Käynnistysakun historia
Autoilun historian aamuhämärissä moottorit pyöräytettiin käyntiin käynnistyskammen avulla. Pian kuitenkin huomattiin, ettei vaivalloinen käynnistystapa jokaiselle sopinut ja henkilövahinkojakin sattui, jos moottorin sytytys oli väärin säädetty. Alkoi itsestään käynnistyvien autojen suunnittelu ja 1900-luvun toisella vuosikymmenellä niitä rullasi ulos tehtaiden linjastoilta. Ensimmäinen automalli, jossa sähköstartti oli vakiona, oli vuoden 1912 Cadillac Model 30.
Polttomoottoriauton käynnistäminen tapahtuu pyörittämällä moottoria pienen sähkömoottorin (käynnistysmoottori, startti) avustuksella. Käynnistysmoottori tarvitsee pyöriäkseen oman energiavarastonsa – akun. Autoissa on koko autoilun historian ajan käytetty lähes poikkeuksetta lyijyakkuja, sillä ne ovat edelleen kaikkein edullisimpia akkuja valmistaa. Sähköautojen yleistymisen myötä markkinoita ovat vallanneet toki muutkin akkutekniikat, mutta käynnistysakut ovat edelleen pääsääntöisesti perinteisiä lyijyakkuja ja sähköautojenkin akut lyijyyn pohjautuvia.
Ajossa auton sähkölaitteet saavat tarvitsemansa sähkövirran moottorin pyörimisestä käyttövoimansa ottavat laturilta. Moottorin käydessä laturi tuottaa sähköä enemmän, kuin auton sähkölaitteet tuottavat ja lataa akkua. Mutta kun moottori sammutetaan, ei laturikaan enää tuota sähkövirtaa. Silloin tarvitaan akkuun varastoitua sähköä sähkölaitteiden käyttämiseen.
Akun rakenne
Nykyään tavallinen ja edullinen 12 voltin lyijy-rikkihappoakku koostuu kuudesta sarjaan kytketystä kahden voltin kennosta. Kennot on tavallisesti erotettu toisistaan muovisilla eristelevyillä. Jokaisen kennon sisällä on lyijyseoksesta valettuja ristikkolevyjä, joista positiiviset on yhdistetty plusnapaan ja negatiiviset miinusnapaan. Levyt on eristetty toisistaan ja kennoissa on yleensä yksi negatiivinen levy positiivista enemmän.
Nesteenä akussa on veden ja rikkihapon seosta. Nestepinnan tasoon kannattaa kiinnittää huomiota, ettei akun toimintakyky heikentyisi. Liian alhaisesta nestepinnasta saattaa seurata kennon kuivien levyjen vaurioituminen. Liian korkea nestepinta taas laimentaa rikkihappoa liiaksi.
Huomaa! Akun lataamisen yhteydessä syntyy kaasuja, joten jokainen kenno on varustettu huohotusreiällä, vaikkei akun kennoissa olisikaan nestepinnan tarkistustulppaa. Tämä kannattaa huomioida myös sisälle talveksi pakkasia karkuun nostettua akkua ylläpidettäessä.
Osa varsinkin erikoisemmista akuista myydään kuivavarattuina, sillä kuivavaraus kestää säilytystä huomattavasti nesteytettyä akkua paremmin. Kuivavarattu akku tulee hapottaa ennen käyttöönottoa, eli lisätä jokaiseen kennoon oikea määrä akkunestettä. Kannattaa kuitenkin olla tarkkana, sillä rikkihappo on syövyttävää. Monessa vanhassa autossa akun alta löytyy lähes varma ruostepaikka, jos akkuhappo on päässyt aikojen saatossa tekemisiin metallisen korin kanssa.
Plus- vai miinusmaadoitus?
Nykyautojen sähköjärjestelmä on lähes poikkeuksetta miinusmaadoitettu. Toisin sanoen auton akun miinusnapa on johdettu paksulla kaapelilla suoraan maattopisteeseen auton koriin tai runkoon. Maattopisteitä voi olla useitakin. Näin maadoitetussa järjestelmässä sähkövirta kulkee akun plusnavasta johtoa pitkin sulakerasian kautta sähkölaitteella ja siitä auton metallipintoja ja runkoa pitkin miinusnapaan. Rungon ja korin toimiessa sähköjohtimena tarvitaan sähköjohtoja huomattavasti vähemmän, kuin jos koko järjestelmä olisi toteutettu erillisillä johdoilla akulta sähkölaitteelle ja takaisin.
