Nghiên cứu, thiết kế bộ nạp acquy ứng dụng vi điều khiển

Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN 
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG-ĐO LƯỜNG


NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giáo viên hướng dẩn: PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN THIỆN
TRẦN ĐỨC VIỆT
NGUYỄN VĂN DANH
Lớp : 01ĐTĐ
Ngành : TỰ ĐỘNG – ĐO LƯỜNG
I. Đề tài thiết kế:
Nghiên cứu, thiết kế bộ nạp Acquy ứng dụng vi điều khiển
II. Số liệu ban đầu:
Lấy từ các thông số của các bộ nạp hiện có ở các trạm.
Hai bình acquy: Điện áp mỗi bình : U = 12V.
Dung lượng mỗi bình : I=5Ah
III. Nội dung phần thuyết minh và tính toán :
Chương I : Tổng quan về hệ thống tự động sạc acquy trong điện lực.
Chương II : Giới thiệu một số tủ nạp.
Chương III : Thiết kế bộ nạp.
Phần 1 : Thiết kế phần chỉnh lưu.
Phần 2 : Thiết kế mạch vi điều khiển.
Phần 3 : Giới thiệu các bộ biến đổi DAC, ADC.
Phần 4 : Sơ đồ mạch ghép nối giữa AT89C51với các bộ DAC, ADC.
IV.Trình chiếu Powerpoint:

Gồm có 4 bản.
V. Ngày giao nhiệm vụ : Ngày 13 tháng 02 năm 2006
VI. Ngày hoàn thành : Ngày 28 tháng 5 năm 2006
SVTH: Trần đức việt Trang 1
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN DUYỆT
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

PGS.TS.Đoàn Quang Vinh
TRƯỞNG BỘ MÔN SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Th.s Lâm Tăng Đức
Đà nẵng, ngày tháng năm 2006

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)
SVTH: Trần đức việt Trang 2
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

Nhận xét của giáo viên duyệt:













SVTH: Trần đức việt Trang 3
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển

LỜI CẢM ƠN

Trong 5 năm học tại Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, chúng em đã nhận
được sự giúp đỡ dạy dỗ tận tình từ các Thầy cô trong toàn thể nhà trường nói
chung và các thầy cô giáo trong Khoa Điện nói riêng.
Trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, để có thể thực hiện tốt và
hoàn thành tốt đề tài không chỉ cá nhân tôi mà có sự giúp đỡ của quý thầy cô và
bạn bè
Đến bây giờ, khoá học sắp hoàn thành em xin được gửi lời cảm ơn chân thành
đến:
Thầy cô Khoa Điện, các thầy cô trong ngành tự động đo lường đã dạy dỗ
chúng em trong suốt 5 năm học.
Các thầy cô giáo trong toàn thể nhà trường Đại Học Bách Khoa
Đặc biệt em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo Đoàn Quang Vinh
đã giúp đở em hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành một cách tốt nhất, tuy nhiên vẫn không
thể tránh khỏi những sai sót mong quý thầy cô thông cảm và góp ý thêm
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà nẵng, ngày 28 tháng 5 năm 2006
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN VĂN THIỆN
TRẦN ĐỨC VIỆT
NGUYỄN VĂN DANH


SVTH: Trần đức việt Trang 4
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
MỤC LỤC
Lời nói đầu 0
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẠC ACQUI

TRONG ĐIỆN LỰC 1
I. Giới thiệu về nguồn thao tác 1
II. Nguồn thao tác một chiều 1
1. Acqui, công dụng và phân loại 1
2. Acqui axit 2
3. Acqui kiềm 6
III. Các chế độ nạp điện 8
1. Giới thiệu các chế độ nạp 8
2. Các chế độ nạp: 8
2.1 Nạp điện đầu 8
2.2 Nạp điện thường 11
2.3 Nạp điện cân bằng 11
2.4 Chế độ phụ nạp 12
Chương 2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ TỦ NẠP ĐẶC TRƯNG 14
I. Giới thiệu chung 14
II. Tủ nạp CDN-HPT 50 220 XE (truyền tải huế) 14
1. Sơ đồ nguyên lý 14
2. Nguyên tắc hoạt động 16
III. Tủ nạp 3PH DC 110 50 của Hyundai-Vinashin 21
1. Sơ đồ nguyên lý 21
2. Đặc tính chung 24
3. Đặc tính kỹ thuật 25
IV. Tủ nạp CHLORIDE 3CBC 220 50 (công ty Việt Á) 27
1. Sơ đồ nguyên lý 27
2. Các thông số bộ nạp 27
3. Chức năng của bộ nạp 28
4. Nguyên tắc chung 28
5. Mô tả tóm tắt về bộ nạp 28
6. Đặc tính kỹ thuật chung 29
7. Các chế độ hoạt động 30

8. Mô tả tóm tắt mạch điều khiển 3CBC-4 30
Chương 3 THIẾT KẾ BỘ NẠP 33
I. Giới thiệu công nghệ 33
II. Phần thiết kế 34
Phần 1:Thiết kế phần chỉnh lưu 34
1. Tính toán bộ nguồn và mạch chỉnh lưu 34
SVTH: Trần đức việt Trang 5
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
2. Tính toán các thông số và chọn các linh kiện của mạch điều khiển 40
Phần 2: Thiết kế mạch vi điều khiển 44
1. Giới thiệu về họ vi điều khiển 44
2. Cấu trúc phần cứng của 8051 47
3. Giới thiệu các chế độ địa chỉ của 8051 58
4. Hoạt động của bộ định thời timer 59
5. Hoạt động của cổng nối tiếp 61
6. Hệ thống ngắt 65
Phần 3: Giới thiệu các bộ biến đổi DAC, ADC 69
1. Bộ biến đổi tương tự DAC 69
1.1 Giới thiệu chung 69
1.2 Ghép nối DAC0808 (MC1408) với 8051 71
2. Bộ biến đổi tương tự số ADC 72
Giới thiệu chung 72
Ghép nối ADC0804 với 8051 72
Phần 4: Chương trình 77
1. Sơ đồ mạch ghép nối giữa AT89C51 với các bộ DAC, ADC 77
2. Viết chương trình 78
Tài liêu tham khảo 81
SVTH: Trần đức việt Trang 6

Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên đà phát triển. Đặc trưng là
kỹ thuật máy tính, công nghệ thông tin và tự động hoá. Điều đó đã mang lại lợi
ích to lớn về nhiều mặt như đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm
nguyên vật liệu, nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất
Cùng trong xu thế đó, năm 1972 hãng Intel đã đưa ra giới thiệu bộ vi điều
khiển (microcontroller), một chip tương tự như bộ vi xử lý là một trong những
bộ đã và đang có những ứng dụng ngày càng rộng rãi và thâm nhập ngày càng
nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội. Hầu hết các thiết bị kỹ
thuật từ phức tạp đến đơn giản như thiết bị điều khiển tự động, thiết bị văn
phòng cho đến các thiết bị trong gia đình đều có dung các bộ vi điều khiển.
Dựa trên những kiến thức đã học, em sử dụng bộ vi điều khiển 8051 để thiết
kế bộ sạc acqui điện lực. Đây là dịp để chúng em cũng cố lại kiến thức đã học,
từng bước nắm bắt kiến thức thực tế khi ra trường hoà nhập vào trong xã hội.
Đề tài của em gồm có 3 chương cơ bản:
Chương1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẠC ACQUI
TRONG ĐIỆN LỰC
Nội dung của chương này là giới thiệu tổng quan về hệ thống tự động sạc
acqui điện lực, nguồn thao tác một chiều, các nguồn thao tác một chiều và các
chế độ nạp của acqui.
Chương2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ TỦ NẠP ĐẶC TRƯNG
Nội dung cơ bản của chương này là đưa ra một số tủ nạp điện lực đặc trưng
ứng dụng vi diều khiển gồm các tủ nạp: Tủ nạp CDN-HPT 220 50 XE (của
truyền tải huế), tủ nạp 3PH DC 110 50 (của công ty TNHH Hyundai_Vinashin),
và tủ nạp CHLORIDE 3CBC 220 50 (của công ty Việt Á)
Chương 3 THIẾT KẾ BỘ NẠP
Nội dung của chương này là phần thiết kế chính. Giới thiệu công nghệ chính.

Phần chỉnh lưu, tính toán phần chỉnh lưu. Phần điều khiển, tính toán mạch điều
khiển. Phần vi điều khiển, phần ghép nối với thiết bị tương tự DAC ADC. Sơ đồ
thuật toán và viết chương trình.
Với điều kiện thời gian cũng như kiến thức có hạn nên chắc chắn đồ án không
thể tránh khỏi các thiếu sót. Do vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy
Cô.
SVTH: Trần đức việt Trang 7
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Đoàn Quang Vinh-
Giáo viên hướng dẫn, cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa
Điện, đặc biệt là quí thầy cô trong bộ môn Tự động - Đo lường đã tạo mọi điều
kiện để em có thể hoàn thành tốt đồ án của mình.
Đà Nẵng, Ngày 28 tháng 5 năm 2006
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN VĂN DANH
TRẦN ĐỨC VIỆT
NGUYỄN VĂN THIỆN
SVTH: Trần đức việt Trang 8
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẠC ACQUI
TRONG ĐIỆN LỰC
I. Giới thiệu về nguồn thao tác :
Trong nhà máy điện và trạm biến áp, nguồn điện thao tác làm nhiệm vụ cung
cấp điện cho các thiết bị bảo vệ, tự động hóa, điều khiển, tín hiệu, chiếu sáng sự
cố, các cơ cấu tự dùng quan trọng…Nguồn điện thao tác cần có độ tin cậy cao,

độc lập với lưới điện chính hay sự cố, có công suất đủ lớn để đảm bảo sự làm
việc chắc của các thiết bị trong chế độ nặng nề nhất, điện áp trên thanh góp cần
có độ tin cậy cao. Muốn vậy các nguồn thao tác và lưới phân phối cần có độ dự
trữ lớn, đảm bảo an toàn, dể sử dụng và một yêu cầu chung nửa là kinh tế.
Nguồn thao tác có thể là một chiều hoặc xoay chiều. Song để có độ tin cậy
cung cấp điện cao và cấu tạo của các thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, trong các nhà
máy điện và các trạm biến áp lớn người ta thường dung nguồn thao tác một
chiều, mặc dù giá thành của chúng đắt và vận hành khá phức tạp. Nguồn thao tác
một chiều thường là acqui và các thiết bị chỉnh lưu có công suất lớn, nhưng
trong một số trường hợp người ta dung bộ nghịch lưu tạo “điện áp xoay chiều an
toàn” để cung cấp điện cho các máy tính và các phương tiện bảo vệ điện tử trong
các nhà máy điện và trạm biến áp có hệ thống thứ cấp hiện đại.
Điện áp của nguồn thao tác một chiều thường là 220KV và 110KV đối với
các lưới cung cấp cho rơle và thiết bị điều khiển; 60V, 48V và 24V đối với các
mạch tín hiệu, thông tin…
Nguồn thao tác xoay chiều do có nhiều nhược điểm quan trọng, nên chỉ
được dùng trong các trạm biến áp nhỏ.
II.Nguồn thao tác một chiều:
Acqui được xem là nguồn thao tác một chiều tin cậy nhất vì sự làm việc của
chúng không phụ thuộc vào lưới điện xoay chiều và đảm bảo cho các thiết bị thứ
cấp làm việc tốt ngay cả khi mất toàn bộ nguồn điện chính của nhà máy hoặc của
trạm. Một ưu điểm không nhỏ của acqui là khả năng cho phép quá tải ngắn hạn
SVTH: Trần đức việt Trang 9
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
khá lớn, điều này đặc biệt cần thiết khi dung điện một chiều để đóng cắt trực tiếp
các máy cắt công suất lớn vì khi đó sẻ có sự nhảy vọt về dòng điện.
1. Acqui, công dụng và phân loại:
Acqui là nguồn điện hóa học, cung cấp dòng điện một chiều cho tải, có đặc

