Giáo trình Hệ thống điện - điện tử trên ôtô

Khoa Kỹ thuật ô tô 6 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN ÔTÔ BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN ÔTÔ MỤC TIÊU: Sau khi nghiên cứu Bài học này, sinh viê

ỦY BAN NHÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI

Khoa Kỹ thuật ô tô 2

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔ

GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC

a Vị trí, tính chất môn học

Môn học được thực hiện sau khi sinh viên đã học xong các môn học/mô đun thuộc khối kiến thức cơ sở ngành như: Cơ kỹ thuật, Vật liệu và công nghệ kim loại, Vẽ kỹ thuật, Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ thuật, An toàn lao động, Thực tập nguội cơ bản

Môn học này được bố trí giảng dạy ở học kỳ 3 năm thứ nhất của khóa học

và có thể bố trí dạy song song với các môn học, mô đun sau: Điện kỹ thuật; Điện

tử cơ bản; TT BD-SC động cơ căn bản; TT BD-SC động cơ xăng, TT BD-SC động cơ diesel

b Mục tiêu của môn học:

Thái độ:

- Phải chấp hành nghiêm những yêu cầu của giảng viên trong giờ lên lớp

- Phải nghiêm túc và đảm bảo an toàn khi tham gia học tập

c Mô tả tóm tắt nội dung học phần:

Môn học trang bị cho sinh viên ngành Công nghệ Ô tô trình độ cao đẳng những kiến thức cơ bản về hệ thống điện – điện tử trên ô tô, bao gồm: sơ đồ, cấu tạo, nguyên lý làm việc, tính toán đơn giản các hệ thống riêng biệt hợp thành mạng điện ô tô Dành cho sinh viên cao đẳng chính quy năm học thứ 2 Môn học

có 5 tín chỉ (75 tiết) Điều kiện tiên quyết là sinh viên đã học xong các môn: Điện

kỹ thuật, Điện tử cơ bản, Động cơ đốt trong, Ô tô Sinh viên phải đến lớp học lý thuyết tối thiểu là 80% thời gian của môn học

d Nội dung môn học

Chương 1: Khái quát về hệ thống điện – điện tử trên ô tô

Bài 1: Khái quát về hệ thống điện và điện tử trên ôtô

Chương 2: Ắc quy khởi động

Bài 2: Ắc quy khởi động

Chương 3: Hệ thống khởi động

Bài 3: Hệ thống khởi động động cơ xăng

Bài 4: Hệ thống khởi động động cơ Diesel

Chương 4: Hệ thống cung cấp điện

Bài 5: Hệ thống cung cấp điện

Bài 6: Bộ điều chỉnh điện, tính toán chế độ tải và chọn máy phát điện trên ôtô

Chương 5: Hệ thống đánh lửa

Bài 7: Hệ thống đánh lửa

Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ

Bài 8: Giới thiệu chung về cấu trúc hệ thống, các loại cảm biến và tín hiệu điều khiển lập trình cho động cơ

Bài 9: Điều khiển đánh lửa

Bài 10: Điều khiển phun xăng

Chương 7: Hệ thống điều khiển làm mát động cơ

Bài 11: Hệ thống điều khiển làm mát động cơ

Khoa Kỹ thuật ô tô 4

Chương 8: Hệ thống thông tin trên ô tô

Bài 12: Hệ thống thông tin trên ô tô

Chương 9: Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

LỜI NÓI ĐẦU

Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghiệp ôtô đã có những sự thay đổi lớn lao Đặc biệt, hệ thống điện và điện tử trên ôtô đã có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng các yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ô tô Ngày nay, chiếc ô tô là một hệ thống phức hợp bao gồm cơ khí và điện tử Trên hầu hết các hệ thống điện ôtô đều có mặt các bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống Các hệ thống mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe, từ các hệ thống điều khiển động cơ và các hệ thống phụ Giá thành của các hệ thống điện và điện tử đã chiếm 30 - 40 % giá thành của xe

Để giúp cán bộ kỹ thuật trong ngành và sinh viên nắm bắt kịp thời kiến thức trong những lĩnh vực nêu trên, quyển sách “Hệ thống điện và điện tử trên ôtô cơ”, sau một thời gian dài chỉnh lý, đã ra đời Quyển sách được viết theo

chương trình khung ngành Công nghệ ôtô

Các tác giả chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Kỹ Thuật ÔTô đã đóng góp những ý kiến có ích và khích lệ chúng tôi trong quá trình biên soạn giáo trình này Tuy rất cố gắng nhưng giáo trình không tránh khỏi một số sai sót nhất định, kính mong quý đồng nghiệp và độc giả cho ý kiến để hoàn thiện hơn

Khoa Kỹ thuật ô tô 6

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ

TRÊN ÔTÔ BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ

TRÊN ÔTÔ

MỤC TIÊU: Sau khi nghiên cứu Bài học này, sinh viên sẽ có khả năng:

✓ Trình bày được tổng quan về mạng điện, yêu cầu kỹ thuật, nguồn điện của hệ thống điện trên ô tô;

✓ Trình bày được ký hiệu, quy ước, dây điện và bối dây trong hệ thống điện trên ôtô;

✓ Nhận dạng được các chi tiết của từng hệ thống điện ô tô;

✓ Phân tích được nguồn điện, phụ tải điện và thiết bị điện dùng trên hệ thống điện

1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN ÔTÔ

1 Hệ thống khởi động (starting system): Bao gồm accu, máy khởi động điện

(starting motor), các relay điều khiển và relay bảo vệ khởi động Đối với động

cơ diesel có trang bị thêm hệ thống xông máy (glow system)

2 Hệ thống cung cấp điện (charging system): gồm accu, máy phát điện

(alternators), bộ tiết chế điện (voltage regulator), các relay và đèn báo nạp

3 Hệ thống đánh lửa (Ignition system): Bao gồm các bộ phận chính: accu, khóa

điện (ignition switch), bộ chia điện (distributor), biến áp đánh lửa hay bobine (ignition coils), hộp điều khiển đánh lửa (igniter), bougie (spark plugs)

