NABÍJEČE STARTOVACÍCH AKUMULÁTORŮ MOTOROVÝCH VOZIDEL

Navzdory názoru, že alternátory a nabíjecí automatika vozidel plně postačí ke kvalitnímu dobití akumulátorů, jsou tyto nabíječe stále dobře prodejným artiklem. Při náhlých poklesech teploty hluboko pod bod mrazu se totiž stávají nedocenitelným pomocníkem každého řidiče. Nejvhodnějšími přístroji jsou elektronicky řízené vysokofrekvenční nabíječe. Vyznačují se malými rozměry a hmotností. Výstup nabíječe je bez proudových špiček, které by mohly poškodit drahou elektroniku aut. Z tohoto důvodu nemusí být akumulátor během nabíjecího procesu odpojován od elektrické soustavy vozidla, některé nabíječe umožňují osazením vhodnou kabelovou koncovkou nabití akumulátoru přes zásuvku zapalovače. Velkou výhodou, i když velmi výjimečnou, jsou zdroje s teplotně kompenzovanou hladinou udržovacího napětí – ideální pro udržování akumulátoru v nevytápěné garáži.

Nabíječů startovacích akumulátorů je na našem trhu celá řada, a to jak tuzemských, tak z dovozu. Při hodnocení jejich kvality je třeba si při nákupu uvědomit odlišné zahraniční zvyklosti uvádění výstupních parametrů – a to sice rozdíl mezi efektivními a středními hodnotami proudu. Střední hodnota proudu nabíjí akumulátor, efektivní hodnota ohřívá vodiče i akumulátor. U jednoduchých zdrojů je efektivní složka 1,5– až 2krát vyšší.

NABÍJEČE STANIČNÍCH AKUMULÁTORŮ

V této kategorii přístrojů jde o technickou špičku nabíječů, s přísnými nároky na funkci a výstupní hodnoty. Zpravidla je požadováno zvlnění pod 1 %, teplotní korekce odvozené z rozdílu teploty nabíjeného akumulátoru a teploty okolí, možnost přímého napájení spotřebičů nebo oddělená regulace proudu na akumulátor a do zátěže. Většinou jde o zcela automatické, mikroprocesorem řízené zdroje s možností nastavení řady parametrů dle konkrétních zákaznických požadavků.

NABÍJEČE TRAKČNÍCH AKUMULÁTORŮ

Tato oblast se co do rozmanitosti různých běžně průmyslově užívaných typů nabíječů vyznačuje naprostým technickým balastem. Trakční akumulátory jsou ještě na mnohých místech nabíjeny selenovými nabíječi nebo nabíječi, jejichž výrobce již zanikl, nebo také nabíječi dovezenými do republiky před čtvrt stoletím. Při konkrétní obhlídce stavu v různých průmyslových závodech nezbývá než konstatovat, že akumulátory jsou použitou zastaralou technikou místo nabíjení spíš systematicky ničeny. Dosadíme-li k nevhodným nabíječům také velká kvanta současně různými dovozci akumulátorů dovážených nabíječů s charakteristikami W, připomínají mnohé podniky odkladiště výrobků zcela nevhodných pro vyspělý trh.

Moderní výrobek zaručující brzkou návratnost vložených investic musí být vybaven nabíjecí charakteristikou garantující dodržení výrobcem deklarované životnosti akumulátoru a musí se vyznačovat vysokou účinností, minimálně 90 % a výše.