tính cơ bản là có thể làm việc ở chế độ phóng (nguồn điện) và chế độ nạp (phụ
tải). Khi làm việc ở chế độ nạp, acqui tiếp nhận năng lượng của nguồn nạp, tích
lũy lại dưới dạng hóa năng. Khi làm việc ở chế độ phóng, hóa năng được biến
thành điện năng cung cấp cho tải. Do đó, có thể coi acqui là một bình tích trữ
điện năng để dùng khi cần thiết, và acqui có thể xem là bình điện.
Do tính chất cơ bản là tích lũy được điện năng, nên acqui chủ yếu được dùng
làm nguồn làm nguồn điện dự trữ, để đảm bảo sẳn sàng cung cấp điện liên tục
trong các trường hợp cần thiết. Ở các nhà máy điện và trạm biến áp, acqui được
dùng làm nguồn dự trữ cơ bản của hệ thống điện một chiều, cấp cho các mạch
điều khiển, tín hiệu, bảo vệ rơle, tự động, và nguồn chiếu sáng sự cố khi mất
nguồn điện xoay chiều. Acqui còn được dùng trên ôtô, tàu thủy, máy bay làm
nguồn điện mở máy động cơ, làm nguồn điện của các thiết bị thông tin, liên lạc
và nhiều mục đích khác.
Acqui dùng làm nguồn điện thao tác có ưu điểm cơ bản là đảm bảo chắc
chắn độ tin cậy cao, ít phụ thuộc vào nguồn xoay chiều. Ngoài ra, acquy có dung
lượng lớn, điện áp ít biến thiên, có khả năng cấp dòng điện lớn khi đóng máy cắt,
ít làm ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ Rơle, hệ thống điều khiển, tín hiệu
và tự động của nhà máy điện và trạm biến áp. Chính vì thế nguồn thao thác bằng
điện một chiều có hệ thống acqui hiện nay được dùng ở hầu hết các nhà máy
điện và trạm biến áp công suất trung bình trở lên.
Tuy nhiên, acqui làm phức tạp hóa sơ đồ tự dùng của các nhà máy, quy trình
vận hành và bảo quản phiền phức, tăng giá thành xây dựng, nên ở những trạm
không lớn lắm, người ta có xu hướng dung nguồn điện thao thác xoay chiều thay
cho acqui .
Căn cứ theo cấu tạo, acqui có hai loại phổ biến là acqui axit (hay acqui chì)
và acqui kiềm. Acqui kiềm có 3 kiểu cấu tạo bản cực là acqui cadmi-kền acqui
sắt -kền và acqui bạc-kẽm .
SVTH: Trần đức việt Trang 10
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh

Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Căn cứ theo điều kiện sử dụng, người ta chia acqui tĩnh tại, là acqui đặt cố
định trong các phòng riêng (phòng acqui) và acqui di động trên ôtô, tàu thủy, tàu
hỏa, máy bay…
2. Acqui axit:
2.1 Cấu tạo của acqui axit:
Acqui axit tĩnh tại gồm có vỏ và các tấm cực chì. Võ làm bằng gỗ trong đó
có lót lá chì. Nói chung hiện nay acqui đặt ở các nhà máy điện hoặc trạm biến áp
đều có vỏ bằng thủy tinh hoặc nhựa tổng hợp. Tấm cực là khung làm bằng hợp
kim chì antimoan, có nhét đầy chất hoạt tính là bột chì và chì ôxit hoặc hổn hợp
chì ôxit và antimoan. Sau khi đã nạp đầy, các tấm cực sẽ được phân cực. Chất
hoạt tính ở cực dương sẽ là chì điôxit còn ở cực âm là chì xốp màu ánh thép.
Các tấm cực cùng cực tính được nối với nhau thành các tấm cực và có một
đầu ra chung. Như vậy các tấm cực sẽ nối song song với nhau. Các tấm cực
dương và âm được đặt xen kẻ với nhau, sao cho chúng ở gần với nhau (song
song với nhau), nhưng không được chạm nhau. Để tránh chất hoạt tính bong ra,
gây chạm chập, người ta lót giữa các tấm cách. Tấm cách làm bằng gỗ dán hoặc
các tấm lưới mắt nhỏ bằng ebonite. Giữa các tấm cưc, còn có đũa ngăn cách
bằng gổ hoặc thủy tinh, để tránh bản cực bị cong sẽ chụp vào nhau.
Acqui axit di động (acqui ôtô, tàu thủy ….). Khối tấm cực của acqui gồm có
khối dương và khối âm, giữa chúng có tấm ngăn cách. Các tấm cực dương có
mấu để đưa vào gờ đở tấm cực, còn tấm cực âm thì tựa vào đế cách điện. Các
tấm cực đặt trong vỏ bằng nhựa tổng hợp, trên là nắp có ba lỗ, lỗ giữa để bổ sung
dung dịch còn hai lổ bên để thông khí. Lổ bổ sung dung dịch có nút nhằm thoát
khí từ trong acqui ra, đồng thời ngăn dung dịch chảy ra ngoài khi acqui bị song
sánh trong quá trình di chuyển acqui.
Các tấm cực của acqui axit được đặt trong dung dịch điện phân là axit
sunfuric. Tỷ trọng
dung dịch khi mới
đổ vào acqui là

