Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phát đa điện áp

v TÓM TẮT Khi hệ thống điện trên xe ngày càng trở nên phức tạp hơn, một máy phát điện với bộ tiết chế thông thường là không đủ cung cấp năng lượng cho nhu cầu sử dụng tải điện trên xe..

v

TÓM TẮT

Khi hệ thống điện trên xe ngày càng trở nên phức tạp hơn, một máy phát điện với bộ tiết chế thông thường là không đủ cung cấp năng lượng cho nhu cầu sử dụng tải điện trên xe Vì lý do này, các nhà sản xuất ô tô đã tích hợp một bộ điều khiển máy phát thông minh vào hệ thống cung cấp điện Với hệ thống thông minh này điện áp máy phát được điều khiển bởi hộp điều khiển động cơ và có giá trị thay đổi khác nhau tương ứng với tình trạng accu và hoạt động của tải điện trên xe

Theo xu hướng phát triển đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phát đa điện áp” cũng nhằm vào giải quyết vấn đề nguồn năng lượng trên xe Đề tài khái quát một hệ thống cung cấp điện mới với máy phát điện được điều khiển bởi một bộ tiết chế thông minh bên ngoài Bộ tiết chế sẽ đo dòng điện, điện áp để chuẩn đoán tình trạng dung lượng và chất lượng accu Dựa vào thông số này nó sẽ tính toán điện áp nạp accu theo những giá trị thay đổi khác nhau để tối ưu hiệu quả nạp, tránh được hiện tượng cạn dung dịch axit do bay hơi khi accu no so với phương pháp nạp truyền thống hiện nay với điện áp không đổi

Đề tài nghiên cứu cũng đưa ra phương pháp chuẩn đoán đánh giá tình trạng accu Theo dỗi accu trong lúc nạp và phóng điện, cũng như có bộ phận hiển thị và cảnh báo giúp tài xe chủ động hơn trong việc sử dụng năng lượng điện accu khi dừng xe tắt động cơ nhằm đảm bảo đủ năng lượng điện cho lần khởi động tiếp theo Kết quả thử nghiệm cho thấy máy phát đa điện áp hoạt động tốt, điện áp thay đổi đúng như nguyên lý thiết kế ứng với trạng thái dung lượng accu khác nhau và điện áp vẫn ổn định như bộ tiết chế truyền thống khi tốc độ thay đổi

vi

ABSTRACT

While automotive electrical system become more and more complicated day after day, a generator with a traditional regulator can not supply enough energy to all the vehicle loads Thus, Automotive manufacturers have been combined an intelligent generator controller on the charging system With this system, Output voltage from the generator is controlled by the ECM with the value that variable follow the battery condition and vehicle electrical loads

The trend of this topic “Research and create a variable voltage generator” is focus on handling the problem of vehicle energy supplying This topic make a general example of new charging system with a generator controlled by an outside intelligent regulator This regulator will measure the current, voltage to inspect the durability of the battery Using this potential, it will calculate the charging voltage for the battery with different optimized values that give the good charge efficiency and avoid the spraying of battery liquid make it exhausted when the battery is fully charged

This topic determine a method of inspecting the battery status Follow the battery when it’s charging and discharging, this system has an indicator to show the status and warm the driver about using the battery energy That helps the battery has enough energy for the next start

The result of tests show that variable voltage generator operate well, the voltage change follow the designed fundamental exactly and suitable with different battery capacity status and the output voltage stills stable as the traditional regulator when engine speed changes

