Thiết Kế Bộ Nguồn Nạp Ắc Qui Tự Động

được hiện tượng chập mạch giữa các bản cực do chất kết tủa rơi xuống đáy bình
gây nên . ở một số bình ắc quy cỡ lớn ngưòi ta có thể lắp thêm các quai sắt vào vỏ
bình để khi di chuyển được dễ dàng hơn .
Bản cực , phân khối bản cực và khối bản cực :
Bản cực gồnm cốt hình mắt cáo , trên đó trát đầy chất tác dụng . Cốt đúc bằng
hợp kim chì -Stibi ( Sh ) (87-95% +5-13% Sb). Stibi trong hợp kim có tác dụng
tăng độ cứng vững và giảm han gỉ cho cốt . Hợp kim naỳ so với chì Pb nguyên chất
có hệ số nổ dài nhỏ , nhiệt độ nóng chảy thấp hơn và đặc tính đúc tốt hơn .
Cốt để giữa các chất tác dụng và phân phối dòng điện bằng khắp bề mặt bản
cực . Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các bản cực dương vì điện trở
của các chất tác dụng ( oxit chì PbO
2
) lớn gấp 10.000 lần điện trở của chì nguyên
chất . Do đó càng tăng chiều dầy của cột thì điện trở trong ắc quy sẽ càng nhỏ .
Cốt có khung bao quanh , có vấu để hàn nối các bản cực thành phần phân khối
bản cực và có hai chân để tỳ lên các sống đỡ ở đáy bình ắc quy . Chân của các bản
cực dương và âm phải được phân bố sao cho phân khối bản cực dương tỳ lên một
đôi sống đỡ so le còn phân khối phân cực âm tỳ lên đôi sống đỡ so le kia . Sự phân
bố như vậy tránh được hiện tượng chập mạch qua phần sống đỡ .
Vì điện cốt của bản cực âm không phải là yếu tố quyết định vả lại chúng
cũng ít bị han gỉ nrrn người ta thường làm mỏng hơn bản cực dương . Đặc biệt là
hai tấm bên của phân khối bản cực âm lại càng mỏng vì chúng chỉ làm việc có một
phía giáp với bản cực dương .
Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì , dung dịch axit sunfuric và khoảng 3%
chất nổ như muối của các axit hữu cơ và những chất hữu cơ tổng hợp v.v đối với
bản cực âm , còn đối với bản cực dương thì chất tác dụng được chế tạo từ các ôxit

chì Pb
3
O
4
, PbO và dung dịch axit sunfủic . Chất nổ trong bản cực âm có tác dụng
tăng độ xốp , giảm khả năng co và hiện tượng chống hoà cứa do bản cực .
Các bản cần có độ xốp và độ bền cao thì điện dung của ắc quy mới lớn và
tuổi thọ mới đảm bảo .
Các bản sau khi đã trát đầy chất tác dụng được ép lại sấy khô và thực hiện
quá trình tạo cực , tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và
nạp vào dòng điện nhỏ. Sau qúa trình như vậy chất tác dụng ở các bản cực dương
hoàn toàn trở thành PbO
2

( màu gạch sẫm ) . Còn ở các bản cực âm thanh Pb ( chì xốp màu ghi đá ) .
Sau đó các bản cực được đem rửa , sấy khô và lắp ráp . Những bản cực cùng loại
( cùng dương hoặc cùng âm ) được hàn vào vấu cực theo dấu theo số lượng quy
định và tạo thành khối bản cực , khoảng cách giữa các khối bản cực trong phân
phối phải đủ để chứa một bản cực khác loại và các tấm cách điện – tấm ngăn .
Các khối bản cực và tấm ngăn được lắp lại thành khối bản cực sao cho các bản
cực âm và dương xen kẽ nhau và cách điện cới nhau bằng các tấm ngăn có đội xốp
cao . Trong mỗi khối bản cực số bản cực âm , bao giờ cũng nhiều hơn số bản cực
dương một bản với mục đích để sử dụng các bản cực dương triệt để hơn và giảm
bớt cong vênh cho các bản cực dương ở hai bên khi dòng điện phóng hoặc nạp
lớn .
Tấm ngăn :
Tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm đồng
thời để đỡ chất tác dụng ở các bản cực bớt bị bong rơi ra khi sử dụng ắc quy .
Các tấm ngăn phải là chất cách điện , có độ xốp thích hợp để không ngăn cản
dung dịch điện phân thấm đến các bản cực . Chúng phải bền vững có độ dẻo , chịu
axit và không chứa các tạp chất có haị , nhất là sắt .

Các tấm ngăn hiện nay thường được chế tạo bằng mipo ( êbônit xốp mịn ) ,
miplát
( pôliclounnhin xốp mịn ) , platchipo ( pêclovinhin xốp mịn ) , pôrôvinhin ,
pênôphát hoặc bông thuỷ tinh ghép với miplat hoặc gỗ v.v
Cấu tạo tấm ngăn có dạng hình chữ nhật . Các tấm ngăn bằng mipo , miplát ,
pênôplát thường dấy 1,5 ÷ 2,4 mm và có một mặt phẳng hướng về phía bản cực âm
còn một mặt có hình sóng hoặc có gồ hướng về phía bản cực dương , tạo điều kiện
cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển hơn đến các bản cực dương và dung dịch
lưu thông tốt hơn .
Để đảm bảo cách điện tốt nhất , các tấm ngăn được làm rộng hơn so với các
bản cực đặc biệt là chiều cao . Đối với các tấm ngăn kết hợp thì lớp bông thuỷ tinh
thường dày 0,4 ÷0,8 mm ghép với tấm ngăn miplát tạo thành tấm ngăn hai lớp hay
thường gọi là tấm ngăn kép . Loại này tăng được tuổi thọ của ắc quy nhưng đặc
tính sử dụng lại kém đi khoảng 10% . Trong một vài trường hợp người ta còn sử
dụng tấm ngăn kép bằng gỗ và lưới nhựa
Nắp , nút và cầu nối :
Nắp làm bằng nhựa êbônit (đối với bình làm bằng êbônit ) và bằng bakêlit
( đối với bình bằng nhựa axphantôpéc ) . Nắp có hai loại :
1-Từng nắp riêng cho mỗi ngăn ( nắp ngăn )
2-Nắp chung cho cả bình ( nắp bình ) . Loại này kết cấu phức tạp nhưng
độ kín tốt .
Kết cấu của loại nắp ngăn thông dụng nhất hiện nay . Các lỗ bên để luồn các
vấu cực của khối bản cực ra . Lỗ có ren 2 ổ giữa được gọi là lỗ đổ , để dung dịch
điện phân vào các ngăn và để kiểm tra mức dung dịch điện phân , nhiệt độ và nồng
độ dung dịch trong ắc quy .

Để đảm bảo kín tốt , khi chế tạo người ta ép các lỗ bên của nắp những ống
chì . Khi hàn nối các ắc quy đơn với nhau đầu vấu cực sẽ chảy ra và gắn liền với
ống chì này và cầu nối thành một khối bảo đảm hoàn toàn kín ở chỗ lắp ráp .
Lỗ đổ được đậy kín bằng nút có ren để giữ cho dung dịch điện phân trong
bình khỏi bị bẩn và bị sánh ra ngoài .
ở nút có lỗ nhỏ để thông khí từ trong bình ra ngoài trời lúc nạp ắc quy . Nắp
một số loại ắc quy có lỗ thông khí riêng , nằm sát lỗ đổ . Kết cấu như vậy rất thuận
tiện cho việc điều chỉnh mức dung dịch trong bình ắc quy . Trong trường hợp này ổ
nút không có lỗ khí nữa.
Dung dịch điện phân
Dung dịch điện phân trong bình ắc quy là dung dịch axit sunfuric ( H
2
SO
4
)
được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ quy định tuỳ thuộc vào
điều kiện khí hậu mùa và vật liệu làm tấm ngăn . Nồng độ của ắc quy có thể từ
1,21g/cm
3
đến 1,31g/cm
3
. Cần nhớ rằng : nồng độ quá cao sẽ chóng hỏng tấm ngăn
, chóng hỏng bản cực , dễ bị sunfat hoá trong các bản cực nên tuổi thọ và điện dung
của ắc quy cũng giảm dần đi rất nhanh . Nồng độ quá thấp thì điện dung định mức
và thế hiệu của ắc quy giảm và ở những nước xứ lạnh vào mùa đông dung dịch dễ
bị đóng băng .
Nồng độ của dung dịch điện phân luôn thay đổi theo mức phóng và mức nạp
của ắc quy . Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiệt độ của dung dịch . Người ta thường
lấy nhiệt độ +15
o
C làm mốc để tiêu chuẩn hoá nồng độ của dung dịch điện phân
.Để xác định nồng độ người ta dùng tỷ trọng kế

. Mỗi một độ chênh lệch so với
mốc +15
o
C đều cho sai số 0,0007g/cm
3
. Do đó khi thấy nhiệt độ của dung dịch cao
hơn +15
o
C thì phải cộng thêm sai số vào kết quả đọc được theo tỷ trọng kế còn nếu
thấy nhiệt độ dung dịch thấp hơn +15
o
C thì phải trừ đi .

*Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho ắc quy axit :
(+)Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại axit kỹ thuật
thông thường và nước không phải là nước cất vì dùng như vâỵ sẽ làm tăng cường
độ quá trình tự phóng điện của ắc quy .
(+)Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thuỷ tinh , sứ hoặc chất dẻo chịu
axit . Chúng phải sạch không chứa các muối khoáng , dầu mỡ và các tạp chất v.v
(+)Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế tuyệt đối không được để nước vào
axit đặc mà phải đổ từ từ axit vào nước và dùng que thuỷ tinh khuấy đều
I.1.3. Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc qui .
Ác qui là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch : nó tich trữ năng lượng
dưới dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Quá trình ắc
qui cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc qui dự
trữ năng lượng được gọi là quá trình nạp điện.
-Khi nạp nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử “e” chuyển động
từ các bản cực âm đến các bản cực dương - đó là dòng điện nạo In .
-Khi phóng điên dưới tác động của sức điện động riêng của ắc quy các điện
tử sẽ chuyển động theo hướng ngược lại ( từ dương đến âm và tạo thành dòng điện
phóng Ip .
-Khi ắc quy đã nạp no , chất tác dụng ở các bản cực dương là PbO
2
còn
ở các bản cực âm là chì xốp Pb , khi phóng điện các chất tác dụng ở hai bản cực
đều trở thành sunfat chì PbSO
4
có dạng tinh thể nhỏ .
Các quá trình hoá học xảy ra trong ắc quy có thể viết một cách vắn tắt như sau
:Trên bản cực dương :
phóng

PbO
2
+ 3H
+
+ HSO
4
-
+2e PbSO
4
+ 2H
2
O
nạp
Trên bản cực âm :
phóng
Pb + HSO
4
PbSO
4
+ 2e + 2H
nạp
ở dạng tổng quát , có thể đặc trưng các qúa trình trên bằng cách lập bảng :
Trạng thái
của ắc quy
Bản cực
dương
Dung
dịch điện phân
Bản cực âm
Đã được nạp
no
Đã phóng
hết điện
PbO
2
(oxit chì )
PbSO4
(Sunphat
chì tinh thể
nhỏ)
2H
2
SO
4
(axit sufuric )
2H
2
SO
4
( Nước )
Pb
(Chì xốp
nguyên chất )
PbSO4
(Sunfat chì
tinh thể nhỏ )

Như vậy khi phóng điện axít sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfat còn nước
bị phân hoá ra , do đó nồng độ của dung dịch giảm đi . Khi nạp điện thì ngược lại ,
nhờ hấp thụ nước và tái sinh ra axit sufuric nên nồng độ của dung dịch tăng lên . Sự
thay đổi nồng độ của dung dịch điện phân khi phóng và nạp là một trong những dấu
hiệu để xác định mức phóng điện của ắc quy trong sử dụng .
Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc qui axit.
Kí hiệu hoá học biểu diễn ắc qui 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  H
2
SO
4
d = 1,1 ÷ 1,3  PbO
2
( + )
Phương trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui axit :

PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb 2PbSO
4
+ 2H
2
O

Thế điện động e = 2,1 V.
Quá trình biến đổi năng lượng trong ắc qui kiềm.
Kí hiệu hoá học biểu diễn ắc qui 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
( + )
phóng
Nạp

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

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

nạp
Thế điện động e = 1,4 V.
Nhận xét : Từ những điễu đã trình bầy ở trên ta nhận thấy trong quả trình
phóng nạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi. Khi ắc qui phóng điện nồng độ
dung dịch điện phân giảm dần. Khi ắc qui 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 qui.
I.1.4 Các thông số cơ bản của ắc qui .
Sức điện động của ắc qui chì và ắc qui 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 qui ( V )
ρ - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 °C ( g/cm
3
)
Trong quá trình phóng điện sức điện động của ắc qui được tính theo công thức
:
Ep = Up + Ip.r
b
trong đó : Ep - sức điện động của ắc qui khi phóng điện ( V )
Ip - dòng điện phóng ( A )
Up - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện (V)

r
b
- điện trở trong của ắc qui khi phóng điện ( Ω )
Trong quá trình nạp sức điện động En của ắc qui được tính theo công thức
En = Un - In.r
b
trong đó : En - sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V )
In - dòng điện nạp ( A )
Un - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi nạp điện (V)

r
b
- điện trở trong của ắc qui khi nạp điện ( Ω )
Dung lượng phóng của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng
lượng của ắc qui 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 qui là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng
của ắc qui và được 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 ).

I.5.Quá trình phóng và nạp của ác qui
I.5.1 Đặc tính phóng của ắc qui
Điểm cuối của quá trình phóng


Khi phóng bằng một dòng điện Ip không đổi thì nồng độ dung dịch giảm theo
đường thẳng vì số lượng chất tác dụng tham gia phản ứng và axit sunfuric được
thay thế bằng nước trong mỗi giây đều bằng nhau . Nồng độ ban đầu giả sử bằng
1,27 g/cm
3
, còn nồng độ cuối cùng phụ thuộc vào số lượng axit sunfuric tiêu tốn
Hình 1-2.Đặc tính phóng của ắc qui
Eaq
ÄE
Ip=5,4
t(h)
A(1,70V)

Xem chi tiết: Thiết Kế Bộ Nguồn Nạp Ắc Qui Tự Động