Các phương pháp nạp ắc quy tự động

Có ba phương pháp nạp ắc quy là:

→       Phương pháp dòng điện.

→       Phương pháp điện áp.

→       Phương pháp dòng áp.

1.    Phương pháp nạp ắc quy với dòng điện không đổi.

Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại ắc quy, bảo đảm cho ắc quy được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc quy hoặc nạp sử chữa cho các ắc quy bị Sunfat hoá. Với phương pháp này ắc quy được mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện:

Un ≥ 2,7.Naq

Trong đó:   Un - điện áp nạp

Naq - số ngăn ắc quy đơn mắc trong

Trong quá trình nạp sức điện động của ắc quy tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến trở được xác định theo công thức:

 R = (Un-2Naq)/In

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các ắc quy đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức. Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ÷ 0,6 )C10 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc quy bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C10.

2.    Phương pháp nạp với điện áp không đổi.

Phương pháp này yêu cầu các ắc quy được mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi vaf được tính bằng ( 2,3 ÷ 2,5 ) V cho mỗi ngăn đơn. Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng phương pháp này ắc quy không được nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho ắc quy trong quá trình sử dụng.

3.    Phương pháp nạp dòng áp.

Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được những ưu điểm của mỗi phương pháp. Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc quy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phương án nạp ắc quy là phương pháp dòng áp.

·         Đối với ắc quy axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoản thời gian tn = 8h tương ứng với 75÷80 % dung lượng ắc quy tanạp với dòng điện không đổi là In = 0,1C10. Vì theo đặc tính nạp của ắc quy trong đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đổi thì điện áp, sức điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 8 h ắc quy bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 10 h thì ắc quy bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 ÷ 3h.

·         Đối với ắc quy kiềm : Trình tự nạp cũng giống như ắc quy axit nhưng dokhả năng quá tải của ắc quy kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In = 0,2C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,5C10.

Các quá trình nạp ắc quy tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc quy, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không.

Kết luận :

·         Vì ắc quy là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi ắc quy đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong ắc quy sẽ tự động dâng nên không kiểm soát được sẽ làm sôi ắc quy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho ắc quy.

·         Khi dung lượng của ắc quy dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì ắc quy sẽ sôi và làm cạn nước. Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc quy sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp được giữ cho đến khi ắc quy đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực của ắc quy bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp.

·         Tuỳ theo loại ắc quy mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau

o   Ắc quy axit : dòng nạp In = 0,1C10 ; nạp cưỡng bức với dòng điện nạp In = 0,2C10 .

o   Ắc quy kiềm : dòng nạp In = 0,2C10; nạp cưỡng bức với dòng điện nạp In = 0,5C10 .

·         Từ các phân tích ở trên ta rút ra các số liệu sau:

o   Dòng nạp lớn nhất Inmax = Idmax = 90 A

o   Điện áp Udmax = 64,8 V

Theo Vinalinks

Sạc – Nạp ắc quy

Cách nạp chung

Nạp bổ xung lại 120% phần năng lượng của ác quy đã giải phóng để làm việc:

• Với ắc quy axít loại hở, nạp với dòng điện bằng 1/10 dung lượng bình trong thời gian 10 giờ. Điện áp nạp 14,5V đến 15V
• Với ắc quy axít loại kín khí: nạp với dòng điện tối đa 2,5/10 dung lượng bình, trong thời gian 4 giờ hoặc nạp với dòng điện 1/10 dung lượng bình trong 10 giờ ở điện áp 14,5

Đó là một vài cách nạp thông thường, nhưng chưa thực sự chính sác bởi nó áp dụng trường hợp ắc quy đã nạp đầy và xả cạn. Vì vậy để việc nạp ắc quy được tốt nhất, nên sử dụng bộ nạp tự động, khi đó ắc quy sẽ được nạp đầy thực sự và không bị tình trạng quá nạp.

Nếu như không có bộ nạp tự động thì thế nào? Bạn có thể nạp theo chế độ phải giám sát dòng điện và điện áp của ắc quy. Muốn thực hiện điều này ít nhất phải có một bộ nạp có thể điều chỉnh được điện áp nạp (chẳng hạn một bộ nạp bằng biến áp có nhiều nấc ở đầu ra).

