Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phát đa điện áp

v


TÓM TẮT




 








                



   







vi

ABSTRACT

 

          
          
        

 
            






           



           






vii



MỤC LỤC

NỘI DUNG TRANG
TRANG TỰA
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
LÝ LỊCH KHOA HỌC i
LỜI CAM ĐOAN iii
LỜI CẢM TẠ iv
TÓM TẮT v
MỤC LỤC vii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x
DANH SÁCH CÁC HÌNH xi
Chương 1: TỔNG QUAN 1
 
 
 
 
 
 
Chương 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 7
 
 
 
 
 
 
viii

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
Chương 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHÁT ĐA ĐIỆN ÁP 74
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ix

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Chương 4: THỬ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐA ĐIỆN ÁP 99
 
 
 
 
 
Chương 5: KẾT LUẬN 107
 
 
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109










x



DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 








xi




DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH
Hình 1.1:
Hình 1.2:
Hình 2.1:
Hình 2.2:
Hình 2.3:
Hình 2.4:
Hình 2.5a:
Hình 2.5b:
Hình 2.6:
Hình 2.7:
Hình2.8 :
Hình 2.9: 
Hình 2.10:
Hình 2.11:
Hình 2.12: 
Hình 2.13:
Hình 2.14:
Hình 2.15:
Hình 2.16:

Hình 2.17:

Hình 2.18:
xii

Hình 2.19: 

Hình 2.20:
Hình 2.21:
Hình 2.22:
Hình 2.23:
Hình 2.24:
Hình 2.25:
Hình 2.26:
Hình 2.27a:
Hình 2.27b:
Hình 2.27c:
Hình 2.28:
Hình 2.29a:
Hình 2.29b:
Hình 2.30:
Hình 2.31:
Hình 2.32:
Hình 2.33: 
Hình 2.34:
Hình 2.35: 
Hình 2.36:
Hình 2.37:
Hình 2.38:
Hình 2.39:
Hình 2.40: 
Hình 2.41a: 

Hình 2.41b:
Hình 2.42:
xiii

Hình 2.43:
Hình 3.1:
Hình 3.2:
Hình 3.3:
Hình 3.4: 
Hình 3.5:
Hình 3.6:
Hình 3.7:
Hình 3.8: 
Hình 3.9:
Hình 3.10: 
Hình 3.11:
Hình 3.12: 
Hình 3.13: 
Hình 3.14:
Hình 3.15:
Hình 3.16:
Hình 3.17:
Hình 3.18:
Hình 3.19: 
Hình 4.1:
Hình 4.2:
Hình 4.3:
Hình 4.4:
Hình 4.5:





xiv






DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG
Bảng 3.1:
Bảng 4.1:
Bảng 4.2:
Bảng 4.3:
Bảng 4.4:
Bảng 4.5:



1




 
Với xu hướng phát triển rất mạnh hiện nay và trong tương lai của ngành công
nghiệp ôtô. Chiếc xe ngày nay ngày một tiện nghi và hiện đại hơn. Đặc biệt, hệ

thống điện và điện tử trên ô tô đã có sự phát triển vượt bậc, nhằm để đáp ứng các
yêu cầu như: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm lượng khí thải
gây ô nhiễm môi trường, tăng tính năng an toàn, tính tiên nghi thoải mái của ô tô.
Chính vì vậy h
ệ thống điện trên ô tô ngày nay đóng vai trò rất quan trọng vì các
trang thiết bị kèm theo ngày càng nhiều hơn và đều vận hành bằng điện.
Những phát triển gần đây trên ô tô chủ yếu liên quan đến phần điện. Trên một
chiếc ô tô hiện đại, phần điện chiếm một phần đáng kể trong giá trị tổng thành của
nó. Hệ thống điên và điện tử can thiệp vào gần như tất cả các hệ thống trên một
chiếc xe, từ hệ thống đơn giản có từ lâu đời như khởi động, đánh lửa đến những hệ
thống mới được nghiên cứu ứng dụng như hệ thống bảo đảm an toàn cho người sử
dụng túi khí, phanh điện, hỗ trợ lái xe, treo điện, thiết bị chỉ dẫn vệ tinh và các hệ
thống tiện nghi như điều hòa, âm thanh, hệ thống giải trí đa phương tiện Sẽ dần
trở thành những trang bị tiêu chuẩn cho bất kỳ một chiếc ôtô nào. Đặc biệt gần đây
là sự phát triển của xe hydrid, hệ thống start-stop hay hệ thống kiểm soát máy phát
thông minh yêu cầu biết được tình trạng accu.
Sự gia tăng số lượng tải điện trên xe ngày nay là một thách thức đối với hệ
thống cung cấp điện đặc biệt là accu. Một hệ thống sạc thông minh hay máy phát đa
điện áp là yêu cầu cần thiết cho chiếc xe, tùy thuộc vào tình trạng của accu và tải
điện đang hoạt động trên xe mà điện áp phát ra từ máy phát có thể thay đổi cao hay
thấp khác nhau trong một giới hạn nhất định để đảm bảo cho accu được nạp điện
một cách tốt hơn nhằm tăng tuổi thọ, hạn chế hiện tưởng sôi nước accu khi nạp no
làm cạn dung dịch điện phân mà ở hệ thống sạc truyền thống trước đó còn tồn tại.
2

Ngoài ra hệ thống sạc thông minh cũng phải đảm bảo được chức năng cơ bản
của nó là đảm bảo cung cấp một nguồn điện đầy đủ ổn định cho tải điện trên xe
trong suốt thời gian hoạt động và cả khi động cơ đã dừng. Khả năng tự chuẩn đoán
hư hỏng, kiểm soát tình trạng của accu, cung cấp thông tin cần thiết một cách nhanh
chóng và chính xác cho các hệ thống khác như hệ thống start-stop trên xe hiện đại,

hạn chế sự cố xe do accu hết điện, cũng như chức năng cảnh báo, hoạt động ở chế
độ dự phòng khi có bất kỳ lỗi nào xảy ra ở hệ thống cung cấp điện.
 
Khoa học kỹ thuật trên thế giới nói chung ngày nay phát triển rất nhanh. Nhiều
đề tài nghiên cứu giữa các nhà khoa học, các kỹ sư ô tô và các công ty cung cấp linh
kiện phụ tùng kết hợp với các nhà sản ô tô để tạo ra một hệ thống sạc thông minh
nhằm tối ưu hiệu quả sạc accu tăng tuổi thọ, dự báo được tình trạng accu hạn chế hư
hỏng do accu phóng hết điện hay hệ thống sạc gặp sự cố. Cũng như tối ưu hóa việc
sử dụng năng lượng điện trên xe giữa năng lượng cung cấp từ máy phát và accu với
năng lượng tiệu thụ từ các trang thiết bị tải điện trên xe.
Theo Dave Hobbs đăng trên tập chí motormagazine online tháng 4 năm 2010 về
một hệ thống sạc thống minh “Smart charging system” của GM bao gồm một accu,
một máy phát điện xoay chiều 3 pha được động cơ dẫn động và một vài module
giám sát điều kiển điều chỉnh điện áp. Bộ điều chỉnh điện áp sử dụng thông tin từ
cảm biến accu để xác định trạng thái accu tính toán điện áp hệ thống cần thiết cung
cấp cho tối ưu hiệu quả sạc accu có thể 13V hay thấp hơn khi accu đầy, hay 14,8V
đến 15,5V khi accu phóng điện nhiều cần nạp nhanh. Phụ thuộc vào model xe và
năm sản xuất mà điện đầu ra máy phát thay đổi khác nhau theo những chế độ sạc.
Và khi có bất kỳ sự cố lỗi nào xảy ra như hở mạch hay mất thông tin từ cảm biến
accu thì mật định điện áp đầu ra máy phát là 13,8V đồng thời lỗi được set trong
module điều khiển.
Theo Andreas Heim của BMW đăng trên tạp chí SAE tháng 10 năm 2006 về hệ
thống quản lý năng lượng trên xe với cảm biến accu thông minh “Intelligent battery
3

sensor” có trên những dòng xe BMW mới series 5 và 7. Trong một xe hiện đại 90%
sự đổi mới là xoay quanh hệ thống điện, năm 2002 với hơn 70 bộ điều khiển khác
nhau thực hiện trên 2000 chức năng. Ngoài ra để giảm ô nhiễm và tiêu hao nhiên
liệu tốc độ cầm chừng động cơ đốt trong đã giảm xuống, kết quả giảm công suất
đầu ra máy phát điện ở tốc độ cầm chừng làm cho accu phóng điện dẫn đến sự cố

accu hết điện. Hình 1.1 (Nguồn: Theo Andreas Heim, The intelligent battery sensor,
ADAC 2002) thể hiện thống kê của câu lạc bộ ô tô Đức ADAC năm 2002 về sự cố
xe do hệ thống điện chủ yếu là do accu. Vì vậy quản lý năng lượng và trạng thái
accu là quan trọng tại mọi thời điểm.

 Biểu đồ thống kê sự cố xe do hệ thống điện của ADAC 2002
Accu như là một nguồn năng lượng dự trữ trên xe và nó được giám sát bởi hệ thống
quản lý năng lượng, hệ thống đảm bảo cân bằng giữa năng lượng được tạo ra ở máy
phát điện, accu và tải điện yêu cầu, đảm bảo xe khởi động được trong mọi thời
điểm. Thông qua IBS tình trạng accu được xác định một cách chính xác và liên tục
sau đó ECU dựa vào thông tin này tính toán điện áp tối ưu điều khiển máy phát điện
thông qua đòng kích từ, tăng tốc độ cầm chừng hay ngắt bớt các phụ tải điện đảm
bảo accu được nạp no và không phóng hết điện.
Gần đây hơn, tháng 4 năm 2011 Ford cũng nghiên cứu phát triển điều khiển
máy phát điện trên xe với bộ sạc thông minh “Smart charger”. Theo Pete khi hệ
thống điện trở nên phức tạp, một bộ tiết chế đơn giản là không đáp ứng đủ nhu cầu
điện. Vì lý do đó một vài nhà sản xuất ô tô như Ford, Mazda, Peugeot phải tích hợp
4

một bồ điều khiển máy phát thông minh vào hệ thống sạc. Trong khi ở máy phát
truyền thống, điện áp phát ra cố định và được tiết chế điều khiển. Nhiệm vụ này
trong hệ thống sạc mới được giao cho module điều khiển động cơ.

 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sạc mới
Với hệ thống sạc thông minh này dòng điện sạc accu được tối ưu tính toán từ
module điều khiển động cơ và thay đổi điện áp phát ra theo tình trạng điện áp của
accu. Đúng với tên gọi thông minh hệ thống nhận biết được lúc động cơ khởi động
và ngắt dòng kích từ không cho máy phát hoạt động để giảm momen xoắn kéo động
cơ. Ở tốc độ cầm chừng thấp mà tải điện lớn PCM sẽ tăng tốc độ cầm chừng lên
một ít để tăng công suất đầu ra ở máy phát điện hoặc ngắt bớt các tải điện như hệ

thống sưởi, điều hòa đảm bảo cho bình được nạp mà không phải phóng điện. Cũng
như ở các model xe khác hệ thống cũng có khả năng tự chuẩn đoán và hoạt động dư
phòng. Khi phát hiện có lỗi xảy ra thì điện áp sạc 13,5V được cố định đảm bảo dòng
điện cung cấp cho các hệ thống trên xe.
Để tối ưu quá trình sạc, giám sát tình trạng accu, quản lý hệ thống cung cấp
năng lượng thông qua ECU thì các nhà sản xuất ô tô nỗi tiếng ở châu âu như
Mercedes, Audi, Posche và các hãng mới phát triển gần đây như Hyundai cũng đã
nghiên cứu, áp dụng hệ thống sạc thông minh hay máy phát đa điện áp trên các mẫu
xe cao cấp của họ.
5

Tình hình nghiên cứu trong nước về hệ thống cung cấp điện trên ô tô về máy
phát điện, mạch tiết chế thì có nhiều đề tài thực hiện và thử nghiệm thành công.
Nhưng một hệ thống điện thông minh, một máy phát đa điện áp thì vẫn còn mới
chưa có nhiều công trình được thực hiện chỉ là đang trong giai đoạn tìm hiểu và
phát triển ở các trường đại học.
Vì vậy, với tinh thần nghiên cứu học hỏi cùng với được sự hướng dẫn của
Thầy PGS-TS Đỗ Văn Dũng học viên đã quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu
thiết kế chế tạo máy phát đa điện áp” nhằm giám sát cảnh báo tình trạng accu
phóng điện, cải tiến hiệu quả sạc hiện tại một cách tốt hơn hạn chế hiện tượng nước
khi accu no kéo dài thêm tuổi thọ. Đề tài nghiên cứu cũng khái quát ra một hệ thống
cung cấp điện mới trên ô tô làm cơ sở nền tản để phát triển vấn đề cân bằng năng
lượng đáp ứng nhu cầu xã hội và theo kịp thế giới, góp phần phục vụ cho nhiều dự
án nghiên cứu tiếp theo được hoàn thiện hơn.
 
- Nghiên cứu khái quát hệ thống cung cấp điện trên ô tô.
- Cải tiến hệ thống cung cấp điện trên xe giám sát tình trạng accu dựa vào
thông số dòng điện và điện áp sạc tính toán điện áp sạc tối ưu nhằm cải thiện
hiệu quả sạc accu hiện tại, khắc phục hiện tượng cạn dung dịch điện phân,
đảm bảo accu được nạp no không phóng hết điện.

- Dùng vi điều khiển chế tạo bộ tiết chế thông minh điều khiển dòng kích từ
cho máy phát điện hiện tại.
- Thử nghiệm mô hình máy phát đa điện áp và đánh giá kết quả.
 
- Đối tượng nghiên cứu: Máy phát điện trên ô tô và bộ tiết chế
- Giới hạn đề tài: Đề tài chỉ tập trung vào hệ thống cung cấp điện trên những
dòng xe ô tô du lịch đang lưu hành tại thị trường việt nam, chủ yếu là dùng vi
điều khiển để thiết kế chế tạo tiết chế thông minh của máy phát điện có sẵn
trên ô tô với điện áp phát ra thay đổi trong một dãy giới hạn nhất định tùy
theo chế độ làm việc được tính toán lập trình trước.
6

- Đề tài không đi vào nghiên cứu hệ thống cung cấp điện trên xe điện, xe
hydrid và những hệ thống khác trên xe.
 
- Phương pháp tham khảo tài liệu.
- Phương pháp tham khảo ý kiến.
- Phương pháp tính toán.
- Phương pháp lập trình vi điều khiển.
- Phương pháp thực nghiệm.
 
- Hệ thống cung cấp điện trên ô tô.
- Phân tích chế độ làm việc giữa máy phát, accu và sự phân bố tải.
- Tìm hiểu về accu và chế độ nạp.
- Nghiên cứu đề xuất nguyên lý, kết cấu máy phát đa điện áp.
- Thiết kế chế tạo mạch tiết chế cho máy phát.
- Thực nghiệm máy phát đa điện áp và đánh giá kết quả.


7

2
CƠ SỞ LÍ THUYẾT

2.1 Khái quát hệ thống cung cấp điện trên ô tô
Nguồn điện trên ô tô là nguồn điện một chiều được cung cấp bởi accu, nếu động cơ
chưa làm việc, hoặc bởi máy phát điện nếu động cơ đã làm việc. Để tiết kiệm dây
dẫn, thuận tiện khi lắp đặt sửa chữa… trên đa số các xe, người ta sử dụng thân sườn
xe (car body) làm dây dẫn chung (single wire system). Vì vậy, hệ thống điện trên ô
tô được gọi là hệ thống điện một dây, đầu âm của nguồn điện được nối trực tiếp ra
thân xe.
Để cung cấp năng lượng cho các phụ tải trên ô tô, cần phải có bộ phận tạo ra năng
lượng điện. Nguồn năng lượng này được tạo ra từ máy phát điện trên ô tô. Khi động
cơ hoạt động, máy phát cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho accu. Để bảo
đảm toàn bộ hệ thống hoạt động một cách hiệu quả, an toàn, năng lượng đầu ra của
máy phát và năng lượng yêu cầu cho các tải điện phải thích hợp với nhau.
Yêu cầu đặt ra cho máy phát phụ thuộc vào kiểu và cấu trúc máy phát lắp trên xe,
được xác định bởi việc cung cấp năng lượng điện cho các tải điện và accu. Có hai
loại máy phát: máy phát một chiều (Generator) và máy phát điện xoay chiều
(Alternator). Các máy phát một chiều được sử dụng trên xe thế hệ cũ. Hiện nay đa
số các máy phát trên ô tô là máy phát xoay chiều.
2.1.1 Nhiệm vụ
Máy phát điện xoay chiều là một ngồn năng lượng chính trên ô tô. Nó có
nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho accu trên ô tô. Nguồn
điện phải bảo đảm một hiệu điện áp ổn định ở mọi chế độ phụ tải và thích ứng
với mọi điều kiện môi trường làm việc.
2.1.2 Yêu cầu
8

Máy phát phải luôn tạo ra một hiệu điện áp ổn định (13,8V – 14,2V đối với hệ

thống điện 14V) trong mọi chế độ làm việc của phụ tải. Máy phát phải có cấu
trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
Máy phát cũng phải có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có
thể làm việc ở những vùng có nhiều bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung động lớn.
Việc duy tu và bảo dưỡng càng ít càng tốt.
2.1.3 Những thông số cơ bản của hệ thống cung cấp điện
Hiệu điện áp định mức: Phải bảo đảm
VU
đm
14
đối với những xe sử dụng hệ
thống điện 12V,
VU
đm
28
đối với những xe sử dụng hệ
thống điện 24V.
Công suất máy phát: Phải đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các tải điện trên
xe hoạt động. Thông thường, công suất của các máy
phát trên ô tô hiện nay vào khoảng
WP
mf
1500700 
.
Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp
AI 14070
max


Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát:

minmax
,nn
phụ thuộc vào tốc độ
của động cơ đốt trong.
xinn
i

min


Trong đó: i – tỉ số truyền

i
n
- tốc độ cầm chừng của động cơ
i = 1,5 – 3
Hiện nay trên xe đời mới sử dụng máy phát cao tốc nên tỉ số truyền i cao hơn.
Nhiệt độ cực đại của máy phát
0
max
t
: Là nhiệt độ tối đa mà máy phát có thể hoạt
động.
Hiệu điện áp hiệu chỉnh: Là điện áp làm việc của bộ tiết chế
VU
hc
2,148,13 
.
9

2.1.4 Sơ đồ tồng quát, sơ đồ cung cấp điện và phân bố tải

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát
 Sơ đồ các tải công suất điện trên ôtô
Các loại phụ tải điện trên ôtô được mắc song song qua cầu chì và có thể được
chia làm 3 loại:

Tải thường trực: là những phụ tải liên tục hoạt động khi xe đang chạy.

Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian dài.

Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian ngắn.
Ngoài ra, người ta cũng phân biệt phụ tải điện trên ô tô theo công suất, điện áp
làm việc Trên hình 2.2 trình bày sơ đồ phụ tải điện trên ôtô hiện đại.
Accu
Máy phát
điện
HT đi
ều khiển động c
ơ
(Đánh lửa & phun xăng)
HT kh
ởi động
động cơ

HT

chiếu sáng

HT g
ạt &
xông kính

HT

tín hiệu


HT đi
ề
u hòa
không khí

HT khóa

c
ửa
& bảo vệ xe

HT ĐK
phanh

HT khoá đai an
toàn & ĐK túi khí

HT gi
ải trí
trong xe

HT thông tin

10



Hình 2.2: Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô



ACCU MÁY PHÁT
T
ải hoạt động gián đoạn
trong thời gian dài


Tải thường trực

T
ải hoạt động gián đoạn
trong thời gian ngắn

H
ệ thống đánh
lửa 20W

Bơm nhiên
liệu 50 - 70W

Hệ thống
phun nhiên
liệu
70 - 100W

Car radio
10 - 15W

Đèn báo rẽ

4 x 21W

Đèn sương mù
2 x 35W

Đèn stop
2 x 21W

Đèn lùi
2 x 21W

Đèn báo
trên tableau
8x2W

Đèn trần 5W

Motor gạt
nước 60 - 90W

Đèn kích
thước 4x10W


Motor điều
khiển kính

4 x 30W

Khởi động điện

800 - 3000W

Đèn đậu
4 x 3-5W

Quạt làm mát
động cơ
2 x 100W

Quạt điều
hoà nhiệt độ

2 x 80W

Đèn cốt
4 x 55W

Xông kính

120W

Mồi thuốc
100W

Đèn pha
4 x 60W

H
ệ thống xông
máy (động cơ
diesel) 100W

Đèn soi bi
ển
số 2 x 5W

Motor phun
nước rửa
kính 30-60W


Motor điều
khiển anten
60W

Còi 25 - 40W

11

2.1.5 Chế độ làm việc giữa Accu – máy phát và sự phân bố tải

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán hệ thống cung cấp điện
Sự phân bố tải giữa máy phát và accu được thể hiện trên hình 2.3.
Theo định luật Kirchhoff ta có thể viết:
U
mf
= r
1
.I
mf
+ I
L
.R
L

E
a
= r
a
.I
a
+ I
L
.R
L

I
L

= I
a
+ I
mf

Hay r
1
.I
mf
+ 0.I
a
+ I
L
.R
L
= U
mf

0.I
mf
+ r
a
.I
a
+ I
L
.R
L
= E
a

I
mf
+ I
a
- I
L
= 0




 
 
aLLa1
aLLamf
La
L1
Laa
Lmf
mf
r.RRrr
E.RRrU
111
Rr0
R0r
110
RrE
R
0

U
I






a11aL
mfaamfL
aLLa1
aLLamf
mf
rr)r(rR
U
r
)
E
(U
R
rR)Rr(r
E
R
)
R
r
(
U
I







I
mf
U
mf
E
a
R
L
I
L
I
a
r
1
r
a
12



Trong đó: I
mf
: dòng điện máy phát.
E
a

,r
a
: sức điện động và điện trở trong của accu.
R
L
: điện trở tương đương các phụ tải điện.
I
L
: dòng điện qua các phụ tải.
I
a
: dòng điện nạp vào accu.
r
1
: điện trở các cuộn dây máy phát và dây dẫn.
Căn cứ vào biểu thức của các cường độ dòng điện nêu trên, ta có thể chia sự
phân tải giữa máy phát và accu làm ba chế độ:
 Chế độ thứ nhất: đây là chế độ không tải ứng với trường hợp không mắc
điện trở ngoài (máy phát chạy không tải). Khi đó R
L
   I
L
= 0. Ở chế
độ này, máy phát chủ yếu nạp cho accu và dòng điện nạp phụ thuộc vào sự
chênh lệch giữa hiệu điện thế hiệu chỉnh của máy phát và sức điện động
của accu.

1
rr
EU

I
a
amf
mf





1
rr
UE
I
a
mfa
a




 
 
aaL
aLamf
La
mf
La
Lmf
a
rrrrR

rEREU
Rr
Ur
RE
rUr
I
.
.
111
0
0
101
0
11
1
1
1






 
a11aL
1aamf
La
L1
aa
mf1

L
r.rrrR
r.ER.U
111
Rr0
R0r
011
Er0
U
0
r
I





13

 Chế độ thứ hai: là chế độ tải trung bình. Khi các phụ tải điện đang hoạt
động có điện trở tương đương R
L
< , sao cho I
L
< I
mf
, máy phát sẽ đảm
nhận nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải này và dòng nạp sẽ giảm. Ở
chế độ này, máy phát cung cấp điện cho hai nơi: một phần cho accu và
một phần cho phụ tải.

Khi điện trở tương đương của các phụ tải đạt giá trị thì
dòng nạp bằng không
 Chế độ thứ ba: là chế độ quá tải xảy ra trong trường hợp mở quá nhiều
phụ tải. Khi đó R
L
 0. Nếu điện trở tương đương của các phụ tải điện
đang làm việc R
L
< (E
a.
r
1
)/(U
mf
- E
a
), accu bắt đầu phóng điện, hỗ trợ một
phần điện năng cho máy phát.
2.2 Accu
2.2.1 Nhiệm vụ và phân loại accu trên ô tô
a. Nhiệm vụ
Accu trong ô tô thường được gọi là accu khởi động để phân biệt với loại accu
sử dụng ở các lãnh vực khác. Accu khởi động trong hệ thống điện thực hiện chức
năng của một thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại. Đa số accu
khởi động là loại accu chì – axit. Đặc điểm của loại accu nêu trên là có thể tạo ra
dòng điện có cường 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.
Accu khởi động còn cung cấp điện cho các tải điện quan trọng khác trong hệ
thống điện, cung cấp từng phần hoặc toàn bộ trong trường hợp động cơ chưa làm

việc hoặc đã làm việc mà máy phát điện chưa phát đủ công suất (động cơ đang làm
việc ở chế độ số vòng quay thấp): cung cấp điện cho đèn đậu (parking lights), radio
cassette, CD, các bộ nhớ (đồng hồ, hộp điều khiển…), hệ thống báo động…
amf
a
L
EU
rE
R


1
.
14

Ngoài ra, accu còn đóng vai trò bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện
ô tô khi điện áp máy phát dao động.
Điện áp cung cấp của accu là 12V hoặc 24V. Điện áp accu thường là 12V đối
với xe du lịch hoặc 24V cho xe tải. Muốn điện áp cao hơn ta đấu nối tiếp các accu
12V lại với nhau.
b. Phân loại
Trên ôtô có thể sử dụng hai loại accu để khởi động: accu axit và accu kiềm.
Nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là accu axit, vì so với accu kiềm nó có
sức điện động của mỗi cặp bản cực cao hơn, có điện trở trong nhỏ và đảm bảo chế
độ khởi động tốt, mặc dù accu kiềm cũng có khá nhiều ưu điểm.
2.2.2 Cấu tạo và quá trình điện hóa của accu axit – chì
a. Cấu tạo
Accu axit bao gồm vỏ bình, có các ngăn riêng, thường là ba ngăn hoặc 6 ngăn
tùy theo loại accu 6V hay 12V.

Hình 2.4: Cấu tạo bình accu axit
Trong mỗi ngăn đặt khối bản cực có hai loại bản cực: bản dương và bản âm.
Các tấm bản cực được ghép song song và xen kẽ nhau, ngăn cách với nhau bằng các
tấm ngăn. Mỗi ngăn như vậy được coi là một accu đơn. Các accu đơn được nối với
nhau bằng các cầu nối và tạo thành bình accu. Ngăn đầu và ngăn cuối có hai đầu tự
do gọi là các đầu cực của accu. Dung dịch điện phân trong accu là axit sunfuric,
15

được chứa trong từng ngăn theo mức qui định thường không ngập các bản cực quá
10  15 mm.
Vỏ accu được chế tạo bằng các loại nhựa ebônit hoặc cao su cứng, có độ bền
và khả năng chịu được axit cao. Bên trong vỏ được ngăn thành các khoang riêng
biệt, ở đáy có sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống (giữa đáy bình và khối
bản cực) nhằm chống việc chập mạch do chất tác dụng rơi xuống đáy trong quá
trình sử dụng.
Khung của các tấm bản cực được chế tạo bằng hợp kim chì – stibi (Sb) với
thành phần 87  95% Pb + 5 13% Sb. Các lưới của bản cực dương được chế tạo từ
hợp kim Pb-Sb có pha thêm 1,3%Sb + 0,2% Kali và được phủ bởi lớp bột dioxit chì
Pb0
2
ở dạng xốp tạo thành bản cực dương. Các lưới của bản cực âm có pha 0,2% Ca
+ 0,1% Cu và được phủ bởi bột chì. Tấm ngăn giữa hai bản cực làm bằng nhựa
PVC và sợi thủy tinh có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm,
nhưng cho axit đi qua được.

Hình 2.5: a. Cấu tạo khối bản cực
b. Cấu tạo tấm bản cực
Dung dịch điện phân là dung dịch axid sulfuric H
2
SO

4
có nồng độ 1,22  1,27
g/cm
3
, hoặc 1,29 1,31g/cm
3
nếu ở vùng khí hậu lạnh . Nồng độ dung dịch quá cao
sẽ làm hỏng nhanh các tấm ngăn, rụng bản cực, các bản cực dễ bị sunfat hóa, khiến
tuổi thọ của accu giảm. Nồng độ quá thấp làm điện thế accu giảm.