02. Apr, 2020.
Hasan Helja

Hasan Helja


Čovek je biće prakse!

Vek trajanja automobilskog akumulatora zavisi od njegove vrste (proizvođača), ali i od načina upotrebe u toku eksploatacije, tako da se za pojedine baterije daje garancija do dve godine uz precizno propisane uslove pravilnog korišćenja. Najveći broj problema sa automobilskim akumulatorom nastaje zbog neadekvatnog korišćenja, pa se nekim vlasnicima automobila dešava da akumulator menjaju jednom godišnje, dok kod drugih traje od pet do šest godina. Nepisano pravilo “što skuplje, to bolje” treba zameniti sa “kupite akumulator koji je adekvatan tipu vozila!”

Kod izbora prilikom zamene akumulatora mnogi se odlučuju za akumulator većeg kapaciteta (Ah) od propisanog, misleći da će tako rezerva snage biti veća, čime se opterećuje elektronika za kontrolu struje i napona punjenja. To je jednako loše kao kad je kupljen akumulator manjeg kapaciteta. Kapacitet akumulatora za automobil određuje se zavisno od alternatora i regulacije punjenja, tako da moramo poštovati propise o broju Ah i A, ali ujedno voditi računa o broju i snazi potrošača u automobilu.

Praksa potvrđuje da napon akumulatora od 10,5 V pokazuje duboku ispražnjenost, dok pun akumulator ima napon 12,72 V. Napon od 12,6 V znači da akumulator radi sa 85 % kapaciteta, na 12,4 V sa 65 % i na 12,25 V sa 40 % kapaciteta. Kod olovnih akumulatora obe elektrode se oblažu olovnim sulfatom PbSO4. Prilikom punjenja Acu baterije dolazi do složenih elektrohemijskih procesa sa elektrolitom (razređena sumporna kiselina), na negativnoj elektrodi olovni sulfat prelazi u olovni dioksid (PbO2), a na pozitivnoj elektrodi stvara se čisto olovo (Pb). Istovremeno, povećava se koncentracija sumporne kiseline (H2SO4). Pri pražnjenju odvija se suprotan proces sa naponom do 2 V na jednom paru ćelija.

Smatra se da je potrebno dopunjavanje akumulatora ukoliko mu je napon ispod 12,4 V, a kontrolu bi trebalo vršiti najmanje jednom mesečno. U normalnom radu akumulator postepeno gubi vodu iz elektrolita. Zbog toga je, pored kontrole napona, potrebno povremeno proveriti nivo elektrolita koji mora prekrivati ploče akumulatora do 10 mm iznad njih. U slučaju potrebe dosipanja tečnosti dodaje se samo destilovana voda  jer kiselina (H2SO4) ne isparava. Gubljenje vode smanjeno je kod akumulatora savremenije konstrukcije koji “ne zahtevaju održavanje”, no nakon dužeg vremena treba i takve akumulatore proveriti i dopuniti.

Poznato je da se tokom rada motora akumulator puni preko alternatora (13,9 V – 14,7 V) od čije ispravnosti zavisi koliko će akumulator služiti, tako da povremeno treba kontrolisati napon punjenja koji nikako ne bi trebao da prelazi 14,8 V. Dopunjavanje ispravnog akumulatora drugim izvorima jednosmernog napona (punjačima) nije potrebno, izuzev ako se akumulator ispraznio do kritične granice zbog nekog opterećenja (veliki broj potrošača, posebno velika snaga audio pojačala), ili zbog dužeg stajanja na niskim temperaturama, kada nismo u mogućnosti da startujemo motor. Važno je napomenuti da se akumulator priključuje (isključuje) na ispravljač dok on nije uključen u mrežni napon. Razlog je što se prilikom spajanja krokodil štipaljki obično javlja iskrenje, što može dovesti do eksplozije. Stalno dopunjavanje akumulatora spoljašnjim izvorom struje nije preporučljivo, pošto u normalnim uslovima akumulator punimo preko alternatora automobila koji će ga posle nekoliko minuta rada u “praznom hodu” osvežiti i omogućiti dalje nesmetano dopunjavanje prilikom vožnje.

