CHƯƠNG 2 ắc QUY ôtô

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
1. Vỏ bình

4. Cầu nối

7. Bản cực âm

2. Nắp bình

5. Đầu cực

8. Tấm cách

3. Nút của từng ngăn ắc quy

6. Bản cực dương

9. Yên đỡ bản cực

Hình 2.2: Cấu tạo ắc quy axit cầu chìm
1. Tấm lưới cực
2. Tấm ngăn cách

7. Chùm cực âm
8. Khối các tấm cực dương

3. Tấm cực dương

9. Đầu cực

4. Tấm cực âm

10. Vỏ bình điện

5. Chùm cực dương

11. Nắp

6. Đầu nối

12. Nút lỗ rót

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 (36) 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.

Vỏ
Gờ

Phía trong của vỏ bình có các vách
ngăn để tạo thành từng ngăn riêng biệt.
Hình 2.3: Cấu tạo vỏ bình


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
Chùm

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.


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

Tỷ lệ thể tích

Tỷ lệ trọng

Tỷ lệ axit

dung dịch điện

giữa nước cất và

lượng giữa nước

H2S04 trong dung

phân ở 200c

H2S04

cất và H2S04

dịch điện phân

(g/cm3)
1.0

9.80: 1

6.28: 1

(%)
14.65

1.11

8.80: 1

5.84: 1

16.00


1.12

8.00: 1

5.40: 1

17.40

1.13

7.28: 1

4.40: 1

18.80

1.14

6.68: 1

3.98: 1

20.10

1.15

6.16: 1

3.63: 1

22.11

1.16

5.70: 1

3.35: 1

22.70

1.17

5.30: 1

3.11: 1

24.00

1.18

4.95: 1

2.90: 1

25.20

1.19

4.63: 1

2.52: 1

26.50

1.20

4.33: 1

2.36: 1

27.70

1.21

4.07: 1

2.22: 1

29.00

1.22

3.84: 1

2.09: 1

30.00

1.23

3.60: 1

1.97: 1

31.40

1.24

3.40: 1

1.86: 1

32.50

1.25

3.22: 1

1.76: 1

33.70

1.26

3.25: 1

1.60: 1

35.00

1.27

2.80: 1

1.57: 1

26.10

1.28

2.75: 1

1.49: 1

37.32

1.29

2.60: 1

1.41: 1

38.50

1.30

2.47: 1

1.34: 1

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

1

2

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

Hình 2.7: Quá trình nạp điện
cho ắc quy

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+ + S042Cation 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 (H 2) và


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.

Hình 2.8: Quá trình phóng điện
của ắc quy

2.4. KÝ HIỆU VÀ ĐẶC TÍNH PHÓNG NẠP CỦA ẮC QUY.
2.4.1. Kí hiệu


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.

U(V)

(kg/cm3 )

I(A)
2,12v

E0
Eap
Ký

1,26g/cm3
Ip: 5,4A

hiệu
các cọc

bắt dây:

Q: 5,4 x 10: 54Ah

A

1,7v

Ký hiệu
1,11g/cm3
các cọc
bắt dây:
t (h)

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 E 0 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.
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.
(g/cm3)

U(v)
I(A)

2,7v

B

U
1,7v
3

1,11g/cm

ρ

1,27g/cm3

In:5,4A
Q: 5,4 x 13
t (h)

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/ cm 3 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.


- 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.