Giáo trình trang bị điện ô tô nguyễn văn chất

Trang 1

NGUYEN VAN CHAT

a TRINH

Trang 2

œ oe oe NGUYEN VAN CHAT GIAO TRINH

TRANG BỊ ĐIỆN Ô TÔ (Dùng cho sinh uiên các trường Cao đẳng uà THƠN) `

Trang 3

Nà eg “ee

LỜI NÓI ĐẦU

Trên thị trường Việt Nan hiện nay có rất nhiều loại, nhiều biểu 6lô Sự đa dạng uê chúng loại, đặc biệt là tính hiện đại uê kết cấu, mức độ tự động hoá của hệ thống trang bị điện trên ôtô hiện đại dang là nhụ câu cân tìm hiểu va làm quen của nhiều người, nhiều

đổi tượng

Cuốn sách này chỉ giới thiệu những nội dụng thuộc hệ thống điện của ôtô, uì thực tế khả năng làm uiệc cũng như tuổi thọ của ôtô phụ thuộc rất nhiêu uảo tính năng lâm uiệc uà độ bên của hệ thống trang bị diện trên xe Nhin chung sự khác biệt của những ôtô mới, hiện đại so uới những ôtô truyền thống của thế hệ trước, ta thấy: hgoài uiệc người ta đã thay thế nhiều chỉ tiết trên xe để đảm bảo chúng có tính bên

uững, gọn nhẹ, khả nding vd dé tin cậy cao trong quá trình khai thác

tà uận hành, đồng thời thuận tiện uà cải thiện tiện nghỉ cho con người trong quá trình sử dụng, ở những ôtô mới còn được trang bị thêm nhiều thiết bị phục vu nh: máy điều hoà nhiệt d6, radié cassette, chững trộm xe, u.u

Sự cải tiến dáng chú # nhất trong hệ thống trang bị điện của ôtô

hiện dại là người ta đã tận dung được những thành quả mới của

ngành điện từ, cụ thể là đã đưa các linh kiện bán dẫn uà uì mach vdo

hệ thống trang bị điện dể thay thế cho các thiết bị eo khi va điện tứ,

nên những ôtô hiện đại đã đạt được rất nhiêu đặc tính tu uiệt như: mức độ tụ động hoá cao, téi uu hod quả trính làm uiệc, nâng cao hiệu

suất, hạn chế đến mức thấp nhất chất độc hại thải ra môi trường Các thiết bị điện uà hệ thống điêu khiển tự dộng trên ôtô hiện

đại thục hiện các chúc năng có quan hệ mật thiết uà tác động ràng

buộc lẫn nhau Các thiết bị điện lắp đất trên eta ngày càng hiện đại, tiện dụng đối uới người sử dụng thị hệ thống diễu khiển ngày công

phúc tạp, thông mính uà đa đạng hơn

Đo sách được biên soạn làm giáo trình giảng đạy môn học

Trang 4

nghiệp hệ Cử nhân cao đẳng kĩ thuật, nên nội dụng chỉ tập trung

giới thiệu uÈ chức năng, cấu tạo, nguyên lí làm uiệc, phân tích nguyên nhân uà phương pháp khắc phục một số hồng hóc thường gặp, hướng dẫn chăm sóc uè bảo dưỡng ki thuật các thiết bị điện

trên ôtô

Nội dung trình bày trong cuốn sách này cũng có thể làm tài liệu

tham khảo cho các cán bộ kĩ thuật, cán bộ quản lí trong các nhà máy lắp ráp uà sửa chữa ôtô Đây cũng là tài liệu bổ túc cân thiết cho công nhân kĩ thuật ngành động cơ đốt trong, ngành ôtô va

những người đang sử dụng phương tiện giao thông này, bởi uì ôtô

ngày càng trở nên thông dụng đối uới mọi người ` Nội dung cuốn sách gồm có 7 chương:

Chương 1 Hệ thống điện trên ôtô

Chương 9 Hệ thống cung cấp điện trên ôtô

Chương 3 Hệ thống khỏi động điện dùng trên ôtô Chương 4 Hệ thống đánh lửa

Chương ð Hệ thống chiếu sáng va tin hiệu

Chương 6 Hệ thống đồng hồ đo lường, uà đèn cảnh báo

Chương 7 Hệ thống điện phục ụ 0à cải thiện tiện nghị

Lân lượt trong các chương, chúng tôi sẽ giới thiệu chức năng, nhiệm vu, cấu tạo, nguyên lí làm uiệc, phương pháp kiểm tra va

khắc phục, sửa chữa những hỏng hóc thường gặp trong thực tế của các thiết bị điện trên ôtô

Mặc dù chúng tôi đã cố gắng nhiều trong quá trình biền soạn,

song chắc chắn không tránh khỏi các thiếu sót cũng như chưa đáp ứng đây đủ nhụ cầu của bạn đọc, mong các bạn đồng nghiệp uà độc giả góp ý phê bình để sửa đổi, cải tiến trong các lên tái bản sau giúp

cho cuốn sách được hoàn thiện hơn

Hà Nội ngày 01.3.2006 TÁC GIẢ

Trang 5

“eee 2

Chuong 1

HE THONG DIEN TREN OTO

1.1 KHAI QUAT CHUNG

Hệ thống điện trên ôtô thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Châm lửa đốt cháy hỗn hợp công tác trong xi lanh - Khởi động động cơ ôtô

- Chiếu sáng trong và ngoài xe -

- Thông tin, đo lường các đại lượng chủ yếu như: tốc độ, mức xăng, áp lực dầu v.v

- Cấp điện cho các thiết bị phục vụ: máy điểu hồ, rađiơ,

cassette, v.v

Ngồi ra, hệ thống điện còn có chức năng nâng cao tính năng động

lực của ôtô, nâng cao hiệu suất kinh tế trong khai thác và vận hành

Trên các ôtô hiện đại, các linh kiện bán dẫn, mạch bán dẫn và

các mạch tích hợp được sử dụng rộng rãi để thực hiện tự động hoá ở mức cao trong việc điều khiển và tối ưu hoá quá trình làm việc của các hệ thống điện trên ôtô

1.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CUA HE THONG ĐIỆN TRÊN ÔTÔ

Hệ thống điện trên ôtô là một hệ thống khép kín, trong đó có đầy đủ các khâu của một hệ thống điện nói chung, bao gồm:

- Nguồn điện (sản xuất điện năng)

- Truyền tải điện

- Hộ tiêu thụ điện

1.2.1 Nguồn điện trên ôtô là nguồn điện một chiêu điện áp thấp - 12 VDC (trên ôtô du lịch và xe tải nhỏ),

-:24 VDC (trên các xe tải lớn)

- 48 VDC (trên các xe quân sự)

1.2.2 Truyền tải điện

Trang 6

cực dương của nguồn tới phụ tải điện, để khép kín mạch điện, người ta dùng ngay phần vỏ kim loại của các thiết bị, khung xe làm đây

dẫn thứ hai để nối với cực âm của nguồn Phần vô kim loại của các

thiết bị và khung xe được gọi là “mát” (masse)

1.2.3 Phụ tải điện

Trên ôtô bao gồm tất cả các thiết bị tiêu thụ điện như: máy khởi động, đèn chiếu sáng, còi điện, các thiết bị tiện nghi v.v Tính chất

của các phụ tải điện trên ôtô rất đa dạng: phụ tải thuần trở (bóng đèn chiếu sáng), phụ tải có tính thuần cảm (các cuộn đây điện từ, biến áp đánh lửa), phụ tải có tính thuần dung (các tụ điện trong hệ thống đánh lửa, ắcquy, v.v.)

1.2.4 Môi trường làm việc

Môi trường làm việc của các trang bị điện trên ôtô rất khắc

nghiệt: Nhiệt độ cao, đặc biệt là các thiết bị lắp đặt trong khoang bố

trí động cơ nổ Môi trường có nhiều bụi và độ Ẩm cao Trong quá

trình ôtô chuyển động đi kèm theo là hiện tượng rung xóc, ảnh

hưởng xấu đối với sự làm việc của các thiết bị điện

1.3, PHAN LOAI CAC HỆ THỐNG TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CỦA ÔTÔ

1.3.1 Theo chức năng và nhiệm vụ

a) Hệ thống cung cấp nguồn điện bao gôm: Ắc quy và máy phát

điện, có chức năng cung cấp điện cho các phụ tải và các mạch điểu khiển trên ôtô Tuy nhiên khi động cơ ôtô làm việc, máy phát là nguồn

điện chính để cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho ắcquy

b) Hệ thống khổi động: Làm nhiệm vụ quay trục khuỷu động cơ đạt tới một trị số tốc độ nhất định để sau đó động cơ có thể làm việc tự lập dude,

¢) Hệ thống đánh lửa: Có chức năng tạo ra tỉa lửa điện cao áp

châm lửa đốt cháy hỗn hợp công tác (xăng - không kh? trong xì lanh động cơ đúng thời điểm cần thiết

