Ắc quy là gì? Phân loại, cấu tạo, chức năng và hoạt động

Ắc quy là gì?

Bình ắc quy hay bình điện (battery) là một loại pin có thể sạc lại được sử dụng cho nhiều mục đích như để khởi động động cơ ô tô, xe máy hoặc cung cấp điện năng cho các loại xe điện, động cơ điện khác.

Đối với ô tô xe máy, nhiệm vụ chính của ắc quy là cung cấp điện năng cho hệ thống khởi động, hệ thống đánh lửa và cung cấp điện năng cho các hệ thống điện thân xe như đèn, còi, radio, v.v. khi động cơ chưa hoạt động. Khi động cơ đã hoạt động, ắc quy cùng với máy phát điện đồng thời cung cấp điện năng cho các phụ tải điện hoạt động. Ngoài nhiệm vụ chính nói trên, ắc quy còn giữ vai trò ổn định điện áp cho toàn hệ thống điện khi xe vận hành.

Ắc quy hoạt động bằng cách chuyển hóa hóa năng thành điện năng và được sạc lại bằng máy phát điện khi động cơ hoạt động.

Phân loại và chức năng của ắc quy

Có 2 loại ắc quy phổ thông trên thị trường và chúng được sử dụng vào các mục đích khác nhau

1. Ắc quy khởi động

Chức năng chính của loại ắc quy này đúng như tên gọi của nó là dùng để khởi động. Loại ắc quy này được sử dụng trên các loại ô tô, xe máy hoặc các loại xe có động cơ đốt trong.

Thông thường việc khởi động chỉ tiêu tốn dưới 3% điện tích tổng dung lượng bình ắc quy, tuy nhiên việc khởi động lại yêu cầu dòng điện rất lớn lên đến hàng trăm thậm chí cả nghìn Ampe trong một khoảng thời gian rất ngắn để đề nổ động cơ, chính vì vậy bình ắc quy khởi động được thiết kế với cọc bình to để có thể đảm đương phần công việc nặng nhọc này. Cọc bình quá bé sẽ không thể xuất ra một dòng điện có cường độ quá lớn.

Sau khi động cơ đã khởi động, ắc quy tiếp tục duy trì dòng điện để động cơ vận hành ổn định và chạy các hệ thống điện trên xe, các chức năng khác của ắc quy với ô tô các bạn có thể tham khảo thêm tại đây. Ắc quy đồng thời được sạc lại bằng máy phát điện vận hành bới lực kéo từ động cơ xe. Ắc quy khởi động không được thiết kế để xả cạn kiệt điện tích (xả sâu), nếu bạn xả sâu loại ắc quy này liên tục thì nó sẽ nhanh bị Sulfat hóa bản cực (bị chai) dẫn đến hỏng ắc quy.

95% ắc quy khởi động trên thị trường là loại ắc quy Axit-chì có điện áp phổ thông là 12V dung lượng dao động từ 3-200Ah tùy kích cỡ bình. Ắc quy khởi động lại được phân loại thành ắc quy nước (hở khí) và ắc quy khô (kín khí). Ắc quy khô bao gồm ắc quy MF, EFB, AGM, GEL.

2. Ắc quy xả sâu (ắc quy viễn thông)

Ắc quy xả sâu được sử dụng cho các loại xe điện như xe máy điện, đạp điện, xe nâng điện, xe sân Golf hoặc sử dụng như một nguồn dự trữ điện năng trong các hệ thống viễn thông, cửa cuốn, điện mặt trời, v.v. Đặc điểm của các hệ thống này là chúng không cần dòng điện quá lớn trong khoảng thời gian ngắn như việc khởi động ô tô mà cần một dòng điện có cường độ nhỏ ổn định trong một thời gian dài.

Chính vì vậy ắc quy viễn thông được thiết kế với các cọc bình nhỏ, det và có thể xả sâu, xả cạn điện tích mà không hoặc rất ít ảnh hưởng đến tuổi thọ của bình ắc quy.

Ắc quy xả sâu trên thị trường có 2 loại điện áp phổ thông nhất là 6V và 12V với dung lượng đa dạng từ 3-200Ah và cũng là loại ắc quy Axit-chì

Riêng các loại ô tô điện đời mới được vận hành bởi loại ắc quy chuyên dụng cũng là ắc quy xả sâu, tuy nhiên đây là loại ắc quy đặc biệt có điện áp rất cao. Những chiếc ô tô điện này đồng thời được trang bị thêm 1 bình ắc quy loại 12V để vận hành các hệ thống điện như đèn, còi, radio, v.v.