vii

MỤC LỤC

NỘI DUNG TRANG TRANG TỰA

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM TẠ iv

TÓM TẮT v

MỤC LỤC vii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x

DANH SÁCH CÁC HÌNH xi

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Lý do chọn đề tài 2

1.3 Mục đích của đề tài 5

1.4 Đối tượng và giới hạn của đề tài 5

1.5 Phương pháp nghiên cứu 6

1.6 Nội dung nghiên cứu 6

Chương 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 7

2.1 Khái quát hệ thống cung cấp điện trên ô tô 7

2.1.1 Nhiệm vụ 7

2.1.2 Yêu cầu 7

2.1.3 Những thông số cơ bản của hệ thống cung cấp điện 8

2.1.4 Sơ đồ tồng quát, sơ đồ cung cấp điện và phân bố tải 9

2.1.5 Chế độ làm việc giữa Accu – máy phát và sự phân bố tải 11

viii

2.2 Accu 13

2.2.1 Nhiệm vụ và phân loại accu trên ô tô 13

2.2.2 Cấu tạo và quá trình điện hóa của accu axit – chì 14

2.2.3 Các thông số và đặc tính của accu axit – chì 18

2.2.4 Các phương pháp nạp điện cho accu 26

2.2.5 Bố trí và chọn accu 29

2.3 Máy phát điện 29

2.3.1 Phân loại 29

2.3.2 Đặc điểm cấu tạo 29

2.3.3 Hoạt động của bộ chinh lưu 38

2.3.4 Đặc tính của máy phát điện 44

2.4 Bộ điều chỉnh điện áp (bộ tiết chế) 47

2.4.1 Cơ sở lý thuyết điều chỉnh điện áp trên ôtô và phương pháp điều chỉnh 47

2.4.2 Lý thuyết điều chỉnh gián đoạn 51

2.4.3 Các bộ tiết chế tiêu biểu 56

Chương 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHÁT ĐA ĐIỆN ÁP 74

3.1 Nghiên cứu đề xuất nguyên lí, kết cấu của máy phát đa điện áp 74

3.1.1 Nguyên lý cấu tạo máy phát đa điện áp 74

3.1.2 Sơ đồ cấu trúc bộ tiết chế cho máy phát đa điện áp 78

3.2 Tính toán các thông số 81

3.2.1 Tính toán xác định dòng điện I 81

3.2.2 Tính toán xác định hiệu điện thế U 82

3.2.3 Tính toán trạng thái sạc accu SoC 83

3.2.4 Tính toán tuổi thọ của accu SoH 84

3.3 Thiết kế chế tạo bộ tiết chế cho máy phát đa điện áp 85

3.3.1 Chọn vi điều khiển 85

3.3.2 Thiết kế mạch cấp nguồn 88

3.3.3 Mạch khuếch đại điện áp điện trở shunt 89

ix

3.3.4 Mạch nhận tín hiệu chân P máy phát 89

3.3.5 Mạch điều khiển trung tâm 90

3.3.6 Mạch giao tiếp máy tính 91

3.3.7 Bộ tiết chế 91

3.4 Thuật toán điều khiển máy phát đa điện áp 92

3.4.1 Nguyên lý thay đổi điện áp, hoạt động mạch tiết chế 92

3.4.2 Lưu đồ thuật toán 94

3.4.3 Nguyên lý ổn định điện áp mạch tiết chế 96

3.5 Sơ đồ mạch điện cho hệ thống sạc accu 97

Chương 4: THỬ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐA ĐIỆN ÁP 99

4.1 Phương pháp thử nghiệm 99

4.2 Thực nghiệm mô hình và đánh giá kết quả .103

4.2.1 Kiểm tra hoạt động ổn áp của bộ tiết chế máy phát .103

4.2.2 Kiểm tra phương pháp tính SoC, SoH .104

4.2.3 Kiểm tra chế độ hoạt động thay đổi điện áp của máy phát .106

Chương 5: KẾT LUẬN .107

5.1 Kết quả đạt được của đề tài .107

5.2 Hạn chế của đề tài .107

5.3 Hướng phát triển của đề tài .108

TÀI LIỆU THAM KHẢO .109

x

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ADAC: Allgemeiner Deutscher Automobil-Club

ADC: Analog-to-Digital Converter

CAN: Controller Area Network

CISC: Complex Instruction Set Computer

DC: Direct Current

ECU: Electronic Control Unit

IBS: Intelligent Battery Sensor

IG: Ignition Switch

LCD: Liquid Crystal Display

LIN: Local Interconnect Network

PCM: Powertrain Control Module

PWM: Pulse-Width Modulation

SAE: Society of Automotive Engineers

SoC: State - of - Charge

SoF: State - of - Function

SoH: State - of - Health

OCV: Open - Circuit Voltage

xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 1.1: Biểu đồ thống kê sự cố xe do hệ thống điện của ADAC 2002 3

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sạc mới 4

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát 9

Hình 2.2: Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô 10

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán hệ thống cung cấp điện 11

Hình 2.4: Cấu tạo bình accu axit 14

Hình 2.5a: Cấu tạo khối bản cực 15

Hình 2.5b: Cấu tạo tấm bản cực 15

Hình 2.6: Cấu tạo chi tiết bản cực 16

Hình 2.7: Hoạt động phóng nạp của accu 18

Hình2.8 : Đặc tuyến phóng - nạp của accu axit 21

Hình 2.9: Sự phụ thuộc của dung lượng accu vào dòng phóng 23

Hình 2.10: Đặc tuyến phóng của accu axit ở những nhiệt độ khác nhau 24

Hình 2.11: Đặc tuyến Volt – Ampere của accu 24

Hình 2.12: Chế độ phóng nạp của accu trên xe 25

Hình 2.13: Nạp bằng hiệu điện thế không đổi 27

Hình 2.14: Sơ đồ nạp accu với dòng không đổi 27

Hình 2.15: Nạp 2 nấc 28

Hình 2.16: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ 30

Hình 2.17: Các kiểu đấu dây 30

Hình 2.18: Stator của máy phát điện xoay chiều 31

xii

Hình 2.19: Rotor máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ có vòng tiếp

điểm 31

Hình 2.20: Hình dạng bên ngoài máy phát xoay chiều 32

Hình 2.21: Máy phát loại có bơm chân không 33

Hình 2.22: Sơ đồ máy phát xoay chiều không chổi than và sự thay đổi từ thông 34

Hình 2.23: Kết cấu máy phát kích thích một phía 36

Hình 2.24: Kết cấu máy phát kích thích hai phía 36

Hình 2.25: Cấu tạo máy phát xoay chiều không chổi than 37

Hình 2.26: Hình dạng của bên ngoài của bộ chỉnh lưu 38

Hình 2.27a: Bộ chỉnh lưu 6 diode 39

Hình 2.27b: Bộ chỉnh lưu 8 diode 39

Hình 2.27c: Bộ chỉnh lưu 14 diode 40

Hình 2.28: Sơ đồ chỉnh lưu máy phát 3 pha và điện áp sau khi đã chỉnh lưu 41

Hình 2.29a: Đặc tuyến không tải ứng với số vòng quay khác nhau 45

Hình 2.29b: Đặc tuyến ngoài ứng với số vòng quay khác nhau 45

Hình 2.30: Đặc tuyến tải theo số vòng quay 46

Hình 2.31: Đặc tuyến từ và hiệu điện thế máy phát phụ thuộc vào dòng kích 48

Hình 2.32: Đặc tính hiệu chỉnh điện thế của máy phát 50

Hình 2.33: Hình dạng bên ngoài và Sơ đồ nguyên lý tiết chế loại rung 56

Hình 2.34: Hoạt động của tiếp điểm trong tiết chế 58

Hình 2.35: Sơ đồ tiết chế với cuộn gia tốc 59

Hình 2.36: Sơ đồ tiết chế với cuộn cân bằng và điện trở cân bằng 61

Hình 2.37: Sơ đồ và đặc tuyến làm việc của tiết chế 2 nấc 64

Hình 2.38: Hình dạng bên ngoài của tiết chế loại bán dẫn 65

Hình 2.39: Sơ đồ tiết chế bán dẫn loại dùng transistor PNP 66

Hình 2.40: Sơ đồ tiết chế dùng transistor NPN 69

Hình 2.41a: Sơ đồ tiết chế vi mạch xe Nhật kiểu A 70

Hình 2.41b: Sơ đồ tiết chế vi mạch kiểu M 71

Hình 2.42: Sơ đồ tiết chế PP350 72

xiii

Hình 2.43: Sơ đồ tiết chế vi mạch xe KAMAZ 72

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện xe BMW 75

Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống điện 75

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý máy phát 76

Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc mạch tiết chế 79

Hình 3.5: Sơ đồ chân tổng quát bộ tiết chế 80

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý đo dòng điện I 81

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý đo hiệu điện thế U 82

Hình 3.8: Sơ đồ khối ATmega32 87

Hình 3.9: Sơ đồ chân Atmega32 88

Hình 3.10: Sơ đồ mạch cấp nguồn 89

Hình 3.11: Mạch khuếch đại điện áp điện trở shunt 89

Hình 3.12: Mạch nhận tín hiệu chân P máy phát 90

Hình 3.13: Mạch điều khiển trung tâm 90

Hình 3.14: Sơ đồ mạch giao tiếp máy tính 91

Hình 3.15: Sơ đồ mạch in bộ tiết chế 92

Hình 3.16: Bộ tiết chế máy phát đa điện áp sau khi chế tạo 92

Hình 3.17: Hai tín hiệu xung khác nhau với 80% PWM và 50% PWM 96

Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý ổn định điện áp bộ tiết chế 96

