Rozsah pracovních teplot

Rozsah pracovních teplot je teplotní interval, ve kterém mohou být akumulátory používány. Na tomto místě je třeba zdůraznit, že je důležité rozlišovat rozsah teplot povolených pro nabíjení baterie — proces, v jehož průběhu je akumulátorovému článku nebo baterii dodávána z vnějšího obvodu elektrická energie, která v nich vyvolá chemické změny a tím akumulaci energie ve formě chemické energienabíjení, vybíjení baterie — proces, při kterém baterie dodává za specifických podmínek elektrickou energii vytvořenou v článku do vnějšího elektrického obvoduvybíjení a skladování akumulátorů. Rozsah teplot povolených pro nabíjení akumulátorů je nejmenší a obvykle se liší pro různé metody nabíjení. Čím větší je nabíjecí proud — elektrický proud, kterým se akumulátorový článek nebo baterie nabíjí nabíjecí proud (násobek I_t), tím menší bývá povolený rozsah teplot. Rozsah pracovních teplot je udáván jako přípustná teplota prostředí, v kterém se akumulátor nachází. Je však třeba si uvědomit, že pro spolehlivou funkci akumulátoru je rozhodující teplota jeho vnitřního systému, která se od teploty okolí může výrazně lišit. Například u akumulátoru přeneseného z venkovního prostředí do místnosti, ve které je nabíjen, může trvat relativně dlouhou dobu, nežli se jeho teplota vyrovná s teplotou místnosti. Akumulátorová baterie je totiž velmi špatným vodičem tepla (chová se tak trochu jako termoska), protože články tvořící baterii bývají umístěny do plastového pouzdra, povrch článků je opatřen plastovou nebo papírovou izolační vrstvou a sada elektrod proložených několika vrstvami separátorů rovněž znesnadňuje průchod tepla a tím vyrovnání teplot. V takových případech musí být dodržena tak zvaná doba aklimatizace, která je minimálně 2 hod.

Ke změnám teploty akumulátorů dochází nejenom vlivem změn teploty okolí, ale i vlivem jejich činnosti. V průběhu nabíjení, přebíjení i vybíjení akumulátorů se uvolňuje teplo, a to způsobuje nárůst jejich teploty. Hlavní příčinou tepelných změn při činnosti akumulátorů je teplo, které se uvolňuje nebo spotřebovává při probíhajících elektrochemických dějích. Menší část tepla vzniká ohmickými ztrátami v elektrodách, v elektrolytu a v dalších jejich součástech. V obou případech je množství uvolněného tepla úměrné velikosti prošlého náboje. Rychlost uvolňování tepla a tím i rychlost nárůstu teploty jsou přímo úměrné velikosti proudu. Teplo uvolňované elektrochemickou reakcí závisí na typu reakce. Nejvíce tepla se uvolňuje během přebíjení NiCd a NiMH hermetických akumulátorů, kdy veškerá energie dodávaná akumulátoru se mění na teplo. Při přebíjení relativně velkými proudy dochází k rychlému nárůstu teploty, které může vést až k trvalému poškození akumulátoru. Při překročení kritických podmínek (teploty a proudu) může nastat tepelný lavinový jev — nestabilní stav vznikající během nabíjení konstantním napětím, při němž míra schopnosti rozptylu tepla způsobuje nepřetržitý nárůst teploty baterie, jehož důsledkem je nárůst nabíjecího proudu, který může vést ke zničení baterie tepelný lavinový jev způsobený samovolnou chemickou reakcí aktivních hmot. Tento kumulativní, vzájemně se zesilující jev doprovázený prudkým nárůstem teploty vede k destrukci článku.

Teplo se uvolňuje rovněž i při vybíjení akumulátorů. Hlavně při velmi rychlém vybíjení, např. u akumulátorového nářadí, se baterie značně zahřívají a před jejich opětovným nabíjením je nezbytné dodržet dostatečně dlouhou dobu aklimatizace pro vyrovnání teploty.

V souvislosti s uvolňováním tepla v průběhu nabíjení je z praktického hlediska zajímavé rozdílné chování NiCd a NiMH akumulátorů. Z teoretického pohledu je nabíjecí reakce NiCd akumulátorů endotermní, což znamená, že teplo se v jejím průběhu spotřebovává. Za ideálních podmínek by v průběhu nabíjení NiCd akumulátorů mělo docházet k jejich ochlazování. Spotřeba tepla nabíjecí reakcí je však velmi malá a je kompenzována ohmickými ztrátami a teplem uvolňovaným nežádoucími vedlejšími reakcemi. Proto při nabíjení NiCd akumulátorů zůstává teplota konstantní nebo jen nepatrně narůstá. Nárůst teploty je možno zaregistrovat až na počátku přebíjení. Naproti tomu u hermetických NiMH akumulátorů dochází k uvolňování tepla, tedy i k růstu teploty již od počátku nabíjení a v průběhu přebíjení se rychlost růstu teploty zvýší. Typický příklad změn teploty při nabíjení NiCd a NiMH akumulátorů je uveden na obrázcích v kapitole Nabíjení hermetických akumulátorů, pojednávající o nabíjení.