VYSOKOFREKVENČNÍ NABÍJEČE

Přístroje splňující oba požadavky jsou například vysokofrekvenční nabíječe. Inteligentní přístroj např. po připojení akumulátoru a zapnutí čeká půl minuty na ruční volbu obsluhy. V případě absence těchto pokynů zvolí všechny parametry sám a nabije připojený akumulátor automaticky. Otestuje napětí připojeného akumulátoru (24, 48, 80 V nebo libovolné jiné) a přizpůsobí své výstupní napětí této hodnotě. Automatický nabíjecí proces je korigován teplotou nabíjeného akumulátoru. Po nabití do konečných znaků, dodání 115 až 120 % elektrického náboje, jmenovité kapacity připojeného akumulátoru (tzv. nabíjecí faktor zabraňující nežádoucímu memory efektu – postupné ztrátě kapacity akumulátoru), je v případě charakteristiky IUIa nabíjení automaticky ukončeno. Moduly, které se vyznačují malými rozměry a poměrně nízkou hmotností, lze pro zvýšení výkonu řadit sériově i paralelně. Nabíjecí charakteristika pro tento případ je IU. V podstatě však lze pro mikroprocesorem řízený nabíječ naprogramovat na doporučení výrobce akumulátorů charakteristiku zcela libovolně. Takový nabíječ může také být osazen výstupem na světlovodnou linku pro sběr dat v nadřazeném PC. Může ovládat přídavná zařízení, přístroj na vzduchování a přístroj na automatické doplňování destilované vody. Jeho užitné vlastnosti mohou být rozšířeny doplněním o možnost identifikace akumulátoru, vozíku a obsluhy a následnou archivaci jejich přihlášení do nabíjecí soustavy, ale zejména archivaci všech dějů, které se v souvislosti s nabíjením udály. S tímto rozšířením si přístroj automaticky pamatuje každý špatný nabíjecí proces, a to v časovém úseku dvou měsíců zpětně.

Všechny nakupované nabíječe by měly mít ve svém programu i tzv. formovací režim, který je nutný pro zachování životnosti akumulátorů. Pravidelné formování je součástí trvalé péče o celý akumulátorový park podniku.

RYCHLONABÍJENÍ

Kromě prioritního požadavku na kvalitu nabíjecí techniky vzniká tam, kde je to nutné a zejména ekonomicky zdůvodnitelné, též další limitní požadavek krátkých nabíjecích časů. Tento požadavek je uplatňován zejména v ekonomicky dobře fungujících průmyslových provozech, kde je kladen velký důraz na pracovní vytíženost manipulační techniky. Dnes běžně používané akumulátory s kapacitou 700 Ah a výše je nutné v třísměnných provozech nabíjet do konečných znaků v časech mezi šesti a sedmi hodinami. Samozřejmě že požadavek rychlé obnovy mobility platí též pro veškerá vozidla s nulovými emisemi – elektromobily a další elektricky poháněné dopravní prostředky, kde se požadavek na potřebný čas nabití zkracuje řádově na desítky minut.

Kritériu rychlosti nabití nelze v současnosti vyhovět jinak než použitím nabíječů k tomuto účelu speciálně vyvinutých a určených. Zrychlení nabíjecích časů umožňují zejména nabíječe s vyššími nabíjecími proudy a vhodně volenou nabíjecí charakteristikou. V podstatě jde o středofrekvenční nebo vysokofrekvenční přístroje řízené mikroprocesorem, vybavené přesnými korekcemi nabíjecích parametrů a teploty. Při teplotní korekci je teplota akumulátoru snímána teplotní sondou, která ve spolupráci s řídicími obvody nabíječe dokáže při růstu teploty nad danou mez podstatně omezit nabíjecí proud nebo nabíječ vypnout.

Další výhodou těchto nabíječů jsou zpravidla malá hmotnost, malé rozměry, ale zejména vysoká energetická účinnost.

VLASTNOSTI AKUMULÁTORU

Použitý akumulátor by měl mít velmi nízký vnitřní odpor, daný konstrukcí desek, jejich plochou, způsobem připojení k vývodním elektrodám a složením elektrolytu. K vnitřnímu odporu je nutné ještě připočítat odpor přívodních kabelů. Součet těchto odporů způsobuje tepelné ztráty, které ohřívají akumulátor a tím přímo limitují maximální proud, jímž lze v daném okamžiku akumulátor nabíjet. Z těchto podmínek lze usoudit, že vhodným akumulátorem pro rychlonabíjení bude ten, který má dostatečně robustní kontakty, dostatečný průřez propojek článků a zpevněnou konstrukci desek. Zjednodušeně řečeno ten, který bude konstrukčně přizpůsoben vysokým nabíjecím proudům, jimiž rychlonabíječe disponují.

