Bài 1 Ắc quy khởi động

Bài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi độngBài 1 Ắc quy khởi động

Chương 2: HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Bài 1: ACCU KHỞI ĐỘNG

1 Khái quát về accu

1.1Cơng dụng accu

Accu trong ơ tơ thường được gọi là accu khởi

động để phân biệt với loại accu sử dụng ở các lĩnh

vực khác Accu khởi động trong hệ thống điện thực hiện chức năng của một thiết bị chuyển đổi hĩa 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 cĩ thể tạo ra dịng điện cĩ cường độ lớn, trong khoảng thời gian ngắn (5¸10s), cĩ khả năng cung cấp dịng 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 cịn cung cấp điện cho các tải điện quan trọng khác trong hệ thống điện, cung cấp từng phần hoặc tồn bộ trong trường hợp động cơ chưa làm việc hoặc đã làm việc mà máy phát điện chưa phát đủ cơng suất (động cơ đang làm việc ở chế độ số vịng 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…

Ngồi ra, accu cịn đĩng vai trị bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện ơ tơ khi

điện áp máy phát dao động

Điện áp cung cấp của accu là 6V,

12V hoặc 24V Điện áp accu thường

là 12V đối với xe du lịch hoặc 24Vcho

xe tải Muốn điện áp cao hơn ta đấu

nối tiếp các accu 12V lại với nhau.

Accu cung cấp điện khi:

Ø 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 khơng hoạt động

Ø Động cơ khởi động: Điện từ bình

accu được dùng cho máy khởi động

và cung cấp dịng 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

Ø Động cơ đang hoạt động: Điện từ bình accu cĩ 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 địi hỏi cao

1.2 Phân loại accu

Trên ơtơ cĩ thể sử dụng hai loại accu để khởi động: accu axit và accu kiềm Nhưng thơng dụng nhất từ trước đến nay vẫn là accu axit, vì so với accu kiềm nĩ cĩ sức điện động của mỗi cặp bản cực cao hơn, cĩ điện trở trong nhỏ và đảm bảo chế độ khởi động tốt, mặc

dù accu kiềm cũng cĩ khá nhiều ưu điểm

2 Cấu tạo accu

Một bình accu trên ô tô bao gồm một dung dịch acid 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-acid 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 3 Cấu tạo accu

2.1 Cấu tạo của một ngăn

Cơ sở cho hoạt động của accu là các ngăn của accu Các bản cực âm và bản cực dương được nối riêng rẽ với nhau Các nhóm bản cực âm và bản cực dương này được đặt xen kẽ với nhau và ngăn cách bằng các tấm ngăn có lỗ thông nhỏ Kết hợp với nhau, các bản cực và tấm ngăn tạo nên một ngăn của accu Việc kết nối bản cực theo cách này tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu hoạt tính và chất điện phân Điều đó cho phép cung cấp một lượng điện nhiều hơn Mặt khác dung lượng của bình accu tăng lên vì diện tích bề mặt tăng lên Càng nhiều diện tích bề mặt đồng nghĩa với việc accu cung cấp điện nhiều hơn

Hình 4 Cấu tạo một accu đơn

2.1.1 Bản cực

Bản cực accu được cấu trúc từ một khung sườn làm bằng hợp kim chì có chứa Antimony hay Canxi Khung sườn này là một lưới phẳng, mỏng Lưới tạo nên khung cần thiết để dán vật liệu hoạt tính lên nó, cả ở bản cực âm và bản cực dương Vật liệu hoạt tính được dán lên ở bản cực dương là chì oxide (PbO2) và ở bản cực âm là chì xốp (Pb)

Hình 5 Cấu tạo bản cực Hình 6 Chất điện phân

2.1.2 Chất điện phân

Chất điện phân trong bình accu là hỗn hợp 36% acid sulfuric (H2SO4) và 64% nước cất (H2O) Dung dịch điện phân trên accu ngày nay có tỷ trọng là 1.270 (ở 200 C) khi nạp đầy

Tỷ trọng là trọng lượng của một thể tích chất lỏng so sánh với trọng lượng của nước với cùng một thể tích Tỷ trọng càng cao thì chất lỏng càng đặc

Một tỷ trọng kế được sử dụng để đo tỷ trọng của dung dịch điện phân Chất điện phân trong bình accu đã được nạp điện thì mạnh hơn và nặng hơn chất điện phân trong accu đã phóng điện

Những cẩn trọng khi sử dụng accu:Chất điện phân trong bình accu là hỗn hợp của acid

sulfuric và nước Acid sulfuric thì có tính ăn mòn rất cao và có thể gây thương tích trên da

và mắt Luôn luôn mang đồ bảo hộ khi tiếp xúc với bình accu Khi bị dung dịch acid dính vào tay phải rửa ngay bằng nhiều nước, khi văng vào mắt phải rửa bằng nước ngay và khám

y tế càng sớm càng tốt Khi nạp accu, khí Hydrogene được giải phóng vì vậy phải tránh xa ngọn lửa và tia lửa điện nếu không có thể gây ra cháy nổ nghiêm trọng

2.2 Vỏ accu

Vỏ accu giữ các điện cực và các ngăn riêng rẽ của bình accu Nó được chia thành 6 phần hay 6 ngăn Các bản cực được đặt trên các gờ đỡ, giúp cho các bản cực không bị ngắn mạch khi có vật liệu hoạt tính rơi xuống đáy accu Vỏ được làm từ polypropylen, cao su cứng, và plastic Một vài nhà sản xuất làm vỏ accu có thể nhìn xuyên qua để có thể nhìn thấy được mực dung dịch điện phân mà không cần mở nắp accu Đối với loại này thường có hai đường để chỉ mực thấp (lower) và cao (upper) bên ngoài vỏ

Hình 7 Vỏ accu Hình 8 Nắp thông hơi Hình 9.Dãy nắp

thông hơi

2.3 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

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

2.4 Cọc accu

Có 3 loại cọc bình accu được sử dụng, loại đỉnh, loại cạnh và loại L Loại trên đỉnh thông dụng nhất trên ô tô Loại này có cọc được vát xiêng Loại cạnh là loại đặc trưng của hãng General Motors, loại L được dùng trên tàu thuỷ

Hình 10 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 hiệ "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

Hình 11 Ký hiệu cọc accu Chì Thép Hình 12 Đầu kẹp accu

2.5 Cửa xem tỷ trọng

Cửa xem tỷ trọng dùng một quả cầu có thể đo được tỷ trọng của dung dịch điện phân trong một ngăn

Hình 13 Cửa xem tỷ trọng

3 Hoạt động của accu

3.1 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 14 Hoạt động accu Hình 15 Quá trình phóng, nạp Hình 16 Điện

áp accu

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

3.2 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:

PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 Û 2PbSO 4 + 2H 2 O

Trong quá trình phóng điện, hai bản cực từ PbO 2 và Pb biến thành PbSO 4 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 H 2 SO 4 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

Chất b

an đầu

Pb

2H 2 SO 4 + 2H 2 O PbO 2

Quá

trình

ion

hóa

SO 4 - - , SO 4 - - ,4H + 4OH - Pb ++++

Quá

trình

tạo

dòng

-Chất

được

tạo ra

PbSO 4

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

PbS

O 4

Bảng 1 Quá trình phóng điện

Quá trình nạp điện

điện phân Bản cực dương

Chất đư

ợc tạo

ra cuối

quá

trình

phóng

PbSO 4

4H 2 O PbSO

4

Quá

ion hóa

Quá

trình

tạo

dòng

+

Pb ++++

Chất

ban đầu Pb

2H 2 O

H 2 SO 4 H 2 SO 4 PbO 2

Bảng 2 Quá trình nạp điện

3.3 Thông số accu chì-axit

3.3.1 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

e a = j + - j - (V)

- Nếu accu có n ngăn E a = 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 0 = 0,85 + r 25 oC

E 0 : sức điện động tĩnh của accu đơn (tính bằng volt)

r: nồng độ của dung dịch điện phân được tính bằng (g/cm 3 ) quy về + 25oC

r 25 oC = r đo – 0,0007(25 – t)

t : nhiệt độ dung dịch lúc đo.

r đo : nồng độ dung dịch lúc đo.

3.3.2 Hiệu điện thế của accu

- Khi phóng điện: U p = E a - R a I p

- Khi nạp điện: U n = E a + R a I n

Trong đó:

I p - cường độ dòng điện phóng.

I n - cường độ dòng điện nạp.

R a - điện trở trong của accu.

3.3.3 Điện trở trong accu

R aq = R điện cực + R bản cực + R tấm ngăn + R dung dịch

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 PbSO 4 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

3.3.4 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 = I p t p (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 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.

