpora puno faktora utječe na pogrešku mjerenja, a najveći je otpor spojeva samih mjernih kablova te se nerijetko primjenjuje četverožični način spajanja. U konačnici, mjerači koji rade na principu mjerenja unutarnjeg otpora u pogonskim uvjetima često daju nepouzdan rezultat, a ukoliko je i mjerenje točno ono opet nije posve pouzdan pokazatelj ukupnog stvarnog stanja akumulatora.
Najjednostavnija gruba metoda ispitivanja stanja akumulatora ugrađenog u automobil može se napraviti samo uz pomoć voltmetra. Voltmetar se priključi na akumulator i on će, ovisno o trenutnoj ispražnjenosti, pokazati vrijednost napona negdje u granicama od 10,8 do 12,96 V (za 12 V sisteme). Najbolje bi bilo da akumulator nije previše ispražnjen i da ima napon oko 12 V u praznom hodu. Sada uključimo neko jače trošilo u automobilu (obično su dosta prednji farovi) i pratimo kako pri tome pada napon akumulatora. Ako dođe do brzog pada napona na neku vrijednost ispod 10 V akumulator sigurno nije pouzdan za upotrebu. Kad se trošilo (farovi) isključe napon bi na ispravnom akumulatoru trebao brzo porasti natrag na nominalnu vrijednost dok kod lošeg akumulatora napon raste polako i postepeno te često ne dostigne više vrijednost koju smo netom prije izmjerili u praznom hodu.
Isti princip koriste i naši testeri. Sastoje se od voltmetra i radnog otpornika kao trošila (tereta). Vidimo da je na svima crvenom bojom označeno područje ispod 1,8 V koliko smije biti najniži napon po ćeliji u praznom hodu. Prvo se bez priključenog radnog otpornika može prekontrolirati napon akumulatora u praznom hodu koji mora biti oko 2 V (akumulator napunjen). Nakon toga mjerenje se ponovi sa uključenim radnim otpornikom. U našem slučaju na raspolaganju su izmjenjivi otpornici koji na naponu od 2 V uzrokuju struje od 10, 20, 30, 100, 120 i 200 A. Radi se dakle o snažnim otpornicima u obliku otporne žice ili trake vrijednosti 0,2 – 0,01 Ω. Oni simuliraju strujno opterećenje koje uzrokuje elektropokretač (starter) automobila prilikom pokretanja paljenja motora. S obzirom da kod mjerenja preko radnog otpornika teku relativno velike struje samo mjerenje ne smije trajati predugo kako se ne bi oštetio sam mjerni otpornik ili akumulator (jednako kako što ne smije predugo trajati ni “verglanje” startera). Najbolje je ispitivanje započeti sa otpornicima za najmanju struju, a zatim mjerenja ponavljati za sve jače struje no nikako ne veće od onih koje su propisane kao maksimalne za pojedini akumulator.
Testeri startnih struja Iskra serije AS1 i AS100
Oznake AS1 i AS 100 koje nalazimo na ovim instrumentima moguće i ne predstavljaju isključivi oznaku konkretnog modela već oznaku ukupne serije testnih instrumenta jer se iste oznake nalaze i na nekim drugim Iskrinim testerima u sličnim kućištima (ampermetri).
Iskra AS 100 (35690)
Ovaj instrument zatekli smo u najlošijem stanju. Vidi se da je više puta “popravljan”, a vjerojatno je i dugo stajao rastavljen u nekoj garaži pa je cijelu unutrašnjost ispunila prljavština i korozija. Spiralne opruge instrumenta su uništene, mjerni otpornik je potrgan sa nosača.
Mjerni krug voltmetra ima ukupni unutarnji otpor od 3 kΩ, od čega na zakretni svitak instrumenta otpada svega 18 Ω, a ostatak otpora čini serijski spojeni mjerni otpornik napravljen od otporne žice.
Iskra AS 1 (4999)
Ovaj instrument je najbolje očuvan. U zatečenom stanju imao je mehaničku grešku u vidu kazaljke koja je zapinjala za skalu i nije se mogla zakretati. Moguće da je ovo bila originalna tvornička greška jer vrh kazaljke čini se nije bio dobro odrezan pa je ostatak zapinjao po skali. Dovoljno je bilo podići kazaljku za kojih pola milimetra iznad skale da bi se instrument doveo u funkcionalno stanje.
Vidimo da je čitav spoj dviju bakelitnih polovica kućišta zabrtvljen protiv ulaska vlage no svejedno se na elementu za podešavanje mehaničke nule kazaljke stvorio sloj bakarne korozije. Za testere akumulatora je normalno da će se koristiti u raznim terenskim uvjetima gdje će biti izloženi vanjskim utjecajima. Stoga je bitno da kućište instrumenta bude hermetički zatvoreno u cilju što bolje zaštite osjetljivih elemenata instrumenta sa zakretnim svitkom.
Iskra AS 1 (8985)
Još jedan instrument serije AS1, ispravan i konstrukcijski identičan prethodno opisanom instrumentu iz iste serije.