đ) Hệ thống thông tin tín hiệu: Có chức năng thông tin về trạng

„ thái làm việc của động cơ nói riêng và của toàn xe nói chung

„

Trang 7

®) Hệ thống chiếu sáng: Cô chức năng chiếu sáng trong và ngoài

xe khi xe hoạt động về ban đêm

9) Hệ thống của các trang thiết bị: Cải thiện tiện nghì và môi

trường trong xe như: điều hoà nhiệt độ, thông gió, rađiô, v.v

1.3.2 Theo chức năng điều khiển

a) Hệ thống điều khiến quá trình cấp nhiên liệu và đánh lửa

của động cơ

b) Hệ thống điều khiển phanh và chống trượt ở các bánh xe khi tăng tốc

©) Hệ thống điều khiển độ cứng của hệ thống treo đ) Hệ thống điều khiển tốc độ chuyển động của ơtơ

CÂU HỎI ƠN TẬP

1.1 Trình bày các nhiệm vụ chính của hệ thống điện trên ôtô 1.2 Nêu các đặc điểm đặc trưng của hệ thống điện trên ôtô, các

đặc điểm khác biệt của hệ thống cung cấp điện trên ôtô so với hệ

thống cung cấp điện trong công nghiệp và dân dụng

Trang 8

Chương 2

HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

2.1 CHỨC NĂNG VÀ NHIEM VU

Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp đòng điện một chiều điện áp thấp (12V, 24 hoặc 48V) cho các phụ tải điện trên ôtô

Hệ thống gồm có hai nguồn cấp: Acquy va may phat dién, ching

duge néi song song véi nhau dé cùng cung cấp nguồn điện cho tất cả phụ tải Sơ để nối nguồn điện được giới thiệu trên hình 2-1, ET] Tới các phụ tải “+ Tới mạch đánh lửa Acquy — hoá điện Đèn bảo nạp Rale đèn báo Máy phát nap > Pu-li máy phát Bộ điều chính điện

Hình 2-1 Sơ đồ nối ắcquy và máy phát điện

Khi động cơ chưa làm việc hoặc làm việc ở tốc độ vòng quay

thấp, điện áp của máy phát nhỏ hơn sức điện động của ắcquy, nguồn

cấp cho các phụ tải là ấcquy Tuy nhiên, lúc này sẽ không có dòng

điện phóng từ ắcquy sang máy phát vì trong bộ tiết chế (bộ điều

chỉnh điện áp máy phát) có khâu ngăn chặn dòng điện ngược, nó đóng vai trò như một khoá điện tử, chỉ cho phép dòng điện đi theo chiều từ máy phát sang Ấcquy mà không cho phép dòng điện đi theo

Trang 9

va So viền 2.2, ACQUY 2.2.1 Chức năng, nhiệm vn và các yêu cầu kĩ thuật đối với ắcquy lắp trên ưtơ

Acquy là nguồn cung cấp điện cho máy khởi động khi khởi động

động cơ ôtô và các thiết bị điện khác trong lúc máy phát chưa làm

cấp cho các thiết bị là nguồn song song với máy phát đang làm việc

Khi động cơ ôtô chưa làm việc, mây phát chưa thể phát ra điện

vì chưa có nguồn động lực nào để kéo réto máy phát quay Vậy để

máy phát phát điện được, người ta có thể dùng phương pháp cơ học để kéo rôto may phát quay, phương pháp đơn giản nhất là dùng tay

quay (manivelle) để quay trực tiếp trục khuỷu của động cơ ôtô hoậc

dùng một động cơ điện riêng để khởi động (đémarreur)

Phương pháp đùng động cơ điện để khỏi động: Trên ôtô cần phải lắp thêm một động cơ điện Khi động cơ này được cấp nguồn từ

ấcquy, nó sẽ quay và kếo trục khuỷu của động cơ ôtô và rôto của máy phát quay theo Khi máy phát và động cơ của ôtô đã làm việc

(may đã nổ) thì động cơ điện dùng để khối động đã hoàn thành

nhiệm vụ và nó được cắt ra khỏi nguồn cấp đưa về trạng thái nghỉ

trong suốt quá trình ôtô hoạt động

Như vậy, đối với ôtô có sử dụng động cơ điện để khởi động thì bộ

nguồn đùng ấcquy là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống

điện của ôtô ,

Nguồn diện ắcquy trên ôtô phải đảm bảo đủ điểu kiện cho động

eỡơ khởi -động làm việc được, mà động cơ khởi động tiêu thụ đòng điện rất lớn (c hàng tràm ampe) trong một khoảng thời gian ngắn

Như vặy ấcquy phải có dung lượng đủ lớn để có chế độ phóng với dòng phóng lớn Bởi vậy, ấcquy dùng trên ôtô có tên gọi là ấcquy

khéi động

Ắcquy thường dùng trên 6ô là Ấcquy chi - axit Dac điểm của

loại Ấequy này là kích thước tương đối nhỏ nhưng có khả năng cung

cấp đồng điện lớn trong một thời gian ngắn (cỡ hãng trăm ampe

hoặc lớn hơn) với độ sụt áp bên trong ắcquy bé

2ơmerôa `

Trang 10

2.2.2 Cấu tạo và nguyén Ii lam việc của Acquy chi - axit 4) Cau tao

: Acquy 1a nguén dién hoá, sức điện động của ắcquy phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Vật liệu, cấu tạo của các bẩn cực

+ Dung dịch điện phân

Đối với ắcquy chi - axít sức điện động danh định của một ắcquy

đơn (một ngăn) là 2,0V,

Hình 2-2, Cấu tạo của bình ắcquy chi - axit,

†- bản cực âm; 2- tấm ngăn; 3- bản cực dương; 4 và 7- phân S- phân khối bản cực âm; 6- vấu cực; 8- vỏ bình ắcquy; khối bản cực dương; 9- nắp đậy;

10- lỗ để rót dung dịch điện phân; 11- cầu nối giữa hai ắcquy đơn; 12- tấm lưới bảo vệ

Cấu trúc của một ắcquy đơn bao gồm: phân khối bản cực dương

(4 và 7), phản khối bản cực âm (5), các tấm ngăn (2) Phân khối bản cực do cae ban cực cùng tên ghép lại với nhau, - Bản cực,

Cau tao của một bản cực trong ắcquy gồm có phần khung xương

10

Trang 11

và chất tác đụng trát lên nô Khung xương của bản cực đướng và

ấm có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc từ chỉ (Pb) có nha thêm (5 + 8)% sbiti (Sh) và tạo thành hình đạung mạt lưới, Phụ gia sbiti

(Sb) thêm vào chì sẽ tàng thêm độ dẫn điện và cải thiện đặc tính

đúc khi đúc để tạo thành khung xương Khung xưởng lưới có nhiệm

vụ làm nơi bám bột chì và phần bố đồng điện đều trên bản cực Bản

cực dướng trát đẩy bột ôxit chì (PbO,), hản cực âm trát đầy hột chì xốp Troug thành phần của chất tác dụng còn có thêm khoảng 3%

chất nở (các muối hữu co) dé tang độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng Nhờ tăng độ xốp, đung dich điện phân đễ thấm sâu vào trong

lồng bản cực, đông thời điện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học - Tấm ngăn

Trong mỗi ấcquy đơn, tấm ngăn cô nhiệm vụ:

+ Không cho các bản cực âm và đướng chạm vào nhau, gây ra chập mach

khác để đỡ các phân khối bản cực tránh biện tượng chập mạch bên trong ắcquy đo các chất tác đụng rới xuống đáy bình trong quả trình

sử đụng Vỏ bình được chia thành 6 ngăn để cbứa các ấcquy - Nắp, nút và cầu nối đơn, Trên mỗi ngăn (ắcquy đớn) của ắcquy cô nắp đậy làm kín, trên nắp có lễ để kiểm tra và đổ bể sung dung dich điện phân Nút để

Trang 12

nối tiếp các ngăn của bình ấcquy lại với nhau

: Dung địch điện phân:

Dung địch điện phân la dung địch a-xít sunfuaric (H,80,) nguyên chat va nude cat Nong độ của dung địch điện phân được pha chế tùy thuộc vào nhiệt độ của môi trường và vật liệu của các tấm

ngăn, thông thường nồng độ dung dịch trong khoảng ÿ = (1,21 + 1,81) 8fem° Nếu nồng độ dung địch quá cao, các tấm ngăn chóng bị hỏng,

các bản cực chóng bị rã bột (chất tác dụng) và sunfat hoá làm điện dung giảm nhanh Sunfat hoá là hiện tượng những tính thể chì

sunfat (PbSO,) có màu trắng kết tỉnh trên bề mặt của các bản cực,

lớp tỉnh thể này cứng và có điện trở lớn,

Nông độ dung địch điện phân có ảnh hưởng rất lớn đến sức điện động của ấcquy Trên hình 3-3 trình bày ảnh hưởng của nồng độ

dung địch điện phân đến điện trổ và sức điện động của ấcquy Vingén (a/em3) 25 5 Tuy 20 47 15 ở 10 2 i 5 ork Điện trở dụng dịch, điện phân 0 ø t L L 1 L i 10 11 12 13° 14 15 16 y@lem’)

Hinh 2-3, Anh hưởng của nồng độ dung dịch điện phan (r) đến sức điện động của ắcquy

Mặt khác, nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến nồng độ dung dịch điện phân Đối với các nước ở vùng xích đạo, nồng độ

dung dịch điện phân quy định ¥ = 1,10 g/em® Với các nước xứ lạnh, nổng độ dung dịch điện phân cho phép tới 1,30 g/em?, Trong điểu

