Az elektromos energia tárolására kétféle eszközt használunk, primér és szekunder cellákat. A köznyelvben a primér cellákat "elem" néven, a szekunder cellákat "akkumulátor" néven használjuk, a kettő közötti leglényegesebb különbség, hogy az akkumulátor újratölthető.
Angolul mindkét áramforrás neve "battery", az akkumulátorokra, ha meg kell őket különböztetni, "rechargeable battery" (kb. "újratölthető elem") néven hivatkozunk.
Cella típusa
|
Felhasználási terület
|
Újratölthető? |
| Elem (primér cella) |
EPIRB, SART, ... | Nem |
| Akkumulátor (szekunder cella) |
Indító vagy használati akkumulátorok, kézi VHF rádió, kézi GPS, mobiltelefon |
Igen |
Cellatípusok
Elemek (primér cellák)
A primér cellákat nem lehet újratölteni. Olyan kémiai anyagokkal vannak feltöltve, amelyek áramtermelő reakciója nem visszafordítható (irreverzibilis), így a folyamatok lejátszódása után az elem "kimerül".
Primér cellák (elemek)
A primér cellák (elemek):
- sorbaköthetőek, így elérhető egy adott feszültség,
- nem közhetőek párhuzamosan, mert akkor előfordulhatna, hogy az egyik cella a másikat megpróbálja tölteni.
Öt különböző lényeges elemtípust használunk (ezek fordulnak elő a hajókon is):
Cink-szén elemek
Cellafeszültségük 1.5 V. Előnyök alacsony áruk, viszont gyorsan öregednek: kapacitásuk 15%-át vesztik el évente. A lemerült elemeket soha nem szabad a berendezésben felejteni, mert nagyon erős maró hatású anyagok folyhatnak ki belőlük, komoly károkat okozva.
A lemerülőfélben lévő elemeken a készülék kikapcsolásával (az elem pihentetésével) lehet valamennyire segíteni, de ez csak az élettartam meghosszabbítására szolgál (a folyamatos használat során gyorsabb a lemerülés folyamata).
Alkáli / mangán elemek
These are the premium "longer life" batteries such as "Duracell". They have a nominal voltage of 1.5 V per cell. They are considerably more expensive than carbon/zinc batteries, but they have about 3 times the capacity and normally lose only about 7% of their capacity per year in storage. If the battery is getting low, then by turning the equipment off for a while and letting the battery rest the useful life can be prolonged. Continuous discharge reduces the capacity of the battery.
A köznyelvben "tartós elemként" ismert elemek. Cellafeszültségük 1.5 V, sokkal drágábbak, mint a cink-szén elemek, de háromszoros kapacitás mellett, és a tárolás során is csak 7%-ot vesztenek ebből a kapacitásból (évente).
A lemerülőfélben lévő elemeken a cink-szén elemhez hasonlóan a készülék kikapcsolásával (az elem pihentetésével) lehet valamennyire segíteni, de ez csak az élettartam meghosszabbítására szolgál (a folyamatos használat során gyorsabb a lemerülés folyamata).
Higany (higany-oxid) elemek
A higanyos elemek cellafeszültsége 1.4 V. Jóval drágábbak, viszont 6-8x nagyobb kapacitással rendelkeznek, mint a mindig hivatkozási alapként használt cink-szén elemek. Évente 6%-ot vesztenek kapacitásukból.
A biztonságos megsemmisítésük, tárolásuk körül kialakult problémák (extrém veszélyes anyag) miatt egyre kevésbé használnak ilyen elemeket (gyakorlatilag kihalt elemfajta).
Ezüstoxid elemek
A köznyelvben gombelemekként ismert elemek. Cellafeszültségük 1.5 V. Az alkáli elemek kapacitásával egyezik meg a kapacitásuk (tehát kb. 3x nagyobb, mint cink-szén elemek kapacitása). Áruk sokkal magasabb, viszont nagy előnyük, hogy kapacitásuk 4%-át vesztik el évente.
Lítium - mangándioxid elemek
A Li-MnO2 a legmodernebb, nagyon magas energiasűrűségű elemek. Cellafeszültségük 3 V. Kapacitásuk a megközelíti a higanyos elemekét, de a mi a legjobb: évente csak 2%-ot vesztenek a kapacitásukból, emiatt nagyon jól használhatóak EPIRB és SART eszközökben.
re the most modern, high power batteries. Their nominal voltage is 3 V. Their capacity is approaching that of the mercury batteries, but best of all, they generally lose less than 2% of their capacity per year. They are ideally suited as back-up batteries inside some equipment and in EPIRB and SART equipment because of their long service life.
