Đề tài: Thiết kế bộ nạp ác quy tự động và liên tục

Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Nguồn điện một chiều được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ
ứng dụng trong sinh hoạt đến ứng dụng trong quốc phòng, công nông nghiệp,
các ngành khoa học kỹ thuật và trong sản xuất công nghiệp hiện đại.
Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chưa từng
thấy, nhất là lĩnh vực điện tử, tin học, tự động hoá, đo lường điều khiển, v.v…
các thiết bị điện tử trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, các dụng cụ
đo lường tự động, các hệ thống điều khiển với độ chính xác cao, các loại máy
tính điện tử với tốc độ tính toán nhanh được ứng dụng trong công nghiệp,
trong đo lường và điều khiển, v.v… hầu hết đều cần một nguồn cung cấp điện
một chiều để hoạt động. Chính vì vậy đòi hỏi có một nguồn điện một chiều
tương ứng; đáp ứng được những nhu cầu mới, như có điện thế, dòng điện lớn,
kích thước gọn nhẹ, làm việc tin cậy, chính xác, độ ổn định cao, khả năng làm
việc lâu dài, chịu được các điều kiện môi trường làm việckhác nhau. các
nguồn điện một chiều này có thể là các loại pin, acqy, nhưng phổ biến hơn
vẫn là nguồn điện một chiều từ acquy. Do vậy việc thiết kế một bộ nguồn
cung cấp là rất quan trọng và thiết thực. Trong đó có việc thiết kế một bộ nạp
acquy tự động và liên tục cũng được rất chú trọng.
Vấn đề lớn ở đề tài này là chế độ nạp cho acquy như thế nào? công
nghệ nạp ra sao? có rất nhiều phương pháp điện cho acquy
+ Nạp với dòng điện không đổi
+ Nạp với điện áp không đổi
+ Nạp vừa dòng, vừa áp
Trong đồ án này ta dùng phương pháp nạp hai cấp dòng điện bởi vì khi
nạp đòi hỏi tốc độ nhanh, thời gian ngắn và điện áp ắc quy phải đầy và đủ.

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Trần Đình Của
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội

1
Đồ án tốt nghiệp
Chương 1
ACQUY VÀ CÔNG NGHỆ NẠP ACQUY
1.1. Giới thiệu về acquy:
Acquy là loại nguồn điện hoá học, có thể biến điện năng thành hoá
năng và ngược lại biến hoá năng thành điện năng. Quá trình biến hoá năng
thành điện năng gọi là quá trình phóng điện và quá trình biến điện năng thành
hoá năng gọi là quá trình nạp điện .
Acquy là nguồn điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi và làm việc
dựa trên hiện tượng điện - hoá học. Acquy sản xuất ra phải bảo đảm các tính
năng về điện theo quy định .
+ Sức điện động lớn và ít thay đổi khi phóng, nạp điện .
+ Acquy phải làm việc thuận nghịch, nghĩa là hiệu suất năng lượng
gần 100%.
+ Điện trở trong nhỏ.
+ Dung lượng cho một đơn vị trọng lượng và một đơn vị thể tích phải
lớn .
+ Tự phóng điện .
1.2. Phân loại acquy:
Trong điều kiện hiện nay có rất nhiều loại acquy khác nhau được sản
xuất tuỳ thuộc vào những điều kiện, yêu cầu cụ thể của từng loại máy móc,
dụng cụ, điều kiện làm việc, cũng như những tính năng kinh tế kỹ thuật của
acquy. Có thể liệt kê một số loại sau :
- Acquy chì ( hay acquy axít)
- Acquy kiềm
- Acquy không lamen và acquy kín
- Acquy kẽm - bạc và acquy catmi- bạc
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
2