Ban đầu có thể đặt điện áp sao cho dòng điện ở mức dưới 1/10 dung lượng bình hoặc nhỏ hơn nữa, sau đó giám sát điện áp ắc quy (khi vẫn đang ở chế độ nạp) sao cho chúng thấp hơn mức 13,8V (để an toàn, có thể đặt mức này cao hơn). Khi đến mức điện áp này thì cần giảm điện áp nạp sao cho chúng giữ ở mức điện áp 13,8V không đổi trong khoảng vài giờ, sau đó ngắt bình khỏi bộ nạp và điều chỉnh sao cho mức điện áp đầu ra không tải của bộ nạp ở mức 13,8V rồi đóng bình vào nạp trong thời gian dài sau đó (hàng chục giờ cũng được). Lưu ý rằng sau khi điều chỉnh điện áp 13,8V ở chế độ không nối với ắc quy, khi đóng lại thì điện áp sẽ sụt giảm - bởi khi có dòng thì mức điện áp này chắc chắn sẽ giảm đi, lúc đó không cần điều chỉnh gì nữa, dòng điện sẽ giảm dần cho đến khi nó còn khoảng vài chục mA thì điện áp ắc quy sẽ ở mức xấp xỉ 13,8V.

Để điều chỉnh được dòng nạp và mức điện áp thì có lẽ cần một bộ nạp có điều chỉnh. LiOA có một sản phẩm phục vụ cho nhu cầu này ở các mức: Dòng 15A (phù hợp với các bình dưới 150Ah) hoặc dòng 30A (phù hợp với hệ thống các bình có dung lượng tổng nhỏ hơn 300Ah), ngoài ra còn mức điện áp điều chỉnh 0 đến 18V; 0 đến 36V (và còn có loại cho phép điều chỉnh 2 đến 50V ). 

Khi dùng bộ nạp LiOA nêu trên bạn có thể có một chế độ nạp khác nữa: Đó là điều chỉnh mức điện áp đầu ra ban đầu khi không nối vào ắc quy là 14,4V sau đó nối bộ nạp với ắc quy, ngay sau khi nối thì mức điện áp trên hai cực ắc quy sẽ giảm xuống tuỳ thuộc vào tình trạng đầy/cạn của ắc quy nhưng dòng điện nạp lúc này sẽ được hiển thị trên đồng hồ đo dòng của bộ nạp. Nếu dòng điện lúc này lớn hơn trị số 1/10 dung lượng ắc quy thì cần điều chỉnh lại mức điện áp nạp sao cho dòng này về trị số 1/10C, nếu như dòng đo được bởi đồng hồ lúc này nhỏ hơn 1/10C thì hãy để nguyên như vậy. Sau một thời gian thì điện áp trên hai cực ắc quy sẽ tăng lên và dòng nạp nhỏ dần đi, mức điện áp ngày càng chậm chạp và cần đợi chúng đến mức 13,8V thì bắt đầu điều chỉnh lại: Hãy ngắt ắc quy khỏi bộ nạp và điều chỉnh mức điện áp đầu ra của bộ nạp là 13,8V rồi đấu vào ắc quy. Ngay khi đóng nối ắc quy với bộ nạp thì điện áp sẽ tụt xuống một mức nào đó, hãy cứ để như vậy một thời gian thì thấy mức điện áp này tăng dần lên - cho đến khi chúng đạt 13,8V (có lẽ phải mất hàng chục giờ hoặc hơn) thì dòng điện nạp sẽ giảm dần về 0. Cho đến khi dòng nạp chỉ còn bằng 50-150 mA cho mỗi dung lượng 100Ah thì có lẽ là quá trình nạp sẽ hoàn tất.

Đến đây bạn có thể thấy rằng việc nạp thủ công quả là phức tạp và nhất thiết cần sự giám sát. Đúng như vậy, nếu giám sát tốt thì khi nạp sẽ không có hiện tượng bình nóng lên hoặc bình ắc quy hở sủi tăm mãnh liệt (như sôi lên) - đó mới là chế độ nạp đảm bảo an toàn cho ắc quy.