Akkumulátorok (szekunder cellák)
Az elemekkel szemben nem végleges a lemerülésük, megfelelő eszközökkel újratölthetőek. A fedélzeti elektromos eszközök áramellátásának biztosítására vagy beépítve (az eszközbe), vagy a hajó elektromos rendszerén keresztül (a kábelezés során) akkumulátorokat vagy akkumulátorcsoportokat használnak.
Az akkumulátorok töltése visszafordítja a használata során végbement kémiai reakciót, így az akkumulátor újra képessé válik áram leadására.
Akkumulátorok (szekunder cellák)
Amint már láttuk, párhuzamosan és/vagy sorosan kapcsolva, az akkumulátorok csoportba foglalva szinte bármilyen feszültségű és kapacitású csoportot létre tudnak hozni. A párhuzamos kapcsolás azonban kerülendő, csak akkor szabad használni, ha teljesen biztosak vagyunk abban, hogy azonos fizikai és kémiai jellemzőkkel rendelkező akkumulátorokat kötünk össze és mindegyik akkumulátor jó állapotban van (a rossz akkumulátor ugyanis biztosan el fogja rontani a vele párhuzamos kapcsolásban lévő jót. Nem elronthatja, elrontja, visszafordíthatatlan károsodást okoz).
Savas ólom akkumulátorok
A legelterjedtebb akkumulátorfajta. Ugyanaz, mint a jól ismert autós akkumulátorok. Minden akkumulátor 2 V névleges feszültségű cellákból épül fel. A legtöbb akkumulátor 3 vagy 6 cellából áll, így az akkumulátor 6 vagy 12 V-os lesz. A megfelelő kapacitást az így kialakított cellacsoportok párhuzamos kapcsolásával alakítják ki. A hajókban jellemzően 12 vagy 24 V-os rendszereket használnak.
Az ólom akkumulátorok cellái elektrolitba (ebben az esetben: higított kénsavba) merülő ólomlemezekből állnak. Az ilyen akkumulátorok népszerűségüket alacsony áruknak és elég nagy áramleadó képességüknek köszönhetik (elég áramot biztosítanak egy autó motorjának beindításához).
Hagyományos savas ólom akkumulátorok: Az egyes cellák "kupakjai" levehetőek, így minden cella töltöttségét és állapotát vizsgálni lehet.
Hagyományos akkumulátor
A cellák állapotának megállapítására az elektrolit (ami jelen esetben higított kénsav) töménységének mérése szolgál (minél jobban fel van töltve az akkumulátor, annál sűrűbb az elektrolit).
Töménységmérő (savfokoló, hydrometer)
A savfokoló (töménységmérő, hydrometer) egy üvegcsőből (vagy saválló műanyag csőből) és egy úszóból áll. A cső egyik végén egy kis pumpa, a másik végén egy gumicső van, amelyen keresztül mintát lehet venni az elektrolitból. Az úszó úgy van beállítva, hogy a lehetséges töménységtől függően ússzon a csőben. Minél sűrűbb az elektrolit, annál magasabbra úszik fel az úszó. A teljesen feltöltött savas ólom akkumulátorokban a sűrűségi érték 1.27 körül, a teljesen lemerült akkumulátorokban 1.16 körül van (de ez a környezeti hőmérséklettől függően változik!!). Sokszor színekkel is jelölik a különböző töltöttségi állapotoknak megfelelő sűrűséget.
Savfokoló használat közben
The specific gravity measurement should be repeated for each cell and if one cell is showing much lower specific gravity than others, then it is an indication that particular cell is no longer taking a full charge and it could suggest that the battery is coming to the end of its useful life.
Az elektrolit töménységének mérését minden egyes cella esetén el kell végezni. Ha az eredmények azt mutatják, hogy valamelyik cella jóval alacsonyabb sűrűségű elektrolitot tartalmaz, az annak a jele, hogy ez a cella már nem képes a teljes töltést felvenni, és az akkumulátor az élettartama végéhez közeledik.
Az 1.22 alatti sűrűség azt jelenti, hogy a cellát újra kell tölteni, kapacitása jó részét leadta.
Ezek a sűrűségi adatok jellemzően a mérsékelt égövi éghajlati viszonyokra vonatkozva igazak. Az északi tengeren töményebb, a trópusokon hígabb savra van szükség.
A töltés során ezek az akkumulátorok vizet használnak, ezért időnként desztillált vízzel újra kell őket tölteni. Az akkumulátoron meg van jelölve az elvárt elektrolit-szint, idáig kell feltölteni a cellát. Ha nincs jelölés, akkor annyira kell feltölteni, hogy az ólomlemezeket teljesen elfedje a folyadék, legalább 5mm-es elektrolit-réteg legyen a lemezek felett.