Nabíjet nelze akumulátory s vadnými články, kdy se nabíjecí napětí musí rozdělit na menší počet ještě funkčních článků, což může vést k prakticky okamžitému plynování zbylých dobrých článků, k jejich enormnímu ohřevu, a pokud bude i nadále pokračovat nabíjecí proces, také ke zhoršení již beztak špatného stavu akumulátoru.

ÚDRŽBA AKUMULÁTORU

Údržba akumulátoru je v podstatě shodná jako v případě normálního nabíjení. Je nutné se řídit doporučeními výrobců, dbát na kvalitní připojení svorek a udržovat jejich čistotu. Nutnou součástí péče o akumulátory jsou též jejich preventivní technické prohlídky. Podle nabíjecí charakteristiky rychlonabíjení nelze provádět první nabíjení akumulátorů. Doporučuje se aspoň první dva nabíjecí cykly provést pomalým nabíjením, malým proudem, aby byl akumulátor správně naformovaný.

Dík rozšířené a zpřesněné autodiagnostice nabíječů lze odhalit řadu chyb v nabíjecím cyklu nebo ještě před ním a tím naprosto minimalizovat nebezpečí poškození akumulátoru při nabíjení. Nabíječ po připojení akumulátoru nepotřebuje žádnou obsluhu a provede automaticky start, test, výběr akumulátoru a vstoupí do nabíjecího cyklu. Díky této funkci pozná i odpojení akumulátoru nebo přerušení nabíjení. Následně potom přejde do tzv. stand-by stavu s minimalizovaným odběrem a odpojenou silovou částí a je tak připraven k připojení jiného akumulátoru a zahájení nového nabíjecího cyklu.

PRŮBĚH RYCHLONABÍJENÍ

Po zapnutí nabíječe, v pauze asi deseti sekund, je akumulátor testován co do jeho kvality a odpovídajícího napětí. Další test je proveden malým testovacím proudem a teprve pokud je vše v pořádku, spouští nabíječ vlastní nabíjení. Nabíječ proud průběžně zvyšuje a přitom kontroluje napětí akumulátoru. Hledá optimální proud pro jeho nabíjení. V tomto okamžiku může proud klesat nebo stoupat až na maximální hodnotu, a to až do doby, kdy nabíječ přejde do pracovní fáze. V této fázi je akumulátor nabíjen maximálním proudem, který může nabíječ dodat a zpravidla je k dispozici též údaj o dodaných Ah a času.

Pokud akumulátor přestane přijímat energii v takovém množství, které je poskytované nabíječem, a dostoupí hranice plynovacího napětí, je nutné nabíjecí proud omezit. Nabíječ v tomto okamžiku přechází do stavu regulovaného nabíjení. Nabíjecí proud je omezen na takovou hodnotu, kterou je akumulátor schopen přijímat a je neustále aktualizován podle stavu akumulátoru. V praxi to znamená, že plynule klesá.

Když není předvolbou požadovaná funkce konečného nabíjení, tj. dodání elektrické energie, o 15 až 20 % větší než jmenovitá kapacita akumulátoru (u výrobců hodnota ladefaktor), bude nabíjecí proud klesat přibližně až na hodnotu 3 A, kdy je nabíjení automaticky ukončeno.

Vyrovnávací nabíjení – v případě zařazení této funkce nabíječ snižuje hodnotu nabíjecího proudu na 10 A a potom tuto hodnotu konstantně udržuje. Nabíječ sleduje nárůst napětí na akumulátoru v čase. Pokud je menší než 1 V za 10 minut, dochází k ukončení nabíjecího procesu.

