Tài liệu Trang bị điện và điện tử trên ô tô nguyễn hoàng vi

1. s¬ l−îc vÒ hÖ thèng trang bÞ ®iÖn trªn « t« C«ng nghiÖp « t« m¸y kÐo cµng ph¸t triÓn, kÕt cÊu « t« m¸y kÐo cµng hoµn thiÖn, th× møc ®é ®iÖn khÝ ho¸, ®iÖn tö ho¸ cña chóng cµng cao. Yªu cÇu vÒ mÆt tiÖn nghi, vÒ tÝnh an toµn chuyÓn ®éng cµng lín th× hÖ thèng trang thiÕt bÞ ®iÖn cña « t« m¸y kÐo cµng phøc t¹p vµ hiÖn ®¹i. NÕu nh− trªn nh÷ng « t« m¸y kÐo ®Çu tiªn, c¸c trang thiÕt bÞ ®iÖn hÇu nh− kh«ng cã g× ngoµi bé phËn ®Ó ch©m löa hçn hîp ch¸y rÊt th« s¬ b»ng d©y ®èt, th× ngµy nay trªn « t« m¸y kÐo, ®iÖn n¨ng ®· ®−îc sö dông ®Ó thùc hiÖn rÊt nhiÒu chøc n¨ng kh¸c nhau, nh−: ch©m löa hçn hîp lµm viÖc trong xi lanh; khëi ®éng ®éng c¬; chiÕu s¸ng vµ b¸o hiÖu còng nh− ®Ó ®¶m b¶o sù lµm viÖc cña c¸c dông cô ®o, kiÓm tra vµ c¸c trang thiÕt bÞ phô kh¸c trªn xe. T−¬ng øng víi c¸c chøc n¨ng ®ã, trªn « t« m¸y kÐo hiÖn nay cã trang bÞ c¸c hÖ thèng nh− s¬ ®å sau: - HÖ thèng ®¸nh löa: gåm c¸c bé phËn chÝnh nh−: biÕn ¸p ®¸nh löa, bé chia ®iÖn, c¸c c¬ cÊu ®iÒu chØnh gãc ®¸nh löa sím, bugi vµ c¸c d©y cao ¸p. Ngoµi ra hÖ thèng ®¸nh löa b¸n dÉn cßn cã thªm hép ®¶o m¹ch b¸n dÉn. - HÖ thèng cung cÊp ®iÖn: gåm ¾c quy, m¸y ph¸t vµ c¸c bé ®iÒu chØnh ®iÖn. - HÖ thèng khëi ®éng: gåm m¸y khëi ®éng ®iÖn, c¬ cÊu ®iÒu khiÓn, r¬ le, c«ng t¾c vµ c¸c c¬ cÊu hç trî khëi ®éng kh¸c. M¹ng ®iÖn - HÖ thèng kiÓm tra theo dâi: gåm c¸c ®ång hå b¸o: ¸p suÊt dÇu, nhiÖt ®é n−íc, møc nhiªn liÖu, tèc ®é,...; C¸c bé c¶m biÕn ®Ó chuyÓn ®æi c¸c tÝn hiÖu phi ®iÖn thµnh ®iÖn truyÒn ®Õn c¸c ®ång hå, c¸c ®Ìn vµ c¸c c¶m biÕn b¸o nguy hiÓm (khi ¸p suÊt dÇu tôt qu¸ giíi h¹n cho phÐp, nhiÖt ®é n−íc lµm m¸t qu¸ cao,...). - HÖ thèng chiÕu s¸ng - tÝn hiÖu: gåm c¸c lo¹i ®Ìn cßi, c«ng t¾c, r¬ le, cÇu ch×,.... - HÖ thèng c¸c thiÕt bÞ phô: nh− bé g¹t n−íc lau kÝnh, n©ng b¹t, n©ng kÝnh, më cöa xe, qu¹t, ra®i«, tivi c¸t sÐt, m¸y ®iÒu hoµ,.... Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt 1 C¸c hÖ thèng trªn hîp thµnh mét hÖ thèng thèng nhÊt lµ hÖ thèng trang bÞ ®iÖn « t« m¸y kÐo víi hai phÇn chÝnh lµ: nguån ®iÖn (hÖ thèng cung cÊp) vµ c¸c bé phËn tiªu thô ®iÖn (c¸c hÖ thèng kh¸c). Trong c¸c bé phËn tiªu thô ®iÖn n¨ng th× m¸y khëi ®éng lµ bé phËn tiªu thô ®iÖn n¨ng m¹nh nhÊt (dßng ®iÖn cung cÊp bëi ¾c quy khi khëi ®éng cã thÓ tíi 400...600A ®èi víi ®éng c¬ x¨ng, hoÆc 2000A víi ®éng c¬ diesel vµ ®iÖn ¸p nguån 24V). Bé phËn tiªu thô ®iÖn thø hai cã vai trß ®Æc biÖt quan träng nh−ng l¹i kh«ng ®¸ng kÓ vÒ c«ng suÊt vµ dßng tiªu thô lµ hÖ thèng ®¸nh löa (khi ®éng c¬ lµm viÖc b×nh th−êng, ®Ó ch©m löa hçn hîp ch¸y tia löa ®iÖn chØ cÇn cã mét n¨ng l−îng kho¶ng 0,003J lµ ®ñ). Kh©u trung gian nèi gi÷a c¸c bé phËn tiªu thô vµ nguån ®iÖn lµ m¹ng l−íi ®iÖn, bao gåm: c¸c d©y dÉn, c«ng t¾c, c¸c bé chuyÓn m¹ch, c¸c c¬ cÊu b¶o hiÓm vµ ph©n phèi kh¸c nhau. M¹ng ®iÖn trªn « t« m¸y kÐo nãi chung ®−îc thùc hiÖn theo s¬ ®å mét ®−êng dÉn, tøc lµ: chØ cã mét ®−êng dÉn nèi tõ mét cùc cña nguån ®Õn tÊt c¶ c¸c bé phËn tiªu thô. Cùc thø hai cña nguån vµ cña c¸c bé phËn tiªu thô ®iÖn ®−îc nèi víi khèi l−îng kim lo¹i chÝnh cña xe, th−êng lµ khung hoÆc vá (cßn gäi lµ ‘‘m¸t’’) - tøc lµ khung vá xe ®−îc dïng lµm ®−êng dÉn thø hai (h×nh 1.1). M • • Nguån = • • • • • • • H×nh 1.1. S¬ ®å ®Êu d©y trong m¹ng ®iÖn « t« m¸y kÐo. • ‘‘M¸t’’ - M C¸c bé phËn tiªu thô ®iÖn • • • HÖ thèng mét ®−êng dÉn cã −u ®iÓm lµ: cho phÐp tiÕt kiÖm d©y dÉn, gi¶m ®−îc tiªu tèn ®ång vµ do ®ã gi¶m ®−îc träng l−îng vµ gi¸ thµnh cña hÖ thèng dÉn ®iÖn, gi¶m ®−îc sè l−îng c¸c chi tiÕt vµ thêi gian nèi ghÐp chóng. Tuy vËy, nã cã nh−îc ®iÓm lµ: lµm t¨ng kh¶ n¨ng chËp m¹ch gi÷a c¸c d©y dÉn vµ ‘‘m¸t’’ cña xe. VÒ mÆt cùc tÝnh, ‘‘m¸t’’ cã thÓ ®−îc nèi víi cùc ©m hoÆc cùc d−¬ng cña nguån. −u nh−îc ®iÓm cña hai c¸ch nèi hiÖn ®ang cßn lµ vÊn ®Ò tranh c·i. V× thÕ c¸ch chän cùc tÝnh cña ‘‘m¸t’’ chñ yÕu phô thuéc vµo truyÒn thèng kü thuËt cña nhµ chÕ t¹o vµ tÝnh thèng nhÊt ho¸ cña c¸c s¶n phÈm. §a sè c¸c xe th−êng gÆp hiÖn nay th× ‘‘m¸t’’ cã cùc tÝnh ©m, tøc lµ ®−îc nãi víi cùc ©m cña nguån. Trang thiÕt bÞ ®iÖn trªn «t« m¸y kÐo hiÖn nay trung b×nh chiÕm kho¶ng 15...25% gi¸ thµnh « t« m¸y kÐo vµ còng kho¶ng 20...25% sè l−îng c¸c h− háng chung cña xe m¸y x¶y ra trong qu¸ tr×nh vËn hµnh. V× thÕ, bªn c¹nh c¸c biÖn ph¸p n©ng cao chÊt l−îng chÕ t¹o hoÆc ¸p dông kü thuËt vµ c«ng nghÖ míi, viÖc nghiªn cøu, t×m hiÓu c¸c trang thiÕt bÞ ®iÖn, n¾m v÷ng nguyªn lý lµm viÖc, nguyªn t¾c vËn hµnh b¶o d−ìng vµ söa ch÷a chóng lµ ®iÒu cÇn thiÕt ®Ó n©ng cao ®é tin cËy vµ hiÖu qu¶ lµm viÖc cña « t« m¸y kÐo. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt 2 Chó ý: - Trªn c¸c « t« m¸y kÐo hiÖn ®¹i hiÖn nay, do sù ph¸t triÓn v−ît bËc cña kü thuËt ®iÖn tö, do yªu cÇu ngµy cµng cao vÒ an toµn chuyÓn ®éng, vÒ gi¶m nhÑ ®iÒu khiÓn, gi¶m møc ®é « nhiÔm m«i tr−êng, tiÕt kiÖm nhiªn liÖu vµ t¨ng tiÖn nghi, ... nªn møc ®é tù ®éng ho¸ vµ ®iÖn tö ho¸ trªn « t« rÊt cao. - §Ó phôc vô vÊn ®Ò ®iÒu khiÓn tù ®éng, gi¶m nhÑ ®iÒu khiÓn, t¨ng an toµn chuyÓn ®éng vµ tiÖn nghi, c¸c trang thiÕt bÞ ®iÖn, ®iÖn tö kh«ng cßn ®−îc sö dông giíi h¹n ë mét sè hÖ thèng nh− trªn c¸c « t« m¸y kÐo cæ ®iÓn mµ ®· th©m nhËp, lan réng sang nhiÒu hÖ thèng kh¸c nh−: hÖ thèng truyÒn lùc, hÖ thèng phanh, hÖ thèng treo, hÖ thèng l¸i,... - §Ó h¹n chÕ møc ®é g©y « nhiÔm m«i tr−êng do khÝ th¶i vµ gi¶m suÊt tiªu hao nhiªn liÖu, c¸c trang thiÕt bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö ®· ®−îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn tù ®éng, tèi −u chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ theo nh÷ng thay ®æi cña c¸c yÕu tè liªn quan. - Cïng víi sù ph¸t triÓn vµ møc ®é hoµn thiÖn cña m×nh, c¸c trang thiÕt bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn « t« còng kh«ng cßn tån t¹i d−íi d¹ng c¸c bé phËn, c¸c côm t−¬ng ®èi ®éc lËp vÒ chøc n¨ng nh− tr−íc mµ ®· ®−îc kÕt hîp l¹i d−íi d¹ng c¸c vi m¹ch tÝch hîp, ®−îc xö lý vµ ®iÒu khiÓn thèng nhÊt bëi mét bé xö lý trung t©m hay m¸y tÝnh lµm viÖc theo c¸c ch−¬ng tr×nh ®· ®−îc x©y dùng s½n. - MÆc dï ®−îc ®iÖn tö ho¸ nhiÒu h¬n hay ®−îc tÝch hîp l¹i vÒ mÆt kÕt cÊu, nh−ng nguyªn lý lµm viÖc cña tõng hÖ thèng chøc n¨ng cña c¸c trang thiÕt bÞ ®iÖn ®iÖn tö « t« m¸y kÐo nãi chung vÉn kh«ng thay ®æi. V× vËy, do giíi h¹n vÒ khèi l−îng vµ thêi gian nªn trong gi¸o tr×nh nµy chØ nghiªn cøu hÖ thèng trang thiÕt bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn « t« d−íi d¹ng c¸c hÖ thèng t−¬ng ®èi ®éc lËp vÒ chøc n¨ng nh− trªn c¸c « t« cæ ®iÓn. C¸c hÖ thèng tÝch hîp, c¸c chøc n¨ng hiÖn ®¹i nh− hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®éng c¬, hÖ thèng phun nhiªn liÖu ®iÒu khiÓn ®iÖn tö, hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn ly hîp hép sè, ®iÒu chØnh ®é cøng hÖ thèng treo, hÖ thèng chèng h·m cøng b¸nh xe khi phanh, ... sÏ ®−îc nghiªn cøu chi tiÕt trong c¸c gi¸o tr×nh riªng. C¸ch tiÕp cËn nh− vËy gióp cho ng−êi häc kh«ng chØ n¾m ®−îc c¸c kiÕn thøc cèt lâi, hiÓu ®−îc nguyªn lý lµm viÖc cña c¸c hÖ thèng trang thiÕt bÞ ®iÖn c¬ b¶n cña « t« ®Ó dÔ dµng ph©n tÝch vµ n¾m b¾t bÊt kú mét hÖ thèng hiÖn ®¹i phøc t¹p nµo mµ cßn thÊy ®−îc lÞch sö ph¸t triÓn còng nh− qu¸ tr×nh hoµn thiÖn vµ hiÖn ®¹i ho¸ cña c¸c trang thiÕt bÞ ®iÖn ®iÖn tö trªn « t«. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt 3 2. HÖ thèng cung cÊp HÖ thèng cung cÊp ®iÖn trªn « t« cã s¬ ®å nh− trªn h×nh 2.1: s¬ ®å a dïng víi m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu, s¬ ®å b- dïng víi m¸y ph¸t xoay chiÒu cã chØnh l−u b¸n dÉn. §Õn c¸c phô t¶i H×nh 2.1. S¬ ®å hÖ thèng cung cÊp víi m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu. 1- M¸y ph¸t; 2- Bé ¾c quy; 3- §ång hå am pe; 4- Bé ®iÒu chØnh ®iÖn. H×nh 2.2. S¬ ®å hÖ thèng cung cÊp víi m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu. 1- M¸y ph¸t; 2- Bé ®iÒu chØnh ®iÖn; 3- Kho¸ ®iÖn; 4- §ång hå am pe; 5- Phô t¶i. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt 4 Hai s¬ ®å tuy cã c¸ch nèi d©y kh¸c nhau nh−ng ®Òu bao gåm hai nguån n¨ng l−îng lµ ¾c quy vµ m¸y ph¸t m¾c song song. Tuú thuéc vµo gi¸ trÞ phô t¶i vµ chÕ ®é lµm viÖc cña « t« m¸y kÐo, mµ ¾c quy, m¸y ph¸t sÏ riªng biÖt hoÆc ®ång thêi c¶ hai cung cÊp n¨ng l−îng cho c¸c bé phËn tiªu thô (phô t¶i). Ngoµi ra, trong hÖ thèng cung cÊp cßn cã: - Bé ®iÒu chØnh ®iÖn (B§C§) lµm nhiÖm vô: ph©n phèi chÕ ®é lµm viÖc gi÷a ¾c quy vµ m¸y ph¸t; h¹n chÕ vµ æn ®Þnh thÕ hiÖu cña m¸y ph¸t ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho c¸c trang thiÕt bÞ ®iÖn trªn xe; h¹n chÕ dßng ®iÖn cña m¸y ph¸t ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho c¸c cuén d©y cña nã. - Dông cô ®o, kiÓm tra: cã thÓ lµ ampe kÕ hoÆc ®Ìn tÝn hiÖu cho phÐp kiÓm tra sù lµm viÖc cña ¾c quy th«ng qua gÝa trÞ dßng phãng hoÆc n¹p cña nã. - C«ng t¾c c¾t m¸t: dïng ®Ó c¾t cùc ©m cña ¾c quy víi m¸t khi « t« m¸y