Treba imati u vidu da kod većine savremenih automobila ima uređaja koji troše struju akumulatora i u stanju mirovanja (pogledati sliku).  Tako npr. stalno uključeni GPS vuče struju od 5 mA, alarm 10 mA, svaki podizač prozora po 5 mA, sistem za ubrizgavanje goriva 5 mA, digitalni sat 3 mA, analogni sat 7 mA, a radio sa kodom 3 mA. Sve se to dešava kada automobil ne radi, što znači da prekoračenje struje svih potrošača preko 50 mA dovodi do pražnjenja akumulatora. U tom slučaju ugrađuju se hibridni akumulatori bez održavanja i sa malim gubitkom vode (2 g po Ah).  Ukoliko je izvodljivo, neke od potrošača možemo isključiti posebnim prekidačima, ili relejima koji se aktiviraju posle startovanja motora. U ovako složene radnje se ne smemo upuštati bez stručne pomoći, ili posebne dogradnje uštede struje koju vrše ovlašćeni servisi. Ukoliko to nije izvodljivo potrebno je češće paliti automobil, ili vršiti dopunjavanje tako što ćemo za vreme punjenja obavezno skinuti kleme sa akumulatora jer napon preko 14,8 V može oštetiti elektroniku automobila, što se posebno odnosi na računar koji kontroliše rad automobila. Kod punjenja hibridnih, i drugih hermetički zatvorenih akumulatora, najbolje je koristiti automatske punjače koji ne dozvoljavaju njihovo prepunjavanje, odnosno isključuju punjenje kod dostignutog vršnog napona (14,8 V). Takvi punjači “prepoznaju” vrstu akumulatora i automatski podešavaju struju punjenja i gornji dozvoljeni napon. Punjenje preko navedene granice dovodi do oštećenja ćelija.

Prilikom startovanja motora, po pravilu, treba isključiti sve veće potrošače: farove, grejanje prednjeg i zadnjeg stakla, klimu, ventilatore, radio prijemnik sa pojačalom. Preterano opterećenje akumulatora prilikom startovanja mu šteti i skraćuje vek trajanja. Mnogi zaboravljaju da se prilikom pokretanja alnasera iz akumulatora povuče veoma jaka struja, jer se radi o elektropokretaču velike snage. Ako niste u blizini servisa proverite punjenje akumulatora u radu jednostavnim trikom. Uključite što više potrošača i duga svetla. Potom dodajte i oduzimajte “gas” i posmatrajte. Ako se intenzitet svetla drastično smanjuje i pojačava, pri povećanju broja obrtaja motora, morate da proverite alternator i punjenje, kao i akumulator.

Potrebno je znati kako sačuvati akumulator i produžiti mu radni vek: stalno držati preporučeni nivo elektrolita dosipajući, ako treba, samo destilovanu vodu, kleme akumulatora uvek držati čiste i pritegnute, kućište akumulatora i sam akumulator uvek držati čisto, nikada ne dozvoliti da se akumulator isprazni ispod 10,5 V, održavati i redovno proveravati električnu instalaciju vozila i voditi računa o ukupnoj snazi potrošača i o kapacitetu akumulatora. Kod hermetički zatvorenih akumulatora problemi se mogu registrovati prilikom punjenja, ili kod pražnjenja, ali je dovoljno da se napon kontroliše u radnom režimu i u režimu mirovanja koji treba da se kreće u navedenim granicama. Ovakve akumulatore treba dopuniti svaka tri do četiri meseca odgovarajućim punjačem, što znači da se i oni održavaju.

Na kraju recimo da stari, istrošeni akumulatori spadaju u opasan otpad, zbog olova, kiseline, polietilena i polipropilena - sastojaka plastičnog kućišta akumulatora. Zbog toga se akumulator bilo koje vrste i kapaciteta ne odlaže kao običan otpad. Kod nas postoje sertifikovane fabrike koje koriste za reciklažu i do 97 % akumulatora. Zato, ako nabavljate novi akumulator, najbolje je da stari odnesete u servis, ili prodavnicu. Mnogi proizvođači daju do 10 % popusta za kupovinu novog ukoliko ste odgovorno svoj stari akumulator predali na reciklažu.