Nếu như sự giám sát trên là mất thời gian và khiến bạn không yên tâm khi mà sao nhãng một thời gian dài không chú ý đến nó thì bạn có thể nạp theo phương pháp đặt dòng điện lớn trong thời điểm ban đầu (tuân theo mức dòng cho phép bằng 1/10 dung lượng ắc quy), sau đó có thể nhẩm tính sơ bộ dung lượng ắc quy đã dùng (bằng cách nhẩm số công suất đã dùng trong thời gian bao lâu để tính ra lượng Ah đã tiêu thụ), sau đó căn cứ vào dòng nạp hiện tại và mức dung lượng còn thiếu mà sẽ để bộ nạp tự hoạt động trong khoảng thời gian mà nó phải bù cho lượng thiếu hụt (chẳng hạn như ước chừng thiếu 40Ah, khi nạp bằng dòng 10A thì phải 4 giờ sau mới phải quan tâm đến nó để giám sát liên tục). Nếu nhẩm tính được như vậy thì bạn sẽ "nhàn" hơn trong quá trình giám sát chế độ nạp của ắc quy.

Đến đây bạn sẽ thấy rằng quá trình nạp khá phức tạp phải không - còn tôi thì ngại rằng sự diễn giải của mình khá loằng ngoằng và khiến bạn khó hiểu. Và đúng là đến đây tôi đã hiểu tại sao các hãng sản xuất ắc quy lại chỉ gói gọn giải thích cho một dòng ngắn ngủi "nạp với dòng điện 1/10 dung lượng ắc quy trong 10 giờ" rồi - nó quả thực là cách diễn giải đơn giản nhất.

Và mọi sự phức tạp đó có thể giải quyết được khi mà bạn có một bộ nạp tự động - hoặc kích điện của bạn có chế độ nạp tự động và chế độ nạp này phải hoạt động đúng đắn. Nhưng quả thật, sau khi thấy nhiều bạn lên tiếng về việc kích điện của hãng HĐ bị lỗi phần nạp trên diễn đàn Webtretho thì tôi thấy rằng cũng không nên quá tin tưởng vào các kích điện - mà phải kiểm tra chế độ nạp của chúng. Cách thức kiểm tra đơn giản nhất là bất kỳ một chế độ nạp chuẩn nào cũng không được làm bình ắc quy nóng lên tới tầm nhiệt độ 45 đến 50 độ! Nếu có hiện tượng này xảy ra thì chế độ nạp của kích điện hoạt động không đúng - dẫn đến việc nhanh hư hỏng các ắc quy của bạn.

Nạp ắc quy theo từng loại riêng biệt

Điện áp nạp và nạp nổi (float) của một số loại ắc quy khác nhau (hình của một loại kích điện).

Cách thức nạp thủ công nêu trên thường chỉ phù hợp cho loại ắc quy axit thông thường (kín khí hoặc loại hở), trên thực tế thì cũng là loại ắc quy sử dụng axit H2SO4 nhưng chúng được cấu tạo bản cực cải tiến đi để đạt hiệu suất làm việc cao.

Tuỳ thuộc vào các loại ắc quy để có thể lựa chọn các thông số nạp và nạp nổi cho phù hợp.

Ví dụ: với loại ắc quy Chì-Axit kín khí (sealed lead acid) có mức điện áp nạp là 14,4V, nạp nổi là 13,6V. Ắc quy Chì-Axít loại hở điện áp nạp 14,8V và nạp nổi 13,8V... Do phần lớn các ắc quy thuộc loại này nên hầu như các kích điện đều đặt thông số nạp nổi là 13,8V.

Như vậy cần căn cứ vào loại ắc quy đang sử dụng thuộc loại nào để có thể có chế độ nạp phù hợp hoặc có cho phép các kích điện nạp nổi cho ắc quy hay không?

Trong trường hợp nếu không muốn cho kích điện nạp nổi ắc quy của bạn trong thời gian dài (do thông số không phù hợp) bạn có thể lắp thêm các aptomat để ngắt ắc quy ra khỏi kích điện.

Lưu ý về việc nạp ắc quy kiểu hở: Khi nạp với dòng điện nhỏ (ví dụ khi phụ nạp thường xuyên) thì bạn có thể quên không mở các nắp của các ngăn ắc quy ra được, nhưng khi nạp chu kỳ với dòng điện lớn thì nhất thiết phải mở các nắp này để các khí thoát ra trong quá trình nạp. Đây cũng là một sự phiền phức trong quá trình sử dụng các ắc quy kiểu hở - do đó nên hạn chế sử dụng ắc quy kiểu hở trong các kích điện.

Nạp dòng lớn hay dòng nhỏ thì tốt?