Sähkölle ei ole merkitystä sillä, kumpaan suuntaan se siirtyy pisteestä A pisteeseen B. Sähkö voi virrata negatiivisesta positiiviseen tai toisinpäin. Nykyään vallitseva miinusmaadoitus ei olekaan aina ollut itsestäänselvyys. Varsinkin brittiautoja harrastavien ajoneuvoista moni on plusmaadoitettu, jolloin akun plusnapa on johdettu suoraan auton runkoon. Siirtyminen pysyvästi miinusmaadoitukseen tapahtui pääosin 50- ja 60-luvuilla samaan aikaan, kun ajoneuvot päivitettiin 6 voltin järjestelmästä 12 voltin järjestelmään sähkölaitteiden määrän kasvaessa voimakkaasti autojen kehittyessä.
Akun toiminta
Akkua ladattaessa miinuslevyjen lyijysulfaatti muuttuu lyijyksi ja pluslevyn lyijysulfaatti lyijyoksidiksi. Samalla akkunesteen väkevyys lisääntyy, eli rikkihapon pitoisuus kasvaa. Tätä kemiallista reaktiota seuraa akun napojen välinen jännite. Kun akkua aletaan purkaa, esimerkiksi kääntämällä virta-avainta virtalukossa auton käynnistämiseksi starttimoottorilla, akku alkaa purkautua. Akun kennoissa alkaa päinvastainen reaktio. Akkunesteen rikkihappopitoisuus laskee ja levyt muuttuvat takaisin lyijysulfaatiksi ja kennostoon varautunut sähköenergia vapautuu starttimoottorin pyörittämiseksi.
Täyden akun happopitoisuus on noin 40%. Tyhjässä akussa rikkihappoa on noin 15%. Akkunesteen ominaispainosta voidaankin päätellä akun varaustila. Akun varaustilan laskiessa akun vesipitoisuus kasvaa ja samalla jäätymisriski kasvaa. Täyteen ladatun toimivan akun jäätymispiste on -60 asteen kylmemmällä puolella, mutta tyhjenemään päässyt akku voi jäätyä jo pikkupakkasillakin. Akun kunnosta kannattaa pitää huolta!
Moni akku hankalassa paikassa irrottanut tai paikalleen asettanut tietää kokemuksesta, että yleensä toiseen napaan on helpompi kiinnittää kenkä paikoilleen kuin toiseen. Syynä tähän on se, että napojen halkaisijat eroavat yleensä hieman toisistaan virheellisten kytkentöjen estämiseksi. Koko ero on kuitenkin niin pieni, ettei sitä paljaalla silmällä huomaa. Joissain ajoneuvoissa käytetään toki myös erikoisempia akkuja, joissa kiinnityskin tapahtuu eri tavalla ja hintakin valitettavan usein on sen mukainen.
Positiivinen plus-napa on yleensä merkitty punaisella värillä, negatiivinen miinus-napa taas sinisellä tai mustalla. Sijainti akun kannessa voi kuitenkin vaihdella ja uutta akkua valitessa kannattaa olla tarkkana, että navat ovat samoin päin kuin vanhassakin akussa, jottei kenkiä kiinnitettäessä tulisi eteen ikäviä yllätyksiä.
Nykyään myydään yleisesti huoltovapaita ja täysin huoltovapaita akkuja. Veden haihtumiselle huoltovapaasta akusta on asetettu tarkat normit, jotka huoltovapaan akun tulee alittaa. Niissäkin kannattaa tarkistaa veden taso, vähintään ajokauden aluksi ja päätteeksi. Täysin huoltovapaat akut ovat rakenteelta suljettua, eikä niihin voi lisätä vettä. Ne ovat perinteisiä akkuja kalliimpia, mutta myös pitkäikäisempiä. Näiden akkujen itsepurkautuminen on muita akkuja vähäisempää.
Optima akut
Optima valmistaa lyijyakkuja, joiden rakenne poikkeaa perinteisen akun rakenteesta. Optiman kierrekennoisessa 12V akussa on muovisen kotelon sisällä kuusi lyijylevylieriötä, joissa lyijylevyt ovat viuhkan muodossa. Levyjen väli on hyvin pieni ja lyijypinta-ala suurempi kuin tavallisessa akussa. Optiman elektrolyytti on imeytetty lasihuokosiin. Akut ovat täysin suljettua ja suuren elektrodipinnan ansiosta ne tuottavat voimakkaan käynnistysvirran ja palautuvat paremmin, vaikka akku olisikin päässyt täysin tyhjenemään.
Akun kapasiteetti
Akun sähköinen kapasiteetti ampeeritunteina ilmaistuna kertoo, kuinka paljon sähköä täyteen varattu akku kykenee varastoimaan. Ampeerituntien laskukaava on kuitenkin hieman ongelmallinen akkujen tehojen vertailemiseen, sillä valmistajien kesken on sovittu, että akun purkuaikana kapasiteettia määritellessä akkua puretaan 20 tunnin ajan. Niinpä varaosaliikkeen hyllyllä tarjouksessa oleva 80Ah akku täyteen varattu akku kykenee antamaan 20 tunnin ajan 4 ampeerin virtaa. Jos akun purkaminen tapahtuu hitaammin tai nopeammin, on akusta saatava energiakin erisuuruinen. Ampeeritunnit eivät kerrokaan suoraan miten hyvin akku soveltuu esim. tiukkapuristeisen kisamoottorin käynnistämiseen tai käyttöauton starttaamiseen pakkasaamuna.