Đồ án tốt nghiệp
Tuy nhiên trên thực tế thì acquy axit và acquy kiềm được sử dụng
nhiều hơn. nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay là acquy axít; vì so với
acquy kiềm nó có một vài đặc tính tốt hơn như : sức điện động của mỗi bản "
cặp bản " cực cao hơn và có điện trở trong nhỏ . Vì vậy trong đồ án này ta
chọn loại acquy a xít để nghiên cứu và thiết kế .
1.3. Cấu tạo của acquy axít:
1.3.1.Vỏ bình:
Vỏ thường làm bằng những nguyên liệu cách điện như nhựa, cao su
cứng (ê bônít) đúc thành hình hộp, được chia thành nhiều ngăn, chịu được khí
hậu nóng, lạnh va chạm mạnh và chịu được axít.
Ở đáy của mỗi ngăn có bốn sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng
trốn giữa đáy bình và mặt dưới của khối bản cực, tránh được hiện tượng chập
mạch giữa các bản cực do chất kết tủa rơi xuống đáy bình gây nên.
1.3.2.Tấm ngăn:
Tấm ngăn được ghép giữa các bản cực âm và các bản cực dương để
tránh hiện tượng chập mạch giữa các điện cực khác dấu.
1.3.3.Phân phối bản cực âm:
Các bản cực âm ghép song song với nhau tạo thành khối bản cực âm.
Chất hoạt động của bản cực âm là chì xốp.
Hình 1.1.các bản cực acquy
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
(+)
L¸ c¸ch ®iÖn
CÊu t¹o
b¶n cùc
3
Đồ án tốt nghiệp
1.3.4. Phân khối bản cực dương:
Các bản cực dương cũng được ghép song song nhau tạo thành khối bản

cực dương.
Chất hoạt động ở bản cực dương là PbO2 ( bi ô xít chì )
Để tăng dung lượng và sức điện động của acquy, người ta đấu nối
nhiều bản cực nối tiếp nhau dương- âm xen kẽ nhau trong một ngăn giữa (+)
và (-) cách nhau bằng một lá cách điện.
1.3.5.Dung dịch điện phân:
Dung dịch điện phân là axít sunfuric ( H
2
SO
4
)
Nồng độ dung dịch điện phân axít sunfuric P = 1,1 - 1,3g/cm
3
Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện động của
acquy.
1.3.6.Cầu nối:
Cầu nối bằng chì để nối tiếp các đầu cực âm của ngăn acquy này với
đầu cực dương của ngăn acquy tiếp theo.
1.3.7.Nắp nút:
Nắp đậy vỏ bình cũng được làm bằng nhựa hoặc bằng cao su cứng, nắp
có các lỗ để đổ dung dịch vào bình và đầu cực và nút đậy để điện dịch khỏi đổ
ra.
1.4. Quá trình hoá học trong các acquy axít:
Trong acquy axít thường xảy ra hai quá trình hoá học thuận nghịch đặc
trưng là quá trình nạp và phóng điện
Khi nạp điện, 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 nạp
(In).
Khi phóng điện, dưới tác dụng của sức điện động riêng của acquy các
điện tử sẽ chuyển động theo hướng ngược lại từ (+) đến (-) và tạo thành

dòng điện phóng (Ip).
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
4
Đồ án tốt nghiệp
Khi acquy đã được 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 cả
hai bản cực đều trở thành sunfat chì PbSO
4
có dạng tinh thể nhỏ.
Phương trình hoá học xảy ra trong acquy axít:
Trên bản cực dương :
PbO
2
+ 3H+ HSO
4
+ 2e = PbSO
4
+ H
2
O
Trên bản cực âm :
Pb + H
2
SO
4
= PbSO
4
+ 2e + 2H

Trong trường hợp tổng quát có thể đặc trưng các quá trình bằng bảng
sau:
Trạng thái
của acquy
Bản cực dương
Dung dịch
điện phân
Bản cực âm
Đã được nạp no
Đã phóng hết
điện
PbO
2
(ôxít chì)
PbSO
4
(sunfat chì tinh
thể nhỏ)
2 H
2
SO
4
(axít sunfuric)
2 H
2
0
(nước)
Pb
(chì xốp
nguyên chất)