Có một câu hỏi đặt ra là khi nạp ắc quy, lựa chọn dòng nhỏ thì tốt hay là dòng lớn thì tốt? Có nhiều người cho rằng phải nạp bằng dòng điện lớn đến trị số 1/10 dung lượng ắc quy thì tốt.Có nhiều người tin rằng chế độ nạp 3 giai đoạn hiện nay là cực tốt - mà trong đó thì giai đoạn đầu tiên của việc nạp ắc quy chính là đưa một dòng điện lớn vào nạp.

Chế độ nạp 3 giai đoạn mà người ta cho rằng làm tăng tuổi thọ của ắc quy như sau: Giai đoạn 1: Nạp với dòng điện không đổi ở mức tối đa cho phép của ắc quy. Giai đoạn 2: Nạp với điện áp không đổi (theo bảng điện áp ở hình phía trên để phù hợp với từng loại ắc quy). Giai đoạn 3: Giữ ở mức điện áp nạp nổi của ắc quy (theo bảng trên).

Việc nạp bằng dòng điện ở cường độ cao sẽ làm cho phản ứng xảy ra nhanh, mãnh liệt và tạo ra nhiều PbO2 ở cực dương, Pb ở cực âm. Việc tạo ra các lớp PbO2 trên cực dương (hoặc Pb ở cực âm) với tốc độ lớn sẽ làm cho PbO2 dễ phủ lên mặt ngoài các lớp PbSO4 và tạo ra hiện tượng trên bản cực sẽ có hai thành phần nằm xen kẽ nhau: PbSO4 nằm phía trong và PbO2 nằm phía ngoài bao phủ lên. Khi mà lớp PbO2 ở cực dương đã bao phủ hết bề mặt bản cực thì chúng ngăn cản việc PbSO4 ở phía trong phản ứng để trở thành PbO2 được nữa - và lúc này các bản cực dễ bị sun phát hoá nếu để trong thời gian dài.

Như vậy thì nạp chậm là tốt? Có lẽ là như vậy nếu như có đủ thời gian cho quá trình nạp đó. Chẳng hạn như hôm nay mất điện, sau đó khi có điện trở lại thì ắc quy bắt đầu được nạp, quá trình nạp chậm mất khoảng 2 ngày mới hoàn thành thì ngày mai chẳng may có mất điện - ắc quy lúc đó chưa đủ đầy để phóng điện nên bị phóng yếu, quá trình đó diễn ra nhiều lần sẽ dẫn đến ắc quy luôn ở trạng thái đói và cũng bị sun phát hoá bản cực. Chế độ làm việc của các UPS cũng vậy - người ta luôn phải tính đến các trường hợp điện lưới bị yếu kém hoặc bị mất điện lưới trong mọi thời điểm - do đó chế độ nạp của các ắc quy trong UPS được thiết kế sao cho tối ưu nhất trong điều kiện phải nạp nhanh nhất. Nhu cầu sử dụng kích điện chưa chắc đã đòi hỏi cần nạp gấp như vậy (bởi có thời điểm năm 2010 khi cắt điện luân phiên thì cao điểm nhất là ngày mất và ngày có, thời gian có điện xen kẽ vượt qua con số 24-36h) nên không nhất thiết phải nạp với một dòng điện lớn ngay từ ban đầu.

Vậy thì nạp dòng lớn hay dòng nhỏ còn tuỳ thuộc vào tần suất hoạt động của ắc quy - nếu điều kiện cho phép thì tốt nhất nên nạp bằng dòng nhỏ. Hệ thống có dòng phóng nhỏ và dòng nạp nhỏ thì tuổi thọ ắc quy sẽ tăng lên, tuy nhiên kèm theo điều này lại phải đầu tư nhiều ắc quy mắc song song và gây tốn kém. Nếu như không mất điện thường xuyên hoặc sử dụng kích điện như một sự dự phòng cho các thời điểm mất điện (hoặc quá tải biến áp trong khu vực) thì việc đầu tư nhiều ắc quy là không kinh tế.

Nạp các hệ ắc quy mắc song song nhau

Khi bạn có một hệ thống nhiều ắc quy mắc song song nhau thì có hai cách nạp: nạp từng ắc quy riêng lẻ hoặc sàng đồng thời toàn bộ ắc quy.

Nếu như nạp từng ắc quy riêng lẻ thì bạn nên ngắt các ắc quy khác ra khỏi hệ thống, sau đó nạp đầy một hoặc nhóm bình ắc quy đó. Sau đó ngắt hoàn toàn các bình các bình đã nạp đầy để nạp các bình chưa được nạp. Sau khi các bình đầy hoàn toàn thì đợi chúng ổn định một thời gian đến khi các điện áp trên các bình sàn sàn như nhau thì đóng chúng lại chung vào hệ thống.