12

Trang 13

kiện khí hậu của nước ta, vào mùa hè nên chọn nông độ dung dịch khoảng (1,95 +1,26) gícm”, còn về mùa đông - 1,27 g/em”

Dung địch điện phân dùng trong Acquy chi - axít thường là hỗn

hợp axít sunfuaric (H,SO,) được pha chế theo một tỉ lệ nhất định với

nước cất Œ1,O) Bang 2.1 cho tương quan tỉ trọng dung dịch và nồng độ pha dung dịch, tỉ lệ thể tích và tỉ lệ trọng lượng của chúng

Bảng 2.1 TỈ lệ giữa nước cất va axit sunfuaric

trong dung dịch điện phân

Tỉ Tế Tỉ lệ thể tích giữa | Tỉ lệ trọng lượng Tite ant

điện phân ở nước cat va giua nước sất và trong dung dịch

20°C axit sunfuaric axit sunfuaric điện phân (%} 1,10 9,80:1 6,82:1 14,65 1,11 8,80:1 5,84:1 16,00 1,12 8,00:1 5,40:1 17,40 1,13 7,28:1 4,40:1 18,80 1,14 6,68:1 3,98:1 20,10 1,15 6,16:1 3,83:1 22,11 1,16 5,70:1 3,35:1 22,70 1,17 5,30:1 3,11:1 24,00 1,18 4,95:1 2,90:1 25,20 1,19 4,83:1 2,52:1 26,50 1,20 4,334 2,36:1 27,70 1/21 4,07:1 2/22:1 29,00 1,22 3,84:1 2,09:1 30,00 1,23 3,60:1 1971 31,40 1,24 3,40:1 1,881 - 32,50 4,25 3,22:1 1,76:1 33,70 1,26 3,05:1 1,80:1 35,00 1,27 2,80:1 4,57:1 36,10 1,28 2,75:1 1,49:1 37,32 1,29 2,60:1 1,41: 38,50 1,30 2,47:1 1,34:1 39,65

Ti trong dung dich điện phân là yếu tố có ảnh hưởng đến tuổi thọ của Acquy Nếu tỉ trọng quá cao thì các tấm bản cực dễ bị sunfat

hoá, chất hoạt tính trên các bản cực nhanh bị mủn, các tấm ngăn

cũng nhanh bị hồng, đặc biệt đối với các tấm ngăn làm bằng gỗ Nếu

Trang 14

tỉ trọng dung địch thấp, khả năng tích trữ điện năng thấp, thặm chí

nếu quá thấp ấequy không có khả năng tích trữ điện năng

Khi pha chế dung dịch điện phân, phải để từ từ axứ sunfuarie vào nước cất Tuyệt đối kbông được đổ nước cất vào dung địch axít,

vì như vậy sẽ gây ra phẩn ứng mạnh, trong trường hợp nghiêm trọng có thể gây nổ Khi tiến hành pha dung dịch điện phân, phải có

các dụng cụ bảo hiểm như: găng tay, kính che mat, yếm che thân vâ quần áo để tránh dung dịch axít hắn vào Nếu do sơ ý bị dây dung

dịch axít thì phải rửa ngay bằng dung dịch xút, sau đồ rửa kỹ lại

bằng nước sạch

b) Ngayên lí lầm việc

Aequy lã nguồn năng lượng có tính thuận nghịch: Nó tích lũy năng lượng đưới dạng boá năng và giải phéng nãng lượng dưới dạng điện năng Quá trình ácquy cung cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình phóng điện; quá trình ắcquy tích trữ nàng lượng gọi là quá

trình nạp điện

Khi cho các tấm hận cực vào trong dung dịch gồm a-xít

aunfuaric và nước (H,8O, + H,O), các bản cực sẽ có một điện thế

nhất định so với dung dịch Do đó, các bản cực này sẽ trổ thành điện

cực dương và điện cực âm Vì trị số diện thế của điện cực dương và

điện cực âm khác nhau, cho nên nếu nối hai điện cực trên qua một

phụ tải, sẽ có dòng điện đi qua mạch tải đó `

Trong quá trình phóng điện, dòng điện trong dung dịch điện phân đi từ bản cực âm đến hẳn cực dương Trên bản cực âm sẽ xảy ra quá trình tạo thành sunfat chì (Pb8O,) do sự kết hợp bột chì xếp (Pb) của bản cực âm và gốc a-xít (SO, caa dung địch điện phân Trên bản cực dương, dưới tác dụng của dòng điện phóng, chất tác dụng - chì ôxít (PhO,) cũng tạo thành sunfat chì (PhSO,) do nó hấp thụ gốc a-xít (SO,) của dung địch điện phân, giải phóng hai nguyên tử ơxy (O2) Ơxy giải phóng từ hẳn cực dương kết hợp với hidrô (Hạ) còn lại trong dung dịch điện phân tạo thành nước (H;O), làm giảm

nổng độ dung địch điện phân Trong quá trình phóng điện của ắcquy, khối lượng của a-xít sunfuaric giảm, do đồ nồng độ đung địch điện phân cũng giảm thoo

Trong quá trình nạp điện của ấcquy, phản úng hoá học sẽ xây

ra theo thứ tự ngược lại Trong quá trình nạp điện, đồng điện trong

Trang 15

dung dịch điện phân (của nguồn nạp, ví dụ như máy phát điện lắp trên ôtô) đi từ bản cực dương đến bản cực âm,

Trong quá trình nạp điện của dcquy, khối lượng của a-xít sunfuaric

tăng, cho nên nồng độ dung địch điện phân cũng tăng,

Để đánh giá mức độ nạp của dequy trong quá trình khai tháo và vận hành, người tạ dựa trên tính chất của dung dịch điện phân để

thay đổi nồng độ của dung dịch điện phân trong quá trình phóng và

nap cua dequy

Phan ting hod học, xảy ra trong quá trình phóng và nạp dcquy

có thể biểu diễn bằng phương trình hoá hoe va so dé phan ứng trén |

hình 2-4: :

Quá trình phóng điện

PbO, + 2H,S0,+ Pb œ——> Pb§O, + 3H,O + PbSO, (2.1)

Bovediong —O.d.dién phan 8 cycam Qué tinh nap aign B.oedtfg Ddđộnghân B.oeam - Quá trình nạp điện cho ấcquy

Khi ấcquy đã được lắp ráp xong, ta để dung dich axit sunfuaric

vào các ngăn của bình ấcquy, trên các tấm bản cực sẽ sinh ra một lớp méng chi sunfat (PbSO,)

Nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ắcquy, dòng điện

một chiều sẽ được khép kín mach qua dequy va đồng điện đó đi theo chiều: Từ cực dương (+) của nguồn một chiều -> đầu cực dương của Acquy > chùm bản cực dương của ấcquy —» qua dung địch điện phân

—> chùm bản cực âm của ắcquy ~> đầu cực âm của ấcquy ~> cực âm ©) của nguôn một chiều,

Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện phân bị phân li;

H;§O, — 2H* + $0,” (2.2)

Cation H* theo đồng điện đi về phía chùm bản cực âm của ắcquy nối với cực âm của nguồn điện một chiều và tạo ra phần ứng tại đó: 2H*+Pb§O,+H,SO+Pb

ˆ (2.3)

Anion S04” chay vé phía chùm bản cực dương của ắcquy nối với cực dương của nguồn điện một chiểu và tạo ra phần ứng tại đó:

PbSO, + 2H,O + SO; > PbO, + 2H,SO, (2.4)

Trang 16

Kết quả là ở chùm bản cực dương của ắcquy được nối với cực dương của nguồn một chiểu'tạo thành chì ôxít (PbO,), ở chàm bản

cực bên kia có chỉ (Pb), nhu vậy hai loại chàm bản cực đã có sự khác

nhau về cực tính

Từ các phản ứng hoá học trên cho ta thấy quá trình tạp điện đã tạo ra một lượng axít sunfuaric bổ xung vào dung dịch điện phân, đồng thời cũng trong quá trình nạp điện cồn phân tích ra trong dung dịch điện phân một lượng khí hiđrô (ŒH;) và ôxy (O,), lượng khí

này sủi lên như bọt nước và bay di, do đó nổng độ dung dịch điện

phân trong quá trình nạp điện được tăng lên,

Acquy được coi là nạp đầy điện khi quan sắt thấy dung dịch

dién phan sui bot déu (hién tượng đó gọi là hiện tượng sôi) Lúc đó

có thể cắt nguồn nạp và xem như quá trình nạp điện cho ắcquy đã

hoàn thành `

- Quá trình phóng điện của ắcquy

Nối hai đầu cực của ấcquy đã được nạp điện với một phụ tải,

chẳng hạn bóng đèn (hình 2-4b) thi nang lugng dién da được tích lay trong ắcquy sẽ phóng qua phụ tải (béng đèn), làm cho bóng đèn sáng Dòng điện trong Acquy sẽ đi theo chiểu: Từ cực đương (+) của ắcquy (đầu cực đã nối với cực dương của nguồn nạp) -> phụ tải

(béng dén) > cực âm của Acquy — dung dịch điện phân -> cực

đương của ắcquy

Quá trình phóng điện của Acquy, phan ứng hóa học xẩy ra trong Ấcquy như sau:

'Tại cực dương của Acquy:

PbO, + 2H' + H,SO,+ 2e + PbSO,+ 21,0 (2.5)

Tại cực âm của ắcquy:

Pb + 80,” > Pb§O, + 3e (2.6)

Nhu vay, khi dequy phéng điện, chi sunfat (PbSO,) lai được hình thành ở hai chùm bản cực của ấcquy, làm cho các bản cực dần dần trở lại giống nhau, cồn dung dịch axít bị phân tích thành cation 2H” anion SO,”, đồng thời trong quá trình phóng điện của ắcquy

cũng tạo ra nước trong dung dịch điện phân, do đó nồng độ dung

dịch điện phân và sức điện động của ấcquy cũng giảm dẫn

16

Trang 17

Hình 2-4 Sơ đổ phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình nạp và phóng điện

của ắcquy chỉ - axít

a) Quá trình nạp điện cho ắcquy; b} Quá trình phóng điện của ắcquy,

Trong quá trình phóng điện của ắcquy, sức điện động của ấcquy

được tính theo công thức sau:

E,= U, + Trụ, (2.7) Trong đó: E, - sức điện động của ắcquy khi phóng điện, V

Ủ; - điện áp đo trên các cực ắcquy khi phóng điện, V rạa - điện trở trong của Acquy khi phóng điện, O

Dung lượng phóng của ắcquy là đại lượng đánh giá khả năng

cung cấp năng lượng điện của ắcquy cho phụ tải, và được tính theo

công thức sau:

C, = It, : (2.8)

Trong đó: C, - dung lượng mà phụ tải thu được trong quá trình ắcquy phóng điện, A.h

1, - dòng điện phóng ổn định trong thời gian ắcquy phóng điện, A

t; - thời gian phóng điện của ắcquy, h

Trong quá trình nạp điện cho ắcquy, sức điện động của dcquy

được tính theo công thức sau:

E, = Un - Tuy; (2.9)

Trong đó: E, - sức điện động của ấcquy khi nạp điện, V Ư¿ - điện áp đo trên các cực của ấcquy khi nạp điện, V,

*,„ - điện trở trong của ắcquy khi nạp điện, ©

Dung lượng nạp của ắcquy là đại lượng đánh giá khả năng tích

trữ năng lượng điện của ắcquy và được tính theo công thức sau:

C= Tite (2.10)

Trang 18

Trong đó: Ơ, - dung lượng thu được trong quá trình nạp điện

cho ắcquy, À.h

1, - đồng điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện cho ắcquy, A

t„ - thời gian nạp điện, h

2.2.3 Các thông số cơ bản của ấcquy

a) Sức điện động (s.đ.đ.)

8.đ.đ của ấcquy là hiệu điện thế của hai điện cực và được do

như đo điện áp trên bình của ấcquy khi hổ mạch (chưa nối với phụ tai) 9.đ.đ của ắcquy phụ thuộc vào nông độ dung dịch điện phân và một tỉ lệ rất nhỏ phụ thuộc vào nhiệt độ dung dịch điện phân Néng

độ và nhiệt độ dung dịch tăng, s.đ.đd sẽ tăng Với nhiệt độ +18°C va nông độ y = 1,28 g/cm’, Acquy đơn (một ngăn của ắcquy) có s.đ.đ

E, = 2,12V Sự phụ thuộc của s.đ.đ vào nồng độ dung dịch điện phân khi trị số đo thay đổi trong phạm vị từ 1,05 đến 1,3 giem” được

tính theo biểu thức sau:

E,=0,84 ty (2.11)

Trong đó: E, - s.d.d tinh etia Acquy don, V

y - nồng độ dụng dịch điện phân ở nhiệt độ +15°C, g/cm”,

Sự thay đổi của s.đ.đ khi nhiệt độ môi trường thay đổi 1°C, hay còn gọi là hệ số nhiệt rất bé, cho nên trên thực tế có thể bố qua Ví

dụ như, với nồng độ dung dịch điện phân y = 1,20 gicm® hé số đó

bằng 0,000268V/C Đánh giá mức độ phóng của ắcquy theo s.đ.đ

của nó là không chính xác, vì s.đ.đ của ấcquy đã phóng hết nhưng

có nổng độ dung dịch lớn sẽ lớn hơn s.đ.đ của ắcquy đã nạp đầy

nhưng có nồng độ dung dịch bé hơn

b) Điện trở trong

Điện trổ trong của ấcquy là tổng trở của các điện trở thành phần bao gồm: điện trở của dung dịch điện phân, điện trở của các tấm bản cực, điện trổ của các tấm ngăn và điện trở tiếp xúc giữa các điện cực với dung địch điện phân

Giá trị của điện trở trong của ắcquy phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Dung lượng của ắcquy (số lượng tấm bản cực): Dung lượng của ắcquy càng lớn, điện trở trong của nó càng bé

- Nhiệt độ của dung dịch điện phân: Nhiệt độ của dung dịch điện phân càng giảm thì điện trổ trong của ắcquy càng tăng Ví dụ,

18 3GTTepÔrÔ

Trang 19

ghe ae

a

điện trở trong của dcquy mã hiệu 6CT-81-3MC khi nhiệt độ của

dung dịch điện phân bằng +20°C, O°C va -20°C có trị số tương ứng

là: 0,0085; 0.0100 và 0,0150Q,

(0,02 + 0,25)0,

- Điện áp đanh định của ấcquy: Điện áp danh định càng cao, trị

số điện trở trong càng lớn €) Điện áp của dcquy

Trị số điện áp của Ấcquy sai lệch so với s.đ.đ, của nó một, lượng

bằng giá trị điện áp rơi trong mach trong của ắcquy, - Trong quá trình nạp dién cho ắcquy đà điện áp 18 đo trên các cực của ấcquy khi nạp điện) I U,=E+I ny (2.19) 16 - Trong qué trinh phéng = L điện & So A | U,=E-In, @is % 1] Trong đó: by I, - dòng $ F Nap —

điện chạy qua ắcquy khi En

nạp và khi phóng điện, A a [~~ | Phong

E-s.d.d cia ắcquy, V, k7 T44 - điện trở trong của 10 ấcquy, © 0 20 40 60 40 — lo to, Mite dé nap dcquy (%) Đổ thị biểu điển sự

thay déi cha điện áp ắcquy „ ình a Hình 2-5, Sự thay đổi của điện áp ắcquy

trong quá trình nạp và phóng điện

trong quá trình nạp vị nhiệt độ của dụng dịch điện phân -t° = +275C;

phóng được trình bày trên

trị số đòng điện nạp - In = 9,1 C„;

hinh 2-5

trị số dòng điện phóng - tp = 0,05 Co

Trang 20

phat điện, với điện áp không đổi, ở cuối giai đoạn nạp, trị số đồng

điện nạp giảm xuống, đó cũng là một đấu hiệu để đánh giá mức độ

4) Dung lượng câu dcquy

Dung lượng của dequy la điện lượng ma ẵequy có khả năng cưng cấp cho phụ tải (hộ tiêu thụ điện) kbi ấequy đã được nạp đẩy và phóng điện đến trị số điện áp thấp nhất cho phép Dòng điện phéng

Vĩ dụ cùng một ấcquy khi trị số đồng phóng bang I, = O,05C,, tri si

điện áp đạt ',75V, cồn nếu dòng phống I, = 3C yo, trị số điện áp chị còn 1V Nếu quá trình phóng điện với đồng phống không đổi, dung

lượng của ắcquy được tính theo công thức sau:

C=lt

(2.14) Trong đó: I, - trị số đồng điện phóng, A,

Trang 21

eae 2

ngăn, độ xốp của chất tác dụng, cấu tạo khung xương của các tấm bản cực và một số yếu tố khác Si ố lượng các tấm bản cực càng lớn,

đung lượng ắcquy càng lớn.Trong quá trình khai thác và vận hành, dung lượng của ắcquy phụ thuộc vào: cườn;

nhiệt độ dung dịch điện phân,

liên tục),

g độ dòng điện phóng, chế độ phóng điện (gián đoạn hoặc

mức độ nạp ắcquy và thời gian hoạt động của ấcquy 2.2.4 Các đặc tính cơ bản của ácquy

4) Đặc tính phóng điện

Đặc tính phóng điện của ấcquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ

thuộc của s.đ.đ., điện áp của ấcquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi đồng phóng không thay đổi (I, =

Hình 2-6 trình bày sơ đổ nguyên lí mạch điện thí nghiệm và

đặc tính phóng điện của ắcquy Từ đổ thị ta có nhận xét sau: const} đường U, EW) gle’) 1⁄4) - 10 Vùng phóng điện cho phép i 127 ! att 1,~0,05 Cop ' wy Ys fat 4 8 12 168 20 p0

Hình 2-8 Đặc tính phóng điện của ắcquy a) So đổ nguyên lí, b) Đặc tính phóng điện của Äcquy

Trong thời gian phóng điện từ t = 0 đến t= t

giới hạn), với dòng điện phóng không đổi, s.đ.4.,

dung dịch của ắcquy giảm dần, tuy nhiên tron này độ dốc của các đổ thị không lớn lắm, ta

phóng ổn định hoặc thời gian phóng điện cho

mỗi chế độ phóng điện (dòng điện phóng) của ắc:

„ (hồi gian phóng

điện áp va néng độ g khoảng thời gian

gọi đó là giai đoạn phép tương ứng với qUY

Trang 22

đó được kí hiệu là Coo Trén hinh 2-7 lạ đồ thị biểu điển sự phụ

Trang 23

ca

b) Đặc tính nạp

Đặc tính nạp điện của ấcquy là dé thị biểu diễn sự phụ thuộc của s.đ.đ., điện áp của ấcquy và nông độ đung dịch điện phân theo

thời gian nạp với trị số đồng điện nạp không đổi Hình 2-8 trình bày

sd dé mach dién thi nghiém va dang dé thi cha các dai lugng trén

theo thời gian nạp Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét sau: 0 10 ts tí)

Hình 2-8 Đặc tính nạp điện của ắcquy

2) Sơ đồ nguyên lí điện; b) Đặc tính nạp điện của ắcquy

Trong khoảng thời gian nạp từ t = 0 đến t= t, (t, - là thời điểm

khi dung dịch điện phân bắt đầu sủi bọt khí - ta gọi là hiện tượng

“sôi”), s.đ.đ., điện ấp của ắcquy và nồng độ dung dịch điện phân

tăng dần theo thời gian nạp

Tới thời điểm t, lúc này hiệu điện thế giữa các cực Acquy don dat

tới 2,4 V Nếu tiếp tục quá trình nạp, giá trị điện áp nhanh chóng

đạt tới trị số 2,7 V và giữ nguyên giá trị đó, thời gian này gọi là thời gian nạp no, thời gian này có tác dụng làm cho phần chất tác dụng ở sâu trong lòng các tấm bản cực phục hổi hoàn toàn, nhờ đó sẽ làm

tăng thêm dung lượng phóng của ắcquy

Trong quá trình khai thác và vận hành, thời gian nạp no cho Acquy kéo dai trong khoảng thời gian (3 + 3)h, trong suốt thời gian

đó, hiệu điện thế trên các cực của ấcquy và nồng độ dung địch điện

Trang 24

' phân không thay đổi Như vậy, dung lượng thủ được khi ắcquy phóng

điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no ấcquy

Sau khi ngất mạch nạp, s.đ.đ., điện áp của ắcquy và nồng độ

dung dịch điện phân giảm xuống và giữ ổn định Thời gian này cũng

gọi là thời gian nghỉ của ắcquy Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ắcquy Dòng điện nạp định mức đối với ắcquy quy định bằng 0,05Œ¿y

2.2.5, Các phương pháp nạp điện cho ắcquy

©ó hai phương pháp nạp điện cho ắcquy:

a) Nạp điện cho ắcquy với dòng điện nạp không đổi (Ï, = const)

Trên hình 2-9 trình bày sơ đổ nguyên lí của mạch nạp và đặc

tính nạp ắcquy theo phương pháp nạp với dòng nạp không đổi am 4) ad -@u | AR 27 ‘ eg HA) Ung) )) yy 2 ; “In = 0,05Cz0 2 gyi R 4 iy LRG HH? 20 eth) a) Thiét bi nap ð) Đặc tính nạp

Hình 2-9 Phương pháp nạp điện cho ắcquy với dòng nạp không đổi a) Sơ đồ nguyên lí, b) Đường đặc tính nạp

Phương pháp nạp điện cho ắcquy với dòng nạp không đổi cho phép chọn trị số đồng điện nạp thích hợp với mỗi loại ắcquy, đảm bảo

ắcquy được nạp no Đây là phương pháp thường sử dụng trong các xưởng sửa chữa để nạp điện cho ắcquy mới hoặc nạp sửa chữa cho các

ắcquy bị sunfat hoá Với phương pháp này, các ấcquy được mắc nối

tiếp và điện áp của nguồn nạp được tính theo công thức sau:

Uy, 2 2,7 Nag (2.15) Trong đó: Ú, - điện áp của nguén nap, V

N,,- số ngăn ắcquy đơn mắc trong mạch nạp 24

Trang 25

Trong quá trình nap, do s.d.d cha Acquy tăng dần lên theo thời

gian nạp, để duy tri ding dién nap không đổi, trong mạch nạp phải

có biến trở VR để điểu chỉnh đồng điện nạp Trị số bé nhất của biến trở được tính theo công thức:

Ủy —9,0N,

Rụp = n (2.16)

Đối với bộ nguồn tự động duy trì đồng điện nạp ắcquy trong

suốt thời gian nạp là bộ nguồn đồng (dùng mạch phan hếi âm dòng điện trong hệ thống tự động điều khiển bộ nguồn nạp)

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng nạp không đổi là thời gian nạp kéo đài và yêu cầu các ắcquy mắc trong mạch nạp

phải có cùng trị số dung lượng định mức

b) Phương pháp nạp với điện áp nạp không đổi (U,, = const)

Trén hinh 2-10 trinh bày sơ đồ nguyên lí và đặc tính nạp theo phương pháp nạp với điện áp nạp không đổi, Bộ ĐCp + uw) rc 1⁄4) ——- Ù, ' 18 34 bs 1 16>» Ea Y 19 ` T sae 3 Spi 0 0 i 2 3 (0) a}, b)

Hình 2-18 Phương pháp nạp điện cho ắcquy với điện áp nạp không đổi

a) Sơ đổ nguyên li; b) Đặc tính nap của ắcquy,

khi thực hiện nạp theo phương pháp nạp với điện áp nạp không đổi, các bình Ấcquy được mắc Song song với nguồn hạp Các Ấcquy mắc trong mạch nạp yêu cầu có cùng điện áp định mức (các bình

ấcquy có cùng số lượng ắcquy đơn) Điện áp của nguồn nạp được

tính theo công thức sau: 4GTTeÐôrôA,

Trang 26

Ủ; = (2,3+ 2,8) Ti

(2.17)

Trong dé: U, - điện áp của nguồn nạp, V,

n¿„ - số lượng ắcquy đơn của bình ắcquy,

2.2.6 Kiểm tra và bảo dưỡng ácquy dùng cho ôtô

Bảo dưỡng và sử dung dequy đúng ki thuật sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng, kéo đài tuổi thọ và đảm bảo an toàn cho xe và người sử dụng,

8) Một số hồng hóc thường gặp ở ắcquy, "Ðguyên nhân và biện pháp xử lí

giảm quá 10% dung lượng định mức của nó,

+ Hiện tượng tự phóng điện quá mức cho phép của bình ắcquy xây ra có thể do các nguyên nhân sau:

* Mặt nắp bình ắcquy bị dơ bẩn bụi, nước và dung dich dién phan

Sẽ gây ra hiện tượng phóng điện trên bể mặt nắp bình

Trang 27

Ly a9 + Nguyên nhân do: * Các tấm ngăn bị hỏng * Trên các mép của bản cực âm và dương tạo thành những gai nhọn * Có tạp chất bẩn dưới đáy bình

+ Biện pháp xử lí: Thay các tấm bản cực mới

- Các tấm bản cực bị cong vênh: Xây ra khi các chất tác dụng bị tróc rời khỏi các tấm bản cực hoặc các khung sườn của các tấm bản cực bị ôxy hoá Điều đó nhận biết được khi nắp bình ắcquy bị đội phổng lên tại vị trí lắp phân khối bản cực dương

+ Nguyên nhân do:

* Nạp điện quá mức, quá lâu với cường độ dòng điện nạp lớn * Nồng độ và nhiệt độ dung dịch điện phân quá cao

- Các tấm bản cực bị sunfat hoá: Đó là hiện tượng trên bề mặt của các bản cực bị phủ một lớp chi sunfat (Pb8§O,) rất khó hồ tan

trong quá trình nạp điện Chất tác dụng của các tấm bản cực dương bị sunfat hoá khi miết bằng hai ngón tay tơi như những hạt cát Chất tác dụng của các tấm bản cực âm bị sunfat hoá trở nên cứng

hơn Khi nạp điện cho những ắcquy mà các tấm bản cực đã bị sunfat

hoá, ta thấy điện áp nạp cao hơn (tới 3V), còn khi phóng điện, điện

áp đo trên bình ấcquy có trị số thấp hơn, vì trị số điện trở trong của

ắcquy tăng lên,

+ Su sunfat hoá các tấm bản cực xây ra trong quá trình khai

thác và sử dụng ắcquy có thể do các nguyên nhân sau:

* Mức nước dung địch điện phân trong bình ắcquy thấp hơn so

với quy định

* Nông độ và nhiệt độ dung dịch điện phân cao

* Lưu giữ lâu trong kho mà không nạp bổ sung cho day điện

(đặc biệt là trong điểu kiện nhiệt độ cao)

* Có tạp chất trong dung dịch điện phân

* Acquy bị phóng điện quá sâu

+ Biện pháp xử lí: Có thể hi vọng chữa lại được bằng cách nạp

lại với trị số dòng điện nạp bằng 1/2 l¿ định mức trong thời gian kéo

đài từ 60 đến 100 giờ

b) Kiên tra tình trạng ắcquy

Để đánh giá tình trạng của ắcquy, cần thực hiện các bước kiểm tra sau đây:

Trang 28

- Kiểm tra mức nước dung dịch điện phân của ắcquy

Phương pháp kiểm tra mức nước và nông độ dung dịch điện phân

được giới thiệu trên hình 2-11

Hình 2-11 Kiểm tra mức nước và nổng độ dung dịch điện phân a) Kiểm tra mức dung dịch điện phân; b) Kiểm tra nồng độ dung dịch điện phân

†- ống thuỷ tỉnh; 2- tỉ trọng kế; 3- đầu múi; 4- bóng cao su; 5- thang đo của tÏ trọng kế

Để do mức dung địch điện phân trong bình ắcquy (trong các ngăn của bình ắcquy), ta thực hiện như sau: Mở nút đậy các ngăn của bình ắcquy ra, dùng ống thuỷ tỉnh có đường kinh 5-6 mm, dai

100-150 mm lựa nhẹ cấm vào trong ngăn của ắcquy cho đến khi

Trang 29

Đo nông độ dung dịch điện phân cho phép ta đánh giá được mức độ nạp điện của ắcquy (hình 3-11b), dùng một loại dụng cụ chuyên

dùng gọi là tỉ trọng kế để kiểm tra Khi đo tỉ trọng dung dịch điện phân, cần phải xác định nhiệt độ dung dịch điện phân Nếu nhiệt độ dung địch điện phân cao hoặc thấp hơn +15°C, điều đó có nghĩa là tiến hành đo dung dich điện phân ở nhiệt độ +15°C Nếu nhiệt độ

dung dịch điện phân khác với nhiệt độ trên cẦn phải thêm hoặc bớt

đi một lượng theo bằng sau:

Bảng 2.2 Số gia cần thêm hoặc bớt khi đo nồng độ

dung dịch điện phân Nhiệt độ dung dịch điện phân, 45 30 15 0 -15 -30 -40 °c Lugng thém, bớt vào chỉ số của tỉ trọng kế, gicm? +0,02 +0,01 0 -0,01 -0,02 -0,03 -0,04

Nếu nồng độ dung dịch điện phân trong một số ắcquy khác biệt lớn hơn trị số 0,01 g/cm”, cần phải cân bằng lại nồng độ dung dịch điện

phân bằng cách đổ thêm dung dịch điện phân có tỉ trọng 1,4 g/em*

hoặc nước cất

Quá trình đo được thao tác như sau:

Đưa đầu hút của ti trọng kế vào trong bình Acquy qua lỗ trên

nắp bình, dùng tay bóp bóng cao su để hút dung dịch điện phân vào

ống thuỷ tỉnh của tỉ trọng kế Nhấc tỉ trọng kế lên và căn cứ theo

chỉ số đo của tỉ trọng kế bên trong ống thuỷ tỉnh dung dung dich điện phân, ta xác định được tỉ trọng của dung dịch

Điều cần chú ý là khi đọc chỉ số do của tỉ trọng kế là phải giữ

cho ống thuỷ tỉnh chứa dưng dịch điện phân theo phương thật thẳng đứng, có nghĩa là bể mặt của dung dịch điện phân trong ống thuỷ tỉnh phải nằm ngang và giữ sao cho tỉ trọng kế phải nổi tự do trong ống thuỷ tỉnh, không tựa vào thành ống thuỷ tỉnh

Thông thường, tỉ trọng dung dịch điện phân ở điểu kiện nhiệt độ +20°C có trị số trong khoảng (1,3 +1,25) g/em” vào mùa đông, (1,28 +1,29) g/em? vào mùa hè,

Để đánh giá mức độ nạp của ắcquy theo néng độ dung dịch điện

phân, có thể sử dụng các thông số trong bang sau:

Trang 30

Bảng 2.3 Mức độ phóng điện của ắcquy tương ứng với nồng độ dung dịch điện phân của ắcquy

Nổng độ dung dịch điện phân quy đổi về nhiệt độ +15°C,qg/em" Mức độ nạp điện của Acquy 100% 25% 50% 1,310 1,270 1,230 1,290 1,250 1,210 1,270 1,230 1,180 1,250 1,210 gưnếg

- Kiểm tra trạng thái của ắcquy

Để đánh giá trạng thái của ấcquy, người ta dùng vôn kế phụ tải, Vôn kế phụ tải được cấu thành từ hai phần tử chính: Vôn kế một

chiều và các điện trở (đóng vai trò là phụ tải giả) Vôn kế phụ tải được giới thiệu trên hình 2-12a, 4)

Hình 2-12 Kiểm tra trạng thái của ắcquy bằng vôn kế phụ tải

a) Cấu tạo của vôn kế phụ tải; b) Kiểm tra trạng thái của ắcquy

1,3 - điện trở (phụ tải giả):có trị số -0,01 và 0,02 @; 2,9 - đầu đo; 4,8 - vit bat điện trở; 5 - vôn kế một chiều; 8 - tay cẩm; 7 - tấm chắn bảo vệ

Trang 31

Để đánh giá trạng thái nạp điện của ắcquy bằng vôn kế phụ tải, chỉ số của vôn kế một chiều khi đo điện áp của một ắcquy đơn với phụ tải giả cần phải tương thích với các thông số như trong bảng sau:

Bảng 2.4 Điện áp của mỗi ngăn đơn tùy thuộc vào mức độ nạp của ắcquy Điện áp của mỗi z 1,7-1,8 1,8-1,7 1,5-1,6 1,4-1,5 | 1,3-1,4 acquy don, V Mức độ nạp điện,% 100 75 50 25 0

Luu ý: Trong quá trình kiểm tra trạng thái của ắcquy bằng vôn

kế phụ tải, khi tiến hành đo từng ngăn ấcquy cần phải duy trì trong thời gian không nhỏ hơn 5 giây và các nút được đậy kín Đối với các ấcquy khi nềng độ dung dịch điện phân thấp hơn trị số 1,200 g/em3® không nên kiểm tra trạng thái của ắcquy bằng vôn kế phụ tải

c) Bảo dưỡng ắcquy

Một số công việc chính bảo dưỡng ắcquy bao gồm:

- Luôn đảm bảo đủ mức dung dịch điện phần theo quy-định, nếu thiếu phải bổ sung bằng nước cất cho đủ,

- Bể mặt bình ấcquy phải luôn luôn khô để tránh hiện tượng

phóng điện trên bể mặt ấcquy

- Phải thường xuyên kiểm tra và thông các lỗ thông hơi ở trên các nút đậy các ngăn của ắcquy

- Trong quá trình khai thác và vận hành, định kì (khoảng 4 tháng

một lần) phải tháo ắcquy ra khỏi xe, đưa về xưởng nạp no (nạp với

đòng điện không đổi)

d) Các nguyên tắc trong quá trình khai thác và vận hành

Trong quá trình khai thác và vận hành ắcquy cần phải tuân thủ

các nguyên tắc sau:

- Acquy phải được lắp đặt trên ôtô ở vị trí thông thoáng, tránh

bị quá nóng, rung xóc trong quá trình khai thác và vận hành,

- Không cho phép 4cquy cung cấp cho phụ tải khi đã quá giới hạn phóng điện cho phép

- Không được nạp điện cho Aequy véi dòng điện nạp lớn hơn trị số dòng nạp lớn nhất cho phép

Trang 32

- Các đầu đây nối với các cực của ấcquy phải được bắt chặt,

tránh làm cho ắcquy bị ngắn mạch

- Đây cáp nối từ ắcquy đến may khởi động nên làm ngắn nhất đến giới hạn có thể, để tránh tổn thất trên đường dây trong quá

trình khởi động

: Thời gian mỗi lần khởi động động cơ không nên kéo đài qua 20 giây; thời gian ngừng giữa hai lần khởi động liên tiếp không ít hơn 3 phút; không nên khởi động liên tiếp quá 4 lần,

2.2.7 Các loại

8) Khái quát chung về ắcquy kiêm

cquy khác dùng trên ơtơ

Trên ơtơ, ngồi loại ấcquy chì - axít cồn sử dụng các loại Ấcquy

khởi động có dung địch điện phân là dung dịch kiểm như: kali hidréxit (KOH) hoặc natri hiđrôxít (NaOR) Tuy thuộc vào cấu tạo của bản cực, người ta chia Ắcquy kiểm thành ba loại sau:

- Acquy sat - niken, là loại Acquy có các bản cực chế tạo bằng sắt

(Fe) va niken (Ni)

- Acquy cadimi - niken, là loại ắequy có các tấm bản cực chế tạo

bằng cadimi (Cd) va niken (Ni)

- Acquy bạc - kẽm, là loại ấcquy có các tấm bản cực chế tạo bằng bac (Ag) vA kém (Zn)

Trong ba loai ắcquy trên thì loại ắcquy Ág - Zn có hệ số hiệu

dụng trên một đơn Vị trọng lượng và trên một đơn vị thể tích lớn

hơn, nhưng giá thành của nó lại quá cao vì phải sử dụng một khối lượng bạc tới 30% khối lượng của chất tác dụng, đo đó loại này ft aung (chi ding trong nganh hang khéng)

So với ắcquy chi - axit, ắcquy kiểm tuy có nhược điểm là giá thành cao hơn, điện trở trong lớn hơn, nhưng nó lại có những ưu điểm sau đây:

+ Có độ bền lớn và thời gian sử dụng dài,

+ Trong điều kiện máy khởi động làm việc nặng nề có yêu cầu

về độ tin cậy cao thì ấcquy kiểm có tính ưu việt hơn hẳn so với ắcquy chì - axít,

