Thiết kế bộ nguồn nạp ắc qui tự động

CHƯƠNG I giíi thiÖu chung vÒ ¾c qui I.1Kh¸i niÖm ¾c qui lµ mét nguån ®iÖn ®­îc tr÷ n¨ng l­îng ®iÖn d­íi d¹ng ho¸. ¾c qui lµ mét nguån ®iÖn mét chiÒu cung cÊp ®iÖn cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn trong c«ng nghiÖp còng nh­ trong ®êi sèng hµng ngµy: nh­ ®éng c¬ ®iÖn, bãng ®Ìn ®iÖn, lµ nguån nu«i cña c¸c linh kiÖn ®iÖn tö... ¾c qui lµ nguån cung cÊp ®iÖn cho c¸c ®éng c¬ khëi ®éng. Trong thùc tÕ cã nhiÒu lo¹i ¾c qui nh­ng phæ biÕn nhÊt lµ hai lo¹i ¾c qui ch× vµ ¾c qui axit. I.2CÊu tao vµ ®Æc ®iÓm cña c¸c lo¹i ¾c qui: CÊu tróc cña mét ¾c qui ®¬n gi¶n gåm cã ph©n khèi b¶n cùc d­¬ng, ph©n khèi b¶n cùc ©m, c¸c tÊm ng¨n. Ph©n khèi b¶n cùc do c¸c b¶n cùc cïng tªn ghÐp l¹i víi nhau. H×nh 1-1.CÊu t¹o cña b¶n cùc CÊu t¹o cña mét b¶n cùc trong ¾c qui gåm cã phÇn khung x­¬ng vµ chÊt t¸c dông tr¸t lªn nã. Khung x­¬ng cña b¶n cùc ©m vµ b¶n cùc d­¬ng cã cÊu t¹o gièng nhau, chóng ®­îc ®óc tõ ch× vµ chóng ®­îc ®óc tõ ch× vµ cã pha thªm 5 ¸ 8 % ¨ngtimoan ( Sb ) vµ t¹o h×nh m¾t l­íi. Phô gia Sb thªm vµo ch× sÏ lµm t¨ng ®é dÉn ®iÖn vµ c¶i thiÖn tÝnh ®óc. Trong thµnh phÇn chÊt t¸c dông cßn cã thªm kho¶ng 3 % chÊt në ( c¸c muèi h­u c¬ ) ®Ó t¨ng ®é xèp, ®é bÒn cña líp chÊt t¸c dông. Nhê t¨ng ®é xèp mµ c¶i thiÖn ®­îc ®é thÊm s©u cña chÊt dung dÞch ®iÖn ph©n vµo trong lßng b¶n cùc, ®ång thêi diÖn tÝch thùc tÕ tham gia ph¶n øng ho¸ häc cña c¸c b¶n cùc còng ®­îc t¨ng thªm . PhÇn ®Çu cña mçi b¶n cùc cã vÊu, c¸c b¶n cùc d­¬ng cña mçi ¾c qui ®¬n ®­îc hµn víi nhau t¹o thµnh khèi b¶n cùc d­¬ng, c¸c b¶n cùc ©m ®­îc hµn víi nhau thµnh khèi b¶n cùc ©m. Sè l­îng c¸c b¶n cùc trong mçi ¾c qui th­êng tõ 5 ®Õn 8, bÒ dÇy tÊm b¶n cùc d­¬ng cña ¾c qui th­êng tõ 1,3 ®Õn 1,5 mm , b¶n cùc ©m th­êng máng h¬n 0,2 ®Õn 0,3 mm . Sè b¶n cùc ©m trong ¾c qui th­êng nhiÒu h¬n sè b¶n cùc ©m mét b¶n nh»m tËn dông triÖt ®Ó diÖn tÝch tham gia ph¶n øng cña c¸c b¶n cùc. TÊm ng¨n ®­îc bè trÝ gi÷a c¸c b¶n cùc ©m vµ d­¬ng cã t¸c dông ng¨n c¸ch vµ tr¸nh va ®Ëp gi÷a c¸c b¶n cùc. TÊm ng¨n ®­îc lµm b»ng vËt liÖu poly-vinyl-clo bÒ dÇy 0,8 ®Õn 1,2 mm vµ cã d¹ng l­în sãng , trªn bÒ mÆt tÊm ng¨n cã c¸c lç cho phÐo dung dÞch ®iÖn ph©n th«ng qua. Vá b×nh : Vá b×nh ¾c quy hiÖn nay ®­îc chÕ t¹o b»ng c¸c lo¹i nhùa ªb«nÝt hoÆc axphant«pÐc hoÆc cao su nhùa cøng . So víi nhùa axphant¬pÐc th× ªb«nit cã ®é bÒn h¬n vµ kh¶ n¨ng chÞu axÝt tèt h¬n nhiÒu . §Ó t¨ng ®é bÒn v÷ng vµ kh¶ n¨ng chÞu axit cho b×nh nhùa axphant¬pÐc , khi chÕ taä ng­êi ta Ðp vµo bªn trong b×nh mét líp lãt chÞu axit dµy 0,6 mm b»ng p«luclovinlim . Nhê líp nµy mµ tuæi thä cña vá b×nh t¨ng lªn 2-3 lÇn . §Æc ®iÓm cña vá b×nh lµ phÝa trong chia thµnh c¸c v¸ch ng¨n riªng biÖt b»ng nh÷ng v¸ch ng¨n kÝn vµ ch¾c . ë ®¸y cña mçi ng¨n cã 4 sèng ®ì khèi b¶n cùc t¹o thµnh kho¶ng trèng gi÷a ®¸y b×nh vµ mÆt d­ãi cña khèi b¶n cùc . Nhê vËy mµ tr¸nh ®­îc hiÖn t­îng chËp m¹ch gi÷a c¸c b¶n cùc do chÊt kÕt tña r¬i xuèng ®¸y b×nh g©y nªn . ë mét sè b×nh ¾c quy cì lín ng­ßi ta cã thÓ l¾p thªm c¸c quai s¾t vµo vá b×nh ®Ó khi di chuyÓn ®­îc dÔ dµng h¬n . B¶n cùc , ph©n khèi b¶n cùc vµ khèi b¶n cùc : B¶n cùc gånm cèt h×nh m¾t c¸o , trªn ®ã tr¸t ®Çy chÊt t¸c dông . Cèt ®óc b»ng hîp kim ch× -Stibi ( Sh ) (87-95% +5-13% Sb). Stibi trong hîp kim cã t¸c dông t¨ng ®é cøng v÷ng vµ gi¶m han gØ cho cèt . Hîp kim naú so víi ch× Pb