4 Hệ thống chiếu ánh sáng và tín hiệu (lighting and signal system): gồm các

đèn chiếu sáng, các đèn tín hiệu, còi, các công tắc và các relay

5 Hệ thống đo đạc và kiểm tra (gauging system): chủ yếu là các đồng hồ báo

trên tableau và các đèn báo gồm có: đồng hồ tốc độ động cơ (tachometer), đồng hồ đo tốc độ xe (speedometer), đồng hồ đo nhiên liệu và nhiệt độ nước

6 Hệ thống điều khiển động cơ (engine control system): gồm hệ thống điều

khiển xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control) Ngoài ra, trên các động cơ diesel ngày nay thường sử dụng hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử (EDC – electronic diesel control hoặc common rail injection)

7 Hệ thống điều khiển ôtô: bao gồm hệ thống điều khiển phanh chống hãm ABS

(antilock brake system), hộp số tự động, tay lái, gối hơi (SRS), lực kéo (traction control)

8 Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning system): bao gồm máy nén

(compressor), giàn nóng (condenser), lọc ga (dryer), van tiết lưu (expansion valve), giàn lạnh (evaporator) và các chi tiết điều khiển như relay, thermostat, hộp điều khiển, công tắc A/C…

Nếu hệ thống này được điều khiển bằng máy tính sẽ có tên gọi là hệ thống tự động điều hòa khí hậu (automatic climate control)

9 Các hệ thống phụ:

Hệ thống gạt nước, xịt nước (wiper and washer system)

Hệ thống điều khiển cửa (door lock control system)

Hệ thống điều khiển kính (power window system)

Hệ thống điều khiển kính chiếu hậu (mirror control)

Hệ thống định vị (navigation system)

Khoa Kỹ thuật ô tô 8

1.2 CÁCH PHÂN BỐ CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN Ô TÔ

1.2.1 Điện Động Cơ : Có nhiều thiết bị cần thiết cho việc khởi động động cơ và vận hành nó một cách ổn định

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống điện động cơ

1 Ắc quy: Nó có vai trò nguồn điện cho các chi tiết điện của xe ôtô

2 Máy đề (Hệ thống khởi động): Hệ thống này để khởi động động cơ

3 Máy phát (Hệ thống nạp): Hệ thống này phát điện dùng trong xe và nạp cho ắc quy

4 Cuộn đánh lửa (hệ thống đánh lửa): Hệ thống này bật tia lửa đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu

5 Khoá điện: Công tắc chính của xe

6 Đồng hồ táp lô (Đèn báo ắc quy phóng điện): Đèn báo sáng nếu ắc quy không thể nạp điện

7 Các cảm biến: Các chi tiết phát hiện cảm biến nhiệt độ nước làm mát hay tốc

độ động cơ v.v và truyền đến ECU)

1.2.2 Hệ thống khởi động: Hệ thống khởi động quay động cơ bằng môtơ điện và

Khoa Kỹ thuật ô tô 10

1.2.3 Hệ Thống Nạp: Hệ thống nạp sản suất ra điện năng để cung cấp nguồn cần thiết

cho các chi tiết điện và để nạp ắc quy khi động cơ của xe ôtô hoạt động Ngay sau khi động cơ khởi động, dây đai dẫn động sẽ làm cho máy phát hoạt động

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống nạp điện

1.2.5 Hệ Thống Đánh Lửa: Hệ thống đánh lửa tạo ra tia lửa ở điện áp cao và đốt cháy

hỗn hợp không khí – nhiên liệu, đã được nén lại trong xylanh, ở thời điểm tốt nhất Dựa trên những tín hiệu nhận được từ các cảm biến, ECU động cơ điều khiển để đạt được thời điểm đánh lửa tốt nhất

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa

1.3 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN

1.3.1 Nhiệt độ làm việc

Tùy theo vùng khí hậu, thiết bị điện trên ôtô được chia ra làm nhiều loại:

• Ở vùng lạnh và cực lạnh (-40oC) như ở Nga, Canada

• Ở vùng ôn đới (20oC) như ở Nhật Bản, Mỹ, châu Âu …

• Nhiệt đới (Việt Nam, các nước Đông Nam Á , châu Phi…)

• Loại đặc biệt thường dùng cho các xe quân sự (sử dụng cho tất cả mọi vùng khí hậu)

Tất cả các hệ thống điện trên ôtô phải được hoạt động tốt trong khoảng 0,9  1,25

Uđịnh mức (Uđm = 14 V hoặc 28 V) ít nhất trong thời gian bảo hành của xe

1.3.6 Nhiễu điện từ

Các thiết bị điện và điện tử phải chịu được nhiễu điện từ xuất phát từ hệ thống đánh lửa hoặc các nguồn khác

1.4 CÁC LOẠI PHỤ TẢI TRÊN ÔTÔ

1.4.1 Phụ tải làm việc liên tục: gồm bơm nhiên liệu (50  70W), hệ thống đánh lửa

(20W), kim phun (70  100W) …

1.4.2 Phụ tải làm việc không liên tục: gồm các đèn pha (mỗi cái 60W), cốt (mỗi cái

55W), đèn kích thước (mỗi cái 10W), radio car (10  15W), các đèn báo trên tableau (mỗi cái 2W)…

1.4.3 Phụ tải làm việc trong khoảng thời gian ngắn: gồm đèn báo rẽ (4 x 21W + 2 x

2W), đèn thắng (2 x 21W), motor điều khiển kính (150W), quạt làm mát động cơ (200W), quạt điều hòa nhiệt độ (2 x 80W), motor gạt nước (30  65W), còi (25  40W), đèn sương mù (mỗi cái 35  50W), còi lui (21W), máy khởi động (800  3000W), mồi thuốc (100W), anten (dùng motor kéo (60W)), hệ thống xông máy (động

cơ diesel) (100  150W), ly hợp điện từ của máy nén trong hệ thống lạnh (60W)…

Ngoài ra, người ta cũng phân biệt phụ tải điện trên ô tô theo công suất, điện áp làm việc

1.5 CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRUNG GIAN

Các phụ tải điện trên xe hầu hết đều được mắc qua cầu chì Tùy theo tải cầu chì

có giá trị thay đổi từ 5  30A Dây chảy (Fusible link) là những cầu chì lớn hơn 40 A

