KAKO DELUJE: BATERIJE IN ELEKTRIKA

 

Nasveti

 

 

Osnovni smisel potovanja z avtodomom je svoboda in s tem tudi neodvisnost od okolice. Le-to nudijo vsi avtodomi, seveda vsak na svoj, bolj ali manj premišljen način. Na naslednjih straneh se bomo posvetili po mnenju večine avtodomarjev najpomembnejši stvari v avtodomu – elektriki in še posebej litij-ionskim baterijam.

Skoraj ni serijskega avtodoma, ki ne bi bil že v osnovi opremljen z dodatnim akumulatorjem za bivalni del, fizično ločenim od zagonskega in vgrajenim tako, da se med vožnjo polni preko motornega alternatorja, med postankom pa omogoča delovanje vrsti naprav, ki jih imamo v avtodomu. Le kako bi sicer delovala osvetlitev ali pa vodna črpalka in kako bi bilo gnano razpihovanje gretja, če ne z elektriko?

 

IZVEDBA OSKRBE Z ELEKTRIKO V BIVALNEM DELU

Povečini se izvedba oskrbe z elektriko med proizvajalci počitniških vozil med seboj ne razlikujejo kaj dosti. Sistem, če ga lahko tako imenujemo, je sestavljen iz alternatorja, kablovja, akumulatorja in elektro-bloka oziroma elektronike, ki skrbi za nadzor nad električnim omrežjem avtodoma. Zagonski in bivalni akumulator sta med seboj ločena z relejem oziroma kako drugo »ločilno napravo«, kar preprečuje izpraznitev zagonskega akumulatorja med počitkom. Uporabnik ima na nadzorni plošči pregled nad osnovnimi parametri, kot so napolnjenost akumulatorja (trenutna napetost), boljše nadzorne plošče pa prikazujejo še trenutno porabo in stanje akumulatorja (polnost v odstotkih).

 

ELEKTRIČNI PORABNIKI

Porabnikov električne energije je v počitniškem vozilu veliko. Če začnemo ob vstopu, ne moremo mimo električno pomične vstopne stopnice in množice luči, ki nam v bivalnem delu osvetljujejo prostor. Da so v večini sodobnih avtodomov za osvetlitev uporabili energijsko potratne halogenske žarnice, ni potrebno posebej poudarjati. Potem so tu še vodna črpalka in razpihovanje toplega zraka pri grelcu. In nenazadnje četica porabnikov, ki jih avtodomarji zmontiramo v naša premična domovanja tekom let uporabe. Razni alarmi, televizorji, satelitski sistemi, pa dodatne luči in množica dodatkov. Večina pa se ob tem ne vpraša, če bo vgrajeni akumulator kos tej četi električne energije lačnih porabnikov.


Luči

Brez dvoma se vsi strinjamo, da brez luči v avtodomu oziroma počitniški prikolici ne bi mogli shajati. To drži. A ko vklopimo več svetil hkrati, se poraba električne energije hitro poveča. Če vzamemo pod drobnogled povprečen avtodom, ima le-ta ob vsakem vzglavju halogensko bralno lučko, vsaj eno centralno luč na stropu, bralne lučke ob sedežni skupini, močno luč v kopalnici, vsaj eno v garažnem boksu ter za piko na i še zunanjo luč, ki nam osvetljuje temne noči nekje ob morju ali ob smučišču. Ko seštejemo vse porabnike, se lahko samo zgrozimo.
Če si za primer pogledamo samo eno malo, nedolžno bralno lučko z žarnico moči 2 W. Torej 2 W delimo z 12 V in dobimo malenkost več kot 0,17 ampera. Ni veliko, vendar pa ob pogosti uporabi in na daljši rok seštevek ni več tako nedolžen. Ob kapaciteti akumulatorja, ki ga dandanašnji namenjajo za prvo vgradnjo (80 - 90 Ah), pa sploh ni nedolžen.

