Thiết kế, chế tạo mạch sạc ẮC QUY tự động

Trang 1

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2019.

Giáo Viên hướng dẫn

Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU

Trước một nền khoa học và kỹ thuật ngày càng phát triển như hiện nay với nhiều linh kiện vàsự sáng tạo mới đã giúp ích rất nhiều cho con người như: Máy tính, xe đạp điện, ô tô-xe máy,…Nhưng chúng ta ít biết rằng không phải là khi chúng ta cắm điện 220v vào máy tính thì máy cóthể chạy ngay hay điện có trong xe là dòng điện được cấp trực tiếp từ lưới điện 220V Mà thựcchất thì dòng điện 220V đó đã được biến đổi thành một dạng khác và dạng khác được nói ở đâychính là dòng điện một chiều và nó đã được tích trữ trong các loại ắc quy, pin, tụ điện… Tuy bộ phận cấp nguồn một chiều chỉ là một phần rất nhỏ của toàn bộ khối làm việc chungcủa mạch Nhưng nó lại giữ một vai trò rất quan trọng và nếu thiếu nó thì cả khối đó sẽ khó cóthể làm viêc có hiệu quả được Cho nên nhóm chúng em đã quyết định chọn nghiên cứu, lắp rápmạch cấp nguồn một chiều và một trong những ứng dụng thực tế là dùng để sạc ắc quy

Qua một thời gian nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trung Thành,

chúng em đã hoàn thành mạch cấp nguồn một chiều sạc cho loại ăc quy 12V

Đây là đồ án 3 với sự kết hợp điện tử công suất – truyền động điện mà chúng em thực hiệncho nên vẫn còn mắc phải nhiều thiếu sót, chúng em rất mong được các thầy cô hướng dẫn chỉbảo thêm để chúng em có thể hoàn thiện tốt đồ án này và những đồ án về sau

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Trang 3

MỤC LỤC

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 5

1.Ứng dụng của acquy: 5

1.1.Các loại ac quy: 5

1.1.1 Ac quy axit: 5

1.1.2 Ac quy kiềm: 8

1.2 Sự khác nhau giữa ac quy axít và ácquy kiềm 10

1.3.1 Sức điện động của ac quy 11

1.3.2 Dung lượng của ac quy 12

1.4 Đặc tính phóng nạp của acquy 13

1.4.1 Đặc tính phóng của ac quy 13

1.4.2 Đặc tính nạp của acquy 14

1.5 Các phương pháp nạp ac quy tự động 15

1.5.1 Phương pháp nạp dòng điện 15

1.5.2 Phương pháp nạp điện áp 16

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI 19

2.1: Sơ đồ khối 19

2.2 Chức năng sơ đồ khối 19

2.2.1 Khối nguồn 19

2.3.2: Nguyên lý hoạt động: 20

2.3.3: Sơ đồ board mạch 22

2.3.4 Ảnh sản phẩm 22

Trang 4

CHƯƠNG 3: HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ LỜI KẾT 23

3.1 Ưu điểm: 23

3.2 Nhược điểm: 23

3.3 Hướng phát triển 23

3.4 Lời kết 23

Trang 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.

1.Ứng dụng của acquy:

Acquy là một nguồn điện dược tích trữ năng lượng điện dưới dạng hóa năng Acquy lànguồn điện một chiều cung cấp cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng như trong đờisống hằng ngày: như động cơ điện một chiều, bóng đèn, củ tích điện, các mạch điện tử,…Acquy là nguồn cung câp cho các động cơ khởi động

Trong thực tế có nhiều loại acquy nhưng thường gặp nhất là hai loại sau: acquy axit vàacquy kiềm

1.1.Các loại ac quy:

1.1.1 Ac quy axit:

Bình acquy thông thường gồm vỏ bình, các bản cực, các tấm ngăn và dung dịch điện phân

• Vỏ bình: Vỏ bình acquy axit hiện nay được chế tạo bằng nhựa êbônit hoặc anphantonechay cao su nhựa cứng Để tăng độ bền và khả năng chịu axit cho bình, khi chế tạo người ta

ép vào bên trong bình một lớp lót chịu axit là polyclovinyl, lớp lót này dày khoảng 0,6mm

Nhờ lớp lót này tuổi thọ của acquy tăng lên từ 2-3 lần

Phía trong vỏ bình tùy theo điện áp danh định của acquy mà chia thành các ngăn riêng biệtvà các vách ngăn này được ngăn cách bởi các ngăn kín và chắc Mỗi ngăn được gọi là một ngănacquy đơn