VÝHODY ELEKTRONICKY ŘÍZENÝCH NABÍJEČŮ

V tomto okamžiku nelze opomenout pravděpodobně jednu z největších výhod mikroprocesorem řízených nabíječů – širokou variabilitu. Zmíněnými nabíječi lze nabíjet všechny na trhu známé a dostupné druhy akumulátorů. Kyselé, NiCd, NiFe, gelové, s rozsahem kapacit mezi 35 až 1 400 Ah, se jmenovitým napětím 12 až 160 V. Druh akumulátoru však musí být známý výrobci nabíječe, aby tomuto druhu mohl přizpůsobit (naprogramovat) též odpovídající charakteristiku.

Konkrétní rozsahy nabíjecích napětí a kapacit jsou definované v programu již od výrobce, na základě požadavku odběratele. Pokud požadavek není znám, je v programu vložena univerzální tabulka. Firemní nastavení lze ovšem snadno měnit v tzv. uživatelském nastavení. Nabíječe jsou dík této možnosti kdykoliv snadno přestavitelné na jiný typ akumulátoru nebo na úpravu nabíjecí charakteristiky dle požadavků výrobce.

Přístroje lze pro získání potřebné nabíjecí kapacity, bez jakéhokoliv dalšího řídicího článku, řadit paralelně. Stejný postup lze zvolit také v okamžiku, kdy je nutné maximálně zkrátit nabíjecí čas.

CHARAKTERISTIKA PRO RYCHLONABÍJENÍ

Pro rychlé nabíjení jsou nabíječe vybaveny základní charakteristikou typu IU. Volba charakteristiky je však rovněž libovolná a umožňuje veškeré modifikace charakteristik dle normy DIN.

Následně si můžeme uvést některé konkrétní výhody rychlonabíječů:

Akumulátorům je v každém okamžiku nabíjecího procesu dodáván maximální náboj, který je akumulátor vzhledem ke stupni svého vybití a technickému provoznímu stavu schopen přijmout. Nabíječ neustále tuto možnost testuje a podle výsledků testů řídí velikost nabíjecího proudu, jehož maximální hodnota se pohybuje řádově ve stovkách ampérů. Dík této vlastnosti lze vysokými proudy nabíjet též akumulátory s nižší kapacitou bez hrozby jejich destrukce. Všeobecně lze říci, že rychlonabíjení je nejen vysoce efektivní, ale díky špičkové diagnostice zároveň velice šetrný nabíjecí proces.

VLASTNOSTI RYCHLONABÍJEČŮ

Co vlastně tyto nabíječe zákazníkům nabízejí:

• veškerá nastavení, nabíjecí profily, historie i čas jsou uloženy v RAM paměti;
• paměti i hodiny jsou zálohovány lithiovou baterií s minimální životností 10 let;
• modifikace nabíjecích profilů je možná uživatelem přímo z ovládacího panelu;
• modifikace nabíjecích profilů z PC. Je dodáván i potřebný software;
• precizní diagnostika nabíječe i akumulátoru;
• regulace výstupního napětí i proudu je velice rychlá;
• možnost připojení identifikačního modemu, který může předat nabíječi základní informace o akumulátoru právě připojeném k nabíječi;
• možnost připojení zařízení na vzduchové míchání elektrolytu;
• možnost připojení zařízení na automatické doplňování destilované vody;
• možnost připojení monitorovacího modulu – dohled nad akumulátorem po celou dobu jeho životnosti;
• možnost připojení vzdáleného terminálu – řízení a dohled z jiného místa;
• připojení nabíječe k nadřazenému PC;
• možnost propojení nabíječů do datové a řídicí počítačové sítě. Připojení je realizováno pomocí optických kabelů a je tedy vhodné pro rychlý a bezchybný přenos dat a řízení i v aplikacích s vysokou mírou okolního rušení.

Při zpracování bylo použito materiálů společnosti Eprona, a.s.