Công nghệ nạp ắc quy

Trong bài này giới thiệu phần cơ bản ắc quy: cấu tạo ắc quy, công nghệ nạp ắc quy, phương pháp nạp ắc quy, từ đó đưa ra được các khối mạch điện tử cần phải có trong một bộ nạp.

1 – Cấu tạo ắc quy

Gồm 2 bản cực ( xét ắc quy chì axít ):

• Bản cực dương: Chì oxít ( PbO₂ )
• Bản cực âm : Chì xốp

– Hai bản cực được nhúng trong dung dịch axít H₂SO₄ có nồng độ thích hợp. Khi đó sẽ xuất hiện một sức điện động E = +1,95 V trên mỗi ngăn của ắcquy. Nếu lấy nguồn E này cung cấp cho tải thì ngay lập tức nguồn E này bị sụt. Như vậy, nguồn E thực chất là nguồn giả trên ắc quy.

– Muốn ắc quy có thể cung cấp nguồn cho phụ tải trong thời gian lâu dài thì ắc quy phải được nạp. Nguồn dùng để nạp cho ắc quy là nguồn điện một chiều. Khi nạp thì sức điện động trên ắc quy tăng dần từ +1,95 V đến +2,4 V trên mỗi ngăn, quá trình tăng chậm khoảng từ 8h đến 10h.

– Khi E = 2,4 V/ngăn thì trên các bản cực xuất hiện các bọt khí, lúc này E tăng nhanh ( E = 2,65 V/ ngăn ) trong khoảng thời gian từ 3 đến 5 phút. Trên bản cực của ắc quy xuất hiện rất nhiều bọt khí gọi là hiện tượng sôi. Lúc này nếu ta lấy E để cấp điện cho phụ tải thì chỉ trong một thời gian ngắn E đã cạn. Vì vậy, ta phải tiếp tục nạp cho ắc quy với mục đích cấp nguồn cho phụ tải trong thời gian lâu hơn. Do E thay đổi ít nên trong thời gian nạp này ta chỉ cho I_nạp = 1/2 I_{nạp hiệu dụng} kéo dài từ 2 đến 3h. Khi đó, E = 2,7 V/ngăn và lúc này ắc quy thật sự no.

2 – Công nghệ nạp

Khi ắc quy đói, mang nguồn điện bên ngoài để nạp cho ắc quy. Xảy ra 2 trường hợp:

• Nguồn nạp rất chênh lệch so với E ban đầu của ắc quy ( E = +1,95 V ). Nếu ta dùng nguồn điện này để nạp cho ắc quy thì dòng nạp lớn dễ gây nên cong, vênh bản cực ắc quy làm cho ắc quy bị phá hỏng.
• Nguồn nạp có trị số gần bằng E ban đầu của ắc quy. Khi được nạp thì E của ắc quy sẽ tăng dần, dòng nạp giảm dần, thời gian nạp sẽ kéo dài. Dòng nạp trong khoảng thời gian này gọi là dòng nạp hiệu dụng ( I_{nạp hiệu dụng} ).

Theo các nhà nghiên cứu chế tạo ắc quy, lúc này nên nạp ắc quy với thông số: I_{nạp hiệu dụng} = 5 ÷ 10 % so với dung lượng của ắc quy. Khi đó sẽ rút ngắn thời gian nạp đảm bảo độ bền ắc quy.

Khi E = 2,4 V đến 2,65 V / ngăn, ắc quy đang sôi, nếu vẫn cấp I_{nạp hiệu dụng} như trên thì ắc quy nhanh cạn điện dịch bên trong dẫn đến bản cực nhanh bị ăn mòn, nhiều trường hợp khí thoát không kịp còn bị nổ bình ắc quy. Theo các nhà nghiên cứu, lúc này nên nạp ắc quy với dòng nạp bằng 1/ 2 dòng nạp hiệu dụng. Dòng nạp lúc này gọi là dòng nạp no ( I_{nạp no} ), thời gian nạp kéo dài từ 2 đến 3 h.

3 – Phương pháp nạp

Phương pháp ổn áp

Với phương pháp này, khi nạp no người ta giữ  cho Unạp không đổi. Khi đó E tăng dần và dòng nạp giảm dần đến 0 ( khi ắc quy no ).

Phương pháp ổn dòng

Với phương pháp này, người ta giữ cho dòng nạp không đổi. Quá trình nạp lúc này chia làm 2 nấc:

• Nấc 1: giữ ổn định dòng nạp ở mức: I_{nạp hiệu dụng} = 5 ÷ 10 % so với dung lượng của ắc quy.
• Nấc 2: giữ ổn định dòng ở mức : I_{nạp no} = 1/2 I_{nạp hiệu dụng.}

Như vậy, mạch nguồn ắc quy phải có chế độ tự ổn dòng nấc 1 và nấc 2. Muốn chuyển từ nấc 1 sang nấc 2 phải có mạch logic ( nghĩa là: tự động nạp lại khi ắc quy đói và ngắt ra khi ắc quy no ). Muốn thực hiện được điều này, một trong những phương pháp thường dùng là: dùng cầu chỉnh lưu điều khiển. Tuỳ theo công suất nguồn điều khiển mà ta chọn loại cầu 1 pha hay 3 pha.

Để thiết kế bộ nguồn nạp tự động cho ắc quy, ta phải thiết kế các mạch:

• Mạch điều khiển góc mở Tiristo (Thyristor)
• Mạch tự động giữ ổn định I
• Mạch chuyển chế độ từ nấc 1 sang nấc 2
• Mạch tự động nạp khi đói
• Mạch tự động ngắt ra khi no.