Chương 2: HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG Bài 1: ACCU KHỞI ĐỘNG Khái quát accu Hình Accu khởi động 1.1Công dụng accu Accu ô tô thường gọi accu khởi động để phân biệt với loại accu sử dụng lĩnh vực khác Accu khởi động hệ thống điện thực chức thiết bị chuyển đổi hóa thành điện ngược lại Đa số accu khởi động loại accu chì – axit Đặc điểm loại accu nêu tạo dịng điện có cường độ lớn, khoảng thời gian ngắn (5÷10s), có khả cung cấp dịng điện lớn (200÷800A) mà độ sụt bên nhỏ, thích hợp để cung cấp điện cho máy khởi động để khởi động động Accu khởi động cung cấp điện cho tải điện quan trọng khác hệ thống điện, cung cấp phần toàn trường hợp động chưa làm việc làm việc mà máy phát điện chưa phát đủ công suất (động làm việc chế độ số vòng quay thấp): cung cấp điện cho đèn đậu (parking lights), radio cassette, CD, nhớ (đồng hồ, hộp điều khiển…), hệ thống báo động… Ngồi ra, accu cịn đóng vai trị lọc ổn định điện hệ thống điện ô tô điện áp máy phát dao động Hình Accu hệ thống điện Điện áp cung cấp accu 6V, 12V 24V Điện áp accu thường 12V xe du lịch 24V cho xe tải Muốn điện áp cao ta đấu nối tiếp accu 12V lại với Accu cung cấp điện khi:  Động ngừng hoạt động: Điện từ bình accu sử dụng để chiếu sáng, dùng cho thiết bị điện phụ, thiết bị điện khác động không hoạt động  Động khởi động: Điện từ bình accu dùng cho máy khởi động cung cấp dòng điện cho hệ thống đánh lửa suốt thời gian động khởi động Việc khởi động xe chức quan trọng accu  Động hoạt động: Điện từ bình accu cần thiết để hỗ trợ cho hệ thống nạp nhu cầu tải điện xe vượt qua khả hệ thống nạp Cả accu máy phát cấp điện nhu cầu địi hỏi cao 1.2 Phân loại accu Trên ơtơ sử dụng hai loại accu để khởi động: accu axit accu kiềm Nhưng thông dụng từ trước đến accu axit, so với accu kiềm có sức điện động cặp cực cao hơn, có điện trở nhỏ đảm bảo chế độ khởi động tốt, accu kiềm có nhiều ưu điểm Cấu tạo accu Một bình accu tơ bao gồm dung dịch acid sunfuric loãng cực âm, dương Khi cực làm từ chì vật liệu có nguồn gốc từ chì gọi accu chì-acid Một bình accu chia thành nhiều ngăn (accu tơ thường có ngăn), ngăn có nhiều cực, tất nhúng dung dịch điện phân Hình Cấu tạo accu 2.1 Cấu tạo ngăn Cơ sở cho hoạt động accu ngăn accu Các cực âm cực dương nối riêng rẽ với Các nhóm cực âm cực dương đặt xen kẽ với ngăn cách ngăn có lỗ thơng nhỏ Kết hợp với nhau, cực ngăn tạo nên ngăn accu Việc kết nối cực theo cách tăng bề mặt tiếp xúc vật liệu hoạt tính chất điện phân Điều cho phép cung cấp lượng điện nhiều Mặt khác dung lượng bình accu tăng lên diện tích bề mặt tăng lên Càng nhiều diện tích bề mặt đồng nghĩa với việc accu cung cấp điện nhiều Hình Cấu tạo accu đơn 2.1.1 Bản cực Bản cực accu cấu trúc từ khung sườn làm hợp kim chì có chứa Antimony