 

Vodna črpalka

Eden izmed porabnikov, brez katerega ne moremo v počitniškem vozilu, je tudi vodna črpalka. Sploh družine z majhnimi otroki in tisti bolj snažni se znajdejo v hudih škripcih, ko le ta odpove. In eden od najpogostejših razlogov za nedelovanje (poleg mehanskih seveda) je ravno prekinitev električnega toka. Vodne črpalke nimajo ravno majhne porabe: le-ta se ob zagonu giblje okrog 4 A, a na srečo ne traja dolgo. Nižjo porabo imajo potopne črpalke, a te delujejo ves čas, ko voda teče (tako, da »smo na koncu na istem« …).

 

Ogrevanje

Sodobni avtodomi so večinoma opremljeni z dvema načinoma gretja. Za najprestižnejše je rezervirano toplovodno Alde gretje (plinsko in kombinirano električno), za ostale pa (prav tako dobri rešitvi seveda) toplozračno gretje: plinska (tudi kombinirana električna ali dizelska) Truma in (dizelski in kombiniran električni) Webasto. Manj pogosti pa so ogrevalni sistemi drugih proizvajalcev. Vsem trem pa je skupna ena stvar – niso ravno zgled varčevanja z električno energijo.
Alde gretje, ki deluje na principu toplotnega izmenjevalnika, uporablja za pogon vode po sistemu črpalko. Ta črpalka ima moč 14 W, kar pomeni porabo malo nad 1 A.
Truma uporablja (večinoma) plinski grelec za ogrevanje zraka, za distribucijo le-tega po ceveh pa skrbi ventilator. Le-ta ob maksimalni moči porabi skoraj 6A, povprečno porabo pa v njihovi specifikaciji za model 6002 ocenjujejo na 1,4 A.
(Večinoma) dizelski Webasto podobno kot Truma greje prostor z razpihovanjem ogretega zraka, za kar skrbi ventilator. Na primeru modela Air Top 3500 D to pomeni moč med 14 in 38 W, kar pa ob maksimalni porabi nanese konkretnih 3 A na uro. Ni potrebno posebej poudarjati, da ob neprekinjeni uporabi 24 ur to skorajda izprazni šibkejši akumulator!

 

Ostali porabniki

Med ostale porabnike lahko štejemo množico potrebnih in nepotrebnih dodatkov, ki jih vgradimo tekom let uporabe. Med njimi po porabi najbolj izstopata stropni ventilator (pogovorno imenovan Turbovent po modelu priznanega proizvajalca) in televizor. Če vzamemo za primer strešni ventilator proizvajalca Fiamma (poraba do 3 A) in danes zelo popularen LCD televizor z vgrajenim DVD predvajalnikom, ki porabi 3 A, lahko zaključimo, da nas kljub omejeni količini električne energije, proizvajalci še kar zasipavajo z energetsko potratnimi izdelki.

 

POLNJENJE BATERIJ

Za zagotavljanje električne energije in polnjenje baterij (predvsem startne) je v vozilu vgrajen alternator. To je elektromehanična naprava, ki mehanično energijo pretvori v električno. V osnovi se lahko vsakemu generatorju električne energije reče alternator, ponavadi pa se izraz uporablja za tistega v vozilu, ki med vožnjo polni akumulator. V avtodomu pa imamo poleg zagonskega še bivalni akumulator, kar zahteva ustrezen način polnjenja.
Najbolj običajen način je polnjenje s prej omenjenim alternatorjem. Napetostno občutljivi rele (Voltage Sensitive Relay ali kratko VSR) je bil dolgo časa najbolj pogost način za polnjenje delovne baterije. Deluje tako, da zazna povišano napetost, ko se alternator zažene in poveže pomožno baterijo z glavno, startno baterijo. Tako se polnita obe, vzporedno. Ko se alternator ustavi, VSR to zazna kot padec napetosti in prekine povezavo med baterijama. S tem je doseženo, da se glavna baterija ne more prazniti zaradi opešane pomožne baterije ali zaradi bremen, ki so priključena na pomožno baterijo.
Ker so VSR releji zasnovani na polprevodniških diodah, se pomožna baterija polni s približno 0,5 do 0,7 V manj, kot je optimalno. VSR zahteva tudi precej visok prag napetosti, da se aktivira. Ta prag je okrog 13,7V, kar je predstavlja težavo, če imamo sodoben motor standarda EURO 5 ali novejšega, z alternatorjem, ki mu napetost lahko močno niha. To ob uporabi VSR releja povzroči, da se pomožna baterija sploh ne napolni do konca, kar zelo vpliva na funkcionalnost sistema, kot tudi na življenjsko dobo pomožne baterije.