PbSO4
(sunfat chì tinh
thể nhỏ )
Như vậy, khi phóng điện axít sunfuric bị hấp thụ để tạo thanh sunfat,
còn nước thì 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 axít sunfuric 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
acquy trong sử dụng.
1.5. Các đặc tính của acquy axít:
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
5
ỏn tt nghip
Trong phn ny ta ch nờu mt vi c tớnh ch yờu ca acquy axớt v
n gin ta ch xột c tớnh ca mt acquy n:
1.5.1.Sc in ng (S) ca acquy :
S ca acquy ph thuc ch yu vo in th trờn cỏc cc tc l ph
thuc vo c tớnh lý hoỏ ca vt liu lm cỏc bn cc v dung dch in
phõn, khụng ph thuc vo kớch thc ca cỏc bn cc.
S ca acquy ph thuc vo nng ca dung dch in phõn c
xỏc nh bng cụng thc thc nghim sau:
Eo= 0,85 + P ( 1.1 )
Vi E0 - S tnh ca acquy n. S tnh c o trong trng hp
acquy khụng phúng in v bng vụn k c bit.
P - nng dung dch in phõn c tớnh bng V quy v + 15
0
C
Ngoi ra S ca acquy cũn ph thuc vo nhit ca dung dch
in phõn. Vớ d khi nhit thay i t 20
0

C n 40
0
C thỡ S ca acquy
n gim t 2,12 n 2,096V
1.5.2.Cỏc c tớnh np v phúng ca acquy:
a.Phõn tớch quỏ trỡnh np
Khi đổ dung dịch axit sunfuric vào các ngăn của bình thì
trên các bản cực sẽ sinh ra một lớp mỏng chì sunfat
4
PbSO
:

PbO
+
42
SOH

4
PbSO
+
OH
2
Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu của acquy thì
dòng một chiều sẽ đợc khép kín qua mạch acquy và dòng
đó đi theo chiều: cực dơng nguồn một chiều đầu cực 1
acquy chùm bản cực 1qua dung dịch điện fânbản cực
2đầu cực 2 của acquy cực âm nguồn một chiều.
Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện fân fân ly:

42

SOH

+
H
+
4
2
SO


Catiôn
+
H
theo dòng điện đi về fía chùm bản cực nối với âm
nguồn điện
và tạo ra fản ứng tại đó:
2
+
H
+
4
PbSO

42
SOH
+
Pb
ti: Thit k b np c quy t ng H Bỏch khoa H Ni
6
ỏn tt nghip

Các aniôn
4
2
SO

chạy về fía chùm bản cực nối với cực điện d-
ơng của nguồn điện tạo ra fản ứng tại đó :

4
PbSO
+ 2
OH
2
+ cc 2
42
SOH
+
2
PbO
Kết quả là ở các chùm bản cực đợc nối với bản cực dơng của
nguồn điện có chì điôxit
2
PbO
, ở chùm bản cực kia có chì
Pb
. Nh vậy , hai loại chùm cực đã có sự khác nhau về cực tính
.
Khi nạp acquy ,lúc đầu điện thế tăng dần từ 2Vữ 2,4V .Nếu
vẫn tiếp tục nạp
giá trị này nhanh chóng tăng lên 2,7V và giữ nguyên.Thời

gian này gọi là thời gian nạp no ,nó có tác dụng làm cho phân
tử các chất tác dụng ở sâu bên trong lòng bản cực đợc biến
đổi hoàn toàn ,nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lợng phóng
điện của acquy .Trong sử dụng thời gian nạp no của acquy
thờng kéo dài khoảng 2hữ 3h , trong khoảng thời gian này
hiệu điện thế của acquy và nồng độ dung dịch điện phân
không thay dổi.Sau khi ngắt mạch nạp , điện áp ,sức điện
động , nồng độ dung dịch điện phân của acquy giảm
xuống và ổn định, dây gọi là thời gian nghỉ của acquy sau
khi nạp .
Có thể nạp điện cho acquy với dòng điện cố định hoặc
nạp ở điện thế không đổi . Nạp ở dòng điện cố định sẽ
nhanh nhng tốn năng lợng hơn chế độ nạp ở điện thế không
đổi.
ti: Thit k b np c quy t ng H Bỏch khoa H Ni
(+) (-)
A
V
+
-
Sơ đồ mạch nạp
0
2
4 8 12 18 20
0,5
1
7
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.2.Quá trình nạp acquy
Trên hình vẽ là đặc tính nạp bằng dòng điện không đổi, nồng độ dung

