Bài giảng Hệ thống điện ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Kỹ thuật ô tô Môn học HỆ THỐNG ĐIỆN Ô TÔ Giảng viên ThS Bùi Đức Tiến SĐT 0978978572 Email Buiductien ckoto@tlu edu vn 1 NỘI DUNG ĐỀ CƯƠNG Nội dung môn học[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Cơ khí – Bộ môn Kỹ thuật ô tô

1 NỘI DUNG ĐỀ CƯƠNG

- Nội dung môn học gồm LT + TH

- Số tín chỉ: 3 (2,1,0)

- 30 tiết lý thuyết + 15 tiết thực hành

THI, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ,

- Hình thức thi: Viết

- Số câu chuẩn bị: 3 câu

- Điểm quá trình: 30% (Bài tập + Chuyên cần)

- Điểm thi kết thúc môn: 70%

4 PHƯƠNG PHÁP HỌC

1 Giáo trình Trang bị điện và hệ thống điều khiển

điện tử ô tô

2 Giáo trình Điện động cơ và điều khiển động cơ

3 Giáo trình của các Trường cùng chuyên ngành.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN Ô TÔ

1 Tổng quát về mạng điện và các hệ thống điện trên ô tô

2 Đặc điểm và yêu cầu của hệ thống điện trên ô tô

3 Một số linh kiện cơ bản

4 Các cảm biến trên ô tô

5 Tính chọn động cơ điện và chọn dây dẫn điện

MỤC TIÊU

5

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống điện, điện tử ô tô

Hệ thống điện tử trên xe hiện nay

Hệ thống khởi

động

Hệ thống đánh lửa

Hệ thống khiển thân xe

Hệ thống đo đạc

và kiểm tra

Hệ thống chiếu sáng

và tín hiệu

Hệ thống điều

khiển động cơ

Hệ thống cung cấp điện

Hệ thống điều hòa nhiệt độ

Hệ thống phụ

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống điện, điện tử ô tô

- Hệ thống điện độc lập

- Hệ thống điện điện áp thấp 12/24V

- Hệ thống sử dụng 1 dường dây từ nguồn + đến - 9

1.2 Đặc điểm và yêu cầu hệ thống điện, điện tử ô tô

Đặc điểm của hệ thống điện

- Đa dạng về phụ tải.

- Hệ thống điện tử bao gồm các cảm biến, Ecu và cơ cấu

 Các thiết bị điện được sử dụng trong nhiều khu vực của ô

tô và có các chức năng khác nhau

 Điện năng  cơ năng.

 Chức năng phát nhiệt

 Chức năng phát sáng

 Chức năng từ tính

11

tăng lên làm cho số lượng dây

điện cũng tăng lên để thuận tiện

trong việc chế tạo lắp ráp và

sửa chữa dây điện trên xe được

bố trí thành các bó dây

- Sự rung xóc: chịu được sự rung xóc với tần số 50 -250 Hz, chịu được

lực với gia tốc 150m/s2

- Nhiệt độ làm việc

- Độ ẩm

12

Yêu cầu hệ thống điện, điện tử ô tô

- Xung điện áp: chịu được xung điện áp cao với biên độ lên đến vài

trăm volt

- Độ bền: các thiết bị điện và điện tử phải hoạt động tốt trong khoảng

- Nhiễu điện từ: các thiết bị điện và điện tử phải chịu được nhiễu điện từ

gây nên bởi hệ thống đánh lửa hoặc các nguồn khác

Ký hiệu và quy ước trong sơ đồ mạch điện

Nhập mã pin: 4358934

1.2 Đặc điểm hệ thống điện, điện tử ô tô

Một số các ký hiệu trên sơ đồ điện

1.2 Đặc điểm hệ thống điện, điện tử ô tô

Các ký hiệu trên sơ đồ điện

1.2 Đặc điểm hệ thống điện, điện tử ô tô

1.2 Đặc điểm hệ thống điện, điện tử ô tô

1.2 Đặc điểm hệ thống điện, điện tử ô tô

IV.Các linh kiện điện tử

1.3 Một số linh kiện điện điện tử dùng trên ô tô

Điện trở

 Ngăn dòng điện 1 chiều

 Phân loại: theo chất điện môi

 Tụ giấy

 Tụ gốm

 Tụ nhựa, thủy tinh

 Siêu tụ điện (tụ hóa, dùng xe hybrid, electrolyte)