 

B2B polnilci

Vse naštete težave rešimo z uporabo ustreznega DC-DC konverterja. Gre za polnilec, ki polni eno baterijo iz druge, ali po angleško – Battery To Battery Charger, krajše polnilec B2B.
Cena takšnega polnilca je okrog 180 evrov, a se, še posebej, če imate vgrajene litij-ionske baterije, nakup izplača. Polnilec se vklopi že pri nižjih napetostih alternatorja, deluje v širšem napetostnem razponu in skrbi, da je pomožna baterija polnjena s stalnim tokom in z ustrezno napetostjo, ki je neodvisna od intenzivnosti delovanja alternatorja. Tako je doseženo, da se baterija hitreje in do konca napolni, kar zagotavlja uporabniku dovolj energije, bateriji pa podaljša življenjsko dobo.
Polnilec omogoča nastavljanje polnilnih parametrov glede na dejansko vrsto in velikost pomožne baterije. To pomeni, da lahko uporabimo GEL, AGM, LiFePo4 ali običajno kislinsko svinčeno baterijo. Za primerjavo – VSR bi vse te baterije polnil z enakim tokom in napetostjo, kot polni startno baterijo, minus 0,7V zaradi upornosti polprevodniških diod.
Kakovostnejši polnilci B2B (nekateri jim pravijo tudi »ladebooster«) imajo vgrajeno naprednejšo tehnologij za nadzor stanja baterij, za povezavo z uporabnikov pa poskrbi bluetooth povezava. Vgradnja je preprosta in hitra.


KABLOVJE IN VAROVALKE

Kabli imajo v vozilu podobno funkcijo kot ožilje v človeškem telesu – skrbijo za prenos energije v električnem sistemu vozila. Preseki kablov med alternatorjem in zagonskim akumulatorjem so predpisani s strani proizvajalca, kabli od elektro bloka do bivalnega akumulatorja pa naj bi bili s presekom 10 oziroma 16 mm2. Večji presek je nepotreben, proizvajalci počitniških vozil pa se povečini držijo spodnje meje predpisanih presekov.
Varovalke v avtodomu so v prvi vrsti namenjene zaščiti kabla in ne akumulatorja ali pa porabnika, kot je kdo sprva zmotno mislil. Veliko bolje je namreč, da ob preobremenitvi »odleti« varovalka, kot pa da se pregreje kabel in povzroči škodo v vozilu.

 

ELEKTRO BLOK

Elektro blok je srce električnega sistema v vozilu in skrbi za pravilno polnjenje akumulatorjev, prek njega se tudi povežemo z zunanjim 220 V električnim omrežjem. V večino počitniških vozil so vgrajeni podobni, če ne celo enaki tipi teh naprav, ki delujejo povsem avtomatsko.

 

BATERIJE

Baterija oziroma akumulator je bistveni del elektro sistema v počitniškem vozilu in deluje na principu galvanskega člena, ki ga sestavljata dve različni kovini, potopljeni v elektrolit.
Plošče pozitivnega pola so narejene iz svinčevega oksida, negativne elektrode pa so iz svinca. Elektrolit je razredčena žveplena kislina.
Ko se akumulator prazni, se z elektrolita sprošča sulfat, ki se odlaga na plošče, elektrolit pa se pretvarja v vodo. Na ploščah se ustvari svinčev sulfat (temu pojavu se pravi sulfatizacija), zato je treba akumulator takoj napolniti. Ko je akumulator v izpraznjenem stanju, je občutljiv na nizke temperature, saj lahko voda v njem zmrzne. Med polnjenjem akumulatorja (ko se dodaja električna energija), se sulfat iz plošč veže z vodo v žvepleno kislino. Pri polnjenju se »vsebina« akumulatorja uplinja, nastajata kisik in vodik. Ta proces je lahko nevaren pri prenapolnjenosti (prekomernem polnjenju) akumulatorja, če se opravlja v zaprtem prostoru, saj je zmes plinov v njem eksplozivna.
Prav tako proizvajalci odsvetujejo popolno izpraznitev akumulatorjev.


POLNJENJE BATERIJ

Polnjenje akumulatorjev se lahko izvede na več načinov:
-preko alternatorja med vožnjo
-preko priklopa na zunanje omrežje 220 V
-preko generatorja izmeničnega toka (popularno imenovanega agregat)
-preko solarnih panelov
-preko gorivnih celic (npr. Efoy)
-s temu namenjenimi polnilci
Baterije se med vožnjo polnijo preko alternatorja. Predvsem v zimskem času oziroma ob redkejši uporabi avtodoma pa priporočamo polnjenje akumulatorjev preko omrežja 230 V. Vsa počitniška vozila imajo priklop na zunanje 230 V omrežje, polnjenje pa nadzoruje vgrajena elektronika v tako imenovanem elektro bloku, ki polnjenje pravočasno izklopi, da ne bi prišlo do prekomernega polnjenja in s tem uplinjanja elektrolita. Ker z »običajnim« polnjenjem ne moremo zagotoviti konstantnega toka in napetosti polnjenja, baterije ne moremo napolniti »do vrha«. Temu so namenjeni namenski polnilci, ki so prilagojeni polnjenju določenih tipov akumulatorjev, nekateri imajo tudi funkcijo odstranitve sulfatizacije, ki je v večini primerov kriva za staranje akumulatorja.
Sulfatizacijo najlažje opišemo kot kristaliziran svinčev sulfat, gre pa za normalni proces degradacije vsakega svinčenega akumulatorja. Svinčena plošča postane trda, to pa onemogoči prehajanje elektrolita skoznjo. Do tega pojava pride ob izpraznitvi akumulatorja in ne takojšnjem polnjenju (akumulator dlje časa stoji prazen), pa ob samopraznjenju in ob nepravilnem polnjenju. Do sulfatizacije lahko pride tako pri kislinskih kot tudi pri gelskih akumualtorjih, veliko bolj izrazita pa je pri kislinskih (zaradi antimona, ki skrbi za trdnost svinčenih plošč).
Kot protiukrep priporočamo čimprejšnje polnjenje ob vsaki uporabi oziroma praznjenju akumulatorja. Tudi prekomerno polnjenje akumulatorjev je škodljivo, saj se med njim elektrolit uplinja, s tem pa upade tudi njegov nivo. Če ga ne nadomestimo pravočasno, je akumulator uničen.


VARUHI BATERIJE

Po besedah strokovnjakov iz podjetja Velog d.o.o. je za dolgo življenjsko dobo priporočljivo vgraditi ti. varuhe baterij, ki baterijo ščitijo pred globoko oziroma popolno izpraznitvijo. Znano je, da čim globje praznimo akumulator, krajša je njegova življenjska doba. Zato mora biti globina praznjenja zavarovana z varuhom akumulatorja. Uporabnik lahko sam določi napetost, pri kateri se bo akumulator izključil kot vir napajanja. Z zvočnim signalom, varuh akumulatorja uporabnika tudi opozori pred nevarnostjo. Ko akumulator ponovno doseže določeno višjo napetost, varuh akumulatorja ponovno sprosti napajanje porabnika.


VRSTE BATERIJ

Baterije delimo glede na uporabo na zagonske ali startne (za zagon motorjev), heavy duty (za velike obremenitve), pogonske (za pogon solarnih sistemov), trakcijske (pogon viličarjev, vlečnih lokomotiv v rudarstvu…), stacionarne (v primeru izpada električne energije – UPS) in hermetične (AGM in gelski). Najbolj razširjeni so seveda zagonski akumulatorji, saj ga za zagon motorja potrebuje sleherno vozilo. Preden si pogledamo podrobno akumulatorje, ki se uporabljajo v naših premičnih domovanjih, pa še malo teorije.
Pomemben podatek ob nakupu akumulatorja je kapaciteta le-tega. V današnjih avtodomih in počitniških prikolicah imamo uporabniki zmontirane vse mogoče porabnike, ki vsi po vrsti za svoje delovanje potrebujejo električno energijo. Kapaciteta akumulatorja nam pove količino električne energije, ki je shranjena v njem. Izražena je v Ah (amper urah) in odraža količino električne energije v akumulatorju, s katero omogoča enourno praznjenje s tokom 1A, dokler akumulator ne doseže napetosti 10,5 V (to je 1,75 V po posamezni celici).
V praksi to pomeni, da za kolikor toliko normalno (in udobno) preživljanje zimskega vikenda potrebujemo baterijo s kapaciteto vsaj 120 Ah, poleti pa mnogo, mnogo manj (pozimi so luči zaradi krajših dni dlje časa prižgane, svoje doda še ogrevanje in krajšanje dolgih zimskih večerov ob gledanju televizije…)
V primeru uporabe akumulatorja, ki ima na primer dvakrat višjo kapaciteto, kot je dejanska poraba, bomo dosegli praznjenje le do polovice, s tem pa bomo zagotovili tudi njegovo daljšo življenjsko dobo.
Ker pa je akumulator med najpomembnejšimi deli avtodoma, je pomembno, da ob nakupu upoštevamo vse dejavnike in se odločimo glede na rabo akumulatorja. Za bivalni del priporočamo AGM ali pa gelski akumulator, saj sta oba razen večje teže tako rekoč idealna za uporabo v počitniških vozilih, ker ne zahtevata vzdrževanja.

Glede uporabe zagonskega, kislinskega, in bivalnega, torej gelskega akumulatorja ni zadržkov, nikakor pa ne smemo v primeru dveh bivalnih akumulatorjev uporabljati hkrati dveh različnih (gelskega, AGM in kislinskega). Na splošno se priporoča uporaba dveh akumulatorjev istega tipa z enako kapaciteto, po možnosti podobne starosti.

 

Svinčeni (kislinski) akumulator

Svinčeni akumulator je daleč najbolj množično uporabljan akumulator in velika večina zagonskih akumulatorjev je svinčenih. Po mnenju strokovnjakov v avtodom ne sodi akumulator s tekočim elektrolitom. Če že ne zaradi nevarnosti vžiga, pa zaradi zdravja, zaradi plinov, ki se sproščajo. V avtodom po mnenju stroke sodijo le AGM, GEL ali LFP akumulator. Nikar ne postavljajte zdravja pred denarnico!
Vseeno pa si poglejmo sestavo in delovanje svinčenega akumulatorja Osnovni »del« akumulatorja je celica z nazivno napetostjo 2,1 V. V 12 V akumulatorju je tako šest zaporedno vezanih celic. Vsako celico sestavlja več negativnih in pozitivnih plošč, med katerimi je elektrolit - žveplena kislina. Kapaciteta akumulatorja (ki jo merimo v Ah – amper urah) je odvisna od količine svinca v celici. Več kot je le-tega, večja je kapaciteta pri enaki nazivni napetosti. Zato imajo večji akumulatorji večjo kapaciteto in so težji…
Shranjena energija v akumulatorju se sprošča z reakcijo med kislino v elektrolitu in svincem. Hitrost oddaje energije je odvisna od prehajanja skozi ploščo s svincem. Debelejša kot je ta plošča, počasneje akumulator oddaja energijo. Enako velja za polnjenje. Klasični akumulatorji imajo tekoči elektrolit. Vzdrževanje je enostavno – potrebna je le kontrola količine elektrolita (bolj spretni bodo še izmerili gostoto kisline v njem, ki mora biti pri polnem akumulatorju 1,28g/cm3). Ker je svinčena plošča zelo krhka in zlahka razpade, ji pri izdelavi dodajo antimon, ki poskrbi za zadostno trdnost. Njegova slaba lastnost pa je, da zaradi internih galvanskih tokov povzroči samopraznjenje. Zato je pomembno, da vozilo, ki dolgo stoji, v tem času večkrat zaženemo. Dobra stran kislinskih akumulatorjev pa je predvsem ta, da se jih da dobiti tako rekoč za vsakim vogalom in da so relativno poceni. Slabi strani v primerjavi z gelskimi akumulatorji pa sta predvsem redno vzdrževanje in občutljivost na nizke temperature.