hay Canxi Khung sườn lưới phẳng, mỏng Lưới tạo nên khung cần thiết để dán vật liệu hoạt tính lên nó, cực âm cực dương Vật liệu hoạt tính dán lên cực dương chì oxide (PbO2) cực âm chì xốp (Pb) Hình Cấu tạo cực 2.1.2 Chất điện phân Hình Chất điện phân Chất điện phân bình accu hỗn hợp 36% acid sulfuric (H2SO4) 64% nước cất (H2O) Dung dịch điện phân accu ngày có tỷ trọng 1.270 (ở 200 C) nạp đầy Tỷ trọng trọng lượng thể tích chất lỏng so sánh với trọng lượng nước với thể tích Tỷ trọng cao chất lỏng đặc Một tỷ trọng kế sử dụng để đo tỷ trọng dung dịch điện phân Chất điện phân bình accu nạp điện mạnh nặng chất điện phân accu phóng điện Những cẩn trọng sử dụng accu:Chất điện phân bình accu hỗn hợp acid sulfuric nước Acid sulfuric có tính ăn mịn cao gây thương tích da mắt Ln ln mang đồ bảo hộ tiếp xúc với bình accu Khi bị dung dịch acid dính vào tay phải rửa nhiều nước, văng vào mắt phải rửa nước khám y tế sớm tốt Khi nạp accu, khí Hydrogene giải phóng phải tránh xa lửa tia lửa điện khơng gây cháy nổ nghiêm trọng 2.2 Vỏ accu Vỏ accu giữ điện cực ngăn riêng rẽ bình accu Nó chia thành phần hay ngăn Các cực đặt gờ đỡ, giúp cho cực khơng bị ngắn mạch có vật liệu hoạt tính rơi xuống đáy accu Vỏ làm từ polypropylen, cao su cứng, plastic Một vài nhà sản xuất làm vỏ accu nhìn xun qua để nhìn thấy mực dung dịch điện phân mà không cần mở nắp accu Đối với loại thường có hai đường để mực thấp (lower) cao (upper) bên ngồi vỏ Hình Vỏ accu nắp thơng Hình Nắp thơng Hình 9.Dãy 2.3 Nắp thông Nắp thông chụp lỗ để thêm dung dịch điện phân Nắp thông thiết kế để acid ngưng tụ rơi trở lại accu cho phép hydrogene bay Dãy nắp thông hơi: Hầu hết accu ngày thiết kế dãy nắp thơng để chụp cho nhiều ngăn Dãy nắp thông thiết kế để acid ngưng tụ rơi trở lại accu cho phép hydrogene bay 2.4 Cọc accu Có loại cọc bình accu sử dụng, loại đỉnh, loại cạnh loại L Loại đỉnh thông dụng ô tô Loại có cọc vát xiêng Loại cạnh loại đặc trưng hãng General Motors, loại L dùng tàu thuỷ Hình 10 Cọc accu Ký hiệu cọc accu: Ký hiệu cọc accu để nhận biết cực dương hay âm Thông thường, ký hiệu "+" để cực dương, "-" để cực âm Đôi khi, ký hiệ "POS" "NEG" sử dụng để ký hiệu cực dương cực âm Trên loại accu có cọc loai đỉnh, đầu cọc dương thường lớn cực âm, mục đích để dễ phân biệt Đầu kẹp accu: Đầu kẹp cáp accu làm thép chì tuỳ thuộc vào nhà chế tạo Hình 11 Ký hiệu cọc accu Thép Chì Hình 12 Đầu kẹp accu 2.5 Cửa xem tỷ trọng Cửa xem tỷ trọng dùng cầu đo tỷ trọng dung dịch điện phân ngăn Hình 13 Cửa xem tỷ trọng Hoạt động accu 3.1 Hoạt động ngăn Hai kim loại không giống đặt dung dịch acid sinh hiệu điện hai cực Cực dương làm chì oxide PbO 2, cực âm làm chì Pb Dung dịch điện phân hỗn hợp acid sunfuric nước Chúng tạo nên phần tử ngăn Hình 14 Hoạt động accu Điện áp accu Hình 15 Q trình phóng, nạp Hình 16 Accu chứa điện dạng hố Thơng qua phản ứng hố học, accu sinh giải phóng điện nhu cầu hệ thống điện thiết bị điện Khi accu hoá trình này, accu cần nạp điện lại máy phát Bằng dòng điện ngược qua accu, q trình hố học phục hồi, nạp cho bình accu Chu trình phóng nạp lặp lại liên tục gọi chu trình accu Mỗi ngăn có điện áp xấp xỉ 2.1V khơng xét đến kích cỡ số lượng cực Accu tơ có ngăn nối tiếp với nhau, sinh điện áp 12.6 V 3.2 Các trình điện hóa accu Trong accu thường xảy hai q trình hóa học thuận nghịch đặc trưng q trình nạp phóng điện, thể dạng phương trình sau: PbO2 + Pb + 2H2SO4 ⇔ 2PbSO4 + 2H2O Trong q trình phóng điện, hai cực từ PbO2 Pb biến thành PbSO4 Như phóng điện, axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfat chì, cịn nước tạo ra, đó, nồng độ dung dịch H2SO4 giảm Sự thay đổi nồng độ dung dịch điện phân q trình phóng nạp dấu hiệu để xác định mức phóng điện accu sử dụng Quá trình phóng điện Bản cực âm Bản cực dương 2H2SO4 2e- Dung dịch điện phân PbO2 + 2H2O 2eChấ t ban đầu Pb SO4- -, Qu 4OH - SO4- -,4H+ Pb++++ trìn h ion hóa Qu trìn h tạo dòn g Pb++ - e- Pb++ +2e- 4H2O -2H2O Chấ PbSO4 t 2H2O PbSO4 đượ c tạo Bảng Q trình phóng điện Q trình nạp điện Bản cực âm 2eChất tạo cuối trình phón g 2e- Dung dịch Bản cực dương điện phân 4H2O PbSO4 PbSO4 Q trình ion hóa Pb++, SO4- - Q + trình tạo dịng 2H+, 4OH SO4- -, , 2H+ Pb++ Pb++ ++ Chất ban đầu 2H2O Pb H2SO4 PbO2 H2SO4 Bảng Q trình nạp điện 3.3 Thơng số accu chì-axit 3.3.1 Sức điện động accu Sức điện động accu phụ thuộc chủ yếu vào chênh lệch điện hai cực khơng có dịng điện ngồi - Sức điện động ngăn ea = ϕ+ - ϕ- (V) - Nếu accu có n ngăn Ea = n.ea Sức điện động phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, thực tế xác định theo cơng thức thực nghiệm: E0 = 0,85 + ρ25oC E0 : sức điện động tĩnh accu đơn (tính volt) ρ: nồng độ dung dịch điện phân tính (g/cm3) quy + 25oC ρ25oC = ρđo – 0,0007(25 – t) t : nhiệt độ dung dịch lúc đo ρđo : nồng độ dung dịch lúc đo 3.3.2 Hiệu điện accu - Khi phóng điện: Up = Ea - Ra.Ip - Khi nạp điện: Un = Ea + Ra.In Trong đó: Ip - cường độ dịng điện phóng In - cường độ dòng điện nạp Ra - điện trở accu 3.3.3 Điện trở accu Raq = R điện cực + R cực + R ngăn + R dung dịch Điện trở accu phụ thuộc chủ yếu vào điện trở điện cực dung dịch Pb PbO2 có độ dẫn điện tốt PbSO4 Khi nồng độ dung dịch điện phân tăng, có mặt ion H+ SO42- làm giảm điện trở dung dịch Vì điện trở accu tăng bị phóng điện giảm nạp Điện trở accu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ thấp, ion dịch chuyển chậm dung dịch nên điện trở tăng 3.3.4 Dung lượng accu Lượng điện mà accu cung cấp cho phụ tải giới hạn phóng điện cho phép gọi dung lượng accu Q = Ip.tp (A.h) Như dung lượng accu đại lượng biến đổi phụ thuộc vào chế độ phóng điện Người ta cịn đưa khái niệm dung lượng định mức accu Q5, Q10, Q20 mang tính quy ước ứng với chế độ phóng điện định chế độ giờ, 10 giờ, 20 phóng điện nhiệt độ +30oC Các yếu tố ảnh hưởng tới dung lượng accu: • • • • • Khối lượng diện tích chất tác dụng cực Dung dịch điện phân Dòng điện phóng Nhiệt độ mơi trường Thời gian sử dụng Dung lượng accu phụ thuộc lớn vào dịng phóng Phóng dịng lớn dung lượng giảm, tn theo định luật Peukert = const Trong đó: n số tùy thuộc vào loại accu (n = 1,4 accu chì) Kiểm tra bảo dưỡng accu 3.1 Kiểm tra mắt Kiểm tra nứt vỏ gãy cọc accu Điều làm rò rỉ dung dịch điện phân Nếu bị, thay bình accu Kiểm tra đứt cáp hay mối nối thay cần thiết Kiểm tra ăn mòn cọc accu, chất bẩn acid mặt accu Nếu cọc bị ăn mòn nghiêm trọng phải sử sụng chổi kim loại Kiểm tra giá giữ accu siết lại cần Kiểm tra mực dung dịch điện phân accu Nhìn từ bên hay mở nắp Thêm vào nước cất cần, đừng đổ tràn Kiểm tra dung dịch điện phân có bị mờ hay biến màu khơng, ngun nhân nạp dao động Thay bình accu Hình 17 Kiểm tra mắt 3.2 Kiểm tra tình trạng sạc Tình trạng sạc accu dễ dàng kiểm tra cách sau: Kiểm tra tỉ trọng Kiểm tra điện áp hở mạch 3.2.1 Kiểm tra tỉ trọng Tỉ trọng có nghĩa khối lượng xác Một phù kế sử dụng để so sánh khối lượng xác dung dịch chất điện phân với nước Chất điện phân có nồng độ cao bình accu nạp điện nặng chất điện phân có nồng độ thấp bình accu phóng hết điện Dung dịch chất điện phân hỗn hợp acide nước có tỉ trọng 1.27 Bằng cách đo tỉ trọng dung dịch chất điện phân cho biết bình accu đầy điện, cần phaỉ sạc hay phải thay Tỷ trọng 1.270 1.230 1.190 1.145 1.100 Phần trăm nạp 100% 75% 50% 25% 0% Bảng Tỷ trọng phần trăm nạp Sự chênh lệch tỉ trọng ngăn: Sự chên lệch tỉ trọng ngăn không vượt 0.05 Sự chênh lệch so sánh ngăn cao ngăn thấp Một bình accu nên bỏ chên lệch vượt 0.05 Trong ví dụ đây, chênh lệch tỉ trọng dung dịch chất điện phân ngăn thứ ngăn thứ ngăn thứ 0.07 Nên bình accu cần thay Ngăn thứ hỏng Ngăn 1.260 Ngăn 1.230 Ngăn 1.240 Ngăn 1.220 Ngăn 1.190 Ngăn 1.250 Bảng Tỷ trọng ngăn Nhiều yếu tố gây nên chênh lệch ngăn, ví dụ, châm nước vào ngăn, làm cho dung dịch bị loãng, kết đọc tỉ trọng thấp Nạp bình accu đo lại cho ta kết Trình tự kiểm tra tỉ trọng Đeo thiết bị bảo vệ mắt thich hợp Mở nắp bình accu Bóp bầu hút phù kế đưa đầu hút vào ngăn gần cực dương Từ từ thả lỏng bầu hút, hút vừa đủ dung dịch điện phân để làm đầu đo bên lên Đọc tỉ trọng đầu đo Đảm bảo đầu đo lên hoàn toàn Ghi lại giá trị thực lặp lại trình cho ngăn cịn lại Qui trình quan sát cửa xem tỉ trọng: Đeo dụng cụ bảo vệ mắt thích hợp Quan sát phù kế lắp bình accu • Điểm quan sát màu xanh: bình accu nạp đủ • Điểm quan