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

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ẮC QUY

Giới thiệu chung về ắc quy

Ắc quy là nguồn cung điện một chiều cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày. Có nhiều loại ắc quy nhưng phổ biến và thường gặp trong thực tế là ắc quy chì axít và ắc quy kiềm.

1.    Đặc điểm cấu tạo của ắc quy.

Cấu trúc của một ắc quy đơn gồm có phân khối  bản cực dương, phân khối bản cực âm, các tấm ngăn.

Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại với nhau. Cấu tạo của một bản cực trong ắc quy gồm có phần khung xương và chất tác dụng trát lên nó.

Khung xương của bản cực âm và bản cực dương có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc từ chì và có pha thêm 5 ÷ - 8% ăngtimoang (Sb) và tạo hình mắt lưới. Phụ gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc.

Trong thành phần chất tác dụng còn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hưu cơ) để tăng độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện được độ thấm sâu của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng được tăng thêm.

Phần đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc quy đơn được hàn với nhau tạo thành khối bản cực dương, các bản cực âm được hàn với nhau thành khối bản cực âm. Số lượng các bản cực trong mỗi ắc quy thường từ 5 ÷ 8, bề dầy tấm bản cực dương của ắc quy thường từ 1,3 đến 1,5 mm, bản cực âm thường mỏng hơn 0,2 ÷ 0,3 mm. Số bản cực âm trong ắc quy thường nhiều hơn số bản cực âm một bản nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng của các bản cực.

Tấm ngăn được bố trí giữa các bản cực âm và dương có tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Tấm ngăn được làm bằng vật liệu poly-vinylclo bề dầy 0,8 ÷ 1,2 và có dạng lượn sóng , trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phép dung dịch điện phân thông qua.

2.    Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy

Ắc quy là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dưới dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng.

Quá trình ắc quy cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc quy dự trữ năng lượng được gọi là quá trình nạp điện.

2.1  Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy axit

Kí hiệu hoá học biểu diễn ắc quy axit có dung dich điện phân là axit H₂SO₄ nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3%, bản cực âm là Pb và bản cực dương là PbO2 có dạng : 

(- ) Pb | H2SO4 d = 1,1 ÷ 1,3 | PbO2 ( + )

Phương trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc quy axit :

PbO2 + 2H2SO4 + Pb = 2PbSO4 + 2H2O

Thế điện động e = 2,1 V.

2.2  Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc quy kiềm.

Kí hiệu hoá học biểu diễn ắc quy kiềm có dung dich điện phân là KOH nồng độ d = 20 % bản cực âm là Fe và bản cực dương là Ni(OH)3 có dạng :

( - ) Fe | KOH d = 20% | Ni(OH)3 ( + )

Phương trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc quy kiềm :

Fe + 2NI(OH)3 = Fe(OH)3 + 2Ni(OH)2

Thế điện động e = 1,4 V.

Nhận xét : Từ những điều đã trình bày ở trên ta nhận thấy trong quả trình phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi. Khi ắc quy phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Khi ắc quy nạp điện nồng độ dung dịch điện phân tăng dần. Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện của ắc quy.

3.    Các đặc tính cơ bản của ắc quy

Sức điện động của ắc quy chì và ắc quy axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân. Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm:

Eo = 0,85 + ρ (V)

Trong đó:          Eo - sức điện động tĩnh của ắc quy (V)

ρ - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 °C (g/cm3)

Trong quá trình phóng điện sức điện động của ắc quy được tính theo công thức:

Ep = Up + Ip.rb

Trong đó:          Ep - sức điện động của ắc quy khi phóng điện (V)

Ip - dòng điện phóng (A)

Up - điện áp đo trên các cực của ắc quy khi phóng điện (V)

rb - điện trở trong của ắc quy khi phóng điện (Ω)

Trong quá trình nạp sức điện động En của ắc quy được tính theo công thức:

En = Un - In.rb

Trong đó:          En - sức điện động của ắc quy khi nạp điện (V)

In - dòng điện nạp (A)

Un - điện áp đo trên các cực của ắc quy khi nạp điện (V)

rb - điện trở trong của ắc quy khi nạp điện (Ω)

Dung lượng phóng của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng của ắc quy cho phụ tải, và được tính theo công thức:

Cp = Ip.tp

Trong đó:          Cp - dung dịch thu được trong quá trình phóng (Ah)

Ip - dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp (A)

tp - thời gian phóng điện (h).

Dung lượng nạp của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của ắc quy và tính theo công thức:

Cn = In.tn

Trong đó:          Cn - dung dịch thu được trong quá trình nạp (Ah)

In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn (A)

tn - thời gian nạp điện (h).

3.1          Đặc tính phóng của ắc quy.

Đặc tính phóng của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng không thay đổi. Từ đặc tính phóng của ắc quy như trên hình vẽ ta có nhận xét sau:

·         Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện của ắc quy (dòng điện phóng).

·         Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta tiếp tục cho ắc quy phóng điện sau tgh thì sức điện động ,điện áp của ắc quy sẽ giảm rất nhanh .Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan ( biến đổi hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho ắc quy sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ắc quy, các giá trị Ep, Up, ρ tại tgh được gọi là các giá trị giới hạn phóng điện của ắc quy. ắc quy không được phóng điện khi dung lượng còn khoảng 80%.

·         Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức điện động, điện áp của ắc quy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc quy. Thời gian hồi phục này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của ắc quy (dòng điện phóng và thời gian phóng).

3.2. Đặc tính nạp của ắc quy.

Đặc tính nạp của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức điện động , điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng điện nạp không thay đổi. Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau :

·         Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = tgh thì sức điện động, điện áp , nồng độ dung dịch điện phân tăng dần.

·         Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi là hiện tượng "sôi") lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của ắc quy đơn tăng đến 2,4 V. Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đổi tuần hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của ắc quy.

·         Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc quy kéo dài từ 2 ÷ 3h trong suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi. Như vậy dung lượng thu được khi ắc quy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no ắc quy.

·         Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc quy, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của ắc quy sau khi nạp.

·         Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ắc quy. Dòng điện nạp định mức đối với ắc quy là In = 0,1C10 . Trong đó C10 là dung lượng của ắc quy mà với chế độ nạp với dòng điện định mức là In = 0,1C10 thì sau 10 giờ ắc quy sẽ đầy.

Ví dụ: với ắc quy C = 180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10% dung lượng (tức In = 18 A) thì sau 10 giờ ắc quy sẽ đầy.

4. Sự khác nhau giữa ắc quy chì và ắc quy kiềm.

Cả hai loại ắc quy này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc loại dung kháng và sức phản điện động. Nhưng chúng còn có một số đặc điểm khác biệt sau :

Ắc quy chì axit	Ắc quy kiềm
Khả năng quá tải không cao, dòng nạp lớn nhất đạt được khi quá tải là Inmax = 20%C10. Hiện tượng tự phóng lớn, ngay cả khi ắc quy không sử dụng. Sử dụng rộng rãi trong đời sống công nghiệp, ở những nơi có nhiệt độ cao va đập lớn nhưng đòi hỏi công suất vừa phải. Dùng trong xe máy, ôtô, các động cơ vừa và nhỏ. Giá thành thấp.	Khả năng quá tải lớn nhất khi đó có thể đạt tới 50%C10­. Hiện tượng tự phóng nhỏ. Với những khả năng trên thì ắc quy kiềm thường sử dụng những nơi yêu cầu công suất cao và quá tải thường xuyên và sử dụng các thiết bị công suất lớn. Dùng trong công nghiệp hàng không, hàng hải và nhưng nơi có nhiệt độ hoạt động thấp. Giá thành cao.

Để bình ắc quy nước bền và mạnh

Ắc-quy nước là loại có công suất lớn, việc bảo dưỡng khá phức tạp và phải làm thường xuyên. Muốn ắc quy hoạt động tốt, phải thường xuyên kiểm tra mức dung dịch điện phân và khả năng phóng điện của bình.

Khi đi xe nếu thấy các hiện tượng sau, chứng tỏ ắc-quy có vấn đề:

• Máy khởi động quay chậm hay yếu.
• Đèn xi nhan mờ, không ngắt rơ-le.
• Còi bị méo tiếng và khi bấm lên các bóng đèn bị sụt áp, mờ hẳn đi.

Khi có những dấu hiệu này, cần tháo bình điện ra kiểm tra, thao tác như sau:

• Tháo hộp đựng ắc-quy, mở vít kẹp, gỡ cầu chì khỏi mạch.
• Rút ống thoát nước tràn, nhấc bình điện ra khỏi hộc chứa.
• Ra chỗ đủ sáng, xem kỹ mực nước ở từng ngăn bình (nếu là bình 12 V sẽ có 6 ngăn), rút nắp ngăn, thêm nước vào cho tới vạch Upper.
• Lắp ắc-quy trở lại xe, bôi mỡ vào vít bắt điện cực, thao tác cuối là gắn cầu chì thông mạch.

Khi thêm nước vào bình ắc quy, chúng ta phải thao tác cẩn thận, tránh để axit trong bình bám vào tay hoặc quần áo cũng như các vật dụng khác.

Trong trường hợp đã thêm nước mà bình điện vẫn còn yếu, hãy nhờ các chuyên gia (thợ) về ắc quy kiểm tra và sửa chữa, tuyệt đối không tự động sửa ắc quy tại nhà, vì có thể gây nguy hiểm.

Khi sửa chữa hoặc thêm nước cho ắc quy, tránh làm chập các điện cực. Để đảm bảo an toàn, chúng ta nên nhờ sự tư vấn hoặc để cho các kỹ thuật viên chuyên về ắc quy thực hiện.

Theo Nguyễn Yên.

Hướng dẫn sử dụng bình Ắc quy kín khí (Bình khô)

1. Đưa ắc quy mới vào sử dụng:

*    Kiểm tra tình trạng no điện của ắc quy:

Bình ắc quy khô kín khí khi xuất xưởng đã được nạp điện sẵn nên có thể sử dụng được ngay. Trong quá trình lắp đặt sử dụng cần cẩn thận, tránh gây chập ngắn mạch hai đầu cực có thể nổ bình hoặc cháy trụ. Trước khi đưa vào sử dụng nên kiểm tra lại điện áp:

• Nếu điện áp ắc quy U~2,09V/ắc quy đơn (tương ứng U ~12,54V với loại ắc quy 12V) có thể sử dụng được ngay.
• Nếu điện áp nhỏ hơn cần nạp điện bổ xung với điện thế không

*    Trong quá trình sử dụng không phải bổ xung nước cất và kiểm tra tỷ trọng điện dịch (không được mở nắp phụ).

*    Khi ắc quy phóng điện, nếu điện áp giảm xuống 1,80V/ngăn (tương ứng U = 10,80V với loại ắc quy 12V) phải dừng phóng điện và nạp lại ngay không để ắc quy đói điện lâu.

 2. Nạp điện ắc quy:

Khi ắc quy đã phóng hết điện hoặc không sử dụng trong thời gian dài phải nạp điện lại cho ắc quy bằng cách:

• Đấu cực dương của ắc quy với cực dương của máy nạp, cực âm ắc quy với cực âm máy nạp.
• Nạp điện liên tục với chế độ ổn áp U = 2,40V - 2,50V (với ắc quy loại 2V), U = 14,4 - 14,5V (với ắc quy 12V). Dòng nạp lớn nhất phải nhỏ hơn 0,25 trị số dung lượng của bình (xem bảng dưới)

Ắc quy loại 2V	Phụ nạp thường xuyên	Điện áp nạp	2,25V¸2,35V
		Dòng nạp lớn nhất (A)	£0,25 trị số dung lượng ghi trên bình
	Nạp chu kỳ	Điện áp nạp	2,40V¸2,50V
		Dòng nạp lớn nhất (A)	£0,25 trị số dung lượng ghi trên bình
Ắc quy loại 12V	Phụ nạp thường xuyên	Điện áp nạp	13,5V¸13,8V
		Dòng nạp lớn nhất (A)	£0,25 trị số dung lượng ghi trên bình
	Nạp chu kỳ	Điện áp nạp	14,40V¸15,00V
		Dòng nạp lớn nhất (A)	£0,25 trị số dung lượng ghi trên bình

3. Bảo quản, cất trữ ắc quy:

*    Ắc quy khô kín khí mới nếu chưa sử dụng phải được bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát. Tránh chập mạch vì đã mang sẵn điện.

Trong quá trình bảo quản, cất trữ cần định kỳ nạp điện bổ xung theo lịch sau:

• 18 tháng 01 lần nếu nhiệt độ nơi lưu trữ, bảo quản là 200C
• 12 tháng 01 lần nếu nhiệt độ nơi lưu trữ, bảo quản là 300C
• 09 tháng 01 lần nếu nhiệt độ nơi lưu trữ, bảo quản là 400C

*    Ắc quy khô kín khí đang sử dụng nếu tạm thời không sử dụng nữa phải được lau sạch, bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát. Định kỳ nạp điện bổ xung như mục 2 và 3.

(Theo Vinalinks)