CHƯƠNG 2 ắc QUY ôtô

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 chưa cung cấp năng lượng vào mạng lưới điện

CHƯƠNG 2 ẮC QUY ÔTÔ

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 chưa cung cấp năng lượng vào mạng lưới 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 lượng cho phụ tải và nạp điện cho ắc quy vì thế ắc quy được 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, thường 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 người 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 được, ngoài yêu cầu cần đạt được về điện áp, chắc chắn về kết cấu, cấu tạo đơn giản dễ chăm sóc, bảo dưỡng và sửa chữa, kích thước nhỏ gọn, trọng lượng 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

Hình 2.2: Cấu tạo ắc quy axit cầu chìm

Chúng đều có kết cấu bình được chia làm nhiều ngăn, thông thường (3- 6) ngăn, mỗi ngăn cho điện áp ra ở hai đầu cực là 2 v Như 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 được chế tạo bằng

vật liệu cứng có tính chịu axit, chịu

nhiệt, do đó thường được đúc bằng

nhựa cứng hoặc ê bô nít

Phía trong của vỏ bình có các vách

ngăn để tạo thành từng ngăn riêng biệt

Hình 2.3: Cấu tạo vỏ bình

Vỏ Gờ

Mỗi ắc quy riêng biệt đó được gọi là ắc

quy đơn

Dưới đáy bình người ta làm hai đường 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

xương 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 được trát bột chì

Do đó để tăng bề mặt tiếp xúc của

các bản cực với dung dịch điện phân

người 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 dương và chùm bản cực âm

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

2.2.3.Tấm cách:

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

Chùm Chùm

Hình 2.6: Cấu tạo tấm cách

Tác dụng của tấm cách là ngăn hiện tượng 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 đưa đầu cực ra ngoài đối với ắc quy cầu nổi) các lỗ này được 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 thường là hỗn hợp axit sunfuaric (H2S04) được pha chế theo một tỷ lệ nhất định với nước cất (H20)

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

BẢNG 1

Tỷ trọng

dung dịch điện

phân ở 200c

(g/cm3)

Tỷ lệ thể tích giữa nước cất và H2S04

Tỷ lệ trọng lượng giữa nước cất và H2S04

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

1.11

9.80: 1 8.80: 1

6.28: 1 5.84: 1

14.65 16.00

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

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

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

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 nước 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 nước cất

và khuấy nhẹ bằng đũa thuỷ tinh hoặc gỗ đừng bao gìơ đổ nước vào axit vì phản ứng hoá học xẩy ra rất nhanh kèm theo việc toả nhiệt mãnh liệt, nước sôi lên ngay tức thì nổ bắn vào người 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 được lắp ráp xong người 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 được khép kín mạch qua ắc quy và dòng điện đó đi theo chiều:

Cực dương 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 dương nguồn điện tạo

ra phản ứng tại đó:

PbS04 + 2H20 + S042- → Pb02 + 2 H2S04

Kết quả là ở chùm bản cực được nối với cực dương của nguồn điện có chì đi oxit ( Pb02), ở chùm bản cực kia có chì (Pb) Như 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 lượng 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

Hình 2.7: Quá trình nạp điện

cho ắc quy

oxy (02) lượng khí này sủi lên như bọt nước và bay đi, do đó nồng độ của dung dịch điện phân trong quá trình nạp điện sẽ tăng dần lên

Ắc quy được coi là nạp điện khi thấy dung dịch sủi bọt nhiều gọi đó là hiện tượng “sôi” Lúc đó quá trình nạp đã hoàn thành

2.3.2 Quá trình phóng điện:

Nối hai cực của ắc quy đã được nạp với một phụ tải chẳng hạn bóng đèn thì năng lượng điện đã được tích trữ trong ắc quy sẽ phóng qua tải làm cho bóng đèn sáng, dòng điện của ắc quy sẽ đi theo chiều:

Cực dương của ắc quy (đầu cực đã nối với cực dương của nguồn nạp) → tải (bóng đèn) → cực âm của ắc quy → dung dịch điện phân → cực dương của ắc quy

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

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

Tại cực âm: Pb + S042- → PbS04 + 2e

Như vậy khi ắc quy phóng điện,

chì sunfat lại được 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 nước 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

Hình 2.8: Quá trình phóng điện

của ắc quy

Trên mỗi ắc quy đều thường 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 lượng định mức của ắc quy

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

6- 0T – 54 thì ta đọc như sau:

- 6 là ắc quy gồm có 6 ngăn

- 0T là loại ắc quy dùng cho ô tô

-54 là dung lượng định mức của ắc quy đạt được 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 đường 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 đường 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

U(V) (kg/cm 3 ) I(A)

2,12v

1,26g/cm 3

Ip: 5,4A

Q: 5,4 x 10: 54Ah

t (h)

1,11g/cm 3 1,7v

E0

Eap

Ký hiệu các cọc bắt dây:

A

Ký hiệu các cọc bắt dây:

- 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

Khi ắc quy phóng điện đến mức mỗi ngăn còn 1,7 vôn được coi như 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 đường thẳng từ 1,11 g/ cm3 đến 1,27g/cm3 Thế hiệu nạp Un thay đổi ngược 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 ngưng 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 được nạp no hay nạp đầy điện Sau khi thôi nạp, điện thế sụt xuống còn 2,12 vôn ứng với ắc quy nạp no

U(v) (g/cm 3 ) I(A)

1,7v 1,11g/cm 3

In:5,4A

t (h)

2,7v 1,27g/cm 3

U

ρ

B

Q: 5,4 x 13

- 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