kÐo kh«ng lµm viÖc. 2.1. ¾c quy 2.1.1. C«ng dông, ph©n lo¹i, yªu cÇu 2.1.1.1. C«ng dông: Trong hÖ thèng ®iÖn « t« m¸y kÐo, ¾c quy lµ nguån n¨ng l−îng phô, dïng ®Ó: - Cung cÊp n¨ng l−îng cho m¸y khëi ®éng khi khëi ®éng ®éng c¬; - Cung cÊp n¨ng l−îng cho tÊt c¶ c¸c phô t¶i kh¸c khi ®éng c¬ kh«ng lµm viÖc hoÆc lµm viÖc ë sè vßng quay nhá; - NÕu phô t¶i m¹ch ngoµi lín h¬n c«ng suÊt cña m¸y ph¸t, th× ¾c quy sÏ cïng víi m¸y ph¸t cung cÊp cho c¸c phô t¶i. 2.1.1.2. Ph©n lo¹i: ¾c quy « t« m¸y kÐo lµ ¾c quy khëi ®éng, kh¸c c¸c ¾c quy dïng cho c¸c thiÕt bÞ kh¸c. + Theo tÝnh chÊt dung dÞch ®iÖn ph©n, ¾c quy ®−îc chia ra c¸c lo¹i: - ¾c quy a xÝt: dung dich ®iÖn ph©n lµ a xÝt H2SO4. - ¾c quy kiÒm: dung dÞch ®iÖn ph©n lµ KOH hoÆc NaOH. So s¸nh hai lo¹i ¾c quy a xÝt vµ kiÒm th× ¾c quy a xÝt cã suÊt ®iÖn ®éng mçi ng¨n cao h¬n (~2V), ®iÖn trë trong nhá h¬n, nªn khi phãng víi dßng lín ®é sôt thÕ Ýt, chÊt l−îng khëi ®éng tèt h¬n. ¾c quy kiÒm cã suÊt ®iÖn ®éng mçi ng¨n kho¶ng 1,38V, gi¸ thµnh cao h¬n (2...3 lÇn) do ph¶i sö dông c¸c lo¹i vËt liÖu quý hiÕm nh− b¹c, niken, ca®imi, ®iÖn trë trong lín h¬n. Tuy vËy, ¾c quy kiÒm cã ®é bÒn c¬ häc vµ tuæi thä cao h¬n (4...5 lÇn), lµm viÖc tin cËy h¬n. + C¸c ¾c quy a xÝt, theo vËt liÖu vá b×nh chia ra: vá b»ng ªb«nÝt, cao su cøng hay c¸c vËt liÖu tæng hîp kh¸c. + C¸c ¾c quy kiÒm, theo vËt liÖu cÊu t¹o b¶n cùc chia ra c¸c lo¹i: - S¾t - Niken (Fe - Ni); - Ca®imi - Niken (Cd - Ni); - B¹c - kÏm (Ag - Zn). Ngoµi ra ¾c quy cßn cã thÓ ph©n lo¹i theo thÕ hiÖu, theo dung l−îng, theo vËt liÖu tÊm c¸ch, ... Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt 5 2.1.1.3. Yªu cÇu: C¸c ¾c quy dïng trªn « t« m¸y kÐo cã nhiÖm vô quan träng lµ cung cÊp n¨ng l−îng cho m¸y khëi ®éng khi khëi ®éng ®éng c¬, víi dßng tiªu thô rÊt lín tõ 400...600A, thËm chÝ cã tr−êng hîp tíi 2000A, v× thÕ c¸c ¾c quy « t« m¸y kÐo tr−íc hÕt ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu: - Ph¶i cã kh¶ n¨ng trong thêi gian ng¾n tõ 5...10 S, cung cÊp mét dßng phãng lín (t−¬ng øng víi dßng khëi ®éng) mµ sau ®ã tr¹ng th¸i kü thuËt cña chóng hÇu nh− kh«ng thay ®æi; - Cã ®iÖn trë trong nhá, ®Ó khi phãng víi dßng lín ®é sôt thÕ sÏ bÐ, ®¶m b¶o cã thÓ khëi ®éng dÔ dµng ®éng c¬ trong mäi ®iÒu kiÖn sö dông. C¸c ¾c quy cã nh÷ng ®Æc ®iÓm trªn ®−îc gäi lµ ¾c quy khëi ®éng. Ngoµi ra ¾c quy cßn ph¶i: - Cã ®iÖn dung lín víi khèi l−îng vµ kÝch th−íc t−¬ng ®èi bÐ; - Cã ®iÖn thÕ æn ®Þnh, hiÖn t−îng tù phãng ®iÖn kh«ng ®¸ng kÓ; - Lµm viÖc tin cËy khi nhiÖt ®é m«i tr−êng dao ®éng trong giíi h¹n réng; - Phôc håi nhanh chãng ®iÖn dung khi ®−îc n¹p trong c¸c ®iÒu kiÖn sö dông kh¸c nhau; - §¬n gi¶n trong b¶o d−ìng vµ söa ch÷a; - Cã ®é bÒn c¬ häc cao, chÞu ®−îc rung sãc, thêi h¹n phôc vô lín vµ gi¸ thµnh rÎ. 2.1.2. ¾c quy axÝt 2.1.2.1. Nguyªn lý lµm viÖc vµ c¸c qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ trong ¾c quy Nguyªn lý lµm viÖc cña ¾c quy dùa trªn c¬ së cña hiÖn t−îng ph©n cùc c¸c ®iÖn cùc khi ®iÖn ph©n. S¬ ®å nguyªn lý cña mét ¾c quy a xÝt ®¬n gi¶n nhÊt nh− trªn h×nh 2.3. ¾c quy gåm hai b¶n cùc ch× 2 ®Æt trong b×nh 3 lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn vµ chÞu a xÝt. Khi ®æ vµo b×nh dung dÞch ®iÖn ph©n lµ hçn hîp gi÷a a xÝt H2SO4 vµ n−íc cÊt th× c¸c b¶n cùc ch× sÏ bÞ « xy ho¸ d−íi t¸c dông cña a xÝt. Trªn bÒ mÆt chóng t¹o thµnh mét líp sun ph¸t ch× PbSO4 cã mµu x¸m nh¹t. Nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n lóc nµy gi¶m ®i do mét l−îng a xÝt ®· tham gia ph¶n øng víi ch× ®Ó t¹o thµnh muèi. Quanh c¸c ®iÖn cùc dung dÞch rÊt lo·ng, hÇu nh− chØ cã n−íc nguyªn chÊt, ph©n ly thµnh c¸c ion H+ vµ OH-. NÕu nèi c¸c b¶n cùc cña ¾c quy nh− vËy víi m¸y ph¸t hay nguån ®iÖn mét chiÒu nµo ®ã, th× d−íi t¸c dông cña ®iÖn ¸p nguån, c¸c ®iÖn tö sÏ theo m¹ch ngoµi chuyÓn ®éng ®Õn cùc ©m cña ¾c quy cßn trong dung dÞch c¸c ion mang ®iÖn sÏ chuyÓn ®éng ®Ðn c¸c ®iÖn cùc tr¸i dÊu víi nã. - T¹i cùc ©m: c¸c ion d−¬ng ho¸ trÞ 2 (Pb2+) sÏ nhËn ®iÖn tö trë thµnh ch× nguyªn chÊt, cßn c¸c ion H+ vµ SO42- kÕt hîp t¹o thµnh a xÝt, tøc lµ cã thÓ viÕt: PbSO4 (Pb2+ + SO42-) + 2e + 2H+ --> Pb + H2SO4 - T¹i cùc d−¬ng: c¸c ion d−¬ng ho¸ trÞ 2 (Pb2+) cho ®iÖn tö, bÞ « xy ho¸ thµnh ion ho¸ trÞ 4 (Pb4+) vµ kÕt hîp víi c¸c ion OH- t¹o thµnh ®i « xýt ch× PbO2 vµ n−íc. ë ®©y, c¸c ion H+ vµ SO42- còng kÕt hîp t¹o thµnh a xÝt lµm t¨ng nång ®é dung dÞch, tøc lµ cã thÓ viÕt: PbSO4 (Pb2+ + SO42-) - 2e + 