nguyªn chÊt cã hÖ sè næ dµi nhá , nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp h¬n vµ ®Æc tÝnh ®óc tèt h¬n . Cèt ®Ó gi÷a c¸c chÊt t¸c dông vµ ph©n phèi dßng ®iÖn b»ng kh¾p bÒ mÆt b¶n cùc . §iÒu nµy cã ý nghÜa ®Æc biÖt quan träng ®èi víi c¸c b¶n cùc d­¬ng v× ®iÖn trë cña c¸c chÊt t¸c dông ( oxit ch× PbO2 ) lín gÊp 10.000 lÇn ®iÖn trë cña ch× nguyªn chÊt . Do ®ã cµng t¨ng chiÒu dÇy cña cét th× ®iÖn trë trong ¾c quy sÏ cµng nhá . Cèt cã khung bao quanh , cã vÊu ®Ó hµn nèi c¸c b¶n cùc thµnh phÇn ph©n khèi b¶n cùc vµ cã hai ch©n ®Ó tú lªn c¸c sèng ®ì ë ®¸y b×nh ¾c quy . Ch©n cña c¸c b¶n cùc d­¬ng vµ ©m ph¶i ®­îc ph©n bè sao cho ph©n khèi b¶n cùc d­¬ng tú lªn mét ®«i sèng ®ì so le cßn ph©n khèi ph©n cùc ©m tú lªn ®«i sèng ®ì so le kia . Sù ph©n bè nh­ vËy tr¸nh ®­îc hiÖn t­îng chËp m¹ch qua phÇn sèng ®ì . V× ®iÖn cèt cña b¶n cùc ©m kh«ng ph¶i lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh v¶ l¹i chóng còng Ýt bÞ han gØ nrrn ng­êi ta th­êng lµm máng h¬n b¶n cùc d­¬ng . §Æc biÖt lµ hai tÊm bªn cña ph©n khèi b¶n cùc ©m l¹i cµng máng v× chóng chØ lµm viÖc cã mét phÝa gi¸p víi b¶n cùc d­¬ng . ChÊt t¸c dông ®­îc chÕ t¹o tõ bét ch× , dung dÞch axit sunfuric vµ kho¶ng 3% chÊt næ nh­ muèi cña c¸c axit h÷u c¬ vµ nh÷ng chÊt h÷u c¬ tæng hîp v.v.. ®èi víi b¶n cùc ©m , cßn ®èi víi b¶n cùc d­¬ng th× chÊt t¸c dông ®­îc chÕ t¹o tõ c¸c «xit ch× Pb3O4 , PbO vµ dung dÞch axit sunfñic . ChÊt næ trong b¶n cùc ©m cã t¸c dông t¨ng ®é xèp , gi¶m kh¶ n¨ng co vµ hiÖn t­îng chèng hoµ cøa do b¶n cùc . C¸c b¶n cÇn cã ®é xèp vµ ®é bÒn cao th× ®iÖn dung cña ¾c quy míi lín vµ tuæi thä míi ®¶m b¶o . C¸c b¶n sau khi ®· tr¸t ®Çy chÊt t¸c dông ®­îc Ðp l¹i sÊy kh« vµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh t¹o cùc , tøc lµ chóng ®­îc ng©m vµo dung dÞch axit sunfuric lo·ng vµ n¹p vµo dßng ®iÖn nhá. Sau qóa tr×nh nh­ vËy chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc d­¬ng hoµn toµn trë thµnh PbO2 ( mµu g¹ch sÉm ) . Cßn ë c¸c b¶n cùc ©m thanh Pb ( ch× xèp mµu ghi ®¸ ) . Sau ®ã c¸c b¶n cùc ®­îc ®em röa , sÊy kh« vµ l¾p r¸p . Nh÷ng b¶n cùc cïng lo¹i ( cïng d­¬ng hoÆc cïng ©m ) ®­îc hµn vµo vÊu cùc theo dÊu theo sè l­îng quy ®Þnh vµ t¹o thµnh khèi b¶n cùc , kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c khèi b¶n cùc trong ph©n phèi ph¶i ®ñ ®Ó chøa mét b¶n cùc kh¸c lo¹i vµ c¸c tÊm c¸ch ®iÖn – tÊm ng¨n . C¸c khèi b¶n cùc vµ tÊm ng¨n ®­îc l¾p l¹i thµnh khèi b¶n cùc sao cho c¸c b¶n cùc ©m vµ d­¬ng xen kÏ nhau vµ c¸ch ®iÖn cíi nhau b»ng c¸c tÊm ng¨n cã ®éi xèp cao . Trong mçi khèi b¶n cùc sè b¶n cùc ©m , bao giê còng nhiÒu h¬n sè b¶n cùc d­¬ng mét b¶n víi môc ®Ých ®Ó sö dông c¸c b¶n cùc d­¬ng triÖt ®Ó h¬n vµ gi¶m bít cong vªnh cho c¸c b¶n cùc d­¬ng ë hai bªn khi dßng ®iÖn phãng hoÆc n¹p lín . TÊm ng¨n : TÊm ng¨n cã t¸c dông chèng chËp m¹ch gi÷a c¸c b¶n cùc d­¬ng vµ ©m ®ång thêi ®Ó ®ì chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc bít bÞ bong r¬i ra khi sö dông ¾c quy . C¸c tÊm ng¨n ph¶i lµ chÊt c¸ch ®iÖn , cã ®é xèp thÝch hîp ®Ó kh«ng ng¨n c¶n dung dÞch ®iÖn ph©n thÊm ®Õn c¸c b¶n cùc . Chóng ph¶i bÒn v÷ng cã ®é dÎo , chÞu axit vµ kh«ng chøa c¸c t¹p chÊt cã haÞ , nhÊt lµ s¾t . C¸c tÊm ng¨n hiÖn nay th­êng ®­îc chÕ t¹o b»ng mipo ( ªb«nit xèp mÞn ) , mipl¸t ( p«liclounnhin xèp mÞn ) , platchipo ( pªclovinhin xèp mÞn ) , p«r«vinhin , pªn«ph¸t hoÆc b«ng thuû tinh ghÐp víi miplat hoÆc gç v.v... CÊu t¹o tÊm ng¨n cã d¹ng h×nh ch÷ nhËt . C¸c tÊm ng¨n b»ng mipo , mipl¸t , pªn«pl¸t th­êng dÊy 1,5 ¸ 2,4 mm vµ cã mét mÆt ph¼ng h­íng vÒ phÝa b¶n cùc ©m cßn mét mÆt cã h×nh sãng hoÆc cã gå h­íng vÒ phÝa b¶n cùc d­¬ng , t¹o ®iÒu kiÖn cho dung dÞch ®iÖn ph©n dÔ lu©n chuyÓn h¬n ®Õn c¸c b¶n cùc d­¬ng vµ dung dÞch l­u th«ng tèt h¬n . §Ó ®¶m b¶o c¸ch ®iÖn tèt nhÊt , c¸c tÊm ng¨n ®­îc lµm réng h¬n so víi c¸c b¶n cùc ®Æc biÖt lµ chiÒu cao . §èi víi c¸c tÊm ng¨n kÕt hîp th× líp b«ng thuû tinh th­êng dµy 0,4 ¸0,8 mm ghÐp víi tÊm ng¨n mipl¸t t¹o thµnh tÊm ng¨n hai líp hay th­êng gäi lµ tÊm ng¨n kÐp . Lo¹i nµy t¨ng ®­îc tuæi thä cña ¾c quy nh­ng ®Æc tÝnh sö dông l¹i kÐm ®i kho¶ng 10% . Trong mét vµi tr­êng hîp ng­êi ta cßn sö dông tÊm ng¨n kÐp b»ng gç vµ l­íi nhùa N¾p , nót vµ cÇu nèi : N¾p lµm b»ng nhùa ªb«nit (®èi víi b×nh lµm b»ng ªb«nit ) vµ b»ng bakªlit ( ®èi víi b×nh b»ng nhùa axphant«pÐc ) . N¾p cã hai lo¹i : 1-Tõng n¾p riªng cho mçi ng¨n ( n¾p ng¨n ) 2-N¾p chung cho c¶ b×nh ( n¾p b×nh ) . Lo¹i nµy kÕt cÊu phøc t¹p nh­ng ®é kÝn tèt . KÕt cÊu cña lo¹i n¾p ng¨n th«ng dông nhÊt hiÖn nay . C¸c lç bªn ®Ó luån c¸c vÊu cùc cña khèi b¶n cùc ra . Lç cã ren 2 æ gi÷a ®­îc gäi lµ lç ®æ , ®Ó dung dÞch ®iÖn ph©n vµo c¸c ng¨n vµ ®Ó kiÓm tra møc dung dÞch ®iÖn ph©n , nhiÖt ®é vµ nång ®é dung dÞch trong ¾c quy . §Ó ®¶m b¶o kÝn tèt , khi chÕ t¹o ng­êi ta Ðp c¸c lç bªn cña n¾p nh÷ng èng ch× . Khi hµn nèi c¸c ¾c quy ®¬n víi nhau ®Çu vÊu cùc sÏ ch¶y ra vµ g¾n liÒn víi èng ch× nµy vµ cÇu nèi thµnh mét khèi b¶o ®¶m hoµn toµn kÝn ë chç l¾p r¸p . Lç ®æ ®­îc ®Ëy kÝn b»ng nót cã ren ®Ó gi÷ cho dung dÞch ®iÖn ph©n trong b×nh khái bÞ bÈn vµ bÞ s¸nh ra ngoµi . ë nót cã lç nhá ®Ó th«ng khÝ tõ trong b×nh ra ngoµi trêi lóc n¹p ¾c quy . N¾p mét sè lo¹i ¾c quy cã lç th«ng khÝ riªng , n»m s¸t lç ®æ . KÕt cÊu nh­ vËy rÊt thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh møc dung dÞch trong b×nh ¾c quy . Trong tr­êng hîp nµy æ nót kh«ng cã lç khÝ n÷a. Dung dÞch ®iÖn ph©n Dung dÞch ®iÖn ph©n trong b×nh ¾c quy lµ dung dÞch axit sunfuric ( H2SO4 ) ®­îc pha chÕ tõ axit nguyªn chÊt víi n­íc cÊt theo nång ®é quy ®Þnh tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn khÝ hËu mïa vµ vËt liÖu lµm tÊm ng¨n . Nång ®é cña ¾c quy cã thÓ tõ 1,21g/cm3 ®Õn 1,31g/cm3 . CÇn nhí r»ng : nång ®é qu¸ cao sÏ chãng háng tÊm ng¨n , chãng háng b¶n cùc , dÔ bÞ sunfat ho¸ trong c¸c b¶n cùc nªn tuæi thä vµ ®iÖn dung cña ¾c quy còng gi¶m dÇn ®i rÊt nhanh . Nång ®é qu¸ thÊp th× ®iÖn dung ®Þnh møc vµ thÕ hiÖu cña ¾c quy gi¶m vµ ë nh÷ng n­íc xø l¹nh vµo mïa ®«ng dung dÞch dÔ bÞ ®ãng b¨ng . Nång ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n lu«n thay ®æi theo møc phãng vµ møc n¹p cña ¾c quy . Ngoµi ra cßn phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña dung dÞch . Ng­êi ta th­êng lÊy nhiÖt ®é +15oC lµm mèc ®Ó tiªu chuÈn ho¸ nång ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n .