1.3 Một số linh kiện điện điện tử dùng trên ô tô

Conductive plates

Dielectric

Conductive plates

1.3 Một số linh kiện điện điện tử dùng trên ô tô

Rơ le

C ÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG CHẤT BÁN DẪN

 Chức năng:

 Điều khiển ON/OFF (công tắc điện tử)

transistor

1.3 Một số linh kiện điện điện tử dùng trên ô tô

1.3 Một số linh kiện điện điện tử dùng trên ô tô

CÁC LOẠI CẢM BIẾN DÙNG TRÊN Ô TÔ

Hệ thống điều khiển động cơ gồm:

- ECU

CÁC LOẠI CẢM BIẾN DÙNG TRÊN Ô TÔ

Dòng điện chạy vào dây sấy làm nó nóng lên Khi không khí chạy quanh dây, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối không khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sây để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với khối không khí nạp.

Đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó Dòng điện này được biến đổi thành điện áp => truyền tới ECU động cơ từ cực VG

CÁC LOẠI CẢM BIẾN DÙNG TRÊN Ô TÔ

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

Quy chuẩn Việt Nam: QCVN 09 : 2011/BGTVT: QUY CHUẨN

KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ CHẤT LƯỢNG AN TOÀN KỸTHUẬT VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG ĐỐI VỚI Ô TÔ

nhiệt độ và điều kiện ẩm ướt Dây điện sử dụng, lắp đặttrong khoang động cơ hoặc gần các nguồn phát nhiệt phảichịu được nhiệt độ tối thiểu 125 độC, Dây điện được bọccách điện tại các bộ phận khác phải chịu được nhiệt độ tốithiểu 105độC Dây điện phải được bảo vệ và kẹp giữ chắcchắn ở các vị trí trên thân xe tránh được các hư hỏng do bịcắt, mài hay cọ sát

Các giắc nối lộ ra bên ngoài thân xe và tiếp xúc với khôngkhí bên ngoài phải được chống nước thích hợp

56

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

khoang hành khách, khoang người lái và phải được thông với khôngkhí bên ngoài

được thiết kế có cầu chì hoặc thiết bị ngắt mạch, trừ các mạch nhưthiết bị khởi động, mạch đánh lửa, thiết bị dừng xe, mạch điện nạp

ắc quy và ắc quy Mạch điện cung cấp cho các thiết bị công suất nhỏ

có thể bảo vệ bằng cầu chì hoặc thiết bị ngắt mạch chung với điềukiện dòng chung không quá 16A

nguồn điện bằng cơ khí được bố trí ở vị trí dễ sử dụng vàthực hiện được các chức năng sau :

57

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

Chức năng ngắt kết nối giữa ắc quy và các dây dẫn điện được coi là thỏamãn nếu bộ ngắt nguồn điện ngắt được ít nhất 01 cực của ắc quy khỏimạch điện chính, trừ các mạch thực hiện chức năng cảnh báo sự nguyhiểm của xe ô tô, các mạch điện có chức năng mà khi ngắt điện có thểdẫn tới những bất lợi như đèn báo khẩn cấp trong xe, khóa cửa điện trungtâm,

58

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

Dòng điện 1 chiều là dòng điện có trị số và chiều không đổi theothời gian

Công suất tiêu thụ trên điện trở: P=U.I

59

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

60

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

61

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

62

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

63

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

Định luật KIRCHHOFF

Định luật Kieckhop 1 (K1): tổng dòng điện tại một nút bằng

0:

∑ I =0

Quy ước: Dòng điện đi vào nút mang dấu (+), dòng điện đi ra

khỏi nút mang dấu (-)

VD: Xét nút A có 5 dòng điện đi vào và đi ra như hình vẽ sau:

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

Theo vòng ABDE:

U1+U2 +U3 + (-e1) =0

= > U1+U2 +U3 =e1U1: Điện áp rơi trên R1U2: Điện áp rơi trên R2U3: Điện áp rơi trên R3

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

+ Phát biểu 2: Đi theo một dòng khép kín với chiều tuỳ ý tổng điện áp rơi trên các phần tử bằng tổng đại số các sđđ trong vòng

đó Dòng điện và sđđ nào có cùng chiều đi với chiều đi của vòng

sẽ mang dấu (+) và ngược lại

Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ:

66

E4 =1v ; E5 =2v ; E6 =3vR1=1; R2=2 ; R3 =3

Tính:

IR1, IR2, IR3

UR1, UR2, UR3

VADC : Tìm I3 ; UR3; I3 =5/3 A

; UR3 =5 v

VBDC tìm I2 ; UR2 ; I2 =-1A ; UR2 =-2v

UR1 =4v

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

Tiết diện dây dẫn được tính theo công thức:

Trong đó:

: độ sụt áp cho phép trên đường dây (V)

I: cường độ dòng điện chạy trong dây (A), được đo bằng tỷ sốgiữa công suất của phụ tại điện và hiệu điện thế định mức

: suất điện trở của đồngS: tiết diện dây dẫn

l : chiều dài dây dẫn

67

I l S

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

Độ sụt áp tối đa trên dây dẫn kể cả mối nối được tính theo bảng:

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

Ví dụ: Một hệ thống dây dẫn điện cho đèn kích thước mắc nốitiếp có các thông số sau:

Điện áp nguồn 12V; Độ sụt áp cho phép trên đường dây là 0,4V;

; chiều dài dây dẫn điện 5m; số sợi dây trong lõi là 9; Tải baogồm 4 bóng đèn loại 12V/21W Tính tiết diện của 1 sợi dâytrong lõi?

Điện trở của 1 bóng đèn:

Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn được tính bằng:

Tiết diện của dây là:

69

U I

1.5 GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

70

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN Ô TÔ

Sau khi học xong chương này, sinh viên:

- Hiểu về hệ thống cung cấp điện trên ô tô

- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các bộ phận cung cấp điện trên ô tô: ắc quy, máy phát, bộ phận nạp

ẮC QUY

2.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

Để cấp dòng điện cho máy khởi động điện khi cần khởi động động cơ

và các phụ tải khác của thiết bị điện khi máy phát điện chưa làm việc.Khi công suất của máy phát lớn hơn công suất của các phụ tải thì máyphát sẽ cung cấp năng lượng cho phụ tải và nạp điện cho ắc quy vì thế

+ Ắc quy 3 ngăn (với ắc quy 6V)

+ Ắc quy 6 ngăn (với ắc quy 12V)

CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ẮC QUY A XÍT

Vỏ bình

Bản cực

nhựa hoặc eboit

cực lồng xen kẽ với nhau, cách nhau bởi tấm cách

cực dương +1

Tấm cách

Nắp bình

Dung dịch điện phân

Nguyên lý làm việc của ắc quy

Quá trình phóng điện của ắc

Nguyên lý làm việc của ắc quy Quá trình nạp:

Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện phân

phân ly:

H2S04 => 2H+ + S04

2-Tại cực âm: Cation H+ theo dòng điện đi về

phía chùm bản cực nối với âm nguồn và tạo ra

phản ứng tại đó:

Tại cực dương: Các anion S042- chạy về phía

chùm bản cực nối với cực dương nguồn điện

tạo ra phản ứng tại đó:

Các thông số cơ bản của ắc quy

a Sức điện động

Sức điện động phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, trong thực tế

có thể xác định theo công thức thực nghiệm:

t : Nhiệt độ dung dịch lúc đo

b Hiệu điện thế của ắc quy

c Điện trở trong của ắc quy

𝑅𝑎𝑞 = 𝑅đ𝑖ệ𝑛 𝑐ự𝑐 + 𝑅𝑏ả𝑛 𝑐ự𝑐 + 𝑅𝑡ấ𝑚 𝑛𝑔ă𝑛 + 𝑅𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑑ị𝑐ℎ

điện cực và dung dịch:

+ Khi nồng độ dung dịch điện phân tăng, sự có mặt của các ion

của ắc quy khi phóng điện tăng, và khi nạp điện giảm

+ Nhiệt độ thấp, các ion dịch chuyển chậm => điện trở tăng

+ Nhiệt độ cao, các ion dịch chuyển nhanh => điện trở giảm

d Dung lượng của ắc quy

- Dung lượng phóng : là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng của ắc quy cho phụ tải :

- Dung lượng nạp: là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của ắc quy:

Đấu nối tiếp Đấu song song

Đấu hỗn hợp

ĐẶC TÍNH PHÓNG NẠP CỦA ẮC QUY

a Đặc tính phóng điện.

CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ĐIỆN ẮC QUY

 Nạp bằng dòng điện không đổi : I n =const

I  Q

=> Các ắc quy phải có dung lượng như nhau

 Nạp 2 nấc

Trong phương pháp này, đầu tiên người ta nạp ắc quy với cường độ

Khi ắc quy bắt đầu sôi, giảm xuống còn

Phương pháp nạp hai nấc đảm bảo cho ăc quy được nạp no hơn và không bị nóng

0,1. dm

0, 05. dm

Nạp bằng hiệu điện thế không dổi

Trong cách nạp này, tất cả các ắc quy được mắc song song với nguồn điện nạp và bảo dảm điện thế của nguồn nạp bằng 2,3V-2,5V tгên một ắc quy đơn với điều kiện

Bài tập:

Chọn công suất động cơ điện được sử dụng cho ô tô điện có

lăn 0,012, hệ số cản không khí 0,6Ns2/m4, diện tích mặt cản

60V/48A

Với số lượng ắc quy đó, ô tô điện hoạt động được trong thờigian bao lâu?

Muốn ô tô điện chạy được 200km thì cần bố trí tối thiểu bao

Tính chọn motor điện cho ô tô điện

Ta cần chọn công suất của động cơ điện tối thiểu như sau:

ɳ 𝑁𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 ≥ 𝑃𝑘 𝑣 Trong đó:

Nmotor: công suất của động cơ điện

Pk: lực kéo cần thiết cho ô tô, được tính toán trong môn Lý thuyết ô tô

Để ô tô chuyển động được thì:

Pf  Pf1  Pf2 =Z1.f1+Z2.f2=G.f Lực cản gió P 

P  K.F.v2 Lực quán tính của ô tô Pj

19

- Máy phát điện phải tạo ra nguồn điện áp ổn định (13,8 – 14,2)V đối với

hệ thống điện 12V và 28V với hệ thống điện 24V

- Đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các phụ tải trên xe hoạt động

- Tốc độ cực đại và cực tiểu của máy phát phải phù hợp với tốc độ củađộng cơ đốt trong

- Kích thước, trọng lượng nhỏ, tuổi bền và độ tin cậy cao, chi phí bảodưỡng thấp

1.3 Phân loại

Theo kết cấu, máy phát điện được chia thành các loại sau:

- Máy phát điện kích từ bằng nam châm vĩnh cửu, thường được sử dụngtrên các xe gắn máy

- Máy phát điện kích thích điện từ có vòng tiếp điện, sử dụng trên các ôtô

- Máy phát điện kích thích điện từ không có vòng tiếp điện, sử dụng chủyếu trên máy kéo và các xe chuyên dụng

MÁY PHÁT ĐIỆN

2 Chế độ làm việc giữa ắc quy – máy phát và phụ tải

Theo định luật Kirchhoff :

U mf = r 1 I mf + I L R L (1)

E a = r a I a + I L R L (2)

I L = I a + I mf (3)Hay r 1 I mf + 0.I a + I L R L = U mf

0.I mf + r a I a + I L R L = E a

I mf + I a - I L = 0

MÁY PHÁT ĐIỆN

Sơ đồ tính toán hệthống cung cấp điện

MÁY PHÁT ĐIỆN

a 1 1

a L

mf a

a mf

L a

L L

a 1

a L L

a

mf

U r )

E (U

R r

R )

R r

( r

E R

) R r

(

U I

MÁY PHÁT ĐIỆN

 a 1 1 a

L

1 a a

mf

L a

L 1

a a

mf 1

r.

E R

U

1 1

1

R r

0

R 0

r

0 1

1

E r

0

U 0

Trong đó:

Căn cứ vào biểu thức của các cường độ dòng điện nêu trên, ta có thể

MÁY PHÁT ĐIỆN

• Chế độ thứ nhất: Chế độ không tải

phát chạy không tải) Khi đó RL -> ∞ => IL = 0 Ở chế độ này, máy phátchủ yếu nạp cho ắc quy và dòng điện nạp phụ thuộc vào sự chênh lệchgiữa hiệu điện thế hiệu chỉnh của máy phát và sức điện động của ắc quy

• Chế độ thứ hai: Chế đô tải trung bình

và dòng nạp sẽ giảm Ở chế độ này, máy phát cung cấp điện cho hai nơi:một phần cho ắc quy và một phần cho phụ tải

• Chế độ thứ ba : Chế độ quá tải

cho máy phát

MÁY PHÁT ĐIỆN

Nguyên lý làm việc:

MÁY PHÁT ĐIỆN

3 Bộ chỉnh lưu

chiều

MÁY PHÁT ĐIỆN

- Bộ chỉnh lưu thường gồm có 6,8 hay 9 điot silic xếp thành 3 nhánh cácđiốt mắc theo sơ đồ nắn mạch cầu ba pha và nối vào các đầu ra của cáccuộn dây phần ứng trên stato Các điốt được đặt trong một khối để đảmbảo độ kín và chắc chắn, các điốt được tráng một lớp bột đặc biệt, khốichỉnh lưu được gắn vào nắp của máy phát điện bằng bulông.