sát màu xanh đen: Bình accu cần nạp • Điểm quan sát màu vàng nhạt: bình accu hỏng, cần thay Hình 18 Đo tỷ trọng 3.2.2 Kiểm tra điện áp hở mạch Dùng đồng hồ số để kiểm tra điện áp bình accu hở mạch Đồng hồ kim khơng xác khơng thể dùng Hình 19 Kiểm tra điện áp hở mạch Bật đèn đầu lên pha vài phút để loại bỏ nạp bề mặt Tắt đèn đầu nối đồng hồ qua hai cực bình accu Đọc giá trị điện áp Một bình accu nạp đầy có giá trị 12.6 V Ngược lại bình accu hỏng điện áp 12V 3.3 Kiểm tra khả chịu tải nặng accu Khi kiểm tra tình trạng sạc bình accu, khơng cho biết khả cung cấp dòng khởi động động Kiểm tra khả chịu tải nặng accu cho biết khả phân phối dịng điện accu Hình 21 Kiểm tra khả chịu tải nặng Trước kiểm tra tải nặng phải xác định dung lượng bình accu Dung lượng bình accu ghi nhãn bình Nó biểu diễn CCA (Cold Cranking Amps) hay AH (AmpHour) Hình 22 Thơng số accu Qui trình kiểm tra khả chịu tải nặng: Lắp đặt thử tải Tăng tải lên núm điều khiển đến khoảng gấp lần AH hay nửa CCA Duy trì tải không 15s, ghi nhận giá trị điện áp Nếu điện áp đọc • 9.6V hay cao hơn, bình accu cịn tốt • Hình 23 Kiểm tra dịng ký sinh 9.5V hay thấp hơn, bình accu có khiếm khuyết cần thay 3.4 Kiểm tra rò điện 3.4.1 Dịng kí sinh Dịng kí sinh dòng nhỏ cần thiết để hoạt động thiết bị điện khác giống đồng hồ, nhớ máy tính, cảnh báo mà tiếp tục hoạt động xe ngừng, cơng tắc máy đóng Tất xe ngày có dịng kí sinh làm cạn bình accu khơng chạy xe sạc định kì Vấn đề nảy sinh dịng kí sinh vượt 35mA Hình 24 Kiểm tra điện áp rị Dịng rị khơng mong muốn ngun nhân bình accu tiếp tục phóng điện Dịng rị khơng mong muốn dịng kí sinh q mức cho phép hay mặt bình accu bị ẩm xy hóa q mức, sinh đường dẫn hai cực, gây dòng rò, thường lớn 0.5 V cho bình tự phóng điện Nó gọi dịng rị nắp bình 3.4.2 Kiểm tra dịng rị: Để kiểm tra dịng kí sinh mức hay tải kí sinh người ta dùng ampe kế Đảm bảo tất tải điện xe tắt hết, cửa đóng chìa khóa xe rút khỏi ổ cắm Tháo cáp nối khỏi bình accu, gắn ampe kế nối tiếp cọc bình accu cáp Giá trị đọc nên nhỏ 35mA Nếu dòng lớn chứng tỏ dịng kí sinh vượt q định mức Một nối gây hết điện bình accu Ơ tơ ngày cho dịng kí sinh khơng vượt q 20mA để trì nhớ điện tử mạch điện Chú ý: Hình 25 Kiểm tra sụt áp kẹp cực Nếu bình accu bị gỡ cáp, dịng kí sinh tạm thời tăng lên Các mạch điện máy tính thân xe kích hoạt hoạt động khoảng thời gian Khoảng thời gian kích hoạt nằm khoảng vài giây đến 30 phút Nếu tránh gỡ cáp bình accu thực phép thử Có thể đặt que đo đồng hồ ampe lên cọc bình accu, que cịn lại lên đầu cáp bình accu Cùng lúc tháo cáp bình accu Kiểm tra accu tự phóng điện (dịng rị nắp), sử dụng đồng hồ volt kế loại số Gắn que âm (màu đen) đồng hồ vào cực âm bình accu, que dương (màu đỏ) vào mặt vỏ accu Nếu điện áp lớn 0.5V, rửa