Bateria de 12V

Bateria de 12V, numită și bateria de accesorii, este o componentă foarte importantă la o mașină, cel puțin pentru o mașină termică este piesă de bază, care pune în funcțiune motorul iar starea excelentă a bateriei auto determină eficiența generală a unei mașini. Lucrurile se schimbă un pic la o mașină electrică, unde atenție se îndreaptă la bateria de tracțiune, elementul cheie al acesteia, cu toate caracteristicile și aspectele ei (după cum am analizat aici).

Totuși chiar și în acest caz nu trebuie deloc neglijată bateria de 12V pentru că este strâns legată de bateria de tracțiune și o influențează semnificativ. Motiv pentru care am decis să îi ofer puțină atenție. Voi începe prin a reaminti și aduce în prim plan lucrurile pe care probabil le știați despre aceasta (generale, sumarizate și despre care puteți afla oricând de oriunde, pentru că sunt lucruri arhicunoscute) de la mașina voastră anterioară, așa că puteți trece rapid peste. În schimb, pentru cei care au uitat sau nu au știut niciodată (nu au dat importanță), e momentul să citiți cu atenție. Multe din informații sunt preluate din diverse surse, fără prea multe interpretări, dar bineînteles, putetți consulta și alte articole sau chiar cărți de specialitate pentru mai multe detalii. Știu că poate va fi mult de citit iar unii au uitat să citească (unii nu citesc nici manualul de utilizare) pentru că acum avem canale de Youtube (unii cu aptitudini îndoielnice) dar este alegerea liberă a fiecăruia.

Dacă în cazul unei mașini termice problemele la bateria de 12V erau mult mai evidente, de exemplu într-o dimineață rece, când te grăbești să ajungi la lucru, mașina ta să nu pornească. Cu siguranță, primul gând se îndreaptă spre bateria auto, care mai poate fi sau nu capabilă să ofere suficient curent pentru a porni motorul. Ei bine, rularea autoturismului doar pe distanțe scurte descarcă parțial bateria și asta deoarece alternatorul nu are timp să recupereze energia consumată. În cazul mașinii electrice poate ajunge și în asemenea situații, dar lucrurile se întâmplă diferit, mai ales că bineînteles nu mai există un alternator. Voi sări peste particularitățile bateriei de pe o mașină cu motor termic și mă voi referi doar la cea de pe o mașină electrică.

Care este principiul de funcționare al unei baterii auto

Bateriile auto stochează energia electrică necesară pentru a porni motorul mașinii și a alimenta consumatorii electrici. În cazul unei mașini electrice, principala și (probabil) singura funcție este de a alimenta cu energie electrică toate sistemele electronice active în mod permanent, precum sistemul multimedia sau memoriile modulelor electronice de control.

O baterie auto este compusă din mai multe celule galvanice, cunoscute și sub numele de pile electrice. Dacă te întrebi care este modul de funcționare al unei baterii auto, află că are la bază principiul lui Volta: între două metale diferite scufundate în electrolit, adică lichidul care permite trecerea curentului electric, apare o tensiune electrică. Reacția chimică produce curent continuu, fiind pus în funcțiune motorul.

Ce tensiune are bateria auto

Ca să poți înțelege cum se realizează verificarea unei baterii auto este important să cunoști și tensiunea pe care o are. Dacia Spring este echipată cu o baterie de 12V de 50Ah CCA 420A, cod producător 244100006R, Renault Nissan. Acestea sunt cele două caracteristici principale: capacitatea (măsurată în Ah – amperi-oră) și curentul de pornire la rece (CCA, măsurat în A – amperi). Notă: nu este o baterie specială pentru electrice, este o baterie obișnuită de pe orice autovehicul.

În general, bateriile cu plumb sunt cele mai utilizate pentru alimentarea circuitului electric al autovehiculului. Acestea reprezintă un pachet de 6 celule conectate în serie, fiecare dintre ele formată din foi subțiri de plăci negative intercalate cu plăci pozitive și separate între ele cu un izolator, pentru a preveni scurtcircuitarea. Mai departe, fiecare dintre cele 6 celule produc 2.11 volți, atunci când bateria auto este încărcată complet. Prin urmare, tensiunea la bornele unei baterii auto este de aproximativ 12.66 volți (6 x 2.11V), când nu alimentează niciun consumator. Trebuie menționat că tehnologia AGM, pe bază de gel, este prezentă și ea pe piața acumulatorilor auto.