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.

t p = const

Trong đó:

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

4 Kiểm tra và bảo dưỡng accu

3.1 Kiểm tra bằng mắt

1 Kiểm tra nứt vỏ và gãy cọc accu Điều đó có thể làm rò rỉ dung dịch điện phân Nếu

bị, thay bình accu

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

3 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

4 Kiểm tra giá giữ accu và siết lại khi cần

5 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

6 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

Hình 17 Kiểm tra bằng mắt

3.2 Kiểm tra tình trạng sạc

Tình trạng sạc của accu có thể dễ dàng kiểm tra bằng một trong những cách sau:

Kiểm tra tỉ trọng

Kiểm tra điện áp hở mạch

3.2.1 Kiểm tra tỉ trọng

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.

Tỷ trọng Phần trăm được nạp

Bảng 3 Tỷ trọng và phần trăm nạp

Sự chênh lệch tỉ trọng của các ngăn:

Sự chên lệch tỉ trọng của các ngăn không vượt quá 0.05 Sự chênh lệch so sánh giữa ngăn cao nhất và ngăn thấp nhất Một bình accu nên bỏ đi nếu sự chên lệch vượt quá 0.05 Trong

ví dụ dưới đây, 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 4 Tỷ trọng các ngăn

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

Trình tự kiểm tra tỉ trọng

1 Đeo thiết bị bảo vệ mắt thich hợp

2 Mở nắp bình accu

3 Bóp cái bầu hút của phù kế và đưa cái đầu hút vào ngăn gần cực dương nhất

4 Từ từ thả lỏng bầu hút, hút vừa đủ dung dịch điện phân để làm nổi đầu đo bên trong lên

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

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

Qui trình quan sát cửa xem tỉ trọng:

1 Đeo dụng cụ bảo vệ mắt thích hợp

2 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

Hình 18 Đo tỷ trọng

3.2.2 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 19 Kiểm tra điện áp hở mạch

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

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

3 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.

Hình 20 Đo điện áp hở mạch

3.3 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 21 Kiểm tra khả năng chịu tải nặng

Trước khi kiểm tra tải nặng phải xác định dung lượng bình accu Dung lượng bình accu ghi trên nhãn bình Nó có thể biểu diễn bằng CCA (Cold Cranking Amps) hay AH (Amp-Hour)

Hình 22 Thông số accu

Qui trình kiểm tra khả năng chịu tải nặng:

1 Lắp đặt bộ thử tải

2 Tăng tải lên bằng núm điều khiển đến khoảng gấp 3 lần AH hay một nửa CCA

3 Duy trì tải không quá 15s, ghi nhận giá trị điện áp

4 Nếu điện áp đọc được là

 9.6V hay cao hơn, bình accu còn tốt

 9.5V hay thấp hơn, bình accu có khiếm

khuyết và cần thay thế

3.4 Kiểm tra rò điện

3.4.1 Dòng kí sinh

Dòng kí sinh là những dòng nhỏ cần thiết để hoạt

động các thiết bị điện khác nhau giống như đồng hồ, bộ

nhớ máy tính, cảnh báo mà nó tiếp tục hoạt động khi xe

đã ngừng, công tắc máy đã đóng Tất cả các xe ngày

nay đều có dòng kí sinh nó sẽ làm cạn bình accu nếu

không chạy xe và sạc định kì Vấn đề nảy sinh khi dòng

kí sinh vượt quá 35mA

không mong muốn

là nguyên nhân tại

vì sao bình accu tiếp tục phóng điện Dòng rò không mong muốn

có thể là dòng kí sinh quá mức cho phép hay mặt trên của bình accu bị ẩm và ô xy hóa quá mức, nó có thể sinh ra một đường dẫn giữa hai cực, gây

ra dòng rò, thường là lớn hơn 0.5 V cho một bình tự phóng điện Nó gọi là dòng rò nắp bình

3.4.2 Kiểm tra dòng rò:

Để kiểm tra dòng kí sinh quá mức hay tải kí sinh người ta dùng ampe kế Đảm bảo rằng tất cả các tải điện trong xe đều tắt hết, cửa đóng và chìa khóa xe được rút ra khỏi ổ cắm Tháo một trong các cáp nối ra khỏi bình accu, gắn một ampe kế nối tiếp giữa cọc bình accu và cáp Giá trị đọc được nên nhỏ hơn 35mA Nếu dòng lớn hơn chứng tỏ dòng kí sinh

đã vượt quá định mức Một cái gì đó đang nối và gây hết điện bình accu Ô tô ngày nay cho dòng kí sinh không vượt quá 20mA để duy trì bộ nhớ điện tử và các mạch điện

Chú ý:

tạm thời có thể tăng lên Các mạch điện và

accu ra