§Ó x¸c ®Þnh nång ®é ng­êi ta dïng tû träng kÕ . Mçi mét ®é chªnh lÖch so víi mèc +15oC ®Òu cho sai sè 0,0007g/cm3 . Do ®ã khi thÊy nhiÖt ®é cña dung dÞch cao h¬n +15oC th× ph¶i céng thªm sai sè vµo kÕt qu¶ ®äc ®­îc theo tû träng kÕ cßn nÕu thÊy nhiÖt ®é dung dÞch thÊp h¬n +15oC th× ph¶i trõ ®i . *Nh÷ng chó ý khi pha chÕ dung dÞch ®iÖn ph©n cho ¾c quy axit : (+)Kh«ng ®­îc dïng axit cã thµnh phÇn t¹p chÊt cao nh­ lo¹i axit kü thuËt th«ng th­êng vµ n­íc kh«ng ph¶i lµ n­íc cÊt v× dïng nh­ v©þ sÏ lµm t¨ng c­êng ®é qu¸ tr×nh tù phãng ®iÖn cña ¾c quy . (+)C¸c dông cô pha chÕ ph¶i lµm b»ng thuû tinh , sø hoÆc chÊt dÎo chÞu axit . Chóng ph¶i s¹ch kh«ng chøa c¸c muèi kho¸ng , dÇu mì vµ c¸c t¹p chÊt v.v.. (+)§Ó ®¶m b¶o an toµn trong khi pha chÕ tuyÖt ®èi kh«ng ®­îc ®Ó n­íc vµo axit ®Æc mµ ph¶i ®æ tõ tõ axit vµo n­íc vµ dïng que thuû tinh khuÊy ®Òu I.1.3. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l­îng trong ¾c qui . ¸c qui lµ nguån n¨ng l­îng cã tÝnh chÊt thuËn nghÞch : nã tich tr÷ n¨ng l­îng d­íi d¹ng ho¸ n¨ng vµ gi¶i phãng n¨ng l­îng d­íi d¹ng ®iÖn n¨ng. Qu¸ tr×nh ¾c qui cÊp ®iÖn cho m¹ch ngoµi ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh phãng ®iÖn, qu¸ tr×nh ¾c qui dù tr÷ n¨ng l­îng ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn. -Khi n¹p nhê nguån ®iÖn n¹p mµ ë m¹ch ngoµi c¸c ®iÖn tö “e” chuyÓn ®éng tõ c¸c b¶n cùc ©m ®Õn c¸c b¶n cùc d­¬ng - ®ã lµ dßng ®iÖn n¹o In . -Khi phãng ®iªn d­íi t¸c ®éng cña søc ®iÖn ®éng riªng cña ¾c quy c¸c ®iÖn tö sÏ chuyÓn ®éng theo h­íng ng­îc l¹i ( tõ d­¬ng ®Õn ©m vµ t¹o thµnh dßng ®iÖn phãng Ip . -Khi ¾c quy ®· n¹p no , chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc d­¬ng lµ PbO2 cßn ë c¸c b¶n cùc ©m lµ ch× xèp Pb , khi phãng ®iÖn c¸c chÊt t¸c dông ë hai b¶n cùc ®Òu trë thµnh sunfat ch× PbSO4 cã d¹ng tinh thÓ nhá . C¸c qu¸ tr×nh ho¸ häc x¶y ra trong ¾c quy cã thÓ viÕt mét c¸ch v¾n t¾t nh­ sau :Trªn b¶n cùc d­¬ng : phãng PbO2 + 3H+ + HSO4- +2e PbSO4 + 2H2O n¹p Trªn b¶n cùc ©m : phãng Pb + HSO4 PbSO4 + 2e + 2H n¹p ë d¹ng tæng qu¸t , cã thÓ ®Æc tr­ng c¸c qóa tr×nh trªn b»ng c¸ch lËp b¶ng : Tr¹ng th¸i cña ¾c quy B¶n cùc d­¬ng Dung dÞch ®iÖn ph©n B¶n cùc ©m §· ®­îc n¹p no §· phãng hÕt ®iÖn PbO2 (oxit ch× ) PbSO4 (Sunphat ch× tinh thÓ nhá) 2H2SO4 (axit sufuric ) 2H2SO4 ( N­íc ) Pb (Ch× xèp nguyªn chÊt ) PbSO4 (Sunfat ch× tinh thÓ nhá ) Nh­ vËy khi phãng ®iÖn axÝt sunfuric bÞ hÊp thô ®Ó t¹o thµnh sunfat cßn n­íc bÞ ph©n ho¸ ra , do ®ã nång ®é cña dung dÞch gi¶m ®i . Khi n¹p ®iÖn th× ng­îc l¹i , nhê hÊp thô n­íc vµ t¸i sinh ra axit sufuric nªn nång ®é cña dung dÞch t¨ng lªn . Sù thay ®æi nång ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n khi phãng vµ n¹p lµ mét trong nh÷ng dÊu hiÖu ®Ó x¸c ®Þnh møc phãng ®iÖn cña ¾c quy trong sö dông . Qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l­îng trong ¾c qui axit. KÝ hiÖu ho¸ häc biÓu diÔn ¾c qui axit cã dung dich ®iÖn ph©n lµ axit H2SO4 nång ®é d = 1,1 ¸ 1,3 % b¶n cùc ©m lµ Pb vµ b¶n cùc d­¬ng lµ PbO2 cã d¹ng : (- ) Pb ½ H2SO4 d = 1,1 ¸ 1,3 ½ PbO2 ( + ) Ph­¬ng tr×nh ho¸ häc biÓu diÔn qu¸ tr×nh phãng n¹p cña ¾c qui axit : phãng N¹p PbO2 + 2H2SO4 + Pb 2PbSO4 + 2H2O ThÕ ®iÖn ®éng e = 2,1 V. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l­îng trong ¾c qui kiÒm. KÝ hiÖu ho¸ häc biÓu diÔn ¾c qui kiÒm cã dung dich ®iÖn ph©n lµ KOH nång ®é d = 20 % b¶n cùc ©m lµ Fe vµ b¶n cùc d­¬ng lµ Ni(OH)3 cã d¹ng : ( - ) Fe ½ KOH d = 20% ½ Ni(OH)3 ( + ) Ph­¬ng tr×nh ho¸ häc biÓu diÔn qu¸ tr×nh phãng n¹p cña ¾c qui kiÒm : phãng Fe + 2NI(OH)3 Fe(OH)3 + 2Ni(OH)2 n¹p ThÕ ®iÖn ®éng e = 1,4 V. NhËn xÐt : Tõ nh÷ng ®iÔu ®· tr×nh bÇy ë trªn ta nhËn thÊy trong qu¶ tr×nh phãng n¹p nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n lµ thay ®æi. Khi ¾c qui phãng ®iÖn nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m dÇn. Khi ¾c qui n¹p ®iÖn nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n t¨ng dÇn. Do ®ã ta cã thÓ c¨n cø vµo nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n ®Ó ®¸nh gi¸ tr¹ng th¸i tÝch ®iÖn cña ¾c qui. I.1.4 C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña ¾c qui . Søc ®iÖn ®éng cña ¾c qui ch× vµ ¾c qui axit phô thuéc vµo nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n. Ng­êi ta th­êng sö dông c«ng thøc kinh nghiÖm Eo = 0,85 + r ( V ) trong ®ã: Eo - søc ®iÖn ®éng tÜnh cña ¾c qui ( V ) - nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n ë 15 °C ( g/cm3 ) Trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn søc ®iÖn ®éng cña ¾c qui ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : Ep = Up + Ip.rb trong ®ã : Ep - søc ®iÖn ®éng cña ¾c qui khi phãng ®iÖn ( V ) Ip - dßng ®iÖn phãng ( A ) Up - ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña ¾c qui khi phãng ®iÖn (V) rb - ®iÖn trë trong cña ¾c qui khi phãng ®iÖn ( W ) Trong qu¸ tr×nh n¹p søc ®iÖn ®éng En cña ¾c qui ®­îc tÝnh theo c«ng thøc En = Un - In.rb trong ®ã : En - søc ®iÖn ®éng cña ¾c qui khi n¹p ®iÖn ( V ) In - dßng ®iÖn n¹p ( A ) Un - ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña ¾c qui khi n¹p ®iÖn (V) rb - ®iÖn trë trong cña ¾c qui khi n¹p ®iÖn ( W ) Dung l­îng phãng cña ¾c qui lµ ®¹i l­îng ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cung cÊp n¨ng l­îng cña ¾c qui cho phô t¶i, vµ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : Cp = Ip.tp trong ®ã : Cp - dung dÞch thu ®­îc trong qu¸ tr×nh phãng ( Ah ) Ip - dßng ®iÖn phãng æn ®Þnh trong thêi gian phãng ®iÖn tp ( A tp - thêi gian phãng ®iÖn ( h ). Dung l­îng n¹p cña ¾c qui lµ ®¹i l­îng ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng tÝch tr÷ n¨ng l­îng cña ¾c qui vµ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : Cn = In.tn trong ®ã : Cn - dung dÞch thu ®­îc trong qu¸ tr×nh n¹p ( Ah ) In - dßng ®iÖn n¹p æn ®Þnh trong thêi gian n¹p tn ( A ) tn - thêi gian n¹p ®iÖn ( h ). I.5.Qu¸ tr×nh phãng vµ n¹p cña ¸c qui I.5.1 §Æc tÝnh phãng cña ¾c qui §iÓm cuèi cña qu¸ tr×nh phãng ΔE Ip=5,4 A(1,70V) t(h) Eaq H×nh 1-2.§Æc tÝnh phãng cña ¾c qui Khi phãng b»ng mét dßng ®iÖn Ip kh«ng ®æi th× nång ®é dung dÞch gi¶m theo ®­êng th¼ng v× sè l­îng chÊt t¸c dông tham gia ph¶n øng vµ axit sunfuric ®­îc thay thÕ b»ng n­íc trong mçi gi©y ®Òu b»ng nhau . Nång ®é ban ®Çu gi¶ sö b»ng 1,27 g/cm3 , cßn nång ®é cuèi cïng phô thuéc vµo sè l­îng axit sunfuric tiªu tèn trong thêi gian phãng vµ tr÷ l­îng dung dÞch trong b×nh tøc lµ phô thuéc vµo kÕt cÊu cña b×nh ¾c quy . §­êng ®Æc tÝnh cña søc ®iÖn ®éng tÜnh Eo tÝnh theo Eo = 0,85 + S còng cã d¹ng nh­ S nh­ng nÕu tÝnh gi¸ trÞ thùc tÕ cña søc ®iÖn ®éng Eqq = Hp +Ip Rqq th× søc ®iÖn ®éng Eqq sÏ nhá h¬n søc ®iÖn ®éng Eo mét l­îng b»ng ΔE Raq - §iÖn trë trong cña ¾c quy Ip – C­êng ®é dßng ®iÖn phãng Up – ThÕ ®iÖn cña ¾c quy trong qu¸ tr×nh phãng ΔE – Møc chªnh lÖch søc ®iÖn ®éng trong qu¸ tr×nh phãng hoÆc n¹p Së dÜ cã sù chªnh lÖch gi÷a Eqq vµ Eo lµ v× trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn nång ®é dung dÞch chøa trong chÊt t¸c dông cña b¶n cùc bÞ gi¶m ®i do tèc ®é khuÕch t¸n dung dÞch ®Õn c¸c b¶n