(TIỂU LUẬN) 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  - - 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 ) SVTH: Nhóm 07 Lê Thanh Trà Đồn Văn Tịnh Nguyễn Kơng Thơng Trần Đình Lượng Trương Thế Điền TP Hồ Chí Minh, Tháng 03 năm 2022 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ĐIỂM: …… KÍ TÊN MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ẮC QUY TRÊN Ô TÔ 1.1 Ắc quy là gì? Cấu tạo của một bình ắc quy và quá trình biến đổi lượng 1.1.1 1.2 1.3 1.4 Ắc quy là gì? Phân loại ắc quy 1.2.1 Ắc quy axit 1.2.2 Ắc quy kiềm Các thông số bản của ắc quy 1.3.1 Dung lượng 1.3.2 Điện áp 1.3.3 Điện trở Các đặc tính bản của ắc quy 1.4.1 Sức điện động của ắc quy 1.4.2 Dung lượng phóng của ắc quy 1.4.3 Đặc tính phóng của ắc quy 1.4.4 Đặc tính nạp của ắc quy CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ẮC QUY 2.1Phương pháp nạp ắc quy với dịng điện khơng đổi 2.2phương pháp nạp với điện áp không đổi 2.4Kết luận CHƯƠNG III THIẾT KẾ BỘ NẠP ẮC QUY TỰ ĐỘNG 3.1 Sơ đồ khối mạch 3.1.1 Máy biến áp (khối 1) 3.1.2 Mạch chỉnh lưu ( khối 2) 3.1.3 Mạch lọc (khối 3) 3.1.4 Mạch ổn áp (khối 4) 3.1.5 Bộ điều chỉnh tự động ngắt mạch 3.2Các linh kiện mạch 3.2.1 Điện trở 3.2.2 Biến trở 3.2.3 Tụ điện C = ξ S / d 3.2.4 Diode 3.2.5 LED 3.2.6 Transistor 3.2.7 IC LM 317 3.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc mạch CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ẮC QUY TRÊN Ô TÔ 1.1 Ắc quy gì? Cấu tạo bình ắc quy trình biến đổi lượng 1.1.1 Ắc quy gì? Ắc quy là nguồn điện thứ cấp, hoạt động dựa vào trình biến đổi hóa thành điện để tiến hành tích trữ và cấp điện cho thiết bị điện Người dùng sử dụng máy sạc ắc quy để tái sạc điện và 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 ngoài lớp vỏ nhựa cứng, bên làm từ sớ tế bào (cell) Mỗi tế bào có cực dương và cực âm, chúng là vật liệu hoạt hóa nằm lưới phẳng Trong đó, cực dương sau sạc PbO2 có màu nâu, cịn cực âm là xớp sau sạc có màu xám Hình 1.2.Hình vẽ cấu trúc bên bình ắc quy 1.1.3 Quá trình biến đổi lượng ắc quy Bình ắc quy là bình chứa lượng cho hệ thớng điện Khi cần bình ắc quy tạo dịng điện chiều qua thiết bị nối với cực Dịng điện bình ắc quy tạo phản ứng hoá học vật liệu cực và axit H2SO4 bình hay cịn gọi là chất điện giải Sau thời gian sử dụng bình ắc quy bị hết điện Tuy nhiên sạc lại cách cho dịng 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 • Ắc quy là 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 ngoài gọi là q trình phóng điện Q trình ắc quy dự trữ lượng gọi là trình sạc điện Năng lượng ắc quy quan hệ với trình biến đổi hoá học cực và dung dịch điện phân trình bày bảng sau: Bảng 1.1.Quá trình biến đổi lượng ắc quy Trạng thái ắc quy Nạp no ↓↑ Phóng điện hết 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 và ắc quy kiềm ắc quy kẽm-bạc Tuy nhiên thực tế ắc quy axít và ắc quy kiềm đượcsử dụng nhiều 1.2.1 Ắc quy axit Gồm cực chì và oxit chì ngâm dung dịch axit sulfuaric Các cực này thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới , làm hợp kim chì antimon, có nhồi hạt hóa chất tích cực Các hóa chất này đượcsạc đầy là dioxit chì cực dương và 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 và 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 ngoài thường mỏng hơn, chúng sử dụng diện tích tiếp xúc Chất lỏng dùng bình ắc quy là dung dich axit sulfuaric Nồng độ dung dịch biểu trưng tỷ trọng đo được, tùy thuộc vào loại ắc quy và 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 Dung lượng bình ắc quy thường đượctính ampe (AH) AH đơn giản là tích sớ dịng điện phóng với thời gian phóng điện Dung lượng này thay đổi tuỳ theo nhiều điều kiện dịng điện phóng, nhiệt độ chất điện phân, tỷ trọng dung dịch, và điện ći 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 ći 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 dịng điện chiều đượckhép kín qua mạch ắc quy và dịng 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 và tạo thành phản ứng : 2H+ + PbSO4 → H2SO4 + Pb 10 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 là 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 Hình 3.18 Kí hiệu diode mạch nguyên lý 41 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) diode cho dịng điện chạy qua Hình 3.19 Phân cực thuận cho Diode Phân cực ngược: UAK VB>VC Trong trường hợp này hai vùng bán dẫn P-N cực E và 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 x́ng và tạo thành dịng điện IB Cực C nối vào điện áp âm cao nên hút hầu hết lỗ trống vùng bán dẫn N sang vùng bán dẫn P cực C tạo thành dịng điện I C Cực E nới vào điện áp dương nên vùng bán dẫn P bị lỗ trống hút lỗ trống từ nguồn dương lên chỗ tạo thành dòng điện I E Số lượng lỗ trống bị hút từ cực E chạy qua cực B và cực C nên dòng điện IB và IC từ cực E chạy qua: 46 Ta có: IE =IB +IC Cịn đới với transistor NPN là ngược ta làm ngược lại và phải đổi cực tính 47 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 = – 125 48 ο Công suất tiêu thụ lớn là 20 W Dòng điện đầu lớn Imax = 1.5 A Đảm bảo thông số Vi – Vo >= V 49 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 cơng suất T3 là transistor chịu dịng 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 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 là 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 và VR1 Trong trình hoạt động, ắc quy yếu T1 mở dẫn đến làm giảm điện áp phản hồi LM 317, làm giảm điện áp nạp ắc quy để đảm bảo dịng nạp khơng vượt q giá trị cho phép - Khới điều chỉnh dịng 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 dòng nạp không vượt giá trị cho phép - Phần hiển thị : Đầu điện áp nạp ắc quy lấy qua T4, T5 Khi đựợc nạp đèn đỏ sáng 51 Hình 3.11 : Đồ dùng và linh kiện trước làm mạch Hình 3.12 : Mạch chạy thử 52 Hình 3.13 : Mạch hoàn thiện 53 54 ... ắc quy có cực chế tạo sắt (Fe) và niken (Ni) Loại ắc quy cadimi – niken, là loại ắc quy có cực chế tạo cadimi (Cd) và niken (Ni) Loại ắc quy bạc – kẽm, là loại ắc quy có cực chế tạo bạc (Ag)... +IP.raq (1 . 2) Trong : EP : là sức điện động ắc quy phóng điện UP : là điện áp đo cực ắc quy phóng điện IP : là dịng điện phóng raq : là điện trở ắc quy phóng điện Sức điện động En ắc quy đượctính... loại sau: • • • • ắc quy chì (? ??c quy axit) ắc quy kiềm ắc quy khơng lamen và ắc quy kiềm ắc quy kẽm-bạc Tuy nhiên thực tế ắc quy axít và ắc quy kiềm đượcsử dụng nhiều 1.2.1 Ắc quy axit Gồm cực