Phân tích cơ sở lý thuyết và mô phỏng đặc điểm, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp hệ thống khởi động động cơ, chương 18 ppt

Một ắcquy nạp và phóng năng lượng điện qua phản ứng hóa học với dung dịch điện phân.. lúc nạp điện Năng lượng điện được phóng ra khi axit sunphuaric trong dung dịch điện phân phản ứng vớ

Chương 18:

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của

ắcquy chì-axít

3.3.2.1 Định nghĩa

Ắcquy chì-axít là một thiết bị điện hoá, dùng để biến đổi năng lượng dưới dạng điện năng thành hoá năng (khi nạp) và ngược lại biến hoá năng thành điện năng (khi phóng)

3.3.2.2 Công dụng

Ắcquy chì-axít dùng để cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải khi động cơ không làm việc hoặc cung cấp điện cho motor khởi động và hệ thống đánh lửa khi đang khởi động động cơ

3.3.2.3 Cấu tạo

Hình 3.2 Cấu tạo bình ắc quy chì – axít.

1 cực âm; 2 nút thông hơi; 3 mắt kiểm tra; 4 cực dương; 5 dung dịch

6 ngăn ắcqui; 7 bản cực 8 nắp; 9 tấm cách; 10

tấm cực dương

11 tấm cực âm; 12 khung lưới; 13

thanh nối

1 Cực âm Một bộ phận của ắcquy ngắn cáp âm

2 Nút thông hơi Xả khí trong quá trình nạp, bỗ xung dung dịch

3 Mắt kiểm tra Kiểm tra trạng thái nạp hay mức dịch

4 Cực dương Một bộ phận của ắc quy coa ngắn cáp dương

5 Dung dịch Phản ứng với các bản cực để nạp hoạt phóng

6 Ngăn ắc quy Mỗi ngăn phát ra dòng điện 2,1 V

7 Bản cực Bao gồm các bản cực âm và bản cực dương

Việc kiểm tra ắcquy bao gồm kiểm tra mức dung dịch và nộng

độ dung dịch

Khi làm việc với ắcquy phải lưu ý các điểm sau:

- Tránh cho ắcquy tiếp xúc với lửa khi nạp do khí hydro bay ra.

- Tránh để dung dịch ắcquy, có axit sunphuaric, dính lên người, quần áo

3.3.2.4 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý nạp và phóng điện Một ắcquy nạp và phóng năng lượng điện qua

phản ứng hóa học với dung dịch điện phân

a Lúc phóng điện

Lúc phóng điện nghĩa là lúc bình đang cung cấp một dòng điện cho bộ phận

tiêu thụ, phản ứng xảy ra trong hộc bình được tóm tắt như hình 2.2

Hình.3.3 Phản ứng hoá học trong

bình ắcquy

A lúc phóng điện; B lúc

nạp điện Năng lượng điện được phóng ra khi axit sunphuaric trong dung dịch điện phân phản ứng với chì và trở thành nước Lúc này axit sunphuaric kết hợp với các bản cực âm và dương và chuyển thành sunfat chì

Ở cực dương phản ứng xảy ra như sau:

PbO2 + 3H+ + HSO4- + 2e  PbSO4 + 2H2O

Ở cực âm phản ứng xảy ra như sau:

Pb + H2SO4  PbSO4 + 2e + 2H+

Quá trình phóng điện làm cho lượng nước tăng lên nhưng lại làm giảm lượng axít sulfuric, do đó nồng độ điện dịch giảm, các bản cực tiến dần đến cùng bản chất là PbSO4 làm cho thế hiệu giữa chúng giảm dần

Phản ứng xảy ra mạnh hay yếu, số lượng các hoạt chất tham gia nhiều hay ít

tuỳ thuộc vào khả năng phân ly, khuyếch tán của SO42- và H+ Do

đó nồng độ điện

dịch, độ xốp của các bản cực (hạt PbSO4 to thì bản cực ít xốp), điện thế và cường độ

dòng điện nạp… là nhân tố ảnh hưởng đến khả năng phản ứng

mạnh, yếu, sâu, nông ở các bản cực

b Lúc nạp điện

Do axit sunphuaric được giải phóng ra khỏi các bản cực, chất điện phân

chuyển thành axit sunphuaric và nồng độ chất điện

phân tăng êl n Các bảncực dương chuyển thành ôxit chì Các bản cực âm chuyển thành chì Chiều của dòng điện nạp vào ắcquy ngược với chiều lúc nó phóng điện Trong quá trình nạp điện, nước trong dung dịch điện phân được phân ra thành hydro và ôxy