Hình 3.19: Sơ đồ mạch điện cho hệ thống sạc 97

Hình 4.1: Máy phát điện thử nghiệm 100

Hình 4.2: Sơ đồ thử nghiệm máy phát đa điện áp .100

Hình 4.3: Hoạt động bộ hiển thị LCD .101

Hình 4.4: Mô hình thử nghiệm máy phát điện .103

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý kiểm tra SoC, SoH .104

xiv

DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG TRANG

Bảng 3.1: Mối quan hệ giữa điện áp OCV và dung lượng accu 83

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật máy phát điện 99

Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật accu .102

Bảng 4.3: Thông số thử nghiệm chế độ ổn áp máy phát .103

Bảng 4.4: Thông số kiểm tra đánh giá SoC .105

Bảng 4.5: Thông số thử nghiệm chế độ hoạt động máy phát .106

Những phát triển gần đây trên ô tô chủ yếu liên quan đến phần điện Trên một chiếc ô tô hiện đại, phần điện chiếm một phần đáng kể trong giá trị tổng thành của

nó Hệ thống điên và điện tử can thiệp vào gần như tất cả các hệ thống trên một chiếc xe, từ hệ thống đơn giản có từ lâu đời như khởi động, đánh lửa đến những hệ thống mới được nghiên cứu ứng dụng như hệ thống bảo đảm an toàn cho người sử dụng túi khí, phanh điện, hỗ trợ lái xe, treo điện, thiết bị chỉ dẫn vệ tinh và các hệ thống tiện nghi như điều hòa, âm thanh, hệ thống giải trí đa phương tiện Sẽ dần trở thành những trang bị tiêu chuẩn cho bất kỳ một chiếc ôtô nào Đặc biệt gần đây

là sự phát triển của xe hydrid, hệ thống start-stop hay hệ thống kiểm soát máy phát thông minh yêu cầu biết được tình trạng accu

Sự gia tăng số lượng tải điện trên xe ngày nay là một thách thức đối với hệ thống cung cấp điện đặc biệt là accu Một hệ thống sạc thông minh hay máy phát đa điện áp là yêu cầu cần thiết cho chiếc xe, tùy thuộc vào tình trạng của accu và tải điện đang hoạt động trên xe mà điện áp phát ra từ máy phát có thể thay đổi cao hay thấp khác nhau trong một giới hạn nhất định để đảm bảo cho accu được nạp điện một cách tốt hơn nhằm tăng tuổi thọ, hạn chế hiện tưởng sôi nước accu khi nạp no làm cạn dung dịch điện phân mà ở hệ thống sạc truyền thống trước đó còn tồn tại

2

Ngoài ra hệ thống sạc thông minh cũng phải đảm bảo được chức năng cơ bản của nó là đảm bảo cung cấp một nguồn điện đầy đủ ổn định cho tải điện trên xe trong suốt thời gian hoạt động và cả khi động cơ đã dừng Khả năng tự chuẩn đoán

hư hỏng, kiểm soát tình trạng của accu, cung cấp thông tin cần thiết một cách nhanh chóng và chính xác cho các hệ thống khác như hệ thống start-stop trên xe hiện đại, hạn chế sự cố xe do accu hết điện, cũng như chức năng cảnh báo, hoạt động ở chế

độ dự phòng khi có bất kỳ lỗi nào xảy ra ở hệ thống cung cấp điện

4.2 Lý do chọn đề tài

Khoa học kỹ thuật trên thế giới nói chung ngày nay phát triển rất nhanh Nhiều

đề tài nghiên cứu giữa các nhà khoa học, các kỹ sư ô tô và các công ty cung cấp linh kiện phụ tùng kết hợp với các nhà sản ô tô để tạo ra một hệ thống sạc thông minh nhằm tối ưu hiệu quả sạc accu tăng tuổi thọ, dự báo được tình trạng accu hạn chế hư hỏng do accu phóng hết điện hay hệ thống sạc gặp sự cố Cũng như tối ưu hóa việc

sử dụng năng lượng điện trên xe giữa năng lượng cung cấp từ máy phát và accu với năng lượng tiệu thụ từ các trang thiết bị tải điện trên xe

Theo Dave Hobbs đăng trên tập chí motormagazine online tháng 4 năm 2010 về một hệ thống sạc thống minh “Smart charging system” của GM bao gồm một accu, một máy phát điện xoay chiều 3 pha được động cơ dẫn động và một vài module giám sát điều kiển điều chỉnh điện áp Bộ điều chỉnh điện áp sử dụng thông tin từ cảm biến accu để xác định trạng thái accu tính toán điện áp hệ thống cần thiết cung cấp cho tối ưu hiệu quả sạc accu có thể 13V hay thấp hơn khi accu đầy, hay 14,8V đến 15,5V khi accu phóng điện nhiều cần nạp nhanh Phụ thuộc vào model xe và năm sản xuất mà điện đầu ra máy phát thay đổi khác nhau theo những chế độ sạc

Và khi có bất kỳ sự cố lỗi nào xảy ra như hở mạch hay mất thông tin từ cảm biến accu thì mật định điện áp đầu ra máy phát là 13,8V đồng thời lỗi được set trong module điều khiển

Theo Andreas Heim của BMW đăng trên tạp chí SAE tháng 10 năm 2006 về hệ thống quản lý năng lượng trên xe với cảm biến accu thông minh “Intelligent battery

3

sensor” có trên những dòng xe BMW mới series 5 và 7 Trong một xe hiện đại 90%

sự đổi mới là xoay quanh hệ thống điện, năm 2002 với hơn 70 bộ điều khiển khác nhau thực hiện trên 2000 chức năng Ngoài ra để giảm ô nhiễm và tiêu hao nhiên liệu tốc độ cầm chừng động cơ đốt trong đã giảm xuống, kết quả giảm công suất đầu ra máy phát điện ở tốc độ cầm chừng làm cho accu phóng điện dẫn đến sự cố accu hết điện Hình 1.1 (Nguồn: Theo Andreas Heim, The intelligent battery sensor, ADAC 2002) thể hiện thống kê của câu lạc bộ ô tô Đức ADAC năm 2002 về sự cố

xe do hệ thống điện chủ yếu là do accu Vì vậy quản lý năng lượng và trạng thái accu là quan trọng tại mọi thời điểm

Hình 4.4: Biểu đồ thống kê sự cố xe do hệ thống điện của ADAC 2002

Accu như là một nguồn năng lượng dự trữ trên xe và nó được giám sát bởi hệ thống quản lý năng lượng, hệ thống đảm bảo cân bằng giữa năng lượng được tạo ra ở máy phát điện, accu và tải điện yêu cầu, đảm bảo xe khởi động được trong mọi thời điểm Thông qua IBS tình trạng accu được xác định một cách chính xác và liên tục sau đó ECU dựa vào thông tin này tính toán điện áp tối ưu điều khiển máy phát điện thông qua đòng kích từ, tăng tốc độ cầm chừng hay ngắt bớt các phụ tải điện đảm bảo accu được nạp no và không phóng hết điện

Gần đây hơn, tháng 4 năm 2011 Ford cũng nghiên cứu phát triển điều khiển máy phát điện trên xe với bộ sạc thông minh “Smart charger” Theo Pete khi hệ thống điện trở nên phức tạp, một bộ tiết chế đơn giản là không đáp ứng đủ nhu cầu điện Vì lý do đó một vài nhà sản xuất ô tô như Ford, Mazda, Peugeot phải tích hợp

4

một bồ điều khiển máy phát thông minh vào hệ thống sạc Trong khi ở máy phát truyền thống, điện áp phát ra cố định và được tiết chế điều khiển Nhiệm vụ này trong hệ thống sạc mới được giao cho module điều khiển động cơ

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sạc mới Với hệ thống sạc thông minh này dòng điện sạc accu được tối ưu tính toán từ module điều khiển động cơ và thay đổi điện áp phát ra theo tình trạng điện áp của accu Đúng với tên gọi thông minh hệ thống nhận biết được lúc động cơ khởi động

và ngắt dòng kích từ không cho máy phát hoạt động để giảm momen xoắn kéo động

cơ Ở tốc độ cầm chừng thấp mà tải điện lớn PCM sẽ tăng tốc độ cầm chừng lên một ít để tăng công suất đầu ra ở máy phát điện hoặc ngắt bớt các tải điện như hệ thống sưởi, điều hòa đảm bảo cho bình được nạp mà không phải phóng điện Cũng như ở các model xe khác hệ thống cũng có khả năng tự chuẩn đoán và hoạt động dư phòng Khi phát hiện có lỗi xảy ra thì điện áp sạc 13,5V được cố định đảm bảo dòng điện cung cấp cho các hệ thống trên xe

Để tối ưu quá trình sạc, giám sát tình trạng accu, quản lý hệ thống cung cấp năng lượng thông qua ECU thì các nhà sản xuất ô tô nỗi tiếng ở châu âu như Mercedes, Audi, Posche và các hãng mới phát triển gần đây như Hyundai cũng đã nghiên cứu, áp dụng hệ thống sạc thông minh hay máy phát đa điện áp trên các mẫu

xe cao cấp của họ

5

Tình hình nghiên cứu trong nước về hệ thống cung cấp điện trên ô tô về máy phát điện, mạch tiết chế thì có nhiều đề tài thực hiện và thử nghiệm thành công Nhưng một hệ thống điện thông minh, một máy phát đa điện áp thì vẫn còn mới chưa có nhiều công trình được thực hiện chỉ là đang trong giai đoạn tìm hiểu và phát triển ở các trường đại học

Vì vậy, với tinh thần nghiên cứu học hỏi cùng với được sự hướng dẫn của Thầy PGS-TS Đỗ Văn Dũng học viên đã quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phát đa điện áp” nhằm giám sát cảnh báo tình trạng accu phóng điện, cải tiến hiệu quả sạc hiện tại một cách tốt hơn hạn chế hiện tượng nước khi accu no kéo dài thêm tuổi thọ Đề tài nghiên cứu cũng khái quát ra một hệ thống cung cấp điện mới trên ô tô làm cơ sở nền tản để phát triển vấn đề cân bằng năng lượng đáp ứng nhu cầu xã hội và theo kịp thế giới, góp phần phục vụ cho nhiều dự

án nghiên cứu tiếp theo được hoàn thiện hơn

4.3 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu khái quát hệ thống cung cấp điện trên ô tô

- Cải tiến hệ thống cung cấp điện trên xe giám sát tình trạng accu dựa vào thông số dòng điện và điện áp sạc tính toán điện áp sạc tối ưu nhằm cải thiện hiệu quả sạc accu hiện tại, khắc phục hiện tượng cạn dung dịch điện phân, đảm bảo accu được nạp no không phóng hết điện

- Dùng vi điều khiển chế tạo bộ tiết chế thông minh điều khiển dòng kích từ cho máy phát điện hiện tại

- Thử nghiệm mô hình máy phát đa điện áp và đánh giá kết quả

4.4 Đối tượng và giới hạn của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu: Máy phát điện trên ô tô và bộ tiết chế

- Giới hạn đề tài: Đề tài chỉ tập trung vào hệ thống cung cấp điện trên những dòng xe ô tô du lịch đang lưu hành tại thị trường việt nam, chủ yếu là dùng vi điều khiển để thiết kế chế tạo tiết chế thông minh của máy phát điện có sẵn trên ô tô với điện áp phát ra thay đổi trong một dãy giới hạn nhất định tùy theo chế độ làm việc được tính toán lập trình trước

6

- Đề tài không đi vào nghiên cứu hệ thống cung cấp điện trên xe điện, xe hydrid và những hệ thống khác trên xe

4.5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tham khảo tài liệu

- Phương pháp tham khảo ý kiến

- Phương pháp tính toán

- Phương pháp lập trình vi điều khiển

- Phương pháp thực nghiệm

4.6 Nội dung nghiên cứu

- Hệ thống cung cấp điện trên ô tô

- Phân tích chế độ làm việc giữa máy phát, accu và sự phân bố tải

- Tìm hiểu về accu và chế độ nạp

- Nghiên cứu đề xuất nguyên lý, kết cấu máy phát đa điện áp

- Thiết kế chế tạo mạch tiết chế cho máy phát

- Thực nghiệm máy phát đa điện áp và đánh giá kết quả

7

Chương 2

CƠ SỞ LÍ THUYẾT

2.1 Khái quát hệ thống cung cấp điện trên ô tô

Nguồn điện trên ô tô là nguồn điện một chiều được cung cấp bởi accu, nếu động cơ chưa làm việc, hoặc bởi máy phát điện nếu động cơ đã làm việc Để tiết kiệm dây dẫn, thuận tiện khi lắp đặt sửa chữa… trên đa số các xe, người ta sử dụng thân sườn

xe (car body) làm dây dẫn chung (single wire system) Vì vậy, hệ thống điện trên ô

tô được gọi là hệ thống điện một dây, đầu âm của nguồn điện được nối trực tiếp ra thân xe