4OH- + 2H+ --> PbO2 + 2H2O + H2SO4 Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt 6 Qu¸ tr×nh ®ã chÝnh lµ qu¸ tr×nh n¹p ¾c quy. Sau khi n¹p no, c¸c ph¶n øng biÕn ®æi ho¸ häc kÕt thóc th× b¶n cùc d−¬ng trë thµnh ®i « xýt ch× cã mµu n©u thÉm, b¶n cùc ©m lµ ch× nguyªn chÊt cã mµu ghi ®¸. Lóc nµy nång ®é dung dich kh«ng t¨ng lªn n÷a vµ nÕu tiÕp tôc n¹p th× sÏ x¶y ra hiÖn t−îng ph©n gi¶i (®iÖn ph©n) n−íc thµnh hy®r« vµ « xy bay ra khái dung dÞch d−íi d¹ng bät khÝ t−¬ng tù nh− khi n−íc s«i, v× thÕ cßn gäi lµ hiÖn t−îng "s«i". §ã lµ nh÷ng dÊu hiÖu chøng tá ¾c quy ®· ®−îc n¹p no hoµn toµn. H×nh 2.3. S¬ ®å nguyªn lý lµm viÖc cña ¾c quy a xÝt. a- CÊu t¹o; b- Qu¸ tr×nh n¹p; c- Nèi víi phô t¶i; d- Qu¸ tr×nh phãng; 1- Dung dÞch ®iÖn ph©n; 2- C¸c b¶n cùc ch×; 3- Vá b×nh; 4C«ng t¾c; 5- M¸y ph¸t mét chiÒu; 6- §Ìn. Ph−¬ng tr×nh ph¶n øng chung cho c¶ qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ x¶y ra trong ¾c quy khi n¹p cã d¹ng: 2PbSO4 + 2H2O ----> PbO2 + Pb + 2H2SO4 C¸c ph¶n øng nµy còng cã thÓ biÓu diÔn d−íi d¹ng s¬ ®å nh− trªn h×nh 2.4a Sau khi n¹p no, gi÷a c¸c b¶n cùc cña ¾c quy xuÊt hiÖn mét thÕ hiÖu ≈2V. NÕu b©y giê nèi ¾c quy (®· ®−îc n¹p) víi phô t¶i th× ¾c quy sÏ phãng ®iÖn cung cÊp n¨ng l−îng cho phô t¶i vµ x¶y ra c¸c qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ ng−îc l¹i: - Dßng ®iÖn trong m¹ch ngoµi sÏ ®i tõ cùc d−¬ng sang cùc ©m; - C¸c b¶n cùc sÏ biÕn ®æi dÇn thµnh PbSO4; Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt 7 - Nång ®é dung dÞch lo·ng dÇn thµnh n−íc. Khi c¸c ph¶n øng ho¸ häc kÕt thóc, ¾c quy phãng hÕt th× dßng ®iÖn triÖt tiªu. §Ó ¾c quy cã thÓ tiÕp tôc lµm viÖc th× cÇn ph¶i n¹p l¹i. Nh− vËy, ¾c quy lµ mét bé biÕn ®æi n¨ng l−îng cã tÝnh thuËn nghÞch. S¬ ®å c¸c qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ x¶y ra khi phãng ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 2.4b. B¶n cùc ©m Dung dÞch ®iÖn ph©n B¶n cùc d−¬ng S¶n phÈm tr−íc n¹p Qu¸ tr×nh ion ho¸ Qu¸ tr×nh n¹p KÕt qu¶ sau n¹p H×nh 2.4a. S¬ ®å c¸c qóa tr×nh ®iÖn ho¸ x¶y ra khi n¹p ¾c quy B¶n cùc ©m Dung dÞch ®iÖn ph©n B¶n cùc d−¬ng S¶n phÈm tr−íc phãng Qu¸ tr×nh ion ho¸ Qu¸ tr×nh t¹o dßng S¶n phÈm sau phãng H×nh 2.4b. S¬ ®å c¸c qóa tr×nh ®iÖn ho¸ x¶y ra khi phãng ¾c quy Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt 8 2.1.2.2. CÊu t¹o cña ¾c quy Mçi mét ¾c quy ®¬n gi¶n nh− m« t¶ ë trªn cã mét ®iÖn dung rÊt nhá vµ mét thÕ hiÖu h¹n chÕ. Kh«ng phô thuéc vµo kÝch th−íc, mçi ¾c quy ®¬n chØ cã thÓ cho mét thÕ hiÖu trung b×nh tèi ®a kho¶ng 2V. V× thÕ, ®Ó t¹o ®−îc mét nguån ®iÖn cã ®iÖn dung lín h¬n ng−êi ta ph¶i t¨ng kÝch th−íc b»ng c¸ch chÕ t¹o c¸c b¶n cùc d−íi d¹ng khèi: gåm nhiÒu b¶n ©m vµ d−¬ng bè trÝ xen kÏ nhau ghÐp l¹i thµnh bé. Cßn ®Ó nhËn ®−îc ®iÖn ¸p cÇn thiÕt (6, 12 hay 24V) ng−êi ta m¾c nèi tiÕp c¸c khèi ¾c quy ®¬n l¹i víi nhau thµnh b×nh ¾c quy. Do ®ã kÕt cÊu cña mét b×nh ¾c quy trong thùc tÕ gåm nh÷ng bé phËn nh− trªn h×nh 2.5 vµ 2.6. a. Vá b×nh: cã d¹ng h×nh hép ch÷ nhËt, lµm b»ng nhùa ª b« nÝt, cao su cøng hay chÊt dÎo chÞu a xÝt vµ ®−îc chia thµnh c¸c ng¨n t−¬ng øng víi sè l−îng c¸c ¾c quy ®¬n cÇn thiÕt. H×nh 2.5. CÊu t¹o b×nh ¾c quy a xÝt. 1- B¶n cùc ©m; 2- TÊm c¸ch; 3- B¶n cùc d−¬ng; 4- Khèi b¶n cùc; 5- CÇu nèi c¸c b¶n cùc cïng tªn; 6- §Çu ra; 7- Cùc d−¬ng; 8Vá b×nh; 9- §Öm lµm kÝn; 10- Nót; 11- N¾p; 12- CÇu nèi c¸c ng¨n; 13- Lç th«ng h¬i; 14- Cùc ©m. Trong c¸c ng¨n ®ã ®−îc ®Æt c¸c khèi b¶n cùc (h×nh 2.6). D−íi ®¸y vá b×nh cã c¸c g©n däc h×nh l¨ng trô ®Ó ®ì c¸c khèi b¶n cùc. Kho¶ng trèng d−íi ®¸y gi÷a c¸c g©n dïng ®Ó chøa c¸c chÊt kÕt tña, c¸c chÊt t¸c dông bong ra tõ c¸c b¶n cùc, ®Ó chóng kh«ng lµm chËp (ng¾n m¹ch) c¸c b¶n cùc kh¸c dÊu. b. Khèi b¶n cùc (h×nh 2.7): bao gåm c¸c b¶n cùc d−¬ng vµ ©m ®Æt xen kÏ Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt 9 nhau, gi÷a chóng cã c¸c tÊm ng¨n c¸ch ®iÖn. H×nh 2.6. KÕt cÊu b×nh ¾c quy a xÝt. 1- Nhùa (bi tum) lµm kÝn; 2èng lãt ch×; 3- §Çu cùc; 4- Nót; 5CÇu nèi; 6- N¾p; 7- Mét ng¨n cña b×nh; 8- TÊm c¸ch; 9- C¸c b¶n cùc. H×nh 2.7. CÊu t¹o cña b¶n cùc vµ khèi b¶n cùc. a- PhÇn cèt; b- Nöa khèi b¶n cùc; c- Khèi b¶n cùc vµ c¸c tÊm c¸ch; d- TÊm c¸ch. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 10 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt Mçi b¶n cùc gåm cã phÇn cèt h×nh m¾t c¸o vµ c¸c chÊt t¸c dông tr¸t trªn nã. PhÇn trªn cña cèt cã tai (3 h×nh 2.7) ®Ó nèi c¸c b¶n cùc cïng tªn víi nhau thµnh ph©n khèi b¶n cùc. PhÇn d−íi cña cèt cã c¸c ch©n ®Ó tùa lªn c¸c g©n ë ®¸y b×nh. C¸c ch©n ®−îc bè trÝ so le ®Ó tr¸nh chËp m¹ch qua sèng ®ì. Cèt ®−îc ®óc tõ hîp kim chèng « xy ho¸, gåm: 92...93% ch× vµ 7...8% ¨ng ti mon (Sb). Cèt cña c¸c b¶n cùc d−¬ng cßn cho thªm 0,1...0,2% Asen (As). ¨ng ti mon vµ Asen cã t¸c dông lµm t¨ng ®é bÒn c¬ häc, gi¶m « xy ho¸ cho cèt, ngoµi ra cßn lµm t¨ng tÝnh ®óc cña hîp kim. ChÊt t¸c dông trªn b¶n cùc ©m ®−îc chÕ t¹o tõ bét ch× vµ dung dÞch a xÝt H2SO4, ngoµi ra ®Ó t¨ng ®é xèp, gi¶m kh¶ n¨ng co vµ ho¸ cøng b¶n cùc ng−êi ta cßn cho thªm 2..3% chÊt në. §Ó lµm chÊt në cã thÓ sö dông c¸c chÊt h÷u c¬ ho¹t tÝnh bÒ mÆt hçn hîp víi sun ph¸t bari BaSO4 nh− c¸c muèi hum¸t chÕ t¹o tõ than bïn, bå hãng, chÊt thuéc da vµ c¸c chÊt kh¸c,... §é xèp cña chÊt t¸c dông cho phÐp lµm t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt lµm viÖc thùc tÕ cña b¶n cùc lªn hµng tr¨m lÇn so víi bÒ mÆt h×nh häc. Do ®ã t¨ng ®−îc ®iÖn dung cña ¾c quy. ChÊt t¸c dông trªn b¶n cùc d−¬ng: ®−îc chÕ t¹o tõ minium ch× Pb3O4, monoxÝt ch× PbO vµ dung dÞch a xÝt H2SO4. Ngoµi ra, ®Ó t¨ng ®é bÒn ng−êi ta cßn cho thªm sîi polipropilen. C¸c b¶n cùc sau khi tr¸t ®Çy chÊt t¸c dông ®−îc Ðp l¹i, sÊy kh« vµ t¹o cùc b»ng c¸ch: ng©m vµo dung dÞch a xÝt H2SO4 lo·ng, n¹p b»ng dßng ®iÖn nhá. Sau khi n¹p, chÊt t¸c dông cña b¶n cùc d−¬ng biÕn thµnh ®i « xýt ch× PbO2 mµu n©u thÉm, b¶n cùc ©m lµ ch× Pb mµu ghi ®¸. Sau ®ã c¸c b¶n cùc ®−îc sÊy kh« vµ l¾p r¸p thµnh khèi: - C¸c b¶n cùc cïng tªn ®−îc hµn víi nhau theo sè l−îng x¸c ®Þnh t¹o thµnh ph©n khèi b¶n cùc. Khe hë gi÷a c¸c b¶n cùc cïng ph©n khèi ph¶i ®ñ chøa mét b¶n cùc kh¸c lo¹i vµ mét tÊm ng¨n; - C¸c ph©n khèi b¶n cùc vµ tÊm ng¨n ®−îc l¾p r¸p l¹i t¹o thµnh khèi b¶n cùc. Sè b¶n cùc ©m th−êng lín h¬n sè b¶n cùc d−¬ng mét b¶n ®Ó ®Æt c¸c b¶n cùc d−¬ng vµo gi÷a c¸c b¶n cùc ©m, ®¶m b¶o cho c¸c b¶n cùc d−¬ng lµm viÖc ®Òu c¶ hai mÆt ®Ó tr¸nh cong vªnh vµ bong r¬i chÊt t¸c dông; - C¸c b¶n cùc d−¬ng ®−îc lµm dµy h¬n c¸c b¶n cùc ©m mät chót ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn vµ gi¶m ®iÖn trë. V× khi n¹p qua str×nh « xy ho¸ x¶y ra ë b¶n cùc d−¬ng m·nh liÖt h¬n. C¸c b¶n cùc ©m cã thÓ lµm máng h¬n v× ch× lµ chÊt t¸c dông cã ®é dÉn ®iÖn lín, ®é bÒn cao h¬n, Ýt bÞ « xy ho¸ h¬n. Ngoµi ra c¸c b¶n cùc ©m ë hai ®Çu chØ lµm viÖc mét mÆt cßn cã thÓ lµm máng h¬n n÷a; - Gi÷a c¸c b¶n cùc ®−îc ®Æt c¸c tÊm ng¨n c¸hc ®iÖn ®Ó tr¸nh chËp c¸c b¶n cùc, ®ång thêi tÊm ng¨n cßn cã t¸c dông ®ì, gi÷ cho chÊt t¸c dông ë c¸c b¶n cùc bít bÞ bong r¬i trong qu¸ tr×nh sö dông ¾c quy. TÊm ng¨n lµ nh÷ng l¸ máng chÕ t¹o tõ vËt liÖu xèp chÞu a xÝt nh−: mipo, mipl¸t, b«ng thuû tinh hay kÕt hîp gi÷a b«ng thuû tinh víi mipl¸t hoÆc gç. C¸c tÊm ng¨n th−êng cã mét mÆt nh½n vµ mét mÆt h×nh sãng, låi lâm. MÆt nh½n ®Æt h−íng vÒ phÝa b¶n cùc ©m, cßn mÆt h×nh sãng h−íng vÒ phÝa b¶n cùc d−¬ng ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn cho dung dÞch ®iÖn ph©n dÔ lu©n chuyÓn ®Õn b¶n cùc d−¬ng vµ l−u th«ng tèt h¬n. C¸c khèi b¶n cùc vµ tÊm ng¨n ®−îc ®Æt vµo c¸c ng¨n t−¬ng øng trong vá. PhÝa trªn c¸c tÊm ng¨n cã ®Æt mét tÊm b¶o vÖ b»ng ªb«nÝt hay chÊt dÎo ®ôc lç ®Ó b¶o vÖ mÐp trªn cña tÊm ng¨n khái h− háng c¬ häc khi ®o nhiÖt ®é, ®o møc vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 11 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt H×nh 2.8. KÕt cÊu nöa khèi vµ khèi b¶n cùc. c. N¾p, nót, cÇu nèi: §Ó lµm kÝn ¾c quy, mçi ng¨n cña nã ®−îc ®Ëy b»ng mét n¾p riªng chÕ t¹o tõ nhùa ªb«nÝt hay chÊt dÎo (h×nh 2.9). Trªn n¾p cã ba lç: hai lç hai bªn ®Ó luån c¸c ®Çu cùc cña khèi b¶n cùc ra ngoµi. Cßn lç gi÷a ®Ó ®æ vµ kiÓm tra dung dÞch ®iÖn ph©n. Trong hai lç bªn cã Ðp c¸c èng lãt b»ng ch×. Lç ®Ó ®æ dung dÞch ®iÖn ph©n cã nót ®Ëy vÆn b»ng ren (h×nh 2.10), trªn nót cã c¸c lç nhá ®Ó th«ng h¬i. Trong mét sè kÕt cÊu, lç th«ng h¬i cã thÓ ®−îc lµm trùc tiÕp trªn n¾p nh− lç 4 trªn h×nh 2.9, lóc ®ã trªn nót kh«ng cÇn lµm lç n÷a. H×nh 2.9. N¾p ®Ëy c¸c ng¨n ¾c quy. 1- Lç rãt dung dÞch ®iÖn ph©n; 2- Lç ®Ó ®−a c¸c ®Çu cùc ra ngoµi; 3- èng lãt ch×; 4- Lç th«ng h¬i. §Ó dung dich diÖn ph©n khái sãng ra ngoµi khi sö dông, trªn nót cã tÊm ch¾n 2 (h×nh 2.10). C¸c ng¨n ¾c quy ®−îc hµn nèi tiÕp víi nhau b»ng c¸c cÇu nèi b»ng ch× (h×nh 2.12 vµ 2.13). §Ó lµm kÝn nh÷ng chç nèi ghÐp gi÷a n¾p vµ vá b×nh ng−êi ta dïng nhùa bitum. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 12 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt H×nh 2.10. KÕt cÊu nót ®Ëy b×nh ¾c quy. 1- Th©n nót; 2- Vßng ch¾n; 3- Lç th«ng h¬i; 5- MÆt « H×nh 2.11. C¸c ®Çu cùc cña ¾c quy a xÝt. H×nh 2.12. §Çu ra vµ cÇu nèi gi÷a c¸c ng¨n cña ¾c quy. a- §Çu ra cña c¸c ng¨n; b- CÇu nèi; 1,2- Lâi ®ång; 3- Hîp kim ch×. 13 H×nh 2.13. Ph−¬ng ph¸p nèi c¸c ng¨n cña ¾c quy. a- Nèi phÝa ngoµi; b- Qua thµnh v¸ch ng¨n; Qua lç trªn v¸ch Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt ¨ 2.1.2.3. Dung dÞch ®iÖn ph©n Trong ¾c quy a xÝt, dung dÞch ®iÖn ph©n lµ dung dÞch H2SO4 ®−îc pha chÕ tõ a xÝt nguyªn chÊt vµ n−íc cÊt theo nång ®é quy ®Þnh phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn khÝ hËu, mïa vµ vËt liÖu tÊm ng¨n (th−êng dao ®éng trong kho¶ng 1,25...1,31 g/cm3 khi ¾c quy ®· ®−îc n¹p no). Nång ®é cao qu¸ sÏ lµm ch¸y háng tÊm ng¨n, chãng rông b¶n cùc, ¾c quy dÔ bÞ sunph¸t ho¸ lµm gi¶m tuæi thä vµ ®iÖn dung. Nång ®é thÊp qu¸ th× suÊt ®iÖn ®éng ¾c quy gi¶m vµ dung dÞch dÔ bÞ ®ãng b¨ng ë nhiÖt ®é thÊp. Khi pha chÕ dung dÞch cÇn chó ý: - Kh«ng ®−îc dïng a xÝt cã thµnh phÇn t¹p chÊt cao vµ n−íc kh«ng ph¶i n−íc cÊt. V× dïng nh− vËy sÏ lµm t¨ng qu¸ tr×nh tù phãng ®iÖn cña ¾c quy, c¸c b¶n cùc chãng bÞ sunph¸t ho¸ vµ gi¶m ®iÖn dung; - C¸c dông cô pha chÕ ph¶i s¹ch vµ chÞu a xÝt; - §Ó ®¶m b¶o an toµn khi pha chÕ, tuyÖt ®èi kh«ng ®−îc ®æ n−íc vµo a xÝt ®Æc mµ ph¶i ®æ tõ tõ a xÝt vµo n−íc vµ khuyÊy ®Òu. 2.1.2.4. Ký hiÖu ¾c quy: Ký hiÖu ¾c quy axÝt khëi ®éng ®−îc ghi trªn vá b×nh, trªn n¾p hay cÇu nèi. Th−êng th−êng ký hiÖu ¾c quy lµ mét d·y ch÷ vµ sè cã d¹ng sau: X-XX-XX-XX... Trong ®ã: - Ký tù ®Çu tiªn lµ mét ch÷ sè chØ sè ng¨n cña ¾c quy; - Hai ký tù tiÕp theo lµ c¸c ch÷ c¸i chØ lo¹i ¾c qui khëi ®éng dïng cho « t« m¸y kÐo; - TiÕp theo n÷a lµ hai ch÷ sè chØ ®iÖn dung ®Þnh møc ë chÕ ®é quy ®Þnh phô thuéc vµo tiªu chuÈn ngµnh hay quèc gia; - Cuèi cïng lµ c¸c ch÷ c¸i chØ vËt liÖu tÊm c¸ch hay vá b×nh. VÝ dô: + Mét ¾c quy cña Liªn X« cã ký hiÖu: 6-CT-70-ЭMCЗ th× 6 lµ ¾c quy cã 6 ng¨n; CT- ch÷ c¸i viÕt t¾t chØ lo¹i ¾c quy khëi ®éng dïng cho « t« m¸y kÐo; 70- ¾c quy cã ®Þªn dung ®Þnh møc lµ 70 (A.h) ë chÕ ®é 20 giê phãng ®iÖn vµ nhiÖt ®é dung dÞch lµ 25OC; Э- vá b×nh b»ng nhùa ªb«nÝt; MC- vËt liÖu tÊm c¸ch b»ng mipl¸t+sîi thuû tinh (P- mipo; M- mipl¸t; PC- mipo+sîi thuû tinh); NÕu ¾c quy ®· ®−îc n¹p kh« (tøc lµ c¸c b¶n cùc ®· ®−îc n¹p s½n ë nhµ m¸y, chÕ t¹o vµ b¶o qu¶n ë d¹ng kh« kÝn) th× cã thªm ch÷ "З" sau cïng. + Mét ¾c quy cña ViÖt Nam cã ký hiÖu: 6-OT-70-NT-TCVN th× 6 lµ ¾c quy cã 6 ng¨n; OT- ch÷ c¸i viÕt t¾t chØ lo¹i ¾c quy khëi ®éng dïng cho « t« m¸y kÐo; 70- ¾c quy cã ®Þªn dung ®Þnh møc lµ 70 (A.h) ë chÕ ®é 10 giê phãng ®iÖn vµ nhiÖt ®é dung dÞch lµ (32±2)OC; NT- tÊm c¸ch b»ng nhùa xèp ghÐp víi sîi thuû tinh (N- nhùa xèp; GT- gç ghÐp víi sîi thuû tinh; GN- gç ghÐp víi nhùa). 2.1.2.5. C¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña ¾c quy axÝt: Mçi ng¨n cña b×nh ¾c quy lµ mét ¾c quy ®¬n cã ®Çy ®ñ c¸c tÝnh chÊt ®Æc tr−ng cho c¶ b×nh. Do ®ã, khi nghiªn cøu ®Æc tÝnh cña b×nh ¾c quy ta chØ cÇn kh¶o s¸t mét ¾c quy ®on lµ ®ñ. a. Søc ®iÖn ®éng tÜnh (E0): Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 14 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt Søc ®iÖn ®éng (S§§) tÜnh cña ¾c quy lµ hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a c¸c ®iÖn cùc cña ¾c quy, ®o khi m¹ch ngoµi hë. Nã chØ phô thuéc vµo tÝnh chÊt ho¸ lý cña c¸c chÊt tham gia vµo qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸, vµo nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n mµ kh«ng phô thuéc vµo kÝch th−íc b¶n cùc vµ sè l−îng chÊt t¸c dông. Mét c¸ch gÇn ®óng S§§ E0 cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm sau: ( E0 = 0,84 + ρE (V) 2 1) ë ®©y: ρE - lµ mét ®¹i l−îng tÝnh b»ng v«n, cã gi¸ trÞ b»ng nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n, tÝnh b»ng g/cm3 ë 15 OC. §èi víi c¸c ¾c quy axÝt khëi ®éng, nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n th−êng dao ®éng tõ 1,11...1,27 g/cm3 (phô thuéc møc ®é phãng n¹p) th× E0=1,95...2,11 v«n. Ngoµi ra, S§§ cßn phô thuéc nhiÖt ®é dung dÞch ®iÖn ph©n, tuy vËy sù thay ®æi S§§ theo nhiÖt ®é kh«ng lín nªn trong thùc tÕ vËn hµnh ¾c quy cã thÓ bá qua. b. §iÖn trë trong (raq): §iÖn trë trong cña ¾c quy lµ søc c¶n cña ¾c quy c¶n trë dßng ®iÖn ®i qua trong nã. §iÖn trë trong cña ¾c quy cã hai thµnh