Cách nạp đồng thời các bình ắc quy mắc song song có lẽ là cách nạp đơn giản hơn và đảm bảo các bình có dòng nạp có thể thấp và làm tăng tuổi thọ ắc quy. Tuy vậy khi nạp song song cần lưu ý một số vấn đề sau:

Khi nạp cần lưu ý đo dòng nạp trên từng ắc quy để đảm bảo rằng dòng nạp không vượt quá giới hạn 1/10 dung lượng của ắc quy đó. Ví dụ cụ thể: Nếu bạn có hai ắc quy 100Ah nối song song nhau, khi nạp bạn thấy mỗi ắc quy có dòng nạp nhỏ hơn 10A thì tốt, nhưng trên một ắc quy có dòng 12A và một ắc quy có dòng 8A thì sẽ là không được vì sự chênh lệch đó có một dòng vượt quá mức khuyến cáo. Hiện tượng nạp lệch dòng ở các ắc quy mắc song song có thể do các bình đưa vào sử dụng không cùng thời điểm (chiếc mua trước, chiếc mua sau) hoặc các bình có hãng sản xuất khác nhau, có kiểu loại khác nhau (loại kín khí hoặc loại ắc quy hở), dung lượng khác nhau ... Nếu như xảy ra hiện tượng dòng nạp lệch nhau như trên bạn có thể giảm dòng nạp để dòng phù hợp nhất với từng nhánh song song - hoặc chuyển sang nạp từng bình hoặc từng cụm bình.

Nạp các hệ ắc quy mắc nối tiếp nhau

Khi kích điện sử dụng mức điện áp 24V hoặc cao hơn thì cần nối tiếp các ắc quy với nhau. Đối với cách lắp nối tiếp sẽ được trình bày ở phần sau, ở đây chỉ xin lưu ý một chút về cách nạp với hệ thống này.

• Khi nạp thì chế độ nạp cũng tương tự ắc quy 12V, nhưng các thông số được nhân 2 lên. (Ví dụ mức 13,8V thì trở thành 27,6V).
• Dung lượng dùng để tính dòng điện chỉ lấy theo một ắc quy, ví dụ đấu 2 ắc quy 12V 100Ah nối tiếp nhau thì sẽ coi như bằng 1 ắc quy 24V 100Ah nên dòng nạp 1/10 cũng chỉ bằng 10A.
• Trong quá trình nạp cần đo mức điện áp trên từng ắc quy để xem có sự chênh lệch nhau không, nếu chênh lệch quá lớn thì nên ngừng nạp và chuyển sang nạp riêng cho từng ắc quy bằng bộ nạp 12V. Thông thường nếu như chế độ nạp bị lệch nhau thì khi phóng điện cũng sẽ lệch nhau, dẫn đến việc hư hỏng trước một ắc quy.

Giải thích thêm về lưu ý thứ 3 ở trên: Sự chênh lệch điện áp trên hai ắc quy đang mắc nối tiếp sẽ xảy ra khi chúng không có cùng tình trạng như nhau (một cũ một mới hoặc cho dù cùng mua nhưng hai ắc quy ở hai lô khác nhau, được sản xuất thời gian khác nhau...có nghĩa là các ắc quy lệch nhau), khi đó đo điện áp trên từng ắc quy sẽ ra kết quả khác nhau. Trong trường hợp này thì cần dùng bộ nạp cho một ắc quy để tạm thời mắc vào hai đầu một ắc quy để nạp cho chúng đầy hoàn toàn.

Tại các nhà máy điện, các trạm phân phối thường sử dụng các hệ thống nhiều ắc quy nối tiếp nhau như vậy để phục vụ điều khiển và đóng cắt. Hệ ắc quy nối tiếp được phụ nạp thường xuyên theo chế độ nạp nổi và theo định kỳ được kiểm tra từng bình một để sẵn sàng phụ nạp hoặc thay thế nếu không đủ thông số. Có những hệ thống hoạt động hàng vài chục năm như vậy mà vẫn chưa bị hỏng - chính vì lý do này mà tôi nghĩ rằng trong dân dụng nếu phụ nạp và có chế độ sử dụng hợp lý cũng sẽ sử dụng được bền như vậy.