1,18 và sau khi
nạp đầy là 1.20-
1,21.
SVTH: Trần đức việt Trang 11
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Hình 1-1. Cấu trúc của acqui axit

2.2 Nguyên lý hoạt động của acqui axit :
Sau khi lắp acqui, cần tiến hành nạp để phân cực tính acqui. Khi chưa nạp, ở
cả cực âm và cực dương đều có chất hoạt tính là chì ôxit PbO. Khi ngập trong
dung dịch, chì ôxit tác dụng với axit để biến thành chì sunfat :
PbO + H
2
SO
4
= PbSO
4
+ H
2
O
Như vậy cả hai cực đều có cùng cực tính là PbSO
4
, nên acqui chưa phân cực và
chưa thể phóng điện được


(a) (b)
Hình 1-2. Sơ đồ nạp (a) và phóng (b) của acqui axit.

Muốn nạp điện, ta nối cực dương của acqui vào cực dương nguồn nạp, cực âm
acqui vào cực âm nguồn nạp (hình a). Trong dung dịch, dòng điện sẽ đi từ cực
dương về cực âm. Do đó, các ion dương H
+
đi về cực âm và các ion âm SO

đi về
cực dương.
Tại cực dương, anion SO
4
—
sẽ ôxi hóa thì sunfat theo phản ứng:
SVTH: Trần đức việt Trang 12
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
I
n
A
I
n
H
+
SO
4

PbSO
4
PbSO
4
Tải

I
f
A
I
f
H
+
SO
4

PbO
2
Pb
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
SO
4


+ PbSO
4
+ 2H
2
O

= PbO
2
+ 2H
2
SO
4

Còn ở cực âm, cation H
+
sẽ khử, chỉ sunfat theo phản ứng:
2H
+
+ PbSO
4
= Pb + H
2
SO
4
Kết hợp cả hai phản ứng ở cực dương và âm, ta có phương trình phản ứng tổng
hợp khi nạp điện:
PbSO
4
+ 2H
2
O + PbSO
4
= PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb
(+) (-) (+) (-)
Qua phương trình này, ta có các nhận xét sau:
Trong quá trình nạp điện :
+Chất hoạt tính ở cực dương biến dần thành chì điôxit PbO

2
, còn chất họat
tính ở cực âm biến dần thành chì xốp. Kết quả là acqui được phân cực;
+Axit sunfuric được giải phóng, còn nước bị phân tích, do đó, nồng độ nhiệt
tăng lên, sức điện động của acqui tăng theo, điện trở trong giảm xuống .
Qúa trình nạp coi như kết thúc, khi tất cả chất hoạt tính đã biến hóa hết và do
đó, nồng độ dung dịch không tăng nữa. Sức điện động của acqui khi nạp đầy
khoảng 2,05V .
Khi acqui phóng điện (như hinh vẽ) dòng điện qua dung dich đi từ cực âm về
cực dương. Do đó, cation H
+
đi theo chiều dòng điện sẽ về cực dương còn anion
SO
4
—
đi về cực âm.
Tại cực dương, cation H
+
sẽ khử chì điôxit để giải phóng chì sunfat :
2H + H
2
SO
4
+ PbO
2
= PbSO
4
+ 2H
2
O

Còn ở cực âm anion SO
4

sẽ ôxi hóa chì, biến thành chì – Sunfat :
SO
4
+ Pb = PbSO
4
Phương trình phản ứng khi phóng điện là :
PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb = PbSO
4
+ 2H
2
O + PbSO
4
(+) (-) (+) (-)
Qua phương trình này ta có nhận xét sau:
Trong quá trình phóng điện:
+ Chất hoạt tính ở cực dương (PbO
2
) và cực âm (Pb) bị tiêu hao dần, biến
thành chì sunfat (PbSO
4
) và do đó, sự phân cực của acqui giảm dần;

SVTH: Trần đức việt Trang 13
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
+ Axit sunfuric bị phân tích, nước được tạo thêm, nên nồng độ giảm dần.
Kết quả là sức điện động của acqui giảm dần, còn điện trở trong tăng lên.
Về lý thuyết, có thể cho acqui phóng hết hoàn toàn dung lượng, tức là tất cả
các chất hoạt tính đã biến thành chì sunfat, sức điện động của acqui bằng không.
Thực ra, khi phóng gần hết dung lượng, điện trở trong tăng lên nhanh chóng,
điện áp trên cực acqui giảm nhanh và khi sức điện động đã giảm nhiều, acqui rất
khó phục hồi dung lượng. Vì thế, người ta qui định là chỉ được phóng đến điện
áp 1,7-1,8V thì phải ngừng phóng và tiến hành nạp lại acqui.
2.3. Các thông số của acqui:
Sức điện động: Sức điện động của acqui là điện áp không tải trên cực acqui.
Sức điện động của acqui chỉ chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ nhiệt và có thể xác
định gần đúng theo công thức thực nghiệm sau:
E
0
= 0,84 +
γ
Ở đây,
γ
là tỷ trọng dung dịch.
Theo công thức này, sức điện của acqui khi nạp đầy (
γ
=1,21) sẽ là: E
0
=
0,84 + 1,21= 2,05V còn khi phóng hết (
γ