dịch khi nạp tăng theo quy luật đường thẳng từ 1,11 g/cm3 đến 1,27g/cm3 ở
cuối quá trình nạp.
Sức điện động E0 1,96V ứng với acquy coi là phóng hết điện.
Khi nạp điện trong lòng các bản cực tạo thành axít sunfuric và nồng độ
của dung dịch trong các bản cực trở lên đậm đặc hơn nồng độ dung dịch
chung, do đó Eaq khi nạp lớn E0 một lượng bằng ∆ E.
Thế hiệu của acquy khi nạp :
Un = Eaq + In.Raq ( 1.2)
In : dòng điện nạp (A)
Un : Thế hiệu của ắc quy trong quá trình nạp
Raq : điện trở trong của ắc quy
∆ E : Mức chênh lệch sức điện động trong quá trình nạp.
Ở cuối quá trình nạp SĐĐ và thế hiệu Un tăng lên khá nhanh cùng với
các bọt khí tạo thành trong acquy. Khi quá trình nạp kết thúc và chất tác dụng
ở các bản cực đã trở lại trạng thái ban đầu, dòng điện In lúc này chỉ còn tác
dụng điện phân nước thành ôxi và hiđrô và thoát ra dưới dạng các bọt khí.
Hiện tượng này được gọi là sự "sôi" của acquy và đó là dấu hiệu của cuối quá
trình nạp.
Sự sôi bắt đầu trong acquy khi thế hiệu của mỗi acquy đơn tăng tới
2,4V rồi ngay sau đó thế hiệu tăng vọt lên và đến khi đã đạt giá trị tận cùng
2,7V thì ngừng tăng. Điểm này thực chất đã là điểm cuối quá trình nạp và có
thể kết thúc nạp ở đây, nhưng thường người ta phải tiếp tục nạp khoảng 3 giờ
nữa, khi thấy rằng suốt trong thời gian đó thế hiệu và nồng độ dung dịch của
acquy không thay đổi thì acquy mới được nạp no.
Sau khi ngắt dòng điện nạp, thế hiệu của acquy sụt hẳn xuống bằng Eaq
và sau một khoảng "nghỉ" (tức là sau khi đã cân bằng nồng độ dung dịch và
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
8
ỏn tt nghip
ó thoỏt ht bt khớ) ú gim n S tnh cho n giỏ tr E0= 2,11 ữ 2,12V

ng vi acquy ó c np no.
Nh vy nhng du hiu biu th mc cui cựng ca quỏ trỡnh np:
Th hiu v nng dung dch ca acquy nng tng v chỳng phi
khụng thay i trong 3 gi lin.
in lng cung cp cho acquy khi np Qung ninh tớnh bng :
Qn = In. Tn ( 1.3)
Tn : l thi gian np tớnh n im cui quỏ trỡnh np.
Trong quỏ trỡnh acquy lm vic do tn tht v nhit v cho quỏ trỡnh
phn ng hoỏ hc khụng hon ton li nờn khi np phi cung cp cho acquy
mt in lng ln hn in lng nú cú th sn sinh ra khi phúng in.
Ngoi ra, do phi tiờu tn thờm nng lng in cho vic in phõn nc
trong 3 gi lin nờn khi np in lng cung cp cho acquy cn phi ln hn
in dung Q thu c trong quỏ trỡnh phúng khong 10 ữ 15% na ( c
trng bng phn gch vuụng trờn hỡnh v )
b.Quỏ trỡnh phúng
Trong quá trình phóng điện của acquy , xảy ra các fản ứng
hoá học sau:
Tại cực dơng :
42
SOH
+
2
PbO
+ 2
+
H
+ 2e
4
PbSO
+ 2

OH
2
Tại cực âm:
Pb
+
4
2
SO


4
PbSO
+ 2e
Nh vậy khi acquy phóng điện , chì sunfat lại đợc hình thành
ở hai chùm bản cực , làm cho các bản cực dần dần trở lại giống
nhau còn dung dịch axit bị phân tích thành catiôn 2
+
H
và
aniôn
4
2
SO