Aproape toate bateriile auto utilizate în prezent se bazează pe combinaţia plumb şi acid sulfuric, combinaţie implementată prin diverse soluţii tehnice. Dar indiferent de soluţia  aleasă, acumulatorii Pb-H2SO4 împărtăşesc aceleaşi caracteristici fizico-chimice ce pot fi utilizate pentru a verifica starea lor de funcţionare.

De regulă, bateria mașinii trebuie să funcționeze în parametri normali indiferent de temperatură. Mai exact, aceasta trebuie să funcționeze la -30°C, dar și la +70°C. Însă, spunem că tensiunea bateriei, când starea de încărcare este 100%, măsoară aproximativ 12.66 volți tocmai pentru că depinde și de temperatura electrolitului. Dacă este mai frig, tensiunea la bornă începe să scadă direct proporțional cu starea de încărcare. O tensiune mai mică de 12 volți arată că bateria este descărcată.

Pe măsură ce bateria se descarcă, tensiunea la borne începe să scadă, direct proporțional cu starea de încărcare, dar și funcție de temperatura bateriei, așa cum reiese din tabelul de mai jos. Putem astfel determina starea aproximativă de încărcare, măsurând tensiunea bateriei și compensând cu temperatura.

Temperatura bateriei	100% SoC (V)	75% SoC (V)	65% SoC (V)	50% SoC (V)	25% SoC (V)	0% SoC (V)
43.3°C	12.811	12.611	12.491	12.311	12.011	11.811
37.8°C	12.808	12.608	12.488	12.308	12.008	11.808
21.1°C	12.793	12.593	12.473	12.293	11.993	11.793
15.6°C	12.784	12.584	12.464	12.284	11.984	11.784
10.0°C	12.772	12.572	12.452	12.272	11.972	11.772
4.4°C	12.756	12.556	12.436	12.256	11.956	11.756
-6.7°C	12.716	12.516	12.396	12.216	11.916	11.716
-12.2°C	12.692	12.492	12.372	12.192	11.892	11.692

Valorile din tabel sunt valabile pentru o baterie plumb-acid, „fără întreținere”, cu tehnologie Calciu, sau o baterie de tip AGM.

Notă: am găsit tabele și cu mici diferențe, foarte mici, așa că nu pot garanta exactitatea acestora, probabil mai depinde și de producători. Pun aici și un alt tabel alternativ.

Temperatura  (grade Celsius)	Starea de încărcare
	100%	75%	50%	25%	0%
49	12,793 V	12,563 V	12,313 V	12,013 V	11,773 V
37	12,788 V	12,558 V	12,308 V	12,008 V	11,768 V
26	12,780 V	12,550 V	12,300 V	12,000 V	11,760 V
10	12,752 V	12,522 V	12,272 V	11,972 V	11,732 V
-12	12,672 V	12,442 V	12,192 V	11,892 V	11,652 V
-18	12,646 V	12,416 V	12,166 V	11,866 V	11,626 V

Notă: În CanZE Plus, afișez tensiunea bateriei de 12V, dar voi implementa și SoC-ul citind și temperatura exterioară și aplicând tabelul de mai sus.

O dată pornită mașina (alimentarea tuturor ECU-urilor din mașină), bateria de tracțiune va prelua sarcina de încărcare a bateriei și va furniza o tensiune la borne de 14,4V (în funcție de consumatorii electrici de pe mașină din momentul respectiv și starea bateriei). Mașinile moderne sunt dotate cu sistem de încărcare inteligent, care sesizează și încarcă bateria doar atunci când este nevoie, pentru a reduce consumul bateriei de tracțiune, necesar deplasării.

Așadar un aspect foarte important, mașina electrică nu mai are alternator (principiul dinamului) care să încarce bateria de 12V, ea se încarcă din bateria de tracțiune cu efect imediat asupra autonomiei.