Gondozásmentes akkumulátor
A teljesen feltöltött akkumulátor feszültsége 12.6 V. Az akkumulátor jellegéből adódóan az egyetlen módszer az állapot ellenőrzésére a feszültségmérés.
Ha a feszültség 12,4 V alá esik, az akkumulátort tölteni kell.
Akkumulátor ellenőrzése voltmérővel (üresjárati mérés)
Zselés akkumulátorok
These are the modern version of the lead/acid battery. As the name suggests, the electrolyte is in the form of a gel rather than a liquid. This has the great advantage that the electrolyte cannot be spilled. Another advantage is that they do not give off hydrogen when being charged, so the possibility of an explosion is reduced and water does not need to be added.
A zselés akkumulátorok esetén az elektrolit valamilyen módon "mozgásképtelenné" tett kénsav: nem folyós, zselé formájú, vagy valamilyen anyagban felitatott sav. Töltéséhez (főleg a töltési ciklus végén) alacsonyabb feszültség kell. Viszonylag magas árukat igyekeznek úgy meghálálni, hogy ellenállnak a vibrációnak, környezeti hatásoknak, felboríthatóak, nem folyik ki belőlük veszélyes anyag (legfeljebb nagyon kis mennyiségben), jóval hosszabb élettartamot biztosítanak. Az élettartam növekedésével az ár is növekszik. A zselés akkumulátorok nem szeretnek nagy áramokat leadni (indítóakkumulátorokként csak az utóbbi idők fejlesztései óta használhatóak). Feszültségméréssel (üresjárati méréssel) semmilyen információhoz nem jutunk, ezért ezen akkumulátorok esetén csak a terheléses feszültségmérés szolgáltat információt az akkumulátor igazi állapotáról. Megoldás (inkább csak a baj elkerülése): gondoskodni kell a megfelelő újratöltésről.
Javasolt kétévente szakműhelyeben ellenőrzött körülmények között bevizsgálni az akkumulátor állapotát (ez néhány töltési kisütési ciklus mérési eredményeit jelenti).
NiCd (nikkel - kadmium) / NiMh (nikkel-fémhidrid) akkumulátorok (lúgos akkumulátorok, az elektrolit: kálium-hidroxid vizes oldata)
A NiCd akkumulátorok veszélyes hulladékként ugyanolyan veszélyesek, mint a higanyos akkumulátorok. Igazából a kadmium a problémás (bár minden nehézfém, a nikkel is), ezért legalább ezt a fémet másra igyekeznek cserélni. Emiatt használnak inkább nikkel-fémhidrid akkumulátorokat, jellemzőik nagyon hasonlóak, megsemmisítésük, kezelésük könnyebb. Minden nikkel akkumulátor akkor adja a legjobb teljesítményt, ha majdnem teljesen lemerítik majd feltöltik őket. A részleges lemerítés, majd a rátöltés ezekben az akkumulátorokban, ha sokszor megismétlik, a kapacitás elvesztéséhez, az ún. memória-effektus kialakulásához vezet. Arra is vigyázni kell, hogy soha ne merüljenek le teljesen: ez ugyanis a cellákban (vagy valamelyik cellában) a polaritás megváltozásához vezethet, ami praktikusan az akkumulátor használhatóságának végét jelenti.
Lítium-ion akkumulátorok
Ezek nagyon modern akkumulátorok, kapacitásuk azonos méret mellett kétszerese a NiMh akkumulátorokénak, gyakorlatilag nincs memória-effektusuk. A rossz hír, hogy legalább háromszor annyiba kerülnek, mint a NiMh akkumulátorok, ezért olyan helyeken alkalmazzák őket, ahol nagy teljesítményre és kis súlyra és/vagy térfogatra van szükség.
Kényes akkumulátorok, nagyon pontosan figyelni kell minden cella hőmérsékletét és feszültségét, könnyen alakul ki robbanásveszélyes helyzet (amelyet a mikroprocesszoros töltők kezelnek, de ettől még az akkumulátort ez a viselkedés jellemzi).
A SOLAS-egyezmény előírásai
Arra ez esetre, ha a hajón megszűnne az áramellátás, a SOLAS szerint akkumulátorokkal kell biztosítani a vészüzemi rádiókommunikációs berendezések működését. A tartalék áramforrásoknak elegendő energiát kell biztosítaniuk a hajó útja során bejárt tengeri területeknek megfelelő kommunikációs berendezések párhuzamos üzemeltetéséhez (VHF rádió ÉS MF/HF rádió vagy INMARSAT állomás).
A szükséges kapacitás mértékét az egyezmény a következőképpen határozza meg:
- Vészüzemi generátorral ellátott hajók: 1 óra
- Vészüzemi generátor nélküli hajók: 6 óra