Khoa Kỹ thuật ô tô 12

được mắc ở các mạch chính của phụ tải điện lớn hoặc chung cho các cầu chì cùng nhóm làm việc thường có giá trị vào khoảng 40 120A Ngoài ra, để bảo vệ mạch điện trong trường hợp chập mạch, trên một số hệ thống điện ôtô người ta sử dụng bộ ngắt mạch (CB – circuit breaker) khi quá dòng

Hình 1.6 Sơ đồ ký hiệu cầu chì và relay trên ô tô

❖ CỤM TỪ VIẾT TẮT TRÊN HỘP CẦU CHÌ Ô TÔ

- HEATER: Sưởi - Ở đây là quạt gió

- FOG LAMP: Đèn sương mù

- A/CON: Điều hòa

- TAIL (INT): Đèn hậu (bên trong)

- TAIL (EXT): Đèn hậu (bên ngoài)

- METER: Bảng đồng hồ

- P/WINDOWS: Cửa kính điện

- HEAD (LOW): Đèn pha - chiếu gần

- HEAD (HIGHT): Đèn pha - chiếu xa

- CIGAR: Ổ điện mồi thuốc

- ENGINE: Điện máy

- D/LOCK: Khóa cửa điện

- MEMORY: Bộ nhớ

- SPARE: Dự phòng

Để các phụ tải điện làm việc, mạch điện nối với phụ tải phải kín Thông thường phải có các công tắc đóng mở trên mạch Công tắc trong mạch điện xe hơi có nhiều dạng: thường đóng (normally closed), thường mở (normally open) hoặc phối hợp (changeover switch) có thể tác động để thay đổi trạng thái đóng mở (ON – OFF) bằng cách nhấn, xoay, mở bằng chìa khóa Trạng thái của công tắc cũng có thể thay đổi bằng các yếu tố như: áp suất, nhiệt độ…

Trong các ôtô hiện đại, để tăng độ bền và giảm kích thước của công tắc, người ta thường đấu dây qua relay Relay có thể được phân loại theo dạng tiếp điểm: thường đóng (NC – normally closed), thường mở (NO – normally opened), hoặc kết hợp cả hai loại - relay kép (changeover relay)

Dòng điện liên tục (A)

Khoa Kỹ thuật ô tô 14

nay do sự phát triển vũ bão của hệ thống điện và điện tử ô tô, bối dây có thể có hơn

1000 sợi

1.7 Ký hiệu màu và ký hiệu số trong sơ đồ mạch điện hệ thống điện ô tô

Trong khuôn khổ giáo trình này, tác giả chỉ giới thiệu hệ thống màu dây và ký hiệu quy định theo tiêu chuẩn châu Âu Các xe sử dụng hệ thống màu theo tiêu chuẩn này là: Ford, Volswagen, BMW, Mercedes… Các tiêu chuẩn của các loại xe khác bạn đọc có thể tham khảo trong các tài liệu hướng dẫn thực hành điện ôtô

Bảng 1.2 Ký hiệu màu dây hệ châu Âu

Trắng/ Đen Ws/ Sw Công tắc đèn đầu

Đen/ Trắng/ Xanh lá Sw/ Ws/ Gn Đèn báo rẽ

Đen/ Xanh lá Sw/ Gn Báo rẽ phải

Bảng 1.3 Ký hiệu đầu dây hệ châu Âu

1.8 Tính toán chọn dây

Các hư hỏng trong hệ thống điện ôtô ngày nay chủ yếu bắt nguồn từ dây dẫn vì

đa số các linh kiện bán dẫn đã được chế tạo với độ bền khá cao Ôtô càng hiện đại, số dây dẫn càng nhiều thì xác suất hư hỏng càng lớn Tuy nhiên, trên thực tế rất ít người chú ý đến đặc điểm này, kết quả là trục trặc của nhiều hệ thống điện ôtô xuất phát từ những sai lầm trong đấu dây Phần này nhằm giới thiệu với bạn đọc những kiến thức

cơ bản về dây dẫn trên ôtô, giúp người đọc giảm bớt những sai sót trong sửa chữa hệ thống điện ôtô

Dây dẫn trong ô tô thường là dây đồng có bọc chất cách điện là nhựa PVC So với dây điện dùng trong nhà, dây điện trong ôtô dẫn điện và được cách điện tốt hơn

Khoa Kỹ thuật ô tô 16

(Rất tiếc là do nguồn cung cấp loại dây này ít, nên ở nước ta, thợ điện và giáo viên dạy điện ô tô vẫn sử dụng dây điện nhà để đấu điện xe!) Chất cách điện bọc ngoài dây đồng không những có điện trở rất lớn (1012/mm) mà còn phải chịu được xăng dầu, nhớt, nước và nhiệt độ cao, nhất là đối với các dây dẫn chạy ngang qua nắp máy (của

hệ thống phun xăng và đánh lửa) Một ví dụ cụ thể là dây điện trong khoang động cơ của một hãng xe nổi tiếng vào bậc nhất thế giới chỉ có khả năng chịu nhiệt được trong thời gian bảo hành ở môi trường khí hậu nước ta! Ở môi trường nhiệt độ và độ ẩm cao, tốc độ lão hóa nhựa cách điện tăng đáng kể Hậu quả là lớp cách điện của dây dẫn bắt đầu bong ra gây tình trạng chập mạch trong hệ thống điện

Thông thường tiết diện dây dẫn phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy trong dây Tuy nhiên, điều này lại bị ảnh hưởng không ít bởi nhà chế tạo vì lý do kinh tế Dây dẫn có kích thước càng lớn thì độ sụt áp trên đường dây càng nhỏ, nhưng dây cũng sẽ nặng hơn Điều này đồng nghĩa với tăng chi phí do phải mua thêm đồng Vì vậy mà nhà sản xuất cần phải có sự so đo giữa hai yếu tố vừa nêu Ở bảng 1.3 sẽ cho ta thấy độ sụt áp của dây dẫn trên một số hệ thống điện ô tô và mức độ cho phép

Bảng 1.3 Độ sụt áp tối đa trên dây dẫn kể cả mối nối



Trong đó:

U - độ sụt áp cho phép trên đường dây (theo bảng 1.3)

I - cường độ dòng điện chạy trong dây tính bằng Ampere là tỷ số giữa công suất của phụ tải điện và hiệu điện thế định mức

 - 0.0178 .mm2/m điện trở suất của đồng

S - tiết diện dây dẫn

l - chiều dài dây dẫn

Từ công thức trên, ta có thể tính toán để chọn tiết diện dây dẫn nếu biết công suất của phụ tải điện mà dây cần nối và độ sụt áp cho phép trên dây

Để có độ uốn tốt và bền, dây dẫn trên xe được bện bởi các sợi đồng có kích thước nhỏ

Khi đấu dây hệ thống điện ô tô, ngoài quy luật về màu, cần tuân theo các quy tắc sau đây:

1 Chiều dài dây giữa các điểm nối càng ngắn càng tốt

2 Các mối nối giữa các đầu dây cần phải hàn

3 Số mối nối càng ít càng tốt

4 Dây ở vùng động cơ phải được cách nhiệt

5 Bảo vệ bằng cao su những chỗ băng qua khung xe

Khoa Kỹ thuật ô tô 18

CHƯƠNG 2: ACCU KHỞI ĐỘNG BÀI 2: ACCU KHỞI ĐỘNG MUC TIÊU: Sau khi nghiên cứu bài này, sinh viên sẽ có khả năng:

✓ Trình bày được nhiệm vụ, cấu tạo và quá trình điện hóa của ắc quy chì – axít

✓ Trình bày được thông số và các đặc tính của ắc quy chì – axít

✓ Trình bày được các phương pháp nạp điện cho ắc quy

✓ Phân tích được quá trình điện hóa của ắc quy chì – axít

✓ Phân tích được hiện tượng tự phóng điện của ắc quy chì – axít

✓ Thực hiện được việc chọn và bố trí bình ắc quy

✓ Đánh giá được ưu nhược điểm của từng loại ắc quy dùng trên ô tô

2.1 NHIỆM VỤ ACCU TRÊN ÔTÔ

Accu trên ô tô thường được gọi là accu khởi động để phân biệt với loại accu sử dụng trong các lĩnh vực khác Accu khởi động trong hệ thống điện thực hiện chức năng của một thiệt bị chuyển đội hóa năng thành điện năng và ngược lại Đa số accu khởi động là accu chì-axit Đặc điểm của loại accu nêu trên là có thể tạo ra dòng điện

có cường độ dòng điện 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 dể 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 cho động cơ khi chưa lam việc hoặc đã là việc mà máy phát điện hoạt động chưa đủ công suất ( động cơ đang làm việc ở chế độ

có số vòng quay thấp): cung cấp điện cho đèn hậu (parking lights), radio cassette, CD, các bộ nhớ (đồng hồ, hộp điều khiển ), hệ thống báo động

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 6V, 12V và 24V Điện áp accu thường là 12V đối với

xe du lịch và 24V cho xe tải Muốn điện áp cao hơn ta nối tiếp các accu 12V lại với nhau

Hình 2.1 Accu và hệ thống điện Accu cung cấp điện khi:

- Động cơ ngừng hoạt động: Điện từ bình accu được sử dụng để chiếu sáng, dùng cho các thiết bị điện phụ, hoặc là các thiết bị điện khác khi động cơ không hoạt động

- Động cơ khởi động: Điện từ bình acquy được dùng cho máy khởi động và cung cấp dòng điện cho hệ thống đánh lửa trong suốt thời gian động cơ đang khởi động Việc khởi động xe là chức năng quan trọng nhất của accu

- Động cơ đang hoạt động: Điện từ bình accu có thể cần thiết để hỗ trợ cho hệ thống nạp khi nhu cầu về tải điện trên xe vượt qua khả năng của hệ thống nạp Cả accu

và máy phát đều cấp điện khi nhu cầu đòi hỏi cao

2.2 PHÂN LOẠI ACCU TRÊN ÔTÔ

2.2.1 Ắc-quy kiềm

Ắc-quy kiềm là loại ắc – quy mà dung dịch điện phân được dùng trong ắc-quy là dung dịch kiềm KOH VÀ NAOH, tuỳ thuộc vào cấu tạo của bản cực, ăc-quy kiềm được chia thành 3 loại:

- Loại ắc-quy sắt-niken, là loại ắc-quy có bản cực chế tạo bằng sắt (Fe) và niken (Ni)

- Loại ắc-quy cadimi-niken, là loại ắc-quy có bản cực chế tạo bằng cadimi (Cd) và niken (Ni)

- Loại ắc-quy bạc-kẽm, là loại ắc-quy có bản cực chế tạo bằng bạc (Ag) và

kẽm (Zn)

Khoa Kỹ thuật ô tô 20

2.2.2 Ắc-quy khô

Thực chất bình ắc quy khô hay còn gọi bình kín khí bên thong vẫn chứa dung dịch dạng nước khi ta cầm và lắc lên vẫn cảm nhận được bên trong có dung dịch như nước Nhưng có điều cấu tạo dung môi khác hơn một chút tùy thuộc vào các hãng ắc quy mà dụng dịch bên trong thay đổi theo nên không phải bình khô mà bên trong ắc quy là dạng khô Tuy tên gọi là acquy khô nhưng thực chất bên trong acquy cũng có 1

ít dung dịch điện phân để trao đổi năng lượng Nên khi mở acquy ra ta sẽ thấy nó ẩm ướt

Đặc tính của bình khô 100% không cần bảo dưỡng, miễn 1 khoảng thời gian cho người tiêu dùng, yên tâm hơn không cần lúc nào cũng để ý đến ắc quy Nguồn điện ổn định, không có sự hao điện khi không sử dụng, bình khô việc đề nổ nhiêu lần vẫn ổn định, còn với bình nước đề nổ chỉ được vài lần nếu không nạp lại ắc quy thì bình sẽ không đủ nguồn điện để khởi động cho lần tiếp theo

2.2.3 Ắc- quy miễn bảo dưỡng (MF - Maintenance Free)

Đây là dòng sản phẩm có cùng công dụng như accu châm nước, nhưng giúp cho người dùng rảnh tay hơn một chút Miễn bảo dưỡng tức là chúng ta không cần phải lọm khọm bưng bê tháo lắp cho mỗi lần châm nước như dòng sản phẩm trên Chỉ việc xài và khi hỏng thì đem vứt Người ta hay gọi dòng sản phẩm này là "khô", nhưng không - ở đây chúng ta cùng thống nhất tên gọi là "miễn bảo dưỡng"

2.2.4 Ắc-quy kín khí (AGM - Absorbent Glass Mat) với van điều áp (VRLA - Valve Regulated Lead Acid)

Đây là dòng sản phẩm này là kín khí nhé (một số người hay gọi là khô kín khí - nhưng ở đây - chúng ta cùng thống nhất là kín khí) Kín với cả khí thì dung dịch đố mà tràn ra được

Đây cũng là ắc quy chì - axit, nhưng được đóng kín với hệ thống van điều áp tích hợp - đủ an toàn cho người sử dụng Dòng này được ứng dụng rất rộng từ dân dụng cho đến công nghiệp Nhà sản xuất thường chia ra nhiều mục đích và cấp độ khác nhau

để ứng dụng cho dòng sản phẩm này Từ lưu điện cho hệ thống đèn khẩn cấp, thiết bị

an ninh, UPS, cho đến xe đạp điện, quang năng, phong năng, ứng dụng viễn thông, điện lực Tuy nhiên, nhìn chung chúng được phân cấp theo hai nhóm chính là ứng dụng standby và deep cycle Xe điện, quang năng, phong năng thuộc nhóm deep cycle, còn lại thuộc về nhóm standby

2.3 CẤU TẠO CỦA ACCU CHÌ – AXIT

Accu axit bao gồm vỏ bình, có các ngăn riêng, thường là 3 ngăn hoặc là 6 ngăn tùy theo loại accu 6V hay 12V

Một bình accu trên ô tô bao gồm một dung dịch axit sunfuric loãng và các bản cực âm, dương Khi các bản cực được làm từ chì hoặc vật liệu có nguồn gốc từ chì thì

nó được gọi là accu chì-axit Một bình accu được chia thành nhiều ngăn (accu trên ô tô thường có 6 ngăn), mỗi một ngăn có nhiều bản cực, tất cả được nhúng trong dung dịch điện phân

Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo accu

Hình 2.3: Cấu tạo của bình caccu chì-axit

Khoa Kỹ thuật ô tô 22

Vỏ bình acquy axit hiện nay được chế tạo bằng nhựa êbônit hoặc anphantonechay caosu nhựa cứng Để tăng độ bền và khả năng chịu axit cho bình, khi chế tạo người ta ép vào bên trong bình một lớp lót chịu axit là polyclovinyl, lớp lót này dày khoảng 0,6mm Nhờ lớp lót này tuổi thọ của accu tăng lên từ 2-3 lần.Phía trong vỏ bình tùy theo điện áp danh định của accu mà chia thành các ngăn riêng biệt và các vách ngăn này được ngăn cách bởi các ngăn kín và chắc Mỗi ngăn được gọi là một ngăn accu đơn Ở đáy các ngăn có các sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống giữa đáy bình và mặt dưới của khối bản cực, nhờ đó mà tránh được hiện tượng chập mạch giữa các bản cực do chất tác dụng bong ra và rơi xuống đáy gây lên.Bên ngoài vỏ bình được đúc hình dạng gân chịu lực để tăng độ bền cơ và có thểnđược gắn các quai xách để việc di chuyển được đễ dàng hơn

Hình 2.4 Vỏ accu

2.3.2 Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực

Có hai loại bản cực: bản cực âm và bản cực dương

Hình 2.5 Bản cực accu Bản cực gồm cốt hình lưới và chất tác dụng Cốt đúc bằng hợp kim chì (Pb)-antimion (Sb) với tỷ lệ (87 – 95)% Pb và (5 – 13)% Sb Phụ gia antimon thêm vào có

Bản cực

dương

Bản cực âm

tác dụng tăng thêm độ cứng, giảm han gỉ và cải thiện tính đúc cho cốt.Cốt để giữ chất tác dụng và phân phối dòng điện khắp bề mặt cực Điều này có ý nghĩa rất quan trọng đối với các bản cực dương vì điện trở của chất tác dụng (oxit chì) lớn hơn rất nhiều so với điện trở của chì nguyên chất, do đó càng tăng chiều dày của cốt thì điện trở trong của accu càng nhỏ Cốt đúc dạng khung bao quanh, có vấu để hàn nối các bản cực thành phân khối bản cực và có hai chân để tỳ các sống đỡ ở đáy bình accu.Vì điện cốt của bản cực âm không phải là yếu tố quyết định và chúng cũng ít bị han gỉ nên người

ta thường làm mỏng hơn bản cực dương Đặc biệt là hai tấm bên của phân khối bản cực âm lại càng mỏng vì chúng chỉ làm việc có một phía với các bản cực dương.Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì, axit sunfuric đặc và khoảng 3% các muốiaxit hửu cơ đối với bản cực âm, còn đối với bản cực dương thì chất tác dụng được chế tạo từ các oxit chì Pb3O4, PbO và dung dịch axit sunfuric đặc

Hình 2.6 Cấu tạo khối bản cực Phụ gia muối của axit hữu cơ trong bản cực âm có tác dụng tăng độ xốp, độ bền của chất tác dụng, nhờ đó mà cải thiện được độ thấm sâu của dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực đồng thời điện tích thực tế tham gia phản ứng hóa học cũng được tăng lên, Các bản sau khi được chát đày chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiện quá trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và nạp với dòng điện một chiều trị số nhỏ Sau quá trình như vậy, chất tác dụng ở các bản cực dương hoàn toàn trở thành PbO2 (màu gạch xẫm) Sau đó các bản cực dương được đem ra rửa, sấy khô và lắp ráp Những phân khối bản cực cùng tên trong một acquy được hàn với nhau tạo thành các khối bản cực và được hàn nối ra các vấu cực làm bằng chì hình côn để nối ra tải tiêu thụ Với chú ý rằng, nếu ta muốn tăng dung lượng accu thì ta phải tăng số bản cực mắc song song trong một accu đơn Thường người ta