nắp bình accu dung dịch soda nước, sau lau nước mặt bình 3.4.3 Kiểm tra sụt áp kẹp cực Điện trở cọc bình accu kẹp cực vấn đề accu Mặc dù trơng bình thường ơxít kim loại ăn mịn nhẹ gây điện trở lớn chỗ nối, gây điện áp rơi giảm dòng điện qua máy khởi động Cực bình accu kẹp cực nên lau chùi kiểm tra accu Để kiểm tra điện trở chỗ nối, thực phép đo điện áp rơi khởi động xe Điện áp rơi phải 0V Bất giá trị đọc mà lớn 0V phải lau chùi điểm kiểm tra 3.5 Sạc bình accu Tất dụng cụ sạc bình accu hoạt động dựa nguyên lý: Một dòng điện cấp cho accu để chuyển đổi hóa học ngăn accu Không nối đầu sạc hay gỡ trường hợp máy sạc bật Làm theo dẫn sạc nhà sản xuất Không cố gắng sạc bình accu mà dung dịch điện phân đóng băng Khi sử dụng máy sạc luôn gỡ cáp nối mát cho accu Điều giảm thiểu khả gây hư hỏng cho máy phát phận điện tử xe Bình accu xem hồn tồn đầy điện tất ngăn giải phóng khí tỉ trọng dung dịch điện phân không thay đổi Nạp chậm đến 10A nạp nhanh 15A hay lớn Nạp chậm ưa chuộng Những qui định chung sạc accu: • • • • • • • • Luôn mở nắp suốt q trình nạp Ln ln làm theo dẫn nhà sản xuất Ln ln sạc bình accu nơi thơng khí tốt, đeo bảo vệ mắt găng tay Luôn tránh để gần tia lửa lửa (Tránh hút thuốc gần) Tỉ lệ nạp giống phóng Accu phóng nhanh nạp nhanh, phóng chậm nạp chậm (Nếu nghi ngờ thực nạp chậm) Không sạc accu lắp xe Gỡ accu nạp Điện áp sạc cao có khả làm hư hỏng thiết bị điện xe Kiểm tra tỉ trọng dung dịch sau khoảng thời gian Kiểm tra nhiệt độ accu sạc cách sờ tay vào mặt cạnh, cao quá, ngừng sạc chờ nguội 3.6 Bảo dưỡng bình accu 3.6.1 Lau chùi bình accu Sau thời gian, acide sulfuric ăn mòn cực, kẹp cực đỡ Sự ăn mòn gây điện trở ngăn cản dòng đến từ accu Tháo kẹp khỏi cực lau chùi Có thể sử dụng chổi lau chùi accu, có đầu lồi đầu lõm, lý tưởng để lau cực kẹp cực Hình 26 Bảo dưỡng accu 3.6.2 Thêm nước cho bình accu Hiếm châm nước cho bình accu, châm nước, châm nước cất Khống chất hóa chất thường tìm thấy nước uống thông thường phản ứng với vật liệu cực giảm tuổi thọ bình accu Trong điều kiện bình thường nước khơng cần thiết, nhiên cần thiết trường hợp sạc làm cho nước bốc khỏi dung dịch chất điện phân  ... Điện từ bình accu dùng cho máy khởi động cung cấp dòng điện cho hệ thống đánh lửa suốt thời gian động khởi động Việc khởi động xe chức quan trọng accu  Động hoạt động: Điện từ bình accu cần thiết... trợ cho hệ thống nạp nhu cầu tải điện xe vượt qua khả hệ thống nạp Cả accu máy phát cấp điện nhu cầu địi hỏi cao 1.2 Phân loại accu Trên ơtơ sử dụng hai loại accu để khởi động: accu axit accu kiềm... tiếp accu 12V lại với Accu cung cấp điện khi:  Động ngừng hoạt động: Điện từ bình accu sử dụng để chiếu sáng, dùng cho thiết bị điện phụ, thiết bị điện khác động không hoạt động  Động khởi động: