MÔN học hệ THỐNG điện – điện tử TRÊN ô tô đề tài study on automatic battery charging control systems ( nghiên cứu hệ thống điều khiển nạp ắc quy tự động )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - - MƠN HỌC: HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ Đề tài: Study on automatic battery charging control systems ( Nghiên cứu hệ thống điều khiển nạp ắc quy tự động ) SVTH: Nhóm 07 Lê Thanh Trà 20145730 Đồn Văn Tịnh 20145729 Nguyễn Kơng Thơng 20145273 Trần Đình Lượng 20145386 Trương Thế Điền 20145260 TP Hồ Chí Minh, Tháng 03 năm 2022 download by : skknchat@gmail.com NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ĐIỂM: …… KÍ TÊN download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ẮC QUY TRÊN Ô TÔ Ắc quy là gì? Cấu tạo của một bình ắc quy và quá trình biến đổi lượng 1.1 1.1.1 Ắc quy gì? Phân loại ắc quy 1.2 1.2.1 Ắc quy axit 1.2.2 Ắc quy kiềm 11 Các thông số bản của ắc quy 16 1.3 1.3.1 Dung lượng 16 1.3.2 Điện áp 16 1.3.3 Điện trở 16 Các đặc tính bản của ắc quy 16 1.4 1.4.1 Sức điện động của ắc quy 16 1.4.2 Dung lượng phóng của ắc quy 17 1.4.3 Đặc tính phóng của ắc quy 17 1.4.4 Đặc tính nạp của ắc quy 19 CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ẮC QUY 22 2.1 Phương pháp nạp ắc quy với dòng điện không đổi 22 2.2 phương pháp nạp với điện áp không đổi 23 2.4 Kết luận 25 CHƯƠNG III THIẾT KẾ BỘ NẠP ẮC QUY TỰ ĐỘNG 29 Sơ đồ khối mạch 29 3.1 3.1.1 Máy biến áp (khối 1) 29 3.1.2 Mạch chỉnh lưu ( khối 2) 31 3.1.3 Mạch lọc (khối 3) 33 3.1.4 Mạch ổn áp (khối 4) 33 3.1.5 Bộ điều chỉnh tự động ngắt mạch sạc pin ( khối 5) 34 Các linh kiện mạch 35 3.2 3.2.1 Điện trở 35 3.2.2 Biến trở 36 3.2.3 Tụ điện 37 C = ξ S / d 38 3.2.4 Diode 40 download by : skknchat@gmail.com 3.2.5 LED 42 3.2.6 Transistor 44 3.2.7 IC LM 317 48 Sơ đồ nguyên lý làm việc mạch 50 3.3 download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ẮC QUY TRÊN Ô TÔ 1.1 Ắc quy là gì? Cấu tạo bình ắc quy và trình biến đổi lượng 1.1.1 Ắc quy gì? Ắc quy là nguồn điện thứ cấp, hoạt động dựa vào q trình biến đổi hóa thành điện để tiến hành tích trữ cấp điện cho thiết bị điện Người dùng sử dụng máy sạc ắc quy để tái sạc điện sử dụng ắc quy nhiều lần trước thay Trong thực tế, ắc quy biết đến với tên gọi acquy, bình accu, bình ắc quy, ắc quy lưu điện, ắc quy tích điện Hình 1.1.Một sớ hình ắc quy 1.1.2 Cấu tạo ắc quy Cấu tạo bình ắc quy thực tế tương đới đơn giản Nó bọc bên lớp vỏ nhựa cứng, bên làm từ số tế bào (cell) Mỗi tế bào có cực dương và cực âm, chúng vật liệu hoạt hóa nằm lưới phẳng Trong đó, cực dương sau sạc PbO2 có màu nâu, cịn cực âm xớp sau sạc có màu xám download by : skknchat@gmail.com Hình 1.2.Hình vẽ cấu trúc bên bình ắc quy 1.1.3 Quá trình biến đổi lượng ắc quy Bình ắc quy bình chứa lượng cho hệ thớng điện Khi cần bình ắc quy tạo dòng điện chiều qua thiết bị nới với cực Dịng điện bình ắc quy tạo phản ứng hoá học vật liệu cực axit H2SO4 bình hay cịn gọi chất điện giải Sau thời gian sử dụng bình ắc quy bị hết điện Tuy nhiên sạc lại cách cho dòng điện bên ngoài qua theo chiều ngược với chiều phát điện bình Trong điều kiện bình thường ắc quy sạc dòng điện từ máy phát điện Để hoạt động tớt bình phải làm ba việc: • Cung cấp dịng điện khởi động động • Cung cấp điện hệ thớng cần có mức điện lớn hệ thớng xạc cung cấp • Ổn định điện máy hoạt động download by : skknchat@gmail.com Ắc quy nguồn lượng có tính thuận nghịch Nó tích trữ lượng dạng hố và giải phóng lượng dạng điện Quá trình ắc quy cung cấp điện cho mạch ngồi gọi là q trình phóng điện Q trình ắc quy dự trữ lượng gọi trình sạc điện Năng lượng ắc quy quan hệ với q trình biến đổi hố học cực dung dịch điện phân trình bày bảng sau: Bảng 1.1.Quá trình biến đổi lượng ắc quy Trạng thái ắc quy Bản cực dương Bản cực âm Nạp no ↓↑ Phóng điện hết PbO2 ↓↑ PbSO2 Pb ↓↑ PbSO2 Trong q trình phóng nạp, nồng độ dung dịch điện phân ắc quy thay đổi: • • Khi ắc quy phóng điện, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần Khi nạp điện, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần Do ta vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện ắc quy 1.2 Phân loại ắc quy Cho đến có nhiều loại ắc quy khác đượcsản xuất tuỳ thuộc vào điều kiện yêu cầu cụ thể loại máy móc, dụng cụ, điều kiện làm việc Cũng tính kinh tế kỹ thuật ắc quy liệt kê sớ loại sau: • • • • ắc quy chì (ắc quy axit) ắc quy kiềm ắc quy không lamen ắc quy kiềm ắc quy kẽm-bạc Tuy nhiên thực tế ắc quy axít ắc quy kiềm đượcsử dụng nhiều 1.2.1 Ắc quy axit download by : skknchat@gmail.com Gồm cực chì oxit chì ngâm dung dịch axit sulfuaric Các cực thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới , làm hợp kim chì antimon, có nhồi hạt hóa chất tích cực Các hóa chất đượcsạc đầy dioxit chì cực dương chì nguyên chất cực âm Các cực đượcnối với chì phía trên, cực dương nới với cực dương, cực âm nối với cực âm Chiều dài, chiều ngang, chiều dày số lượng cực xác định dung lượng bình ắc quy Thơng thường, cực âm đượcđặt phía bên ngoài, sớ lượng cực âm nhiều cực dương Các cực âm thường mỏng hơn, vì chúng sử dụng diện tích tiếp xúc Chất lỏng dùng bình ắc quy dung dich axit sulfuaric Nồng độ dung dịch biểu trưng tỷ trọng đo được, tùy thuộc vào loại ắc quy tình trạng phóng sạc bình Trị sớ tỷ trọng bình ắc quy đượcsạc đầy đượcquy 25ο C đượccho bảng sau : Bảng 1.2 Tỷ trọng chất điện phân bình ắc quy Loại bình ắc quy Bình ắc quy làm việc chế độ tải nặng : ví dụ xe tải điện cơng nghiệp lớn Bình ắc quy dùng cho xe ơtơ, phi Bình ắc quy dùng cho tải khơng nặng lắm: ví dụ chiếu sáng tàu điện, khởi động động Bình ắc quy tĩnh, dùng cho ứng dụng dự phòng Tỷ trọng chất điện phân 1.275 1.260 1.245 1.215 Dung lượng bình ắc quy thường đượctính ampe (AH) AH đơn giản tích sớ dịng điện phóng với thời gian phóng điện Dung lượng này thay đổi tuỳ theo nhiều điều kiện dòng điện phóng, nhiệt độ chất điện download by : skknchat@gmail.com phân, tỷ trọng dung dịch, và điện cuối sau phóng Các biến đổi thơng sớ bình ắc quy đượccho biểu đồ sau: Hình 1.3.Đặc tính điện và tỷ trọng phóng nạp vớI dịng khơng đổi Hình 1.4.Đặc tuyến phóng điện tới điện cuối download by : skknchat@gmail.com Hình 1.5.Dung lượng định mức dựa mức Nguyên lý làm việc : * Quá trình sạc: Khi ắc quy đượclắp ráp xong, ta đổ dung dịch axit sunfuric vào ngăn bình cực sinh lớp mỏng chì sunfat (PbSO4) Vì chì tác dụng với axit theo phản ứng: PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O Đem nối nguồn điện chiều vào hai đầu cực ắc quy thì dòng điện chiều đượckhép kín qua mạch ắc quy và dòng điện theo chiều: Cực dương nguồn chiều → Dung dịch điện phân → Đầu cực ắc quy → Cực âm nguồn chiều Dòng điện chiều làm cho dung dịch điện phân phân ly : H2SO4 → 2H+ + SO42Cation H+ theo dịng điện phía cực nới với âm nguồn điện tạo thành phản ứng : 2H+ + PbSO4 → H2SO4 + Pb 10 download by : skknchat@gmail.com Để cho tụ làm việc ổn định em lưu chọn tụ có điện áp lớn điện áp điện áp đầu vào tụ 3.2.4 Diode Được cấu tạo từ hai lớp bán dẫn tiếp xúc Diode có hai cực Anot (A) và Katot (K) Nó cho dịng chiều từ A sang K và coi van chiều mạch điện và ứng dụng rộng rãi máy thu thu hình, mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp Hình 3.16 Cấu tạo diode Hình 3.17 Hình dạng diode thực tế 40 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.18 Kí hiệu diode mạch ngun lý 41 download by : skknchat@gmail.com Phân cực cho diode : Phân cực thuận cho diode: Anode(A) đƣợc lối vào cực dương và Katot (K) nối vào cực âm nguồn (UAK>0) thì diode cho dòng điện chạy qua Hình 3.19 Phân cực thuận cho Diode Phân cực ngược: UAK VB>VC Trong trường hợp hai vùng bán dẫn P-N cực E B giống điode phân cực thuận nên dẫn điện,lỗ trống từ vùng bán dẫn P cực E sang vùng bán dẫn N cực B để tái hợp với eletron Khi vùng bán dẫn N cực B có thêm lỗ trớng nên có điện tích dƣơng Cực B lới vào điện áp âm nguồn nên hút số lỗ trống vùng bán dẫn N xuống và tạo thành dịng điện IB Cực C nới vào điện áp âm cao nên hút hầu hết lỗ trống vùng bán dẫn N sang vùng bán dẫn P cực C tạo thành dòng điện IC Cực E nối vào điện áp dương nên vùng bán dẫn P bị lỗtrống hút lỗ trống từ nguồn dương lên chỗ tạo thành dịng điện IE Sớ lượng lỗ trống bị hút từ cực E chạy qua cực B cực C nên dòng điện IB IC từ cực E chạy qua: 46 download by : skknchat@gmail.com Ta có: IE =IB +IC Cịn đới với transistor NPN ngược ta làm ngược lại phải đổi cực tính 47 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.23 Transistor 3.2.7 IC LM 317 Hình 3.24 IC LM 358 Hình 3.25 Cấu tạo IC LM317 Trong : Adjust là chân điều khiển Output là điện áp đầu Input là điện áp đầu vào Thông số : Điện áp đầu vào Vi = 40V Nhiệt độ vận hành t = – 125ο 48 download by : skknchat@gmail.com Công suất tiêu thụ lớn là 20 W Dòng điện đầu lớn Imax = 1.5 A Đảm bảo thông số Vi – Vo >= V 49 download by : skknchat@gmail.com 3.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc mạch Hình 3.10 : Sơ đồ mạch cấp nguồn chiều 12V cho ắc quy Nguyên lý làm việc mạch : Mạch gồm khâu - Biến áp 220V – 12V biến điện áp xoay chiều xuống dải điện áp phù hợp cho ắc quy - Khối chỉnh lưu gồm Diode tạo thành cầu biến điện áp xoay chiều thành chiều Điện áp này sử dụng làm điện áp nạp ắc quy - Transistor công suất T3 transistor chịu dòng nạp qua ắc quy Khi T3 dẫn, ắc quy nạp Khi T3 khóa, ắc quy ngắt điện khỏi mạch.T3 mắc để lấy tín hiệu chân E, tín hiệu điều khiển đƣợc lấy từ đầu LM 317 Khi điện áp T3 điện áp chuẩn LM 317 50 download by : skknchat@gmail.com trừ điện áp rơi mặt tiếp giáp BE T3 ( = U (317) – 0.7 V ) Điện áp tiếp giáp BE tăng transistor chịu dòng lớn - LM 317 IC tạo điện áp chuẩn làm điện áp nạp cho ắc quy Điện áp LM 317 xác định dựa R1,VR1,T1 Khi T1 khóa, điện áp LM 317 phụ thuộc vào R1 VR1 Trong trình hoạt động, ắc quy yếu thì T1 mở dẫn đến làm giảm điện áp phản hồi LM 317, làm giảm điện áp nạp ắc quy để đảm bảo dòng nạp không vượt giá trị cho phép - Khối điều chỉnh dòng áp Bình thường điện áp đầu ắc quy đủ D5 khóa làm A564 khóa dẫn đến T3 khóa Trong trƣờng hợp điện áp ắc quy thấp D5 dẫn làm A564 dẫn, cấp điện vào T1 (chân B) khiến T1 mở dẫn đến điện áp phản hồi LM 317 giảm làm giảm điện áp nạp ắc quy để đảm bảo dịng nạp khơng vượt giá trị cho phép - Phần hiển thị : Đầu điện áp nạp ắc quy lấy qua T4, T5 Khi đựợc nạp thì đèn đỏ sáng 51 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.11 : Đồ dùng linh kiện trước làm mạch Hình 3.12 : Mạch chạy thử 52 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.13 : Mạch hoàn thiện 53 download by : skknchat@gmail.com 54 download by : skknchat@gmail.com ... chế tạo sắt (Fe) niken (Ni) ⚫ Loại ắc quy cadimi – niken, loại ắc quy có cực chế tạo cadimi (Cd) niken (Ni) ⚫ Loại ắc quy bạc – kẽm, loại ắc quy có cực chế tạo bạc (Ag) kẽm (Zn) Trong ba loại... : là điện trở ắc quy phóng điện Sức điện động En ắc quy đượctính sau: En = Un – In raq (1 . 3) Trong : En : sức điện động ắc quy sạc điện In : dòng điện sạc Un : điện áp đo cực ắc quy sạc điện. .. không đổi Phương pháp nạp với điện áp nạp không đổi yêu cầu ắc quy mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện nguồn nạp không đổi và tính ( 2,3 ÷2,5 )V cho ngăn ắc quy đơn Đây là phương pháp nạp điện