Để cung cấp năng lượng cho các phụ tải trên ô tô, cần phải có bộ phận tạo ra năng lượng điện Nguồn năng lượng này được tạo ra từ máy phát điện trên ô tô Khi động

cơ hoạt động, máy phát cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho accu Để bảo đảm toàn bộ hệ thống hoạt động một cách hiệu quả, an toàn, năng lượng đầu ra của máy phát và năng lượng yêu cầu cho các tải điện phải thích hợp với nhau

Yêu cầu đặt ra cho máy phát phụ thuộc vào kiểu và cấu trúc máy phát lắp trên xe, được xác định bởi việc cung cấp năng lượng điện cho các tải điện và accu Có hai loại máy phát: máy phát một chiều (Generator) và máy phát điện xoay chiều (Alternator) Các máy phát một chiều được sử dụng trên xe thế hệ cũ Hiện nay đa

số các máy phát trên ô tô là máy phát xoay chiều

2.1.1 Nhiệm vụ

Máy phát điện xoay chiều là một ngồn năng lượng chính trên ô tô Nó có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho accu trên ô tô Nguồn điện phải bảo đảm một hiệu điện áp ổn định ở mọi chế độ phụ tải và thích ứng với mọi điều kiện môi trường làm việc

2.1.2 Yêu cầu

8

Máy phát phải luôn tạo ra một hiệu điện áp ổn định (13,8V – 14,2V đối với hệ thống điện 14V) trong mọi chế độ làm việc của phụ tải Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp và tuổi thọ cao Máy phát cũng phải có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những vùng có nhiều bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung động lớn Việc duy tu và bảo dưỡng càng ít càng tốt

2.1.3 Những thông số cơ bản của hệ thống cung cấp điện

Hiệu điện áp định mức: Phải bảo đảm Uđm 14V đối với những xe sử dụng hệ

thống điện 12V, Uđm 28V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 24V

Công suất máy phát: Phải đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các tải điện trên

xe hoạt động Thông thường, công suất của các máy phát trên ô tô hiện nay vào khoảng P mf  700  1500 W Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp

A

Imax 70140Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát: nmax,nminphụ thuộc vào tốc độ

của động cơ đốt trong

xin

nmin  i

Trong đó: i – tỉ số truyền

i

n - tốc độ cầm chừng của động cơ

i = 1,5 – 3 Hiện nay trên xe đời mới sử dụng máy phát cao tốc nên tỉ số truyền i cao hơn Nhiệt độ cực đại của máy phát 0

9

2.1.4 Sơ đồ tồng quát, sơ đồ cung cấp điện và phân bố tải

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát

 Sơ đồ các tải công suất điện trên ôtô

Các loại phụ tải điện trên ôtô được mắc song song qua cầu chì và có thể được chia làm 3 loại:

 Tải thường trực: là những phụ tải liên tục hoạt động khi xe đang chạy

 Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian dài

 Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian ngắn

Ngoài ra, người ta cũng phân biệt phụ tải điện trên ô tô theo công suất, điện áp làm việc Trên hình 2.2 trình bày sơ đồ phụ tải điện trên ôtô hiện đại

HT chiếu sáng

HT gạt &

xông kính

HT tín hiệu

HT điều hòa không khí

HT khóa cửa

& bảo vệ xe

HT ĐK phanh

HT khoá đai an toàn & ĐK túi khí

HT giải trí trong xe

HT thông tin

10 Hình 2.2: Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô

ACCU MÁY PHÁT

Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian dài Tải thường trực Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian ngắn

Đèn trần 5W Motor gạt

nước 60 - 90W Đèn kích

thước 4x10W Motor điều

khiển kính

4 x 30W

Khởi động điện

800 - 3000W Đèn đậu

động cơ

2 x 100W

Quạt điều hoà nhiệt độ

2 x 80W

Đèn cốt

4 x 55W

Xông kính 120W

Mồi thuốc 100W Đèn pha

máy (động cơ diesel) 100W

Đèn soi biển

số 2 x 5W

Motor phun nước rửa kính 30-60W

Motor điều khiển anten 60W Còi 25 - 40W

11

2.1.5 Chế độ làm việc giữa Accu – máy phát và sự phân bố tải

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán hệ thống cung cấp điện

Sự phân bố tải giữa máy phát và accu được thể hiện trên hình 2.3

Theo định luật Kirchhoff ta có thể viết:

Umf = r1.Imf + IL.RL

Ea = ra.Ia + IL.RL

IL = Ia + Imf Hay r1.Imf + 0.Ia + IL.RL = Umf

L a

L 1

L a a

L mf

E R R r U

1 1 1

R r 0

R 0 r

1 1 0

R r E

R 0 U

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

12

Trong đó: Imf : dòng điện máy phát

Ea,ra : sức điện động và điện trở trong của accu

RL : điện trở tương đương các phụ tải điện

IL : dòng điện qua các phụ tải

Ia : dòng điện nạp vào accu

r1 : điện trở các cuộn dây máy phát và dây dẫn

Căn cứ vào biểu thức của các cường độ dòng điện nêu trên, ta có thể chia sự phân tải giữa máy phát và accu làm ba chế độ:

 Chế độ thứ nhất: đây là chế độ không tải ứng với trường hợp không mắc điện trở ngoài (máy phát chạy không tải) Khi đó RL    IL = 0 Ở chế

độ này, máy phát chủ yếu nạp cho accu và dòng điện nạp phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa hiệu điện thế hiệu chỉnh của máy phát và sức điện động của accu

1

rr

EUI

a

a mf

UEI

a

mf a

L a mf

L a

L mf

r E R E U R

r

U r

R E

r U r

I

.

