State of Charge pdf

Chơng 2 Giới thiệu về accquy I. Giới thiệu chung về ăcquy và các chế độ nạp: A. Giới thiệu chung về ắc qui: Ăc-qui là loại bình điện hoá học dùng để tích trữ năng lợng điện và làm nguồn điện cung cấp cho các thiết bị điện nh động cơ điện, nh bóng đèn, làm nguồn nuôi cho các linh kiện điện tử. Các tính năng cơ bản của ăc-quy: -Sức điện động lớn, ít thay đổi khi phóng nạp điện. -Sự tự phóng điện bé nhất. -Năng lợng điện nạp vào bao giờ cũng bé hơn năng lợng điện mà ăc-quy phóng ra . -Điện trở trong của ăc-quy nhỏ. Nó bao gồm điện trở của các bản cực ,điện trở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn giữa các bản cực. Thờng trị số điện trở trong của ăc-quy khi đã nạp điện đầy là 0.001 đến 0.0015 và khi ăc-quy phóng điện hoàn toàn là 0.02 đến 0.025. Có hai loại ăc-quy là: ăc-quy a-xit (hay ăc-quy chì) và ăc-quy kẽm (ăc- quy sắt kền hay ăc-quy cadimi-kền). Trong đó ăc-quy a-xit đợc dùng phổ biến và rộng rãi hơn. 1. Cấu tạo của Ăcqui: Các bộ phận chủ yếu của ăc-quy a-xit gồm: -Các lá cực dơng làm bằng Pb 2 đợc ghép song song với nhau thành một bộ chùm cực dơng. -Các lá cực âm làm bằng Pb đợc ghép song song với nhau thành một bộ chùm cực âm. Bộ chùm cực âm và chùm cực dơng đặt xen kẽ nhau theo kiểu cài răngl- ợc, sao cho cứ lá cực âm rồi đến một lá cực dơng . -Lá cách đặt giữa các lá cực âm và lá cực dơng để tránh hiện tợng chập mạch giữa các điện cực khác dấu. -Vỏ bình điện ăcquy thờng làm bằng cao su cứng (êbonit) đúc thành hinh hộp , chịu đợc khí nóng lạnh, va chạm mạnh và chịu a-xit. Dới đáy bình có các đế cao để dắt các lá cực lên, khi mùn của chất hoạt động rụng xuống thì đọng dới rãnh đế nh vậy tránh đợc hiện tợng chập mạch giữa các điện cực do mùn gây ra. Nắp đậy ăc-quy cũng làm vỏ cao su cứng, nắp có các lỗ để đổ dung dịch điện phân vào bình và đầu cực luồn qua . Nút đậy để dung dịch khỏi đổ ra. -Cầu nối bằng chì để nối tiếp các đầu cực âm của ngăn ăc-quy này với cực dơng của ngăn ăc-quy tiếp theo. 2. Quá trình biến đổi năng l ợng trong ắc quy: ắc qui là nguồn năng lợng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ năng l- ợng dới dạng hoá năng và giải phóng năng lợng dới dạng điện năng. Quá trình ắc qui cấp điện cho mạch ngoài đợc gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc qui dự trữ năng lợng đợc gọi là quá trình nạp điện. Kí hiệu hoá học biểu diễn ắc qui axit có dung dich điện phân là axit H 2 SO 4 nồng độ d = 1,1 ữ 1,3 % bản cực âm là Pb và bản cực dơng là PbO2 có dạng : (- ) Pb H 2 SO 4 d = 1,1 ữ 1,3 PbO 2 ( + ) Phơng trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc qui axit : phóng PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb 2PbSO 4 + 2H 2 O nạp Thế điện động E = 2,1 V. Nhận xét : Từ những điều đã trình bầy ở trên ta nhận thấy trong quá trình phóng-nạp nồng độ dung dịch điện phân là thay đổi. Khi ắc quy phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần. Khi ắc quy nạp điện nồng độ dung dịch điện phân tăng dần. Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện của ắc quy. 3. Đặc tính của ắc qui: Đặc tính nạp của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức điện động, điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng điện nạp không thay đổi . Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau : - Trong khoảng thời gian từ t n = 0 đến t n = t gh thì sức điện động, điện áp , nồng độ dung dịch điện phân tăng dần. - Tới thời điểm t s trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi là hiện tợng" sôi " ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của ắc qui đơn tăng đến 2,4 V. Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V và giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng cho phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực đợc biến đổi tuần hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lợng phóng điện của ắc qui. - Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2 ữ 3 h trong suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi. Nh vậy dung lợng thu đợc khi ắc qui phóng điện luôn nhỏ hơn dung lợng cần thiết để nạp no ắc qui. - Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của ắc qui sau khi nạp. - Trị số dòng điện nạp ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của ắc qui. Dòng điện nạp định mức đối với ắc qui là I n = 0,1Q 10 . B. Các ph ơng pháp nạp ắc qui tự động: Có ba phơng pháp nạp ắc qui là: +Phơng pháp dòng điện. +Phơng pháp điện áp. +Phơng pháp dòng áp. 1. Ph ơng pháp nạp ắcqui với dòng điện không đổi : Đây là phơng pháp nạp cho phép chọn đợc dòng nạp thích hợp với mỗi loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui đợc no. Đây là phơng pháp sử dụng trong các x- ởng bảo dỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sửa chữa cho các ắcqui bị Sunfat hoá. Với phơng pháp này ắc qui đợc mắc nối tiếp nhau và phải thoả mãn điều kiện : U n 2,7.N aq Trong đó: U n - điện áp nạp N aq - số ắc quy đơn mắc trong mạch Trong quá trình nạp sức điện động của ắc qui tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn của biến trở đợc xác định theo công thức : n aqn I NU R 0,2 = Nhợc điểm của phơng pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các ắc qui đa vào nạp có cùng dung lợng định mức. Để khắc phục nhợc điểm thời gian nạp kéo dài, ngời ta sử dụng phơng pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trờng hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ữ 0,6 ).Q 10 tức là nạp cỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1.Q 10 . 2. Ph ơng pháp nạp với điện áp không đổi : Phơng pháp này yêu cầu các ắc qui đợc mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và đợc tính bằng (2,3 ữ 2,5) V cho mỗi ngăn đơn. Phơng pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian. Tuy nhiên dùng phơng pháp này ắc qui không đợc nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phơng pháp nạp bổ sung cho ắc qui trong quá trình sử dụng. 3. Ph ơng pháp nạp dòng áp: Đây là phơng pháp tổng hợp của hai phơng pháp trên. Nó tận dụng đợc những u điểm của mỗi phơng pháp. Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc quy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá đợc tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phơng án nạp ắc qui là phơng pháp dòng áp. Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng nh hiệu suất nạp thì trong khoản thời gian t n = 8h tơng ứng với 75ữ80 % dung lợng ắc qui ta nạp với dòng điện không đổi là I n = 0,1.Q 10 . Vì theo đặc tính nạp của ắc qui trong đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đổi thì điện áp, sức điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 8 h ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp đợc 10 h thì ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ sung thêm 2 ữ 3 h. Các quá trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không. Vì ắc qui là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi ắc qui đói mà ta nạp theo phơng pháp điện áp thì dòng điện trong ắc qui sẽ tự động dâng nên không kiểm soát đợc sẽ làm sôi ắc qui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho ắc qui. Khi dung lợng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn nớc. Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp đợc giữ cho đến khi ắc qui đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực của ắc quy bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp. Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau ,với ắc qui axit : dòng nạp I n = 0,1Q 10 ; nạp cỡng bức với dòng điện nạp I n = 0,2.Q 10 . Battery Charging: Battery Charging takes place in three basic stages: Bulk, Absorption and Float Bulk Charge Giai đoạn dầu tiên trong quá trình nạp acquy. Dòng điện đợc cấp với một giá trị an toàn lớn nhất cho tới khi điện áp của acquy đạt 80-90% điện áp khi nạp đầy. Điện áp nạp trong giai đoạn này có thể từ 10.5 dến 15 volts, không có một điện áp nạp xác điịnh trong giai đoạn nạp cỡng bức nhng có giới hạn do dòng diện cực đại mà acquy co thể chịu đợc. Absorption Charge: Giai đoạn thứ hai của quá trình nạp ba giai đoạn. Điện áp nạp đợc giữ không đổi và dòng điện đợc giẩm từ từ khi nội trở acquy tăng trong quá trình nạp. Trong suốt giai đoạn này điện áp ra của bộ nguồn nạp là cực đại khoảng tù 14.2 dến 15.5 volts. Float Charge: Giai đoạn thứ ba. Sau khi acquy