Ở hai hai bản cực của một ắc quy được làm bằng chì (Pb) và chì Oxit (PbO2). Điền đầy giữa các bản cực là dung dịch Axit Sunfuric (H2SO4) lỗng (Trong đó nước sẽ chiếm phần chính).
Ở trạng thái được nạp đầy, các bản cực của ắc quy ở trạng thái hóa học nêu trên (tức là cực dương là PbO2, cực âm là Pb). Trong q trình phóng điện
và nạp điện cho ắc quy, trạng thái hóa học của các cực sẽ bị thay đổi. Có thể xem về trạng thái hóa học trong các q trình phóng – nạp như hình dưới đây Q trình phóng điện diễn ra nếu như giữa hai cực được kết nối với các thiết bị điện. Khi này xảy ra phản ứng hóa học sau:
Tại cực dương: 2PbO2 + 2H2SO4 -> 2PbSO4 + 2H2O + O2 Tại cực âm: Pb + H2SO4 -> PbSO4 + H2
Phản ứng chung gộp lại trong tồn bình là: Pb+PbO2+2H2SO4 -> 2PbSO4 + 2H2O
Q trình phóng điện sẽ kết thúc khi PbO2 ở cực dương và Pb ở cực âm hồn tồn chuyển thành PbSO4.
Q trình nạp điện cho ắc quy, do tác dụng của dòng điện nạp mà bên trong bình ắc quy có phản ứng ngược lại so với chiều phản ứng trên, phản ứng chung gộp lại trong tồn bình sẽ là:
2PbSO4 + 2H2O -> Pb+PbO2+2H2SO4.
Kết thúc quá trình nạp thì ắc quy trở lại trạng thái ban đầu: Cực dương gồm: PbO2, cực âm là Pb.
Trong thực tế thì bản cực của ắc quy sẽ không giống như ở trên. Các cực trên thực tế sẽ có số lượng nhiều hơn và mỗi bình ắc quy lại bao gồm nhiều ngăn, nhiều tấm cực để tạo ra tổng điện tích bản cực nhiều hơn. Từ đó giúp cho q trình phản ứng đồng thời xảy ra tại nhiều vị trí, do đó dịng điện cực đại xuất ra từ ắc quy đạt trị số cao hơn và tất nhiên dung lượng của ắc quy cũng tăng lên.
Do kết cấu xếp lớp giữa các tấm cực nên thường thì các số cực dương và cực âm cũng không bằng nhau. Ở giữa các bản cực của ắc quy sẽ có tấm chắn, các tấm chắn sẽ không dẫn điện nhưng độ thẩm thấu sẽ lớn để thuận tiện cho quá trình phản ứng xảy ra khi các Cation và Anion xuyên qua chúng để đến các điện cực.
1 Nút thông Hơi 6 Vỏ Bình 2 Cọc Bình 7 Hộc Bình 3 Năp Bình 8 Bản cực 4 Thanh Nối 9 Tấm chắn 5 Ngăn Bình 10 Dung dịch
Mỗi ngăn của ắc quy axit chỉ cho mức điện áp khoảng 2- 2,2V do đó để đạt được các mức 12V, 24V thì ắc quy cần phải có nhiều ngăn nhỏ. Ví dụ như ghép 3 ắc quy 2V để trở thành ắc quy 6V hoặc ghép 6 ắc quy để thành ắc quy 12V. Bạn có thể xem cấu tạo của ắc quy ở hình dưới để biết được cách bố trí và sắp xếp các ngăn.
Điện áp bình ắc quy :
Điện áp được ghi trên mỗi bình ắc quy thường thấy là 6V, 12V, 24V . Tuy nhiên điện áp thực tế của ắc quy cung cấp lại lớn hơn. Ví dụ với bình ắc quy có điện áp 12V có thể cung cấp nguồn điện có điện áp tới 13V. Dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào điện áp của nó.
