CHƯƠNG 2 ắc QUY ô tô

Để cấp dòng điện cho máy khởi động điện khi cần khởi động động cơ và các phụ tải khác của thiết bị điện khi máy phát điện không làm việc hoặc cha cung cấp năng lợng vào mạng lới điện Thí

Chơng 2 ắc quy Ô TÔ

2.1 Khái niệm chung

2.1.1 Công dụng của ắc quy.

Để cấp dòng điện cho máy khởi động điện khi cần khởi động động cơ và các phụ tải khác của thiết bị điện khi máy phát điện không làm việc hoặc cha cung cấp năng lợng vào mạng lới điện (Thí dụ khi động cơ làm việc ở chế độ không tải)

Khi công suất của máy phát lớn hơn công suất của các phụ tải thì máy phát sẽ cung cấp năng lợng cho phụ tải và nạp điện cho ắc quy vì thế ắc quy đợc duy trì dòng một chiều và cung cấp cho phụ tải khi cần

2.1.2 Phân loại.

ắc quy axit

a Theo việc sử dụng dung dịch điện phân ta có

ắc quy kiềm ắc quy 3 ngăn

b Theo số ngăn của ắc quy

ắc quy 6 ngăn

ắc quy cầu chìm

c Theo cách bố trí cầu nối

ắc quy cầu nổi

* ắc quy axit: là loại ắc quy mà dung dịch điện phân dùng trong ắc quy là dung dịch axit, thờng là axit sunfuaric (H2S04)

* ắc quy kiềm: là loại ắc quy mà dung dịch điện phân dùng trong ắc quy là dung dịch kiềm (Na0H) hoặc (K0H)

+ Dựa vào cấu tạo bản cực ngời ta chia ắc quy kiềm ra làm ba loại:

-Loại ắc quy sắt – niken

-Loại ắc quy cadimi (Cd) và niken

-Loại ắc quy bạc- Kẽm

2.1.3 Yêu cầu của ắc quy:

Nguồn điện ắc quy trên ô tô phải đủ lớn để máy khởi động làm việc đợc, ngoài yêu cầu cần đạt đợc về điện áp, chắc chắn về kết cấu, cấu tạo đơn giản dễ chăm sóc, bảo dỡng

và sửa chữa, kích thớc nhỏ gọn, trọng lợng nhỏ, độ bền cao, đảm bảo các đặc tính công tác và độ tin cậy cao Nó còn phải thoả mãn yêu cầu có chế độ phóng điện lớn

2.2 Kết cấu của ắc quy axit

Hai hình vẽ 2.1.1 và 2.1.2 thể hiện rõ hình dáng bên ngoài và cấu tạo bên trong của hai loại ắc quy axit dùng trên ô tô đó là ắc quy cầu nổi (Hình 2.1.1) và ắc quy cầu chìm (Hình 2.1.2)

Hình 2.1: Cấu tạo ắc quy axit cầu nổi

3 Nút của từng ngăn ắc quy 6 Bản cực dơng 9 Yên đỡ bản cực

Hình 2.2: Cấu tạo ắc quy axit cầu chìm

2 Tấm ngăn cách 8 Khối các tấm cực dơng

3 Tấm cực dơng 9 Đầu cực

4 Tấm cực âm 10 Vỏ bình điện

5 Chùm cực dơng 11 Nắp

6 Đầu nối 12 Nút lỗ rót

Chúng đều có kết cấu bình đợc chia làm nhiều ngăn, thông thờng (3- 6) ngăn, mỗi ngăn cho điện áp ra ở hai đầu cực là 2 v Nh vậy khi đấu nối tiếp cả (3- 6) ngăn với nhau

ta sẽ có bộ nguồn ắc quy là (6-12)v

2.2.1 Vỏ bình:

Vỏ bình ắc quy đợc chế tạo bằng vật

liệu cứng có tính chịu axit, chịu nhiệt, do

đó thờng đợc đúc bằng nhựa cứng hoặc ê

bô nít

Phía trong của vỏ bình có các vách

ngăn để tạo thành từng ngăn riêng biệt

Mỗi ắc quy riêng biệt đó đợc gọi là ắc quy

đơn

Hình 2.3: Cấu tạo vỏ bình

Vỏ Gờ

Dới đáy bình ngời ta làm hai đờng gờ gọi là yên đỡ bản cực Mục đích của yên đỡ bản cực là cho các bản cực tỳ lên đó tránh bị ngắn mạch khi trong dung dịch có cặn bẩn bột chì nắng đọng

2.2.2 Bản cực:

Bản cực làm bằng hợp kim chì và

antimon, trên mặt bản cực có gắn các xơng

dọc và ngang để tăng độ cứng vững cho

bản cực và tạo ra các ô cho bột chì bám

chắc trên bản cực Hai bề mặt của bản cực

đợc trát bột chì

Do đó để tăng bề mặt tiếp xúc của

các bản cực với dung dịch điện phân ngời

ta chế tạo các bản cực có độ xốp, đồng thời

đem ghép nhiều tấm cực cùng tên song

song với nhau thành một chùm cực ở trong

mỗi ngăn của ắc quy đơn

Hình 2.5: Cấu tạo chùm bản cực dơng và chùm bản cực âm

Chù m Chù

m

Chùm bản cực dơng và chùm bản cực âm đợc nồng xen kẽ vào nhau giữa hai bản cực khác tên đợc xếp thêm một tấm cách Trong một ngăn số bản cực âm nhiều hơn số bản cực dơng là một tấm, mục đích để cho các bản cực dơng làm việc ở cả hai phía

2.2.3.Tấm cách:

Tấm cách là chất cách điện nó đợc chế tạo bằng nhựa xốp, thuỷ tinh hoặc gỗ

Hình 2.6: Cấu tạo tấm cách

Tác dụng của tấm cách là ngăn hiện tợng các bản cực chạm và nhau gây ra đoản mạch trong nguồn

2.2.4 Nắp bình:

Phần nắp của bình ắc quy để che kín những bộ phận bên trong bình, ngăn ngừa bụi

và các vật khác từ bên ngoài rơi vào trong ắc quy, đồng thời giữ cho dung dịch ắc quy không bị đổ ra ngoài Trên nắp bình có các lỗ để đổ và kiểm tra dung dịch điện phân và (để đa đầu cực ra ngoài đối với ắc quy cầu nổi) các lỗ này đợc nút kín bằng các nút, trên nút có lỗ thông hơi

2.2.5 Dung dịch điện phân.

Dung dịch điện phân dùng trong ắc quy thờng là hỗn hợp axit sunfuaric (H2S04) đợc pha chế theo một tỷ lệ nhất định với nớc cất (H20)

Bảng 1 cho ta sự tơng quan giữa tỷ trọng dung dịch và tỷ lệ thể tích, trọng lợng của chúng

Bảng 1

Tỷ trọng dung

dịch điện phân ở

200c (g/cm3)

Tỷ lệ thể tích giữa nớc cất và H2S04

Tỷ lệ trọng l-ợng giữa nớc cất và

H2S04

Tỷ lệ axit H2S04 trong dung dịch điện phân (%) 1.0

1.11

1.12

1.13

1.14

1.15

1.16

1.17

1.18

1.19

1.20

1.21

1.22

1.23

1.24

1.25

1.26

1.27

1.28

1.29

1.30

9.80: 1 8.80: 1 8.00: 1 7.28: 1 6.68: 1 6.16: 1 5.70: 1 5.30: 1 4.95: 1 4.63: 1 4.33: 1 4.07: 1 3.84: 1 3.60: 1 3.40: 1 3.22: 1 3.25: 1 2.80: 1 2.75: 1 2.60: 1 2.47: 1

6.28: 1 5.84: 1 5.40: 1 4.40: 1 3.98: 1 3.63: 1 3.35: 1 3.11: 1 2.90: 1 2.52: 1 2.36: 1 2.22: 1 2.09: 1 1.97: 1 1.86: 1 1.76: 1 1.60: 1 1.57: 1 1.49: 1 1.41: 1 1.34: 1

14.65 16.00 17.40 18.80 20.10 22.11 22.70 24.00 25.20 26.50 27.70 29.00 30.00 31.40 32.50 33.70 35.00 26.10 37.32 38.50 39.65

Bảng tỷ lệ giữa nớc cất và axit sunfuaric trong dung dịch điện phân

Chú ý: Khi pha chế dung dịch điện phân ta phải ta đổ từ từ axit vào nớc cất và khuấy

nhẹ bằng đũa thuỷ tinh hoặc gỗ đừng bao gìơ đổ nớc vào axit vì phản ứng hoá học xẩy ra rất nhanh kèm theo việc toả nhiệt mãnh liệt, nớc sôi lên ngay tức thì nổ bắn vào ngời gây nên những vết bỏng khó chữa Khi pha chế axit nên đeo kính, mang găng tay và đi ủng để

đảm bảo an toàn

2.3 Nguyên lý làm việc của ắc quy axit

2.3.1 Quá trình nạp điện:

Khi ắc quy đợc lắp ráp xong ngời ta đổ

dung dịch axit Sunfuaric vào các ngăn bình thì

trên các bản cực sẽ sinh ra một lớp mỏng chì

sunfat (PbS04) vì chì oxit tác dụng với axit

Sunfuaric cho phản ứng:

Pb0 + H2S04 →PbS04 + H20

Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ắc quy thì dòng điện một chiều

sẽ đợc khép kín mạch qua ắc quy và dòng điện đó đi theo chiều:

Cực dơng nguồn một chiều → đến đầu cực 1 ắc quy → Chùm bản cực 1→ qua

dung dịch điện phân → chùm bản cực 2 → đầu cực 2 của ắc quy → cực âm nguồn một

chiều

Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện phân phân ly:

H2S04 → 2H+ + S04

2-Cation H+ theo dòng điện đi về phía chùm bản cực nối với âm nguồn và tạo ra phản ứng tại đó:

2H+ + PbS04 → H2S04 + Pb

Các anion S042- chạy về phía chùm bản cực nối với cực dơng nguồn điện tạo ra phản ứng tại đó:

PbS04 + 2H20 + S042- → Pb02 + 2 H2S04

Kết quả là ở chùm bản cực đợc nối với cực dơng của nguồn điện có chì đi oxit ( Pb02), ở chùm bản cực kia có chì (Pb) Nh vậy hai loại chùm cực đã có sự khác nhau về cực tính Từ các phản ứng hoá học trên ta thấy quá trình nạp điện đã tạo ra l ợng axit sunfuaric bổ xung vào dung dịch đồng thời cũng trong quá trình nạp điện dòng điện còn phân tích ra trong dung dịch điện phân khí Hydro (H2) và oxy (02) lợng khí này sủi lên

nh bọt nớc và bay đi, do đó nồng độ của dung dịch điện phân trong quá trình nạp điện sẽ tăng dần lên

Hình 2.7: Quá trình nạp điện cho

ắc quy

ắc quy đợc coi là nạp điện khi thấy dung dịch sủi bọt nhiều gọi đó là hiện tợng

“sôi” Lúc đó quá trình nạp đã hoàn thành

2.3.2 Quá trình phóng điện:

Nối hai cực của ắc quy đã đợc nạp với một phụ tải chẳng hạn bóng đèn thì năng lợng

điện đã đợc tích trữ trong ắc quy sẽ phóng qua tải làm cho bóng đèn sáng, dòng điện của

ắc quy sẽ đi theo chiều:

Cực dơng của ắc quy (đầu cực đã nối với cực dơng của nguồn nạp) → tải (bóng đèn)

→ cực âm của ắc quy → dung dịch điện phân → cực dơng của ắc quy.

Quá trình phóng điện của ắc quy phản ứng hoá học xảy ra trong ắc quy nh sau:

Tại cực dơng: Pb02 + 2H+ + H2S04 + 2e → PbS04 + 2H20

Tại cực âm: Pb + S042- → PbS04 + 2e

Nh vậy khi ắc quy phóng điện, chì

sunfat lại đợc hình thành ở hai chùm

bảng cực, làm cho các bảng cực dần đần

trở lại giống nhau, còn dung dịch axxit bị

phân tích thành cation 2H+ và anion S042-,

đồng thời quá trình phóng điện cũng tạo

ra nớc trong dung dịch, do đó nồng độ

của dung dịch giảm dần và sức điện động

của ắc quy cũng giảm dần

2.4 Ký hiệu và đặc tính phóng nạp của ắc quy.

2.4.1 Kí hiệu

Trên mỗi ắc quy đều thờng có nhãn ở vỏ bình, trên nhãn ghi rõ tính năng của ắc quy bởi một dãy ghi gồm:

- Số đầu là con số để chỉ số ngăn ắc quy

- Hai số tiếp là chữ để chỉ tính năng sử dụng chính của ắc quy

- Hai số cuối là con số để chỉ dung lợng định mức của ắc quy

Hình 2.8: Quá trình phóng điện

của ắc quy

Ví dụ: ở nhãn của một ắc quy do Việt nam sản xuất có ghi

6- 0T – 54 thì ta đọc nh sau:

- 6 là ắc quy gồm có 6 ngăn

- 0T là loại ắc quy dùng cho ô tô

-54 là dung lợng định mức của ắc quy đạt đợc 54 Ah

2.4.2 Đặc tính phóng, nạp của ắc quy.

a Đặc tính phóng điện.

Hình 2.9: Đặc tính phóng điện của ắc quy.

Từ hình vẽ ta thấy các đờng biểu diễn đặc tính phóng điện của một ắc quy đơn Dòng điện phóng Ip = 5.4 Ampe không đổi Nồng độ dung dịch điện phân giảm theo đờng thẳng từ 1,26 g/cm3 xuống 1,11 g/cm3 sức điện động thực tế Eaq thấp hơn sức điện động E0 vì bị sụt thế khi phóng và giảm từ 2,12 vôn xuống 1,7 vôn Nơi điểm A Điểm A là cuối quá trình phóng điện, lúc này sun phát chì hình thành trên các bản cực, thế điện sẽ giảm nhanh từ đây

- Sức điện động E khi phóng: Eaq = E0 - ∆E

∆E: sự tổn hao

- Điện áp của ắc quy khi phóng: Uaq = E – Ip Raq

Raq: Điện trở ắc quy

Ip: Dòng điện phóng

E0: Sức điện động khi không phóng

U(V) (kg/cm3 ) I(A)

2,12v

1,26g/cm3

Ip: 5,4A

Q: 5,4 x 10: 54Ah

t (h)

1,11g/cm3 1,7v

E0

Eap

Ký hiệu các cọc bắt dây:

A

Ký hiệu các cọc bắt dây:

Khi ắc quy phóng điện đến mức mỗi ngăn còn 1,7 vôn đợc coi nh bình hết điện không nên tiếp tục cho phóng nữa vì sẽ tác hại ắc quy và khó khăn cho lúc nạp điện phục hồi.Vì lúc đó lớp sun fát chì (PbS04 ) rất dầy

b Đặc tính nạp điện của ắc quy.

Hình 2.10: Đặc tính nạp điện của ắc quy.

Trên hình vẽ trình bầy đặc tính nạp điện với dòng điện không đổi Nồng độ dung dịch điện phân tăng dần theo đờng thẳng từ 1,11 g/ cm3 đến 1,27g/cm3 Thế hiệu nạp

Un thay đổi ngợc với thế hiệu phóng Eaq

Khi thế hiệu tăng tới 2,4 vôn sự “sôi” bắt đầu ngay sau đó tăng tới trị số tối đa 2,7 vôn thì ngng tại điểm B ta tiếp tục nạp thêm trong ba giờ nữa

Trong thời gian này nếu nồng độ và thế hiệu của ắc quy không tăng nữa chứng tỏ ắc quy đã đợc nạp no hay nạp đầy điện Sau khi thôi nạp, điện thế sụt xuống còn 2,12 vôn ứng với ắc quy nạp no

- Sức điện động E khi nạp: Eaq = E0 + ∆E

- ∆E: Sự tổn hao

- Điện áp của ắc quy khi nạp: Uaq = E0 + Ip Raq

- Raq : Điện trở ắc quy

- Ip : Dòng điện phóng

- E0 : Sức điện động khi không phóng

U(v) (g/cm3) I(A)

1,7v 1,11g/cm3

In:5,4A

t (h)

2,7v 1,27g/cm3

U

ρ

B

Q: 5,4 x 13