Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ô tô CĐ Công nghiệp Huế

1
Bộ Công Thƣơng
Trƣờng Cao Đẳng Công Nghiệp Huế




GIÁO TRÌNH
HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ Ô TÔ
(Lƣu hành nội bộ)

Huế, tháng 7/2009


2
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 4
Chƣơng 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 5
1.1. Tổng quát về mạng điện trên ô tô và phân bố các hệ thống. 5
1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điện ô tô. 6
1.3. Nguồn điện trên ô tô. 6
1.4. Các loại phụ tải điện trên ô tô. 6
1.5. Các thiết bị bảo vệ và điều khiển trung gian. 6
1.6. Ký hiệu và quy ƣớc trong sơ đồ mạch điện. 11
1.7. Dây điện và bối dây trong hệ thống điện ô tô. 12
Chƣơng 2 HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 15
2.1. Nhiệm vụ và phân loại ắc quy ô tô. 15
2.2. Cấu tạo và quá trình điện hóa của ắc quy chì - axít. 15
2.3. Thông số và các đặc tính của ắc quy chì - axít. 21
2.4. Các phƣơng pháp nạp điện cho ắc quy. 29
2.5. Chọn và bố trí ắc quy. 32
2.6. Sơ đồ tổng quát, sơ đồ cấp điện và phân bố tải. 33
2.7. Máy phát điện. 34
2.8. Bộ điều chỉnh điện (Bộ tiết chế). 42
2.9. Tính toán chế độ tải và chọn máy phát điện trên ô tô. 53
Chƣơng 3 HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 56
3.1. Nhiệm vụ và các sơ đồ hệ thống khởi động tiêu biểu. 56
3.2. Máy khởi động (Máy đề). 57
3.3. Các cơ cấu điều khiển trung gian trong hệ thống khởi động. 64

3.4. Hệ thống hỗ trợ khởi động động cơ điêzen. 67
Chƣơng 4 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 70
4.1. Lý thuyết đánh lửa cho động cơ xăng 70
4.2. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa (HTĐL) 71
4.3. Sơ đồ cấu trúc khối và sơ đồ mạch cơ bản của các HTĐL. 72
4.4. Hệ thống đánh lửa cơ bản (hệ thống CI). 73
4.5. Hệ thống đánh lửa bán dẫn. 92
Chƣơng 5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ 102
5.1. Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ. 102
5.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình. 104
5.3. Các loại cảm biến và tín hiệu. 105
5.4. Điều khiển đánh lửa. 120
5.5. Điều khiển nhiên liệu. 124
Chƣơng 6 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 134
6.1. Giới thiệu chung và phân loại. 134
6.2. Mô tơ quạt làm mát. 135
6.3. Điều khiển làm mát độc lập. 135
Chƣơng 7 HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN Ô TÔ 139

3
7.1. Tổng quát về hệ thống thông tin trên ô tô. 139
7.2. Thông tin dạng tƣơng tự (analog). 141
7.3. Thông tin dạng số (digital). 151
Chƣơng 8 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU 154
8.1. Hệ thống chiếu sáng. 154
8.2. Hệ thống tín hiệu 161
Chƣơng 9 CÁC HỆ THỐNG PHỤ 168
9.1. Hệ thống lau rửa kính và đèn (gạt và xịt nƣớc). 168
9.2. Hệ thống khoá cửa. 172
9.3. Hệ thống nâng hạ kính và điều khiển mái che. 175

9.4. Hệ thống điều khiển ghế lái. 176
9.5. Hệ thống sấy kính. 178
9.6. Hệ thống điều hòa không khí 178
TÀI LIỆU THAM KHẢO 182
PHỤ LỤC 183


4
LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nền công nghiệp ô tô thế giới đã đạt tới trình độ phát triển cao, nó
trở thành công nghiệp liên hợp của nhiều ngành. Ơ những nƣớc có nền công nghiệp
ô tô mạnh, có hẳn ngành “Trang bị điện ô tô máy kéo” riêng và có những cơ sở
nghiên cứu, thí nghiệm, đào tạo cán bộ chuyên ngành. Nhờ vậy mà ngành “Trang
bị điện ô tô” thế giới đã áp dụng đƣợc những thành tựu khoa học tiên tiến nhƣ kỹ
thuật bán dẫn, vi điện tử vào mạng điện của ô tô. Điều này đã đƣợc thể hiện trong
thực tế nhƣ: hiện nay các máy phát điện xoay chiều có chỉnh lƣu bán dẫn đang thay
thế các máy phát điện một chiều cũ, bộ điều chỉnh điện cũ cũng đƣợc thay thế bằng
các bộ điều chỉnh bán dẫn hoặc vi điện tử có nguyên lý làm việc, cấu tạo khác hẵn,
có tuổi thọ rất cao và không cần chăm sóc, bảo dƣỡng kỹ thuật. Các bộ phận để đo
mức nhiên liệu, nhiệt độ nƣớc làm mát động cơ, rơ le đèn báo rẽ cũng đƣợc thay
thế bằng các mạch bán dẫn. Các mạch vi điện tử áp dụng cho mạng điện ô tô cũng
đang đƣợc tiến hành nghiên cứu sản xuất vì với kích thƣớc vô cùng nhỏ, độ tin cậy
cao, chịu rung, chịu xóc tốt, các mạch vi điện tử rất thích hợp trong điều kiện làm
việc của ô tô máy kéo.
Những vấn đề nêu ở trên càng khẳng định tầm quan trọng của việc nghiên
cứu nguyên lý làm việc, đặc tính và đặc điểm sử dụng các trang bị điện ô tô máy
kéo, vì những hiểu biết này rất cần thiết cho việc thiết kế và sử dụng ô tô đƣợc
đúng đắn.
Giáo trình này đƣợc biên soạn làm tài liệu giảng dạy môn học ”Hệ thống

điện và điện tử ô tô” cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô hệ Cao đẳng kỹ
thuật, nên nội dung chỉ tập trung giới thiệu những phần lý thuyết cơ bản về các
thiết bị điện của ô tô nhƣ: chức năng, cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân tích nguyên
nhân và phƣơng pháp khắc phục một số hỏng hóc thƣờng gặp, hƣớng dẫn chăm sóc
và bảo dƣỡng kỹ thuật các thiết bị điện trên ô tô.
Mắc dù chúng tôi đã cố gắng nhiều trong quá trình biên soạn song chắc chắn
không tránh khỏi các thiếu sót cũng nhƣ đáp ứng đầy đủ nhu cầu của bạn đọc. Kính
mong các bạn đồng nghiệp, sinh viên và bạn đọc đóng góp ý kiến xây dựng cuốn
giáo trình này để lần tái bản sau đƣợc hoàn thiện hơn.
Huế, ngày 21 tháng 7 năm 2009
TÁC GIẢ










5
Chương 1
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

1.1. Tổng quát về mạng điện trên ô tô và phân bố các hệ thống.
Các thiết bị điện trên ô tô gồm rất nhiều chủng loại khác nhau. Từng nhóm các
thiết bị điện có cấu tạo và tính năng riêng, phục vụ cho một số mục đích nhất định
tạo thành những hệ thống riêng biệt trong mạng điện của ô tô. Vì vậy mạng điện
tổng quát của ô tô nói chung có thể chia các hệ thống sau:

+ Hệ thống cung cấp điện, có nhiệm vụ cung cấp năng lƣợng điện cho các phụ
tải điện trên ô tô với một điện thế ổn định trong mọi điều kiện làm việc của ô tô. Hệ
thống cung cấp điện gồm các thiết bị chủ yếu nhƣ: ắc quy, máy phát điện là nguồn
điện, và bộ điều chỉnh điện.
+ Hệ thống đánh lửa, có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều hiệu điện thế thấp
(6V, 12V hoặc 24V) hoặc các xung điện xoay chiều hiệu điện thế thấp (nhƣ trong
hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô và vô lăng Manhêtíc) thành các xung điện hiệu
điện thế cao (12000V ÷ 50000V) đủ tạo nên tia lửa điện cao thế để đốt cháy hỗn
hợp nổ trong các xy lanh của động cơ xăng và theo một thứ tự nổ nhất định của
động cơ. Hệ thống đánh lửa, ngoài nguồn điện ra còn gồm các thiết bị chủ yếu nhƣ:
biến áp đánh lửa (bô bin), bộ chia điện (đen cô), bu gi, các dây cao áp đặc biệt và
khóa điện. Ở những hệ thống đánh lửa mới (hệ thống đánh lửa điện tử) có thêm hộp
đảo mạch bán dẫn, hộp điện trở phụ riêng, bộ cảm biến đánh lửa đặc biệt không
tiếp điểm và hộp điều khiển đánh lửa v.v…
+ Hệ thống khởi động, có nhiệm vụ quay trục khuỷu của động cơ với số vòng
quay tối thiểu đủ để nổ máy và đảm bảo nổ máy dễ dàng trong mọi điều kiện làm
việc của ô tô. Hệ thống khởi động bằng điện gồm các thiết bị chủ yếu nhƣ: ắc quy
(là nguồn điện duy nhất để khởi động ô tô bằng phƣơng pháp điện), máy khởi động
điện và các cơ cấu phụ nhƣ rơ le bảo vệ khởi động, rơ le đấu đổi điện áp, công tắc
khởi động, bàn đạp v.v… Trong hệ thống khởi động của các ô tô điêzen có thể có
thêm các cơ cấu hổ trợ khởi động nhƣ các bộ sấy nóng nƣớc làm mát, sấy nóng
không khí nạp v.v… để đảm bảo khởi động động cơ dễ dàng trong mùa đông.
+ Hệ thống kiểm tra và theo dõi có nhiệm vụ theo dõi và thông báo cho ngƣời
sử dụng ô tô những thông số cơ bản về tình trạng làm việc của ô tô. Hệ thống kiểm
tra và theo dõi gồm những thiết bị chính là các đồng hồ nhƣ đồng hồ tốc độ, đồng
hồ nhiệt độ nƣớc, đồng hồ áp suất dầu bôi trơn …
+ Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu có nhiệm vụ đảm bảo điều kiện hoạt động
bình thƣờng của ô tô khi trời tối (có khi cả trong điều kiện sƣơng mù) và đảm bảo
điều kiện an toàn giao thông.
+ Hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ có nhiệm vụ điều khiển quá trình

cấp nhiên liệu và quá trình đánh lửa cho động cơ.
+ Hệ thống các thiết bị phụ là hệ thống các tiện nghi phục vụ cho hành khách
trong xe và hổ trợ cho công việc của lái xe. Hệ thống các thiết bị phụ gồm những

6
cụm thiết bị chủ yếu nhƣ: bộ phận nâng hạ kính cửa xe, hệ thống điều hòa không
khí, vô tuyến truyền hình, hệ thống điều khiển hộp số tự động, ly hợp …
1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điện ô tô.
Chế độ làm việc luôn thay đổi trên ô tô có ảnh hƣởng trực tiếp đến chế độ làm
việc của hệ thống điện. Do đó xuất phát từ điều kiện phải luôn luôn đảm bảo cho ô
tô hoạt động bình thƣờng mà ngƣời ta đề ra cho hệ thống điện những yêu cầu sau:
- Đảm bảo độ tin cậy tối đa trong mọi điều kiện sử dụng của ô tô.
- Đảm bảo các đặc tính công tác đạt chất lƣợng cao và ổn định trong dãi thay
đổi tốc độ và tải của động cơ.
- Kết cấu đơn giản và hoàn toàn tự động làm việc ở mọi chế độ.
- Chăm sóc và bảo dƣỡng kỹ thuật ít nhất trong sử dụng với mục đích giảm
thời gian chết cƣỡng bức và những tổn phí cho sửa chữa, bảo dƣỡng kỹ thuật.
- Có trọng lƣợng và kích thƣớc nhỏ nhất nhƣng không đƣợc giảm tuổi thọ và
độ tin cậy trong sử dụng.
- Có độ bền cơ khí cao; đảm bảo chịu rung và chịu xóc tốt.
- Đảm bảo thời hạn phục vụ lâu dài.
1.3. Nguồn điện trên ô tô.
Nguồn điện trên ô tô là nguồn điện một chiều điện áp thấp.
- 12 VDC (trên ô tô du lịch và xe tải nhỏ)
- 24 VDC (trên các xe tải lớn)
- 48 VDC (trên các xe quân sự)
1.4. Các loại phụ tải điện trên ô tô.
Trừ nguồn điện ra, còn tất cả các thiết bị có sử dụng năng lƣợng điện của
mạng điện ô tô nhƣ đèn còi, các thiết bị đánh lửa, các thiết bị khởi động … đều
đƣợc xem là phụ tải điện và gọi tắt là phụ tải. Tính chất của các phụ tải điện trên ô

tô rất đa dạng: phụ tải thuần trở (bóng đèn chiếu sáng), phụ tải có tính thuần cảm
(các cuộn dây điện từ, biến áp đánh lửa), phụ tải có tính thuần dung (các tụ điện
trong hệ thống đánh lửa, các mạch điều khiển động cơ…). Trƣờng hợp ngoại lệ ắc
quy tuy là nguồn điện nhƣng khi đƣợc máy phát điện nạp bằng một dòng điện nào
đó thì nó cũng đƣợc coi là một phụ tải của máy phát điện.
1.5. Các thiết bị bảo vệ và điều khiển trung gian.
Các thiết bị bảo vệ mạch đƣợc sử dụng để bảo vệ dây và các giắc nối khỏi hƣ
hỏng do sự vƣợt quá mức của dòng điện gây ra khi dòng tăng cao hoặc bị ngắn
mạch. Dòng tăng quá cao gây ra quá nhiệt làm thiết bị bảo vệ ngắt mạch, bảo vệ
mạch điện. Gồm có: cầu chì, thiết bị nóng chảy, bộ ngắt mạch…đƣợc sử dụng để
bảo vệ mạch. Thiết bị bảo vệ mạch có nhiều kiểu và nhiều giá trị dòng riêng.
* Cầu chì là một thiết bị bảo vệ thông dụng nhất. Cầu chì đƣợc gắn trong
mạch điện để khi dòng điện chạy qua vƣợt quá mức hệ số dòng của cầu chì thì nó
sẽ đứt. Phần tử trong cầu chì chảy ra, làm hở mạch ngăn những bộ phận khác của
mạch điện bị hƣ hỏng bởi dòng quá tải. Kích cỡ của cầu chì tổng tùy vào hệ số
dòng của nó. Dòng quá lớn gây ra quá nhiệt và do sự quá nhiệt chứ không phải là

7
dòng làm chảy cầu chì. Cầu chì bị đứt một lần thì phải đƣợc thay thế bởi cầu chì
mới.

* Rơ le là một công tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòng nhỏ để
điều khiển một dòng lớn vì vậy nó đƣợc dùng để bảo vệ công tắc nên cũng đƣợc
xem là một thiết bị bảo vệ. Một rơ le điển hình điều khiển mạch và điều khiển cả
nguồn. Kết cấu rơ le gồm có một lõi sắt, một cuộn từ và một tiếp điểm.











* Bộ ngắt mạch đƣợc sử dụng thay thế cho cầu chì để bảo vệ các mạch công
suất phức tạp nhƣ: cửa kính, cửa sổ trời, mạch sƣởi. Hiện có 3 loại thiết bị ngắt
mạch: loại điều chỉnh thông thƣờng (cơ khí), loại điều chỉnh tự động (cơ khí), loại
điều chỉnh tự động dùng bán dẫn (PTC). Bộ ngắt mạch thƣờng gắn trong hộp cầu
chì - rơ le, tuy nhiên một số thiết bị nhƣ mô tơ kính cửa có bộ ngắt mạch riêng ở
bên trong.

Hình 1.3: Cấu tạo bộ ngắt mạch
1- Nắp; 2- Lưỡng kim; 3- Tiếp điểm; 4- Chân; 5- Ốc chỉnh; 6- Vít chỉnh
1
2
3
4
5
6

Hình 1.1: Cầu chì
Tốt
Bị đứt
Loại dẹp
Loại ống

Hình 1.2: Sơ đồ rơ le
Nguồn
Mạch nguồn
Mạch điều
khiển
Tiếp điểm
Cuộn từ

8
* Điện trở sử dụng trên ô tô có nhiều dạng khác nhau. Một điện trở khá thông
dụng trong kỹ thuật điện tử cũng nhƣ trong ô tô là điện trở than. Điện trở than gồm
hỗn hợp bột than và các chất khác đƣợc pha trộn theo tỉ lệ khác nhau nên có trị số
điện trở khác nhau. Bên ngoài điện trở đƣợc bọc bằng lớp cách điện. Trị số của
điện trở đƣợc ký hiệu bằng các vòng màu.








* Tụ điện có các điện cực, gồm có 2 tấm kim loại hoặc các màng kim loại đối

diện với nhau. Chất cách điện (hoặc chất điện môi), có thể làm bằng các chất cách
điện khác nhau, đƣợc đặt giữa các điện cực. Khi đặt điện áp vào cả 2 điện cực bằng
cách nối các cực âm và dƣơng của một ắc quy, các điện cực sẽ tích điện dƣơng và
âm. Khi các điện cực của một tụ điện tích điện bị đoản mạch, sẽ có một dòng điện
tức thời chạy từ bản cực (+) đến bản cực (-) làm trung hòa tụ điện. Vì vậy tụ điện
này đƣợc phóng điện. Ngoài chức năng tích điện mô tả trên đây, một đặc điểm
đáng kể của một tụ điện là nó ngăn không cho dòng điện một chiều chạy qua.
Một số mạch điện sử dụng chức năng tích điện của tụ điện nhƣ: mạch điều
chỉnh đối với nguồn điện, một dòng điện dự phòng cho bộ vi xử lí, một mạch định
thời sử dụng lƣợng thời gian cần thiết để nạp và phóng điện cho tụ điện, mạch dùng
tụ để ngăn dòng điện một chiều, các bộ lọc để trích hoặc loại bỏ các thành phần cụ
thể của tần số. Bằng cách dùng các đặc điểm này, các tụ điện đƣợc sử dụng trong
các mạch điện của ô tô cho nhiều mục đích, chẳng hạn nhƣ để loại trừ nhiễu hoặc
thay thế cho nguồn điện hoặc một công tắc.













Hình 1.4: Vạch màu của điện trở

Hình 8. Tụ điện


Hình 1.5: Tụ điện

9
* Đi ốt: các đi ốt bán dẫn bao gồm chất bán dẫn loại N và loại P nối với nhau.
Một số loại đi ốt thƣờng dùng: đi ốt chỉnh lƣu thƣờng, đi ốt Zener, LED (đi ốt phát
sáng), Phô tô đi ốt .












Đây là loại linh kiện có hai cực, có tính dẫn điện theo một chiều. Giá trị điện
trở của nó phụ thuộc giá trị và cực tính của điện áp đặt lên nó. Khi tăng điện áp
ngƣợc, dòng điện ngƣợc ban đầu tăng nhanh sau đó hầu nhƣ không tăng nữa và đạt
giá trị bão hoà.
Nếu tiếp tục tăng điện áp ngƣợc thì đến một giá trị nào đó, dòng điện ngƣợc
tăng đột ngột làm điốt bị đánh thủng. Phụ thuộc vào loại điốt và điều kiện làm việc
của nó mà quá trình đánh thủng điốt có thể là thuận nghịch hoặc không thuận

nghịch.
Nếu quá trình đánh thủng là không thuận nghịch, thì sau khi giảm hay cắt
điện áp ngƣợc, điốt không trở về trạng thái ban đầu và mất đặc tính dẫn điện theo
một chiều tức điốt bị hỏng.
Nếu quá trình đánh thủng là thuận nghịch, thì điốt không bị hỏng. Sau khi
giảm hay cắt bỏ điện áp ngƣợc, điốt trở về trạng thái bình thƣờng, giữ nguyên đặc
tính dẫn điện theo một chiều.
Các điốt dùng để nắn dòng bình thƣờng nói chung không đƣợc phép làm việc
ở gần vùng bị đánh thủng. Chế độ làm việc của chúng phải nằm trong vùng giá trị
cho phép của các thông số kỹ thuật do nhà chế tạo quy định, nhƣ:
- Dòng điện thuận định mức (giá trị trung bình) là dòng cực đại cho phép qua
điốt liên tục trong quá trình làm việc mà không làm điốt quá nóng hoặc hỏng (A);
- Điện áp ngƣợc cho phép cực đại [U
ng
] (biên độ) là điện áp ngƣợc cực đại
điốt có thể chịu đƣợc mà không bị đánh thủng (V);
Các điốt thƣờng có hai loại: điốt Gécmani và điốt Silíc. So với điốt Silíc, điốt
Gécmani có độ sụt áp thuận nhỏ hơn, tuy vậy, dòng điện ngƣợc lớn hơn, điện áp
ngƣợc cho phép thấp hơn và nhiệt độ làm việc cực đại cho phép cũng nhỏ hơn
nhiều.
Đối với điốt Gécmani: [t
O
] = ( 75÷100)
O
C;
Hình 1.6: Đi ốt bán dâ
̃
n.
a- Sơ đồ cấu tạo; b- Sơ đồ nối và ký hiệu; c- Điốt ổn áp;
1- Gécmani có tính dẫn điện điện tử;

2- Gécmani với tính dẫn điện lỗ trống;
3- Inđi.
c)
a)
b)
1
2
3
R
t
R
h
c

10
Đối với điốt Silíc: [t
O
] = (150÷250)
O
C;
Trong trƣờng hợp cần thiết, để tăng sức chịu đựng U
ngmax
hoặc để tăng dòng
làm việc, có thể dùng các biện pháp ghép nối tiếp hoặc song song các điốt với nhau
theo sơ đồ tƣơng ứng.
Một số điốt đặc biệt nhƣ các điốt Silíc có tiếp giáp mặt có tính chất đánh
thủng thuận nghịch đƣợc sử dụng làm việc ở chế độ đánh thủng gọi là các điốt ổn
áp, điốt hạn chế hay điốt Zener. Các điốt này bình thƣờng không dẫn điện theo
chiều ngƣợc, nhƣng khi U
ng

đạt đến một giá trị nào đó gọi là điện áp ổn định thì
điốt bị đánh thủng, dòng điện ngƣợc tăng đột ngột nhƣng điện áp hầu nhƣ không
thay đổi. Ngƣời ta lợi dụng tính chất này để hạn chế, ổn định hay tự động điều
chỉnh sự phân bố điện áp trên một đoạn mạch nào đó có điốt.














* Transito là loại linh kiện bán dẫn có 3 cực. Thực chất nó là hai điốt ghép
lại với nhau nhƣ trên hình 1.8.

Tuỳ theo cách ghép các điốt mà ta có hai loại transito khác nhau là: p-n-p và
Hình 1.7: Đi ốt D242.
1- Nền; 6- Đệm đồng;
2- Giá đỡ tinh thể; 7- Dây dẫn;
3- Đệm Vonfram; 8- Vỏ;
4- Tinh thể Silíc; 9- Thuỷ tinh cách điện;
5- Hợp kim 10 Đầu ra.

5
4
3
2
1
10
9
8
7
6
Hình 1.8. Triốt bán dẫn hay Transito.
a- Loại p-n-p; b- Loại n-p-n;
E- Cực phát (Emitơ); B- Cực gốc (Bazơ); C-Cực góp
(Colectơ).
a)
b)
E B C
E B C

E
E
C
C
C
C
E
E
B
B
B
B

11
n-p-n. Loại thứ hai rất ít gặp. Phần chung (miếng bán dẫn) là một cực của transitor
đƣợc gọi là Bazơ, ký hiệu là B. Một trong hai giọt tạp chất (cực thứ 2) đƣợc gọi là
cực phát hay Emitơ, ký hiệu là E. Giọt tạp chất thứ hai (cực thứ 3) đƣợc gọi là cực
góp hay Coléctơ ký hiệu là C. Các cực này đƣợc nối với các đầu ra (các chân) để
đấu transito vào mạch điện.
Trong các ô tô, các transisto quang đƣợc sử dụng trong các cảm biến giảm tốc,
v.v
1.6. Ký hiệu và quy ước trong sơ đồ mạch điện.
Một số ký hiệu và quy ƣớc trong sơ đồ mạch điện ô tô.

Hình 1.4: Các ký hiệu trong sơ đồ mạch điện.
Nguồn ắc quy
Tụ điện

Mồi thuốc
Bóng đèn 1 tim
Bóng đèn 2 tim
Còi
Cái ngắt mạch
Đi ốt
Đi ốt zenen
Bô bin
Bóng đèn
Cảm biến điện từ
trong bộ chia
điện
led
Đồng hồ loại
kim
Đồng hồ hiện số
Động cơ điện
Cầu chì
Dây chảy
(Cầu chì chính)
Nối mass
(thân xe)

12

1.7. Dây điện và bối dây trong hệ thống điện ô tô.
1.7.1. Ký hiệu màu và ký hiệu số.
Trong khuôn khổ giáo trình này, tác giả chỉ giới thiệu hệ thống màu dây và
ký hiệu quy định theo tiêu chuẩn Châu Âu. Các xe sử dụng hệ thống màu
theo tiêu chuẩn này là : Ford, Volswagen, BMW, Mercedes… Các tiêu chuẩn của

các loại xe khác, bạn đọc có thể tham khảo trong các tài liệu hƣớng dẫn thực hành
điện ô tô.
Bảng 1.1: Ký hiệu màu dây hệ Châu Âu

Màu
Ký hiệu
Đường dẫn
Đỏ
Rt
Từ ắc quy
Trắng/Đen
Ws/Sw
Công tắc đèn đầu
Trắng
Ws
Đèn pha (chiếu xa)
Vàng
Ge
Đèn cốt (chiếu gần)
Xám
Gr
Đèn kích thƣớc và báo rẽ chính
Xám/Đen
Gr/Sw
Đèn kích thƣớc trái
Xám/Đỏ
Gr/Rt
Đèn kích thƣớc phải
Đen/Vàng
Sw/Ge

Đánh lửa
Đen/Trắng/Xanh lá
Sw/Ws/Gn
Đèn báo rẽ
Đen/Trắng
Sw/Ws
Báo rẽ trái
Đen/Xanh lá
Sw/Gn
Báo rẽ phải
Xanh lá nhạt
LGn
Âm bô bin
Nâu
Br
Mát
Đen/Đỏ
Sw/Rt
Đèn thắng

Bảng 1.2 : Ký hiệu đầu dây hệ Châu Âu

1
Âm bô bin
4
Dây cao áp
15
Dƣơng công tắc máy
30
Dƣơng ắc quy

31
Mát
49
Ngõ vào rơ le xy nhan
49a
Ngõ ra rơ le xy nhan
50
Điều khiển đề
53
Gạt nƣớc
54
Đèn thắng
55
Đèn sƣơng mù
56
Đèn đầu
56a
Đèn pha

13
56b
Đèn cốt
58
Đèn kích thƣớc
61
Báo sạc
85, 86
Cuộn dây rơ le
87
Tiếp điểm rơ le

1.7.2. Tính toán chọn dây.
Các hƣ hỏng trong hệ thống điện ô tô ngày nay chủ yếu bắt nguồn từ dây dẫn
vì đa số các linh kiện bán dẫn đã đƣợc chế tạo với độ bền khá cao. Ô tô càng hiện
đại, số dây dẫn càng nhiều thì xác suất hƣ hỏng càng lớn. Tuy nhiên, trên thực tế rất
ít ngƣời chú ý đến đặc điểm này, kết quả là trục trặc của nhiều hệ thống điện ô tô
xuất phát từ những sai lầm trong đấu dây. Phần này nhằm giới thiệu những kiến
thức cơ bản về dây dẫn trên ô tô, nhằm giảm bớt những sai sót trong sửa chữa hệ
thống điện ô tô.
Dây dẫn trong ô tô thƣờng là dây đồng có bọc chất cách điện là nhựa
PVC. So với dây điện dùng trong nhà, dây điện trong ô tô dẫn điện và đƣợc cách
điện tốt hơn. Chất cách điện bọc ngoài dây đồng không những có điện trở rất lớn
(1012 W/mm) mà còn phải chịu đƣợc xăng dầu, nhớt, nƣớc và nhiệt độ cao, nhất là
đối với các dây dẫn chạy ngang qua nắp máy (của hệ thống phun xăng và đánh
lửa). Ở môi trƣờng nhiệt độ và độ ẩm cao, tốc độ lão hóa nhựa cách điện tăng
đáng kể. Hậu quả là lớp cách điện của dây dẫn bắt đầu bong ra gây tình trạng chập
mạch trong hệ thống điện.
Thông thƣờng tiết diện dây dẫn phụ thuộc vào cƣờng độ dòng điện chạy trong
dây. Tuy nhiên, điều này lại bị ảnh hƣởng không ít bởi nhà chế tạo vì lý do kinh tế.
Dây dẫn có kích thƣớc càng lớn thì độ sụt áp trên đƣờng dây càng nhỏ, nhƣng
dây cũng sẽ nặng hơn. Điều này đồng nghĩa với tăng chi phí do phải mua thêm
đồng. Vì vậy mà nhà sản xuất cần phải có sự so sánh giữa hai yếu tố vừa nêu. Ở
bảng 1.3 sẽ cho ta thấy độ sụt áp của dây dẫn trên một số hệ thống điện ô tô và mức
độ cho phép.
Bảng 1.3 : Độ sụt áp tối đa trên dây dẫn kể cả mối nối

Hệ thống (12V)
Độ sụt áp (V)
Sụt áp tối đa (V)
Hệ thống chiếu sáng

0.1
0.6
Hệ thống cung cấp điện
0.3
0.6
Hệ thống khởi động
1.5
1.9
Hệ thống đánh lửa
0.4
0.7
Các hệ thống khác
0.5
1.0

Nhìn chung, độ sụt áp cho phép trên đƣờng dây thƣờng nhỏ hơn 10%
điện áp định mức. Đối với hệ thống 24V thì các giá trị trong bảng 1.3 phải nhân
đôi.

14
Tiết diện dây đƣợc tính bởi công thức :


Trong đó :
DU - Độ sụt áp cho phép trên đƣờng dây (theo bảng 1.3)
I - Cƣờng độ dòng điện chạy trong dây tính bằng ampe là tỷ số giữa công
suất của phụ tải điện và hiệu điện thế định mức.
 - 0.0178W.mm
2
/m điện trở suất của đồng.

l - Chiều dài dây dẫn.
Từ công thức trên, ta có thể tính toán để chọn tiết diện dây dẫn nếu biết công
suất của phụ tải điện mà dây cần nối và độ sụt áp cho phép trên dây.
Để có độ uốn tốt và bền, dây dẫn trên xe đƣợc bện bởi các sợi đồng có kích
thƣớc nhỏ. Các cỡ dây điện sử dụng trên ô tô đƣợc giới thiệu trong bảng 1.4.

Bảng 1.4 : Các cỡ dây điện và nơi sử dụng.

Cỡ dây :
Số sợi/đƣờng kính
Tiết diện
(mm
2
)
Dòng điện liên tục
(A)
Ứng dụng
9/0.30
0.6
5.75
Đèn kích thƣớc,
đèn đuôi
14/0.25
0.7
6.00
Radio, CD, đèn
trần
14/0.3
1.0
8.75

HT đánh lửa
28/0.3
2.0
17.50
Đèn đầu, xông
kính
65/0.3
5.9
45.00
Dây dẫn cấp điện
chính
120/0.3
8.5
60.00
Dây sạc
61/0.90
39.0
700.00
Dây đề






15
Chương 2
HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Hệ thống cung cấp điện, có nhiệm vụ cung cấp năng lƣợng điện cho các phụ

tải điện trên ô tô với một điện thế ổn định trong mọi điều kiện làm việc của ô tô. Hệ
thống cung cấp điện gồm các thiết bị chủ yếu nhƣ: ắc quy, máy phát điện là nguồn
điện, và bộ điều chỉnh điện. Trong nội dung bên dƣới chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn
về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp điện.
2.1. Nhiệm vụ và phân loại ắc quy ô tô.
+ Nhiệm vụ: ắc quy trong ô tô thƣờng đƣợc gọi là ắc quy khởi động để phân
biệt với loại ắc quy sử dụng ở các lĩnh vực khác. Ắc quy khởi động trong hệ thống
điện thực hiện chức năng của một thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và
ngƣợc lại. Đặc điểm của loại ắc quy khởi động là với trọng lƣợng và kích thƣớc
tƣơng đối nhỏ có thể tạo ra dòng điện có cƣờng độ lớn trong khoảng thời gian ngắn
(510s), có khả năng cung cấp dòng điện lớn (200800A) mà độ sụt thế bên trong
nhỏ, thích hợp để cung cấp điện cho máy khởi động để khởi động động cơ.
Trong ô tô sử dụng cả hai loại ắc quy khởi động: ắc quy axít và ắc quy kiềm.
Nhƣng thông dụng nhất vẫn là ắc quy axít, vì so với ắc quy kiềm nó có sức điện
động ở mỗi cặp bản cực cao hơn, có điện trở trong nhỏ và đảm bảo chế độ khởi
động tốt.
Ắc quy khởi động còn cung cấp điện cho các phụ tải điện quan trọng khác
trong hệ thống điện, cung cấp từng phần hoặc toàn bộ trong trƣờng hợp động cơ
chƣa làm việc hoặc đã làm việc mà máy phát điện chƣa phát đủ công suất (động cơ
đang làm việc ở chế độ số vòng quay thấp). Ngoài ra, ắc quy còn đóng vai trò bộ
lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện ô tô khi điện áp máy phát dao động.
+ Phân loại:
- Theo tính chất dung dịch điện phân, ắc quy đƣợc chia ra các loại: ắc quy axít
(dung dịch điện phân là axít H
2
SO
4
) và ắc quy kiềm (dung dịch điện phân là KOH
hoặc NaOH).
- Theo tính chất vật liệu vỏ bình chia ra: vỏ bằng ê bô nít, cao su cứng hay các

vật liệu tổng hợp khác.
Ngoài ra ắc quy còn có thể phân loại theo hiệu điện thế, theo dung lƣợng, theo
vật liệu tấm cách …
2.2. Cấu tạo và quá trình điện hóa của ắc quy chì - axít.
2.2.1. Cấu tạo:
Ắc quy là nguồn điện hóa, sức điện động của ắc quy phụ thuộc vào các yếu tô
sau: vật liệu cấu tạo của các bản cực và dung dịch điện phân. Đối với ắc quy chì –
axít sức điện động lý thuyết của một ắc quy đơn (một ngăn) là 2V. Muốn tăng khả
năng dự trữ năng lƣợng của ắc quy, ngƣời ta tăng số lƣợng các cặp bản cực dƣơng

16
và âm trong mỗi ắc quy đơn. Muốn tăng giá trị sức điện động của ắc quy, ngƣời ta
ghép nối nhiều ắc quy đơn thành một bình ắc quy.
Cấu tạo một bình ắc quy chì – axít đƣợc giới thiệu nhƣ trên hình 2.1 gồm vỏ
bình (1) có các ngăn riêng và đƣợc ngăn cách nhờ các vách ngăn (2). Trong mỗi
ngăn có đặt các khối bản cực gồm phân khối bản cực dƣơng (8) và phân khối bản
cực âm (7) ngăn cách với nhau bằng các tấm ngăn (10). Mỗi ngăn nhƣ vậy đƣợc coi
là một ắc quy đơn. Các ắc quy đơn nối nối tiếp với nhau bằng các cầu nối (6) và tạo
thành bình ắc quy. Ngăn đầu và ngăn cuối có các cọc (5) làm theo dạng côn, kèm
theo các dấu (+) và (-) tạo thành các đầu cực của ắc quy.

- Vỏ bình: vỏ bình đƣợc đúc thành một khối và chế tạo bằng nhựa ê bô nít, cao
su cứng hoặc bằng nhựa tổng hợp axphantơpéc.















Hình 2.2: Cấu tạo vỏ bình ắc quy

Vách ngăn
vỏ bình
Gân đỡ

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Hình 2.1: Cấu tạo bình ắc quy
chì – axít
1- Vỏ bình;
2- Vách ngăn;
3- Nắp;
4- Nút;
5- Cọc bình;
6- Cầu nối;
7- Phân khối bản cực âm;
8- Phân khối bản cực
dương;
9- Chất điện phân;
10- Tấm ngăn

17
Vỏ bình phải có khả năng chịu đƣợc axít, có kết cấu cứng vững chịu đƣợc va
đập. Đáy vỏ bình có làm các gân, một mặt làm tăng độ cứng cho vỏ bình, mặt khác
để đỡ các khối bản cực tránh hiện tƣợng chập mạch bên trong ắc quy do các chất
tác dụng rơi xuống đáy bình trong quá trình sử dụng. Vỏ bình đƣợc chia thành các

ngăn để chứa các ắc quy đơn.
- Bản cực: cấu tạo của một bản cực trong ắc quy gồm có phần khung xƣơng và
chất tác dụng trát lên nó. Khung xƣơng của bản cực âm và dƣơng có cấu tạo giống
nhau, chúng đƣợc đúc từ chì (Pb) có pha thêm (5÷8)% stibi (Sb) và tạo thành hình
dạng mạng lƣới. Phụ gia stibi (Sb) thêm vào chì làm tăng thêm độ dẫn điện, tăng độ
cứng vững và giảm han gỉ cho khung xƣơng đồng thời cải thiện đặc tính đúc khi
đúc khung xƣơng. Khung xƣơng có nhiệm vụ làm nơi bám bột chì và phân bố dòng
điện đều trên bản cực.
Chất tác dụng trên bản cực âm đƣợc chế tạo từ bột chì ngoài ra để tăng độ xốp,
giảm khả năng co và hóa cứng bản cực ngƣời ta còn cho thêm từ 2÷3% chất nở
(muối hữu cơ). Nhờ tăng độ xốp, dung dịch điện phân dễ thấm sâu vào trong lòng
bản cực đồng thời cho phép 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 đƣợc điện dung của ắc quy.
Chất tác dụng trên bản cực dƣơng đƣợc chế tạo từ minium chì Pb
3
O
4
, monoxyt
chì PbO. Các bản cực sau khi trát đầy chất tác dụng đƣợc ép lại, sấy khô và tạo cực
bằng cách ngâm vào dung dịch axít H
2
SO
4
loãng, nạp bằng dòng điện nhỏ. Sau khi
nạp, chất tác dụng của bản cực dƣơng biến thành ô xít chì PbO
2
màu nâu thẩm, bản
cực âm là chì Pb màu ghi đá.
Các bản cực âm và dƣơng đƣợc ghép lại với nhau thành khối bản cực. Số bản
cực âm thƣờng lớn hơn số bản cực dƣơng một bản để đặt các bản cực dƣơng vào

giữa các bản cực âm nhằm đảm bảo cho các bản cực dƣơng làm việc đều cả hai mặt
tránh cong vênh và bong rơi chất tác dụng. Độ dày của các bản cực dƣơng thƣờng
lớn hơn bản cực âm để đảm bảo độ bền và làm giảm điện trở, vì khi nạp quá trình
ôxy hóa xảy ra ở bản cực dƣơng mãnh liệt hơn.















Hình 2.3: Kết cấu khối bản cực
1- Bản cực âm; 2- Cọc âm; 3- Tấm ngăn; 4- Bản cực dương
1
2
3
4

18
- Tấm ngăn: đặt giữa các bản cực để tránh chập mạch các bản cực, đồng thời
tấm ngăn còn có nhiệm vụ giữ cho chất tác dụng ở các bản cực bớt bị bong rơi
trong quá trình sử dụng ắc quy. Tấm ngăn làm bằng vật liệu xốp chịu axít nhƣ:

bông thủy tinh, miplat hay kết hợp giữa bông thủy tinh với miplat hoặc gỗ. Các tấm
ngăn thƣờng có một mặt nhẵn và một mặt hình sóng, mặt nhẵn đặt hƣớng về phía
bản cực âm còn mặt lƣợn sóng hƣớng về phía bản cực dƣơng để tạo điều kiện cho
dung dịch điện phân dễ luân chuyển đến bản cực dƣơng và thẩm thấu tốt hơn.
- Nắp, nút và cầu nối: trên ắc quy có nắp đậy làm kín, ở đó có bố trí các lỗ để
kiểm tra và bổ sung dung dịch điện phân. Nút để bảo vệ không cho dung dịch điện
phân chảy ra ngoài trong quá trình sử dụng, đồng thời trên nút có bố trí các lỗ
thông hơi, tránh cho áp suất trong các ngăn ắc quy không bị tăng quá cao trong quá
trình phản ứng hóa học xảy ra. Cầu nối là những thanh đúc bằng chì có khả năng tải
đƣợc dòng điện lớn, dùng để đấu nối tiếp các ngăn của bình ắc quy lại với nhau.
















- Dung dịch điện phân: dung dịch điện phân là dung dịch axít sun phu rít
(H
2
SO

4
) nguyên chất và nƣớc cất. Nồng độ của dung dịch điện phân đƣợc pha chế
tùy thuộc vào nhiệt độ của môi trƣờng và vật liệu của các tấm ngăn, thông thƣờng
nồng độ dung dịch trong khoảng 1,21÷1,31 g/cm
3
. Nếu nồng độ dung dịch quá cao
các tấm ngăn nhanh bị hỏng, các chất tác dụng dễ bong ra khỏi khung xƣơng và
quá trình sun phát hóa xảy ra nhanh làm giảm điện dung ắc quy. Sun phát hóa là
hiện tƣợng những tinh thể chì sun phát (PbSO
4
) có màu trắng kết tinh trên bề mặt
các bản cực, lớp tinh thể này cứng và có điện trở lớn. Nồng độ quá thấp thì suất
điện động ắc quy giảm và dung dịch dễ bị đóng băng ở nhiệt độ thấp.
Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hƣởng rất lớn đến sức điện động của ắc
quy, mặt khác nhiệt độ của môi trƣờng cũng có ảnh hƣởng rất lớn đến nồng độ của
dung dịch điện phân. Đối với các nƣớc vùng xích đạo, nồng độ dung dịch điện

Hình 2.4: Cấu tạo của nút bình ắc quy
Lổ thông hơi
Khí
Đệm làm kín
Gờ chặn
Khí và hơi axít
Giọt axít

19
phân cho phép tới 1,10 g/cm
3
và ngƣợc lại với các nƣớc xứ lạnh nồng độ dung dịch
điện phân cho phép tới 1,31 g/cm

3
.
Khi pha chế dung dịch điện phân cần chú ý: không dùng axít có thành phần
tạp chất cao và nƣớc không phải nƣớc cất vì nhƣ vậy sẽ làm tăng quá trình tự
phóng điện của ắc quy. Khi pha chế dung dịch điện phân phải đổ từ từ axít vào
nƣớc cất, tuyệt đối không đƣợc đổ nƣớc cất vào axít vì nhƣ thế sẽ gây phản ứng
mạnh dễ cháy nổ.
Bảng 2.1: Tỷ lệ giữa nước cất và axít sun phu ríc trong dung dịch điện phân

Tỷ trọng dung dịch
điện phân ở 20C
Tỷ lệ thể tích giữa
nƣớc cất và axít
sunfuaric
Tỷ lệ trọng lƣợng
giữa nƣớc cất và
axít sunfuaric
Tỷ lệ axít sunfuaric
trong dung dịch
điện phân (%)
1,10
9,10:1
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
6,15:1
3,63:1
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
4,63:1
2,52:1
26,50

1,20
4,33:1
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
1,97:1
31,40
1,24
3,40:1
1,86:1
32,50
1,25
3,22:1
1,76:1
33,70
1,26
3,05:1
1,60:1
35,00
1,27
2,80:1

1,57:1
36,10
1,28
2,75:1
1,49:1
37,32
1,29
2,60:1
1,41:1
38,50
1,30
2,47:1
1,34:1
39,65

2.2.2. Quá trình điện hóa:
Ắc quy là nguồn năng lƣợng có tính thuận nghịch: nó tích lũy năng lƣợng
dƣới dạng hóa năng và giải phóng năng lƣợng dƣới dạng điện năng. Quá trình ắc
quy cung cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc quy
tích trữ năng lƣợng gọi là quá trình nạp điện.
Khi cho các tấm bản cực vào trong dung dịch gồm axít sun phu ríc (H
2
SO
4
) và
nƣớc, các bản cực sẽ có một điện thế nhất định so với dung dịch. Do đó các bản

20
cực này sẽ trở thành điện cực dƣơng và điện cực âm. Vì trị số điện thế của điện cực
dƣơng 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 đó.
Trong quá trình phóng điện, dòng điện trong dung dịch điện phân đi từ bản
cực âm đến bản cực dƣơng.Trên bản cực âm sẽ xảy ra quá trình tạo sun phát chì
(PbSO
4
) do sự kết hợp bột chì xốp (Pb) của cực âm với gốc axít (SO
4
2-
) của dung
dịch điện phân. Trên bản cực dƣơng dƣới tác dụng của dòng điện phóng, chất tác
dụng chì ôxít (PbO
2
) cũng tạo thành sun phát chì (PbSO
4
) do nó hấp thụ gốc axít
(SO
4
2-
) của dung dịch điện phân giải phóng hai nguyên tử ô xy (O
2
). Ô xy giải
phóng từ bản cực dƣơng kết hợp với hydrô (H
2
) còn lại trong dung dịch điện phân
tạo thành nƣớc làm giảm nồng độ của dung dịch điện phân. Trong quá trình phóng
điện của ắc quy, khối lƣợng của axít sunfuaric giảm do đó nồng độ của dung dịch
điện phân cũng giảm theo.
Trong quá trình nạp điện cho ắc quy phản ứng hóa học sẽ xảy ra theo thứ tự
ngƣợc lại. Trong quá trình nạp điện, dòng điện trong dung dịch điện phân (của
nguồn nạp) đi từ bản cực dƣơng đến bản cực âm. Sau khi nạp no các phản ứng biến

đổi hóa học kết thúc thì bản cực dƣơng trở thành ôxít chì có màu nâu thẩm, bản cực
âm là chì nguyên chất có màu ghi đá. Lúc này nồng độ dung dịch không tăng lên
nữa và nếu tiếp tục nạp thì sẽ xảy ra hiện tƣợng phân giải (điện phân) nƣớc thành
hydrô và ôxy bay ra khỏi dung dịch dƣới dạng bọt khí tạo nên hiện tƣợng “sôi”. Đó
là những dấu hiệu chứng tỏ ắc quy đã đƣợc nạp no hoàn toàn.
Sơ đồ các quá trình điện hóa xảy ra khi phóng và khi nạp đƣợc biểu diễn trên
hình:



















Hình 2.5: Sơ đồ quá trình điện hóa xảy ra khi nạp ắc quy
Bản cực âm
Dung dịch
điện phân

Bản cực
dƣơng
Sản phẩm
trƣớc nạp
Quá trình
ion hóa
Quá trình
nạp
Kết quả sau
nạp

21

















Phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình phóng nạp có thể biểu diễn bằng

phƣơng trình hóa học sau:
PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb  PbSO
4
+ 2H
2
O + PbSO
4
2.3. Thông số và các đặc tính của ắc quy chì - axít.
2.3.1. Thông số.
* Sức điện động tĩnh (E
0
):
Sức điện động 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 hóa lý của các chất tham gia
vào quá trình điện hóa, vào nồng độ dung dịch điện phân mà không phụ thuộc vào
kích thƣớc bản cực và số lƣợng chất tác dụng. Nồng độ và nhiệt độ dung dịch tăng
thì sức điện động sẽ tăng. Với nhiệt độ +18
o
C và nồng độ 1,28 g/cm
3
, ắc quy dơn
(một ngăn của ắc quy) có sức điện động E
0
= 2,12V. Sự phụ thuộc của sức điện

động vào nồng độ của dung dịch điện phân khi trị số thay đổi trong phạm vi từ 1,10
đến 1,31 g/cm
3
đƣợc tính theo biểu thức sau:
E
0
= 0,84 + 
E

Trong đó: E
0
– sức điện động tĩnh của ắc quy đơn, V.

E
– là một đại lƣợng tính bằng vôn, có giá trị bằng nồng độ
dung dịch điện phân ở nhiệt độ +15
o
C, g/cm
3
.
Ngoài ra, sức điện động còn phụ thuộc nhiệt độ dung dịch điện phân, tuy vậy
sự thay đổi sức điện động theo nhiệt độ không lớn nên trong thực tế vận hành ắc
quy có thể bỏ qua.
* 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 đƣợc biểu diễn bởi công thức:
Hình 2.6: Sơ đồ quá trình điện hóa xảy ra khi phóng ắc quy
Bản cực âm

Dung dịch
điện phân
Bản cực
dƣơng
Sản phẩm
trƣớc phóng
Quá trình
ion hóa
Quá trình tạo
dòng
Sản phẩm
sau phóng

22
r
aq
= r
0
+ r
p

Trong đó:
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, nhƣ: cọc
bình, cầu nối
r
p
- Điện trở phân cực của ắc quy, đây là một đại lƣợng có tính chất quy ƣớc

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 tƣơng 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 (hình 2.7).
Với sự giảm nhiệt độ, điện trở suất của dung dịch điện phân tăng lên nhiều
(hình 2.8) 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.
















Điện trở phân cực của ắc quy có bản chất hoàn toàn khác. Sự xuất hiện điện
trở phân cực có thể hình dung nhƣ 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
sức điện động của ắc quy đi một lƣợng gọi là sức điện động phân cực khi phóng và
ký hiệu là E
pp
.
- Khi nạp: nồng độ dung dịch tăng lên, nên sức điện động của ắc quy tăng lên
một lƣợng bằng sức điện động phân cực khi nạp E
pn
.
Hình 2.7: Quan hệ giữa điện
dẫn suất của dung dịch
H
2
SO
4
và nồng độ của nó ở
20
0
C
Điện dẫn suất,
Nồng độ dung dịch, g/cm
3

Điện trở suất,
Nhiệt độ,
Hình 2.8: 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).

23
Vì thế, nếu đo sức điện động của ắc quy ngay sau khi phóng hoặc nạp thì giá
trị nhận đƣợc sẽ khác với giá trị đo khi đã để một thời gian cho dung dịch khuyếch
tán đều khắp bình một giá trị bằng sức điện động phân cực tƣơng ứng. Điện trở
phân cực chính là đại lƣợng phản ánh sức điện động phân cực này. Với bản chất
nhƣ vậy, điện trở phân cực phụ thuộc vào cƣờng độ dòng điện và nhiệt độ dung
dịch nhƣng không tuân theo định luật Ôm.
Khi tăng dòng phóng, nồng độ dung dịch vùng sát các bản cực giảm nhiều,
làm tăng sức điện động 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 lƣợng axít đã tham gia
phản ứng, nên nồng độ trong các bản cực càng giảm nhiều và sức điện động phân
cực càng lớn.
Nhiệt độ ảnh hƣởng lớn đến điện trở phân cực vì nhiệt độ giảm làm tăng độ
nhớt của dung dịch, gây khó khăn cho quá trình khuyếch tán của nó.
* Điện dung:
Điện dung của ắc quy là một đại lƣợng đặc trƣng cho khả năng phóng và nạp
điện của nó. Có một số khái niệm điện dung khác nhau nhƣ sau:
+ Điện dung phóng: là điện lƣợng mà ắc quy có thể cung cấp cho phụ tải (tính
bằng A.h) khi cho nó phóng đến hiệu điện thế cho phép.
Nếu ký hiệu điện dung phóng là Q
p

thì:
Q
p
= I
p
.t
p

Ở đây:
I
p
- Dòng điện phóng, A;
t
p
- Thời gian phóng, h.
+ Điện dung nạp: là điện lƣợng mà ắc quy tiếp nhận đƣợc 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

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 thƣờng phải lớn hơn
điện dung phóng 10÷15%.
Từ các định nghĩa trên ta thấy rằng: điện dung của ắc quy là một đại lƣợng
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, ngƣời 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.
Điện dung xác định trong những điều kiện cụ thể nhƣ vậy, là một đại lƣợng
hoàn toàn xác định và đƣợc gọi là điện dung định mức. Điện dung này đƣợc cho
trong lý lịch và ghi trong ký hiệu của ắc quy.

24
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 trƣớc hết vào số lƣợng chất tác dụng và lƣợng
dung dịch điện phân. Với một lƣợng chất tác dụng và dung dịch xác định thì điện
dung lại phụ thuộc nhiều vào hệ số sử dụng chúng.
Hệ số sử dụng chất tác dụng chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố quan trọng sau:
- Độ xốp của chất tác dụng: chất tác dụng càng xốp làm dung dịch càng dễ
khuyếch tán sâu vào trong các bản cực nên lƣợng chất tác dụng thực tế tham gia
các phản ứng hoá học càng nhiều do đó hệ số sử dụng chúng càng lớn.
- Chiều dày các bản cực: các bản cực càng dày thì hệ số sử dụng chất tác dụng
càng nhỏ, vì các lớp bên trong của bản cực khó tiếp xúc đƣợc với dung dịch điện
phân và đƣợc sử dụng ít hơn nhiều so với các lớp phía ngoài, đặc biệt là khi dòng
phóng có giá trị lớn.
- 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 hƣởng đến lƣợng 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 ngƣời ta căn cứ chủ yếu vào điều kiện
khí hậu và mùa để quyết định nồng độ dung dịch. Thông thƣờng, nồng độ dung
dịch của ắc quy đã đƣợc nạp no dao động trong giới hạn 1,27÷1,31 g/cm
3
.
- Chế độ phóng: chế độ phóng đƣợc xác định bởi gía trị dòng mà ắc quy cung
cấp liên tục trong một thời gian xác định.
Chế độ phóng đƣợc coi là lâu dài nếu nhƣ 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 đƣợc 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 đƣợc 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
đƣợc 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, lƣợng 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.

- Mức độ và chế độ nạp: ắc quy càng đƣợc nạp no, hệ số sử dụng chất tác
dụng càng lớn. Vì rằng lƣợng chì và điôxýt chì trong các bản cực cũng nhƣ nồng độ
dung dịch điện phân tăng theo mức độ nạp.
* Hiệu suất của ắc quy:
Hiệu suất của ắc quy đặc trƣng cho tính kinh tế của nó. Ngƣời ta chia ra hai

25
Hình 2.9: Đặc tính phóng của ắc quy
loại hiệu suất: hiệu suất theo điện dung (ampe giờ) và hiệu suất theo năng lƣợng
(woát giờ).
Hiệu suất theo điện dung đối với những ắc quy khởi động hiện nay nằm trong
khoảng 0,94÷0,96 và đƣợc xác định theo công thức:



tn
n
tp
p
Q
dtI
dtI
0
0


Những tổn thất làm giảm hiệu suất theo điện dung chủ yếu là những tổn thất
cho việc điện phân nƣớc ở cuối quá trình nạp và những tổn thất do hiện tƣợng tự
phóng điện.
Hiệu suất theo năng lƣợng thấp hơn, vì ngoài những tổn thất trên, nó còn tính

cả những tổn thất về nhiệt trong quá trình phóng và nạp điện.
2.3.2. Đặc tính.
Đặc tính phóng nạp:
- Đặc tính phóng nạp của ắc quy (hình 2.9 và 2.10) là các đƣờng 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 đƣờng thẳng (vì tốc độ phản ứng hoá học và do đó, lƣợng
chất tác dụng và axít H
2
SO
4
tham gia phản ứng không thay đổi theo thời gian).
Ta thấy đƣờng E
0
cũng có dạng tuyến tính nhƣ đƣờng , còn hiệu điện thế thì
nhỏ hơn sức điện động một lƣợng bằng độ sụt thế trong ắc quy:
U
p
= E
0
- (I
p
.r
aq
) = E
0
- I
p

.r
0
- E














Ở đầu quá trình phóng: hiệu điện thế giảm đột ngột một lƣợng 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 sức điện động phân cực. Nồng độ dung dịch
trong các bản cực giảm sẽ làm khuyếch tán lớp dung dịch mới vào thế chỗ. Nồng
P