Una din caracteristicile principale ale bateriei auto este capacitatea, exprimată în Ah (amperi/oră). Capacitatea reprezintă cantitatea de curent pe care o poate furniza bateria (fără a fi conectată la un generator de curent – alternator) unui consumator timp de 1 ora. Spre exemplu, bateria Spring cu o capacitate de 50Ah poate furniza curent unui consumator de 1Ah timp de 50 de ore, sau unui consumator de 5Ah timp de 10 ore ș.a.m.d. Capacitatea bateriei poate fi privită ca un rezervor, din care se consumă curent. Trebuie ținut cont de faptul că nu întotdeauna o baterie încărcată 100% este într-o stare de sănătate de 100%. Este posibil, ca din cauza sulfatării sau din alte cauze, bateria, deși încărcată, să nu furnizeze la pornire cantitatea necesară de curent (CCA).

Unii producători (la fel ca cea de pe Spring) şi-au echipat acumulatorii cu densimetre ce pot indica cu aproximaţie starea de încărcare a acestora, numit și ochiul magic. În general, dacă prin ochiul magic se observă un punct de culoare verde, atunci bateria este încărcată complet. Dacă acesta este negru, acumulatorul auto este descărcat și trebuie încărcat, iar în cazul în care ochiul magic devine alb (sau galben) este necesar ca bateria să fie înlocuită. Metoda pare simplă, dar nu este întotdeauna și precisă deoarece ochiul magic citește densitatea electrolitului doar din celula bateriei în care a fost încorporat.

Deşi tensiunea poate indica o încărcarcare completă a bateriei, putem avea surpriza ca aceasta să nu poată furniza curentul necesar pentru consumatori. Pentru a verifica capacitatea acumulatorului de a furniza curentul necesar se va măsura tensiunea la borne în sarcină. Pentru aceasta, bateria trebuie să fie încărcată în proporţie de minim 75 % (tensiunea la borne mai mare sau egală cu 12,4 V).

Bateria va fi conectată la o sarcină ce va consuma de trei ori mai mult curentul nominal înscris pe aceasta timp de maxim 15 secunde. Pentru a trece testul, bateria trebuie să aibă o tensiune la borne de minim 9,6 V. De exemplu, un acumulator de 50 AH trebuie conectat timp de 15 secunde la o sarcină care să consume 150A. Dacă aceasta nu scade sub 9,6 V, atunci aceasta a trecut testul. Dacă valoarea tensiunii este 9,5 V sau mai mică, atunci bateria este defectă şi trebuie înlocuită.

ATENŢIE : Tensiunea de 9,6 V variază cu temperatura. Aceasta este valabilă pentru o temperatură a electrolitului de 21 grade Celsius sau mai mare. Pentru valori mai mici ale temperaturii se vor utiliza valorile de mai jos:
15°C = 9,5 V
10°C = 9,4 V
5°C = 9,3 V
0°C = 9,1 V
-5°C = 8,9 V
-10°C = 8,7 V
-15°C = 8,5 V

Densitatea electrolitului din baterie

Densitatea electrolitului din baterie oferă oferă cea mai precisă metodă de verificare a stării de încărcare a unei baterii. Pentru a măsura densitatea electrolitului din fiecare din cele șase celule ale bateriei se folosește un densimetru (cel mai întâlnit instrument de măsură pentru densitate) sau de un refractometru (mai precis dar mai puțin întâlnit). Așa cum arată valorile din tabelul de mai jos, puteți deduce starea de încărcare a bateriei în funcție de densitatea electrolitului și de temperatura acestuia:

Temperatura  (grade Celsius)	Starea de încărcare
	100%	75%	50%	25%	0%
49	1,249 g/cm3	1,209 g/cm3	1,174 g/cm3	1,139 g/cm3	1,104 g/cm3
37	1,257 g/cm3	1,217 g/cm3	1,182 g/cm3	1,147 g/cm3	1,112 g/cm3
26	1,265 g/cm3	1,225 g/cm3	1,190 g/cm3	1,155 g/cm3	1,120 g/cm3
10	1,277 g/cm3	1,237 g/cm3	1,202 g/cm3	1,167 g/cm3	1,132 g/cm3
-12	1,293 g/cm3	1,253 g/cm3	1,218 g/cm3	1,183 g/cm3	1,148 g/cm3
-18	1,297 g/cm3	1,257 g/cm3	1,222 g/cm3	1,187 g/cm3	1,152 g/cm3

Deoarece majoritatea acumulatorilor auto utilizaţi în prezent sunt  compacţi şi nu necesită întreţinere (ca pe Spring), metodele tradiţionale de verificare a stării de încărcare prin măsurarea densităţii electrolitului devin inutile. Aceste baterii sunt dotate prin constructie cu un labirint instalat in capacul interior al bateriei care permite recombinarea oxigenului si hidrogenului in apa astfel incat scaderea nivelului de electrolit pe intreaga durata de viata a bateriei este neglijabila.