MÁY PHÁT ĐIỆN

a Nắn dòng một pha nửa kỳ.

Sơ đồ nắn dòng xoay chiều 1 pha nửa kỳ sử dụng rất ít trong thực tế vìchất lượng điện áp 1 chiều sau khi nắn kém trị số hiệu dụng điện áp 1chiều thấp đồng thời còn mấp mô nhiều

MÁY PHÁT ĐIỆN

* Nguyên lý làm việc.

Sơ đồ nắn dòng nửa kỳ một pha sử dụng

điốt nắn dòng chỉ cho dòng điện đi theo

một chiều:

Ở nửa chu kỳ đầu: Dòng điện đi từ (+)

máy phát đến (+) của điốt qua phụ tải rồi

về (-) của máy phát

Ở nửa chu kỳ sau: Nhờ có điốt nên

không cho dòng điện đi qua phụ tải

b Nắn dòng cả kỳ một pha theo sơ đồ cầu.

* Sơ đồ cấu tạo

MÁY PHÁT ĐIỆN

* Nguyên lý làm việc.

Ở nửa chu kỳ đầu: Khi thế dương của máy

phát đặt vào điểm a, thế âm đặt vao điểm

b có dòng điện đi từ : (+) máy phát đến (a)

qua Đ1 qua Rt qua Đ3 về (b) rồi về (-) máy

phát

Ở nửa chu kỳ sau: Khi thế dương của máy

phát đặt vào điểm (b), thế âm của máy

phát đặt vào điểm (a) có dòng điện đi từ

(+) máy phát tới điểm (b) qua Đ2 qua Rt

qua Đ4 rồi về (a) và về (-) máy phát

d Nắn dòng 3 pha cả kỳ.

Sơ đồ này được dùng rất phổ biến trên tất

cả các ôtô, máy kéo hiện nay Ưu điểm

của nó là điện áp một chiều sau khi nắn

có trị số hiệu dụng lớn và tần số nhấp

nháy cao và gần với đường thẳng hơn.

* Nguyên lý làm việc.

- Khi a là dương nhất, b là âm nhất: Có

dòng điện đi từ (a) qua Đ1 qua Rt về Đ5

rồi về b rồi về (-) của a.

- Sau 120 độ thì b dương nhất, c là âm

nhất: Có dòng diện đi từ (b) qua Đ2 qua

Rt qua Đ6 rồi về c rồi về (-) của (b).

- Sau 120độ thì (c) là dương nhất, a là âm

nhất: Có dòng điện đi từ (c ) qua Đ3 qua

Rt qua Đ4 rồi về a rồi về (-) của c.

MÁY PHÁT ĐIỆN

Quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện trên dây và pha là:

MÁY PHÁT ĐIỆN

Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

MÁY PHÁT ĐIỆN

4 Bộ điều chỉnh điện (Bộ tiết chế)

- Điện áp của máy phát phụ thuộc vào tốc độ quay của trục khuỷu Trong quá trình làm việc của ôtô tốc độ quay của trục khuỷu luôn thay đổi bởi nhiều lý do khác nhau => Chính vì thế làm cho điện áp thay đổi, nên

không được ổn định

các phụ tải trên ôtô đều làm việc nên dòng cung cấp phải lớn, có lúc ít tải làm việc Ngoài ra hệ thống điện trên Ôtô thường xảy ra sự cố như chạm chập

một phạm vi nào đó không vượt quá giá trị quy định

MÁY PHÁT ĐIỆN

NGUYÊN LÝ CHUNG ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG ĐIỆN ÁP.

Khi làm việc điện áp máy phát phát ra có giá trị:

MÁY PHÁT ĐIỆN

Vì vậy muốn thay đổi điện áp phát ra của máy phát người ta tìm cáchthay đổi dòng kích từ Đó chính là nguyên lý chung điều chỉnh tự động

MÁY PHÁT ĐIỆN

Bài tập:

lăn 0,012, hệ số cản không khí 0,3Ns2/m4, diện tích mặt cản

48V/48A

biết ô tô sử dụng ắc quy GS có thông số 12V/60Ah Với sốlượng ắc quy đó, ô tô điện đi được bao nhiêu km?