Trang bị điện và điện tử trên ô tô Nguyễn Hoàng Việt BKĐN

1. sơ lợc về hệ thống trang bị điện trên ô tô
Công nghiệp ô tô máy kéo càng phát triển, kết cấu ô tô máy kéo càng hoàn
thiện, thì mức độ điện khí hoá, điện tử hoá của chúng càng cao. Yêu cầu về mặt
tiện nghi, về tính an toàn chuyển động càng lớn thì hệ thống trang thiết bị điện của
ô tô máy kéo càng phức tạp và hiện đại.
Nếu nh trên những ô tô máy kéo đầu tiên, các trang thiết bị điện hầu nh
không có gì ngoài bộ phận để châm lửa hỗn hợp cháy rất thô sơ bằng dây đốt, thì
ngày nay trên ô tô máy kéo, điện năng đã đợc sử dụng để thực hiện rất nhiều
chức năng khác nhau, nh: châm lửa hỗn hợp làm việc trong xi lanh; khởi động
động cơ; chiếu sáng và báo hiệu cũng nh để đảm bảo sự làm việc của các dụng cụ
đo, kiểm tra và các trang thiết bị phụ khác trên xe.
Tơng ứng với các chức năng đó, trên ô tô máy kéo hiện nay có trang bị
các hệ thống nh sơ đồ sau: sơ đồ sau:

- Hệ thống đánh lửa: gồm các bộ
phận chính nh: biến áp đánh lửa, bộ
chia điện, các cơ cấu điều chỉnh góc
đánh lửa sớm, bugi và các dây cao áp.
Ngoài ra hệ thống đánh lửa bán dẫn
còn có thêm hộp đảo mạch bán dẫn.

- Hệ thống khởi động: gồm máy khởi
động điện, cơ cấu điều khiển, rơ le,
công tắc và các cơ cấu hỗ trợ khởi
động khác.
- Hệ thống kiểm tra theo dõi: gồm
các đồng hồ báo: áp suất dầu, nhiệt độ
nớc, mức nhiên liệu, tốc độ, ; Các
bộ cảm biến để chuyển đổi các tín
hiệu phi điện thành điện truyền đến
các đồng hồ, các đèn và các cảm biến
báo nguy hiểm (khi áp suất dầu tụt
quá giới hạn cho phép, nhiệt độ nớc
làm mát quá cao, ).
- Hệ thống chiếu sáng - tín hiệu:
gồm các loại đèn còi, công tắc, rơ le,
cầu chì,
- Hệ thống
cung cấp
điện: gồm
ắc quy,
máy phát
và các bộ
điều chỉnh
đi
ệ
n.
Mạng
điện
- Hệ thống các thiết bị phụ: nh bộ
gạt nớc lau kính, nâng bạt, nâng

kính, mở cửa xe, quạt, rađiô, tivi cát
sét, máy điều hoà,

Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 1

Các hệ thống trên hợp thành một hệ thống thống nhất là hệ thống trang bị
điện ô tô máy kéo với hai phần chính là: nguồn điện (hệ thống cung cấp) và các bộ
phận tiêu thụ điện (các hệ thống khác).
Trong các bộ phận tiêu thụ điện năng thì máy khởi động là bộ phận tiêu
thụ điện năng mạnh nhất (dòng điện cung cấp bởi ắc quy khi khởi động có thể tới
400 600A đối với động cơ xăng, hoặc 2000A với động cơ diesel và điện áp nguồn
24V). Bộ phận tiêu thụ điện thứ hai có vai trò đặc biệt quan trọng nhng lại không
đáng kể về công suất và dòng tiêu thụ là hệ thống đánh lửa (khi động cơ làm việc
bình thờng, để châm lửa hỗn hợp cháy tia lửa điện chỉ cần có một năng lợng
khoảng 0,003J là đủ).
Khâu trung gian nối giữa các bộ phận tiêu thụ và nguồn điện là mạng lới
điện, bao gồm: các dây dẫn, công tắc, các bộ chuyển mạch, các cơ cấu bảo hiểm
và phân phối khác nhau.
Mạng điện trên ô tô máy kéo nói chung đợc thực hiện theo sơ đồ một
đờng dẫn, tức là: chỉ có một đờng dẫn nối từ một cực của nguồn đến tất cả các
bộ phận tiêu thụ. Cực thứ hai của nguồn và của các bộ phận tiêu thụ điện đợc nối
với khối lợng kim loại chính của xe, thờng là khung hoặc vỏ (còn gọi là mát)
- tức là khung vỏ xe đợc dùng làm đờng dẫn thứ hai (hình 1.1).

Nguồn Ơ


=









Mát - M
Các bộ phận
tiêu thụ điện
M
Hình 1.1. Sơ đồ đấu dây trong
mạng điện ô tô máy kéo.
Hệ thống một đờng dẫn có u điểm là: cho phép tiết kiệm dây dẫn, giảm
đợc tiêu tốn đồng và do đó giảm đợc trọng lợng và giá thành của hệ thống dẫn

điện, giảm đợc số lợng các chi tiết và thời gian nối ghép chúng. Tuy vậy, nó có
nhợc điểm là: làm tăng khả năng chập mạch giữa các dây dẫn và mát của xe.
Về mặt cực tính, mát có thể đợc nối với cực âm hoặc cực dơng của
nguồn. u nhợc điểm của hai cách nối hiện đang còn là vấn đề tranh cãi. Vì thế
cách chọn cực tính của mát chủ yếu phụ thuộc vào truyền thống kỹ thuật của
nhà chế tạo và tính thống nhất hoá của các sản phẩm. Đa số các xe thờng gặp
hiện nay thì mát có cực tính âm, tức là đợc nói với cực âm của nguồn.

Trang thiết bị điện trên ôtô máy kéo hiện nay trung bình chiếm khoảng
15 25% giá thành ô tô máy kéo và cũng khoảng 20 25% số lợng các h hỏng
chung của xe máy xảy ra trong quá trình vận hành. Vì thế, bên cạnh các biện pháp
nâng cao chất lợng chế tạo hoặc áp dụng kỹ thuật và công nghệ mới, việc nghiên
cứu, tìm hiểu các trang thiết bị điện, nắm vững nguyên lý làm việc, nguyên tắc vận
hành bảo dỡng và sửa chữa chúng là điều cần thiết để nâng cao độ tin cậy và hiệu
quả làm việc của ô tô máy kéo.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 2
Chú ý:
- Trên các ô tô máy kéo hiện đại hiện nay, do sự phát triển vợt bậc của kỹ
thuật điện tử, do yêu cầu ngày càng cao về an toàn chuyển động, về giảm nhẹ điều
khiển, giảm mức độ ô nhiễm môi trờng, tiết kiệm nhiên liệu và tăng tiện nghi,
nên mức độ tự động hoá và điện tử hoá trên ô tô rất cao.
- Để phục vụ vấn đề điều khiển tự động, giảm nhẹ điều khiển, tăng an toàn
chuyển động và tiện nghi, các trang thiết bị điện, điện tử không còn đợc sử dụng
giới hạn ở một số hệ thống nh trên các ô tô máy kéo cổ điển mà đã thâm nhập,
lan rộng sang nhiều hệ thống khác nh: hệ thống truyền lực, hệ thống phanh, hệ
thống treo, hệ thống lái,
- Để hạn chế mức độ gây ô nhiễm môi trờng do khí thải và giảm suất tiêu
hao nhiên liệu, các trang thiết bị điện và điện tử đã đợc sử dụng để điều khiển tự
động, tối u chế độ làm việc của động cơ theo những thay đổi của các yếu tố liên
quan.

- Cùng với sự phát triển và mức độ hoàn thiện của mình, các trang thiết bị
điện và điện tử trên ô tô cũng không còn tồn tại dới dạng các bộ phận, các cụm
tơng đối độc lập về chức năng nh trớc mà đã đợc kết hợp lại dới dạng các vi
mạch tích hợp, đợc xử lý và điều khiển thống nhất bởi một bộ xử lý trung tâm
hay máy tính làm việc theo các chơng trình đã đợc xây dựng sẵn.

- Mặc dù đợc điện tử hoá nhiều hơn hay đợc tích hợp lại về mặt kết cấu,
nhng nguyên lý làm việc của từng hệ thống chức năng của các trang thiết bị điện
điện tử ô tô máy kéo nói chung vẫn không thay đổi. Vì vậy, do giới hạn về khối
lợng và thời gian nên trong giáo trình này chỉ nghiên cứu hệ thống trang thiết bị
điện và điện tử trên ô tô dới dạng các hệ thống tơng đối độc lập về chức năng
nh trên các ô tô cổ điển. Các hệ thống tích hợp, các chức năng hiện đại nh hệ
thống điều khiển tự động động cơ, hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, hệ
thống tự động điều khiển ly hợp hộp số, điều chỉnh độ cứng hệ thống treo, hệ
thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh, sẽ đợc nghiên cứu chi tiết trong các
giáo trình riêng.
Cách tiếp cận nh vậy giúp cho ngời học không chỉ nắm đợc các kiến
thức cốt lõi, hiểu đợc nguyên lý làm việc của các hệ thống trang thiết bị điện cơ
bản của ô tô để dễ dàng phân tích và nắm bắt bất kỳ một hệ thống hiện đại phức
tạp nào mà còn thấy đợc lịch sử phát triển cũng nh quá trình hoàn thiện và hiện
đại hoá của các trang thiết bị điện điện tử trên ô tô.

Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 3
2. Hệ thống cung cấp
Hệ thống cung cấp điện trên ô tô có sơ đồ nh trên hình 2.1: sơ đồ a dùng
với máy phát điện một chiều, sơ đồ b- dùng với máy phát xoay chiều có chỉnh lu
bán dẫn.
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều.
1- Máy phát; 2- Bộ điều chỉnh điện; 3- Khoá điện; 4- Đồng hồ
am pe; 5- Phụ tải.

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều.
Đến các
p
hụ tải
1- Máy phát; 2- Bộ ắc quy; 3- Đồng hồ am pe; 4- Bộ điều chỉnh
điện.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 4
Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhng đều bao gồm hai nguồn
năng lợng là ắc quy và máy phát mắc song song. Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải và
chế độ làm việc của ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồng
thời cả hai cung cấp năng lợng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải).
Ngoài ra, trong hệ thống cung cấp còn có:
- Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việc
giữa ắc quy và máy phát; hạn chế và ổn định thế hiệu của máy phát để đảm bảo an
toàn cho các trang thiết bị điện trên xe; hạn chế dòng điện của máy phát để đảm
bảo an toàn cho các cuộn dây của nó.
- Dụng cụ đo, kiểm tra: có thể là ampe kế hoặc đèn tín hiệu cho phép kiểm
tra sự làm việc của ắc quy thông qua gía trị dòng phóng hoặc nạp của nó.
- Công tắc cắt mát: dùng để cắt cực âm của ắc quy với mát khi ô tô máy
kéo không làm việc.

2.1. ắc quy
2.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
2.1.1.1. Công dụng:

Trong hệ thống điện ô tô máy kéo, ắc quy là nguồn năng lợng
phụ, dùng để:
- Cung cấp năng lợng cho máy khởi động khi khởi động động cơ;
- Cung cấp năng lợng cho tất cả các phụ tải khác khi động cơ
không làm việc hoặc làm việc ở số vòng quay nhỏ;

- Nếu phụ tải mạch ngoài lớn hơn công suất của máy phát, thì ắc
quy sẽ cùng với máy phát cung cấp cho các phụ tải.
2.1.1.2. Phân loại:

ắc quy ô tô máy kéo là ắc quy khởi động, khác các ắc quy dùng
cho các thiết bị khác.
+ Theo tính chất dung dịch điện phân, ắc quy đợc chia ra các loại:
- ắc quy a xít: dung dich điện phân là a xít H
2
SO
4
.
- ắc quy kiềm: dung dịch điện phân là KOH hoặc NaOH.
So sánh hai loại ắc quy a xít và kiềm thì ắc quy a xít có suất điện
động mỗi ngăn cao hơn (~2V), điện trở trong nhỏ hơn, nên khi phóng với dòng lớn
độ sụt thế ít, chất lợng khởi động tốt hơn. ắc quy kiềm có suất điện động mỗi
ngăn khoảng 1,38V, giá thành cao hơn (2 3 lần) do phải sử dụng các loại vật liệu
quý hiếm nh bạc, niken, cađimi, điện trở trong lớn hơn. Tuy vậy, ắc quy kiềm có
độ bền cơ học và tuổi thọ cao hơn (4 5 lần), làm việc tin cậy hơn.
+ Các ắc quy a xít, theo vật liệu vỏ bình chia ra: vỏ bằng êbônít,
cao su cứng hay các vật liệu tổng hợp khác.
+ Các ắc quy kiềm, theo vật liệu cấu tạo bản cực chia ra các loại:
- Sắt - Niken (Fe - Ni);
- Cađimi - Niken (Cd - Ni);
- Bạc - kẽm (Ag - Zn).
Ngoài ra ắc quy còn có thể phân loại theo thế hiệu, theo dung
lợng, theo vật liệu tấm cách,

Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 5
2.1.1.3. Yêu cầu:

Các ắc quy dùng trên ô tô máy kéo có nhiệm vụ quan trọng là cung
cấp năng lợng cho máy khởi động khi khởi động động cơ, với dòng tiêu thụ rất
lớn từ 400 600A, thậm chí có trờng hợp tới 2000A, vì thế các ắc quy ô tô máy
kéo trớc hết phải đảm bảo các yêu cầu:
- Phải có khả năng trong thời gian ngắn từ 5 10 S, cung cấp một
dòng phóng lớn (tơng ứng với dòng khởi động) mà sau đó trạng thái kỹ thuật của
chúng hầu nh không thay đổi;
- Có điện trở trong nhỏ, để khi phóng với dòng lớn độ sụt thế sẽ bé,
đảm bảo có thể khởi động dễ dàng động cơ trong mọi điều kiện sử dụng.
Các ắc quy có những đặc điểm trên đợc gọi là ắc quy khởi động.
Ngoài ra ắc quy còn phải:
- Có điện dung lớn với khối lợng và kích thớc tơng đối bé;
- Có điện thế ổn định, hiện tợng tự phóng điện không đáng kể;
- Làm việc tin cậy khi nhiệt độ môi trờng dao động trong giới hạn
rộng;
- Phục hồi nhanh chóng điện dung khi đợc nạp trong các điều kiện
sử dụng khác nhau;
- Đơn giản trong bảo dỡng và sửa chữa;
- Có độ bền cơ học cao, chịu đợc rung sóc, thời hạn phục vụ lớn
và giá thành rẻ.

2.1.2. ắc quy axít
2.1.2.1. Nguyên lý làm việc và các quá trình điện hoá trong ắc quy

Nguyên lý làm việc của ắc quy dựa trên cơ sở của hiện tợng phân
cực các điện cực khi điện phân.
Sơ đồ nguyên lý của một ắc quy a xít đơn giản nhất nh trên hình
2.3. ắc quy gồm hai bản cực chì 2 đặt trong bình 3 làm bằng vật liệu cách điện và
chịu a xít. Khi đổ vào bình dung dịch điện phân là hỗn hợp giữa a xít H
2

SO
4
và
nớc cất thì các bản cực chì sẽ bị ô xy hoá dới tác dụng của a xít. Trên bề mặt
chúng tạo thành một lớp sun phát chì PbSO
4
có màu xám nhạt. Nồng độ dung dịch
điện phân lúc này giảm đi do một lợng a xít đã tham gia phản ứng với chì để tạo
thành muối. Quanh các điện cực dung dịch rất loãng, hầu nh chỉ có nớc nguyên
chất, phân ly thành các ion H
+
và OH
-
.
Nếu nối các bản cực của ắc quy nh vậy với máy phát hay nguồn
điện một chiều nào đó, thì dới tác dụng của điện áp nguồn, các điện tử sẽ theo
mạch ngoài chuyển động đến cực âm của ắc quy còn trong dung dịch các ion
mang điện sẽ chuyển động đén các điện cực trái dấu với nó.
- Tại cực âm: các ion dơng hoá trị 2 (Pb
2+
) sẽ nhận điện tử trở
thành chì nguyên chất, còn các ion H
+
và SO
4
2-
kết hợp tạo thành a xít, tức là có thể
viết:
PbSO
4

(Pb
2+
+ SO
4
2-
) + 2e + 2H
+
> Pb + H
2
SO
4

- Tại cực dơng: các ion dơng hoá trị 2 (Pb
2+
) cho điện tử, bị ô xy hoá
thành ion hoá trị 4 (Pb
4+
) và kết hợp với các ion OH
-
tạo thành đi ô xýt chì PbO
2
và
nớc. ở đây, các ion H
+
và SO
4
2-
cũng kết hợp tạo thành a xít làm tăng nồng độ
dung dịch, tức là có thể viết:
PbSO

4
(Pb
2+
+ SO
4
2-
) - 2e + 4OH
-
+ 2H
+
> PbO
2
+ 2H
2
O + H
2
SO
4
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 6
Quá trình đó chính là quá trình nạp ắc quy. Sau khi nạp no, các phản ứng
biến đổi hoá học kết thúc thì bản cực dơng trở thành đi ô xýt chì có màu nâu
thẫm, bản cực âm là chì nguyên chất có màu ghi đá. Lúc này nồng độ dung dich
không tăng lên nữa và nếu tiếp tục nạp thì sẽ xảy ra hiện tợng phân giải (điện
phân) nớc thành hyđrô và ô xy bay ra khỏi dung dịch dới dạng bọt khí tơng tự
nh khi nớc sôi, vì thế còn gọi là hiện tợng "sôi". Đó là những dấu hiệu chứng
tỏ ắc quy đã đợc nạp no hoàn toàn.

Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của ắc quy a xít.
a- Cấu tạo; b- Quá trình nạp; c- Nối với phụ tải; d- Quá trình phóng;
1- Dung dịch điện phân; 2- Các bản cực chì; 3- Vỏ bình; 4-
Công tắc; 5- Máy phát một chiều; 6- Đèn.

Phơng trình phản ứng chung cho cả quá trình điện hoá xảy ra trong ắc
quy khi nạp có dạng:
2PbSO
4
+ 2H
2
O > PbO
2
+ Pb + 2H
2
SO
4


Các phản ứng này cũng có thể biểu diễn dới dạng sơ đồ nh trên
hình 2.4a
Sau khi nạp no, giữa các bản cực của ắc quy xuất hiện một thế hiệu 2V.
Nếu bây giờ nối ắc quy (đã đợc nạp) với phụ tải thì ắc quy sẽ phóng điện cung
cấp năng lợng cho phụ tải và xảy ra các quá trình điện hoá ngợc lại:
- Dòng điện trong mạch ngoài sẽ đi từ cực dơng sang cực âm;
- Các bản cực sẽ biến đổi dần thành PbSO
4
;
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 7
- Nồng độ dung dịch loãng dần thành nớc.
Khi các phản ứng hoá học kết thúc, ắc quy phóng hết thì dòng điện triệt
tiêu. Để ắc quy có thể tiếp tục làm việc thì cần phải nạp lại. Nh vậy, ắc quy là
một bộ biến đổi năng lợng có tính thuận nghịch.
Sơ đồ các quá trình điện hoá xảy ra khi phóng đợc biểu diễn trên hình

2.4b.

Quá trình
nạp
Quá trình
ion hoá
Bản cực âm
Dung dịch
điện phân
Bản cực
dơng
Sản phẩm
trớc nạp
Kết quả
sau nạp
Hình 2.4a. Sơ đồ các qúa trình điện hoá xảy ra khi nạp ắc quy
Bản cực
dơng
Dung dịch
điện phân
Bản cực âm
Sản phẩm
trớc phóng
Quá trình
ion hoá
Quá trình
tạo dòng
Sản phẩm
sau phóng
Hình 2.4b. Sơ đồ các qúa trình điện hoá xảy ra khi phóng ắc quy

Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 8

2.1.2.2. Cấu tạo của ắc quy

Mỗi một ắc quy đơn giản nh mô tả ở trên có một điện dung rất
nhỏ và một thế hiệu hạn chế. Không phụ thuộc vào kích thớc, mỗi ắc quy đơn chỉ
có thể cho một thế hiệu trung bình tối đa khoảng 2V. Vì thế, để tạo đợc một
nguồn điện có điện dung lớn hơn ngời ta phải tăng kích thớc bằng cách chế tạo
các bản cực dới dạng khối: gồm nhiều bản âm và dơng bố trí xen kẽ nhau ghép
lại thành bộ. Còn để nhận đợc điện áp cần thiết (6, 12 hay 24V) ngời ta mắc nối
tiếp các khối ắc quy đơn lại với nhau thành bình ắc quy.
Do đó kết cấu của một bình ắc quy trong thực tế gồm những bộ
phận nh trên hình 2.5 và 2.6.
a. Vỏ bình: có dạng hình hộp chữ nhật, làm bằng nhựa ê bô nít, cao su
cứng hay chất dẻo chịu a xít và đợc chia thành các ngăn tơng ứng với số lợng
các ắc quy đơn cần thiết.

Hình 2.5. Cấu tạo bình ắc quy a xít.
1- Bản cực âm; 2- Tấm cách; 3- Bản cực dơng; 4- Khối bản
cực; 5- Cầu nối các bản cực cùng tên; 6- Đầu ra; 7- Cực dơng; 8-
Vỏ bình; 9- Đệm làm kín; 10- Nút; 11- Nắp; 12- Cầu nối các ngăn;
13- Lỗ thông hơi; 14- Cực âm.








Trong các ngăn đó đợc đặt các khối bản cực (hình 2.6). Dới đáy vỏ bình
có các gân dọc hình lăng trụ để đỡ các khối bản cực. Khoảng trống dới đáy giữa
các gân dùng để chứa các chất kết tủa, các chất tác dụng bong ra từ các bản cực,
để chúng không làm chập (ngắn mạch) các bản cực khác dấu.
b. Khối bản cực (hình 2.7): bao gồm các bản cực dơng và âm đặt xen kẽ
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 9
nhau, giữa chúng có các tấm ngăn cách điện.
Hình 2.6. Kết cấu bình ắc
quy a xít.
1- Nhựa (bi tum) làm kín; 2-

ống lót chì; 3- Đầu cực; 4- Nút; 5-
Cầu nối; 6- Nắp; 7- Một ngăn của
bình; 8- Tấm cách; 9- Các bản cực.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
10
Hình 2.7. Cấu tạo của bản cực và khối bản cực.
a- Phần cốt; b- Nửa khối bản cực; c- Khối bản cực và các tấm
cách;
d- Tấm cách.
Mỗi bản cực gồm có phần cốt hình mắt cáo và các chất tác dụng
trát trên nó. Phần trên của cốt có tai (3 hình 2.7) để nối các bản cực cùng tên với
nhau thành phân khối bản cực. Phần dới của cốt có các chân để tựa lên các gân ở
đáy bình. Các chân đợc bố trí so le để tránh chập mạch qua sống đỡ.
Cốt đợc đúc từ hợp kim chống ô xy hoá, gồm: 92 93% chì và
7 8% ăng ti mon (Sb). Cốt của các bản cực dơng còn cho thêm 0,1 0,2% Asen
(As). ăng ti mon và Asen có tác dụng làm tăng độ bền cơ học, giảm ô xy hoá cho
cốt, ngoài ra còn làm tăng tính đúc của hợp kim.
Chất tác dụng trên bản cực âm đợc chế tạo từ bột chì và dung
dịch a xít H
2
SO
4
, ngoài ra để tăng độ xốp, giảm khả năng co và hoá cứng bản cực
ngời ta còn cho thêm 2 3% chất nở. Để làm chất nở có thể sử dụng các chất hữu
cơ hoạt tính bề mặt hỗn hợp với sun phát bari BaSO
4
nh các muối humát chế tạo
từ than bùn, bồ hóng, chất thuộc da và các chất khác,
Độ xốp của chất tác dụng cho phép làm tăng diện tích bề mặt làm
việc thực tế của bản cực lên hàng trăm lần so với bề mặt hình học. Do đó tăng

đợc điện dung của ắc quy.
Chất tác dụng trên bản cực dơng: đợc chế tạo từ minium chì Pb
3
O
4
,
monoxít chì PbO và dung dịch a xít H
2
SO
4
. Ngoài ra, để tăng độ bền ngời ta còn
cho thêm sợi polipropilen.
Các bản cực sau khi trát đầy chất tác dụng đợc ép lại, sấy khô và
tạo cực bằng cách: ngâm vào dung dịch a xít H
2
SO
4
loãng, nạp bằng dòng điện
nhỏ. Sau khi nạp, chất tác dụng của bản cực dơng biến thành đi ô xýt chì PbO
2

màu nâu thẫm, bản cực âm là chì Pb màu ghi đá. Sau đó các bản cực đợc sấy khô
và lắp ráp thành khối:
- Các bản cực cùng tên đợc hàn với nhau theo số lợng xác định
tạo thành phân khối bản cực. Khe hở giữa các bản cực cùng phân khối phải đủ
chứa một bản cực khác loại và một tấm ngăn;
- Các phân khối bản cực và tấm ngăn đợc lắp ráp lại tạo thành
khối bản cực. Số bản cực âm thờng lớn hơn số bản cực dơng một bản để đặt các
bản cực dơng vào giữa các bản cực âm, đảm bảo cho các bản cực dơng làm việc
đều cả hai mặt để tránh cong vênh và bong rơi chất tác dụng;

- Các bản cực dơng đợc làm dày hơn các bản cực âm mọt chút để
đảm bảo độ bền và giảm điện trở. Vì khi nạp qua strình ô xy hoá xảy ra ở bản cực
dơng mãnh liệt hơn. Các bản cực âm có thể làm mỏng hơn vì chì là chất tác dụng
có độ dẫn điện lớn, độ bền cao hơn, ít bị ô xy hoá hơn. Ngoài ra các bản cực âm ở
hai đầu chỉ làm việc một mặt còn có thể làm mỏng hơn nữa;
- Giữa các bản cực đợc đặt các tấm ngăn cáhc điện để tránh chập
các bản cực, đồng thời tấm ngăn còn có tác dụng đỡ, giữ cho chất tác dụng ở các
bản cực bớt bị bong rơi trong quá trình sử dụng ắc quy.
Tấm ngăn là những lá mỏng chế tạo từ vật liệu xốp chịu a xít nh: mipo,
miplát, bông thuỷ tinh hay kết hợp giữa bông thuỷ tinh với miplát hoặc gỗ. Các
tấm ngăn thờng có một mặt nhẵn và một mặt hình sóng, lồi lõm. Mặt nhẵn đặt
hớng về phía bản cực âm, còn mặt hình sóng hớng về phía bản cực dơng để tạo
điều kiện cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển đến bản cực dơng và lu thông
tốt hơn.
Các khối bản cực và tấm ngăn đợc đặt vào các ngăn tơng ứng trong vỏ.
Phía trên các tấm ngăn có đặt một tấm bảo vệ bằng êbônít hay chất dẻo đục lỗ để
bảo vệ mép trên của tấm ngăn khỏi h hỏng cơ học khi đo nhiệt độ, đo mức và
nồng độ dung dịch điện phân.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
11


H
ình 2.8. Kết cấu nửa khối và khối bản cực.

c. Nắp, nút, cầu nối:
Để làm kín ắc quy, mỗi ngăn của nó đợc đậy bằng một nắp riêng
chế tạo từ nhựa êbônít hay chất dẻo (hình 2.9). Trên nắp có ba lỗ: hai lỗ hai bên để
luồn các đầu cực của khối bản cực ra ngoài. Còn lỗ giữa để đổ và kiểm tra dung
dịch điện phân. Trong hai lỗ bên có ép các ống lót bằng chì. Lỗ để đổ dung dịch
điện phân có nút đậy vặn bằng ren (hình 2.10), trên nút có các lỗ nhỏ để thông hơi.
Trong một số kết cấu, lỗ thông hơi có thể đợc làm trực tiếp trên nắp nh
lỗ 4 trên hình 2.9, lúc đó trên nút không cần làm lỗ nữa.













Hình 2.9. Nắp đậy các ngăn ắc quy.

1- Lỗ rót dung dịch điện phân; 2- Lỗ để đa các đầu cực
ra ngoài; 3- ống lót chì; 4- Lỗ thông hơi.




Để dung dich diện phân khỏi sóng ra ngoài khi sử dụng, trên nút có
tấm chắn 2 (hình 2.10).
Các ngăn ắc quy đợc hàn nối tiếp với nhau bằng các cầu nối bằng
chì (hình 2.12 và 2.13).
Để làm kín những chỗ nối ghép giữa nắp và vỏ bình ngời ta dùng
nhựa bitum.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
12

Hình 2.10. Kết cấu nút đậy bình ắc quy.
1- Thân nút; 2- Vòng chắn; 3- Lỗ thông hơi; 5- Mặt
ô
Hình 2.11. Các đầu
cực của ắc quy a xít.
Hình 2.12. Đầu ra và cầu nối giữa các ngăn của ắc quy.
a- Đầu ra của các ngăn; b- Cầu nối; 1,2- Lõi đồng; 3- Hợp kim chì.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
13
Hình 2.13. Phơng pháp nối các ngăn của ắc quy.
a- Nối phía ngoài; b- Qua thành vách ngăn; Qua lỗ trên vách
ă
2.1.2.3. Dung dịch điện phân
Trong ắc quy a xít, dung dịch điện phân là dung dịch H
2

SO
4
đợc
pha chế từ a xít nguyên chất và nớc cất theo nồng độ quy định phụ thuộc vào điều
kiện khí hậu, mùa và vật liệu tấm ngăn (thờng dao động trong khoảng 1,25 1,31
g/cm
3
khi ắc quy đã đợc nạp no).
Nồng độ cao quá sẽ làm cháy hỏng tấm ngăn, chóng rụng bản cực, ắc quy
dễ bị sunphát hoá làm giảm tuổi thọ và điện dung. Nồng độ thấp quá thì suất điện
động ắc quy giảm và dung dịch dễ bị đóng băng ở nhiệt độ thấp.
Khi pha chế dung dịch cần chú ý:
- Không đợc dùng a xít có thành phần tạp chất cao và nớc không
phải nớc cất. Vì dùng nh vậy sẽ làm tăng quá trình tự phóng điện của ắc quy,
các bản cực chóng bị sunphát hoá và giảm điện dung;
- Các dụng cụ pha chế phải sạch và chịu a xít;
- Để đảm bảo an toàn khi pha chế, tuyệt đối không đợc đổ nớc
vào a xít đặc mà phải đổ từ từ a xít vào nớc và khuyấy đều.
2.1.2.4. Ký hiệu ắc quy:

Ký hiệu ắc quy axít khởi động đợc ghi trên vỏ bình, trên nắp hay
cầu nối. Thờng thờng ký hiệu ắc quy là một dãy chữ và số có dạng sau:
X-XX-XX-XX
Trong đó:
- Ký tự đầu tiên là một chữ số chỉ số ngăn của ắc quy;
- Hai ký tự tiếp theo là các chữ cái chỉ loại ắc qui khởi động dùng
cho ô tô máy kéo;
- Tiếp theo nữa là hai chữ số chỉ điện dung định mức ở chế độ quy
định phụ thuộc vào tiêu chuẩn ngành hay quốc gia;
- Cuối cùng là các chữ cái chỉ vật liệu tấm cách hay vỏ bình.

Ví dụ:
+ Một ắc quy của Liên Xô có ký hiệu: 6-CT-70-MC thì 6 là ắc
quy có 6 ngăn; CT- chữ cái viết tắt chỉ loại ắc quy khởi động dùng cho ô tô máy
kéo; 70- ắc quy có địên dung định mức là 70 (A.h) ở chế độ 20 giờ phóng điện và
nhiệt độ dung dịch là 25
O
C; - vỏ bình bằng nhựa êbônít; MC- vật liệu tấm cách
bằng miplát+sợi thuỷ tinh (P- mipo; M- miplát; PC- mipo+sợi thuỷ tinh); Nếu ắc
quy đã đợc nạp khô (tức là các bản cực đã đợc nạp sẵn ở nhà máy, chế tạo và
bảo quản ở dạng khô kín) thì có thêm chữ "" sau cùng.
+ Một ắc quy của Việt Nam có ký hiệu: 6-OT-70-NT-TCVN thì 6
là ắc quy có 6 ngăn; OT- chữ cái viết tắt chỉ loại ắc quy khởi động dùng cho ô tô
máy kéo; 70- ắc quy có địên dung định mức là 70 (A.h) ở chế độ 10 giờ phóng
điện và nhiệt độ dung dịch là (322)
O
C; NT- tấm cách bằng nhựa xốp ghép với sợi
thuỷ tinh (N- nhựa xốp; GT- gỗ ghép với sợi thuỷ tinh; GN- gỗ ghép với nhựa).
2.1.2.5. Các đặc trng cơ bản của ắc quy axít:
Mỗi ngăn của bình ắc quy là một ắc quy đơn có đầy đủ các tính
chất đặc trng cho cả bình. Do đó, khi nghiên cứu đặc tính của bình ắc quy ta chỉ
cần khảo sát một ắc quy đon là đủ.
a. Sức điện động tĩnh (E
0
):
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
14
Sức điện động (SĐĐ) tĩnh của ắc quy là hiệu điện thế giữa các điện
cực của ắc quy, đo khi mạch ngoài hở. Nó chỉ phụ thuộc vào tính chất hoá lý của
các chất tham gia vào quá trình điện hoá, vào nồng độ dung dịch điện phân mà

không phụ thuộc vào kích thớc bản cực và số lợng chất tác dụng.
Một cách gần đúng SĐĐ E
0
có thể xác định theo công thức kinh
nghiệm sau:
E
0
= 0,84 +
E
(V)
ở đây:
E
- là một đại lợng tính bằng vôn, có giá trị bằng nồng độ
dung dịch điện phân, tính bằng g/cm
3
ở 15
O
C.
(
21)

Đối với các ắc quy axít khởi động, nồng độ dung dịch điện phân
thờng dao động từ 1,11 1,27 g/cm
3
(phụ thuộc mức độ phóng nạp) thì
E
0
=1,95 2,11 vôn.
Ngoài ra, SĐĐ còn phụ thuộc nhiệt độ dung dịch điện phân, tuy
vậy sự thay đổi SĐĐ theo nhiệt độ không lớn nên trong thực tế vận hành ắc quy có

thể bỏ qua.
b. Điện trở trong (r
aq
):
Điện trở trong của ắc quy là sức cản của ắc quy cản trở dòng điện
đi qua trong nó. Điện trở trong của ắc quy có hai thành phần và đợc biểu diễn bởi
công thức:
r
aq
= r
0
+ r
p

(
Trong đố:
r
0
- Điện trở thuần của ắc quy, là tổng hợp điện trở thuần
của các điện cực, của dung dịch điện phân, của các tấm ngăn và các chi tiết dẫn
điện khác, nh: cọc bình, cầu nối
r
p
- Điện trở phân cực của ắc quy, đây là một đại lợng có
tính chất quy ớc dùng để đánh giá sự thay đổi điện thế ở các điện cực khi có dòng
điện đi qua ắc quy.
Điện trở thuần của ắc quy có bản chất tơng tự điện trở thuần của
các vật dẫn khác. Nó phụ thuộc vào diện tích, khoảng cách và trạng thái bề mặt
của các bản cực, vào điện trở của các chất tạo nên bản cực và bởi vậy phụ thuộc
vào mức độ phóng nạp của ắc quy, vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch điện

phân.
Trên hình 2.14 là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của r
0
vào mức độ
phóng Q% của ắc quy ở nhiệt độ khác nhau.













Hình 2.14. Sự thay đổi r
o
của
bộ ắc quy 6CT-90 vào mức độ phóng
Q% ở các nhiệt độ khác nhau.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
15


Khi phóng, chì và điôxýt chì ở các điện cực biến thành PbSO
4
có

điện trở suất cao hơn (điện trở suất của chì
Pb
=1,83.10
-4
.cm; của điôxýt chì
PbO2

= 74.10
-4
.cm; của sun phát chì
PbSO4
=1.10
7
.cm), còn dung dịch điện phân có
nồng độ giảm từ 1,27 g/cm
3
xuống 1,1 g/cm
3
với điện dẫn suất giảm đi (hình 2.15)
nên điện trở thuần của ắc quy tăng lên.

Với sự giảm nhiệt độ, điện trở suất của dung dịch điện phân tăng
lên nhiều (hình 2.16) còn điện trở của các điện cực và các chi tiết nối ghép thay
đổi không đáng kể, nên điện trở của dung dịch điện phân là yếu tố quyết định làm
tăng điện trở trong của ắc quy ở nhiệt độ thấp.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
16

Điện
N

Điện
Nồng độ dung dịch,
g/cm
3
hi đ
Hình 2.16. Quan hệ giữa
điện trở suất của dung dịch
H
2
SO
4
(35%) và nhiệt độ của nó
(=1,26 ở 25
o
C).

Hình 2.15. Quan hệ giữa
điện dẫn suất của dung dịch
H
2
SO
4
và nồng độ của nó ở 20
o
C.

Điện trở suất của dung dịch điện phân (phụ thuộc vào nhiệt độ và
nồng độ của nó) đợc xác định theo công thức:
r
t
= r
t0
[1 + (t - 20)]
ở đây:
r
t
- Điện trở suất của dung dịch điện phân ở t
0
bất kỳ,
/cm
3
;
r
t0

- Điện trở suất của dung dịch điện phân ở 20
0
C,
/cm
3
;
- Hệ số nhiệt độ phụ thuộc nồng độ dung dịch, khi
= 1,15 1,3 g/cm
3
thì = -0,016/1
O
C.

Điện trở phân cực của ắc quy có bản chất hoàn toàn khác. Sự xuất
hiện điện trở phân cực có thể hình dung nh sau:
+ Khi có dòng điện đi qua ắc quy (dòng phóng hoặc nạp) thì nồng
độ dung dịch ở vùng tiếp xúc trực tiếp với các bản cực sẽ thay đổi, làm thay đổi
suất điện động của ắc quy:
- Khi phóng: nồng độ dung dịch ở vùng sát các bản cực sẽ giảm đi
làm giảm SĐĐ của ắc quy đi một lợng gọi là SĐĐ phân cực khi phóng và ký hiệu
là E
pp
.
- Khi nạp: nồng độ dung dịch tăng lên, nên SĐĐ của ắc quy tăng
lên một lợng bằng SĐĐ phân cực khi nạp E
pn
.
Vì thế, nếu đo SĐĐ của ắc quy ngay sau khi phóng hoặc nạp thì giá
trị nhận đợc sẽ khác với giá trị đo khi đã để một thời gian cho dung dịch khuyếch
tán đều khắp bình một giá trị bằng SĐĐ phân cực tơng ứng. Điện trở phân cực

chính là đại lợng phản ánh SĐĐ phân cực này. Với bản chất nh vậy, điện trở
phân cực phụ thuộc vào cờng độ dòng điện và nhiệt độ dung dịch nhng không
tuân theo định luật Ôm (hình 2.17) và đợc xác định theo biểu thức:
(
(2
4)

I
EE
I
E
r
I
p
p

==
0

Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
17
ở đây: E
p
- SĐĐ phân cực xuất hiện khi có dòng điện I chạy qua ắc
quy, làm thay đổi nồng độ dung dịch ở vùng sát các bản cực.
Hình 1.15. Sự thay đổi điện trở
phân cực r
p
của bộ ắc quy 60CT-90
theo cờng độ dòng phóng ở các nhiệt

độ khác nhau.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
18












Hình 2.17. Quan hệ giữa
ện trở phân cực r
p
của bộ ắc quy
60-CT-90 và cờng độ dòng điện
phóng ở các nhiệt độ khác nhau.
đi

Khi tăng dòng phóng, nồng độ dung dịch vùng sát các bản cực
giảm nhiều, làm tăng SĐĐ phân cực. Với những giá trị dòng phóng lớn, lớp dung
dịch mới không kịp khuyếch tán vào các bản cực để bù lại cho lợng axít đã tham
gia phản ứng, nên nồng độ trong các bản cực càng giảm nhiều và SĐĐ phân cực
càng lớn.
Nhiệt độ ảnh hởng lớn đến điện trở phân cực (hình 2.17) vì nhiệt
độ giảm làm tăng độ nhớt của dung dịch, gây khó khăn cho qua strình khuyếch tán

của nó.

c. Đặc tính phóng nạp:

Đặc tính phóng nạp của ắc quy (hình 2.18 và 2.19) là các đờng
biểu diễn quan hệ U=f(t) và =f(t) khi cho ắc quy phóng và nạp với dòng không
đổi.
Khi phóng với dòng điện không đổi (I
p
=const): thì nồng độ dung
dịch điện phân
giảm dần theo đờng thẳng (vì tốc độ phản ứng hoá học và do đó,
lợng chất tác dụng và axít H
2
SO
4
tham gia phản ứng không thay đổi theo thời
gian).
Theo (2.1) thì đờng E
0
cũng có dạng tuyến tính nh đờng , còn
hiệu điện thế thì nhỏ hơn SĐĐ một lợng bằng độ sụt thế trong ắc quy:
U
p
= E
0
- (I
p
.r
aq

) = E
0
- I
p
.r
0
- E
25)














Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
19
Hình 2.18. Đặc
tính phóng của ắc quy.



ở đầu quá trình phóng: hiệu điện thế giảm đột ngột một lợng bằng

độ rơi thế trên điện trở thuần (I
p
.r
0
). Sau đó tiếp tục giảm nhanh chủ yếu do sự
giảm nồng độ dung dịch trong các bản cực, tức là do SĐĐ phân cực. Nồng độ
dung dịch trong các bản cực giảm sẽ làm khuyếch tán lớp dung dịch mới vào thế
chỗ. Nồng độ dung dịch càng giảm thì độ chênh lệch nồng độ càng lớn và lợng
dung dịch khuyếch tán vào bản cực càng tăng. Quá trình này cứ tiếp diễn cho đến
khi có sự cân bằng giữa tốc độ khuyếch tán và tốc độ phản ứng hoá học. Sau khi
độ chênh lệch nồng độ đạt giá trị tơng đối ổn định thì SĐĐ và hiệu điện thế giảm
chậm, tỷ lệ với mức giảm nồng độ chung của dung dịch (ứng với đoạn giữa - tơng
đối thẳng của đặc tính U
p
).
Theo mức độ phóng điện, lợng sunphát chì tạo thành trên bề mặt
các bản cực tăng lên, làm tăng điện trở thuần của ắc quy. Ngoài ra, các hạt sunphát
chì có thể tích khá lớn (so với chì và các ôxýt của nó) còn làm giảm tiết diện thấm
dung dịch và cản trở quá trình khuyếch tán. Do đó, làm tăng SĐĐ phân cực. Đến
một lúc nào đó, trạng thái cân bằng sẽ bị phá huỷ, nồng độ dung dịch trong bản
cực cùng với SĐĐ và hiệu điện thế giảm rất nhanh và nếu cho ắc quy tiếp tục
phóng điện thì SĐĐ có thể giảm đến không.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy: Quá trình cho ắc quy phóng điện
chỉ nên thực hiện đến điểm P. Vì sau điểm này thế hiệu của ắc quy giảm rất nhanh,
không những không thoả mãn điều kiện làm việc của phụ tải mà còn gây tác hại
cho ắc quy và khó khăn cho quá trình nạp phục hồi. Thế hiệu của ắc quy ứng với
điểm P nói trên đợc gọi là thế hiệu phóng cuối cùng. Khi thế hiệu ắc quy giảm
đến thế hiệu phóng cuối cùng thì trong sử dụng đợc coi nh ắc quy đã phóng hết
điện. Giá trị thế hiệu phóng cuối cùng phụ thuộc cờng độ dòng phóng. ở chế độ
10 giờ phóng điện thế hiệu này bằng 1,7V ứng với =1,1 g.cm

3
.
Nếu ngắt phụ tải tại điểm P, tức là cho ắc quy ngừng phóng điện thì
thế hiệu U
p
tăng vọt lên một lợng bằng độ rơi thế trên điện trở thuần của ắc quy,
đạt gia strị của suất điện động E
I
, gia strị này sau đó tăng dần lên đến gia strị
E
0
=1,96V do nồng độ dung dịch trong bản cực và nồng độ chung đợc cân bằng
dần nhờ quá trình khuyếch tán.
Đoạn cuối cùng của đặc tính phóng ứng với quá trình này gọi là
"khoảng nghỉ" của ắc quy. Khoảng nghỉ của ắc quy rất quan trọng trong sử dụng
để phục hồi thế hiệu và điện dung của ắc quy, nhất là khi khởi động ô tô máy kéo.

Khi nạp với dòng điện không đổi (I
n
=const): thì xảy ra quá trình ngợc
lại: thế hiệu của ắc quy lớn hơn SĐĐ của nó một lợng bằng độ rơi thế trong ắc
quy và thay đổi theo quy luật ngợc với quá trình phóng điện:
U
n
= E
0
+ (I
n
.r
aq

) = E
0
+ I
n
.r
0
+ E

Đầu quá trình nạp thế hiệu tăng vọt lên một lợng bằng độ rơi thế
trên điện trở thuần và sau đó tăng nhanh do SĐĐ phân cực sinh ra do sự tăng
nhanh nồng độ dung dịch trong các bản cực.
26)
Khi độ chênh lệch nồng độ trong và ngoài bản cực đạt giá trị tơng
đối ổn định, thì thế hiệu tăng đều theo sự tăng nồng độ chung của dung dịch.
Sau khi hầu hết sun phát chì đã biến thành điôxýt chì ở cực dơng
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
20
và chì ở cực âm, thì năng lợng nạp chỉ tiêu tốn để phân giải nớc thành các ion
hyđrô và ô xy. Các ion này một phần đợc trung hoà thành nguyên tử - thoát ra
khỏi dung dịch dới dạng bọt khí (ô xy ở cực dơng và hyđrô ở cực âm). Hiện
tợng này gọi là sự "sôi" của ắc quy và là một dấu hiệu cuối quá trình nạp. Phần
lớn bọt khí còn lại bao quanh các điện cực, tạo nên một điện trở phụ giữa điện cực
và dung dịch. Điện trở đó làm xuất hiện một hiệu thế phụ khoảng 0,33V giữa dung
dịch và điện cực, làm tăng SĐĐ và do đó tăng thế hiệu nạp ắc quy.

Hình 2.19. Đặc
tính nạp của ắc quy.
Khi tiếp tục nạp, vì rằng hầu nh tất cả sun phát chì đã biến thành
Pb và PbO
2
, nên nồng độ, SĐĐ và hiệu điện thế không tăng lên nữa. Đó là dấu
hiệu báo rằng ắc quy đã đợc nạp no.
Sự sôi của ắc quy bắt đầu khi thế hiệu của mỗi ắc quy đơn đạt tới
giá trị 2,4V, sau đó tiếp tục tăng cho đến khoảng 2,7V thì ngừng tăng. Về lý
thuyết, có thể kết thúc nạp tại thời điểm này. Nhng thực tế ngời ta thờng tiếp
tục nạp thêm khoảng 2 3 giờ nữa. Khi thấy rằng: trong suốt thời gian đó, thế hiệu
và nồng độ dung dịch hoàn toàn không tăng lên nữa thì mới đảm bảo chắc chắn là
ắc quy đã đợc nạp no.
Sau khi ngắt dòng điện nạp, thế hiệu của ắc quy sụt xuống một
lợng bằng độ rơi thế trên điện trở thuần và sau một "khoảng nghỉ", tức là sau khi
nồng độ dung dịch đã khuyếch tán đồng đều và bọt khí thoát hết ra ngoài, nó bằng
giá trị SĐĐ E
0

=2,11 2,12V ứng với ắc quy đã đợc nạp no.
d. Điện dung:

Điện dung của ắc quy là một đại lợng đặc trng cho khả năng
phóng và nạp điện của nó. Có một số khái niệm điện dung khác nhau nh sau:
+ Điện dung phóng: là điện lợng mà ắc quy có thể cung cấp cho
phụ tải (tính bằng A.h) khi cho nó phóng đến thế hiệu cho phép.
Nếu ký hiệu điện dung phóng là Q
p
thì:
Q
p
= I
p
.t
p

(
27)
ở đây:
I
p
- Dòng điện phóng, A;
t
p
- Thời gian phóng, h.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
21

+ Điện dung nạp: là điện lợng mà ắc quy tiếp nhận đợc trong

quá trình nạp (cũng tính bằng A.h).
Nếu ký hiệu điện dung nạp là Q
n
thì:
Q
n
= I
n
.t
n

(
28)
ở đây:
I
n
- Dòng điện nạp, A;
t
n
- Thời gian nạp, h.

Do có các tổn hao trong qúa trình nạp, nên điện dung nạp thờng
phải lớn hơn điện dung phóng 10 15%.
Từ các định nghĩa trên ta thấy rằng: điện dung của ắc quy là một
đại lợng biến đổi phụ thuộc vào giá trị dòng điện và thời gian, tức là phụ thuộc
vào các chế độ phóng và nạp điện.
Do đó, để đánh giá khả năng tích phóng của ắc quy và để so sánh
các ắc quy khác nhau, ngời ta quy định lấy giá trị điện dung phóng xác định
trong những điều kiện chặt chẽ do tiêu chuẩn ngành hoặc quốc gia quy định.
Ví dụ:

- ở Liên Xô hiện any và nhiều nớc khác, điều kiện đó là: Dòng
phóng I
p
= 0,05Q
20
(A), phóng liên tục trong 20 giờ đến thế hiệu 1,75V, với nhiệt
độ dung dịch điện phân bằng 25
O
C và nồng độ ban đầu (trớc phóng) = 1,285
g/cm
3
.
- Một số nớc khác (nh Việt Nam) lại quy định: I
p
= 0,1Q
10
(A),
phóng liên tục trong 10 giờ đến thế hiệu 1,7V, với nhiệt độ dung dịch điện phân là
(302)
O
C.

Điện dung xác định trong những điều kiện cụ thể nh vậy, là một
đại lợng hoàn toàn xác định và đợc gọi là điện dung định mức. Điện dung này
đợc cho trong lý lịch và ghi trong ký hiệu của ắc quy.
Về bản chất, điện năng của ắc quy là do hoá năng của các phản ứng
hoá học biến đổi thành. Do đó, nó phụ thuộc trớc hết vào số lợng chất tác dụng
và lợng dung dịch điện phân. Với một lợng chất tác dụng và dung dịch xác định
thì điện dung lại phụ thuộc nhiều vào hệ số sử dụng chúng.
Theo tính toán lý thuyết (dựa vào giá trị của các đơng lợng điện

hoá) , thì: để có một điện lợng một ampe-giờ, cần phải có 4,46g PbO
2
, 3,87g Pb
và 3,66g H
2
SO
4
.
Trong thực tế, đối với các ắc quy khởi động hiện nay, để nhận đợc
một điện lợng nh vậy cần sử dụng một lợng chất tác dụng nhiều hơn trên 2 lần
so với tính toán lý thuyết. Tức là hệ số sử dụng chất tác dụng nhỏ hơn 50%.
Hệ số sử dụng chất tác dụng chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố quan
trọng sau:
- Độ xốp của chất tác dụng: chất tác dụng càng xốp > dung dịch
càng dễ khuyếch tán sâu vào trong các bản cực > lợngc hất tác dụng thực tế
tham gia các phản ứng hoá học càng nhiều > hệ số sử dụng chúng càng lớn.
- Chiều dày các bản cực: các bản cực càng dày > hệ số sử dụng
chất tác dụng càng nhỏ, vì các lớp bên trong của bản cực khó tiếp xúc đợc với
dung dịch điện phân và đợc sử dụng ít hơn nhiều so với các lớp phía ngoài, đặc
biệt là khi dòng phóng có giá trị lớn.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
22
- Độ xốp và kết cấu tấm cách: tấm cách có độ xốp cao, kết cấu
hợp lý cho phép tăng khả năng khuyếch tán dung dịch.
- Nồng độ dung dịch điện phân: nồng độ ảnh hởng đến lợng
axít H
2
SO
4
tham gia phản ứng và tốc độ khuyếc tán dung dịch. Vì thế, nồng độ

tăng đến một giới hạn nào đó thì hệ số sử dụng chất tác dụng cũng tăng lên. Tuy
vậy, tăng nồng độ sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc quy. Vì thế ngời ta căn cứ chủ yếu
vào điều kiện khí hậu và mùa để quyết định nồng độ dung dịch. Thông thờng,
nồng độ dung dịch của ắc quy đã đợc nạp no dao động trong giới hạn 1,27 1,31
g/cm
3
.
- Chế độ phóng: chế độ phóng đợc xác định bởi gía trị dòng mà
ắc quy cung cấp liên tục trong một thời gian xác định.
Chế độ phóng đợc coi là lâu dài nếu nh dòng phóng có giá trị
không lớn và phóng kéo dài trong vài giờ (ví dụ: các chế độ 10, 20 giờ phóng điện)
và đợc coi là ngắn hay khởi động, nếu quá trình phóng xảy ra trong vài phút với
dòng lớn.
Khi tăng dòng phóng, lớp bề mặt của các bản cực đợc phóng rất
nhanh. Sun phát chì tạo thành khi đó sẽ nhanh chóng bịt kín các lỗ xốp, ngăn cản
dung dịch khuyếch tán vào các lớp phía trong, làm cho các lứop này không tiếp tục
tham gia đợc vào quá trình điện hoá. Bởi vậy, hệ số sử dụng chất tác dụng và điện
dung của ắc quy giảm đi.
Khi cho ắc quy phóng gián đoạn (có khoảng nghỉ giữa các lần
phóng), thì điện dung ắc quy có thể cung cấp sẽ lớn hơn khi cho nó phóng liên tục,
nhất là khi dòng phóng lớn. Vì rằng trong thời gian nghỉ, lợng dung dịch mới kịp
khuyếch tán sâu hơn vào các lớp chất tác dụng phía trong của bản cực.
- Nhiệt độ dung dịch: nhiệt độ càng thấp điện dung phóng càng
giảm. Do độ nhớt và điện trở dung dịch tăng lên làm chậm quá trình khuyếch tán
và tăng độ sụt thế. Sự thay đổi điện dung của ắc quy ở chế độ 20 giờ phóng điện
phụ thuộc vào nhiệt độ, đợc đánh giá bằng hệ số nhiệt độ = (0,005 0,1)/1
O
C.
Điện dung của ắc quy ở một nhiệt độ t nào đó đợc xác định theo công thức:
Q

t
= Q
0
[1 + (t-30
O
)]

ở đây: Q
0
- Điện dung của ắc quy khi nhiệt độ dung dịch điện
phân t
0
= +30
O
C; - Hệ số nhiệt độ, thờng thờng có thể thừa nhận
= 0,01/1
O
C.
(
29)
- Mức độ và chế độ nạp: ắc quy càng đợc nạp no, hệ số sử dụng
chất tác dụng càng lớn. Vì rằng lợng chì và điôxýt chì trong các bản cực cũng
nh nồng độ dung dịch điện phân tăng theo mức độ nạp.
Dòng nạp càng cao hơn định mức (thờng I
đm
= 0,1Q
10
) bao nhiêu
thì điện dung phóng và tuổi thọ của ắc quy càng giảm bấy nhiêu.

Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
23
Hình 2.20. Sự thay đổi điện dung của ắc quy
theo nhiệt độ dung dịch điện phân với các cờng độ
dòng phóng khác nhau.
1- I
p
=3A; 2- I
p
=8A; 3- I
p
=100A;

Điện dung khi phóng
(
%
Q
đm
)

Dòng phóng tính theo % Q10 (ở chế độ 10 giờ
m
m
phóng điện)
Hình 2.21. Đặc tính điện dung của ắc quy ở các nhiệt độ
khác nhau.

e. Đặc tính vôn - ampe:

Đặc tính vôn - ampe (hình 2.22) là tập hợp những đờng biểu diễn
quan hệ giữa thế hiệu và dòng điện phóng của ắc quy ở những nhiệt độ khác nhau.
Đặc tính vôn - ampe đợc sử dụng chủ yếu để thiết kế và tính toán
hệ thống khởi động, để chọn ắc quy đảm bảo điều kiện làm việc cần thiết cho máy
khởi động.
Do giới hạn dòng làm việc của máy khởi động nói chung nằm trong
vùng ứng với các đoạn tơng đối thẳng của đặc tính, vì vậy trong tính toán thực tế

ngời ta bỏ qua những đoạn phi tuyến (ở hai đầu) ứng với những giá trị dòng rất
nhỏ và rất lớn, ngoài giới hạn dòng khởi động. Tức là coi nh đặc tính có dạng
thẳng hoàn toàn, bằng cách kéo thẳng đặc tính về hai phía cho đến khi cắt các trục
toạ độ (đoạn đứt quãng trên hình 2.22).
Đặc tính vôn - ampe phụ thuộc điện trở trong của ắc quy. Do đó nó
thay đổi theo những yếu tố ảnh hởng đến điện trở trong.







Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
24










Hình 2.22. Đặc
tính


vôn- ampe.

1, 2- Đặc tính vôn
-

ampe tơng ứng với các
nhiệt độ t
O
1
và t
O
2
(t
O
1







A
U
Đặc tính vôn - ampe có hai điểm đặc trng:
- Điểm cắt trục tung: xác định bởi thế hiệu quy ớc lúc ắc quy bắt
đầu phóng điện (U
bđ
);
- Điểm cát trục hoành: xác định bởi giá trị dòng ngắn mạch quy
ớc (I

ngm
) của ắc qui ở những nhiệt độ tơng ứng.
Thế hiệu phóng quy ớc ban đầu có thể xác định nh sau:
U
bđ
= m(2,02 + 0,00136t
O
dd
- 0,001Q
tđ
)
(
2 10)

ở đây:
m - Số ngăn ắc quy (số ắc quy đơn);
t
O
dd
- Nhiệt độ dung dịch điện phân,
O
C;
%100
dm
p
td
Q
Q
Q

= - Điện lợng ắc quy đã phóng tính theo phần
trăm điện dung định mức;
Q
p
- Điện lợng tuyết đối mà ắc quy đã phóng, A.h;
Q
đm
- Điện dung định mức của ắc quy, A.h.

Dòng ngắn mạch quy ớc của ắc quy (I
ngm
) thay đổi theo điện dung.
Vì vậy, để có thể xây dựng công thức tính toán dòng ngắn mạch cho các ắc quy có
điện dung khác nhau, ngời ta dùng khái niệm dòng ngắn mạch riêng - là dòng
ngắn mạch của một bản cực dơng, ký hiệu là I
n+
. Dòng này đợc xác định theo
công thức:
I
n+
= a + bt
O
dd
- c.Q
tđ

Các hệ số a, b và c cho trong bảng 2.1. Trong thực tế, quá trình
khởi động nhiều khi phải thực hiện vài lần động cơ mới nổ đợc. Tính đến sự thay
đổi đặc tính vôn - ampe trong những trờng hợp nh vậy, ngời ta dùng công thức
hiệu chỉnh sau:

I'
n+
= I
n+
[1 - k
n
(Z
n
- 1)]
ở đây:
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
25