Tính toán chọn dung lượng ắc quy
Dung lượng ắc quy thể hiện khả năng lưu trữ điện năng của ắc quy, dung lượng càng lớn thì khả năng lưu trữ càng nhiều. Để phát được thời gian lâu thì dung lượng ắc quy phải đủ lớn, nhưng càng lớn thì chi phí phải càng cao, do đó vấn đề quan tâm là tính toán dung lượng bao nhiêu để phù hợp với số tiền đầu tư. Mặc dù rằng công thức tính toán này đã được trình bày trong các bài trước hoặc bạn đã gặp nhiều trên Internet, nhưng tôi vẫn trình bày lại ở đây và có thêm một chút lưu ý về lựa chọn hệ số để đảm bảo tăng độ bền sử dụng ắc quy.
Tham số để tính toán bao gồm: Công suất sử dụng trung bình (tính theo W) trong thời gian (tính bằng giờ). Công thức tính như sau:
Dung lượng ắc quy (Ah) = [Thời gian sử dụng (giờ) x Công suất sử dụng trung bình (W) ] / [Điện áp ắc quy (V) x 0,7]
Theo công thức trên, ví dụ muốn sử dụng kích điện trong 10 giờ với công suất sử dụng trung bình 200W với kích điện sử dụng ắc quy 12V thì:
Dung lượng ắc quy = [10 (giờ) x 200 (W)] : [12 (V) x 0,7] và dễ tính ra kết quả là 238 Ah.
Nếu như kích điện của bạn sử dụng ắc quy 24V (hoặc 48V) thì công thức sử dụng phải tính theo công thức sau:
Dung lượng ắc quy = [10 (giờ) x 200 (W)] : [24 (V) x 0,7] và kết quả dễ dàng tính ra là 119 Ah.
Vậy thì sử dụng kích điện 24V sẽ lợi hơn so với việc sử dụng ắc quy 12V (bởi thấy kết quả tính ra là khác nhau)? Không phải như vậy bởi năng lượng không thể tự sinh ra, mức năng lượng của hai bình ắc quy 100Ah sẽ luôn không đổi cho dùng chúng được mắc song song hay nối tiếp. Trong công thức trên, kết quả mức dung lượng 238Ah là tính cho ắc quy 12V, do đó chúng tích trữ 238 x 12 = 2856 Wh, còn mức 119 Ah là tính cho ắc quy 24V nên chúng là 119 x24 = 2856 Wh - vậy chúng giống nhau, nhưng để có được điện áp 24V thì bắt buộc phải nối tiếp 2 ắc quy 12V.
Trong công thức tính trên ta coi tổng hợp các hệ số tổn thất (tổn thất trên kích điện, tổn thất bởi khả năng phóng điện của ắc quy...) để có hệ số 0,7. Thông số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên nó có thể thay đổi theo xu hướng tăng lên (nếu hệ thống hiệu suất cao) hoặc giảm đi. Để an toàn cho sử dụng và tăng độ bền của ắc quy thì nên sử dụng hệ số này theo hướng giảm đi, ví dụ tính bằng 0,6 hoặc 0,5. Lý giải điều này bởi cách tính lấy hệ số 0,7 chỉ đúng trong trường hợp sử dụng ắc quy đến cạn kiệt và nếu sử dụng như vậy thì thường làm tuổi thọ ắc quy giảm nhanh dẫn đến sớm phải đầu tư hệ thống mới.
Đấu nối các ắc quy trong kích điện
Việc đấu nối các ắc quy trong kích điện tưởng rằng khá đơn giản thì cũng có nhiều vấn đề cần lưu ý, mục đích của chúng để đảm bảo sao cho sử dụng ắc quy một cách an toàn nhất và nâng cao tuổi thọ của ắc quy.
Các kích điện thông dụng nhất hiện nay sử dụng loại ắc quy 12V, còn lại sử dụng mức điện áp 24V và các mức điện áp cao hơn (48V, 96V hoặc cao hơn), mình trình bay hai cách đấu nối ắc quy: cho mức 12V và cho mức 24V mà không trình bày các cách đấu nối điện áp cao hơn bởi mọi loại còn lại sẽ tương tự cách đấu nối với mức 24V.
