Bình ắc quy là gì? Công suất, Cấu tạo, Nguyên lý hoạt động của bình ắc quy ô tô

Bình ắc quy là gì ?

Bình ắc quy là nơi lưu trữ năng lượng điện có khả năng biến năng lượng điện thành năng lượng hóa học trong quá trình xạc và biến năng lượng hóa học thành năng lượng điện trong quá trình phóng điện. Nhiệm vụ của ắc quy là cấp điện cho mô tơ khởi động và hệ thống điện động cơ đảm bảo cho động cơ có thể khởi động, cấp điện cho các thiết bị điện trong trường hợp động cơ không hoạt động và là vùng đệm trong trường hợp công suất tiêu thụ lớn hơn công suất của máy phát.

Công suất bình ắc quy

Trong xe thường sử dụng ắc quy điện 12V. Công suất ắc quy được biểu thị bằng đơn vị Ah (ampe-giờ). Một ắc quy có khả năng cấp một dòng điện ổn định trong 80h thì nó có công suất 80Ah. Công suất của ắc quy được đo trong những điều kiện cụ thể. Nếu 2 ắc quy 12V mắc nối tiếp thì nó cấp điện áp 24V, nếu 2 ắc quy mắc song song thì nó vẫn cấp một điện áp 12V nhưng công suất tăng lên.

Cấu tạo bình ắc quy ô tô

Hình vẽ trên mô tả cấu tạo một bình điện - ắc quy 12V điển hình thường được dùng cho ô tô. Mỗi ắc quy 12V thường có 6 ngăn, mỗi ngăn sản sinh ra một điện áp khoảng 2,1V, các ngăn được mắc nối tiếp với nhau.

Mỗi ngăn bao gồm các  tấm cực dương làm bằng peroxide chì, tấm ngăn có cấu trúc rỗng tổ ong cho phép axit đi qua, cực âm làm bằng chì nguyên chất và dung dịch điện dịch bằng axide sulfuric cho phép dòng điện chạy qua. Các tấm cực dương nối với nhau tạo thành cực dương, các tấm cực âm nối với nhau tạo thành cực âm.

Nguyên lý hoạt động của bình ắc quy xe ô tô

Trong quá trình hoạt động (nạp điện hoặc phóng điện) sẽ có sự chuyển dịch các ion điện tích từ cực dương qua điện dịch đến các cực âm.

Khi ắc quy được nạp đầy điện, tỉ trọng của dung dịch điện dịch là 1,28g/cm3  (với một số nước nhiệt đới tỉ trọng thấp hơn là 1,23g/cm3). Trong điều kiện thời tiết lạnh, công suất ắc quy và khả năng khởi động lạnh sẽ giảm xuống do phản ứng hóa học xảy ra chậm hơn.

Khi bình điện được nạp đầy điện, điện áp của một ngăn có thể lên đến 2,2V, và ắc quy được coi là phóng điện hoàn toàn khi điện áp của một ngăn giảm xuống 1,75V và tỉ trọng còn là 1,16g/cm3.

Trong điều kiện nạp đầy, cực dương là PbO2  và cực âm là Pb, dung dịch điện dịch là H2SO4 hòa tan trong nước. Khi có tải đặt vào hai cực, xảy ra các phản ứng hóa học, ion on âm sulfat SO4- - sẽ di chuyển về hai cực âm và dương tạo thành PbSO4, đồng thời, các phần tử ô xy từ cực dương cũng tách ra và tác dụng với các ion dương hydrogen tạo thành nước, quá trình này giải phóng năng lượng điện cấp cho các tải . Trong quá trình phóng điện, nồng độ axit giảm đồng thời tỉ trọng điện dịch cũng giảm do đó có thể dùng tỉ trọng điện dịch để đo độ nạp của ắc quy.

Trong quá trình nạp lại ắc quy, quá trình xảy ra ngược lại, PbSO4  tại hai cực sẽ biến thành PB và PBO2 và dung dich điện dịch sẽ chuyển thành nước. Thông thường ắc quy luôn ở trong tình trạng nạp một phần. Khi ắc quy đã nạp đầy mà vẫn tiếp tục nạp thì xảy ra quá trình tách nước và giải phóng khí hidrogen có thể gây cháy nổ. Khi sử dụng ắc quy để khởi động cho một xe khác, do dòng điện sử dụng lớn nên một lượng lớn khí hidrogen được giải phóng cũng có thể gây cháy nổ.

Ắc quy chì được thiết kế không để tình trạng phóng điện hoàn toàn mà phải luôn được nạp đầy, khi phóng điện hòan toàn có thể xảy ra quá trình sulfat hóa hoặc biến cứng bề mặt sulfat chì làm giảm công suất của ắc quy hay còn gọi là hiện tượng ắc quy bị chai. Cần hết sức cẩn thận khi thao tác với ắc quy vì nó chứa H2SO4  là một chất ăn mòn mạnh và hidrogen, một chất dễ cháy nổ.