đựoc nạp no điện áp nạp đợc giảm xuống khoảng từ 12.8 đến 13.2 volts để giảm sự sinh khí và tăng tuổi thọ acquy. ở giai đoạn này nên nạp với diện áp phân đoạn Trickle charge. Điện áp này có thể tạo ra bằng kĩ thuật PWM -Điều biến độ rộng xung-Nếu acquy đợc sử dụng làm hệ thống dự phòng backup power systems tức là ít khi phai xả thì điện áp nạp nổi nên vào khoảng từ 13.02 to 13.20 volts. Chargers: ở đa số các gara oto hay các khach hàng các bộ nguồn nạp chủ yếu là bộ nguồn nạp 1 giai đoạn (Bulk charge), và có rất ít(nếu có)sự điều chỉnh diện áp. Các bộ nguồn này tót cho các nguồn pin hay acquy đã cạn kiệt (nạp nhanh) nhng không tốt cho quá trình nạp lâu dài. Trong số các bộ nguồn có thể điều chỉnh đợc có loại điều chỉnh dợc điện áp, ví dụ nh của hãng Iota Engineering and Todd giữ cho diện áp State of Charge 12 Volt battery Volts per Cell 100% 12.7 2.12 90% 12.5 2.08 80% 12.42 2.07 70% 12.32 2.05 60% 12.20 2.03 50% 12.06 2.01 40% 11.9 1.98 30% 11.75 1.96 20% 11.58 1.93 10% 11.31 1.89 0 10.5 1.75 trên acquy là không đổi. Nếu các bộ nguồn này phù hợp với acquy thì chúng sẽ giữ cho acquy không bị hang do nạp không đúng cách. What taper charge really means is that as the battery gets charged up, the voltage goes up, so the amps out of the charger goes down. They charge OK, but a charger rated at 20 amps may only be supplying 5 amps when the batteries are 80% charged. To get around this, Statpower (and maybe others?) have come out with "smart", or multi-stage chargers. These use a variable voltage to keep the charging amps much more constant for faster charging. Charge controllers A charge controller is a regulator that goes between the solar panels and the batteries. Regulators for solar systems are designed to keep the batteries charged at peak without overcharging. Meters for Amps (from the panels) and battery Volts are optional with most types. Most of the modern controllers have automatic or manual equalization built in, and many have a LOAD output. There is no "best" controller for all applications - some systems may need the bells and whistles of the more expensive controls, others may not. Battery Charging Voltages and Currents: Hầu hết các ácquy nớc nên đợc nạp không quá C/8 nếu nạp lâu dài. "C/8" is the battery capacity at the 20-hour rate divided by 8. ví dụ một acquy 220Ah là khoảng 26A. Acquy khô không đợc nạp quá C/20 hay 5% dung lợng. Với acquy axit diện áp đầu ra của bộ nạp la 15 V tức mỗi ngăn sẽ đuợc nạp vói điện áp là 2.5V, Sau đó phải chuyển sang chế độ trickle charge. Chú ý rằng ở giai đoạn này accquy axit phải có bọt khí (hiện t- ợng sôi) thì mới chắc chắn rằng acquy đã no. Điện áp nạp nổi cho acquy axit nên vào khoảng 2.15 đến 2.3V/ngăn, hay khoảng 12.9 đến 13.8 volts cho acquy 12V. nếu nhiệt độ cao (trên 85 0 F) thì nên giảm xuống còn khoảng 2.10 Volts/Ngăn. Bulk charge 13.2V-15V (2.5V/cell) (37A) Absorption Charge 14.2V-15V (I Giảm nhanh) Fload charge 12.9-13.8V (2.15-2.3V/cell) Phần II Phân tích tính toán và lựa chọn sơ đồ I. Chỉnh lu điều khiển đối xứng sơ đồ cầu 3 pha 1. Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ gồm 6 Tiristor đợc chia làm hai nhóm: - Nhóm Katot chung : T1, T3, T5 - Nhóm Anot chung : T2, T4, T6 Góc mở đợc tính từ giao điểm của các nửa hình sin Giá trị trung bình của điện áp trên tải cos 63 sin2 2 6 2 6 5 6 2 U dUU d == + + Từ công thức trên ta thấy maxdd UU = khi cos 0.9 = (10% để dự phòng khi điện áp lới giảm lới ) Khi đó ta có max 2 0,9.3 6 d U U = Thay giá trị max 15 d U V = ta có 2 7.12U = V Điên áp các pha thứ cấp của máy biến áp là: . đúng cách. What taper charge really means is that as the battery gets charged up, the voltage goes up, so the amps out of the charger goes down. They charge OK, but a charger rated at 20 amps. loại điều chỉnh dợc điện áp, ví dụ nh của hãng Iota Engineering and Todd giữ cho diện áp State of Charge 12 Volt battery Volts per Cell 100% 12.7 2.12 90% 12.5 2.08 80% 12.42 2.07 70% 12.32. charging. Charge controllers A charge controller is a regulator that goes between the solar panels and the batteries. Regulators for solar systems are designed to keep the batteries charged