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

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
ng
ược 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
ph
ụ tải khi động cơ không làm việc hoặc cung cấp điện cho motor
kh
ởi 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 d
ịch
6. ngăn ắcqui; 7. bản cực. 8. nắp; 9. tấm cách; 10.
t
ấm 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 h
ơi. 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 d
ịch. Phản ứng với các bản cực để nạp hoạt phóng.
6. Ng
ăn ắc quy. Mỗi ngăn phát ra dòng điện 2,1 V.
7. B
ản cực. Bao gồm các bản cực âm và bản cực dương.
Vi
ệc kiểm tra ắcquy bao gồm kiểm tra mức dung dịch và nộng
độ du
ng 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,
qu
ần áo.
3.3.2.4. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý nạp và phóng điện. Một ắcquy nạp và phóng năng
l
ượng điện qua
ph
ản 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
n
ạp
điện
Năng lượng điện được phóng ra khi axit sunphuaric trong dung
d
ịch điện phân phản ứng với chì và trở thành nước. Lúc này axit
sunphuaric k
ết hợp với các bản cực âm và dương và chuyển thành
sunfat chì.
Ở cực dương phản ứng xảy ra như sau:
PbO
2
+ 3H
+
+ HSO
4
-
+ 2e
 PbSO
4
+ 2H
2
O
Ở cực âm phản ứng xảy ra như sau:
Pb + H
2
SO
4
 PbSO

4
+ 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 PbSO
4
làm cho thế hiệu giữa
chúng gi
ảm dần.
Ph
ản ứng xảy ra mạnh hay yếu, số lượng các hoạt chất tham
gia nhi
ều hay ít
tu
ỳ thuộc vào khả năng phân ly, khuyếch tán của SO
4
2-
và H
+
. Do
đó nồng độ điện
dịch, độ xốp của các bản cực (hạt PbSO
4
to thì bản cực ít xốp), điện
thế và cường độ
dòng điện nạp… là nhân tố ảnh hưởng đến khả năng phản ứng
m
ạnh, yếu, sâu, nông ở các bản cực.
b. Lúc nạp điện

Do axit sunphuaric được giải phóng ra khỏi các
bản
cực,
ch
ất điện phân
chuy
ển thành axit sunphuaric và nồng độ chất điện
phân tăng
êl n. Các bản
cực
d
ương chuyển thành ôxit chì. Các bản cực âm chuyển thành chì.
Chi
ều 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:
PbSO
4
+ SO
4
+ 2H
2
O
 Pb
4+
O
2
+ 2H
2

SO
4
+ 2e
Ở cực âm phản ứng xảy ra như sau:
2PbSO
4
+ 2H
+
+ 2 H
2
O + 4e
 2Pb + 2H
2
SO
4
L
ưu ý: khi phản ứng hóa học xảy ra (điện phân của nước)
trong dung d
ịch điện phân khi nạp. Các bản cực dương tạo ôxy, các
b
ản cực âm tạo ra hydro. Do sự điện phân của nước, chất lượng
ch
ất điện phân sẽ giảm đi, do đó cần phải thêm nước.
3.3.2.5. Ký hiệu
ắ
cquy
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 chu

ẩn Việt Nam chẳng hạn như 3-OT-70-NT-
TCVN:
3: S
ố ngăn hay số hộc
bình. OT: Bình dùng
cho máy kéo.
70: Dung lượng định mức là 70 ampe giờ.
NT: T
ấm ngăn kép làm bằng nhựa xốp và bông thủy tinh.
TCVN: Tiêu chu
ẩn Việt Nam.
Ngoài ra mã hóa nh
ận biết ắcquy còn được biểu diễn như trên
hình 3.4
3.3.2.6. Các thông số cơ bản của ắcquy
a. T
ỉ 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 v
ới 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)
T
ỉ trọng của dung dịch điện phân có giá trị tùy theo từng nhà
s
ản xuất. Tuy nhiên, tỉ trọng của dung dịch điện phân các loại
ắcquy đang đượ
c 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 tr
ị số điển hình của tỉ trọng này ở các trạng thái làm việc
khác nhau tại
nhiệt độ 15,5
o
C như sau:
- Khi n
ạp đầy hoàn toàn: 1,27 – 1,29.
- Khi phóng kho
ảng nửa dung l
ượng
: 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
32
o
C thì ph
ải lấy tỉ trọng thấp hơn vì ở nhiệt độ càng cao thì các
ph
ản 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 kho
ảng nửa dung l

ượng
: 1,13 – 1,15.
- Khi phóng hoàn toàn: 1,05 – 1,07.
T
ỉ trọng của dung dịch điện phân luôn biến đổi theo nhiệt độ,
cứ khi nhiệt độ tăng lên 3
o
C thì tỉ trọng giảm đi 0,002 và ngược lại
khi nhiệt độ giảm đi 3
o
C thì tỉ trọng cũng tăng lên 0,002.
Khi ki
ểm tra một ắcquy đã nạp hoàn toàn hoặc khi chuẩn lại
thì tỉ trọng sau
khi k
ết 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
đượ
c phải qui về nhiệt độ 15,5
o
C bằng cách cộng hoặc trừ đi độ
tăng
hoặc giảm tỉ trọng theo sự giảm hay tăng của nhiệt độ môi
tr
ường so với nhiệt độ chuẩn.
Để đo
tỉ trọng người ta thường dùng ống Bômê:
B
ảng 2.1: Liên hệ giữa tỉ trọng và độ Bômê.

Độ Bômê Tỉ trọng Độ Bômê Tỉ trọng
1
o
5
0
8
0
12
0
14
1
,
00
7
1,03
6
1,06
0
1,09
1
1
,
10
26
o
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 k
ỹ thuật thông thường) và nước không phải là nước cất, vì
dùng nh
ư vậy sẽ làm tăng cường quá trình tự phóng điện của ắcquy,
các bản cực chóng bị sunfat hóa, hư hỏng …
- Các d
ụng cụ pha chế phải bằng thủy tinh, sứ hoặc chất dẻo
chịu axít. Chúng
ph
ải 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
khu
ấy 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)
t
ại một nhiệt độ nhất định.
Đơ
n vị của dung lượng là ampe giờ (Ah), đó chính là dung
l
ượng 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
th
ời gian phóng của ắcquy. Tốc độ phóng tiêu chuẩn của ắcquy trên
các kho
ảng từ 10 đến 20 giờ.
Dung
lượng của ắcquy phụ thuộc vào các yếu tố sau
- S

ố bản cực trong một ngăn bình.
- B
ề mặt và bề dày của các bản cực.
- Kích th
ước của các ngăn tạo nên ắcquy cụ thể là kích thước
c
ủa các bản
cực
.
- Dung tích, t
ỉ 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.
- C
ường độ dòng điện phóng càng lớn càng lớn thì dung
l
ượng càng giảm bởi vì khi ắcquy phóng điện với dòng cao,
axít sulfuric không
được cung cấp đủ nhanh đến các bản cực.
Khi n
ạp, phóng cường độ phản ứng vừa phải nhưng phản ứng
x

ảy 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
ng
ăn ắcquy
Điện áp định mức của một ngăn là điện áp giữa hai cực
c
ủa 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
ph
ụ 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.