, 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 acquy giảm dần .
Quá trình phóng điện của acquy cũng có thể chia làm hai
giai đoạn :ở giai đoạn đầu điện áp ,sức điện động , nồng
độ dung dịch điện phân của acquy giảm chậm,đây gọi là

giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho
phép của acquy .Trong giai đoạn tiếp theo ,điện áp acquy sẽ
giảm rất nhanh .
ti: Thit k b np c quy t ng H Bỏch khoa H Ni
9
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.3.Quá trình phóng ở acquy
Trên hình là sơ đồ phóng và đặc tính phóng của acquy axít quá trình
phóng cũng được phân tích tương tự như trên, trong đồ án này ta chỉ quan tâm
đến phương pháp nạp điện cho acquy vì vậy ở đây ta không cần nêu chi tiết
về đặc tính phóng của acquy axít.
1.6. Các phương pháp nạp điện cho acquy axít:
Để nạp điện cho acquy người ta sử dụng ba phương pháp :
- Nạp bằng dòng điện không đổi In = const
- Nạp bằng thế hiệu không đổi Un = const
- Nạp vừa dòng vừa áp
Đồ án này ta sử dụng phương pháp nạp bằng dòng không đổi với hai
cấp dòng điện
1.6.1. Nạp bằng dòng điện không đổi:
Theo phương pháp này, dòng điện nạp được giữ nguyên ở một trị số
không đổi trong suốt thời gian nạp ( nạp một nấc) hoặc trong những trường
hợp nạp vội cho phép nạp hai nấc tức là thay đổi cường độ dòng điện nạp một
làan.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
S¬ ®å m¹ch n¹p
(+)
A
V
+
-

840 201812
1
0,5
1,27
1,11
Q
p
= I
p
.t
p
5
10
1,75
t
p,
h
10
Đồ án tốt nghiệp
Vì dòng điện nạp :
Raq
EaqUn
In
−
=
(1.4)
Mà Eaq trong khi nạp tăng dần, nên muốn giữ cho In = const trong quá
trình nạp thì phải tăng dần Un. Để thực hiện được việc này nguồn nạp phải có
nhiều nấc điện thế , nếu không phải mắc thêm một biến trở nối tiếp với acquy.
Trong trường hợp nạp hai nấc thì nấc thứ nhất kết thúc khi thế hiệu mỗi

acquy đơn đạt 2,4V (bắt đầu sủi bọt khí trong acquy). Sau đó chuyển sang nấc
thứ hai với cường độ dòng điện nạp giảm đi và kết thúc quá trình nạp ở cuối
nấc này.
Theo cách này tất cả các acquy không lệ thuộc vào thế hiệu định mức
được mắc nối tiếp với nhau và cần đảm bảo điều kiện :
Un > 2,7. Naq ( 1.5 )
Trong đó:
Un : Điện áp nạp
Naq : Số ngăn acquy đơn mắc trong mạch nạp.
Tất cả các acquy phải có điện dung như nhau, nếu không sẽ phải chọn
cường độ dòng điện nạp theo acquy có điện dung nhỏ nhất và như vậy acquy
có điện dung lớn sẽ phải nạp rất lâu
Trong quá trình nạp sức điện động của acquy tăng dần, để duy trì dòng
điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R, trị số giới hạn
của biến trở được xác định theo công thức :
R
In
NaqUn 0,2−
=
(1.6)
* Ưu điểm của phương pháp :
Nạp bằng dòng điện không đổi là phương pháp nạp chủ yếu và tổng
hợp nhất , trong đó nạp một nấc là cơ bản, còn nạp hai nấc chỉ áp dụng khi
cần rút ngắn thời gian nạp. phương pháp này cho phép chọn tuỳ ý cường độ
dòng điện nạp cho thích hợp với từng loại acquy. Tất cả các acquy mới trước
khi đem sử dụng nói chung đều phải nạp qua cách này.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
11
Đồ án tốt nghiệp
Phương pháp nạp điện một nấc áp dụng trong trường hợp nạp lẫn lộn cả