Đấu nối song song các ắc quy để tăng dung lượng
Nếu như kích điện sử dụng điện áp 12V thì chỉ việc nối cực dương ắc quy với dây dương của kích điện (thường là dây màu đỏ), cực âm của ắc quy đối với dây âm của kích điện (thường là dây màu đen). Đây là cách đấu nối đơn giản nhất và cũng thường gặp nhất trong đa số người sử dụng hiện nay. Thế nhưng để đảm bảo tăng độ bền ắc quy hay tăng dung lượng lưu trữ để kéo dài thời gian sử dụng hay đơn giản là việc đầu tư thêm các ắc quy sau từng thời gian ... thì sẽ có những trường hợp mắc 2 hay nhiều ắc quy song song nhau để cùng cấp điện cho hệ thống.
Khi đấu nối các ắc quy song song nhau thì có vài vấn đề cần đặt ra: Việc đấu nối song song có làm cho các ắc quy phóng điện sang nhau không? Dòng nạp của từng ắc quy trong hệ thống có vượt quá trị số khuyến cáo hay không.
Vậy có điều kiện gì để mắc các ắc quy song song nhau hay không? Trước hết thì việc đấu các ắc quy song song cần phải đấu cùng loại ắc quy: đã dùng ắc quy kín khí thì toàn hệ thống phải dùng cùng loại kín khí, đã dùng ắc quy hở thì tất cả nên phải sử dụng ắc quy hở. Có yêu cầu này bởi điện áp nạp hoặc chế độ bảo dưỡng của các ắc quy cùng loại thì giống nhau. Sau đó điều kiện đặt ra là các ắc quy càng có dung lượng gần nhau càng tốt - tuy nhiên điều kiện này có thể không quan trọng nếu như sau này ta đo dòng nạp của chúng là phù hợp với từng ắc quy trong hệ thống song song đó.
Để đấu song song các ắc quy chỉ cần đấu các cực âm ắc quy chắc chắn với nhau rồi đấu cố định vào dây âm của kích điện, sau đó nối các dây dương ắc quy vào các nhánh của các aptomat tép như đã trình bày ở bài trước, các đầu còn lại của các aptomat được đấu với nhau và đấu với cực dương của kích điện. Lấy lại hình của entry trước như sau:
Trong hình trên là các aptomat (loại "tép") C20 - kép đã được tôi sử dụng cho hệ thống 8 ắc quy mắc song song. Các dây phía dưới aptomat được đấu với các cực dương của ắc quy, các dây phía trên được nối với dây dương của kích điện và các dây dương của các bộ nạp bên ngoài (dây âm của các bộ nạp ngoài cũng được nối với hệ cực âm của ắc quy. Nếu có nhiều ắc quy và có điều kiện thì bạn có thể nối mỗi cực âm của ắc quy vào một thanh cái rồi nối dây âm của kích điện vào thanh cái đó để đảm bảo dòng điện phân phối đều, còn nếu có ít ắc quy thì điều này không quan trọng.
Sau khi đã đấu nối hệ thống song song như trên ở lần đầu tiên bạn không được đóng các aptomat ngay mà cần phải lần lượt nạp đầy các ắc quy, kiểm tra điện áp tương tự nhau rồi mới đóng các aptomat. Lúc này sẽ có hiện tượng các ắc quy nạp sang nhau để cân bằng điện áp - tuy nhiên dòng nạp này là rất nhỏ và chúng sẽ sớm về 0 sau vài phút. Lý do mà bạn không ngại rằng chúng sẽ nạp suốt ngày sang nhau bởi vì khi mà điện áp các ắc quy chỉ chênh nhau khoảng vài chục mV thì dòng nạp của chúng sẽ rất nhỏ.
Khi sử dụng kích điện, điện áp của các ắc quy sẽ giảm đi, dòng điện lúc này của từng ắc quy sẽ cùng phóng vào kích điện. Lúc này có hiện tượng các ắc quy nạp sang nhau hay không? Không, bởi vì phía làm sụt điện áp đang là kích điện, do đó thì tuỳ từng khả năng của từng ắc quy mà lúc này nó sẽ phóng dòng lớn hay dòng điện bé hơn vào phía kích điện. Nếu như một hệ thống ắc quy đồng đều nhau và chất lượng còn như nhau, được đấu nối tốt thì dòng phóng của từng ắc quy lúc đó sẽ xấp xỉ nhau. Khi nạp điện cho hệ thống các ắc quy song song thì đã được trình bày ở phần trên.