1 1 1 0

1 0

1 1

1 1

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 r

13

 Chế độ thứ hai: là chế độ tải trung bình Khi các phụ tải điện đang hoạt động có điện trở tương đương RL < , sao cho IL < Imf, máy phát sẽ đảm nhận nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải này và dòng nạp sẽ giảm Ở chế độ này, máy phát cung cấp điện cho hai nơi: một phần cho accu và một phần cho phụ tải

Khi điện trở tương đương của các phụ tải đạt giá trị thì dòng nạp bằng không

 Chế độ thứ ba: là chế độ quá tải xảy ra trong trường hợp mở quá nhiều phụ tải Khi đó RL  0 Nếu điện trở tương đương của các phụ tải điện đang làm việc RL < (Ea.r1)/(Umf - Ea), accu bắt đầu phóng điện, hỗ trợ một phần điện năng cho máy phát

2.2 Accu

2.2.1 Nhiệm vụ và phân loại accu trên ô tô

a Nhiệm vụ

Accu trong ô tô thường được gọi là accu khởi động để phân biệt với loại accu

sử dụng ở các lãnh vực khác Accu khởi động trong hệ thống điện thực hiện chức năng của một thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại Đa số accu khởi động là loại accu chì – axit Đặc điểm của loại accu nêu trên là có thể tạo ra dòng điện có cường độ lớn, trong khoảng thời gian ngắn (510s), có khả năng cung cấp dòng điện lớn (200800A) mà độ sụt thế bên trong nhỏ, thích hợp để cung cấp điện cho máy khởi động để khởi động động cơ

Accu khởi động còn cung cấp điện cho các tải điện quan trọng khác trong hệ thống điện, cung cấp từng phần hoặc toàn bộ trong trường hợp động cơ chưa làm việc hoặc đã làm việc mà máy phát điện chưa phát đủ công suất (động cơ đang làm việc ở chế độ số vòng quay thấp): cung cấp điện cho đèn đậu (parking lights), radio cassette, CD, các bộ nhớ (đồng hồ, hộp điều khiển…), hệ thống báo động…

a mf

a

rER



 1

14

Ngoài ra, accu còn đóng vai trò bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện

ô tô khi điện áp máy phát dao động

Điện áp cung cấp của accu là 12V hoặc 24V Điện áp accu thường là 12V đối với xe du lịch hoặc 24V cho xe tải Muốn điện áp cao hơn ta đấu nối tiếp các accu 12V lại với nhau

b Phân loại

Trên ôtô có thể sử dụng hai loại accu để khởi động: accu axit và accu kiềm Nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là accu axit, vì so với accu kiềm nó có sức điện động của mỗi cặp bản cực cao hơn, có điện trở trong nhỏ và đảm bảo chế

độ khởi động tốt, mặc dù accu kiềm cũng có khá nhiều ưu điểm

2.2.2 Cấu tạo và quá trình điện hóa của accu axit – chì

do gọi là các đầu cực của accu Dung dịch điện phân trong accu là axit sunfuric,

15

được chứa trong từng ngăn theo mức qui định thường không ngập các bản cực quá

10  15 mm

Vỏ accu được chế tạo bằng các loại nhựa ebônit hoặc cao su cứng, có độ bền

và khả năng chịu được axit cao Bên trong vỏ được ngăn thành các khoang riêng biệt, ở đáy có sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống (giữa đáy bình và khối bản cực) nhằm chống việc chập mạch do chất tác dụng rơi xuống đáy trong quá trình sử dụng

Khung của các tấm bản cực được chế tạo bằng hợp kim chì – stibi (Sb) với thành phần 87  95% Pb + 5 13% Sb Các lưới của bản cực dương được chế tạo từ hợp kim Pb-Sb có pha thêm 1,3%Sb + 0,2% Kali và được phủ bởi lớp bột dioxit chì Pb02 ở dạng xốp tạo thành bản cực dương Các lưới của bản cực âm có pha 0,2% Ca + 0,1% Cu và được phủ bởi bột chì Tấm ngăn giữa hai bản cực làm bằng nhựa PVC và sợi thủy tinh có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm, nhưng cho axit đi qua được

Hình 2.5: a Cấu tạo khối bản cực

b Cấu tạo tấm bản cực Dung dịch điện phân là dung dịch axid sulfuric H2SO4 có nồng độ 1,22  1,27 g/cm3, hoặc 1,29 1,31g/cm3 nếu ở vùng khí hậu lạnh Nồng độ dung dịch quá cao

sẽ làm hỏng nhanh các tấm ngăn, rụng bản cực, các bản cực dễ bị sunfat hóa, khiến tuổi thọ của accu giảm Nồng độ quá thấp làm điện thế accu giảm

16

Hình 2.6: Cấu tạo chi tiết bản cực

1 Bản cực âm; 2 Bản cực dương; 3 Vấu cực; 4 Khối bản cực âm;

5 Khối bản cực dương

b Các quá trình điện hóa trong accu

Trong accu thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch đặc trưng là quá trình nạp và phóng điện, và được thể hiện dưới dạng phương trình sau:

PbO2 + Pb + 2H2SO4  2PbSO4 + 2H2O Trong quá trình phóng điện, hai bản cực từ PbO2 và Pb biến thành PbSO4 Như vậy khi phóng điện, axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfat chì, còn nước được tạo ra, do đó, nồng độ dung dịch H2SO4 giảm

17

Quá trình phóng điện

Bản cực âm Dung dịch điện phân Bản cực dương Chất ban đầu Pb 2H2SO4+ 2H2O PbO2

Quá trình ion hóa SO4- -, SO4- -,4H+ 4OH - Pb++++

Quá trình tạo dòng Pb++ - 2 e- Pb+++2e

-Chất được tạo ra PbSO4

4H2O -2H2O 2H2O

PbSO4

Quá trình nạp điện

Bản cực âm Dung dịch điện phân Bản cực dương

Chất được tạo ra cuối

-18

Hình 2.7: Hoạt động phóng nạp của accu 2.2.3 Các thông số và đặc tính của accu axit – chì

2.2.3.1 Thông số

a Sức điện động của accu

Sức điện động của accu phụ thuộc chủ yếu vào sự chênh lệch điện thế giữa hai tấm bản cực khi không có dòng điện ngoài

- Sức điện động trong một ngăn

ea = + - - (V)

- Nếu accu có n ngăn Ea = n.ea

19

Sức điện động còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, trong thực tế có thể xác định theo công thức thực nghiệm:

Eo = 0,85 + 25oC

Eo : sức điện động tĩnh của accu đơn (tính bằng volt)

ρ : nồng độ của dung dịch điện phân được tính bằng (g/cm3) ở 25oC

25oC = đo – 0,0007(25 – t)

t : nhiệt độ dung dịch lúc đo

đo : nồng độ dung dịch lúc đo

b Hiệu điện thế của accu

- Khi phóng điện Up = Ea - Ra.Ip

- Khi nạp điện Un = Ea + Ra.In

Trong đó: Ip - cường độ dòng điện phóng

In - cường độ dòng điện nạp

Ra - điện trở trong của accu

c Điện trở trong của accu

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

Điện trở trong accu phụ thuộc chủ yếu vào điện trở của điện cực và dung dịch Pb và PbO2 đều có độ dẫn điện tốt hơn PbSO4 Khi nồng độ dung dịch điện phân tăng, sự có mặt của các ion H+ và SO42- cũng làm giảm điện trở dung dịch Vì vậy điện trở trong của accu tăng khi bị phóng điện và giảm khi nạp Điện trở trong của accu cũng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ thấp, các ion sẽ dịch chuyển chậm trong dung dịch nên điện trở tăng

d Độ phóng điện của accu

Để đánh giá tình trạng của accu, ta sử dụng thông số độ phóng điện Độ phóng điện của accu tính bằng % và được xác định bởi công thức:

Trong đó: n - nồng độ dung dịch lúc nạp no

đ - nồng độ dung dịch lúc đo đã qui về 25oC

p – nồng độ dung dịch lúc accu đã phóng hết

e Năng lượng của accu

Năng lượng của accu lúc phóng điện:

Wp = 3600 Qp Up (J)

Wp = 3600 n

i pi p

n

t I

Trong đó: Qp - năng lượng phóng của accu

Up - điện thế phóng của accu

tn - thời gian nạp accu

f Công suất của accu

21

2.2.3.2 Đặc tính

a Đặc tuyến phóng nạp của accu

Đặc tuyến phóng của accu đơn: khi phóng điện bằng dòng điện không đổi thì nồng độ dung dịch giảm tuyến tính (theo đường thẳng) Nồng độ axit sulfuric phụ thuộc vào lượng axit tiêu tốn trong thời gian phóng và trữ lượng dung dịch trong bình

a Thời gian phóng

Sơ đồ phóng và đặc tuyến phóng

b Thời gian nạp

Sơ đồ nạp và đặc tuyến nạp Hình2.8 : Đặc tuyến phóng - nạp của accu axit

Trên đồ thị có sự chênh lệch giữa Ea và Eo trong quá trình phóng điện là vì nồng độ dung dịch chứa trong chất tác dụng của bản cực bị giảm do tốc độ khuếch tán dung dịch đến các bản cực chậm, khiến nồng độ dung dịch thực tế ở trong lòng bản cực luôn luôn thấp hơn nồng độ dung dịch trong từng ngăn

Thôi nạp Điểm cuối quá

trình phóng

+ _

E

22

Hiệu điện thế Up cũng thay đổi trong quá trình phóng Ở thời điểm bắt đầu phóng điện, Up giảm nhanh và sau đó giảm tỷ lệ với sức giảm nồng độ dung dịch Khi ở trạng thái cân bằng thì Up gần như ổn định Ở cuối quá trình phóng (vùng gần điểm A) sunfat chì được tạo thành trong các bản cực sẽ làm giảm tiết diện của các

lỗ thấm dung dịch và làm cản trở quá trình khuếch tán, khiến cho trạng thái cân bằng bị phá hủy Kết quả là nồng độ dung dịch chứa trong bản cực, sức điện động

Ea và hiệu điện thế Up giảm nhanh và có chiều hướng giảm đến không Hiệu điệu thế tại điểm A được gọi là điện thế cuối cùng

Khi nạp điện, trong lòng các bản cực axit sunfuric tái sinh Nồng độ của dung dịch chứa trong các bản cực trở nên đậm đặc hơn, do đó Ea khi nạp lớn hơn Eo

một lượng bằng E, còn hiệu điện thế khi nạp: Un = Ea + In.Ra Ở cuối quá trình nạp sức điện động và hiệu điện thế tăng lên khá nhanh do các ion H+ và O2- bám ở các bản cực sẽ gây ra sự chênh lệch điện thế và hiệu điện thế accu tăng vọt đến giá trị 2,7V Đó là dấu hiệu của cuối quá trình nạp Khi quá trình nạp kết thúc và các chất tác dụng ở các bản cực trở lại trạng thái ban đầu thì dòng điện In trở nên thừa

Nó chỉ điện phân nước tạo thành oxy và hydro và thóat ra dưới dạng bọt khí

b Dung lượng của accu

Lượng điện năng mà accu cung cấp cho phụ tải trong giới hạn phóng điện cho phép được gọi là dung lượng của accu

Q = Ip.tp (A.h) Như vậy dung lượng của accu là đại lượng biến đổi phụ thuộc vào chế độ phóng điện Người ta còn đưa ra khái niệm dung lượng định mức của accu Q5, Q10,

Q20 mang tính quy ước ứng với một chế độ phóng điện nhất định như chế độ 5 giờ,

10 giờ, 20 giờ phóng điện ở nhiệt độ +30oC Dung lượng của accu được đặc trưng cho phần gạch chéo ( xem hình 2.8) Chế độ phóng ở đây là chế độ định mức nên dung luợng này chính bằng dung lượng định mức của accu

Qđm = Q = 5,4A.10h = 54Ah

23

Hình 2.9: Sự phụ thuộc của dung lượng accu vào dòng phóng

Trên đồ thị (xem hình 2.10) biểu diễn sự thay đổi điện thế accu theo thời gian phóng trong trường hợp accu phóng với dòng điện lớn I = 3Qđm (Chế độ khởi động) ở nhiệt độ +25oC và - 18oC

Các yếu tố ảnh hưởng tới dung lượng của accu:

 Khối lượng và diện tích chất tác dụng trên bản cực

 Dung dịch điện phân

I tp = const Trong đó: n là hằng số tùy thuộc vào loại accu (n = 1,4 đối với accu chì) Trên hình 2.9 trình bày sự phụ thuộc của dung lượng accu vào cường độ phóng

Từ hình 2.10 ta có thể thấy khi accu phóng điện ở nhiệt độ thấp thì điện dung của nó giảm nhanh Khi nhiệt độ tăng thì điện dung cũng tăng Nhưng khi nhiệt độ của