acquy mới, acquy cũ và nạp chữa các acquy bị sunfat hoá nhẹ.
* Nhược điểm :
Thời gian nạp kéo dài ( thường 25 đến 50 giờ, riêng acquy nạp khô thì
ngắn hơn ) và thường xuyên phải theo dõi, điều chỉnh cường độ dòng điện
nạp.
1.6.2. Phương pháp nạp với điện áp không đổi:
Theo phương pháp này tất cả các acquy được mắc song song với nguồn
điện nạp và đảm bảo thế hiệu của nguồn bằng ( 2,3 ÷ 2,5)V trên một acquy
đơn. Thế hiệu của nguồn nạp phải được giữ ổn định với độ chính xác đến 3%
và được theo dõi bằng vôn kế
Dòng điện nạp :
Raq
EaqUn
In
−
=
(1.7)
Lúc đầu In sẽ rất lớn, sau khi Eaq tăng dần thì In giảm đi khá nhanh.
Do dòng điện nạp ban đầu rất lớn nên thời gian nạp giảm đi nhiều. Trong
khoảng 3 giờ đầu acquy đã nhận được 80% điện lượng yêu cầu. Quá trình nạp
kết thúc khi dòng nạp rất nhỏ, gần bằng không, còn thế hiệu nạp đạt ( 2,3-
2,4)V trên một acquy đơn, nên quá trình nạp thực ra mới chỉ đến điểm bắt
đầu sôi đã kết thúc, do đó không thể nạp no cho acquy bằng phương pháp
này. Như vậy phương pháp nạp Un = const không thể thay thế cho phương
pháp nạp chủ yếu với In= const đã nói ở trên mà chỉ có thể coi là phương
pháp phụ.
* Ưu điểm của phương pháp
Phương pháp nạp với Un = const có thời gian nạp ngắn hơn và ít tốn
công, vì dòng điện nạp tự động giảm theo thời gian không cần phải theo dõi
và điều chỉnh, thích hợp với việc nạp bổ sung cho các acquy đang sử dụng.

* Nhược điểm của phương pháp
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
12
Đồ án tốt nghiệp
Không thể cùng lúc nạp cả acquy cũ và mới và nạp chữa các acquy bị
sunfat hoá; cường độ dòng điện nạp ban đầu rất lớn, tuy không làm hỏng
acquy nhưng có hại cho tuổi thọ và điện dung của acquy và gây quá tải cho
thiết bị nạp nếu không có cơ cấu hạn chế dòng điện.
1.6.3.Nạp hai cấp dòng điện:
Chế độ nạp hai cấp dòng điện:Dual Current Step Charge.
Trong chế độ này bộ nạp sẽ thực hiện hai chế độ nạp với hai mức dòng điện
khác nhau là (I
max
+I
H
) và I
H
.
Chế độ này thường dùng khi nạp đồng thời cho nhiều nhánh acquy mắc nối
tiếp nhau,lúc đó ở giai đoạn nạp với dòng I
H
(holding current thường lấy bằng
10%I
max
) sẽ đảm bảo cho các acquy được tự chỉnh để đạt trạng thái đầy như
nhau.
Nguyên lý hoạt động thể hiện ở đặc tính và đồ thị nạp.chế độ nạp với mức
dòng lớn bằng (I
max
+I

H
) được gọi là Bulk charge,nhưng khác với kiểu nạp
dòng – áp ở chỗ khi điện áp acquy đạt trị số V
21
thì không chuyển sang chế độ
quá nạp (Over charge),tức là chân số 8 của IC không chuyển về mức thấp mà
luôn giữ ở mức cao.Khâu khuyếch đại dòng nạp được sử dụng làm bộ điều
chỉnh dòng để giữ dòng nạp bằng I
H
.
V
IN
V
12
STAGE2 V
F
V
21

STAGE1:BULK CHARGE STAGE1
STAGE 2:HOLDING VOLTAGE DONG ĐIỆN NẠP
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
13
Đồ án tốt nghiệp
I
H
I
max
+I
H

Đặc tính VA quá trình nạp

INPUT
SUPPLY
VOLTAGE
V
12
V
F
B C V
21
CHARGE A D E
VOLTAGE
I
max
+I
H
CHARGE
CURRENT I
H

OFF
STATE ON
LEVEL
STAGE1 STAGE 2 STAGE 1
Hình 1.4.Đồ thị trạng thái

Các điểm đặc trưng của quá trình nạp là:
A – Nguồn vào được cấp và bộ nạp lập tức hoạt động với chế độ nạp dòng lớn