Khoa Kỹ thuật ô tô 24

lấy từ 5 – 8 tấm Còn muốn tăng điện áp danh định của accu thì ta phải tăng số bản cực mắc nối tiếp

Hình 2.7 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

2.3.3 Tấm ngăn

Các bản cực âm và dương được lắp xen kẽ với nhau và cách điện với nhau bởi các tấm ngăn và để đảm bảo cách điện tốt nhất các tấm ngăn được làm rộng hơn so với các bản cực.Các tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực âm và dương, đồng thời để đỡ các tấm bản cực khỏi bị bong rơi ra khi sử dụng accu Các tấm ngăn ở đây phải là chất cách điện tốt, bền, dẻo, chịu được axit và có độ xốp thích hợp

để ngăn cản chất điện phân thấm đến các bản cực

Hình 2.8 Bản ngăn các cực Các tấm ngăn hiện nay được chế tạo từ vật liệu polyvinyl xốp, dày khoảng từ 0,8-1,2mm và có dạng mặt phẳng hướng về phía bản cực âm còn một mặt có dạng sóng

hoặc gồ thì hướng về phía bản cực dương nhằm tạo điều kiện chodung dịch điện phân

dễ luân chuyển hơn đến các bản cực dương và dung dịch lưu thông tốt hơn

2.3.4 Dung dịch điện phân

Dung dịch điện phân trong bình acquy là loại dung dịch axit sunfuric được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ quy định tùy thuộc vào điều kiện khí hậu mùa và vật kiệu làm tấm ngăn Nồng độ dung dịch axit sunfuric γ = (1,1÷1.3)g/cm Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện động của accu Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến nồng độ dung dịch điện phân Vớicác nước ở trong vùng xích đạo nồng độ dung dịch điện phân quy định không quá 1,1 g/cm Với các nước lạnh, nồng độ dung dịch điện phân cho phép tới 1,3 g/cm Trong điều kiện khí hậu ở nước ta thì mùa hè nên chọn nồng độ dung dịch khoàng (1,25-1.26) g/cm , mùa đông nên chọn nồng độ khoảng 1,27g/cm Cần nhớ rằng: nồng độ quá cao sẽ làm chóng hỏng tấm ngăn, chóng hỏng bản cực, dễ bị sunfat hóa trong các bản cực nên tuổi thọ của acquy cũng giảm đi rất nhanh Nồng độ quá thấp thì điện dung và điện áp định mức của accu giảm và ở các nươc xứ lạnh thì dung dịch vào mùa đông dễ bị đóng băng

Chất lỏng dùng trong bình ắc quy này là dung dịch xít sunfuaric Nồng độ của dung dịch biểu trưng bằng tỷ trọng đo được, tuỳ thuộc vào loại bình ắc quy, và tình trạng phóng nạp của bình

Trị số tỷ trọng của bình ắc quy khi được nạp đầy được quy ra ở 25⁰ C (77⁰ F) được cho ở bảng sau:

Bảng 2.1: Tỉ trọng chất điện phân của một vài loại accu

Bình ắc quy làm việc ở chế độ tải nặng, thí dụ các xe tải điện công

Bình ắc quy dùng cho tải không nặng lắm: thí dụ như chiếu sáng tàu

Bình ắc quy tĩnh, hoặc dùng cho các ứng dụng dự phòng 1,215

2.3.5 Nắp thông hơi

Nắp thông hơi chụp trên các lỗ để thêm dung dịch điện phân Nắp thông hơi được thiết kế để hơi acid ngưng tụ và rơi trở lại accu và cho phép hydrogene bay hơi

Khoa Kỹ thuật ô tô 26

Dãy nắp thông hơi: Hầu hết các accu ngày nay thiết kế một dãy nắp thông hơi để

có thể chụp cho nhiều ngăn Dãy nắp thông hơi được thiết kế để hơi acid ngưng tụ và rơi trở lại accu và cho phép hydrogene bay hơi

Hình 2.11 Cọc accu

Ký hiệu trên cọc accu: Ký hiệu trên cọc accu để nhận biết cực dương hay âm Thông thường, ký hiệu "+" để chỉ cực dương, "-" để chỉ cực âm Đôi khi, các ký hiệu

"POS" và "NEG" cũng được sử dụng để ký hiệu cực dương và cực âm Trên loại accu

có cọc là loai đỉnh, đầu của cọc dương thường lớn hơn cực âm, mục đích để dễ phân biệt Đầu kẹp accu: Đầu kẹp cáp của accu có thể làm bằng thép hoặc chì tuỳ thuộc vào nhà chế tạo

2.4 QUÁ TRÌNH ĐIỆN HÓA CỦA ACCU CHÌ – AXIT

2.4.1 Hoạt động của một ngăn

Hai kim loại không giống nhau đặt trong dung dịch acid sẽ sinh ra hiệu điện thế giữa hai cực Cực dương làm bằng chì oxide PbO2, cực âm làm bằng chì Pb Dung dịch điện phân là hỗn hợp acid sunfuric và nước Chúng tạo nên một phần tử của ngăn

Hình 2.12 Hoạt động accu Hình 2.13 Quá trình phóng, nạp

Accu chứa điện ở dạng hoá năng Thông qua phản ứng hoá học, accu sinh ra và giải phóng điện vì các nhu cầu của hệ thống điện và các thiết bị điện Khi accu mất đi hoá năng trong quá trình này, accu cần được nạp điện lại bằng máy phát Bằng dòng điện ngược đi qua accu, quá trình hoá học được phục hồi, vì vậy nạp cho bình accu Chu trình phóng nạp được lặp lại liên tục và được gọi là chu trình của accu

Mỗi một ngăn có điện áp xấp xỉ 2.1V không xét đến kích cỡ và số lượng các bản cực Accu trên ô tô có 6 ngăn nối tiếp với nhau, sinh ra điện áp 12.6 V

2.4.2 Các quy 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 Sự thay đổi nồng độ dung dịch điện phân trong quá trình phóng và nạp là một trong những dấu hiệu để xác định mức phóng điện của accu trong sử dụng

❖ Quá trình phóng điện

điện phân Bản cực dương

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

Khoa Kỹ thuật ô tô 28

-Chất được tạo ra PbSO 4

4H 2 O -2H 2 O 2H 2 O

Hình 2.15 Quá trình nạp điện

Sự thay đổi nồng độ dung dịch điện phân trong quá trình phóng và nạp là một trong những dấu hiệu để xác định mức phóng điện của accu trong sử dụng

2.5 THÔNG SỐ VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ACCU CHÌ-AXIT

2.5.1 S ức 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

e a = + - - (V)

- Nếu accu có n ngăn Ea = n.e a

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

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

 : nồng độ của dung dịch điện phân được tính bằng (g/cm 3 ) quy về +

25oC

25 o C = đo – 0,0007(25 – t)

-t : nhiệt độ dung dịch lúc đo

đo : nồng độ dung dịch lúc đo

2.5.2 Hiệu điện thế của accu

- Khi phóng điện Up = E a - R a I p (2.2)

- Khi nạp điện U n = E a + R a I n (2.3)

Trong đó: I p - cường độ dòng điện phóng

I n - cường độ dòng điện nạp

R a - điện trở trong của accu

2.5.3 Điện trở trong accu

Điện trở trong accu phụ thuộc chủ yếu vào điện trở của điện cực và dung dịch

Pb và PbO 2 đều có độ dẫn điện tốt hơn PbSO4 Khi nồng độ dung dịch điện phân tăng,

sự có mặt của các ion H + và SO 42- 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

2.5.4 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:

p

p p

p n

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

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

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

2.5.5 Năng lượng accu

Năng lượng của accu lúc phóng điện:

W p = 3600 Q p U p (J) (2.5)

W p = 3600 n

i pi p

p

U n

t I

n - số lần đo

Năng lượng của accu lúc nạp điện:

W n = 3600 n

i pi n

n

t I

(2.6)

Khoa Kỹ thuật ô tô 30

Trong đó: Q p - năng lượng phóng của accu

U p - điện thế phóng của accu

t n - thời gian nạp accu

2.5.6 Công suất của accu

Như vậy, khi R = R a , accu sẽ cho công suất lớn nhất

2.6 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ACCU CHÌ-AXIT

2.6.1 Đặc tuyến phóng nạp của accu

a Thời gian phóng

Sơ đồ phóng và đặc tuyến phóng Sơ đồ nạp và đặc tuyến nạp b Thời gian nạp

Hình 2.16 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

Hiệu điện thế U pcũng thay đổi trong quá trình phóng Ở thời điểm bắt đầu phóng

điện, U p giảm nhanh và sau đó giảm tỷ lệ với sức giảm nồng độ dung dịch Khi ở trạng

thái cân bằng thì U p 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 E a và hiệu điện thế U p

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 E a khi nạp lớn hơn E o một lượng bằng E , còn hiệu điện thế khi nạp: U n = E a + I n R a 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 I n trở nên thừa Nó chỉ điện phân nước

tạo thành oxy và hydro và thóat ra dưới dạng bọt khí

2.6.2 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

Hình 2.17 Sự phụ thuộc của dung lượng accu vào dòng phóng

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 Q 5 , Q 10 , Q 20 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 +30 o C Dung lượng của accu được đặc trưng cho phần gạch chéo (hình 2.4) Chế độ phóng ở đây là chế độ định mức nên dung luợng này chính bằng dung lượng định mức của accu

Q(Ah

80

40

Khoa Kỹ thuật ô tô 32

Q đm = Q = 5,4A.10h = 54Ah

Trên đồ thị (hình 2.6) biểu diễn sự thay đổi điện thế accu theo thời gian phóng

trong trường hợp accu phóng với dòng điện lớn I = 3Q đm (Chế độ khởi động) ở nhiệt

độ +25 o C và - 18 o C

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

 Dòng điện phóng

 Nhiệt độ môi trường

 Thời gian sử dụng

Dung lượng của accu phụ thuộc lớn vào dòng phóng Phóng dòng càng lớn thì

dung lượng càng giảm, tuân theo định luật Peukert

p

Trong đó: n là hằng số tùy thuộc vào loại accu (n = 1,4 đối với accu chì)

Trên hình 2-5 trình bày sự phụ thuộc của dung lượng accu vào cường độ phóng

Từ hình 2-6 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 dung

dịch điện phân cao quá (lớn hơn +45 o C) thì các tấm ngăn và bản cực rất mau hỏng, làm cho tuổi thọ của accu giảm đi nhiều

Hình 2.18 Đặc tuyến phóng của accu axit ở những nhiệt độ khác nhau

2.6.3 Đặc tuyến volt-ampere

Đặc tuyến VOLT-AMPERE của accu là mối quan hệ giữa hiệu điện thế của accu

và cường độ dòng điện phóng ở nhiệt độ khác nhau

Hình 2.19 Đặc tuyến Volt – Ampere của accu

Phương trình mô tả đặc tuyến Volt – Ampere của accu: U a = U bđ – I p R a

Trong đó: U bđ - ban đầu xác định theo công thức thực nghiệm

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:

R a =

nm

bñ

I U

2.6.4 Đặc tuyến làm việc của accu trên ôtô

U,V

I’nm Inm

T=20oC T=0oC

0

I,A

Ubđ

U’bđ

Khoa Kỹ thuật ô tô 34

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

U mf = 13,8 đến 14,2V

I n = (U mf - U a) / R (2.13)

R = R a + R dd + R mf

Trong đó: R dd : điện trở dây dẫn

R mf : điện trở các cuộn stator máy phát

Hình 2.20 Chế độ phóng nạp của accu trên xe

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





=

p t

o t p

t

n t

o n

d i

d i cb K

η

Nếu K cb > 1: accu được nạp đủ

Nếu K cb < 1: accu bị phóng điện

: hiệu suất nạp

2.7 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

2.8 CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ĐIỆN CHO ACCU

2.8.1 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 (U ng ) bằng 2,3V – 2,5V trên một accu đơn với điều kiện U ng > U a

Cường độ dòng nạp thay đổi theo công thức:

I n = (U ng - E a )/ R

Hình 2.21 Nạp bằng hiệu điện thế không đổi

I max 1  1,5 Q đm Khi nạp, E a tăng, I giảm nhanh theo đặc tuyến hyperbol

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%

2.8.2 Phương pháp 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 I n = 0,1Q đm Giá trị lớn nhất của biến trở R có thể xác định bởi

Khoa Kỹ thuật ô tô 36

Hình 2.22 Sơ đồ nạp accu với dòng không đổi

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 U ng /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

n : số accu đơn mắc nối tiếp

0,5 : hệ số dự trữ

U ng: hiệu điện thế nguồn nạp

2.8.3 Phương pháp nạp hai nấc

Trong phương pháp này, đầu tiên người ta nạp accu với cường độ 0,1I đm khi accu

bắt đầu sôi, giảm xuống còn 0,05I đm Phương pháp nạp 2 nấc đảm bảo cho accu được nạp no hơn và không bị nóng

Hình 2.23 Nạp 2 nấc

2.8.4 P hương pháp nạp hỗn hợp

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

2.9 CHỌN VÀ BỐ TRÍ 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

I,A

0,1Iđm

khi khởi động là nhỏ nhất Nơi đặt accu không được quá nóng để tránh hỏng bình do nhiệt

2.10 CÔNG TÁC BẢO DƯỠNG ACCU

2.10.1 Lau chùi bình accu

Sau một thời gian, acide sulfuric sẽ ăn mòn cực, kẹp cực và thanh đỡ Sự ăn mòn này gây ra điện trở và ngăn cản dòng đến và từ accu Tháo kẹp ra khỏi cực và lau chùi

Có thể sử dụng chổi lau chùi accu, có đầu lồi và đầu lõm, lý tưởng để lau cực và kẹp cực

2.10.2 Thêm nước cho bình accu

Hiếm khi chúng ta châm nước cho bình accu, khi châm nước, chúng ta chỉ châm bằng nước cất Khoáng chất và các hóa chất thường được tìm thấy trong nước uống thông thường sẽ phản ứng với vật liệu bản cực và giảm tuổi thọ của bình accu Trong điều kiện bình thường thì nước không cần thiết, tuy nhiên cần thiết trong những trường hợp quá sạc làm cho nước bốc hơi khỏi dung dịch chất điện phân

2.10.3 Kiểm tra bằng mắt

- Kiểm tra nứt vỏ và gãy cọc accu Điều đó có thể làm rò rỉ dung dịch điện phân Nếu bị, thay bình accu

- Kiểm tra đứt cáp hay mối nối và thay thế nếu cần thiết

- Kiểm tra sự ăn mòn ở cọc accu, chất bẩn và acid trên mặt accu Nếu các cọc bị

ăn mòn nghiêm trọng phải sử sụng chổi kim loại

- Kiểm tra giá giữ accu và siết lại khi cần

Hình 2.24 Kiểm tra bằng mắt

Khoa Kỹ thuật ô tô 38

- Kiểm tra mực dung dịch điện phân trong accu Nhìn từ bên ngoài hay mở nắp Thêm vào nước cất khi cần, đừng đổ tràn

- Kiểm tra dung dịch điện phân có bị mờ hay biến màu không, nguyên nhân là do quá nạp và dao động Thay thế bình accu nếu đúng vậy

Tỉ trọng có nghĩa là khối lượng chính xác Một cái phù kế có thể được sử dụng để

so sánh khối lượng chính xác của dung dịch chất điện phân với nước Chất điện phân

có nồng độ cao trong một bình accu đã được nạp điện thì nặng hơn chất điện phân có nồng độ thấp trong bình accu đã phóng hết điện Dung dịch chất điện phân là hỗn hợp acide và nước có tỉ trọng là 1.27

Bằng cách đo tỉ trọng của dung dịch chất điện phân có thể cho chúng ta biết được bình accu đang đầy điện, cần phaỉ sạc hay phải thay thế

Trong ví dụ dưới đây (Bảng 2.3), sự chênh lệch tỉ trọng của dung dịch chất điện phân trong ngăn thứ nhất và ngăn thứ và ngăn thứ 5 là 0.07 Nên bình accu cần được thay thế Ngăn thứ 5 đã hỏng

Bảng 2.3 Tỷ trọng dung dịch các ngăn

Ng ăn 1 Ngăn 2 Ngăn 3 Ngăn 4 Ngăn 5 Ngăn 6

Lưu ý: Nhiều yếu tố gây nên sự chênh lệch giữa các ngăn, ví dụ, khi mới châm

nước vào các ngăn, làm cho dung dịch bị loãng, kết quả là đọc được tỉ trọng thấp Nạp bình accu rồi đo lại sẽ cho ta kết quả đúng

✓ Đọc tỉ trọng chỉ trên đầu đo Đảm bảo rằng đầu đo được nổi lên hoàn toàn

✓ Ghi lại giá trị rồi thực hiện lặp lại quá trình cho các ngăn còn lại

❖ Qui trình quan sát cửa xem tỉ trọng

✓ Đeo dụng cụ bảo vệ mắt thích hợp

✓ Quan sát phù kế lắp trong bình accu

- Điểm quan sát màu xanh: bình accu đã nạp đủ

- Điểm quan sát màu xanh đen: Bình accu cần nạp

- Điểm quan sát màu vàng nhạt: bình accu hỏng, cần thay thế

Khoa Kỹ thuật ô tô 40

Hình 2.25 Đo tỉ trọng kế

2.10.4.2 Kiểm tra điện áp hở mạch

Dùng một đồng hồ số để kiểm tra điện áp bình accu khi hở mạch Đồng hồ kim không chính xác và không thể dùng

Hình 2.26 Kiểm tra điện áp hở mạch

Lưu ý:

- Bật đèn đầu lên pha trong vài phút để loại bỏ nạp bề mặt

- Tắt đèn đầu và nối đồng hồ qua hai cực của bình accu

- Đọc giá trị điện áp Một bình accu được nạp đầy có giá trị 12.6 V Ngược lại một bình accu đã hỏng điện áp là 12V

2.10.5 Kiểm tra khả năng chịu tải nặng của accu

Khi kiểm tra tình trạng sạc của bình accu, không cho chúng ta biết được khả năng cung cấp dòng khi khởi động động cơ Kiểm tra khả năng chịu tải nặng của accu cho chúng ta biết khả năng phân phối dòng điện của accu

Hình 2.26 Kiểm tra khả năng chịu tải nặng