0

I,A

Ubđ U’bđ

27,5% Qđm+25oC

n+ : số bản cực (+) được ghép song song trong một ngăn

I+ : cường độ dòng điện đi qua một bản cực dương lúc ngắn mạch

Từ đặc tuyến Volt – Ampere ta có thể xác định điện trở trong của accu:

Ra =

nm

bñ

IU

d Đặc tuyến làm việc của accu trên ô tô

Accu làm việc trên ôtô theo chế độ phóng nạp luân phiên tùy theo tải của hệ thống điện Điện thế nạp ổn định nhờ có bộ tiết chế

Hình 2.12: Chế độ phóng nạp của accu trên xe

26

Trong đó: Rdd : điện trở dây dẫn

Rmf : điện trở các cuộn stator máy phát

Để đánh giá mức cân bằng năng lượng trên xe, người ta xem xét hệ số cân bằng:





 tp

o t p

t

n t

o n

d i

d i

cb

K

η

Nếu Kcb > 1: accu được nạp đủ

Nếu Kcb < 1: accu bị phóng điện

: hiệu suất nạp

2.2.3.3 Hiện tượng tự phóng điện

Ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra phản ứng dưới dây làm chì và oxít chì biến thành sunfat chì:

Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2  2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2 Dòng điện cục bộ trên các tấm bản cực do sự hiện diện của các ion kim loại, hoặc do sự chênh lệch nồng độ giữa lớp dung dịch lên trên và bên dưới accu, cũng làm giảm dung lượng accu Do hiện tượng tự phóng điện, accu để lâu không sử dụng cũng sẽ dần dần hết điện

2.2.4 Các phương pháp nạp điện cho accu

2.2.4.1 Phương pháp nạp bằng hiệu điện thế không đổi

Trong cách nạp này tất cả các accu được mắc song song với nguồn điện nạp

và bảo đảm điện thế của nguồn nạp (Ung) bằng 2,3V – 2,5V trên một accu đơn với điều kiện Ung > Ua

Cường độ dòng nạp thay đổi theo công thức:

In = (Ung - Ea)/ R

Imax  1  1,5 Qđm

Nhược điểm của phương pháp nạp này là:

 Dòng điện nạp ban đầu rất lớn có thể gây hỏng bình accu

 Dòng khi giảm về 0 thì accu chỉ nạp khoảng 90%

2.2.4.2 Phương pháp nạp dòng không đổi

Theo cách này dòng điện nạp được giữ ở một giá trị không đổi trong suốt thời gian nạp bằng cách thay đổi giá trị điện trở của biến trở R Thông thường người

ta nạp bằng dòng có cường độ In = 0,1Qđm Giá trị lớn nhất của biến trở R có thể xác định bởi công thức: R = (Ung – 2,6n)/ 0,5In

n : số accu đơn mắc nối tiếp

0,5 : hệ số dự trữ

Ung : hiệu điện thế nguồn nạp

Hình 2.14: Sơ đồ nạp accu với dòng không đổi

28

Theo phương pháp này tất cả các accu được mắc nối tiếp nhau và chỉ cần đảm bảo điều kiện tổng số các accu đơn trong mạch nạp không vượt quá trị số

Ung/2,7 Các accu phải có dung lượng như nhau, nếu không ta sẽ phải chọn cường

độ dòng điện nạp theo accu có điện dung nhỏ nhất và như vậy accu có dung lượng lớn sẽ phải nạp lâu hơn

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các ắc qui đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức

2.2.4.3 Phương pháp nạp hai nấc

Trong phương pháp này, đầu tiên người ta nạp accu với cường độ 0,1Iđm khi accu bắt đầu sôi, giảm xuống còn 0,05Iđm Phương pháp nạp 2 nấc đảm bảo cho accu được nạp no hơn và không bị nóng

Hình 2.15: Nạp 2 nấc 2.2.4.4 Phương pháp nạp hỗn hợp

Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên Nó tận dụng được những ưu điểm của mỗi phương pháp Đầu tiên, nạp bằng phương pháp dòng điện không đổi trong khoang thời gian = 8h tương ứng với 75÷80 % dung lượng accu

và sau đó nạp bằng phương pháp hiệu điện thế không đổi Có thể nạp nhanh đối với bình bị cạn hết điện, nhưng phải giảm thời gian nạp

Vì accu là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi accu đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong ắc qui sẽ tự động dâng nên không kiểm soát được 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 accu

I,A 0,1Iđm

29

Khi dung lượng của accu dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì accu sẽ sôi và làm cạn nước Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp accu sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp được giữ cho đến khi accu

đã thực sự no Khi điện áp trên các bản cực của accu 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 accu axit: dòng nạp = 0,1 ; nạp cưỡng bức với dòng điện nạp = (0,2 − 0,3) 2.2.5 Bố trí và chọn accu

Để chọn accu ta dựa vào các ký hiệu ghi trên vỏ bình accu, trên các cầu nối giữa các ngăn hoặc trên nhãn hiệu đính ở vỏ bình, chủ yếu là dung lượng định mức của accu, và cường độ dòng lớn nhất mà accu có thể phóng mà dòng này phụ thuộc vào công suất của máy khởi động

Accu thường đặt trước đầu xe, gần máy khởi động sao cho chiều dài dây nối

từ máy khởi động đến accu không quá 1m Điều này đảm bảo rằng độ sụt áp trên dây dẫn khi khởi động là nhỏ nhất Nơi đặt accu không được quá nóng để tránh hỏng bình do nhiệt

 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ không có vòng tiếp điện

sử dụng chủ yếu trên máy kéo và các xe chuyên dụng

2.3.2 Đặc điểm cấu tạo

a Máy phát kích từ kiểu điện từ loại có vòng tiếp điện

30

Máy phát điện loại này gồm có 3 phần chính là stator, rotor và bộ chỉnh lưu

1,2 Quạt làm mát; 3 Bộ chỉnh lưu; 4 Vỏ; 5 Stator; 6 Rotor;

7 Bộ tiết chế và chổi than; 8 Vòng tiếp điện Hình 2.16: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ

 Stator: gồm khối thép từ được lắp ghép bằng các lá thép ghép lại với nhau, phía trong có xẻ rãnh đều để xếp các cuộn dây phần ứng Cuộn dây stator

có 3 pha mắc theo kiểu hình sao, hoặc theo kiểu hình tam giác

Hình 2.17: Các kiểu đấu dây