(I
max
+I
H
).
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
14
Đồ án tốt nghiệp
B – Điện áp acquy đạt mức V
12
và mạch vòng điện áp chuyển sang mức thấp
hơn là V
F
,acquy được nạp bằng dong I
H
.
C – Acquy có tải và bắt đầu phóng điện,bộ nạp vẫn chỉ cấp dòng I
H
.
D – Khi điện áp acquy giảm đến trị số V
F
thì bộ nạp chuyển sang cấp dòng
lớn (I
max
+I
H
).
E – Acquy tiếp tục phóng điện đến trị số V
21
thì bộ nạp chuyển về trạng thái

ban đầu
1.7. Cách bảo quản acquy:
* Bảo quản thường xuyên:
Chăm sóc và sử dụng acquy đúng kỹ thuật sẽ nâng cao hiệu suất sử
dụng, kéo dài tuổi thọ của acquy và đảm bảo an toàn cho người, phương tiện
sử dụng.Luôn đảm bảo đủ mức dung dịch điện phân, khi thiếu phải bổ sung
bằng nước cất cho đủ.
Bôi mỡ vào các đầu bọc acquy để chống gỉ, thường xuyên lau chùi sạch
sẽ, bề mặt acquy phải luôn luôn khô để tránh hiện tượng phóng điện trên bề
mặt acquy.
Kiểm tra các nút và không làm bẹp lỗ thông hơi
* Bảo quản trong kho:
- Kho chứa acquy phải thoáng, nhiệt độ trung bình phải nhỏ hơn 35
0
C
- Kho không để acquy chung, acquy axít để riêng, acquy kiềm để riêng.
- Nền nhà phải dải nhựa đường và bố trí gọn gàng để tiện vận chuyển ra
vào trong kho.
- Trước khi cất acquy phải nạp quá lượng, lau sạch sẽ các nút và vỏ
bình.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
15
Đồ án tốt nghiệp
- Trong thời gian bảo quản mỗi tháng phải nạp một lần và phải đầy với
cất.
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
16
Đồ án tốt nghiệp
Chương 2
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ NẠP ACQUY TỰ ĐỘNG

Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu
- Chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ
- Chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ
- Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha
- Chỉnh lưu điều khiển ba pha
- Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng
- Chỉnh lưu 6 pha dùng điện kháng cân bằng
1.1.Chỉnh lưu điều khiển một pha, nửa chu kỳ:
U2
i
d
U
T
T
L
R
θ
i
d
i
d
U
d
α
π 2π
λ
0
U
d
Xác định giá trị trung bình Ud,Id

khi góc α mở , λ sẽ là góc tắt
U
d
=
2
.U
2
sin
ω
t
- id kéo dài → π → nửa chu kỳ âm
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
17
Đồ án tốt nghiệp
→ U
2
= U
d
= Rid + L
2=
dt
did
.U
2
sin
ω
t
→
2
.U

2
sin θ = Rid + x
θ
d
did
Khi id = 0 θ = α
θ = λ
Theo định nghĩa về giá trị trung bình của hàm số
Ta có : U
d
= Rid
U
d
=
Π2
2.2 U
( cos α - cos λ )
I
d
=
R
U
Π2
2.2
( cos α - cos λ )
1.2.Chỉnh lưu điều khiển một pha 2 nửa chu kỳ :
U
1
=
2

U
2
sin
ω
t
U
2
= -
2
U
2
sin
ω
t
R
α
0
π
U
d
L
i
d
2π
T
1
T
2
~
U

1
U
2
U
1
θ
π 2π
0
Ι
0
i
d
Ta có id là dòng liên tục, vì vậy khi biết được góc mở α thì xác định
được góc tắt λ
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
18
Đồ án tốt nghiệp
Khi T
1
mở →
2
.U
2
sin θ = Rid + x
θ
d
did

Ta có U
d

= RI
d
U
d
=
Π
2.22 U
. Cos α
I
d
=
R
U
Π
2.22
. Cos α
1.3.Chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha:
R
L
id
T
1
T
2
T
3
T
4
Ud
α

0
i
0
U
d
θ
π
Ιd
θ
0
i
i
θ
Ιd
i
T1,3
T2,4
i
i
Id
0
θ
Ιd
π
Ud
i
2
π
2π
θ

Khi Id là dòng gián đoạn
Id =
R
Ud

I
T
=
22
,sin
2.2
2
1 Id
R
Ud
d
R
U
==
Π
∫
Π
θθ
α

Khi id là dòng liên tục
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
19
Đồ án tốt nghiệp
Id = Id