Lưu ý khi đấu nối song song là không bao giờ được nối các ắc quy với nhau khi chúng không được cùng nạp đầy (hoặc cùng vơi như nhau - nhưng độ vơi là không kiếm soát được), việc nối một ắc quy đầy điện và một ắc quy đã bị hết điện có thể làm ắc quy phát ra một dòng lớn và có thể gây nổ ắc quy. Tốt nhất là nên cùng nạp và cùng xả cả hệ thống ắc quy song song như vậy để đảm bảo chúng được bền nhất (xin xem lưu ý về dòng điện nạp ở phía trên - dòng nạp nhỏ bao giờ cũng tốt cho ắc quy).
Việc đấu nối song song các ắc quy có một nhược điểm: Nếu bất kỳ một ắc quy nào bị chập hai bản cực với nhau thì tất cả các ắc quy còn lại sẽ phóng điện vào ắc quy đó, làm cho ắc quy này bị quá nạp và nóng dần lên. Vậy thì việc sử dụng các aptomat để đấu nối các ắc quy lúc này tỏ ra có tác dụng - nó sẽ ngắt chiếc ắc quy bị chập bản cực kia khỏi hệ thống. Nhưng việc chập các bản cực ở 1 trong 6 ngăn của ắc quy chỉ là chuyện rất ít khi xảy ra bởi giữa các bản cực bao giờ cũng có các tấm ngăn nhằm tránh hiện tượng này - và nếu có xảy ra thì kể cả hệ thống có 1 ắc quy cũng sẽ bị nóng lên trong quá trình nạp chúng.
Đấu nối tiếp các ắc quy
Khi các kích điện có công suất lớn thì không thể sử dụng mức điện áp 12V mà chuyển sang sử dụng các mức điện áp cao hơn: 24V, 36V, 48V hoặc cao hơn nữa. Khi các kích điện sử dụng các mức điện áp này thì phải mắc nối tiếp các ắc quy 12V lại với nhau. Việc mắc nối tiếp các ắc quy 12V với nhau thực ra chỉ là một hình thức ghép nối 'bên ngoài', trên thực tế thì các ắc quy 12V cũng đã ghép nối tiếp 6 ngăn ắc quy 2V lại với nhau để đạt mức 12V.
Việc nối tiếp hai ắc quy với nhau để cho điện áp lớn hơn được thực hiện bằng cách: Nối cực dương ắc quy thứ nhất với cực dương kích điện, cực âm ắc quy thứ nhất nối với cực dương ắc quy thứ hai, cực âm ắc quy thứ hai nối với dây âm của kích điện. Nếu như bạn thấy điều này loằng ngoằng phức tạp thì tốt nhất là bạn nên nhờ một ai đó thành thạo hơn để thực hiện việc nối này ^^ - nếu không có thể bạn nối các ắc quy nhầm lẫn cực và khiến chúng phát nổ.
Điều kiện của việc ghép nối các ắc quy với nhau là chúng phải có cùng kiểu, cùng dung lượng và tốt nhất là cùng hãng sản xuất, có cùng thời gian và chế độ sử dụng như nhau (chúng được ghép nối với nhau từ đầu chứ không nên là có sẵn một ắc quy dùng một thời gian rồi mua thêm một ắc quy mới ghép nối tiếp với chúng). Có điều kiện như vậy bởi các ắc quy nối tiếp sẽ luôn hoạt động với dòng điện phóng hoặc dòng điện nạp như nhau. Nếu có sự lệch nhau giữa hai bình thì khi nạp chúng (vẫn ở chế độ nối tiếp) sẽ có hiện tượng một bình bị nạp đầy quá trong khi bình kia vẫn chưa kịp đầy - mà máy nạp chỉ quan tâm đến điện áp tổng của cả hai bình đã đạt đủ mức hay chưa.
Một lưu ý hơi thừa rằng không bao giờ nối tiếp các ắc quy để sử dụng cho các kích điện có điện áp sử dụng 12V!
Đấu nối hỗn hợp
Đấu nối hỗn hợp là sự mắc nối tiếp nhiều ắc quy thành một nhánh (cho mức 24V, 36V hoặc 48V) sau đó nối song song các nhánh này với nhau. Đây chỉ là kết hợp giữa hai cách đấu nối trên nên cần chú ý đến cả hai yêu cầu như đã liệt kê phía trên.
Việc đấu nối hỗn hợp được khuyến cáo rằng không được nối quá 3 nhánh song song, tuy vậy nếu kiểm soát tốt dòng nạp và lắp đặt các cầu chì (hoặc aptomat) cho các nhánh thì vẫn có thể đấu nối nhiều hơn 3 nhánh (lý giải về điều này có thể xem phần trên