Može se uočiti zanimljiv sistem kalibracije linearnosti zakretanja kazaljke pomoću svojevrsnih magnetskih shuntova na donjem dijelu permanentnog magneta instrumenta. Podesivi element od magnetski vodljivog materijala postavi se u položaj tako da se magnetske silnice zatvaraju na način da osiguravaju linearno zakretanje kazaljke s obzirom na dolaznu struju, te trenje i protumomente koje stvaraju elementi zakretnog mehanizma.
Tester startne struje akumulatora 100A – 200A – 300A (stariji tip)
Ovaj tester ima na svojoj viljuški ugrađena dva otpornika za ispitne struje od 100A i 200A. Uključivanje pojedinog otpornika vrši se preko vijka kojim se isti pritegne (spoji) na jedan krak viljuške, dok su na drugi krak spojeni fiksno.
Nemamo podatak smiju li se oba otpornika spojiti paralelno (zbog jačine struje) no ukoliko se spoje paralelno ispitna struja koja će poteći preko njih imati će vrijednost od gotovo 300A.
Tester startne struje akumulatora 100A – 200A – 300A (stariji tip)
Ovo je tester identične električne konstrukcije kao i prethodno opisani s tom razlikom što nema ugrađen mjerni instrument nego su samo ostavljene priključnice za spajanje nekog vanjskog voltmetra.
Danas su za automobile dostupni raznovrsni akumulatori sa nazivnim kapacitetima i preko 200 Ah i sa startnim strujama preko 1000 A. Neki prosječni akumulator za osobna vozila ima kapacitet oko 60 Ah i startnu struju oko 600 A. Naravno, tehnologija izrade akumulatora je napredovala tako da akumulatori iz 1950/60-tih godina zasigurno nisu bili sposobni davati startne struje kao današnji akumulatori istog kapaciteta, no bez obzira na to ispitne struje za akumulatore mogu biti puno manje od maksimalnih startnih da bi se dobio dovoljno dobar uvid u stanje akumulatora. Za naš raspon radnih otpornika izbor bi izgledao otprilike ovako:
- ispitna struja od 10 A za akumulatore oko 10 Ah
- ispitna struja od 20 A za akumulatore oko 15 Ah
- ispitna struja od 30 A za akumulatore oko 20 Ah
- ispitna struja od 100 A za akumulatore oko 30 Ah
- ispitna struja od 120 A za akumulatore oko 40 Ah
- ispitna struja od 200 A za akumulatore oko 70 Ah
- ispitna struja od 300 A za akumulatore oko 80 Ah
Generalno gledano, prilikom mjerenja našim mjeračima vrijednost napona akumulatorske ćelije kako bez opterećenja tako i s opterećenjem ne smije nikad biti manja od 1,8 V. Podatak o maksimalnoj startnoj struji akumulatora je tehničke prirode i u praksi se akumulator nikad ne opterećuje ni blizu tolikom strujom. Iako je on sposoban dati toliku struju, padovi napona koji pri tome nastaju i nagle struje pražnjenja vrlo brzo bi akumulator učinile neupotrebljivim. Zato se za testiranje startnih sposobnosti akumulatora odabiru približno one struje koje realno i povuče elektropokretač motora konkretnog automobila.
Danas se proizvodi više tipova olovnih akumulatora za vozila i svaki ima neke svoje specifičnosti, odnosno prednosti i nedostatke naspram drugih tipova. Takozvani startni akumulatori pogodni su za automobile i slična prometala jer su sposobni u kratkom vremenu dati veliku količinu struje što je presudno za paljenje motora pomoću elektropokretača. Mana im je što se ne smiju previše prazniti no oni se u ispravnom automobilu praktični nikad previše ni ne prazne jer odmah nakon startanja motora opskrbu strujom preuzima alternator vozila. Za neke druge namjene (poput akumulatora za solarne sisteme ili električna vozila) razvijeni su olovni akumulatori koji podnose duboka pražnjenja i nalazimo ih pod nazivima “havy duty”, “deep cycle” ili trakcijski akumulatori. Današnji olovni akumulatori su svi (hermetički) zatvorenog tipa što znači da ne zahtijevaju nikakvo drugo održavanje osim redovnog punjenja. Kod nekih tipova akumulatora kiselina nije u slobodnom tekućem stanju već se ista nalazi natopljena u materiji sličnoj vati (AGM – Absorbent Glass Mat akumulatori), a kod nekih je kiselina zamijenjena elektrolitom na bazi silicij-dioksida u obliku pudera (GEL akumulatori) pa se mogu koristiti u bilo kojem položaju. Kako god bilo, danas su automobilski akumulatori postali potrošna roba kao i bilo koja druga baterija u nekom uređaju. Iako serviseri preporučaju stalnu kontrolu, provjeru i čišćenje akumulatora u vozilu u praksi se na njega ne obraća previše pažnja sve dok jednom ne zakaže, a onda nema druge opcije nego da se jednostavno zamijeni novim 🙂
Imam takva dva