Ud = Rid → Ud =
α
cos
2.22
Π
U

1.3.1.Chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng
Id =
R
Ud

I
T
=
Π+Π=
Π
∫
+Π
2/)(.
2
1
αθ
α
α
IddId

Cho thêm 2 đi ốt
I
D

=
θ
α
α
dId.
2
1
∫
+Π
Π

Id ( π + α )/2 π
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
20
Đồ án tốt nghiệp
a.Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng
D2
D1
T2
T1
L
R
Ud
θ
θ
θ
θ
a
id
i

d
U
d
i
T1
i
D2
i
T2
i
D1
θ
i
2
θ
U
T2
θ
U
D2
θ
I
d
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
21
Đồ án tốt nghiệp
b.Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Khi θ = θ 1 cho xung điều khiển mở T1. Trong khoảng θ 1, θ 2 T1 và D2
cho dòng chảy qua. Khi U2 bắt đầu đổi dấu, D1 mở ngay, T1 tự nhiên khoá
lại dòng Id = Id chuyển từ T1 sang D1

Khi D1 và D2 cùng cho dòng chảy qua Ud = 0
Khi θ = θ 3= Π + α cho xung mở T2, dòng tải id = Id chảy qua D1
và T2 đi ốt D2 bị khoá lại.
Trong sơ đồ này, góc dẫn của tiristor và đi ốt không bằng nhau.
Góc dẫn của đi ốt là : λ D = Π + α , còn góc dẫn của tisristor
λ T = Π - α .
Giá trị trung bình của điện áp tải:
U
d
=
)cos1(
2.2
.sin2.2
1
0
αθθ
+
Π
=
Π
∫
Π
U
dU

Giá trị trung bình của dòng tải :
Id =
R
Ud
Giá trị dòng trung bình qua van :

I
T
=
Π−Π=
Π
∫
Π
2/)(.
2
1
0
αθ
IddId

Qua dòng đi ốt : I
D
=
Π+Π=
Π
∫
+Π
2/)(.
2
1
0
αθ
α
IddId

Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến ap

I2 =
Π
−=
Π
∫
Π
α
θ
α
1.
1
2
IddI
d
Điện áp ngược cực đại đặt lên van
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
22
Đồ án tốt nghiệp
Uim =
2
.U2
Công suất máy biến áp :
Sba = 1,93Pd
1.4.Chỉnh lưu điều khiển 3 pha:
a.Sơ đồ 3 pha hình tia
T3
c
b
T2
a

T1
IdLR
Ud
θ
i
T3
0
0
i
T2
i
T1
0
0
θ
θ
θ
id
0
i
d
U
d
I
d
θ
2π
α α α
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
23

Đồ án tốt nghiệp
Ua = U2 m sin θ
Ub= U2 m sin ( θ ÷ 120
0
)
Uc= U2 m sin ( θ ÷ 120
0
)
Trong mạch có L nên id là dòng liên tục
id = Id
Góc mở α > 0
U
d
=
θθθθ
dUdUd .sin2.2
2
1
//
2
1
0
2
0
∫∫
ΠΠ
Π
=
Π

Id =
3
;
sin.2 Id
It
R
U
=
θ
b.Sơ đồ cầu 3 pha:
Gồm 3 tiristor đấu catốt chung : T1, T3 , T5
3 tiristor đấu anốt chung : T2 , T4 , T6
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
24
Đồ án tốt nghiệp
T
4
T
6
T
1
T
3
R
i
d
L
T
5
T

2
G
U
d
0
θ
1 3
5
6
2 4
θ1
θ2
2π
α
α
Ud = Id.R
Id =
R
Ud
→ I
T
= I
D
=
∫
Π
θ
dId.
2
1

1.5.Chỉnh lưu 6 pha
Trên sơ đồ có 1 máy biến áp 3 pha, 6 tiristor
1- Cấp nguồn cho T1 T3 T5
2- Cấp nguồn cho T2 T4 T6
→ Làm việc độc lập
Đề tài: Thiết kế bộ nạp ắc quy tự động ĐH Bách khoa Hà Nội
25