= 1,15), E
0
= 1,99V. Vì thế, có thể
coi sức điện động của acqui axit là 2V .
Dòng điện phóng : I
F
và dòng điện nạp I
n
là các đại lượng ảnh hưởng rất lớn
làm việc của acqui. Nếu phóng với dòng điện lớn, phản ứng xảy ra mạnh, chất
hoạt tính bị biến đổi nhanh, sẽ tạo thành một lớp chì sunfat bao bộc bên ngoài và
do đó, sẽ cản trở lớp hoạt tính bên trong tiếp xúc với dung dịch. Kết quả là một
số chất hoạt tính không tham gia phóng điện và do đó, dung lượng phóng của
acqui sẽ giảm đi. Ngược lại, nếu phóng với dòng điện nhỏ, phản ứng xảy ra từ
từ, làm cho chất hoạt tính có thể tham gia toàn bộ vào quá trình phóng điện và
dung lượng phóng sẽ tăng lên .
Gọi thời gian phóng từ lúc bắt đầu phóng đến lúc phóng hết là t
f
tương ứng
dòng điện phóng I
f
, ta có dung lượng phóng tương ứng là Q
f
:
Q
f
= I
f
. t
f

Người ta lấy dung lượng phóng tương ứng với chế độ 10h là dung lượng định
mức của acqui -Q
dm
. Đó là dung lượng lớn nhất của acqui khi phóng với dòng
điện lớn hơn dòng điện phóng 10h, dung lượng phóng sẽ nhỏ hơn Q
đm
.
Điện áp ngưỡng phóng: U
nf
là điện áp ở cực khi acqui đã phóng hết dung
lượng quy định. Đối với acqui axit, U
nf
=1,7-1,8 V.
SVTH: Trần đức việt Trang 14
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Điện áp nạp đầy Unđ : Là điện áp trên cực khi acqui đã nạp đầy dung lượng
quy định. Đối với acqui axit U
nđ
= 2,5-2,7 V .
d. Đặc tính của một số acqui axit:
Ở các nhà máy điện và trạm biến áp có đặt acqui làm nguồn điện thao tác một
chiều, thông thường dùng loại acqui mã hiệu C và C
K
do Liên Xô sản xuất, các
bình acqui kiểu C
K
khác những bình kiểu C ở chổ thanh nối giữa các bình được

tăng bề dày. Kèm theo ký hiệu C và C
K
có một con số chỉ độ lớn của acqui. Số
hiệu càng cao, acqui có dung lượng càng lớn, và do đó khối lượng và thể tích
cũng lớn theo
3. Acqui kiềm:
Acqui kiềm có điện cực dương là các tấm xốp hợp chất niken, cực âm là các
tấm xốp cađmi, chất điện phân là dung dịch kiềm KOH. Acqui được dùng nhiều
trong các nhà máy điện và trạm biến áp nhỏ và trung bình, có sự hạn chế về
không gian. Các loại thường được sử dụng là:
T/TP - có các bản cực dương kiểu ô nhỏ ;
TS/TSP - acqui khởi động có cực dương kiểu ô nhỏ.



Hình 1-3. Cấu trúc của acqui kiềm
So với acqui axit acqui kiềm có những ưu nhược điểm sau:
Ưu điểm:
- Độ bền cơ lớn hơn, tuổi thọ cao;
- Dễ bảo dưỡng ;
SVTH: Trần đức việt Trang 15
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
- Thể tích và trọng lượng nhỏ hơn đáng kể ;
- Ít ảnh hưởng đến môi trường ;
Nhược điểm:
- Điện áp mỗi ngăn nhỏ hơn (1.2V/ngăn so với 2V/ngăn của acqui
axit);
- Khi nạp thêm tăng 50% ;

- Khi phóng điện áp giảm 20%;
- Hiệu suất chỉ bằng 75% theo dung lượng Ah và 50-60% theo
năng lượng Wh, do vậy, dòng điện tiêu thụ lớn hơn rất nhiều
- Tiêu thụ nước cất nhiều hơn, phải thay nước điện phân hai năm
một lần;
- Nhạy với nhiệt độ, do vậy, nếu dùng ở những nơi có khí hậu
nóng cần phải kể đến nhiệt độ môi trường khi thiết kế ;
- Các đặc tính phóng điện dốc hơn;
- Có giới hạn thay đổi điện áp khi phóng điện nhỏ ;
- Bội số quá tải cho phép ngắn hạn về dòng điện nhỏ hơn nhiều
so với acqui axit.
Từ các so sánh trên, dễ dàng thấy được vì sao trước đây người ta hay sử
dụng acqui axit trong các nhà máy điện và trạm biến áp, mặt dù phải cần đến
phòng đặt acqui đặc biệt để tránh độc hại và ngăn ngừa tác động ăn mòn của hơi
axit.
4. Chế độ nạp điện:
4.1 Các chế độ nạp điện:
Quá trình nạp điện có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng của acqui. Tùy
theo mục đích và yêu cầu nạp điện, người ta chia ra làm nhiều chế độ nạp khác
nhau:
+ Nạp điện lần đầu: Chỉ tiến hành với acqui axit, để phân cực acqui và nạp
dung lượng đầu tiên cho acqui. Ta biết, khi mới lắp, cả hai tấm cực dương và cực
âm đều cùng chứa cùng một chất hoạt tính là chì-sunfat. Nạp điện đầu sẽ phân
cực các tấm cực tạo ra chì điôxit ở cực dương và chì xốp ở cực âm.
SVTH: Trần đức việt Trang 16
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
+ Nạp điện thường: để phục hồi dung lượng cho acqui sau khi đã phóng hết
dung lượng. Nạp điện thường tiến hành cả cho acqui axit và acqui kiềm

