Akkumulátor

Akkumulátorok

Az akkumulátor energiatároló berendezés, amely töltéskor a bevezetett villamos energiát vegyi energiává alakítja át, vegyi energia formájában huzamosabb ideig tárolni tudja, majd kisütéskor villamos energiává alakítja vissza.

Az akkumulátorra fogyasztót kapcsolva (kisütés) az akkumulátor úgy működik, mint egy galvánelem; a töltésszétválasztó folyamat közben elektródáinak anyaga átalakul. Amikor ez a folyamat teljesen végbement, az akkumulátor kisütött állapotba kerül. Ekkor a töltés során a kapcsaira adott feszültség hatására töltőáram alakul ki (ilyenkor az akkumulátor, mint fogyasztó, energiát vesz fel), melynek hatására az előbbi vegyi folyamat fordított irányban megy végbe, és az elektródák anyaga eredeti állapotba kerül vissza. A folyamat végén az akkumulátor feltöltődött, és ismét képes energiát szolgáltatni.

Az akkumulátor kapocsfeszültsége a kisütés során folyamatosan csökken, a töltés során folyamatosan nő. Ha kisütés közben kapocsfeszültsége a – típusától függő – érték alá esik, az akkumulátor kisült, a kisütést be kell fejezni, mert a további terhelés az akkumulátor károsodását okozhatja. A töltést szintén be kell fejezni, amikor a kapocsfeszültség a töltésre megadott értéket eléri. A túltöltés ugyanúgy tönkreteheti az akkumulátort, mint a megengedettnél nagyobb kisütés.

A gépkocsikban ún. savas akkumulátorokat alkalmaznak, melyek cellafeszültsége 2V. Az általánosan használt 12V-os akkumulátor 6 sorosan kapcsolt cellát tartalmaz.

Elektronikus berendezésekben „száraz” akkumulátorcellákat használnak, melyeket szokás ugyanolyan méretben készíteni (AA, AAA, C, D, 9V) mint az elemeket, telepeket, abból a célból, hogy az elem helyére behelyezhetőek legyenek. Lényeges különbség azonban az elemhez képest, hogy a ma használatos akkumulátorcellák (Ni-Cd = nikkel-kadmium, Ni-MH = nikkel-metálhidrid) névleges üresjárási feszültsége csak 1,2V. Így az elemek helyett akkucellákat használva a berendezést működtető feszültség kisebb lesz, bár a legtöbb esetben ez nem okoz problémát.

Ma az ugyanabban a méretben gyértott alkáli elemek valamivel nagyobb kapacitásúak, mint a Ni-MH akkumulátorcellák. Meg kell jegyezni, hogy bár az akkumulátor az energiát hosszú ideig tárolni tudja, ez az idő (néhány hónap) azonban nem mérhető össze az alkáli elemek élettartamával (néhány év). Az akkumulátorcella ára azonos nagyságrendben van az azonos méretű alkáli elemével, viszont akár 1000-szer feltölthető, így alkalmazása sokkal gazdaságosabb (de rövidebb energiatárolási ideje miatt akkor csak gyakran használt berendezések üzeméhez ajánlható).

Az akkumulátor veszteséggel dolgozik, azaz nagyobb töltést (és energiát) vesz fel, mint amekkorát kisütéskor lead. A veszteségek jellemzésére két hatásfokot szokás megadni:

Az amperóra-hatásfok a visszaadott és a felvett amperórák hányadosa, a wattóra-hatásfok pedig a visszaadott és felvett energia hányadosa.

(A wattóra-hatásfok mindig rosszabb, mint az amperóra-hatásfok, mert a töltés magasabb feszültségen megy végbe, mint a kisütés.)

A Ni-Cd ill. Ni-MH akkumulátorcellák amperóra-hatásfoka kb. 70%, ezért a névleges amperóra-kapacitásának 1/0,7=1,4-szeresével szokás feltölteni, és pedig az amperóra kapacitás 1/10-ének megfelelő árammal.

Példa:

Mekkora árammal és mennyi ideig töltsünk fel egy teljesen kisült, 1,2V 2400 mAh-s akkumulátorcellát?

Megoldás: A töltő áram legyen az amperóra-kapacitás 1/10-e, azaz 2400/10 = 240 mA. A töltési idő (70% hatásfokot feltételezve) legyen 14 óra.

Megjegyzés: A ma használatos akkumulátorokra (a 3V kapocsfeszültségű litium-ion cella kivételével) jellemző a memória effektus. Ez abban nyilvánul meg, hogy ha a cellát nem sütik ki teljesen, mielőtt feltöltik, energiatároló képessége lecsökken (mintegy „emlékszik” arra, hogy feltöltés előtt nem teljesen sütötték ki), és eredeti tároló képességét csak akkor nyeri vissza, ha teljesen kisütik, és ez után töltik fel.