Ở đáy các ngăn có các sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống giữa đáy bình và mặtdưới của khối bản cực, nhờ đó mà tránh được hiện tượng chập mạch giữa các bản cực do chấttác dụng bong ra và rơi xuống đáy gây lên

Bên ngoài vỏ bình được đúc hình dạng gân chịu lực để tăng độ bền cơ và có thể được gắncác quai xách để việc di chuyển được đễ dàng hơn

• Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực:

• Bản cực gồm cốt hình lưới và chất tác dụng Cốt đúc bằng hợp kim chì(Pb)- antimion(Sb)với tỷ lệ (87 – 95)%Pb và (5 – 13)%Sb Phụ gia antimon thêm vào có tác dụng tăng thêm độcứng, giảm han gỉ và cải thiện tính đúc cho cốt

Trang 6

Cốt để giữ chất tác dụng và phân phối dòng điện khắp bề mặt cực Điều này có ý nghĩa rấtquan trọng đối với các bản cực dương vì điện trở của chất tác dụng (oxit chì) lớn hơn rất nhiều

so với điện trở của chì nguyên chất, do đó càng tăng chiều dày của cốt thì điện trở trong củaacquy càng nhỏ

Cốt đúc dạng khung bao quanh, có vấu để hàn nối các bản cực thành phân khối bản cực vàcó hai chân để tỳ các sống đỡ ở đáy bình acquy

Vì điện cốt của bản cực âm không phải là yếu tố quyết định và chúng cũng ít bị han gỉ nênngười ta thường làm mỏng hơn bản cực dương Đặc biệt là hai tấm bên của phân khối bản cực

âm lại càng mỏng vì chúng chỉ làm việc có một phía với các bản cực dương

Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì, axit sunfuric đặc và khoảng 3% các muối axit hửu

cơ đối với bản cực âm, còn đối với bản cực dương thì chất tác dụng được chế tạo từ các oxit chìPb3O4, PbO và dung dịch axit sunfuric đặc Phụ gia muối của axit hữu cơ trong bản cực âm cótác dụng tăng độ xốp, độ bền của chất tác dụng, nhờ đó mà cải thiện được độ thấm sâu của dungdịch điện phân vào trong lòng bản cực đồng thời điện tích thực tế tham gia phản ứng hóa họccũng được tăng lên

Các bản sau khi được chát đày chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiện quá trìnhtạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạp với dòng điện mộtchiều trị số nhỏ Sau quá trình như vậy, chất tác dụng ở các bản cực dương hoàn toàn trở thànhPbO2 (màu gạch xẫm) Sau đó các bản cực dương được đem ra rửa, sấy khô và lắp ráp.Những phân khối bản cực cùng tên trong một acquy được hàn với nhau tạo thành cáckhối bản cực và được hàn nối ra các vấu cực làm bằng chì hình côn đẻ nối ra tài tiêu thụ Vớichú ý rằng, nếu ta muốn tăng dung lượng acquy thì ta phải tăng số bản cực mắc song song trongmột acquy đơn Thường người ta lấy từ 5 – 8 tấm Còn muốn tăng điện áp danh định của acquythì ta phải tăng số bản cực mắc nối tiếp

• Tấm ngăn: Các bản cực âm và dương được lắp xen kẽ với nhau và cách điện với nhaubởi các tấm ngăn và để đảm bảo cách điện tốt nhất các tấm ngăn được làm rộng hơn so với cácbản cực

Các tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực âm và dương, đồng thời đê

đỡ các tấm bản cực khỏi bị bong rơi ra khi sử dụng acquy Các tấm ngăn ở đây phải là chất cáchđiện tốt, bền, dẻo, chịu được axit và có độ xốp thích hợp để ngăn cản chất điện phân thấm đếncác bản cực

Các tấm ngăn hiện nay được chế tạo từ vật liệu polyvinyl xốp, dày khoảng từ 0,8-1,2mmvà có dạng mặt phẳng hướng về phía bản cực âm còn một mặt có dạng sóng hoặc gồ thì hướng

Trang 7

về phía bản cực dương nhằm tạo điều kiện cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển hơn đến cácbản cực dương và dung dịch lưu thông tốt hơn.

