hệ thống cung cấp điện trên ôtô máy kéo

GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

HỌC TRÌNH II: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN
ÔTÔ MÁY KÉO

Chương 1 ẮC QUI KHỞI ĐỘNG
Ôtô hiện nay được trang bò nhiều chủng loại thiết bò
điện và điện tử khác nhau. Từng nhóm các thiết bò điện
có cấu tạo và tính năng riêng, phục vụ một số mục đích
nhất đònh, tạo thành những hệ thống điện riêng biệt trong
mạch điện của ôtô.
1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN Ô TÔ –
MÁY KÉO:
1.1.1 Khái quát về các hệ thống điện:
(1) Hệ thống khởi động (starting system): Bao gồm ắc
qui, máy khởi đäng điện (starting motor), các relay điều
khiển và relay bảo vệ khởi động. Đối với động cơ
diesel có trang bò thêm hệ thống xông máy (glow
system).
(2) Hệ thống cung cấp điện (charging system): gồm ắc
qui, máy phát điện (alternators), bộ tiết chế điện
(voltage regulator), các relay và đèn báo nạp.
(3) Hệ thống đánh lửa (Ignition system): Bao gồm các
bộ phận chính: c qui, khóa điện (ignition switch), bộ
chia điện (distributor), biến áp đánh lửa hay bobine
(ignition coils), hộp điều khiển đánh lửa (igniter), bougie
(spark plugs).
(4)

Hệ thống chiếu ánh sáng và tín hiệu (lighting
and signal system): gồm các đèn chiếu sáng, các đèn
tín hiệu, còi, các công tắc và các rơ-le.

(5) Hệ thống đo đạc và kiểm tra (gauging system):
Chủ yếu là các đồng hồ báo trên tableau và các đèn
báo gồm có: đồng hồ tốc độ động cơ (tachometer),
đồng hồ đo tốc độ xe (speedometer), đồng hồ đo nhiên
liệu và nhiệt độ nước.
(6) Hệ thống điều khiển động cơ (engine control
system): Gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối
cam, ga tự động (cruise control). Ngoài ra, trên các động cơ
diesel ngày nay thường sử dụng hệ thống điều khiển
nhiên liệu bằng điện tử (EDC – electronic diesel control
hoặc common rail injection).

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 1


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

(7) Hệ thống điều khiển ôtô: Bao gồm hệ thống điều
khiển phanh chống hãm ABS (antilock brake system), hộp
số tự động, tay lái, gối hơi (SRS), lực kéo (traction control).

(8) Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning
system): Bao gồm máy nén (compressor), giàn nóng
(condenser), lọc ga (dryer), van tiết lưu (expansion valve), giàn
lạnh (evaporator) và các chi tiết điều khiển như relay,
thermostat, hộp điều khiển, công tắc A/C…
Nếu hệ thống này được điều khiển bằng máy tính sẽ
có tên gọi là hệ thống tự động điều hòa khí hậu
(automatic climate control).
(9) Các hệ thống phụ:
- Hệ thống gạt nước, xòt nước (wiper and washer system).
- Hệ thống điều khiển cửa (door lock control system).
- Hệ thống điều khiển kính (power window system).
- Hệ thống điều khiển kính chiếu hậu (mirror control).
- Hệ thống đònh vò (navigation system)
1.1.2 Yêu cầu đối với hệ thống điện:
(1) Nhiệt độ làm việc:
Tùy theo vùng khí hậu, thiết bò điện trên ôtô được chia ra
làm nhiều loại:

• Ở vùng lạnh và cực lạnh (-40oC) như ở Nga, Canada.
• Ở vùng ôn đới (20oC) như ở Nhật Bản, Mỹ, châu Âu
…

• Nhiệt đới (Việt Nam, các nước Đông Nam Á , châu
Phi…).

• Loại đặc biệt thường dùng cho các xe quân sự (sử dụng
cho tất cả mọi vùng khí hậu).
(2) Sự rung xóc:
Các bộ phận điện trên ôtô phải chòu sự rung xóc

với tần số từ 50 đến 250 Hz, chòu được lực với gia tốc
150m/s2.
(3) Điện áp:
Các thiết bò điện ôtô phải chòu được xung điện áp
cao với biên độ lên đến vài trăm volt.
(4) Độ ẩm:

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 2


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Các thiết bò điện phải chòu được độ ẩm cao thường có
ở các nước nhiệt đới.
(5) Độ bền:
Tất cả các hệ thống điện trên ôtô phải được hoạt
động tốt trong khoảng (0,9÷ 1,25) U đònh mức (m = 14 V
hoặc 28 V) ít nhất trong thời gian bảo hành của xe.
(6) Nhiễu điện từ:
Các thiết bò điện và điện tử phải chòu được nhiễu
điện từ xuất phát từ hệ thống đánh lửa hoặc các
nguồn khác.
2.1.3 Nguồn 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, đầu âm của
nguồn điện được nối trực tiếp ra thân xe.
2.1.4 Các phụ tải trên ôt tô:
Các loại phụ tải điện trên ôtô được mắc song song
và có thể được chia làm 3 loại:
(1) Phụ tải làm việc liên tục: gồm bơm nhiên liệu (50
÷ 70W), hệ thống đánh lửa (20W), kim phun (70 ÷ 100W) …
(2) Phụ tải làm việc không liên tục: gồm các đèn
pha (mỗi cái 60W), cốt (mỗi cái 55W), đèn kích thước (mỗi
cái 10W), radio car (10 ÷ 15W), các đèn báo trên tableau
(mỗi cái 2W)…
(3) Phụ tải làm việc trong khoảng thời gian ngắn:
gồm đèn báo rẽ (4 x 21W + 2 x 2W), đèn thắng (2 x 21W),
motor điều khiển kính (150W), quạt làm mát động cơ (200W),
quạt điều hòa nhiệt độ (2 x 80W), motor gạt nước (30 ÷
65W), còi (25 ÷ 40W), đèn sương mù (mỗi cái 35 ÷ 50W), còi
lui (21W), máy khởi động (800 ÷ 3000W), mồi thuốc (100W),
anten (dùng motor kéo 60W), hệ thống xông máy (động cơ
diesel) (100 ÷ 150W), ly hợp điện từ của máy nén trong hệ
thống lạnh (60W)…
Ngoài ra, người ta cũng phân biệt phụ tải điện trên
ô tô theo công suất, điện áp làm việc ...
1.2 ẮC QUI KHỞI ĐỘNG:
1.2.1 Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại:
(1) nhiệm vụ:

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 3


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Ắcqui khởi động có nhiệm vụ:
-

Cung cấp điện cho các phụ tải điện trong lúc động cơ
ngừng hoạt động hoặc số vòng quay động cơ còn
thấp.

-

Ổn đònh điện áp trong mạch.

-

Tích trữ năng lượng điện.

-

Khởi động động cơ.

(2) Yêu cầu:
-

Có khả năng khởi động được động cơ, độ sụt thế nhỏ.

-

Phải cung cấp điện áp ổn đònh,

-

Chòu được rung, xóc, và nhiệt độ của môi trường (nhiệt
độ môi trường tốt nhất cho ắc qui 300C-350C).

-

Thời gian sử dụng lâu.

(3) Phân loại:
Trên ôtô có thể sử dụng hai loại ắc qui để khởi động:
Ắc qui axit và ắc qui kiềm. Nhưng thông dụng nhất từ trước
đến nay vẫn là ắc qui axit, vì so với ắc qui 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
ắc qui kiềm cũng có khá nhiều ưu điểm.
c qui thường dùng để khởi động động cơ ô tô là
ắc qui chì còn gọi là ắc qui axit. Đặc điểm của ắc qui này
là kích thước tương đối nhỏ nhưng có khả năng cung cấp
dòng điện lớn trong thời gian ngắn (200 đến 500 ampe trong
5 đến 10 giây ), độ sụt thế bên trong ít.
1.2 2 Cấu tạo và quá trình điện hóa của ắc qui a-xit:
1.2.2.1 Cấu tạo:

Ắc qui axit bao gồm: Vỏ bình, nắp bình, bản cực, tấm ngăn
và dung dòch điện phân.

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 4


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Hình 1.1: Cấu tạo bình ắc qui chì

(1) Vỏ bình:
Vỏ bình được đúc một khối và chế tạo bằng nhựa
êbônít, cao su cứng hay bằng tổng hợp nhựa axphantơpec…
Phía trong chia thành ngăn kín riêng biệt. Dưới đáy mỗi
ngăn có 4 sống đỡ các bản cực (plaques) tạo thành
khoảng trống giữa đáy bình và các bản cực tránh tình
trạng chập mạch. Vỏ phải bền chắc không bò axit ăn mòn
chòu được nhiệt độ.
(2) Bản cực:
Bản cực hay lá chì còn gọi là plaque được cấu tạo bằng
cách trát đầy chất tác dụng ( bột chì ) lên cốt khung lưới.
Cốt đúc bằng hợp kim chì và stibi (Sb) [ 87- 95 % Pb và 513 % Sb]. Cốt khung lưới có nhiệm vụ làm nơi bám bột chì
và phân bố dòng điện đều trên bản cực. Bản cực Dương
trát đầy bột xit chì PbO2, bản Âm trát chì xốp Pb . Sau khi
trát và ép chất tác dụng, người ta ngâm các bản cực

vào dung dòch Axít sulfuric loãng và nạp dòng điện nhỏ. Sau
quá trình tạo cực này chất tác dụng nơi bản Dương hoàn
toàn trở thành PbO2 màu nâu, bản Âm thành chì xốp Pb
màu xám đen. Độ dày bản Dương khoảng (2,05-2,50)mm,
âm (1,80-2,05)mm.
Giai đoạn kế, các bản cực được đem sấy khô và hàn
thành từng nhóm bản cực: nhóm bản dương và nhóm bản
âm. Nhóm bản âm nhiều hơn nhóm bản dương một bản.