Curentul de stand-by (rezidual)

Aici intervine una din cele mai mari probleme la o mașină electrică, pentru că toate autovehiculele moderne sunt echipate cu sisteme electronice ce necesită alimentarea cu energie electrică chiar şi atunci când acestea nu sunt utilizate (standby). La Spring un exemplu este modulul telematic, cel care comunică prin rețeaua GSM cu serverele Renault pentru a transmite/primi în aplicație date/comenzi.

Aceste sisteme au un consum de energie care poate duce în timp la descărcarea acumulatorului. În general consumul este sub 20 de mA (în standby). La Spring, valoarea curentului de standby este de xx mA !de măsurat! (masurată cu toţi consumatorii opriţi, se desface borna negativă a bateriei şi se introduce în serie cu acumulatorul un ampermetru (multimetrul digital este setat să măsoare intensitatea curentului electric).

Valoarea curentului măsurat nu trebuie să depăşească 35 mA. Dacă acesta este mai mare de 35 mA, atunci este posibil ca în instalaţia electrică să existe un scurt circuit sau este posibil ca un consumator să utilizeze mai multă energie decât în mod normal. Acest lucru poate duce la descărcarea bateriei sau la uzura ei prematură.

Problemele și întreținerea bateriei auto

Murdăria acumulată pe suprafaţa superioară a bateriei în combinaţie cu umiditatea poate duce la apariţia unui curent parazit între borne ce poate provoaca descărcarea rapidă a acesteia. Măsurarea acestui curent se poate face cu ajutorul unui voltmetru digital prin dispunerea sondei negative pe borna negativă iar a celei pozitive pe partea superioară a carcasei bateriei.

Dacă tensiunea indicată este mai mare de 0,5 V, atunci partea superioară a bateriei trebuie curăţată cu o soluţie de apă şi bicarbonat de sodiu (praf de copt).

Un alt motiv ce poate duce la funcţionarea defectuoasă a unui acumulator, este fenomenul de oxidare (sulfatare) a bornelor. În aceste condiţii, un acumulator nu poate furniza curentul necesar pornirii motorului datorită rezistenţei suplimentare induse de oxidul acumulat pe borne.

Verificarea contactelor bateriei se face prin măsurarea tensiunii între fiecare bornă a bateriei şi cablul de legătură corespunzător la pornirea motorului.  La un contact perfect, căderea de tensiune măsurată ar trebui să fie de 0 V.

O sondă a multimetrului digital se plasează pe borna bateriei iar cealaltă sondă pe cablul care se leagă la baterie (cablul fiind montat). Dacă tensiunea indicată este mai mare de 0 V atunci bornele trebuiesc curăţate cu o perie de sârmă sau şmirghel şi o lavetă înmuiată într-o soluţie de apă cu bicarbonat  de sodiu.

Consumatori

Atenție la consumatorii adăugați ulterior care pot influența consumul și uzura bateriei. Cei adăugați cu alimentare la priza de brichetă, de regulă sunt opriți atunci când contactul este oprit, dar există situații când sunt montați direct pe borna bateriei (sau din panoul de siguranțe), cum ar fi o cameră de trafic/DVR pentru care vrem să înregistrăm și în parcare cu mașina închisă. Acești consumatori vor utiliza bateria de 12V și vom vedea în continuare cum influențează comportamentul la Spring.

Durata de viață

În general, durata de viață a unei baterii auto depinde de modul în care se reușește menținerea stării de încărcare a acesteia aproape de 100%. Durata medie de viață, statistic vorbind, este între 2 și 5 ani, dar poate depăși această perioadă. Dacia menționează în Fișa de întreținere și garanție înlocuirea bateriei de 12V la 3 ani.

Dacă tot suntem la indicațiile producătorului, de menționat ce spune manualul despre baterie:

• furnizează energia pentru acţionarea echipamentelor vehiculului (lumini, ştergătoare de parbriz, sistem audio etc.) şi anumite sisteme de siguranţă, cum ar fi ABS
• Nu folosiţi vehiculul electric pentru a reporni bateria de 12 V într-un alt vehicul. Energia electrică de 12 V a unui vehicul electric nu este suficientă pentru a efectua o astfel de operaţie. Risc de deteriorare a vehiculului.
• Pentru a evita deteriorarea vehiculului, nu reîncărcaţi bateria secundară 12 V, folosind un încărcător de baterie extern sau o baterie a unui alt vehicul. Consultaţi Reprezentantul mărcii.
• Nu aruncaţi bateriile uzate în natură, depuneţi-le la un organism însărcinat cu colectarea şi reciclarea bateriilor.
• Anumite baterii pot prezenta specificităţi în ceea ce priveşte reîncărcarea, sfătuiţi-vă cu Reprezentantul mărcii dumneavoastră. Evitaţi orice risc de producere a scânteilor care ar putea antrena imediat o explozie şi procedaţi la încărcarea într-un loc bine aerisit. Riscuri de rănire gravă.
• Când interveniţi în compartimentul motor, anumite componente pot fi calde. În plus motoventilatorul poate porni în orice moment. Risc de arsuri sau de răniri grave.
• Manevraţi cu atenţie bateria deoarece conţine acid sulfuric care nu trebuie să intre în contact cu ochii sau cu pielea. Dacă se întâmplă un astfel de contact, clătiţi cu apă din abundenţă şi, dacă este nevoie, consultaţi un medic. Ţineţi orice flacără, orice punct incandescent sau orice scânteie departe de elemenţii bateriei: risc de explozie. În timpul intervenţiilor în apropierea motorului, acesta poate fi cald. În plus, motoventilatorul poate porni în orice moment. Risc de rănire.

Particularitățile la Dacia Spring

Dacă tot am acoperit generalitățile bateriei de 12V, valabile practic la orice autovehicul, haideți să vedem ce e diferit sau special la Spring. În acest scop, pe lângă datele din CanZE Plus, mi-am achiziționat un modul de monitorizare a bateriei de 12V cu stocare a datelor și transmitere pe Bluetooth pe smartphone, de pe Aliexpress, la un pret sub 100lei.

Acesta se conectează sub capotă, direct pe bornele bateriei și se folosește aplicația BM2. În aplicație se poate citi starea curentă (tensiunea și nivelul de încărcare) și istoricul (are memorie proprie pentru 30 de zile și se sincronizează la conectarea cu telefonul).

La fel, în CanZE Plus se poate citi tensiunea bateriei, dar doar în funcțiune, pentru că o dată întrerupt contactul/mașina închisă, se întrerupe și transmisia datelor prin OBD.

Ce se poate observa? La Spring, atunci când mașina este staționată, închisă și există consumatori, tensiunea bateriei scade în timp. În momentul în care atinge un prag de 12,55V (adică în principiu sub 75%, după cum am explicat mai sus), pornește automat încărcarea din bateria de tracțiune până cand aceasta ajunge la 13,10V, care durează aproximativ 6 ore. De exemplu, ca în graficele de mai jos, după miezul nopții, la 02:21 tensiunea a scăzut sub 12,55V, a pornit încărcarea la 14,32V până dimineață la 08:25 când a ajuns la 13,12V. Atenție, este vorba de anotimp rece, temperaturi sub zero grade, iar cel mai important lucru e că nu circul ziua suficient de mult pentru a permite reîncărcarea completă (doar un drum de 10-15km, cca 30min de mers pe zi nu e suficient pentru a reîncărca bateria).

Un test pentru o perioadă mai îndelungată a fost când am fost plecat din țară pentru cîteva zile, mai exact am parcat pe 10 decembrie la 17:01 cu 12,75V. La 01:53 pornește încărcarea până la 07:51 (6 ore), se oprește la 13,1V și se descarcă lent până pe 13 decembrie la ora 13:13 (2z5h20) la 12,53V când din nou se pornește încărcarea.