cùc chËm , lµm cho nång ®é dung dÞch thùc tÕ ë trong lßng b¶n cùc lu«n thÊp h¬n nång ®é dung dÞch chung trong tõng ng¨n . NÕu m¹ch ngoµi cña ¾c quy hë ( kh«ng phãng ®iÖn ) th× do khuÕch t¸n mµ nång ®é dung dÞch trong chÊt t¸c dông vµ nång ®é dung dÞch chung ë mçi ng¨n sÏ c©n b»ng nhau vµ thÕ hiÖu cña ¾c quy còng sÏ b»ng søc ®iÖn ®éng tÜnh Eo . Søc ®iÖn ®éng thùc tÕ Eqq vµ Up trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn thay ®æi theo quy luËt phøc t¹p . Ta cã thÓ ph©n tÝch kü h¬n qu¸ tr×nh phãng ®iÖn theo ®Æc tÝnh trªn nh­ sau : sau khi ®ãng m¹ch phô t¶i R cho ¾c quy phãng ®iÖn do ph¶n øng ho¸ häc mµ nång ®é chung bÞ gi¶m ®i , x¶y ra sù chªnh lÖch vÒ nång ®é t¹o ®iÒu kiÖn cho viÖc khuÕch t¸n líp dung dÞch míi vµo b¶n cùc , Nång ®é trong c¸c b¶n cùc ngµy cµng gi¶m ®i , th× sù chªnh lÖch nång ®é vµ sè l­îng dung dÞch khuÕch t¸n vµo trong c¸c b¶n cùc ngµy cµng t¨ng . Qu¸ trinh nµy tiÕp tôc cho ®Õn khi cã sù c©n b»ng sè l­îng axit tiªu tèn trong ph¶n øng phãng ®iÖn . ΔE lµ hËu qu¶ cña qu¸ tr×nh ®ã . Qóa tr×nh phãng ®iÖn chØ thùc hiÖn ®Õn ®iÓm A v× sau ®iÓm nµy thÕ hiÖu cña ¾c quy sÏ gi¶m ®i rÊt nhanh .ThÕ hiÖu cña ¾c quy øng víi ®iÓm nµy ®­îc gäi lµ thÕ hiÖu phãng cuèi cïng . Khi thÕ hiÖu ¾c quy gi¶m ®Õn thÕ hiÖu phãng cuèi cïng th× ng­êi ta th× ng­êi ta coi lµ ¾c quy ®· bÞ phãng hÕt ®iÖn . I.4.2 §Æc tÝnh n¹p cña ¸c qui Qu¸ tr×nh n¹p cña ¸c qui lµ ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ phô thuéc cña c¸c søc ®iÖn ®éng,®iÖn ¸p vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n theo thêi gian n¹p §å thÞ qu¸ tr×nh n¹p: H×nh 1-3.§Æc tÝnh n¹p cu¶ ¾c qui Mçi b×nh ¸c qui gåm nhiÒu ng¨n ¸c qui ®¬n ghÐp thµnh ,cã ®Çy ®ñ ®Æc tÝnh t­îng tr­ng cho c¶ b×nh ¸c qui.Do ®ã khi nghiªn cøu qu¸ tr×nh n¹p cña ¸c qui ta chØ cÇn xÐt trªn mét ng¨n ¸c qui ®¬n Mét ng¨n ¸c qui ®¬n gåm cã hai b¶n cùc ,sau khi ®æ dung dÞch trªn hai b¶n cùc ¸c qui ®¬n xuÊt hiÖn mét søc ®iÖn ®éng E =1,95V.NÕu lóc nµy nèi hai b¶n cùc víi mét phô t¶i th× ta thÊy søc ®iÖn ®éng gi¶m vÒ kh«ng ,dßng ®iÖn I=0, chÝnh tá ¸c qui ch­a ®ñ kh¶ n¨ng lµm nguån cung cÊp cho t¶i vµ cÇn ph¶i cã dßng mét chiÒu tõ bªn ngoµi cÊp cho ¸c qui.Qu¸ tr×nh dïng dßng mét chiÒu tõ bªn ngoµi cÊp cho ¸c qui gäi lµ qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn cho ¸c qui NÕu trong suèt qu¸ tr×nh n¹p dßng ®iÖn kh«ng ®æi In=5-10%Caq(Caq dung l­îng cña ¸c qui)th× qu¸ tr×nh n¹p lµ tèi ­u .N¹p víi dßng ®iÖn trªn suÊt ®iÖn ®éng trªn hai b¶n cùc t¨ng tõ tõ 1,95V-2,65V Ta cã biÓu thøc quan hÖ gi÷a Un vµ E: Unaq=Eaq-In.Raq Gièng nh­ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ,suÊt ®iÖn ®éng t¨ng dÇn th× dßng n¹p sÏ gi¶m dÇn .NÕu E=U th× I=a,lóc nµy ch­a ch¾c ¸c qui ®· no do ®ã muèn tiÕp tôc n¹p cho ¸c qui th× ta ph¶i t¨ng suÊt ®iÖn ®éng ®Ó duy tr× dßng n¹p tr¸nh t×nh tr¹ng t¨ng U v× nÕu ®Æt U qu¸ cao th× dßng I sÏ cao.Dßng qu¸ cao sÏ lµm háng b¶n cùc ,cßn dßng qu¸ nhá sÏ kh«ng ®¶m b¶o . Trong qu¸ tr×nh n¹p suÊt ®iÖn ®éng cña mét ng¨n ®¬n t¨ng dÇn tõ 1,95V-2,65V ®©y lµ qu¸ tr×nh n¹p hiÖu dông.Khi E=2,4 V dung dÞch trong b×nh bèc nhiÒu bät khÝ ra m«I tr­êng xung quanh .HiÖn t­îng nµy gäi lµ hiÖn t­îng s«i.Cuèi qu¸ tr×nh n¹p hiÖu dông E=2,65V, ¸c qui ®· gÇn no .Qu¸ tr×nh E t¨ng tõ 1,95V-2,4V rÊt chËm hµng chôc giê.Cßn tõ 2,4V-2,65V rÊt nhanh NÕu kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p hiÖu dông ®em cung cÊp cho t¶i th× ¾c qui dïng kh«ng ®­îc l©u.ChÝnh tá ¾c qui thùc sù no h¼n.Do vËy khi kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p hiÖu dông ta tiÕp tôc cho ¾c qui n¹p thªm tõ 2-3 giê víi dßng n¹p b»ng 2,5-5 dung l­îng th× trong giai ®o¹n nµy suÊt ®iÖn ®éng ¾c qui t¨ng kh«ng ®¾ng kÓ tõ 2,65V-2,7V .Giai ®o¹n nµy gäi lµ giai ®o¹n n¹p no.Lóc nµy nÕu ng¾t nguån n¹p th× ®iÖn ¸p trªn mét ng¨n ®¬n ¾c qui b»ng 2,11V ®©y chÝnh lµ ®iÖn ¸p danh ®Þnh trªn mét ng¨n cña ¾c qui KÕt thóc qu¸ tr×nh nµy ta cã thÓ mang ¾c qui cung cÊp cho phô t¶i *NhËn xÐt: NÕu trong qu¸ tr×nh n¹p ¾c qui ng­êi vËn hµnh dïng tay ®Ó ®iÒu chØnh th× sÏ kh«ng ®¶m b¶o ®­îc sù thay ®æi cña suÊt ®iÖn ®éng ®Ó cã ®­îc dßng n¹p tèi ­u.Do ®ã vÊn ®Ò dÆt ra ®èi víi ng­êi thiÕt kÕ lµ lµm sao thiÕt kÕ ®­îc mét bé nguån n¹p ¾c qui tù ®éng thay ®æi suÊt ®iÖn ®éng phï hîp víi Un,In.Tù ®éng t¨ng dÇn c¸c cÊp ®iÖn ¸p n¹p ®Ó dßng n¹p ®¹t tèi ­u b¶o cho qu¸ tr×nh n¹p ¾c qui lµ tèi ­u I.5.3C¸c ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui tù ®éng. Tõ viÖc nghiªn cøu qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn cho ¾c qui ta thÊy cã 2 ph­¬ng ph¸p chÝnh ®Ó n¹p ®iÖn cho ¾c qui: + Ph­¬ng ph¸p dßng ®iÖn kh«ng ®æi + Ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p kh«ng ®æi + Ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi. Theo c¸ch n¹p nµy dßng ®iÖn n¹p th­êng ®­îc gi÷ ë mét trÞ sè kh«ng ®æi trong suèt thêi gian n¹p ( n¹p mét nÊc ) . Trong tr­êng hîp n¹p v«i cho phÐp n¹p hai nÊc tøc lµ ®­îc thay ®æi c­êng ®é dßng ®iÖn mét lÇn . V× dßng ®iÖn n¹p mµ Eaq trong khi n¹p t¨ng dÇn nªn , nªn muèn gi÷ cho In = const , trong qu¸ tr×nh n¹p ph¶i t¨ng dÇn thÕ hiÖu n¹p Un . §Ó thùc hiÖn ®­îc viÖc nµy nguån ®iÖn n¹p ph¶i cã nhiÒu nÊc ®iÖn thÕ , nÕu kh«ng ph¶i m¾c thªm mét biÕn trë nèi tiÕp víi ¾c quy . NÕu tiÕn hµnh n¹p 2 nÊc th× nÊc thø nhÊt kÕt thóc khi thÕ hiÖu cña mçi ¾c quy ®¬n ®Æt 2,4V ( b¾t ®Çu sñi bät khÝ trong ¾c quy ) sau ®ã chuyÓn sang nÊc thø hai víi c­êng ®é dßng ®iÖn n¹p gi¶m ®i vµ kÕt qu¸ tr×nh n¹p ë cuèi nÊc nµy . Theo ph­¬ng ph¸p nµy , tÊt c¶ ¾c quy ( kh«ng lÖ thuéc vµo thÕ hiÖu ®Þnh møc ) ®­îc m¾c nèi tiÕp víi nhau vµ chØ cÇn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn : tæng sè c¸c ¾c quy ®¬n trong m¹ch n¹p kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ Ung/2,7 ( Ung lµ thÕ hiÖu cña nguån n¹p hoÆc thiÕt bÞ n¹p ®iÖn ) . Mét ®iÒu kiÖn n÷a còng nªn ®¶m b¶o lµ tÊt c¶ c¸c ¾c quy ph¶i cã ®iÖn dung nh­ nhau nÕu kh«ng sÏ ph¶i chän c­êng ®é dßng ®iÖn n¹p theo ¾c quy cã ®iÖn dung nhá nhÊt v× vËy ¾c quy cã ®iÖn dung lín sÏ ph¶i n¹p rÊt l©u . V× thÕ hiÖu cña mçi ¾c quy ®¬n lóc b¾t ®Çu n¹p chØ b»ng 2,0 V nªn muèn khö ®iÖn ¸p d­ biÕn trë ph¶i cã ®iÖn trë Naq: tæng sè ¾c quy ®¬n khi nèi tiÕp nhau trong m¹ch n¹p N¹p b»ng dßng ®iÖn kh«ng ®æi lµ ph­¬ng ph¸p n¹p chñ yÕu vµ tæng qu¸t nhÊt , trong ®ã n¹p mét nÊc lµ c¬ b¶n , cßn n¹p hai nÊc chØ ¸p dông khi cÇn rót ng¾n thêi gian n¹p . Ph­¬ng ph¸p nµy cho tuú ý chän c­êng ®é dßng ®iÖn n¹p cho thÝch hîp víi tõng lo¹i ¾c quy . TÊt c¶ c¸c ¾c quy míi tr­íc khi ®em vµo sö dông nãi chung ®Òu ph¶i tr¶i qua c¸ch n¹p nµy . Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ thêi gian kÐo dµi vµ ph¶i th­êng xuyªn theo dâi , ®iÒu chØnh c­êng ®é dßng ®iÖn n¹p. +Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi. Trong c¸ch n¹p nµy tÊt c¶ c¸c ¾c quy ®­îc m¾c song song víi nguån ®iÖn n¹p ( m¸y ph¸t ®iÖn , m¸y n¹p riªng ) vµ ®¶m b¶o thÕ hiÖu cña nguån b»ng 2,3 ¸2,5 V trªn c¸c ¾c quy ®¬n . §Ó cã thÕ n¹p mét lóc c¸c ¾c quy 6V vµ 12 V ng­êi ta lËp m¹ng 3 d©y 2x7,0 V hoÆc 2x7,5V . ThÕ hiÖu cña nguån n¹p ph¶i ®­îc gi÷ æn ®Þnh víi ®é chÝnh x¸c ®Õn 3% ®­îc theo dâi b»ng c¸c v«n kÕ . lóc ®Çu sÏ rÊt lín sau ®ã khi Eaq t¨ng dÇn th× In gi¶m ®i kh¸ nhanh . +)¦u: Cã thêi gian n¹p ng¾n , Ýt tèn c«ng => n¹p bæ sung . +)Nh­îc : Kh«ng n¹p no ®­îc , cã h¹i cho tuæi thä cña ¾c quy . *NhËn xÐt: Tõ viÖc ph©n tÝch ­u nh­îc ®iÓm cña mçi ph­¬ng ph¸p n¹p ¸c qui vµ theo yªu cÇu cña ®Ò bµilµ n¹p ¸c qui tù ®éng theo mét tr×nh tù ®· ®­îc ®Þnh s½n ta sÏ n¹p ¸c qui kÕt hîp c¶ hai c¸ch ®Ó tËn dông ­u ®iÓm cña mçi ph­¬ng ph¸p Ban ®Çu n¹p víi ph­¬ng ph¸p dßng n¹p kh«ng ®æi .Sau mét thêi gian ¾c qui b¾t ®Çu s«i lóc ®ã ta chuyÓn sang n¹p ë chÕ ®é æn ¸p. KÕt luËn : - V× ¾c qui lµ t¶i cã tÝnh chÊt dung kh¸ng kÌm theo søc ph¶n ®iÖn ®éng cho nªn khi ¾c qui ®ãi mµ ta n¹p theo ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p th× dßng ®iÖn trong ¾c qui sÏ tù ®éng d©ng nªn kh«ng kiÓm so¸t ®­îc sÏ lµm s«i ¾c qui dÉn ®Õn háng hãc nhanh chãng. V× vËy trong vïng n¹p chÝnh ta ph¶i t×m c¸ch æn ®Þnh dßng n¹p cho ¾c qui. Khi dung l­îng cña ¾c qui d©ng lªn ®Õn 80% lóc ®ã nÕu ta cø tiÕp tôc gi÷ æn ®Þnh dßng n¹p th× ¾c qui sÏ s«i vµ lµm c¹n n­íc. Do ®ã ®Õn giai ®o¹n nµy ta l¹i ph¶i chuyÓn chÕ ®é n¹p ¾c qui sang chÕ ®é æn ¸p. ChÕ ®é æn ¸p ®­îc gi÷ cho ®Õn khi ¾c qui ®· thùc sù no. Khi ®iÖn ¸p trªn c¸c b¶n cùc cuÈ ¾c qui b»ng víi ®iÖn ¸p n¹p th× lóc ®ã dßng n¹p sÏ tù ®éng gi¶m vÒ kh«ng, kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p. *Yªu cÇu ®Çu bµi n¹p ®iÖn cho 4 b×nh ¾c qui cã dung l­îng :2b×nh 420Ah/12v, 2 b×nh 260Ah/12v.Ta cã c¸ch m¾c nh­ sau: 420Ah/12v 260Ah/12v Tõ nh÷ng ph©n tÝch qu¸ tr×nh n¹p ¾c qui ë phÇn trªn ta thÊy qu¸ tr×nh n¹p ¾c qui muèn tù ®éng ho¸ ph¶i gi¶I quyÕt ®­îc c¸c vÊn ®Ò +Bé nguån ph¶i tù thay ®æi ®iÖn ¸p :t¨ng dÇn ®iÖn ¸p trong qu¸ tr×nh n¹p sao cho phï hîp víi sù t¨ng suÊt ®iÖn ®éng bëi v× trong qu¸ tr×nh n¹p suÊt ®iÖn ®éng t¨ng dÇn dÉn ®Õn U còng ph¶i t¨ng sao cho dong n¹p ®­îc gi÷ nguyªn kh«ng ®æi.Trong qu¸ tr×nh n¹p hiÖu dông sù t¨ng ph¶i ®¶m b¶o cho In=7%Idmax th× qu¸ tr×nh n¹p lµ tèt nhÊt .Trong qu¸ tr×nh n¹p no suÊt ®iÖn ®éng ¾c qui t¨ng kh«ng nhiÒu ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh n¹p no ng­êi ta cã 2 c¸ch : -gi÷ Un kh«ng ®æi ,khi E=Un th× In=0 qu¸ tr×nh n¹p tù ®éng kÕt thóc -n¹p víi dßng =1/2 In tèi ­u vµ do Un,In kh«ng ®æi sau 2-3 giê ¾c qui no dung dÞch tiÕp tôc s«i ,b¶n cùc nãng th× ph¶i cã m¹ch tù ®éng ng¾t (ph¶i cã r¬le thêi gian) víi yªu cÇu ®ã ph¶i cã kªnh ph¶n håi ©m dßng ,m¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng thay ®æi gãc më α khi ®ã thay ®æi U,In kh«ng ®æi .C¸ch chuyÓn ®æi tõ In1tèi ­u sang In2tèi ­u ph¶i cã kªnh chuyÓn ,khi U=2,65v chuyÓn sang ®iÖn ¸p chñ ®¹o kh¸c ph¶i cã kªnh thay ®æi ®iÖn ¸p chñ ®¹o .Giai ®o¹n n¹p no sau 2-3 giê ng¾t kh«ng n¹p no n÷a th× ph¶i cã r¬le thêi gian ®Ó ng¾t .Khi ¾c qui ®ãi ph¶i chuyÓn sang n¹p hiÖu dông nªn ph¶i cã kªnh chuyÓn ®æi logic XuÊt ph¸t tõ sè l­îng b×nh ph¶i n¹p ,c«ng suÊt m¹ch n¹p ta thiÕt kÕ ®­îc bé nguån n¹p ¾c qui nh­ tr×nh bµy ë c¸c phÇn sau