Nếu hệ thống điện của xe chỉ phù hợp với ắc quy có điện áp 12V nhưng lại sử dụng loại ắc quy có điện áp 24V thì sẽ gây hỏng hệ thống điện của xe. Do đó phải lựa chọn ắc quy với điện áp phù hợp.
Dung lượng của ắc quy:
Dung lượng là thông số cơ bản của ắc quy, tham số này cho biết khả năng lưu trữ điện năng của ắc quy. Đơn vị tính thơng thường của tham số này là Ah (Ampe giờ). Ví dụ một ắc quy có dung lượng là 50Ah thì sẽ có khả năng phát ra một dòng điện 5A trong 10h liên tục, hoặc 10A trong 5 giờ liên tục. Nếu cường độ dịng điện phóng ra càng lớn thì dung lượng ắc quy cịn lại càng nhỏ và ngược lại.
CCA được xem như một tiêu chuẩn đánh giá Ắc quy ở Mỹ.
CCA (Cold Cranking Amps) là thơng số acquy thể hiện cường độ dịng điện mà ắc quy cung cấp trong vòng 30 giây ở 0 độ F (-17,7 độ C), trong khi điện áp vẫn trên 7,2 volt.
Ví dụ: Một ắc quy 15 volt có CCA bằng 900, nghĩa là nó có thể cung cấp 900 ampe trong 30 giây ở 0 độ F (-17,7 độ C), trong khi điện áp vẫn trên 7,2 volt.
Chỉ số CCA được xem là thông số biểu hiện tuổi thọ của ắc quy, xem ắc quy có đang trong tình trạng hết hạn sử dụng hay không. Khi mua ắc quy cũng nên lưu ý các giá trị đo thực tế của CCA, hãng bình CCA có nhanh bị tụt. Nếu CCA càng cao đồng nghĩa với tuổi thọ bình càng tốt.
Đối với dòng ắc quy WRX, giá trị CCA đã được định sẵn trên nhãn của ắc quy. Trên thực tế, khi đo ắc quy, nếu giá trị CCA lớn hơn 70% thì ắc quy vẫn hoạt động tốt và không phải thay. Nếu giá trị CCA nhỏ hơn 70%, bạn cần tiến hành thay ắc quy mới.
Dung lượng RC (Reserve Capacity):
Thông số quan trọng thứ 3 mà mỗi ắc quy cần phải có là dung lượng dự trữ của ắc quy. RC được đo bằng phút khi ắc quy phóng dịng 25 ampe ở 25 độ C trước khi điện áp xuống dưới mức quy định. Dung lượng phổ biến của ắc quy dùng cho ôtô là 125 phút. Giá trị của RC thể hiện khả năng khởi động xe và người ta thường thử bằng cách khởi động một động cơ hạng nặng. Một lưu ý nhỏ là giống như CCA, bạn nên chọn ắc quy có trị số RC cao nếu đi trong điều kiện lạnh.
2.2.2. Máy Khởi động
Hình 2.8 Máy khởi động
Máy khởi động là cơ cấu sinh momen quay và chuyền cho bánh đà của động cơ. Đối với từng loại động cơ mà các máy khởi động điện có thể có kết cấu cũng như đặc tính khác nhau , nhưng nói chúng thường cấu tạo bởi các bộ phận sau đây.
2.2.2.1. Công tắc từ
Rơle kéo có hai cuộn dây: Cuộn dây hút 11(Wh) và cuộn dây giữ tác động và cặp tiếp điểm 5 đóng, lúc này cả hai cuộn dây trên đều có dịng điện chảy qua, từ thông sinh ra trong hai cuộn dây đó tác dụng cùng chiều và có tác dụng hút lõi thép 13. Lúc này đĩa tiếp xúc bằng đồng 8 chưa nối các tiếp điểm 7, 9 và 10 cho nên phần ứng 15 (M) và cuộn dây kích từ 16 (WKT) được đấu với ắcquy thơng qua cuộn dây hút 11 (Wh) trong trường hợp này tương ứng với K1 kín cịn K2 hở, vì vậy trị số điện áp đặt lên động cơ không lớn sẽ làm cho
trục động cơ xoay đi một goác nhỏ tạo điều kiện cho bánh răng khởi động cơ thể tự lựa tốt hơn trong quá trình đi vào ăn khớp với vành bánh răng bánh đà.
Khi tiếp điểm 9-10 kín, trong trường hợp này tương ứng với K1 và K2 đều kín, cuộn dây hút 11 (Wh) bị nối tắt, động cơ điện khởi động được nối trực tiếp với ắc quy, điện áp đặt lên động cơ khởi động bằng trị số định mức, làm cho qúa trình khởi động thực hiện được một cách dễ dàng
Hình 2.9 Cơng tắc từ 1 Cuộn hút 5 Bi thép
2 Cuộn giữ 6 Lị xo hồn lực 3 Tiếp điểm chính 7 Trục lõi 4 Lò xo dẫn động 8 Lõi
Cơng tắc từ có chức năng là kéo và đẩy bánh răng bendix ra khi đề, nó có tác dụng như cơng tắc đóng mở dịng điện cho động cơ điện
Khi khởi động động cơ công tắc từ thực hiện theo 3 bước: B1: Hút
B3: Hồi vị
Giai đoạn 1: Hút
Hình 2.10 Giai đoạn hút của cơng tắc từ
Khi khố điện ở vị trí Star lõi của cơng tắc từ được hút bởi sức từ động của cuộn hút và cuộn giữ.
Cơng tắc ở vị trí Star → Dịng điện qua cuộn hút và cuộn giữ→ Cuộn hút và cuộn giữ sinh từ→ Lõi bị hút vào→ Tiếp điểm chính đóng→ Bắt đầu quay.
Khi tiếp điểm chính đóng, động cơ điện quay để khởi động động cơ. Khi tiếp điểm chính đóng lõi được giữ bằng sức từ động của cuộn giữ.
Tiếp điểm chính đóng →Cuộn hút bị ngắt điện→ Chỉ có cuộn giữ làm việc→ Động cơ điện quay→ Động cơ khởi động.
• Giai đoạn 3: Hồi vị
Khi động cơ đã nổ, trả cơng tắc máy về vị trí off. Lõi trả về làm tiếp điểm hở ra, máy khởi động ngừng quay.
Công tắc từ khởi động ở vị trí off→ Cuộn hút và cuộn giữ có dịng điện→ Lực từ của hai cuộn khử nhau→ Lõi trở về nhờ lị xo hồn lực→ Tiếp điểm chính hở→ Ngừng quay < kết thúc>.
2.2.2.2. Phần ứng và ổ bi
Hình 2.11 2.2.2.2. Phần ứng và ổ bi 1 Ổ bi 3 Cổ góp 1 Ổ bi 3 Cổ góp
2 Khung dây phần ứng 4 Lõi phần ứng
Phần ứng và ổ bi có chức năng sinh ra mơ men đồng thời giữ cho đông cơ điện ở tốc độ cao.
2.2.2.3. Phần Cảm
Phần cảm có chức năng tạo ra từ trường cần thiết cho động cơ điện và là chỗ bố trí cuộn dây kích từ, lõi cực của nó đồng thời là nơi đi qua của đường sức
Cả cực và lõi cực được chế tạo bằng lõi sắt, nghĩa là chúng dễ dàng dẫn từ.
Có 3 kiểu đấu dây cuộn kích: Nối tiếp, song song và hỗn hợp. • Phần cảm
• Chổi than • Lõi cực
• Cuộn dây kích từ.
Hình 2.12 Phần cảm 1 Lõi cực 3 Chổi than 1 Lõi cực 3 Chổi than 2 Phần cảm 4 Cuộn dây kích từ
2.2.2.4. Chổi than và giá đỡ chổi than
Hình 2.13 2.2.2.4. Chổi than và giá đỡ chổi than 1 Giá đỡ chổi than 3 Lò xo chổi than 1 Giá đỡ chổi than 3 Lò xo chổi than
2 Khung nối mass 4 Chổi than
Chổi than và giá đỡ chổi than cho phép dòng điện chạy qua phần ứng một chiều, đồng thời giữ ổn định lõi ép chổi than
Chổi than được chế tạo bằng hợp kim đồng và cacbon <60÷70 đồng>. Cho phép dẫn nhiệt tốt và chống mịn.
Lực của lò xo chổi than ép chổi than ngăn roto quay quá nhanh. Làm roto ngừng ngay khi ngắt đề.
2.2.2.5. Hộp số giảm tốc
1 Bánh răng phần ứng 4 Bánh răng ly hợp 2 Bánh răng trung gian 5 Ổ lăn
3 Ổ lăn
Hộp số giảm tốc làm nhiệm vụ truyền mô men của motor và giảm tốc độ của chúng để tăng mômen
Tỷ số truyền của hộp số giảm tốc từ 1/3 ÷ 1/4. Có ly hợp một chiều được lắp bên trong. Bánh răng phần ứng
Bánh răng phần trung gian Bánh răng ly hợp 2.2.2.6. Ly hợp 1 chiều Hình 2.15 Ly hợp 1 chiều 1 Chốt trụ 5 Bánh răng bendix 2 Lò xo 6 trục bendix 3 Bi đũa 7 Lị xo hồn lực 4 Bánh răng Ly hợp
Khi động cơ đang khởi động, một áp lực lớn đặt lên mặt tiếp xúc lên răng của bánh răng bendix và vòng răng bánh đà. Một khi động cơ đã nổ, hoạt động của bộ ly hợp quá tốc <ly hợp một chiều>. Làm bánh đà quay trơn bánh răng bendix và momen từ bánh đà của động cơ không thể truyền đến máy khởi động.
Áp suất trên bề mặt răng của bánh răng trở nên nhỏ hơn, cho phép bánh răng bendix dễ ra khớp với bánh đà
Ly hợp một chiều truyền momen quay của động cơ điện đến động cơ quay bánh răng bendix.
Ngăn chặn sự truyền ngược lại khi động cơ đã nổ.
Bi đũa được đặt bên trong hộp truyền động, cho phép bánh răng bendix quay trơn theo chỉ một chiều.
2.2.2.7. Bánh răng bendix và trục xoắn ốc
Hình 2.16 2.2.2.7. Bánh răng bendix và trục xoắn ốc 1 Bánh răng bendix 4 Trục bendix 1 Bánh răng bendix 4 Trục bendix
2 Chốt trục 5 Bánh đà 3 Khớp xoắn ốc
Bánh răng bendix và trục xoắn ốc truyền momen của khởi động cho động cơ.
Đưa bánh răng bendix ăn khớp với vòng răng bánh đà. Giúp bánh răng bendix vào khớp và ra khớp.
Bánh răng bendix được vát mặt để dễ vào khớp với vòng răng bánh đà. Trục xoắn chuyền lực quay của động cơ điện thành lực đẩy bánh răng. Tỉ số truyền của cặp bánh răng: Bánh răng của máy khởi động và vành bánh răng bánh đà của động cơ ôtô thường chọn bằng (i=9-18). Để tránh hiện tượng cắt chân răng ở bánh răng của bánh răng này thường chọn từ 9 đến 11 răng. Để hạn chế kích thước của vành bánh răng bánh đà đối với một số động cơ điện khởi động cơng suất lớn thường có thêm bộ truyền bánh răng trung gian.
Bộ truyền này có thề là một cặp bánh răng trụ hoặc bộ truyền bánh răng hành trình.
Khớp truyền động là cơ cấu truyền mômen từ động cơ điện của máy khởi động (MKĐ) đến vành bánh răng bánh đà của động cơ ôtô. Với tỷ số truyền trên bánh răng của MKĐ phải quay 10 hoặc 20 vòng để kéo vành bánh răng bánh đà quay được 1 vòng. Khi hoạt động, tốc độ của rôto động cơ điện đạt trị số trong khoảng (2000-3000) vòng/phút sẽ kéo trục khuỷu của động cơ ôtô quay khoảng 200 vịng/phút đủ cho động cơ ơtơ khởi động được.
Sau khi động cơ đã nổ, số vịng quay độc lập của nó có thể lên đến (3000- 4000) vòng/phút. Nếu lúc này bánh răng của động cơ điện trong MKĐ còn ăn khớp với vành bánh răng bánh đà, rôto của động cơ điện trong MKĐ sẽ bị cuốn theo với vận tốc (3000-4000) vòng/ phút. Với tốc độ lớn như vậy, lực li tâm do nó tạo ra cực mạnh sẽ làm bung tất cả dây quấn ra khỏi rãnh của rôto và phá hỏng cổ góp của động cơ điện trong MKĐ.
Khớp truyền động cơ trong MKĐ có các nhiệm vụ sau:
-Truyền mômen của MKĐ làm quay vành bánh răng bánh đà động cơ ôtô.
-Bảo vệ MKĐ bằng cách tách rôto của động cơ điện khỏi động ra khỏi vành bánh răng bánh đà khi động cơ ôtô đã nổ được. Cơ cấu truyền động được được thiết kế theo hai kiểu:
+ Kiểu văng ra: Khi khởi động, bánh răng của khớp truyền động sẽ văng từ trong rơto ra ngồi để ăn khớp với vành bánh răng bánh đac của đông cơ ôtô.
2.2.2.8. Động cơ điện khởi động.
Động cơ dùng trong hệ thống khởi động là động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp hoặc hỗn hợp.
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có mơmen khởi động lớn song có nhược điểm là tốc độ không tải (ω0) quá lớn, ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ làm việc của động cơ. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp tuy mômen khởi động không lớn bằng so với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp nhưng trị số tốc độ không tải bé hơn.
Khi hệ thống khời động làm việc, dịng điện khởi động có trị số rất lớn (từ 150 đến 300 A đối với động cơ của xe du lịch, với động cơ trên xe vận tải dịng điện khởi động có thể đạt tới 1600-1800). Để đảm bảo truyền được công suất từ động cơ điện khởi động sang động cơ ô tô, tránh tổn thất điện áp trên đường dây nối từ ácquy đến động cơ điện khởi động và ở các chỗ tiếp xúc, yêu cầu điện trở của động cơ điện khởi động và ở các chỗ tiếp xúc, yêu cầu điện trở của động cơ điện khởi động phải đủ nhỏ (khoảng 0,02Ω), sụt áp ở vùng tiếp xúc giữa chổi than va cổ góp của động cơ điện khởi động cho phép trong khoảng (1,5-2)V. Các chổi than tiếp điện của động cơ khởi động thường làm bằng đồng đỏ.
P1=P2*1/η
Trong đó :P2—cơng suất cơ cần thiết để khởi động động cơ ơtơ, W. η ¬_ Hiệu suất của động cơ điện khởi động. Trị số này thường lấy bằng (0,85-0,88).
2.2.3. Nguyên lý hoạt động của máy khởi động:
Nguyên lý hoạt động của máy khởi động dựa trên các nguyên lý sau: Nguyên lý tạo ra mô men
Nguyên lý quay liên tục Lý thuyết trong động cơ điện
2.2.3.1. Nguyên lý tạo ra mô men:
Đường sức từ sinh ra giữa cực bắc và cực nam của nam châm. Nó đi từ cực bắc đến cực nam. Khi đặt một nam châm khác ở giữa hai cực từ, sự hút và sự đẩy của hai nam châm làm cho nam châm đặt giữa quay quanh tâm của nó.
Hình 2.17 Chiều của đường sức từ
Mỗi đường sức từ không thể cắt ngang qua đường sức khác. Nó dường như trở thành ngắn hơn và cố đẩy những đưịng sức gần nó ra xa. Đó là nguyên nhân làm nam châm ở giữa quay theo chiều kim đồng hồ.