 

Elektronski otpad, ubrzanim razvojem novih tehnologija, postaje sve veći problem, jer se još uvek ne može odlagati na propisan način. Pošto sam o  problemima odlaganja elektronskog otpada pisao ranije na ovom portalu, u ovom članku ću se pozabaviti temom kako ispravne delove pokvarenog UPS-a korisno upotrebiti za rekonstrukciju nekog drugog upotrebljivog uređaja za domaćinstvo.

Kod dugogodišnje upotrebe UPS uređaja najpre nastaju problemi sa akumulatorskom baterijom čiji je radni vek trajanja ograničen. Obično se radi o periodu do tri godine, što zavisi od vrste i kvaliteta baterije, ali i stanja elektronike koja je puni u toku eksploatacije. Kada primete da ni elektronici nema spasa, mnogi takav uređaj odbacuju kao otpad, ne razmišljajući da kod UPS-a gotovo nikada ne strada transformator i većina pasivnih, ali i aktivnih komponenti. Njih treba pažljivo skinuti i ispitati ispravnost, što se, inače, radi i kod odlaganja otpada kod registrovanih organizacija koje se na propisan način bave tim poslom.

Kutiju UPS uređaja, zajedno sa transformatorom, sam na najbolji način iskoristio za konstrukciju višenamenskog ispravljača sa regulacijom napona i jačine električne struje. U ovoj složenoj konstrukciji iskoristio sam dva odvojena izvoda sekundara transformatora, pošto jedan od njih daje 12 V, a drugi 18 V. Za oba izvoda, posle ispravljanja sa dva posebna Grec spoja, uradio sam preciznu elektroniku regulacije napona bez slabljenja jačine struje, ali sa dodatnom mogućnosti da se reguliše i jačina struje zbog specifičnih kriterija kod punjenja Ni-Cd akumulatora. Maksimalni ispravljeni jednosmerni naponi na dva odvojena izvoda iznose 17 V i 25 V. Prilikom korišćenja jačih struja može se desiti grejanje nekih komponenti, što je ublaženo dodavanjem kompjuterskog ventilatora (kulera) čija se brzina okretanja reguliše putem ugrađenog senzora na hladnjaku. Ova konstrukcija ima posebnu vrednost zbog elektronike za regulaciju napona, kao i rešenja da se sve komande i signalizacija izvedu na prednjem delu uređaja.

Pošto se radi o složenom multifunkcionalnom ispravljaču, da ne bismo stalno kontrolisali napone na izlazima, najbolje je ugraditi precizan digitalni voltmetar, koji se jednim preklopnikom može koristiti za oba izlaza. Jednostavnije praktično rešenje je da na prednjoj strani kutije označimo napone kod preklopnika i jačinu struje kod potenciometra ( pogledati sliku ispod naslova ). Sva elektronika smeštena je u plastičnu kutiju UPS-a u kome je na njegovom ranijem mestu ostao jedino transformator snage 500 W. Zadnji deo kutije iskorišćen je za prekidač naizmeničnog napona 230 V, 2 A, te za dva izlaza jednosmernog napona sa odgovarajućim presecima kablova koji su dimenzionisani prema merenim jačinama struje sa maksimalnim opterećenjem izabranog potrošača, ili prema kapacitetu akumulatora koji se nakon pražnjenja puni odgovarajućim naponom.

Na kraju se postavlja neminovno racionalno pitanje, šta smo dobili ovom konstrukcijom? Pre svega, pametno smo iskoristili elektronski otpad jer se sa minimalnim ulaganjem dobio višenamenski ispravljač i punjač akumulatora sa preciznom regulacijom napona i jačine struje. Dalje, možda najvažnije, proverili smo teoriju u praksi, Omov zakon i Kirhofova pravila za složena strujna kola i korisno upotrebili slobodno vreme, ukoliko ga imamo. Najveća nagrada za bilo kog konstruktora je praktična upotrebljivost uređaja u kabinetu, laboratoriji, ili u domaćinstvu. Ne treba zaboraviti ni uštedu novca, jer kvalitetniji fabrički ispravljači prilično koštaju i teže se opravljaju u slučaju kvarova, a ako se odlučimo za kupovinu polovnih uređaja, onda možemo imati veću štetu nego korist!

 

Pored olovnih akumulatora različitog napona i kapaciteta (Ah, mAh), danas koristimo punjive baterije manjeg pakovanja koje, zbog različite tehnologije izrade, nose tipične skraćenice u svojim nazivima, kao što su: Ni-Cd, Ni-MH i Li-ion. Nikl kadmijumska baterija (Ni-Cd) ima elektrode od nikla i kadmijuma, a kalijum hidroksid kao elektrolit. Nju sve više zamenjuje nikl-metalhidrid (Ni-MH) baterija koja ne podleže “memorijskom efektu”. Litijum jonska (Li-ion) baterija je najviše u upotrebi u laptop računarima i „pametnim“ mobilnim telefonima zbog povoljnog odnosa kapaciteta i mase. Ona ne dolazi u standardnim oblicima, već u specijalnim baterijskim paketima. Postoji još nekoliko tehnologija punjivih baterija, kao što su litijum-polimer (duplo većeg kapaciteta od Li-ion), cink-vazdušna (veoma lagana), cink-živin oksid (za slušne aparate), srebro-cink (avio industrija) i metal-hlorid (u električnim vozilima), mada se svake godine pojavljuju neka nova i kvalitetnija rešenja trajnosti i manjih dimenzija punjivih baterija. Njihovo punjenje ima posebne zahteve od kojih zavisi vek trajanja ovih baterija.

Kada se isprazne punjive baterije prenosnih uređaja moguće ih je napuniti ispravljačima, ili pomoću punjača. Kod nekih uređaja, kao što su laptopovi i „pametni“ telefoni, ne možemo efikasno koristiti bilo koji punjač zbog pojave “memorijskog efekta” i ugrađenog čipa baterije, tako da moramo voditi računa o oznaci (identifikaciji baterije: Id code, proizvod Vendor code). To znači da takve baterije moraju imati odgovarajući punjač koji nije običan i složene je konstrukcije. Standardni punjači za ostale tipove baterija veoma su jednostavni i uglavnom nisu transformatorskog, već „čoperskog“ tipa, ali daju struju stalne jačine, a na korisniku je da punjač isključi kada je baterija puna. U praksi proverena formula za izračunavanje vremena punjenja ovih baterija glasi:

Vreme punjenja baterije (u minutama) = [(kapacitet baterije/jačina struje punjenja)/0,8] * 60.  ( izvedeno iz formule: t = q/I , oznaka jedinica: s = C / A )

Formula je značajna, jer svako prepunjavanje oštećuje bateriju. Punjenje standardnim punjačima može potrajati desetinu sati, u zavisnosti od kapaciteta baterije. Noviji punjači su „inteligentni“ i opremljeni sa mikroprocesorom koji prati tok punjenja. Tehnikom kontrole delta-napona ovi punjači prekidaju punjenje u pravom trenutku. Takođe, oni su značajno brži jer bateriju pune jačom strujom koju stalno kontrolišu. Ako danas kupite punjač, najverovatnije je u pitanju „inteligentni“ punjač koji se može uz malo više truda i napraviti (pogledati slike). Napravljeni punjač je transformatorskog tipa i ima nekoliko varijanti izbora različitog napona punjenja. Osnovno je kod ovih punjača kontrola napona i jačine struje punjenja koja neće dovesti do stanja „prepunjavanja“, već će se automatski isključiti kada dostigne zadati napon punjenja. Punjenje Li-ion baterija može se vršiti preko najobičnijeg ispravljača nešto višeg napona od napona baterije jer sama baterija ima ugrađenu elektroniku koja ne dozvoljava prepunjavanje. Ovakve baterije veoma često susrećemo kod američkih bušilica čiji punjači rade na 110 V, 60 Hz. Pošto takvi punjači ne rade na 230 V, najbolje rešenje je da kupimo, ili pravimo odgovarajući punjač napona do 22 V, pošto baterija ima napon 18 V. Kod ovakvih bušilica baterija ima poseban mikroprocesor koji kontroliše napon i struju punjenja, ali i broj punjenja koji je ograničen obično do 1000, što ponekad predstavlja neprijatno iznenađenje. Zbog toga je prerada punjača za američke baterije uvek komplikovana, uglavnom rizična, jer elektronika sa mikročipom često pravi nerešive probleme (pogledati sliku otvorene baterije sa elektronikom).

Koji god punjač koristimo, grejanje baterije u toku punjenja je sasvim normalna pojava koja ne treba da brine. Ako se javljaju visoke temperature baterije, onda nije usklađen napon, ili jačina struje punjenja, što se u startu rešava merenjem i podešavanjem navedenih veličina (napona i jačine struje punjenja) sa propisanim vrednostima koje su naznačene na samoj bateriji. Jačina struje punjenja može se precizno računski odrediti dodavanjem otpornika (Rx) u serijsku vezu izvora čija se vrednost dobije pomoću formule: Rx = ( Ui – Ubat )/Ip. Dozvoljena jačina struje punjenja (Ip) obično je naznačena  na bateriji, što se odnosi i na napon (Ub), dok se napon izvora (Ui) i struja punjenja mere nekim preciznim analognim, ili digitalnim multimetrom. Posle podešavanja navedenih parametara i ugradnje Rx za određenu bateriju nije potrebno stalno merenje.

Drugi značajan pojam kod punjivih baterija je tzv. “memorijski efekat”. To je pojava da baterija gubi svoj kapacitet posle više ciklusa nepotpunog punjenja i pražnjenja. Tome su naročito podložne Ni-Cd baterije. Ako ovu bateriju više puta punite, pre nego što je ispraznite do kraja, doći će do pojave kristalizacije elektrolita. To predstavlja pojavu taloga koji smanjuje prostor u ćelijama baterije. Memorijski efekat je “izlečiv” tako što svaku ćeliju baterije treba isprazniti minimalnim opterećenjem (potrošačem) na 1,0 V po ćeliji, a zatim je potpuno napuniti. Ovaj proces se ponovi nekoliko puta dok se baterija ne vrati na njen originalni kapacitet. Zbog osetljivosti i rizika navedene radnje sa običnim punjačima najbolje je koristiti savremene punjače koji imaju opciju “osvežavanja” baterije. Ova priča odnosi se samo na baterije koje imaju više ćelija, recimo na baterije većine mobilnih telefona koje dolaze u sve kvalitetnijem izdanju.

Na kraju, osvrnimo se na životni vek punjivih baterija različitih tipova. Njihov životni vek meri se u ciklusima punjenja i pražnjenja. Kod Ni-Cd baterija on iznosi oko 1000 ciklusa, kod Ni-MH baterija 600 ciklusa, a kod Li-ion oko 800 ciklusa. Ako vam se čini da je to malo i vremenski kratko, zamislite da bateriju punite i praznite svaki dan (što obično nije slučaj), videćete da će baterija realno trajati dve do tri godine. Kada izračunate koliko nepunjivih baterija morate da kupite za isti vremenski period, biće vam odmah jasno koliko su punjive baterije ekonomski isplative. Neki od uređaja, kao što su telefoni, zbog oblika kućišta u koje se smešta baterija i vrste spojeva na njoj ne mogu koristiti obične baterije. Važno je istaći da od pravilnog punjenja baterije zavisi vek njenog trajanja, da bateriju nikada ne treba puniti do maksimuma, da je posle punjenja treba prazniti, ali nikako do nultog napona, niti se baterija treba stalno držati na punjaču zbog moguće kristalizacije elektrolita koja smanjuje njen kapacitet i radni vek. Ovo se posebno odnosi na baterije laptopova i baterije mobilnih telefona.

Izvor saznanja: www.2bike.rs

 

 

PokloniIOtpadSkloni