+ Quá trình nạp điện cho Acquy kiểm không đồi hỏi nghiêm

ngặt về trị số của đồng điện nạp, Trị số dòng điện nạp có thể lớn gấp ba lần đồng điện nạp định mức cũng chưa làm hồng được Acquy

32

a

Trang 33

oy o a

Cấu tạo của ấcquy kiểm tương tự như ácquy chì - axít, tức là nồ

cũng gồm có vỏ bình ắcquy, các tấm bản cực, tấm ngăn, dung dịch

điện phân

Bản cực của ắcquy kiềm được chế tạo thành dạng thỏi và không phân thỏi Giữa các bản cực được ngăn cách bởi các tấm êhônít Chùm bản cực dương và chùm bản cực âm cũng được hàn nối như

các chùm bản cực của ắcquy chì - axít để đưa ra các vấu cực của

Acquy.Cac chùm bản cực được đặt trong bình chứa đung dịch điện

phần và được ngăn cách với vỏ bình bằng một lớp nhựa vinhiplat

Loại ấcquy kiểm đùng bản cực đạng thôi thì mỗi thôi là một hộp

làm bằng thép lá, trên bề mặt có khoan nhiều lỗ @=(0,2 + 0,3) mm

để cho dung địch điện phân thẩm thấu qua Trong hộp cô chứa chất

tác đụng, nếu là ấcquy kiểm Fe - Ni thì trong hộp bản cực âm chứa bột Fe đặc biệt thuần khiết, còn trong hộp bản cực đương chứa hỗn

hợp 75% NIOH và 25% bột than hoạt tính

Loại ắcquy kiểm đùng bản cực không phân thôi, thì bắn cực được chế tạo theo kiểu khung - xương, rổi dem chất tác đụng ở dang có cấu trúc xốp mịn để ép vào các lỗ nhỏ trên các tấm bản cực

b) Qaá trình hóa học xảy ra trong ắcqay kiêm

Cũng giống như trong ắcquy chì - axít, quá trình hóa học xấy ra

trong ắcquy kiểm là quá trình thuận nghịch

Nếu ấcquy kiểm là ắcquy Fe - Ni thì phần ứng hóa học xảy ra

trong ấcquy như sau:

Trên bản cực đương:

Ni(OH), + KOH + OH’ > Ni(OH), + KOH (2.18)

Trên bản cực âm:

Fe(OH);+ KOH > Fe + KOH + 20H” (2.19)

Như vậy trong quá trình nạp điện cho Acquy, st hidréxit trén ban euc dutong bi phan tich thanh sat nguyén chat va anion OH’

Còn trên bản cực đương, niken hai - hiđrôxit được chuyển hóa thành nixen ba - hiđrôxit Từ hai phương trình phản ứng hóa học trên ta nhận thấy đặc điểm quá trình biến đổi hóa học trong các loại ắcquy kiểm khác với ắcquy chì - axít ở chỗ: Dung địch điện phân

KOH không tham gia vào phán ứng hóa học mà chỉ giữ vai trò như

một chất đẫn điện, do đó sức điện động của ắcquy hầu như không

Trang 34

phụ thuộc vào nêng độ của dung dịch điện phân mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái hóa học của chất tác đụng ở trên các tấm bản cực

Trên bảng 9.5 trình bày quá trình hóa học của ắcquy Fe - Ni

Bảng 2.5 Quá trình hoá học trong ắcquy kiểm Fe - Ni Trạng thải của | nạn co qượng | Dung dịch điện acquy phan Bản cực âm Đã nạp no Ni,O,3H,O KOH Fe Lf +f +f 4 ft Phóng điện hết 2Ni(OH); KOH Fe(OH),

Sức điện động của một ngăn đơn của ắcquy kiểm khi đã nạp no nhỏ hơn so với ắcquy chì - axít, chỉ bằng khoảng 1,38V Vì vậy muốn có được một bình ắcquy 12V ta phải đấu nối tiếp 9 ngăn ắcquy đơn,

do đó trọng lượng một bình ắcquy kiểm thường lớn hơn trọng lượng

của một bình ắcquy chì - axít

Trị số đồng điện nạp cho ắcquy kiểm cho phép tới 0.2Gso

Hiện nay các nhà thiết kế, chế tạo ắcquy chưa dừng lại ở những thành quả đã đạt được Người ta đã chế tạo ra được những ắcquy

kiểm có kích thước bé và trọng lượng nhẹ hơn, nhưng các thông số kĩ

thuật của nó đạt gần bằng các thông số kĩ thuật của ắcquy chì - axít Trong những ấcquy kiểm loại mới, các nhà thiết kế, chế tạo

đang hướng tới thay thế các bản cực bằng những hợp kim mới có

khả năng chống han gỉ, giảm kích thước và trọng lượng

2.3 MÁY PHÁT ĐIỆN TRÊN ÔTÔ

Máy phát điện dùng trên ôtô có thể là máy phát điện một chiều hoặc máy phát điện xoay chiểu Dù là loại máy phát nào, nhưng

trên ôtô chúng vẫn có chung một nhiệm vụ: San sinh ra điện năng

để cung cấp cho các thết bị dùng điện trên ôtô và làm nhiệm vụ nạp

điện cho ắequy, khi ôtô đã thực hiện xong quá trình khởi động máy

Sau đây sẽ lần lượt giới thiệu cụ thể từng loại máy phát điện đang được sử dụng trên ôtô

2.3.1 Máy phát điện một chiều

a) Nguyên lí làm việc

Máy phát điện một chiều là loại máy phát, phát ra đồng điện có 34 sơrmoOrôB

Trang 35

uw

chiều không bi thay đổi theo thời gian trong suốt quá trình máy

hoạt động Nói một cách khác: Cực tính ở đầu ra của nguồn điện do máy phát điện phát ra để cung cấp cho phụ tải - luôn luôn cố định

Hình 2-13 giới thiệu nguyên lí làm việc của máy phát điện một chiều

Hình 2-13 Nguyên lí làm việc của máy phát điện một chiều

Khung dây điện quay đều trong từ trường của hai cực nam

châm N-§ Theo định luật cắm ứng điện từ, trong thanh dẫn của

khung dây sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng, trị số của nó được tính theo công thức sau:

E=Blv (2.20)

Trong đó: B - cường độ từ cẩm, T(tesla)

1 - chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh dẫn nằm trong từ trường), m

v - vận tốc của thanh dan, m/s

Dùng quy tắc bàn tay phải để xác định chiều của s.đ.đ cẩm ứng ta nhận thấy: Thanh dẫn ab nam dưới cực Ñ nên có chiều từ b đến a, còn thanh dẫn cd nằm dưới cực 8 nên s.đ.đ có chiều từ đ đến c

Ở hai đầu cuối của khung dây có gắn hai phiến góp, do đó trong

quá trình khung dây quay, sẽ kéo cho hai phiến góp này quay theo

Hai chổi than A và B được cố định trên giá đỡ, nhưng luôn luôn tì vào

hai phiến góp nên chiều của dòng điện cảm ứng do khung dây sinh ra luôn có chiều đi ra từ chổi than A Nếu ta dang day din để nối từ chổi

Trang 36

thì bóng đèn sẽ sáng khi khung dây quay Như vậy, ở đây hệ thống chổi than và phiến góp đóng vai trò chỉnh lưu s.đ.đ và dòng điện cảm ứng xoay chiều trong khung dây thành s.đ.đ và đồng điện một chiều

cấp cho mạch ngoài (cấp cho phụ tải - bóng đèn)

Dựa theo nguyên lí trên, người ta ghép nhiều khung dây lại với

nhau và đặt lệch nhau trong không gian (bộ đây quấn đó gọi là đây

quấn phần ứng) rồi nối ra các phiến góp cách điện với nhau trên cổ góp

Như vậy, s.đ.đ tạo ra sẽ lớn lên và độ đập mạch của nó sẽ giảm đi Từ biểu thức (2-20) tính s.đ,đ của khung dây, ta nhận thấy: Trị số của s.đ.đ E có quan hệ tỉ lệ thuận với B, 1 và v, do đó nếu từ trường của nam châm càng mạnh, khung dây có chiều dài càng lớn,

tốc độ quay của khung đây càng cao thì trị số s.đ.đ E đạt được sẽ

càng lớn Xuất phát từ nhận xét này, người ta chế tạo ra máy phát điện có các thông số B, l, và v khác nhau để đạt được giá trị của E

theo yêu cầu

Trên ôtô chỉ yêu cầu máy phát điện phát ra điện áp ở chế độ làm việc định mức 12,34 hoặc 48V, do đó kết cấu của máy phát trên

ôtô rất gọn nhẹ

b) Cấu tạo của máy phát điện một chiêu

Máy phát điện một chiều trên ôtô có cấu tạo cũng giống như các máy phát điện một chiều thông thường khác, tức là nó cũng gồm có hai bộ phận chính: Phần tĩnh gọi là stato và phần động gọi là rôto

Hình 2-14 giới thiệu hình đáng và cấu tạo những phần chính bên trong của máy phát một chiều trên ôtô