Ắc quy có cấu tạo và hoạt động như thế nào?

Cấu tạo

Ắc quy phổ thông loại axit chì có cấu tạo từ 4 bộ phận chính là các bản cực âm, các bản cực dương, chất điện phân dung dịch axit loãng, tất cả 3 bộ phận này được đặt bên trong 1 lớp vỏ bình.

ac quy la gi cau tao nguyen ly hoat dong phan loai
Cấu tạo bình ắc quy
  • Các bản (lắc) cực dương: có cấu tạo từ chì Oxit (PbO2) dát phẳng trên một tấm khung hợp kim chì – canxi để làm tăng độ cứng của khung. Các bản cực dương trong 1 ngăn ắc quy được hàn nối lại với nhau tạo thành bộ chùm cực dương
  • Các bản cực âm: có cấu tạo từ chì nguyên chất cũng được dát phẳng trên một tấm khung hợp kim chì. Các bản cực âm trong 1 ngăn ắc quy cũng được hàn nối lại với nhau tạo thành bộ chùm cực âm.
  • Chất điện phân: cả 2 loại bản cực âm và dương được ghép theo chiều song song, ngăn cách bởi 1 lớp cách điện và tất cả nhúng ngập vào trong chất điện phân (điện dịch) thông thường là Axit Sulfuric (H2SO4) loãng. Dung dịch Axit có thể ở dạng lỏng (ắc quy nước và khô thông thường) hoặc ở dạng Gel (ắc quy khô dạng Gel) hoặc ở dạng sợi thủy tinh (Ắc quy AGM)
  • Vỏ bình ắc quy được làm từ nhựa Polypropylene chịu Axit có độ bền cao. Với ắc quy nước thì vỏ bình thường có màu trắng đục có thể nhìn xuyên qua, bên ngoài vỏ có 2 vạch chỉ mức MIN và MAX của dung dịch điện phân Axit. Dung dịch điện phân cần được bổ sung và duy trì ở mức giữa 2 vạch này. Với ắc quy khô thì vỏ bình ắc quy có nhiều màu khác nhau tùy vào thương hiệu ắc quy, thông thường là màu đen và rất khó để nhìn được mức dung dịch điện phân bên trong.

Nắp vỏ bình cũng được làm bằng nhựa có độ cứng cao. Với ắc quy khô (kín khí miễn bảo dưỡng) thì nắp bình và vỏ thân bình được làm liền 1 khối hoặc hàn kín gần như hoàn toàn chỉ chừa lại lỗ thông hơi nhỏ. Ắc quy nước thì trên nắp bình sẽ có 6 nút vặn có thể mở ra để châm dung dịch điện phân hoặc nước cất, trên mỗi nút này đều có 1 lỗ thông hơi nhỏ.

1 bình ắc quy 12V có cấu tạo 6 ngăn, mỗi ngăn thực tế có giá trị điện áp 2,1V đấu (hàn lại) nối tiếp nhau để thành một bình ắc quy 12,6V (điện áp no điện). Đấu nối tiếp tức là bộ chùm cực âm ở ngăn này sẽ hàn với bộ chùm cực dương ở ngăn tiếp theo và cứ như thế cho đến hết. Các bản cực cùng dấu trong ngăn sẽ được hàn thành bộ chùm cực. Mỗi ngăn ắc quy lại được cấu tạo từ 2 bộ chùm cực bao gồm bộ các tấm bản cực âm và bộ các tấm bản cực dương đặt xen kẽ nhau nhúng ngập trong dung dịch điện phân Axit sulfuric loãng. Giữa 2 loại bản cực được ngăn cách bởi lớp cách điện được làm từ nhựa polyetylen. Tại ngăn đầu và ngăn cuối sẽ thò ra 2 cọc bình (cọc âm, cọc dương). Số lượng và độ rộng của các bản cực chứa trong mỗi ngăn càng nhiều thì Dung lượng(Ah) và Dòng khởi động lanh (CCA) của ắc quy càng cao và ngược lại. Cách đọc thông số bình ắc quy các bạn có thể tham khảo bài viết: Cách đọc thông số bình ắc quy của Phúc Khôi tại đây.