Ở cực dương phản ứng xảy ra như sau:

PbSO4 + SO4 + 2H2O  Pb4+O2 + 2H2SO4 + 2e

Ở cực âm phản ứng xảy ra như sau:

2PbSO4 + 2H+ + 2 H2O + 4e  2Pb + 2H2SO4

Lưu ý: khi phản ứng hóa học xảy ra (điện phân của nước) trong dung dịch điện phân khi nạp Các bản cực dương tạo ôxy, các bản cực âm tạo ra hydro Do sự điện phân của nước, chất lượng chất điện phân sẽ giảm đi, do đó cần phải thêm nước

3.3.2.5 Ký hiệu

ắcquy

Hình.3.4 Ký hiệu ắcqui

1 dung lượng ắc quy; 2 chiều rộng và chiều cao; 3 chiều dài; 4 vị trí cực âm

* Theo tiêu chuẩn Việt Nam chẳng hạn như 3-OT-70-NT-TCVN:

3: Số ngăn hay số hộc

bình OT: Bình dùng

cho máy kéo

70: Dung lượng định mức là 70 ampe giờ.

NT: Tấm ngăn kép làm bằng nhựa xốp và bông thủy tinh

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

Ngoài ra mã hóa nhận biết ắcquy còn được biểu diễn như trên hình 3.4

3.3.2.6 Các thông số cơ bản của ắcquy

a Tỉ trọng của dung dịch điện phân

Tỉ trọng của dung dịch điện phân là số chỉ mật độ của chất điện phân hay nói cách khác là trọng lượng của dung dịch điện phân so với trọng lượng của nước nguyên chất có cùng một thể tích Trong đó, tỉ trọng của nước nguyên chất được xem bằng 1 đơn vị.(1/89)

Tỉ trọng của dung dịch điện phân có giá trị tùy theo từng nhà sản xuất Tuy nhiên, tỉ trọng của dung dịch điện phân các loại ắcquy đang được dùng trên các xe du lịch khi ở trạng thái được nạp đầy vào khoảng 1,28 và không bao giờ vượt quá

1,30

Các trị số điển hình của tỉ trọng này ở các trạng thái làm việc khác nhau tại

nhiệt độ 15,5oC như sau:

- Khi nạp đầy hoàn toàn: 1,27 – 1,29

- Khi phóng khoảng nửa dung lượng : 1,19 – 1,21

- Khi phóng hoàn toàn: 1,11 – 1,13

Khi ắcquy làm việc liên tục ở môi trường mà nhiệt độ của không khí lớn hơn

32oC thì phải lấy tỉ trọng thấp hơn vì ở nhiệt độ càng cao thì các phản ứng hoá học

xảy ra càng mạnh hơn Các trị số điển hình khi ắcquy làm việc ở nhiệt độ cao:

- Khi nạp đầy hoàn toàn: 1,21 – 1,23.

- Khi phóng khoảng nửa dung lượng : 1,13 – 1,15

- Khi phóng hoàn toàn: 1,05 – 1,07

Tỉ trọng của dung dịch điện phân luôn biến đổi theo nhiệt độ,

cứ khi nhiệt độ tăng lên 3oC thì tỉ trọng giảm đi 0,002 và ngược lại khi nhiệt độ giảm đi 3oC thì tỉ trọng cũng tăng lên 0,002

Khi kiểm tra một ắcquy đã nạp hoàn toàn hoặc khi chuẩn lại thì tỉ trọng sau

khi kết thúc quá trình nạp lần đầu tiên của một ắcquy mới ở nhiệt độ môi trường thử

nghiệm ta dựa vào các chuẩn tỉ trọng đã nói ở trên Tỉ trọng đo được phải qui về nhiệt độ 15,5oC bằng cách cộng hoặc trừ đi độ tăng hoặc giảm tỉ trọng theo sự giảm hay tăng của nhiệt độ môi trường so với nhiệt độ chuẩn

Để đo tỉ trọng người ta thường dùng ống Bômê:

Bảng 2.1: Liên hệ giữa tỉ trọng và độ Bômê

Độ Bômê Tỉ trọng Độ Bômê Tỉ trọng 1o

5

0

8

0

12

0

14

1,00 7 1,03 6 1,06 0 1,09 1 1,10

26o 28 0 30 0 34 0 36

1,22 1 1,24 4 1,26 3 1,26 8 1,30 Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân:

- Không được dùng axít có thành phần tạp chất cao (các loại axít kỹ thuật thông thường) và nước không phải là nước cất, vì dùng như vậy sẽ làm tăng cường quá trình tự phóng điện của ắcquy, các bản cực chóng bị sunfat hóa, hư hỏng …

- Các dụng cụ pha chế phải bằng thủy tinh, sứ hoặc chất dẻo chịu axít Chúng

phải sạch, không chứa các muối khoáng, tạp chất …

- Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế, tuyệt đối không được

đổ nước cất

vào axít đặc, mà phải đổ từ từ axít vào nước cất và dùng que thủy tinh khuấy đều

b Dung lượng ắcquy

Dung lượng của ắcquy là tích số thời gian cần thiết (tính bằng

giờ) để ắcquy phóng điện với dòng điện phóng (tính bằng ampe) Hay đó chính là số lượng điện mà ắcquy đầy điện có thể cho khi phóng điện tới giới hạn cho phép (điện thế giảm xuống dưới 1,7V) tại một nhiệt độ nhất định

Đơn vị của dung lượng là ampe giờ (Ah), đó chính là dung

lượng của ắcquy

có thể phóng với dòng điện cường độ 1A trong thời gian một giờ

Dòng điện phóng còn được gọi là tốc độ phóng, khi tăng tốc

độ phóng dung lượng của ắcquy có thể giảm xuống nên khi dùng ắcquy cần phải biết tốc độ phóng hay dòng điện phóng cho phép và thời gian phóng của ắcquy Tốc độ phóng tiêu chuẩn của ắcquy trên các khoảng từ 10 đến 20 giờ

Dung lượng của ắcquy phụ thuộc vào các yếu tố sau

- Số bản cực trong một ngăn bình

- Bề mặt và bề dày của các bản cực

- Kích thước của các ngăn tạo nên ắcquy cụ thể là kích thước của các bản

cực

- Dung tích, tỉ trọng và nhiệt độ dung dịch điện phân Nếu cho cho ắcquy

phóng điện với cường độ không đổi đến điện áp phóng điện cuối cùng thì dung lượng sẽ cao hơn khi nhiệt độ dung dịch tăng lên và ngược lại Sở dĩ có được kết quả khác nhau như vậy là do dung dịch có thể hoà tan dễ dàng hơn khi nhiệt độ cao, cho phép nhiều chất hoạt tính phản ứng hoá học với nó Ngoài

ra, điện trở của dung dịch điện phân giảm và điện tích có thể chuyển động dễ dàng hơn khi nhiệt độ cao hơn Kết quả là điện

áp ắcquy sẽ tăng lên

- Cường độ dòng điện phóng càng lớn càng lớn thì dung lượng càng giảm bởi vì khi ắcquy phóng điện với dòng cao, axít sulfuric không được cung cấp đủ nhanh đến các bản cực Khi nạp, phóng cường độ phản ứng vừa phải nhưng phản ứng xảy ra triệt để, nghĩa là toàn bộ số hoạt chất của bản cực đều tham gia thì dung lượng mới lớn

c Điện áp định mức của một

ngăn ắcquy

Điện áp định mức của một ngăn là điện áp giữa hai cực của nó khi mạch ngoài bị hở nghĩa là khi không có sự nạp hay phóng điện Giá trị định mức của một ngăn là 2 V và không phụ thuộc vào kích thước của các bản cực Điện áp khi mạch

hở này nằm trong giới hạn từ (2 – 2,2 V) tuỳ theo việc nạp trước đó