112 1đ 13 16

1 18

Hình 2-14 Cấu tạo của máy phát điện một chiểu

†- pu-li; 2- nắp đậy (nhìn từ phía truÿền động); 3,18 - vòng bí; 4 - vỏ may phat; 5 - true của rôto (phần ứng); 6 - cuộn dây của rôto (phần ứng); 7 - cọc nối mát (masse); 8 - lõi thép của rôto (phần ứng); 9- cọc đấu đây của cuộn kích tử; 10- cọc đấu dây của đầu phát điện;

11- cổ góp; 12- băng bảo vệ cổ góp; 13 - vít bắt; 14- giá đỡ chổi than; 15 - nắp đậy (nhìn từ phía cổ góp); 17- chổi than; 18 - cuộn dây kích từ

Trang 37

ay 3, nos

- Phần tĩnh (stato hay còn có tên gọi khác là phần cảm), gồm các bộ phận sau:

+ Võ máy (gông từ), vỏ máy là một ống thếp có gia công mặt

trong, các khối cực từ bất chật vào vỗ máy hằng vít hoặc hulông Vỏ

máy đổng thời có nhiệm vụ làm cẩu nối mạch cho từ trường lưu

thông giữa các khối cực từ, `

+ Khối cực từ, làm nhiệm

vụ tạo ra từ trường cho máy

phát Để tạo ra từ trường cho 3

máy phát có thể dùng nam

cham vĩnh cửu hoặc nam châm điện Trong mẩy phát điện thường có hai khối cực từ đặt cách nhau 180° hoặc bốn khối cực từ đặt cách nhau 909 i

Trên hình 2-15 gidi thiéu Hinh 2-15, Cau tao oda mét Khéi ovo tu

cấu tạo một khối cực từ kiểu 1- lỗi cực từ, 2- dãy quấn kích từ, 3- vỏ máy;

nam châm điện 4- buông bắt cực từ vào vỏ máy phát

Lõi cực từ thường làm bằng lá thép kĩ thuật điện hoặc lá thếp

cacbon, có chiều dày từ 0,6 đến 1 mm, được ép và tần chặt với nhau Ở một số loại máy phát công suất nhỏ, khối cực từ có thể làm bằng

thép khối hoặc nam châm vĩnh cửu

+ Dây quấn kích từ là đây đồng có bọc cách điện, dược quấn

xung quanh cực từ và có số vòng đây từ 96 đến 610 vòng, tuỳ theo

điện áp, số lượng cực từ và công suất của từng loại máy phát

Khi có dòng điện chạy qua cuộn đây kích từ (gọi là dòng kích thích) thì cực từ sẽ bị từ hóa và biến thành nam châm, tạo ra từ

trường giữa các cực từ của máy phất

+ Chối than, có nhiệm vụ truyền điện từ cổ gốp của máy phát ra mạch ngoài để cung cấp cho phụ tải theo một chiều cố định Hình 2-16

giới thiệu cấu tạo và cách lắp ghép chổi than

Trong quá trình máy phát điện làm việc, chổi than luôn luôn tì

sát vào các phiến góp của cổ góp (nhờ lực ép của lò xo), đo đó nó phải

thoả mãn các yêu cầu về hệ số ma sát, độ đàn hổi, có điện trở tiếp

xúc nhỏ và khả năng chịu nhiệt tốt Chối than được lắp đặt trong

Trang 38

có kết cấu sao cho nó có thể điều chỉnh, đảm bảo để hộp chổi than

dịch chuyển dễ đàng trên cổ góp điện của máy phát theo phương

hướng tâm mà không bị rung Sau khi đã điểu chỉnh giá đỡ chổi than xong, cụm chổi than phải được cố định để không bị xê dịch

trong quá trình máy phát điện hoạt động a a) b)

Hinh 2-16 Cụm chổi than

a) Cấu tạo của một cựm chổi than; b) Bố trí cụm chối than trên cổ góp điện của máy phát 1- chổi than; 2- hộp chổi than; 3- tay đ8; 4- lò xo,

Chổi than được chế tạo từ hỗn hợp graphít, bột đồng và một số chất phụ gia khác nhằm mục đích: giảm điện trở tiếp xúc giữa chổi than và cổ góp, nâng cao khả năng chịu mài mòn của chổi than

Chổi than tì lên cổ góp điện của máy phát và được đặt nghiêng

một góc 26°+28° so với chiều hướng tâm của cổ góp, nhằm mục đích giảm tia lửa hồ quang

+ Nắp máy, để bảo vệ khỏi bị những vật bên ngoài rơi vào làm

hư hỏng đây quấn của máy phát, ngoài ra nó còn làm giá đỡ cho các

đầu trục của rôto, đồng thời cũng để bắt máy phát vào ôtô Nắp máy được chế tạo bằng thép, gang hoặc bằng nhôm

- Phần quay (rôto hay còn có tên gọi khác là phần ứng), gồm có

các bộ phận chính-sau:

+ Lỗi phần ứng, nó dùng để dẫn từ và gá lấp dây quấn phần

ứng Nó được chế tạo từ những lá thép kĩ thuật điện, sơn cách điện

mồng ở hai mặt (hình 2-17) rỗi ép chat lại với nhau để giảm tổn hao

do đồng điện xoáy gây nên (dòng Fucé)

Mỗi lá thép của rôto được dập với hình dạng có rãnh để đặt dây

38

2

Trang 39

quấn của phần ứng Các lá thép của phần ứng được ép cứng trên

trục rôto, do đó khi rôto quay sẽ làm cho trục rôto quay theo

Dây quấn phần ứng, là bộ phận trực tiếp cảm ứng ra s.d.d vA san sinh ra đồng điện của máy phát Dây quấn của phần ứng thường dùng là dây đồng có bọc

cách điện, ngoài ra nó còn được cách điện với lõi thép bằng một lớp bìa cách điện

°ề đặt trong rãnh của rôto

Để tránh hiện tượng do luc li tam làu vàng dây quấn phần ứng ra khỏi

rãnh, người ta dùng nêm tre hoặc gỗ đè

chặt đây quấn phần ứng ở miệng rãnh

+ Cổ góp (oành góp hay còn có tên gọi khác là uành đổi chiêu),

có chức năng biến đổi dòng điện xoay chiều trong các cuộn dây phần

ứng của máy phát thành dòng điện một chiều và nhờ cụm chổi than

đưa ra ngoài cúng cấp cho phụ tải

Hình 2-17 Lá thép của rôto

Cổ góp được lắp ở đầu trục của rôto, nó quay theo trục rôto Cấu tạo của cổ góp (hình 9-18) gồm những lá đồng dập thành hình dạng đuôi én - 4 i gọi là lá ghép và những tấm cách điện bằng mica ghép với 3 nhau thành hình trụ tròn a Số lá đồng trên cổ góp |

tương ứng với số nhánh dây Trị

của đây quấn phần ứng Đầu | |

day của các nhánh dây phần | \ ting duge hàn vào các lá đồng LÍ

của cổ góp - - | Ỉ Hai mặt đầu của cổ góp

có các vành ép hình cên để ¬

giữ cho các lá góp không bị Hình 2-18 Cấu tạo của cổ góp

xê dịch trong quá trình rôto ‡ - lá góp; 2, 3 - vòng ép hình côn; quay Các lá góp được cách 4 - lớp cách điện

điện với nhau và với vành ép 42

+ Trục réto, dùng để gá lắp lõi sắt phần ứng, cổ góp, ổ bị, pull

Trục rôbo thường được làm bằng thép cacbon chất lượng cao

Trang 40

ot ae

c) Sơ đồ đấu đây của máy phát điện một chiêu

Máy phát điện một chiều dùng trên ôtô là loại máy phát kích từ song song, tức là cuộn dây kích từ được ghép song song với cuộn day

phần ứng của máy phát Cách đấu day của cuộn kích từ thường

được thực hiện theo ba cách sau:

- Đấu mát bên trong, là cách lấy một đầu đây của cuộn kích từ

nối vào vỏ của máy phát điện, đầu còn lại của cuộn dây kích từ đấu

vào cọc đấu dây ra của máy phát (hình 2-19a)

- Đấu mát bên ngoài, là cách đấu một đầu dây của cuộn kích từ

nối chung cọc đầu ra của cuộn dây phần ứng của máy phát (hình 2-19b)

- Đấu đây độc lập: Cuộn dây kích từ có hai cọc đấu dây, trong trường hợp này hai đầu đây của cuộn kích từ đều được đấu vào hai cọc đấu đây ở bên ngoài (hình 2-19c)

a) 4) ce) Hình 2-19 Các sơ đồ đấu dây của máy phát điện một chiều

a) Sơ đồ đấu đây mát trong; b) Sơ đồ đấu dây mát ngoài, c) Sơ đồ đấu dây độc lập 1 - cọc đấu đầu dây ra của phần ứng máy phái điện;

2, 3 - các cọc đấu dây của cuộn dây kích từ

Trong bảng 2.6 đưa ra kí hiệu các đầu đây của máy phát điện của một số nước Bang 2.6 Kí hiệu các đầu day của máy phát điện một chiều

Đầu dây VietNam | Nga Đức Mĩ Nhật Cọc đầu ra của may phat FA 1 D+ Á hoặc GEN B

Kích từ KT trí OF F F

Nối mát (masse) M M D- GRD N(E)

Nối với ấcquy A b 30 BAT B