phÇn vµ ®−îc biÓu diÔn bëi c«ng thøc: raq = r0 + rp ( Trong ®è: r0 - §iÖn trë thuÇn cña ¾c quy, lµ tæng hîp ®iÖn trë thuÇn cña c¸c ®iÖn cùc, cña dung dÞch ®iÖn ph©n, cña c¸c tÊm ng¨n vµ c¸c chi tiÕt dÉn ®iÖn kh¸c, nh−: cäc b×nh, cÇu nèi ... rp - §iÖn trë ph©n cùc cña ¾c quy, ®©y lµ mét ®¹i l−îng cã tÝnh chÊt quy −íc dïng ®Ó ®¸nh gi¸ sù thay ®æi ®iÖn thÕ ë c¸c ®iÖn cùc khi cã dßng ®iÖn ®i qua ¾c quy. §iÖn trë thuÇn cña ¾c quy cã b¶n chÊt t−¬ng tù ®iÖn trë thuÇn cña c¸c vËt dÉn kh¸c. Nã phô thuéc vµo diÖn tÝch, kho¶ng c¸ch vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña c¸c b¶n cùc, vµo ®iÖn trë cña c¸c chÊt t¹o nªn b¶n cùc vµ bëi vËy phô thuéc vµo møc ®é phãng n¹p cña ¾c quy, vµo nång ®é vµ nhiÖt ®é cña dung dÞch ®iÖn ph©n. Trªn h×nh 2.14 lµ ®å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña r0 vµo møc ®é phãng ΔQ% cña ¾c quy ë nhiÖt ®é kh¸c nhau. H×nh 2.14. Sù thay ®æi ro cña bé ¾c quy 6CT-90 vµo møc ®é phãng ΔQ% ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 15 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt Khi phãng, ch× vµ ®i«xýt ch× ë c¸c ®iÖn cùc biÕn thµnh PbSO4 cã ®iÖn trë suÊt cao h¬n (®iÖn trë suÊt cña ch× ρPb=1,83.10-4Ω.cm; cña ®i«xýt ch× ρPbO2 = 74.10-4Ω.cm; cña sun ph¸t ch× ρPbSO4=1.107Ω.cm), cßn dung dÞch ®iÖn ph©n cã nång ®é gi¶m tõ 1,27 g/cm3 xuèng 1,1 g/cm3 víi ®iÖn dÉn suÊt gi¶m ®i (h×nh 2.15) nªn ®iÖn trë thuÇn cña ¾c quy t¨ng lªn. Víi sù gi¶m nhiÖt ®é, ®iÖn trë suÊt cña dung dÞch ®iÖn ph©n t¨ng lªn nhiÒu (h×nh 2.16) cßn ®iÖn trë cña c¸c ®iÖn cùc vµ c¸c chi tiÕt nèi ghÐp thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ, nªn ®iÖn trë cña dung dÞch ®iÖn ph©n lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh lµm t¨ng ®iÖn trë trong cña ¾c quy ë nhiÖt ®é thÊp. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 16 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt §iÖn §iÖn Nång ®é dung dÞch, g/cm3 H×nh 2.15. Quan hÖ gi÷a ®iÖn dÉn suÊt cña dung dÞch H2SO4 vµ nång ®é cña nã ë 20oC. N hi ® H×nh 2.16. Quan hÖ gi÷a ®iÖn trë suÊt cña dung dÞch H2SO4 (35%) vµ nhiÖt ®é cña nã (ρ=1,26 ë 25oC). §iÖn trë suÊt cña dung dÞch ®iÖn ph©n (phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ nång ®é cña nã) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ( rt = rt0 [1 + α(t - 20)] ë ®©y: rt - §iÖn trë suÊt cña dung dÞch ®iÖn ph©n ë t0 bÊt kú, Ω/cm3; rt0 - §iÖn trë suÊt cña dung dÞch ®iÖn ph©n ë 200C, Ω/cm3; α - HÖ sè nhiÖt ®é phô thuéc nång ®é dung dÞch, khi ρ = 1,15...1,3 g/cm3 th× α = -0,016/1OC. §iÖn trë ph©n cùc cña ¾c quy cã b¶n chÊt hoµn toµn kh¸c. Sù xuÊt hiÖn ®iÖn trë ph©n cùc cã thÓ h×nh dung nh− sau: + Khi cã dßng ®iÖn ®i qua ¾c quy (dßng phãng hoÆc n¹p) th× nång ®é dung dÞch ë vïng tiÕp xóc trùc tiÕp víi c¸c b¶n cùc sÏ thay ®æi, lµm thay ®æi suÊt ®iÖn ®éng cña ¾c quy: - Khi phãng: nång ®é dung dÞch ë vïng s¸t c¸c b¶n cùc sÏ gi¶m ®i lµm gi¶m S§§ cña ¾c quy ®i mét l−îng gäi lµ S§§ ph©n cùc khi phãng vµ ký hiÖu lµ Epp. - Khi n¹p: nång ®é dung dÞch t¨ng lªn, nªn S§§ cña ¾c quy t¨ng lªn mét l−îng b»ng S§§ ph©n cùc khi n¹p Epn. V× thÕ, nÕu ®o S§§ cña ¾c quy ngay sau khi phãng hoÆc n¹p th× gi¸ trÞ nhËn ®−îc sÏ kh¸c víi gi¸ trÞ ®o khi ®· ®Ó mét thêi gian cho dung dÞch khuyÕch t¸n ®Òu kh¾p b×nh mét gi¸ trÞ b»ng S§§ ph©n cùc t−¬ng øng. §iÖn trë ph©n cùc chÝnh lµ ®¹i l−îng ph¶n ¸nh S§§ ph©n cùc nµy. Víi b¶n chÊt nh− vËy, ®iÖn trë ph©n cùc phô thuéc vµo c−êng ®é dßng ®iÖn vµ nhiÖt ®é dung dÞch nh−ng kh«ng tu©n theo ®Þnh luËt ¤m (h×nh 2.17) vµ ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: E p E0 − E I rp = = (2 I I 4) Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 17 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt ë ®©y: Ep - S§§ ph©n cùc xuÊt hiÖn khi cã dßng ®iÖn I ch¹y qua ¾c quy, lµm thay ®æi nång ®é dung dÞch ë vïng s¸t c¸c b¶n cùc. H×nh 1.15. Sù thay ®æi ®iÖn trë ph©n cùc rp cña bé ¾c quy 60CT-90 theo c−êng ®é dßng phãng ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 18 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt H×nh 2.17. Quan hÖ gi÷a ®iÖn trë ph©n cùc rp cña bé ¾c quy 60-CT-90 vµ c−êng ®é dßng ®iÖn phãng ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau. Khi t¨ng dßng phãng, nång ®é dung dÞch vïng s¸t c¸c b¶n cùc gi¶m nhiÒu, lµm t¨ng S§§ ph©n cùc. Víi nh÷ng gi¸ trÞ dßng phãng lín, líp dung dÞch míi kh«ng kÞp khuyÕch t¸n vµo c¸c b¶n cùc ®Ó bï l¹i cho l−îng axÝt ®· tham