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 5


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Hình 1.2: Cấu tạo chi tiết bản cực và khối bản cực

(3) Phần tử bình c qui:
Nhóm bản âm và nhóm bản dương đặt lồng xen kẻ
vào nhau qua trung gian các tấm ngăn và được ngâm
trong hộc dung dòch axít sunfuric và nước tạo thành phần
tử accu. Cứ mỗi bản dương có hai bản âm kẹp hai bên
(Một phần tử 9 bản sẽ có 4 dương và 5 bản âm), mục
đích để sử dụng triệt để các bản dương.
(4) Tấm ngăn:
Trong các phần tử ắc qui tấm ngăn có hai nhiệm vụ:

- Không cho các bản âm
mạch.
-

dương đụng nhau gây chập

Giữ và đỡ chất tác dụng tức bột chì khỏi rơi rả.

Các tấm ngăn phải cách điện tốt, phải xốp để cho
nước điện tích lưu thông tự do quanh các bản cực. Tấm
ngăn được chế tạo bằng êbônít xốp, gỗ hóa học, cao
su xốp, bông thủy tinh ghép với gỗ…
Tấm ngăn dạng hình chữ nhật dầy khoảng 1,5 - 2,4 ly,
có một mặt phẳng day về bản âm, mặt dợn sóng day
về bản dương.
(5) Nắp, nút và cầu nối:
Nắp đậy hộc bình có lỗ đổ và kiểm tra nước điện
tích. Nút bảo vệ không cho nước điện tích sánh ra ngoài
và ngăn tạp chất rơi vào bình. Trong quá trình hoạt động
của ắc qui nước điện tích bò hao dần dưới hình thức bốc
hơi hay ga ( khí Hro và Oxy). Do đó nắp có lỗ thông hơi
từ trong bình ra ngoài. Nếu nắp bình được làm kín thì lỗ
thông hơi trổ nơi nắp ngăn bình. Cầu nối là những thanh
chì có sức tải điện lớn, nối tiếp các hộc bình với nhau.

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 6

GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

(6) Dung dòch điện phân:
Nước điện tích hay dung dòch điện phân là dung dich
Axit sunfuric nguyên chất và nược cất. Nồng độ pha chế
thay đổi tuỳ thuộc vào khí hậu và vật liệu của các
tấm ngăn, thông thường trong khoảng1,21 g/cm3 đến 1,31
g/cm3 ở nhiệt độ 15oC. Nếu nồng đô dung dòch quá cao,
các tấm ngăn sẽ mau hỏng các bản cực chóng bò rã
bột và sunfat hoá làm điện dung giảm nhanh.
Sunfat hoá là hiện tượng những tinh thể sunfat chì PbSO4
màu trắng kết tinh trên bề mặt các bản cực âm và
dương. Lớp tinh thể này cứng và có điện trở cao .
Các nước xứ nóng như Việt Nam nồng độ nước điện
tích trước lần nạp điện đầu tiên là 1,5 g/cm3 ở 25oC.
Nếu nhiệt độ nước điện tích tăng hay giảm so với
mức 25oC phải chỉnh lại số đọc mơi tỷ trọng kế. Vi dụ
cao hơn 1oC ta công thêm sai số 0,0007 g/cm3. Nếu thấp
thua 25oC cứ một độ trù bớt 0,0007 g/cm3.
Khi chưa được nạp đầy hay no điện, thành phần nước
điện tích có khoảng 38% nước Axit sunfuríc (H2SO4) tính theo
trọng lượng, hoặc 27% tính theo thể tích.
1.2.2.2 Quá trình điện hóa của ắc qui axit:
Trong ắc qui thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận
nghòch đặc trưng là quá trình nạp và phóng điện, và được
thể hiện dưới dạng phương trình sau:
PbO2 + Pb + 2H2SO4 ⇔ 2PbSO4 + 2H2O

Trong quá trình phóng điện, hai bản cực từ PbO2 và Pb
biến thành PbSO4. Như vậy khi phóng điện, axit sunfuric bò
hấp thụ để tạo thành sunfat chì, còn nước được tạo ra, do
đó, nồng độ dung dòch H2SO4 giảm.
 Quá trình phóng điện:
Khi ắc qui ờ trạng thái đầy điện thì chất tác dụng ở
bản cực dương là oxit chì (PbO2),bản cực âm là chì xốp (Pb).

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 7


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Hình 1.2: Quá trình phóng điện

Khi ắc qui đang phóng điện quá trình hóa học xảy ra giữa
dung dòch điện phân và chất tác dụng trong các bản cực
được biểu thò như hình vẽ.
Sau khi phóng hết điện, chất tác dụng ở các bản cực
dương và âm đều trở thành sunfat chì (PbSO4). Trong dung
dòch điện phân có nước được hình thành nên nống độ
dung dòch điệp phân sẽ giảm.
 Quá trình nạp điện:
Khi nạp nhờ nguồn nạp một chiều ở mạch ngoài. Trong ắc qui lại
xảy ra quá trình phản ứng hóa học ngược lại như hình vẽ.

Hình 1.3: Quá trình phóng điện

Khi ắc qui được nạp no thì bản cực dương và bản cực âm
được hoàn nguyên (trạng thái ban đầu). Có nghóa bản cực
dương PbO2, bản cực âm Pb và dung dòch điện phân hình
thành H2SO4 nên nồng độ dung dòch điện phân tăng.
1.2.3 Các thông số và đặc tính của ắc qui axit:
1.2.3.1 Các thông số cơ bản:
(1) Sức điện động của ắc qui:
Mỗi ngăn hay mỗi hộc bình là một ắc qui đơn có đầy đủ
các đặc tính tượng trưng cho cả bình điện. Sức điện động E0
là hiệu điện thế đo được giữa cực dương và cực âm bằng
volt kế đặc biệt (lúc đó không phóng điện).
Sức điện động có thể xác đònh bằng công thức thực
nghiệm cho một ắc qui đơn:

E 0 = 0,85 + ρ ( +250 C ) [V]

(1.1)

Trong đó:
E0: sức điện động tónh của ắc qui đơn.

ρ: Nồng độ dung dòch điện phân tính bằng g/cm3
ρ(250C) :Nồng độ dung dòch điện phân quy về +250C

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 8

GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

ρ(250C) = ρđo – 0,0007(25 – t)
- t: Nhiệt độ dung dòch lúc đo.
- ρđo: Nồng độ dung dòch lúc đo.

Sức điện động thực tế ắcquy:
Eaq = E0 ± ∆E

∆E: Độ chênh lệch điện áp lúc phóng hay nạp điện.
Eaq của một ngăn bình khoảng 2,14 V. Nối tiếp ba ngăn
bình sẽ có bình 6V, sáu ngăn sẽ có bình 12 V. Sức điêïn
động ắcquy phụ thuộc vào:
- Đặc tính của vật liệu làm các bản cực.
- Nồng độ dung dòch điện phân, nồng độ cao, sức điện
động sẽ tăng. Nhưng không được tăng quá 1,26 g/cm3
(xứ nóng).
- Nhiệt độ dung dòch điện phân.
(2) Hiệu điện thế ắc qui:
Là hiệu điện thế đo được giữa cực dương và cực âm
bằng volt kế thường (có tiêu tốn điện).
- Khi
(1.2)

phóng

- Khi
(1.3)

nạp

điện:
điện:

Up
Un

=
=

Eaq

Eaq

–

Ip.Raq

+

In.Raq.

Trong đó:
Ip: Cường độ dòng điện phóng.
In: Cường độ dòng điện nạp.

Raq: Điện trở trong của ắcqui.
(3) Điện trở trong ắcqui:
Raq = Rđiện cực + Rbản cực + Rtấm ngăn + Rdung dòch.
Điện trở trong ắc qui phụ thuộc chủ yếu vào điện trở
của điện cực và dung dòch. Pb và PbO2 đều có độ dẫn
điện tốt hơn PbSO4 . Khi nồng độ dung dòch điện phân tăng,
sự có mặt của các ion H+ và SO42- cũng làm giảm điện
trở dung dòch. Vì vậy điện trở trong của ắcqui tăng khi bò
phóng điện và giảm khi nạp. Điện trở trong của ắc qui
cũng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ
thấp, các ion sẽ dòch chuyển chậm trong dung dòch nên
điện trở tăng.
(4) Điện dung:

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 9


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Điện dung của accu là điện lượng mà ắc qui có khả
năng cung cấp cho bộ phận tiêu thụ. Điện dung Q là tích
số dòng điện phóng Ip vơí thời gian phóng tp, đơn vò là Ah.
Qđm = Ip × tp

(Ah) .

(1.4)
Trong đó:
Qđm: Dung lượng của bình ắcquy (A.h).
Qđm: Mang tính chất qui ước như Q5, Q10, Q20 ứng với chế độ
phóng 5 giờ, 10 giờ, 20 giờ.
Ip: Cường độ dòng điện phóng.
tp: Thời gian phóng:
Các yếu tố sau đây quyết đònh điện dung của một ắc
qui:
- Số bản cực trong một ngăn bình.
- Bề mặt và bề dày của ngăn bình.
- Kích thước của ngăn hay hộc bình.
-

Dung tích và nồng độ dung dòch điện phân.

- Vật liệu làm tấm ngăn.
1.2.2.2 Đặc tính của ắc qui axit:

(a)

(b)

Hình 1.4: Đặc tính phóng và nạp điện của ắc qui a-xít
(a): Đặc tính phóngđiện;

(b): Đặc tính nạp điện

(1) Đặc tính phóng điện:

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 10


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Khảo sát đặc tính phóng của ắc qui qui đơn. Khi cho
phóng với dòng điện không đổi Ip = const (Ip = 5,4A) thì
nồng độ dung dòch giảm theo đường thẳng vì số lượcg
chất tác dụng tham gia phản ứng và axít sunfuaric được
thay thế bằng nước trong mỗi giây đều như nhau.
Đường đặc tính E0 cũng giảm tương tự như đường ρ.
Sức điện động thực tế của ắc qui Eaq nhỏ hơn E0
một đại lương là ∆E. Vì khi phóng điện nồng độ dung
dòch trong lòng bản cực luôn thấp hơn nồng độ dung
dòch chung do tốc độ khuếch tán dung dòch đến bản
cực chậm.
Cùng với sự thay đổi của Eaq thì Uaq cũng thay đổi khi
bắt đầu phóng giảm nhanh, sau đó giảm tỷ lệ sự
giảm của nồng độ dung dòch. Khi ở trang thái cân
bằng Up gần như ổn đònh (đoạn thẳng trên đồ thi).
Cuối quá trình phóng PbSO4 được tạo thành trong bản
cực làøm chậm sự khuếch tán dung dòch khiến cho sự
cân bằng bò phá hủy nên Eaq và Uaq giảm nhanh có
chiều hướng giảm về không.

Đến điểm A (1,7V) gọi là điểm cuối quá trình
phóng.Không nên tiêùp tục cho phóng nữa U p giảm
nhanh không đảm bảo điều kiện làm việc của phụ tải
còn gây tác hại cho ắc qui.
Nếu ngưng phóng tại điểm A, Up tăng lên bằng Eaq,
sau một thời gian nhờ sự cân bằng nồng độ bên trong
bản cực với nồng độ chung, Eaq tăng lên bằng E0 =
1,96V. Đoạn nầy gọi là "khoảng nghỉ" rất quan trọng
để phục hồi thế hiệu và dung lượng của ắc qui.
(2) Đặc tính nạp điện:
Khảo sát đặc tính nạp của một ắc qui đơn với dòng
điện không đổi In=const. Khi nạp bằng dòng điện
không đổi, nồng độ và sức điện động tỉnh của
ắcquy tăng đều theo đường thẳng ρ tăng từ 1,11 g/cm3
đến 1,27 g/cm3. Un và Eaq cũng thay đổi theo qui luật
ngược lại lúc phóng điện. Do trong các bản cực hình
thành axít sunfuaric nên nồng độ ở đây cao hơn nồng
độ dung dòch chung nên khi nạp Eaq lớn hơn E0 một đại
lượng là ∆E và hiệu điện thế lúc nạp Un = Eaq + In.Raq
Cuối quá trình nạp Eaq và Un tăng nhanh do các ion H+
và O2- bám ở các bản cực ở dạng bọt khí gọi là hiện
tượng sôi và tạo sự chênh lệch điện thế.
Sự “ Sôi” bắt đầu khi khi hiệu điện thế đạt 2,4V, sau
đó tăng đến 2,7V (điểm B) thì ngừng tăng, đó là điểm

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 11

GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

cuối quá trình nạp. Nhưng để đảm bảo ắc qui được nạp
no ta tiêùp tục nạp thêm trong 3 giờ nữa.
Sau khi thôi nạp hiệâu điện thế ắc qui sụt bằng Eaq
và sau một thời gian nồng độ bên trong và bên ngoài
bản cực được cân bằng Eaq=E0= (2,11÷ 2,12)V.
1.2.2.3 Ký hiệu ắc qui Việt Nam:
Ví dụ :3 - OT- 70 – NT – TCVN. Có nghiã là :
3: Là số ngăn hay số hộc bình.
OT: Bình dùng cho ôtô máy kéo.
70: Điện dung dòch đònh mức 70 Ampe giờ.
NT: Tấm ngăn kép làm bằng nhựa xốp và bông thủy
tinh.
N: Nhựa xốp.
GT: Gỗ ghép bông thủy tinh.
GN: Gỗ ghép nhựa to.
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam.
1.2.3 Các phương pháp nạp điện cho ắc qui:
Có hai phương pháp nạp điện cho ắc qui:
(1) Nạp bằng dòng điện không đổi:

Theo phương pháp nầy dòng điện nạp được giữ không
đổi trong suốt quá trình nạp bằng cách thay đổi giá trò
điện trở R. Thông thường người ta chọn:
In = 0,1Qđm
Trong trường hợp muốn nạp nhanh ta có thể nạp theo hai

nấc:
Nấc thứ nhất ta chọn dòng điện nạp: In = 0,15Qđm.Ta nạp
nấc thứ nhất đến khi hiệu điện thế của ắcquy đơn đạt
2,4V (bắt đầu sủi bọt trong ắcquy), sau đó chuyển sang
nấc thứ hai.

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 12


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Nấc hai chọn In = 0,1Qđm, nạp đến khi tất cả các ngăn
ắcquy đều sôi, Un và ρ không đổi trong khoảng 3 giờ.
Theo phương pháp nầy các ắcquy phải mắc nối tiếp
nhau và tổng số ắcquy đơn trong mạch nạp không được
vượt quá giá trò

U ng
2,7

(Ung: hiệu điện thế nguồn nạp) và

tất cả các ắc qui nạp phải có cùng dung lượng, nếu
không phải chọn dòng điện nạp theo ắc qui có dung
lượng nhỏ nhất.

 Ưu điểm:
-

Đây là phương pháp nạp chủ yếu; tất cả các ắc qui
mới trước khi sử dụng đều phải qua phương pháp nầy.

- Cho phép chọn dòng điện nạp thích hợp với từng loại
ắc qui.
-

c qui được nạp no.

-

Có thể nạp để khắc phục hiện tượng sunfat hóa nhẹ.

 Nhược điểm:
- Thời gian nạp kéo dài (thường 25÷ 50 giờ)
- Phải thường xuyên theo dõi điều chỉnh cường độ
dòng điện nạp.
(2) Nạp bằng hiệu điện thế không đổi:
Theo phương pháp nầy hiệu điện thế nguồn nạp được
giữ không đổi, dòng điện nạp được xác đònh theo biểu
thức:
In =

U n − E aq
∑R

≈

U n − E aq
R

(1.6)
Khi nạp lúc đầu In lớn khi Eaq tăng In giảm nhanh theo
đặc tuyến hyperbol, khi đầy điện In giảm về không.

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 13


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

 Ưu điểm:
-

Thời gian nạp nhanh thời gian 3 giờ đầu có thể nạp
được 80% dung lượng.

-

Không tốn công theo dõi điều chỉnh dòng điện nạp.

-

Thuận tiện cho việc nạp bổ xung cho ắcquy trên xe.



Nhược điểm:

- Dòng điện nạp ban đầu rất lớn có thể gây hỏng bình
ắc qui.
- c qui không được nạp no vì khi In giảm về 0 thì ắc qui
chỉ nạp khoảng 90%
- Không khử đươcï sunfat hóa của ắc qui.
- Không thể nạp lần đầu cho ắc qui mới.

Chương 2 HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.1 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU HỆ THỐNG CUNG CẤP
ĐIỆN:
2.1.1 Nhiệm vụ:
Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp năng
lượng điện cho các phụ tải với một hiệu điện thế ổn đònh
ở mọi điều kiện làm việc của ôtô máy kéo.
Hệ thống cung cấp điện bao gồm các thiết bò chủ yếu:
c qui, máy phát điện và bộ điều chỉnh điện.
2.1.2 Yêu cầu:
-

Máy phát phải luôn tạo ra một điện áp ổn đònh
(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.

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 14


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

-

Chương 1 Hệ

Ít châm sóc và bảo dưỡng..

2.1.3 Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp
điện:
(1) Điện áp đònh mức: Phải bảo đảm m = 14V đối với
những xe sử dụng hệ thống điện 12V, m = 28V đối với
những xe sử dụng hệ thống điện 24V.

(2) 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 ôtô hiện
nay vào khoảng Pmf = 700 – 1500W.
(3) Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn nhất mà máy
phát
có
thể
cung
cấp
Imax = 70 – 140A.
(4) Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy
phát: nmax, nmin phụ thuộc vào tốc độ của động cơ đốt
trong.

nmin = ηi × i
Trong đó:
i: tỉ số truyền ( i = 1,5 - 2)
Hiện nay trên xe đời mới sử dụng máy phát cao tốc
nên tỉ số truyền i cao hơn.

ηi: tốc độ cầm chừng của động cơ
(5)

Nhiệt độ cực đại của máy phát tomax : Là nhiệt
độ tối đa mà máy phát có thể hoạt động.

(6)

Điện áp hiệu chỉnh: Là điện áp làm việc của bộ

tiết chế Uhc = 13,8 – 14,2V (với hệ thống 12V), và Uhc =
27 – 28V (với hệ thống 28V).

2.1.4 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện trên ôtô:
HT điều khiển
động cơ
(Đánh lửa & phun
xăng)

HT
chiếu
sáng

HT
tín hiệu
HT thông
tin

cquy
HT giải trí
trong xe
HT điều
hòa
Máy
phát
điện

HT khởi
HT gạt &
HT khoá đai

Hàà Văn Trọng
- Trường CĐSPKT
Vónh Long
động
xông kính
an toàn & ĐK

không khí
HT khóa
cửa &
bảo vệ
HTxK
phanh

Trang 15


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát

(1) Sơ đồ các tải công suất điện trên ôtô:
Phụ tải điện trên ôtô có thể chia làm 3 loại: tải
thường trực là những phụ tải liên tục hoạt động khi xe
đang chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải gián
đoạn trong thời gian ngắn. Trên (hình 2.2) trình bày sơ đồ
phụ tải điện trên ôtô hiện đại.

MÁY
PHÁT

Tải thường
trực

ACCU

Tải hoạt động
gián đoạn
trong thời gian
ngắn
Đèn báo
Đèn sương
rẽ
mù 2 x 35W
4 x 21W
Đèn de
Đèn stop
2 x 21W
2 x 21W

Tải hoạt động
gián đoạn
trong thời gian dài

Hệ thống
đánh lửa
20W

Car radio
10 - 15W

Bơm nhiên
liệu 50 70W

Đèn báo
trên
tableau
8x2W

Hệ thống
phun
nhiên
liệu
70 - 100W

Đèn kích
thước
4x10W
Đèn đậu
4 x 3-5W
Đèn cốt
4 x 55W
Đèn pha
4 x 60W

Đèn trần
5W

Motor
điều
khiển
kính
4 x 30W
Quạt
điều hoà
nhiệt độ
2 x 80W
Xông kính
120W

Motor
Đèn soi
phun
biển số
nước rửa
2 x 5W
kính 3060W
Còi 25 Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long
40W

Motor gạt
nước 60 90W
Khởi động
điện
800 - 3000W
Quạt làm
mát động
cơ

2 x 100W
Mồi thuốc
100W
Hệ thống
xông máy
(động cơ
diesel) 100W
Motor điều
khiển anten
Trang 16
60W


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Hình 2.2: Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô

 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 RL   IL = 0. Ở chế độ này,
máy phát chủ yếu nạp cho ắc qui 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.
i mf =

U mf − E aq

ra + r1

;

i aq =

E aq − U mf
raq + r1

 Chế độ thứ hai: Là chế độ tải trung bình. Khi các
phụ tải điện đang hoạt động có điện trở tương đương
RL < ∞ , sao cho IL < Imf, 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 ắc qui và một phần cho phụ
tải. Khi điện trở tương đương của các phụ tải đạt giá
trò RL =

E a .r1
thì dòng nạp bằng không
U mf − E a

 Chế độ thứ ba: Là chế độ quá tải xảy ra trong
trường hợp mở quá nhiều phụ tải. Khi đó RL → 0. Nếu
điện trở tương đương của các phụ tải điện đang làm
việc:
RL <

E aq ⋅ r1

U mf − E aq

, ắc qui bắt đầu phóng điện, hỗ trợ một

phần điện năng cho máy phát.
2.2 MÁY PHÁT ĐIỆN:
2.2.1 Nhiệm vụ và phân loại:
(1) Nhiệm vụ:

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 17


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Máy phát điện xoay chiều là nguồn năng lượng chính
trên ôtô. Nó có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ
tải và nạp điện cho ắc qui trong lúc ôtô làm việc ở
ngững chế độ nhất đònh.
(2) Phân loại
Trong hệ thống điện ôtô hiện nay thường sử dụng
ba loại máy phát điện xoay chiều sau:
- Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm
vónh cửu, thường được sử dụng trên các xe gắn máy.
- Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ có
vòng tiếp điện, sử dụng trên các ôtô.

- Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ
không có vòng tiếp điện sử dụng chủ yếu trên
máy kéo và các xe chuyên dụng.
2.2.2 Đặc điểm cấu tạo:
2.2.2.1 Máy phát kích từ bằng nam châm vónh cửu
Phần lớn máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam
châm vónh cửu đang được sử dụng đều có rotor là nam
châm quay. Mạch từ của máy phát này khác nhau chủ
yếu ở kết cấu của rotor và có thể chia làm bốn loại
chính: rotor nam châm tròn, rotor nam châm hình sao với má
cực hoặc không má cực, rotor hình móng và rotor nam châm
xếp. Đơn giản nhất là loại rotor nam châm tròn.
Ưu điểm của loại này là chế tạo đơn giản, còn nhược
điểm là hiệu suất mạch từ rất thấp. Rotor loại này chỉ
ứng dụng trong các máy phát điện công suất không quá
100VA (thường cho xe đạp và xe gắn máy). hả năng làm
việc như máy phát điện 2 pha.

Hình 2.3: Mạch từ của máy pha điện rotor nam châm tròn

1. Nam châm vónh cửu; 2. Cực từ thép; 3. Cuộn dây stator.
2.2.2.2 Máy phát kích từ kiểu điện từ loại có có
vòng tiếp điện (có chổi than):
Máy phát điện loại này gồm có 3 phần chính là stator,
rotor và bộ chỉnh lưu.
Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 18

GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Hình 2.4: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích
thích kiểu điện từ

(1) Stator (phần ứng):

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 19


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Hình 2.5 Cấu tạo Stator.

Gồm khối thép từ được lắp ghép bằng các lá thép
ghép lại với nhau, phía trong có xẻ rãnh đều để xếp các
cuộn dây satator. Cuộn dây stator có 3 pha mắc theo kiểu
hình sao, hoặc theo kiểu hình tam giác.
Mỗi pha gồm 6 cuộn dây con đấu nối tiếp nhau, các
đầu pha được bắt vào bộ chỉnh lưu. Các cuộn dây được
giữ chặt trong rãnh nhờ miếng chêm và cách điện với
khối thép bằng cáctông cách điện.

Hình 2.6: Các kiểu đấu dây

Hình 2.7 Stator của máy phát điện xoay chiều

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 20


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

a. Bố trí chung: 1. Khối thép từ stator; 2. Cuộn dây 3

pha stator.
b. Sơ đồ cuộn dây ba pha mắc theo hình sao.

(2) Rotor (phần cảm):

Hình2.6: Rotor máy phát điện xoay chiều kích thích
bằng điện từ có vòng tiếp điểm

1.Chùm cực từ tínhS; 2. Chùm cực từ tính N; 3. Cuộn dây
kích thích;
4.trục rotor; 5. Đường sức từ ; 6. Ổ bi ; 7. Vòng tiếp
điện.
Bao gồm trục 4 và ở phía cuối trục có lắp các vòng

tiếp điện 7, còn ở giữa có lắp hai chùm cực hình móng
( thường có 6 vấu cho cho 1 chùm cực). Giữa hai chùm cực
là cuộn dây kích thích 3 được quấn trên ống thép dẫn từ
6. Các đầu dây kích thích được hàn vào các vòng tiếp
điện (hình 2.6).
Khi có dòng điện một chiều (khoảng 3 7A) đi qua cuộn
dây kích thích Wkt thì cuộn dây và ống thép dẫn từ trở
thành một nam châm điện mà hai đầu ống thép là hai từ
cực khác dấu. Dưới ảnh hưởng của các từ cực, các
móng trở thành các cực của của nam châm tên cực xen
kẽ nhau như hình vẽ. Trục rotor được đỡ bằng hai ổ bi đặt ở
Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 21


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

nắp trước và nắp sau. Ở phần đuôi của trục rotor một số
máy phát co lắp thêm chân không hoặc bơn dầu cho bộ
trợ lực lái.
(3) Bộ chỉnh lưu:
Thường sử dụng diode silic để chỉnh lưu, trong bộ chỉnh
lưu thông thường dùng 6 diode, các diode được lắp trên tấm
tản nhiệt làm bằng hợp kim nhôm.
Ba diode dương có cực tính ở thân là ca tốt ép chặt lên
tấm tản nhiệt, tấm tản nhiệt này phải cách mass với vỏ

máy phát và trên tấm tản có lắp cọc dương (B).
Ba diode âm có cực tính ở thân là anốt được ép trên
cùng một tấm tản nhiệt và lắp tiếp mass với vỏ máy
phát.
Các diode âm, diode dương được đấu nối tiếp nhau và nối
với các đầu dây pha như hình vẽ.

Hình 2.7: Bộ chỉnh lưu dùng 6 diode

 Nguyên lý chỉnh lưu:
Sơ đồ trên trình bày nguyên lý chỉnh lưu của máy phát
xoay chiều 3 pha đấu sao. Khi rotor quay từ thông xuyên qua
các cuộn dây stator lệch nhau 1200 do đó sức điện động
sinh ra cũng lệch nhau 1200. Quá trình chỉnh lư được mô tả
như sau:
 Giả sử khi rotor quay ở vò trí α = 300 . khoảng nầy điện
áp trên fIII dương nhất, áp trên f II âm nên có dòng
điện chỉnh lưu như hình a.

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 22


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

 Ở vò trí α = 300 ÷ 600 trong khoảng nầy điện áp trên fI

dương nhất, áp trên fII âm nên có dòng điện chỉnh
lưu như hình b.
 Ở vò trí α = 1800 trong khoảng nầy điện áp trên f II dương
nhất, áp trên fIII âm nên có dòng điện chỉnh lưu như
hình c.
Như vậy dòng điện qua R lúc nào cũng theo 1 chiều và
điện áp chỉnh lưu (Ucl) vẫn còn dạng nhấp nhô như đồ thò.
Để biến đổi dòng điện xoay chiều của máy phát sang
dòng điện một chiều, ta dùng bộ chỉnh lưu 6 diode, 8 diode
hoặc 14 diode. Đối với máy phát có công suất lớn (P >
1000 W), sự xuất hiện sóng đa hài bậc 3 trong thành phần
của hiệu điện thế pha do ảnh hưởng của từ trường các
cuộn pha lên cuộn kích làm giảm công suất máy phát.

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 23


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

Hình 2.8: Bộ chỉnh lưu dùng 8 diode

Vì vậy người ta sử dụng cặp diode mắc từ dây trung
hoà để tận dụng sóng đa hài bậc 3, làm tăng công suất
máy phát khoảng (10 – 15)% (hình 2.9).

Hình 2.9: Bộ chỉnh lưu dùng 14 diode
Trong một số máy phát, người ta còn sử dụng 3 diode
nhỏ (diode trio) mắc từ các pha để cung cấp cho cuộn kích
đồng thời đóng ngắt đèn báo nạp (hình 2.10).

Hình 2.10: Bộ chỉnh lưu dùng 9 diode

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

Trang 24


GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ
thống cung cấp điện

Chương 1 Hệ

2.2.2.3 Máy phát kích từ kiểu điện từ không có
vòng tiếp điện:
(1) Cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động
Vòng tiếp xúc và chổi than làm hạn chế tuổi thọ
của máy phát. Nếu bỏ đi vòng tiếp xúc và chổi thì
tuổi thọ của máy phát sẽ tăng lên và chỉ phụ thuộc
vào sự mài mòn của các ổ đỡ và sự lão hóa của
lớp vỏ cách điện của các cuộn dây. Các máy phát
không có chổi than gọi là máy phát không tiếp điểm
(không có vòng tiếp điện). Các loại máy phát này
rất cần thiết cho ôtô và máy kéo làm việc ở vùng
đầm lầy hoặc nhiều bụi.
(2) Kết cấu máy phát cảm ứng

Dưới đây là các sơ đồ kết cấu của máy phát cảm
ứng kích thích dọc trục: kích thích một phía (Hình 2.11) và
hai phía (Hình 2.12).

Hình 2.11: Kết cấu máy phát kích thích một phía

Hình 2.12: Kết cấu máy phát kích thích hai phía
1. Cuộn kích; 2. ng lót; 3. Trục; 4. Rotor; 5. Lõi thép stator;6-

Nắp

bằng

thép

Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long

từ;

Trang 25