Toinen kapasiteetin mittaustapa on mitata akun kylmäkäynnistysvirta. Kuulaana pakkasaamuna 80Ah akku saattaa kyetä antamaan esimerkiksi 220 ampeerin virran, mutta vain 30 sekunnin ajaksi. Kovassa kuormituksessa, esimerkiksi kylmää moottoria käynnistettäessä, akun teho heikkenee nopeasti ja jännite laskee. Jos moottoria joutuu sahaamaan käyntiin liian pitkään, voi jännite pudota liian alas, eikä akun jännite riitä auton tietokoneelle tai käynnistysmoottorin pyörittämiseen.
Akun lataaminen
Käyttöautossa laturi pitää huolen siitä, että akku pysyy jatkuvasti täyteen ladattuna. Jos ajoneuvolla ajetaan vähän tai se seisoo pidempiä aikoja esim. talvisäilytyksessä, täytyy akkua ladata. Akun ylläpitolataukseen kannattaa käyttää tarkoitukseen tehtyä elektronista laturia, joka lataa akkua noin viiden ampeerin virralla. Ylläpitolaturi osaa tarkkailla akun napajännitteen nousua ja pienentää latausvirtaa tarpeen mukaan ja lopettaa lataaminen kokonaan, kun akku on täyteen ladattu. Ylläpitolaturia käyttämällä välttää akun ylilataamisen, joka johtaa akkunesteen kiehumiseen. Kun täyteen varattuun akkuun syötetään edelleen virtaa, neste alkaa kiehua ja kuplia ja siitä vapautuu vetykaasua, joka on erittäin herkästi räjähtävä kaasu. Akkua kannattaakin ladata aina hyvin tuuletetussa tilassa, akun korkit avattuina ja riittävän kaukana tulityöpaikasta.
Useiden kymmenien ampeerien virralla lataavia pikalatureita ei kannata käyttää seisomaan jääneiden akkujen lataamiseen, sillä ne saavat akkunesteen kuumenemaan nopeasti, joka pahimmillaan johtaa kennojen levien vääntymiseen. Pikalatausta kannattaakin käyttää nopeaan lataukseen vain auton käynnistämistä varten.
Akunhuolto vinkit
- Akku kiinnittäessäsi tai irrottaessasi varmista, ettei mitään sähkölaitteita ole päällä.
- Irrota ensin akun miinusnapa ja vastaavasti asentaessasi liitä kaapeli ensin akun plus-napaan ja viimeisenä miinusnapa maakaapeliin.
- Huolehti akun ulkoisesta puhtaudesta. Epäpuhtaudet synnyttävät sähköä johtavia reittejä ja voivat purkaa akkua itsestään.
- Varmista akun hyvä kiinnitys. Virralliset osat on parasta suojata eristävän kannen alle.
- Tärinä on vahingolllinen akun kestoiälle, joten ohut kumimatto akun alla pidentä ikää
- Huolehti akun napojen ja akkukenkien puhdistamisesta. Hapettunut akkunapa tai –kenkä on yleisin syy huonoon kontaktiin tai startin huonoon pyörimiseen. Puhdistuksen voi suorittaa tarkoitukseen tehdyllä työkalulla, teräsharjalla tai hiomapaperilla.
- Muista tarkistaa maakaapelin kiinnitys rukoon tai koriin ja kaapelin kunto.
- Tarkasta akun kennojen nestepinta. Pinnan tulee olla noin 10mm akun kennojen yläpinnan päällä. Käytä vain tislattua vettä. Muista tarkistaa kaikki kennot.
- Muista latauksen yhteydessä huolehtia riittävästä ilmanvaihdosta/tuuletuksesta.
- Kytke akkulaturi verkkovirtaan vasta kiinnitettyäsi latausjohdot akun napoihin.
- Latauksen päätyttyä irroita ensin virtajohto verkkovirrasta.
- Jos lataat autossa kiinni olevaa akkua, irrota ainakin maakaapeli akun miinusnavasta
- Ja vielä: älä koskaan kytke akun napoja oikosulkuun paljaalla metallilla, esim. jakoavaimella. Oikosuljetun akun virta kuumentaa metallin hetkessä ja saattaa räjäyttää akun. Rikkihapon joutumisesta kasvoihin tai silmiin on seurauksena vakavia vammoja tai näkökyvyn menetys.
Hyvin hoidettu akku on paras vakuutus liikkeelle pääsemisestä harrasteautollakin!