• Dung dịch điện phân: Dung dịch điện phân trong bình acquy là loại dung dịch axitsunfuric được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ quy định tùy thuộc vàođiều kiện khí hậu mùa và vật kiệu làm tấm ngăn Nồng độ dung dịch axit sunfuric:

 = (1,1  1.3) g/cm3

Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện động của acquy

Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến nồng độ dung dịch điện phân Với các nước ởtrong vùng xích đạo nồng độ dung dịch điện phân quy định không quá 1,1 g/cm3 Với các nướclạnh, nồng độ dung dịch điện phân cho phép tới 1,3 g/cm3 Trong điều kiện khí hậu ở nước tathì mùa hè nên chọn nồng độ dung dịch khoàng (1,25-1,26) g/cm3, mùa đông nên chọn nồngđộ khoảng 1,27g/cm3 Cần nhớ rằng: nồng độ quá cao sẽ làm chóng hỏng tấm ngăn, chónghỏng bản cực, dễ bị sunfat hóa trong các bản cực nên tuổi thọ của acquy cũng giảm đi rấtnhanh Nồng độ quá thấp thì điện dung và điện áp định mức của acquy giảm và ở các nươc xứlạnh thì dung dịch vào mùa đông dễ bị đóng băng

* Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho acquy:

- Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại axit kĩ thuật thông thường và nướckhông phải là nước cất vì dung dịch như vậy sẽ làm tăng cường độ quá trình tự phóng điện củaacquy

- Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thủy tinh, sứ hoặc chất dẻo chịu axit Chúng phải sạch,không chứa các muối khoáng, dầu mỡ hoặc chất bẩn…

- Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế, tuyệt đối không được đổ nước vào axit

đặc mà phải đổ axit vào nước và dùng đãu thủy tinh khuấy đều

• Nắp, nút và cầu nối:

Nắp làm bằng nhựa ebonit hoặc bakenit Nắp có hai loại:

- Từng nắp riêng cho mỗi ngăn

- Nắp chung cho cả bình – loại này cấu tạo phức tạp nhưng độ kín tốt

Trên nắp có lỗ để đổ dung dịch điện phân vào các tấm ngăn và để kiểm tra mức dung dịchđiện phân, nhiệt độ và nồng độ dung dịch trong acquy

Lỗ đổ được đậy kín bằng nút có ren để giữ cho dung dịch điện phân trong bình khỏi bị bẩnvà sánh ra ngoài Ở nút có lỗ nhỏ để thông khí từ trong bình ra ngoài lúc nạp acquy

Trang 8

Nắp một số loại acquy có lỗ thông khí riêng nằm sát lỗ đổ, kết cấu như vậy rất thuận tiệncho việc điều chỉnh mức dung dịch trong bình acquy Trong trường hợp này, ở nút không cho

lỗ thông khí nữa

*Quá trình hóa học trong ac quy axít:

Trong acquy thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch mà đặc trưng là là quatrình nạp và phóng điện

Khi nạp điện, nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử chuyển động từ các bảncực dương đến các bản cực âm – đó là dòng điện nạp In

Khi phóng điện, dưới tác dụng của suất điện động riêng của acquy, các điện tử sẽchuyển động theo hướng ngược lại và tạo thành dòng điện phóng Ip

Khi acquy nạp đã no, chất tác dụng ở các bản cực dương là PbO2 còn tại các bản cực âmlà chì xốp Pb Khi phóng điện, các chất tác dụng ở cả hai bản cực đều trở thành sunfat chìPbSO4 có dạng tinh thể nhỏ

Khi nạp điện cho acquy sẽ xảy ra phản ứng:

1.1.2 Ac quy kiềm:

Acquy kiềm là loại acquy mà dung dịch điện phân được dùng trong acquy là dung dịchkiềm KOH hoặc NaOH Tùy theo cấu tạo của bản cực acquy kiềm được chia làm ba loại:

- Loại acquy Sắt (Fe) – Niken (Ni)

- Loại acquy Cadimi (Cd) – Niken (Ni)

Trang 9

- Loại acquy Bạc Ag) – Kẽm (Zn)

Trong ba loại trên thì loại thứ ba có hệ số hiệu dụng trên một đơn vị trọng lượng và mộtđơn vị thể tích là lớn hơn, nhưng giá thành của nó lại cao hơn vì phải sử dụng khối lượng bạcchiếm tới 30% khối lượng của chất tác dung, do đó loại này ít được dùng

Acquy kiềm có cấu tạo tương tự acquy axit, tức nó cũng gồm dung dịch điện phân,vỏ bình, các bản cực, …

Bản cực của acquy kiềm được chế tạo thành dạng thỏi hoặc không thỏi Giữa các bảncực được ngăn bởi các tấm ebonit Chùm bản cực dương và chùm bản cực âm được hàn nốinhư chùm bản cực của acquy axit để đưa ra các vấu cực cho caquy Các chùm bản cực đượcđặt trong bình điện phân và được ngăn cách với vỏ bình bằng lớp nhựa vinhiplat

Loại acquy dùng bản cực dạng thỏi thì mỗi thỏi là một hộp làm bằng thép lá trên bề mặt

có khoan nhiều lỗ:   0.2  0.3mm để cho dung dịch thấm qua Nếu là acquy sắt – niken thì

trong hộp bản cực âm chứa sắt đặc biệt thuần khiết, còn trong bản cực dương là hỗn hợp75%NiO.OH và 25% bột than hoạt tính

Loại acquy kiềm dùng bản cực không phân thỏi, thì bản cực được chế tạo theo kiểukhung xương, rồi đem các chất tác dụng có cấu trúc xốp mịn để ép vào các lỗ nhỏ trên bảncực

*Quá trình hóa học trong ac quy kiềm:

Giống như trong acquy axit, quá trình hóa trong acquy kiềm cũng là quá trình thuậnnghịch.Nếu bản cực trong acquy kiềm là sắt và niken thì phản ứng hóa học xẩy ra trong acquynhư sau:

Trên bản cực dương:

Trên bản cực âm:

Như vậy quá trình nạp điện, sắt hidroxit trên bản cực âm bị phân tích thành sắt nguyêntố và anion OH- Còn ở bản cực dương, Ni(OH)2 được chuyển hóa thành Ni(OH )3 Chấtđiện phân KOH có thể xem như nó không tham gia vào phản ứng hóa học mà chỉ đóng vaitrò chất dẫn điện, do đó sức điện động của acquy hầu như không phụ thuộc vào nồng độ chấtđiện phân Sức điện động của acquy chỉ được xác định dựa trên trạng thái của các chất tácdụng ở các tấm cực Thông thường acquy kiềm được nạp điện hoàn toàn sức điện động đạt

Trang 10

được khoảng 1,7 đến 1,85V Khi acquy phóng điện hoàn toàn sức điện động của acquy là1,2 đến 1,4V.

Như vậy điện thế phóng điện của acquy kiềm thấp hơn acquy axit Nếu ở acquy axitđiện thế phóng điện bình quân là 2V thì ở acquy kiềm chỉ là 1,2V

Hiện nay các nhà thiết kế, chế tạo chưa dừng lại ở những kết quả đã đạt được, người tađã chế tạo được những acquy kiềm mới khá nhỏ và nhẹ, nhưng vẫn có các thông số kĩ thuậtcủa acquy axit

Những acquy đang hướng tới việc thay thế các bản cực bằng những hợp kim

có khả năng chống han gỉ, giảm kích thước và tăng tính bền vững Những tạp chất mớiđược trộn vào trong chất tác dụng sẽ cải thiện đạc tính phóng điện của acquy đáng kể Nhiềuacquy mới đã không có cầu nối trên nắp và kết cấu vỏ bình cũng thay bằng những vật liệurất nhẹ nên giảm được chiều dày thành bình, acquy cũng ít phải chăm sóc hơn

1.2 Sự khác nhau giữa ac quy axít và ácquy kiềm

Cả hai loại acquy này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc loại dungkháng và sức phản điện động Nhưng chúng còn có một số đặc điểm khác biệt sau:

Trang 11

Acquy axit Acquy kiềm

- Khả năng quá tải không cao, dòng nạp

lớn nhất đạt được khi quá tải là Imax =

20%C10

- Hiện tượng tự phóng lớn, do đó ắc

qui nhanh hết điện ngay cả khi

không sử dụng

- Sử dụng rộng rãi trong đời sống, công

nghiệp đặc biệt ở những nơi có nhiệt độ

cao va đập lớn nhưng công suất và quá

tải vừa phải

- Dùng trong ôtô, xe máy và các động

cơ máy nổ công suất vừa và nhỏ

- Giá thành thấp

-Khả năng quá tải rất lớn dòng điện nạp lớn nhất khi đó có thể đạt tới:

Inmax = 50%C10-Hiện tự phóng nhỏ

-Sử dụng ở những nơi có yêu cầu công suất lớn quá tải thường xuyên, được sử dụng với các thiết bị công suất lớn

-Dùng phổ biến trong công nghiệp hàngkhông, hàng hải và những nơi nhiệt độmôi trường thấp

- Giá thành cao

1.3 Các thông số cơ bản của ac quy

1.3.1 Sức điện động của ac quy

Sức điện động của acquy kiềm và acquy axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân.Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm

Trong đó: Eo - sức điện động tĩnh của acquy ( V )

 - nồng độ dung dịch điện phân ở 15 C ( g/cm3 )

Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của acquy được tính theo công thức: Ep

Trong đó: Ep - sức điện động của acquy khi phóng điện (V)

Tiêu đề	Thiết kế, chế tạo mạch sạc ắc quy tự động
Người hướng dẫn	GVHD: Nguyễn Trung Thành
Trường học	Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Chuyên ngành	Điện-Điện tử
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Hưng Yên

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	433,81 KB