Nu mai știu care era temperatura exterioară atunci, pentru că evident depinde foarte mult de aceasta: cu cât mai frig, cu atât se descarcă mai repede.

Nu am verificat nici SoC ul mașinii ca să extrag exact cât a consumat din baterie pentru această încărcare pentru a determina cât pierde în staționare. Teoretic (matematic), putem face un astfel de calcul, tensiunea de incarcare 14,2V timp de 6h de la 75% (12,55V) la 100% (13V) intr-o baterie de 50Ah. 25% incarcare inseamna 12,5Ah in 6h, la 14,2V inseamna aproximativ 178Wh. Din bateria totala a Springului de 26800Wh, inseamnă 0,67% in 2zile5h (53h), adica cca 0,3% in 24h. (fără condiții extreme de temperatură și fără consumatori adiționali). Dacă vreti sa continuam cu calcule teoretice, ar insemna ca stationand, fără a fi mișcat, un Spring s-ar descărca singur de la 100% la 0% în 333 de zile (deși presupun că la un anumit nivel al bateriei de tracțiune, nu ar mai declanșa incărcarea bateriei de 12V ci ar lăsa-o să se descarce total, pentru a se proteja pe sine – BMS-ul). Atenție!!! Nusunt convins că am făcut aceste calcule corect, o să revin, după ce mai monitorizez sistemul și obțin mai multe date. În plus, aceste date sunt orientative, depind de mulți factori, dar în general pot oferi o perspectivă și o înțelegere cât mai corectă.

Notă: Dacă aș monitoriza energia în CanZE Plus în acet interval, aș putea afla exact câtă energie (kWh) a fost utilizată.

Pașii următori

Care sunt scenariile și datele pe care aș dori să le aprofundez:

• De validat tesiunile la anumite temperaturi din tabel
• De măsurat cât consumă modulul telematic, la ce interval, când și până când
• De măsurat consumul de standby
• De măsurat curentul parazit și sulfatarea bornelor
• De monitorizat și înregistrat în paralel cu Canze pentru obținerea unui grafic cu încarcarea 12V și energia și SoCul mașinii
• De verificat când intră BMS-ul în protecție, pragul când nu va mai încărca (de ex. lăsată în staționare la 1% sau 5%)
• De verificat tensiunile bateriei la diverse poziții ale contactului, cu diverși consumatori: media, AC, comenzi din aplicație
• De investigat posibilitatea de înlocuire a bateriei originale Spring cu una LiFePO4 care rezistă mult mai bine la scăderile de temperatură și cicluri mult mai multe de încărcare/descărcare.

În versiunea 1.63.71 am revizuit ecranul dedicat bateriei de 12V pentru a arăta informațiile care pot fi de ajutor pentru a înțelege mai bine cum funcționează Springul vostru.

Nu ezitați să adăugați comentarii dacă datele sunt eronate sau mi-a scăpat ceva.

Nota

Informaţiile prezentate în acest articol nu trebuiesc tratate ca nişte instrucţiuni tehnice. Ele sunt simple informaţii ce vă pot ajuta să vă faceţi o idee despre starea în care se află acumulatorul autovehiculului dumneavoastră.

Dacă suspectaţi faptul că, acesta nu mai corespunde tehnic, vă recomand să vă adresaţi service-ului autorizat Dacia unde cu siguranţă că, nu veţi putea fi “aburit”. Atenție, montarea oricăror dispozitive neprevăzute din fabrică: monitorizare baterie, DVR, etc poate duce la anularea garanției.

Autorul nu îşi asumă nici o răspundere pentru eventualele pagube rezultate din utilizarea informaţiilor prezente în acest articol.

Surse:

https://autorolla.ro/blogs/%C8%99tiri-autorolla/cum-se-testeaza-starea-de-incarcare-a-unei-baterii-auto
https://despretot.info/verificare-baterie-auto/
https://www.bateriiauto.net/articole/cum-se-verifica-starea-de-incarcare-a-unei-baterii-auto
https://www.bateriiauto.net/articole/masurare-amperaj-baterie-auto
https://www.caranda.ro/exploatarea-bateriilor-de-acumulatori/
https://www.bateriiauto.net/articole/ce-tensiune-are-o-baterie-auto