+ Nạp điện cân bằng: nhằm mục đích khử sunfat cho acqui axit. Hiện tượng
sunfat hóa hay xuất hiện ở acqui axit là một trong các nguyên nhân làm giảm
dung lượng của acqui. Đó là hiện tượng chì sunfat hình thành ở tấm cực không
tham gia phản ứng trong quá trình nạp điện thường, và do đó, chất hoạt tính
không được giải phóng đầy đủ. Nếu hiện tượng sunfat hóa xảy ra nhiều và tồn tại
lâu dài, chì sunfat sẽ kết cứng thành chai tấm cực sẽ mất dần khả năng tham gia
phản ứng phóng nạp. Vì thế, nạp điện cân bằng nhằm khử kịp thời hiện tượng
này.
+ Phụ nạp thường xuyên: Nhằm mục đích bổ sung kịp thời dung lượng
acqui bị giảm do phóng điện hay hiện tượng tự phóng. Như vậy, acqui được phụ
nạp sẽ thường xuyên đầy dung lượng. Acqui ở các nhà máy điện, trạm biến áp,
trên ôtô…nói chung đều có phụ nạp.
+ Nạp phục hồi : Để phục hồi tấm cực bị sunfat hóa nặng. Nạp phục hồi chỉ
tiến hành để sửa chữa acqui.
+ Nạp bổ sung: Để nhằm nạp đầy acqui sau một thời gian phóng điện. Nạp
bổ sung chỉ tiến hành với các acqui không làm việc ở chế độ phụ nạp.
Sau đây, ta xét một số chế độ nạp acqui thường gặp trong việc vận hành acqui.
4.2 Nạp điện đầu:
Nạp điện đầu, còn gọi là nạp hình thành tiến hành đối với acqui axit vừa lắp
xong, trước khi đưa vào vận hành, hoặc đối với các acqui sau sửa chữa lớn có
thể thay thế tấm nạp. Nạp hình thành nhằm mục đích biến đổi chì sunfat thành
chì đioxit ở cực dương và chì xốp ở cực âm. Thời gian và phẩm chất của acqui
sau này sẽ phụ thuộc vào chất lượng nạp hình thành.
Nạp điện đầu cần truyền cho acqui một dung lượng gấp 10 lần dung lượng
định mức của acqui, với dòng điện nạp cho ở bảng sau đối với các acqui OT
hoặc TT, thời gian khoảng 65-75h.
Dung dịch điện phân rót vào bình phải có tỷ trọng 1,1S, nhiệt độ không quá
30
o
C. Sau khi rót vào bình, tỷ trọng chất điện phân sẽ giảm xuống trong một vài

giờ đầu, hiện tượng đó là bình thường, không cần phải điều chỉnh.Acqui đã rót
chất điện phân cần để yên trong 2-4h cho dung dịch thấm đều vào các tấm cực.
Đối với các acqui OT và TT, tỷ trọng dung dịch rót vào bình là 1,26.
SVTH: Trần đức việt Trang 17
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Bảng 1.4. Đặc tính kỹ thuật của acqui sắt kiềm
Dung lượng Dòng điện
nạp định
mức[Ah]
4,5 lần dung
hình thành
[A]
Dung lượng
định mức
[Ah]
Nạp hình
thành [Ah]
1 36 7 162 360
2 72 11 325 720
3 108 21 485 1080
4 110 28 650 1110
5 166 35 820 1300
6 216 30 975 2100
8 288 40 1300 2880
10 566 50 1620 3600
12 132 60 1960 4320
11 504 70 2270 5010
16 576 80 2590 5760

18 648 90 2920 6180
20 720 100 3210 7200
21 861 108 3380 8610
23 1008 126 4510 10080
32 1152 141 5185 11520
36 1296 162 5830 12960
40 1140 180 6480 14100
41 1584 198 7110 15840
48 1728 216 7780 17280
Nguồn điện nạp cần đảm bảo cung cấp liên tục dòng điện như cho trong bảng
và phải có khả năng điều chỉnh được dòng điện ( thay đổi điện áp trên cực
acqui). Cực dương nguồn phải đấu đúng với cực dương acqui .
Trình tự nạp điện đầu như sau :
SVTH: Trần đức việt Trang 18
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
+ Nạp điện liên tục với dòng điện như trong bảng trên, sao cho dung lượng
nạp đạt 4,5 lần dung lượng định mức, điện áp trên cực acqui đạt tới giá trị không
dưới 2,4V .
+ Sau đó cho ngừng 1 giờ để kiểm tra acqui, phát hiện các sai sót, bổ sung
thêm dung dịch .
+ Tiếp tục nạp với dòng điện nạp đầu, truyền cho acqui một dung lượng bằng
định mức. Sau đó lại ngừng một giờ, rồi lại nạp một dung lượng định mức. Cứ
như thế tiếp tục cho đến khi đạt tổng dung lượng nạp đủ 10 lần dung lượng định
mức.
Quá trình nạp điện kết thúc khi đạt được các yêu cầu sau:
- Điện áp trên mỗi bình đạt trị số 2,5-2,75V
- Tỉ trọng dung dịch điện phân đạt 1,2-1,21 và không đổi trong thời gian 2-3
giờ liền (đối với acqui OT, tỉ trọng này là 1,26 ).