 

AGM akumulator

AGM (Absorbent Glass Matt) akumulatorji se pogosto zamenjujejo z gelskimi. Obe vrsti akumulatorjev sta narejeni v tehnologijah, kjer elektrolit ni v tekočem stanju, sicer pa so med njima bistvene razlike. AGM akumulatorji spadajo med VRLA akumulatorje, kjer je elektrolit napojen na stekleni volni. Plošče v AGM akumulatorjih so narejene iz čistejšega svinca, kakor pri konvencionalnih akumulatorjih, kar daje boljše karakteristike. Značilno za AGM akumulatorje je, da pri polnjenju in praznjenju prihaja do t.i. »rekombinacije plinov« – vodik in kisik, ki nastajata pri kemični reakciji, ne izhajata iz akumulatorja zaradi posebne tehnologije ventila, ampak se ponovno spajata v vodo, ki se vrača nazaj v akumulator. Izguba vode je tako le največ do 1 %. Ta proces omogoča, da je AGM akumulator dejansko brez vzdrževanja, torej brez dolivanja vode.
Notranja upornost akumulatorjev AGM je nizka, zato se hitreje električno polnijo kakor konvencionalni akumulatorji. Zaradi nizke notranje upornosti lahko oddajo zelo močan tok. Te lastnosti so še posebno pomembne zlasti pri uporabi v karavaningu in navtiki. Za nas pa je pomembno tudi, da so ti akumulatorji manj občutljivi na nizke temperature. AGM akumulatorji so lahko brez nevarnosti instalirani tudi v zaprtih prostorih, ker je plinjenje minimalno. Namenjeni so stacionarni in ciklični uporabi. Ciklični AGM akumulatorji imajo oznako DC (deep cycling), kar pomeni, da so sposobni globokih praznitev.

 

Gelski akumulator

Med avtodomarji so zelo priljubljeni gelski akumulatorji, večina proizvajalcev jih vgrajuje v bivalni del. Ne potrebujejo nikakršnega vzdrževanja (pregledovanja količine elektrolita), saj je elektrolit podoben želatini. Ker je s tem prehajanje elektrolita močno zmanjšano, so plošče tanjše kot pri klasičnih, kislinskih. Ker je gelski akumulator zaprtega tipa, gela ne moremo dodajati, zato je pomembno, da se ga polni brez uplinjanja. Že prej smo omenili stikalo na elektro bloku, kjer izberemo vrsto akumulatorja. Z režimom polnjenja za kislinske akumulatorje bomo gelskega zlahka uničili.
Dobra stran gelskih akumulatorjev je poleg odsotnosti vzdrževanja tudi veliko manjše samopraznjenje. Prav tako ne povzročajo korozije na priklopih in kablih, saj ne vsebujejo kisline ter so bolj odporni na nizke temperature.
Slaba stran pa je poleg višje cene ob nakupu še večja teža, kar je pri že tako preobteženih počitniških vozilih kar pomemben dejavnik.


Litij-ionski akumulator

Litij-ionske (Li-ion) baterije predstavljajo velik napredek v razvoju baterij. Gre za tip polnilnih baterij, pri katerih se ioni premikajo od negativne elektrode k pozitivni med praznjenjem in obratno pri polnjenju. Več o njih na naslednji povezavi.