Một điều cần lưu ý là độ dày của mỗi bản cực không quyết định đến giá trị Ah và CCA của bình ắc quy nhưng nó lại quyết định đến khả năng xả sâu của bình ắc quy, bản cực càng dày thì khả năng xả sâu và số lần có thể xả sâu của ắc quy càng cao. Yếu tố này cũng quyết định đến số lần nạp xả của 1 bình ắc quy. Chính sự khác nhau của yếu tố này tạo nên 2 dòng ắc quy riêng biệt như Phúc Khôi đã phân loại phía bên trên.

Hoạt động

Ắc quy dự trữ năng lượng dưới dạng hóa năng sau đó chuyển hóa năng lượng này thành điện năng khi được nối với một mạch điện bên ngoài (ví dụ hành động vặn chìa khóa đề nổ ô tô). Theo nhà sản xuất ắc quy Varta (Varta-automotive.com) thì trong quá trình chuyển hóa năng lượng này, có 4 thành phần phản ứng với nhau là H, O2, Pb và S như sau:

  • Dung dịch Axit phân hủy thành các ion hydro tích điện dương (H +) và ion sunfat tích điện âm (SO42-).
  • Đồng thời, các electron (2e–) đi từ điện cực âm sang điện cực dương qua mạch tiêu thụ bên ngoài.
  • Để bù lại dòng electron này, các ion sunfat đi từ chất điện phân vào điện cực âm, tại đây chúng phản ứng với chì (Pb) để tạo ra chì sunfat (PbSO4)
  • Chì sunfat cũng được tạo ra ở điện cực dương: Liên kết oxy (O2) trong oxit chì (PbO2) bị phá vỡ do sự di chuyển các electron và oxy đi vào chất điện phân. Chì (Pb) còn lại liên kết với sunfat (SO4) từ dung dịch điện phân.
  • Ở đó, oxy liên kết với hydro để tạo thành nước (H2O). Axit sunfuric được sử dụng hết do sự tạo thành chì sunfat nên nồng độ của dung dịch điện phân giảm. Khi nồng độ axit sunfuric giảm xuống dưới một mức nhất định, Ắc quy cần phải được sạc lại.
  • Trong quá trình sạc, các quá trình hóa học diễn ra theo trình tự ngược lại. Cuối cùng, các thành phần ban đầu lại được hình thành trở lại như cũ: Điện cực dương gồm chì oxit (PbO2), điện cực âm gồm chì nguyên chất (Pb) và chất điện phân gồm axit sunfuric loãng (H2SO4).
  • Toàn bộ quá trình này sẽ xảy ra tổn thất nhất định đối với các bản cực do nó bị nóng lên, ít nhiều các thành phần chì và chì oxit ở 2 bản cực cũng bị rơi rụng do nhiệt độ nên ắc quy chỉ có thể nạp xả 1 số lần nhất định sau đó nó sẽ bị hỏng

Vấn đề mà ắc quy thường gặp phải – sự sulfat hóa

Sulffat hóa (chai bản cực) do ắc quy thường xuyên ở tình trang không no điện nên bên trong xảy ra hiện tượng phân tầng Axit. Ắc quy bị Sulfat hóa sẽ không nhận dòng sạc. Bạn sẽ gặp hiện tượng này khi bạn sạc ắc quy thấy nhanh đầy nhưng đưa vào sử dụng không bao lâu lại hết bình. Để tránh tình trạng này thì ắc quy cần được sạc đủ, hạn chế di chuyển xe quãng đường quá ngắn dưới 20 phút mỗi lần khởi động đối với ô tô. Vấn đề này thường xảy ra với ắc quy nước và ắc quy khô loại thường. Ắc quy cao cấp như AGM, GEL và Lithium có cấu tạo tránh được sự phân tầng axit nên không hoặc ít xảy ra hiện tượng này.

Nếu ắc quy hỏng do Sulfat hóa, sẽ rất khó có thể phục hồi lại được bình ắc quy như ban đầu. Khi hiện tượng này xảy ra, ô tô của bạn sẽ không có đủ năng lượng cần thiết để khởi động và duy trì động cơ hoạt động bình thường. Nếu bạn thấy chiếc xe của mình đã có những dấu hiệu bị yếu do dùng đã lâu hoặc do bị sulffat hóa, hãy gọi ngay cho Phúc Khôi theo hotline 0383.369.890 để khắc phục vấn đề ngay tránh gặp rủi ro mắc kẹt trên đường bạn nhé

Để lại bình luận