- Có hiện tượng sôi chất điện phân ở các tấm cực ở tất cả các bình.
Cần chú ý là khi tiến hành nạp đầu để truyền 4,5 lần dung lượng đầu tiên, cần
hết sức tránh ngừng nạp acqui. Nếu nhiệt độ dung dịch vượt quá 40
o
C, khi cần
áp dụng các biện pháp quạt gió, chứ không nên giảm dòng điện nạp. Trị số dòng
điện nạp đầu ghi ở bảng là trị số tối đa. Thực tế có thể nạp với dòng điện nhỏ
hơn, nhưng thời gian phải kéo dài để đảm bảo dung lượng nạp.
Sau khi kết thúc nạp điện đầu, cần phải tiến hành ba lần phóng điện tập dượt,
phóng hết dung lượng và nạp điện thường cho tới đầy. Dòng điện phóng thực
hiện theo chế độ 3 giờ hoặc 10 giờ, qua điện trở trước. Dung lượng phóng tính
theo công thức:
Q
f
= I
f.cb
. T
f
Ở đây, I
f.cb
là dòng điện phóng trung bình. Dung lượng thực tế cần quy đổi về
nhiệt độ dung dịch ở 25
o
C theo công thức sau:
Q
25
=
)25(008,01 −+ t
Q
t

Ở đây, Q
25
và Q
t
là dung lượng ở 25
o
C và t
o
C, cuối cùng, acqui được tiến hành
nạp điện thường để kết thúc quá trình nạp điện đầu.
c. Nạp điện thường:
SVTH: Trần đức việt Trang 19
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Nạp điện thường nhằm mục đích phục hồi đủ dung lượng cho acqui, sau khi
acqui đã phóng hết dung lượng quy định, thông thường là 75% dung lượng định
mức, khi acqui phóng điện ở chế độ lâu dài, tương ứng với sức điện động mỗi
bình không dưới 1,9V, tỷ trọng dung dịch điện phân 1,155-1,17 đối với acqui
axit kiểu CK, hoặc 1,13 đối với acqui OT.
Trước khi nạp, cần kiển tra sức điện động, tỉ trọng và mức dung dịch trong
mỗi bình. Nếu tỉ trọng và mức dung dịch không đủ thì cần phải bổ sung .
Dòng điện nạp tối đa cho phép đối với acqui chỉ được áp dụng trong trường
hợp khẩn cấp, khi acqui đã trải qua 10-12 lần phóng nạp bình thường, còn nói
chung, chỉ được nạp acqui bằng dòng điện không quá 75% dòng điện nạp tối đa,
tức là bằng dòng điện nạp ghi trong bảng số liệu acqui. Đối với acqui kiềm, dòng
điện nạp thường là dòng điện ở chế độ nạp 7 giờ.
Khi điện áp trên mỗi bình đạt tới 2,3-2,4V, acqui bắt đầu hiện tượng sôi, cần
giảm dòng điện nạp, đến trị số bằng 40% dòng điện nạp tối đa.
Trong suốt quá trình nạp, nhiệt độ dung dịch không vượt quá 40%. Khi nhiệt

độ vượt quá trị số này, cần giảm dòng điện nạp.
Khi nạp acqui, cần mở quạt thông gió phòng acqui để hơi axit bốc ra dể dàng
phóng ra ngoài. Nếu không có phương tiện thông gió, cần đặt acqui nạp ở chổ
thoáng gió.
Acqui nạp đều được xác định bởi các điều kiện sau:
+ Khi dòng điện nạp giảm 40% dòng điện nạp tối đa, mà điện áp trên mỗi
bình
đạt tới 2,5-2,7V và giữ không đổi trong 1h, đối với acqui kiềm, điện áp này là
1,8V.
+ Tỷ trọng dung dịch đạt trị số 1,2-1,21 và giữ không đổi trong 1h; đối với
acqui OT,tỷ trọng là 1,26.
+ Có hiện tượng sôi mạnh ở tất cả các tấm cực;
+ Đã truyền cho acqui đủ dung lượng cần nạp; dung lượng này bằng 1,18-
1,2 lần dung lượng acqui đã phóng ra trước khi nạp.
d. Nạp điện cân bằng:
SVTH: Trần đức việt Trang 20
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Nạp điện cân bằng nhằm khử sunfat trên mặt tấm cực, và do đó, duy trì được
dung lượng của acqui. Theo qui định, acqui ở nhà máy điện và trạm biến áp cứ 3
tháng phải nạp cân bằng 1 lần. Ngoài ra, các trường hợp sau đây cùng cần phải
tiến hành nạp cân bằng :
- Acqui đã phóng điện hết quá 1 ngày mà chưa nạp điện trở lại.
- Tỷ trọng dung dịch điện phân bị giảm xuống dưới mức qui định.
- Acqui nhiều lần không được nạp đủ
- Khi thường xuyên cho acqui phóng với dòng điện quá nhỏ
- Acqui đã phóng hết dung lượng định mức hoặc dòng điện phóng vượt
quá trị số cho phép.
Trình tự tiến hành nạp cân bằng như sau:

+ Cho acqui phóng hết dung lượng (đến điện áp 1,8V ) riêng đối với các
acqui đã phóng hết dung lượng thì không tiến hành tiết mục này.
+ Tiến hành nạp điện thường cho acqui.
+ Ngừng nạp trong 1h. Trong thời gian này, không nên để acqui phóng
điện.
+ Tiến hành nạp acqui với dòng điện bằng 40% dòng điện nạp tối đa cho
phép. Khi acqui sôi rất mạnh và tỏa khí nhiều thì ngừng nạp trong 1h.
+ Lại tiếp tục nạp như mục 4.
Cứ thế kéo dài, cho tới khi dung lượng nạp tổng cộng bằng 3 lần dung lượng
định mức, quá trình nạp cân bằng coi như kết thúc.
c. Chế độ phụ nạp:
Acqui làm việc ở chế độ phụ nạp sẽ thường xuyên được nạp điện bằng dòng
điện nhỏ. Dung lượng nạp này bù lại dung lượng tự phóng trong acqui, cũng như
dung lượng phóng xung kích. Nhờ vậy, acqui luôn ở trạng thái đầy dung lượng.
Điều này nâng cao tính tin cậy của hệ thống điện một chiều. Theo quy phạm
quản lý kỹ thuật, hệ thống acqui ở các nhà máy điện và trạm biến áp phải được
làm việc ở chế độ phụ nạp thường xuyên.
Dòng điện phụ nạp được xác định bằng công thức:
I
n.f
=
Inf
Qdm03.0
SVTH: Trần đức việt Trang 21
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Ở đây I
nf
– Dòng điện phụ nạp ,A

Q
dm
- Dung lượng định mức của acqui, Ah
Công thức này dùng để tham khảo. Dòng phụ nạp thích hợp sẽ phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, nhất là chất lượng acqui. Acqui cũ, xấu, hiện tượng tự phóng nhiều,
dòng phụ nạp cần lớn. Ngược lai, acqui còn tốt, tự phóng ít, sẽ yêu cầu dòng phụ
nạp nhỏ.
Khi dòng phụ nạp lớn hơn yêu cầu, ở acqui sẽ có hiện tượng sôi và toả khí
mạnh, điện áp trên mỗi bình vượt quá 2,2V. Lúc này cần phải giảm dòng phụ
nạp.
Ngược lại, nếu dòng phụ nạp không đủ, điện áp trên mỗi bình sẽ thấp hơn
2,1V, tỷ trọng dung dịch thấp hơn 1,2-1,21. Lúc này cần tăng dòng phụ nạp.
Dòng điện phụ nạp coi như thích hợp, nếu điện áp ở mỗi bình đạt khoảng 2,1-
2,2V, còn tỷ trọng dung dịch nằm trong phạm vi 1,20 -1,21.

SVTH: Trần đức việt Trang 22
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
D
C
DJS
CS
A
Remote
control
DC
OUTPUT

868
145

HPT CHARGE
Rectifier
Bridge
HPT833 PILOT UNIT
CS
898
Maxi 900
FU
FSB
SHC
900
BATTERY
898
900
Defaut
charger
Defaut Defaut Mini
Charger Battery Battery
8
9
8
868
3 4 5 6 7 8
TR
TRA
R
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Chương 2:
GIỚI THIỆU MỘT SỐ TỦ NẠP
I. Tủ nạp CDN – HPT 50 220 XE:

Đây là tủ nạp của hãng AEES, Pháp. Tủ nạp được vận hành hoàn toàn tự
động với các chế độ nạp, và được sử dụng hiện nay ở một số trạm truyền tải
Huế.
1. Một số sơ đồ nguyên lý:
SVTH: Trần đức việt Trang 23
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
To
EPR1
To Folio

EPR1
From
TR
folio
EPR1
SFB(+)
FU (+)
SFB(-)

FU (-)
F4
F3
BLOC
HPT 833/UNIT
M1
M2
M3
FP
LA

RECTIFIER BRIDGE
R
S1
S2
S3
C
D
LC
SHC
834 PILOT UNIT
834
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
Chú thích:
- Máy biến áp (Transformer)
+ TR : Máy biến áp ba pha.
+ LC : Cuộn kháng lọc
- Module vi điều khiển (Micro controller Module)
+ 898 : Bộ biến đổi DC/DC
+ 899 : Khối hiển tín hiệu/số PCB
+ 900 : Giao diện bộ vi điều khiển
- Khối điều khiển sạc (Charging unit)
+ HPT 833 : Khối điều khiển
+ LA : Cuộn kháng ngắt
+ C : Tụ điện loại FELSIC 85 2200µF-350V
SVTH: Trần đức việt Trang 24
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh
Thiết kế bộ nạp acqui, ứng dụng vi điều khiển
+ R : Điện trở loại 22KΩ
+ D : Điôt loại P600G

+ F, FM : Cầu chì
- Hệ thống bảo vệ(Protection system).
+ DJS : Máy cắt
+ F1-F2-F4: Cầu chì 2A
+ F3 : Cầu chì 4A
+ SFB : Cầu chì 63A
+ FU : Cầu chì 50A
+ IM : Công tắc
+ BPE : Nút ấn
+ CS : Công tắt tơ 220/230 Vac -50 Hz
+ TRA : Máy biến áp phụ
+ 868 : Giám sát lỗi chạm đất một chiều
- Khối đầu cuối(Terminal): 380,1/8
2. Nguyên tắc hoạt động :
2.1 Tổng quan :
Hệ thống sạc một pha và ba pha có hệ thống điều chỉnh điện áp và dòng
(UI) với dòng điện giới hạn.
2.2 Hoạt động của bộ sạc:
Mạch nguồn:
Nguồn AC được điều chỉnh bằng máy biến áp, sau đó được chỉnh lưu bởi
bộ điều khiển cầu 3 pha không đối xứng hoặt đối xứng. Bộ điều khiển pha sẽ tạo
ra dòng điện thích hợp với tổn thất là bé nhất.
Một tụ lọc điện phân, có hoặc không có cuộn kháng lọc sẽ làm cho điện áp
bằng phẳng hơn.
Mạch điều khiển:
Điều chỉnh hạn chế dòng và áp được tạo ra bởi bộ điều chỉnh dòng và áp,
được hiển thị trên giao diện bề mặt ( điện áp 6V, dãy dòng tổng cộng 60mA). Bo
SVTH: Trần đức việt Trang 25
Nguyễn văn thiện
Nguyễn văn danh