gia ph¶n øng, nªn nång ®é trong c¸c b¶n cùc cµng gi¶m nhiÒu vµ S§§ ph©n cùc cµng lín. NhiÖt ®é ¶nh h−ëng lín ®Õn ®iÖn trë ph©n cùc (h×nh 2.17) v× nhiÖt ®é gi¶m lµm t¨ng ®é nhít cña dung dÞch, g©y khã kh¨n cho qua str×nh khuyÕch t¸n cña nã. c. §Æc tÝnh phãng n¹p: §Æc tÝnh phãng n¹p cña ¾c quy (h×nh 2.18 vµ 2.19) lµ c¸c ®−êng biÓu diÔn quan hÖ U=f(t) vµ ρ=f(t) khi cho ¾c quy phãng vµ n¹p víi dßng kh«ng ®æi. Khi phãng víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi (Ip=const): th× nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n ρ gi¶m dÇn theo ®−êng th¼ng (v× tèc ®é ph¶n øng ho¸ häc vµ do ®ã, l−îng chÊt t¸c dông vµ axÝt H2SO4 tham gia ph¶n øng kh«ng thay ®æi theo thêi gian). Theo (2.1) th× ®−êng E0 còng cã d¹ng tuyÕn tÝnh nh− ®−êng ρ, cßn hiÖu ®iÖn thÕ th× nhá h¬n S§§ mét l−îng b»ng ®é sôt thÕ trong ¾c quy: Up = E0 - (Ip.raq) = E0 - Ip.r0 - ΔE 2 5) H×nh 2.18. §Æc tÝnh phãng cña ¾c quy. Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 19 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt ë ®Çu qu¸ tr×nh phãng: hiÖu ®iÖn thÕ gi¶m ®ét ngét mét l−îng b»ng ®é r¬i thÕ trªn ®iÖn trë thuÇn (Ip.r0). Sau ®ã tiÕp tôc gi¶m nhanh chñ yÕu do sù gi¶m nång ®é dung dÞch trong c¸c b¶n cùc, tøc lµ do S§§ ph©n cùc. Nång ®é dung dÞch trong c¸c b¶n cùc gi¶m sÏ lµm khuyÕch t¸n líp dung dÞch míi vµo thÕ chç. Nång ®é dung dÞch cµng gi¶m th× ®é chªnh lÖch nång ®é cµng lín vµ l−îng dung dÞch khuyÕch t¸n vµo b¶n cùc cµng t¨ng. Qu¸ tr×nh nµy cø tiÕp diÔn cho ®Õn khi cã sù c©n b»ng gi÷a tèc ®é khuyÕch t¸n vµ tèc ®é ph¶n øng ho¸ häc. Sau khi ®é chªnh lÖch nång ®é ®¹t gi¸ trÞ t−¬ng ®èi æn ®Þnh th× S§§ vµ hiÖu ®iÖn thÕ gi¶m chËm, tû lÖ víi møc gi¶m nång ®é chung cña dung dÞch (øng víi ®o¹n gi÷a - t−¬ng ®èi th¼ng cña ®Æc tÝnh Up). Theo møc ®é phãng ®iÖn, l−îng sunph¸t ch× t¹o thµnh trªn bÒ mÆt c¸c b¶n cùc t¨ng lªn, lµm t¨ng ®iÖn trë thuÇn cña ¾c quy. Ngoµi ra, c¸c h¹t sunph¸t ch× cã thÓ tÝch kh¸ lín (so víi ch× vµ c¸c «xýt cña nã) cßn lµm gi¶m tiÕt diÖn thÊm dung dÞch vµ c¶n trë qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n. Do ®ã, lµm t¨ng S§§ ph©n cùc. §Õn mét lóc nµo ®ã, tr¹ng th¸i c©n b»ng sÏ bÞ ph¸ huû, nång ®é dung dÞch trong b¶n cùc cïng víi S§§ vµ hiÖu ®iÖn thÕ gi¶m rÊt nhanh vµ nÕu cho ¾c quy tiÕp tôc phãng ®iÖn th× S§§ cã thÓ gi¶m ®Õn kh«ng. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cho thÊy: Qu¸ tr×nh cho ¾c quy phãng ®iÖn chØ nªn thùc hiÖn ®Õn ®iÓm P. V× sau ®iÓm nµy thÕ hiÖu cña ¾c quy gi¶m rÊt nhanh, kh«ng nh÷ng kh«ng tho¶ m·n ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña phô t¶i mµ cßn g©y t¸c h¹i cho ¾c quy vµ khã kh¨n cho qu¸ tr×nh n¹p phôc håi. ThÕ hiÖu cña ¾c quy øng víi ®iÓm P nãi trªn ®−îc gäi lµ thÕ hiÖu phãng cuèi cïng. Khi thÕ hiÖu ¾c quy gi¶m ®Õn thÕ hiÖu phãng cuèi cïng th× trong sö dông ®−îc coi nh− ¾c quy ®· phãng hÕt ®iÖn. Gi¸ trÞ thÕ hiÖu phãng cuèi cïng phô thuéc c−êng ®é dßng phãng. ë chÕ ®é 10 giê phãng ®iÖn thÕ hiÖu nµy b»ng 1,7V øng víi ρ=1,1 g.cm3. NÕu ng¾t phô t¶i t¹i ®iÓm P, tøc lµ cho ¾c quy ngõng phãng ®iÖn th× thÕ hiÖu Up t¨ng vät lªn mét l−îng b»ng ®é r¬i thÕ trªn ®iÖn trë thuÇn cña ¾c quy, ®¹t gia strÞ cña suÊt ®iÖn ®éng EI, gia strÞ nµy sau ®ã t¨ng dÇn lªn ®Õn gia strÞ E0=1,96V do nång ®é dung dÞch trong b¶n cùc vµ nång ®é chung ®−îc c©n b»ng dÇn nhê qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n. §o¹n cuèi cïng cña ®Æc tÝnh phãng øng víi qu¸ tr×nh nµy gäi lµ "kho¶ng nghØ" cña ¾c quy. Kho¶ng nghØ cña ¾c quy rÊt quan träng trong sö dông ®Ó phôc håi thÕ hiÖu vµ ®iÖn dung cña ¾c quy, nhÊt lµ khi khëi ®éng « t« m¸y kÐo. Khi n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi (In=const): th× x¶y ra qu¸ tr×nh ng−îc l¹i: thÕ hiÖu cña ¾c quy lín h¬n S§§ cña nã mét l−îng b»ng ®é r¬i thÕ trong ¾c quy vµ thay ®æi theo quy luËt ng−îc víi qu¸ tr×nh phãng ®iÖn: Un = E0 + (In.raq) = E0 + In.r0 + ΔE 2 6) §Çu qu¸ tr×nh n¹p thÕ hiÖu t¨ng vät lªn mét l−îng b»ng ®é r¬i thÕ trªn ®iÖn trë thuÇn vµ sau ®ã t¨ng nhanh do S§§ ph©n cùc sinh ra do sù t¨ng nhanh nång ®é dung dÞch trong c¸c b¶n cùc. Khi ®é chªnh lÖch nång ®é trong vµ ngoµi b¶n cùc ®¹t gi¸ trÞ t−¬ng ®èi æn ®Þnh, th× thÕ hiÖu t¨ng ®Òu theo sù t¨ng nång ®é chung cña dung dÞch. Sau khi hÇu hÕt sun ph¸t ch× ®· biÕn thµnh ®i«xýt ch× ë cùc d−¬ng Trang bÞ ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn «t« 20 Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt