Tải bản đầy đủ

Thiết bị điện điện tử trên xe. Đào Hoa Việt , Hoc viện kỹ thuật quân sự

học viện kỹ thuật quân sự
bộ môn Kỹ Thuật điện - khoa kỹ thuật điều khiển

đào hoa việt

Thiết bị điện - điện tử
trên xe
(Dùng cho đào tạo đại học)

Hà nội - 2005


Mục lục
Mục lục ..
Lời nói đầu.....
Mở đầu
phần 1. hệ thống cung cấp điện..
Chơng 1: Bình điện.
1.1. Giới thiệu chung...
1.2. Nguyên lý làm việc và cấu tạo của bình điện chì - axit
1.2.1. Quá trình hình thành sức điện động...

1.2.2. Cấu tạo bình điện
1.3. Quá trình phóng nạp của bình điện..
1.3.1. Quá trình phóng điện..
1.3.2. Quá trình nạp điện..

Trang
01
07
09
13
13
13
14
14
15
20
20
22

1.4. ảnh hởng của điều kiện sử dụng và môi trờng đến
các thông số làm việc của bình điện.
1.4.1. Điện trở trong của bình điện...
1.4.2. ảnh hởng của dòng điện phóng

25
25

1.4.3. ảnh hởng của nhiệt độ.

26

1.4.4. ảnh hởng của tỷ trọng dung dịch, chế độ nạp
và thời hạn sử dụng.
1.5. Những h hỏng cơ bản của bình điện...
1.5.1. Hiện tợng sunfat hoá bản cực...
1.5.2. Hiện tợng tự phóng điện quá mức
1.6. Các phơng pháp nạp điện cho bình điện.
1.6.1. Phơng pháp nạp với dòng điện không đổi
1.6.2. Phơng pháp nạp với điện áp không đổi.
1.7. Sử dụng bình điện.


1.7.1. Kỹ thuật an toàn khi sử dụng bình điện..
1.7.2. Các dụng cụ đo cần thiết
1.7.3. Dung dịch bình điện...
1.7.4. Đa bình điện mới vào sử dụng..
1.7.5. Kiểm tra bảo dỡng bình điện
1.7.6. Nạp bình điện bằng dòng điện nhỏ.

24

27
28
29
29
31
31
33
35
35
35
36
37
38
39
1


1.7.7. Nạp phóng kiểm tra và luyện bình điện..
1.7.8. Một số đặc điểm sử dụng của bình điện kín khí.
Chơng 2: Máy phát điện.
2.1. Giới thiệu chung...
2.2. Máy phát điện một chiều..
2.3. Máy phát điện xoay chiều
2.3.1. Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm
vĩnh cửu..
2.3.2. Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm điện...
2.3.3. Máy phát xoay chiều không tiếp xúc.
2.4. Tính chọn công suất của nguồn điện
2.4.1. Chọn dung lợng định mức của bình điện..
2.4.2. Chọn công suất của máy phát trên xe
2.5. Các bộ biến đổi nguồn dùng trên xe máy quân sự...
2.5.1. Bộ biến đổi nguồn từ một chiều sang xoay chiều
không điều chỉnh
2.5.2. Điều chỉnh tần số và điện áp của các bộ biến đổi nguồn
2.5.3. Một số bộ biến đổi nguồn có mạch tự động điều chỉnh
tần số và điện áp.
2.6. Sử dụng, kiểm tra bảo dỡng máy phát
2.6.1. Những h hỏng chủ yếu trong phần điện của máy phát.
2.6.2. Kiểm tra tình trạng kỹ thuật máy phát...
Chơng 3: Tiết chế điện
3.1. Công dụng của tiết chế điện.
3.2. Nguyên lý chung tự động ổn định điện áp máy phát
3.3. Bộ điều chỉnh điện áp kiểu rung...
3.4. Bộ tự động điều chỉnh điện áp bán dẫn
3.4.1. Bộ tự động điều chỉnh điện áp bán dẫn tiếp điểm..
3.4.2. Bộ tự động điều chỉnh điện áp bán dẫn không tiếp điểm...
3.5. Bảo vệ quá tải và ngăn dòng điện ngợc cho máy phát
3.5.1. Bảo vệ quá tải.
3.5.2. Ngăn dòng điện ngợc...
3.6. Một số sơ đồ tiết chế điện trên xe quân sự...
3.6.1. Tiết chế kiểu rung P5-M.
3.6.2. Tiết chế bán dẫn P10-TM...
3.6.3. Tiết chế PP-350..................
2

40
41
43
43
44
50
50
53
58
60
60
61
63
64
65
74
77
77
78
80
80
81
82
88
88
90
94
94
95
99
99
101
104


3.7. Tiết chế IC trên xe Toyota
phần 2. hệ thống điện động cơ
Chơng 4: Hệ thống khởi động...
4.1. Giới thiệu chung...
4.1.1. Điều kiện khởi động các động cơ đốt trong...
4.1.2. Cấu trúc và phân loại hệ thống khởi động..
4.2. Động cơ điện khởi động...
4.3. Các kiểu truyền động và phơng pháp điều khiển
động cơ khởi động
4.4. Một số hệ thống khởi động điển hình..
4.4.1. Hệ thống khởi động động cơ xăng.
4.4.2. Hệ thống khởi động động cơ diesel và khớp truyền động
tổng hợp tự nhả trên ôtô.
4.4.3. Hệ thống khởi động động cơ xe tăng, xe xích, xe bọc thép...
4.4.4. Hệ thống khởi động dùng động cơ kích từ hỗn hợp
và truyền động cỡng bức..
Chơng 5: Hệ thống đánh lửa..
5.1. Giới thiệu chung...
5.1.1. Công dụng và yêu cầu đối với hệ thống đánh lửa...
5.1.2. Phân loại hệ thống đánh lửa...
5.2. Hệ thống đánh lửa dùng bình điện...
5.2.1. Sơ đồ nguyên lý và quá trình làm việc...
5.2.2. Đặc tính của hệ thống đánh lửa tiếp điểm và các yếu tố
ảnh hởng đến điện áp thứ cấp...
5.3. Các biện pháp nâng cao chất lợng làm việc của HTĐL.
5.3.1. Cải thiện đặc tính của hệ thống đánh lửa...
5.3.2. Phơng pháp điều chỉnh góc đánh lửa sớm
5.4. Hệ thống đánh lửa điện tử
5.4.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
5.4.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm..
5.4.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại điện dung.
5.5. Cấu tạo các phần tử của hệ thống đánh lửa..
5.5.1. Biến áp đánh lửa.
5.5.2. Bộ chia điện
5.5.3. Nến đánh lửa..
5.6. Hệ thống đánh lửa bằng manhetô.

105
108
108
108
108
109
110
114
115
115
119
122
126
130
130
130
136
136
136
141
144
144
145
150
151
155
161
164
164
166
167
171
3


5.6.1. Nguyên lý cấu tạo và lm việc của manhetô..
5.6.2. Đặc tính của hệ thống đánh lửa bằng manhetô..
5.6.3. Cấu trúc của manhetô.
5.7. Hệ thống đánh lửa ứng dụng kỹ thuật vi điều khiển.
5.8. Hệ thống đánh lửa trên các xe thế hệ mới
Chơng 6: Hệ thống phun xăng điện tử..
6.1. Chức năng của hệ thống phun xăng..
6.2. Nguyên lý xây dựng chơng trình điều chỉnh cung cấp nhiên liệu..
6.3. Hệ thống điều khiển quá trình phun nhiên liệu theo áp suất
trong đờng ống nạp (D-Type).
6.4. Hệ thống điều khiển quá trình phun nhiên liệu theo
lu lợng không khí nạp (L-Type)...
6.5. Giới thiệu hệ thống phun xăng điện tử trên xe Toyota Nhật Bản.
6.5.1. Hệ thống cung cấp xăng.
6.5.2. Khối các cảm biến ghi nhận thông tin
6.5.3. Bộ xử lý điều khiển trung tâm ECU...
6.5.4. Mạch điện điều khiển.
6.6. Chẩn đoán, dò tìm hỏng hóc nhờ bảng đồng hồ ôtô.
6.6.1. Mạch đợc giám sát và mạch không bị giám sát bởi ECM
6.6.2. Cách gọi lấy mã hỏng hóc ra khỏi bộ nhớ..
6.7. Kiểm tra hệ thống nhiên liệu của EFI..
6.7.1. Kiểm tra bơm xăng trên ôtô...
6.7.2. Kiểm tra các vòi phun xăng
6.8. Hệ thống điều khiển tổng hợp động cơ EMS...
6.8.1. Thành phần hệ thống phun xăng và đánh lửa tổ hợp Motronic..
6.8.2. Hệ thống Motronic hãng Bosch và Toyota.
phần 3. hệ thống điện thân xe.
Chơng 7: Hệ thống đo lờng kiểm tra
7.1. Khái quát chung...
7.2. Đồng hồ đo điện áp và dòng điện.
7.3. Đồng hồ đo tốc độ và hành trình..
7.3.1. Đồng hồ đo tốc độ, hành trình dẫn động bằng trục mềm...
7.3.2. Đồng hồ đo tốc độ, hành trình dẫn động điện
7.3.3. Đồng hồ đo tốc độ dùng mạch đo điện tử..
7.4. Đồng hồ đo áp suất dầu nhờn...
7.4.1. Đồng hồ đo áp suất dầu nhờn loại xung nhiệt điện
4

171
173
174
176
178
187
187
189
193
200
206
207
211
216
231
233
234
234
237
238
243
245
245
246
253
253
253
256
257
258
260
261
264
264


7.4.2. Đồng hồ đo áp suất dầu nhờn dùng lôgômét từ điện..
7.5. Đồng hồ đo nhiệt độ nớc
7.5.1. Đồng hồ đo nhiệt độ nớc làm mát động cơ
loại xung nhiệt điện
7.5.2. Đồng hồ đo nhiệt độ nớc kiểu từ điện..
7.6. Bộ cảm biến báo trạng thái nguy hiểm và đèn hiệu.
7.6.1. Cơ cấu báo nguy áp suất dầu bôi trơn động cơ...
7.6.2. Cơ cấu báo nguy nhiệt độ nớc làm mát động cơ..
7.7. Đồng hồ nhiên liệu...
7.7.1. Đồng hồ nhiên liệu loại điện từ..
7.7.2. Đồng hồ nhiên liệu loại từ điện..
7.8. Đồng hồ hiển thị số..
7.8.1. Giới thiệu chung
7.8.2. Đồng hồ côngtơmét
7.8.3. Đồng hồ hành trình kép..
7.8.4. Đồng hồ tốc độ động cơ.
7.8.5. Đồng hồ nhiệt độ nớc làm mát.
7.8.6. Đồng hồ nhiên liệu.
7.8.7. Đèn báo số tự động.
7.8.8. Điều khiển độ sáng.
7.9. Chẩn đoán hệ thống điện - điện tử trên xe
7.9.1. Kích hoạt ECU để tra mã lỗi..
7.9.2. Đọc mã lỗi..
7.9.3. Xoá mã lỗi..
Chơng 8: Một số hệ thống điện tự động phụ trợ..
8.1. Hệ thống gạt nớc và rửa kính.
8.1.1. Chức năng và cấu tạo..
8.1.2. Hoạt động của hệ thống..
8.2. Hệ thống đèn pha..
8.2.1. Giới thiệu chung.
8.2.2. Cấu trúc hệ thống...
8.2.3. Hoạt động của hệ thống..
8.2.4. Hệ thống đèn pha có thể nâng hạ loại khác
8.3. Đèn xinhan và đèn cảnh báo (Hazard).
8.3.1. Giới thiệu chung.
8.3.2. Cấu tạo

266
269
269
271
273
273
274
275
275
276
278
278
282
284
285
285
286
287
288
289
293
296
296
297
297
297
299
301
301
302
303
307
308
308
309
5


8.3.3. Nguyên lý hoạt động..
8.4. Hệ thống khoá cửa
8.4.1. Giới thiệu chung.
8.4.2. Cấu tạo
8.4.3. Hoạt động của hệ thống khoá cửa..
8.5. Hệ thống điều khiển phanh...
8.5.1. Giới thiệu chung.
8.5.2. Cấu trúc hệ thống ABS...
8.5.3. H hỏng và cách khắc phục
8.6. Hộp số tự động.
8.6.1. Giới thiệu chung.
8.6.2. Hệ thống điều khiển của hộp số điều khiển điện tử ECT ECU..
8.6.3. Hoạt động chức năng của ECT ECU..
8.6.4. Chẩn đoán kỹ thuật hộp số tự động
Tài liệu tham khảo....................................................................................

6

309
311
311
311
313
317
317
320
326
328
328
332
342
348
350


Lời nói đầu
Thiết bị điện - điện tử trên xe là một bộ phận quan trọng cấu thành xe. Đây
là một lĩnh vực có sự phát triển vợt bậc và góp phần tạo nên những biến đổi lớn
về chất lợng xe. Những kiến thức trong lĩnh vực này là hết sức cần thiết cho các
sinh viên theo học ngành xe.
Giáo trình "Thiết bị điện - điện tử trên xe" đợc biên soạn nhằm cung cấp
cho sinh viên những kiến thức chung về cấu tạo, nguyên lý làm việc, các đặc tính
về khai thác sử dụng các thiết bị điện - điện tử và tự động trên xe. Riêng đối với
xe quân sự, các thiết bị điện liên quan đến phần công tác và chiến đấu của xe
không đợc đề cập trong giáo trình này.
Các chủng loại xe sử dụng trên đất nớc ta hiện nay khá đa dạng về trình
độ phát triển và nơi sản xuất. Khi biên soạn giáo trình này chúng tôi đã cố gắng
trình bày để sinh viên có thể hiểu đợc các thiết bị cơ bản trên xe với mức độ phát
triển về kỹ thuật khác nhau theo quan điểm hệ thống. Đặc biệt nhấn mạnh đến
cấu trúc chức năng của các phần tử xong cũng không coi nhẹ cấu tạo cụ thể của
chúng.
Có thể nói hầu hết các thiết bị điện - điện tử trên xe hiện nay đều là các hệ
thống cơ điện tử thực hiện các chức năng về điều khiển đo lờng và kiểm tra.
Mức độ tự động hóa và máy tính hóa ngày càng cao. Để nắm đợc các trang thiết
bị các sinh viên cần ôn lại kỹ các kiến thức về cơ sở kĩ thuật điện - điện tử, máy
tính và lý thuyết điều khiển tự động, đồng thời phải có kiến thức vững về chuyên
ngành động cơ và xe.
Phơng pháp duy nhất đúng để tiệm cận hệ thống trang bị điện là phơng
pháp hệ thống.
Giáo trình này là tài liệu cơ bản để sinh viên ngành xe nghiên cứu môn
học "Thiết bị điện trên xe". Nó cũng là tài liệu tham khảo tốt cho các kỹ s khi
khai thác các hệ thống cơ điện tử trên xe nhất là các xe thế hệ mới.
7


Tuy đã có nhiều cố gắng trong quá trình biên soạn để có một tài liệu chứa
đựng những nội dung truyền thống của môn học và tiệm cận đợc các trang thiết
bị mới hiện đại trong các hệ thống cơ điện tử trên xe xong chắc chắn còn nhiều
sai sót, rất mong đợc sự đóng góp của độc giả.
Tác giả rất cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu của các đồng nghiệp
trong Bộ môn Kĩ thuật Điện trong quá trình biên tập sách.
Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Bộ môn Kỹ thuật Điện, Khoa Kỹ
thuật Điều khiển, Học viện Kỹ thuật Quân sự - 100 Hoàng Quốc Việt, Nghĩa Đô,
Cầu Giấy, Hà Nội, điện thoại: 069.515380.
Xin chân thành cảm ơn!
Tác giả

8


Phần mở đầu
Thiết bị điện - điện tử trên xe bao gồm tất cả các thiết bị tạo ra năng lợng
điện và sử dụng nguồn năng lợng ấy để hoàn thành các chức năng nào đó bảo
đảm cho quá trình hoạt động của xe. Nó bao gồm các nhóm sau:
- Hệ thống cung cấp điện.
- Hệ thống khởi động.
- Hệ thống đánh lửa.
- Hệ thống điều khiển quá trình tạo hỗn hợp nhiên liệu.
- Hệ thống chiếu sáng và đèn tín hiệu.
- Hệ thống đo lờng, kiểm tra và chẩn đoán kỹ thuật.
- Hệ thống các thiết bị phụ trợ.
- Các hệ thống tự động điều chỉnh khác trên xe.
Do sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thiết bị điện - điện tử và tự
động hóa trên xe nên các thiết bị mới đợc bổ sung ngày càng nhiều, nó góp phần
làm nên những thay đổi vợt bậc về chất lợng cho các xe đời mới. Đặc biệt đối
với các xe quân sự ngoài các thiết bị điện trên xe cơ sở, còn có thêm một hệ thống
thiết bị, bảo đảm cho khả năng chiến đấu hoặc hoàn thành các nhiệm vụ khác dó
là các hệ thống tự động ổn định điều khiển vũ khí trên xe, các hệ thống dẫn
đờng mặt đất, hệ thống ngắm, máy tính đờng đạn...
Các thiết bị điện - điện tử và tự động hóa đề cập trong giáo trình này chủ
yếu là thiết bị trên xe cơ sở, phần thiết bị công tác, chiến đấu đợc đề cấp đến
trong các giáo trình chuyên ngành khác.
Theo chức năng và vị trí bố trí của các thiết bị điện - điện tử có thể chia
các thiết bị theo ba nhóm lớn sau:
- Hệ thống cung cấp điện.
- Hệ thống thiết bị điện động cơ.
- Hệ thống thiết bị điện tự động thân xe.
Hệ thống cung cấp điện bảo đảm tạo ra năng lợng điện cung cấp cho các
phụ tải trên xe và bảo đảm chất lợng điện năng của xe. Nó gồm máy phát, bình
điện, tiết chế điện, mạng điện.
Nguồn cung cấp điện chính trên xe là các máy phát điện một chiều và
xoay chiều với chỉnh lu bán dẫn kết hợp. Ngày nay chủ yếu các máy phát trên
xe thế hệ mới là máy phát xoay chiều, các máy phát một chiều chủ yếu còn gặp
trên các xe chiến đấu quân sự và xe loại cũ.
9


Bình điện là nguồn điện dự trữ trên xe, có vai trò vô cùng quan trọng vì là
nguồn chính của động cơ điện khởi động.
Tiết chế điện là bộ phận bảo đảm chất lợng điện năng cung cấp cho xe,
đồng thời là phần tử bảo vệ và phối hợp làm việc của máy phát và bình điện.
Hệ thống cung cấp điện còn bao gồm mạng điện thân xe. Đây là mạng
điện áp thấp 12V hoặc 24V một chiều một dây, dây dẫn thứ hai chính là vỏ xe
"mát". Trên các xe hiện nay sử dụng mạng điện với đầu âm của nguồn nối với
"mát" trong quá trình sử dụng phải hết sức chú ý không để các đầu dây có điện
tiếp xúc với "mát". Mạng điện trên xe là mạng điện hình tia. Dòng điện từ nguồn
đợc đa tới bảng cầu chì chính, rồi từ bảng cầu chì chính tới các bảng cầu chì
các khoang sau cùng tới các phụ tải. Sự bố trí các bảng cầu chì phân phối điện
nh vậy làm cho việc sửa chữa đợc thuận lợi. Ngoài việc sử dụng cầu chì trên xe
còn sử dụng các loại áp tô mát để bảo vệ mạng điện. Toàn bộ mạng điện trên xe
và sự kết nối với các phụ tải đợc thể hiện trên các sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp
ráp điện, các sơ đồ này và các tài liệu khác cần đợc lu giữ .
Hệ thống điện động cơ bao gồm các thiết bị điện và điện tử phục vụ cho
động cơ làm việc, nó gắn với quá trình làm việc của động cơ, góp phần tự động
hóa một số chức năng, thay thế cho một số cơ cấu bằng cơ khí, làm tăng các chỉ
tiêu về kinh tế và động lực học của động cơ. Có thể nói việc áp dụng các thiết bị
máy tính và điện tử, tự động hóa, điều khiển một số quá trình nh quá trình cháy
(điều chỉnh góc đánh lửa), quá trình tạo hỗn hợp nhiên liệu (hệ thống phun nhiên
liệu)... đã cải thiện rất nhiều chất lợng làm việc của động cơ.
Thiết bị điện động cơ bao gồm hệ thống khởi động, hệ thống đánh lửa, hệ
thống điều khiển quá trình tạo hỗn hợp nhiên liệu. Các hệ thống này đợc cải tiến
và hiện đại hóa không ngừng.
Thiết bị điện thân xe bao gồm các phần tử và hệ thống điện - điện tử, tự
động đặt trên thân xe bảo đảm kiểm tra các hoạt động của xe, các tiện nghi trên
xe và quá trình vận hành của xe. Nó gồm các hệ thống trang bị kinh điển nh hệ
thống kiểm tra đo lờng và chẩn đoán kỹ thuật, hệ thống chiếu sáng, các thiết bị
phụ trợ nh gạt nớc ma, đóng mở cửa và một loạt các hệ thống mới đợc tự
động hoá ở mức độ ngày càng cao nh hệ thống chống bó cứng phanh ABS, hệ
thống hộp số tự động ECT, hệ thống điều hòa nhiệt độ, ... các hệ thống này đã
góp phần nâng cao tính an toàn sử dụng và tiện nghi cho con ngời.
Để thấy đợc quá trình phát triển của hệ thống trang bị điện - điện tử và tự
động hóa trên xe, sau đây sẽ điểm qua các giai đoạn phát triển của nó. Có thể nói
sự phát triển các thiết bị điện - điện tử, tự động trên xe thực hiện theo hai hớng.
10


1). Hoàn thiện các thiết bị sẵn có trên xe.
2). Xây dựng và bổ sung thiết kế mới các hệ thống thiết bị điện - điện tử và
cơ điện tử.
Cho đến nay việc hoàn thiện hệ thống thiết bị điện trên xe đã trải qua bốn
giai đoạn phát triển.
Thế hệ thứ nhất tính đến trớc năm 1950. Giai đoạn này hệ thống cung cấp
điện gồm máy phát một chiều, bình điện chì - axít dạng hở, các bộ tiết chế điện
kiểu rung với tiếp điểm cơ khí. Hệ thống đánh lửa sử dụng máy từ điện và đánh
lửa tiếp điểm với các bộ điều chỉnh đánh lửa sớm thuần túy cơ khí. Bộ chế hòa
khí điều khiển bằng cơ khí cha có sự xuất hiện các phần tử điện tử.
Thế hệ thứ hai bắt đầu từ năm 1950 với đặc trng là sự áp dụng các phần
tử bán dẫn và thiết bị tự động hóa dùng rơle. Các máy phát xoay chiều 3 pha với
chỉnh lu bán dẫn, các bộ tiết chế bán dẫn bắt đầu đợc sử dụng, các động cơ
khởi động đợc điều khiển từ xa nhờ các rơle và cơ cấu điện từ. Bình điện không
bảo dỡng kiểu kín đợc đa vào sử dụng. Hệ thống nhiên liệu sử dụng các phần
tử điện cơ điều khiển chế hòa khí. Các hệ thống phun xăng kiểu cơ khí (kiểu K)
ra đời. Các thiết bị điện - điện tử và rơle đợc dùng điều khiển các thiết bị và cơ
cấu phụ trợ.
Thế hệ thứ 3 bắt đầu từ những năm 1970, đánh dấu bằng sự áp dụng không
chỉ các phần tử điện - điện tử mà các phần tử tự động khác (các phần tử thuỷ lực,
khí nén... ). Có thể nói, đến giai đoạn này thuật ngữ "điện" đã mất đi ý nghĩa
chính xác của nó. ở trên xe, trong các thiết bị tự động ngoài các phần tử điện cơ
truyền thống còn có các phần tử thủy lực, khí nén, quang điện và đặc biệt là có sự
áp dụng các phần tử vi điều khiển công nghiệp. Tất cả các thiết bị điện - điện tử,
tự động này đợc thống nhất dới tên gọi "thiết bị cơ điện tử ôtô".
Thế hệ thứ 3 đợc đặc trng bằng sự xuất hiện của các hệ thống cơ - điện
tử điều khiển các quá trình làm việc trên động cơ và thân xe nh hệ thống điện tự
động điều khiển quá trình phun nhiên liệu trong động cơ xăng và diesel, hệ thống
điều khiển quá trình phanh, hệ thống sang số tự động.... Việc ứng dụng kỹ thuật
số trong điều khiển và đo lờng đã làm cho cấu trúc các hệ thống trở nên nhỏ
gọn.
Đặc điểm cơ bản của các hệ thống cơ điện tử ôtô là chúng chứa các khối
điện tử điều khiển trung tâm điều khiển toàn bộ các phần còn lại của hệ thống.
Khối điều khiển trung tâm có thể xây dựng trên cơ sở các phần tử tơng tự hoặc
xung, số. Nó chỉ làm việc với các tín hiệu điện. Trên đầu vào của khối sẽ có các
bộ biến đổi các đại lợng không điện thành tín hiệu điện. Trên đầu ra có các phần
11


tử chấp hành biến đổi các đại lợng điện thành tác động không điện. Các phần
vào ra này cũng thuộc thành phần của hệ cơ điện tử.
Các hệ cơ điện tử có thể đợc xây dựng theo nguyên lý điều khiển hở hoặc
kín. Phần lớn các hệ cơ điện tử trên xe là hệ điều khiển theo chơng trình vì thế
khối điều khiển trung tâm sẽ có chứa các thiết bị nhớ và các vi xử lý.
Một đặc điểm nữa của các hệ cơ điện tử là chúng có cấu trúc phân cấp.
Các hệ thống con giải quyết các chức năng hẹp và chuyên sâu. Các hệ con này lại
đợc ghép nối tạo ra hệ thống lớn có chức năng xử lý thông tin và điều khiển toàn
bộ xe.
Hiện nay các thiết bị điện - điện tử trên xe đã bớc sang thế hệ thứ 4, đặc
trng cơ bản của nó là sự ứng dụng của máy tính công nghiệp vào tất cả các quá
trình điều khiển, đo lờng và kiểm tra của các hệ thống cơ điện tử trên xe.
ở thế hệ thứ t bắt đầu xuất hiện các hệ thống điều khiển thông minh đặc
biệt nh hệ thống lái tự động, hệ thống tự bảo vệ phòng tránh tai nạn.... Các
phơng tiện và thiết bị phục vụ cho con ngời gắn trên xe ngày càng hiện đại và
tự động hóa ở mức độ cao.
Rõ ràng ngày nay để khai thác đợc các trang thiết bị điện - điện tử trên xe
đòi hỏi ngời sử dụng phải đợc trang bị các kiến thức đa ngành và phải có
phơng pháp hệ thống khi tiếp cận trang bị.

12


Phần 1
Hệ thống cung cấp điện

Chơng 1
Bình điện
1.1. Giới thiệu chung
Bình điện là nguồn điện hóa học đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực khác nhau của công nghiệp, quốc phòng và đời sống. Trên xe, bình điện
(ắcquy) là nguồn điện dự trữ cực kỳ quan trọng, nó có công dụng sau:
- Cung cấp điện cho các động cơ điện khởi động để khởi động động cơ xe.
- Cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện trên xe khi động cơ xe không làm
việc hoặc khi điện áp máy phát cha đạt đợc giá trị định mức. Bình điện còn là
nguồn kích từ ban đầu cho máy phát điện trên xe. Bình điện là nguồn điện ban
đầu của hệ thống đánh lửa.
- Trong quá trình làm việc của xe có thể xảy ra trờng hợp các hộ tiêu thụ
điện cùng làm việc một lúc, tổng công suất tiêu thụ lớn hơn công suất máy phát,
khi đó bình điện sẽ là nguồn điện cùng máy phát cấp điện cho các hộ tiêu thụ.
Quá trình làm việc của bình điện gồm hai quá trình riêng lẻ: quá trình nạp
và quá trình phóng. Đối với bình điện ở trên xe các quá trình đó có những đặc
điểm chủ yếu sau:
- Bình điện trên xe có hai chế độ phóng điện đặc trng là chế độ khởi động
và chế độ định mức.
Chế độ khởi động là chế độ bình điện cấp điện cho động cơ khởi động.
Đặc trng cơ bản của chế độ này là dòng điện phóng rất lớn (hàng nghìn ampe)
và thời gian làm việc ngắn, nhất là đối với các loại xe có động cơ công suất lớn
nh xe tăng, xe bọc thép. Chế độ khởi động là chế độ làm việc nặng nề và khắc
nghiệt đối với bình điện.
Chế độ định mức là chế độ bình điện cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện với
dòng điện phóng nhỏ hơn hoặc bằng định mức. Đây là chế độ bình điện cấp điện
cho các hộ tiêu thụ điện khác trên xe trừ hệ thống khởi động.
- ở trên xe bình điện luôn làm việc song song với máy phát. Mức độ
phóng nạp của bình điện phụ thuộc nhiều vào mức độ điều chỉnh của điện áp máy
phát và chế độ làm việc của các phụ tải. Chế độ nạp điện trên xe của bình điện là
13


chế độ nạp bổ sung theo phơng pháp điện áp không đổi. Phơng pháp này không
cho phép bình điện đợc nạp đầy hoàn toàn.
Chế độ khởi động là chế độ đặc trng phải lu ý khi chọn bình điện cho
xe. Để bảo đảm làm việc ở chế độ này, một yêu cầu cơ bản đặt ra đối với bình
điện là phải có dung lợng lớn và điện trở trong nhỏ.
Thực tế, trong công nghiệp và quốc phòng thờng sử dụng các loại bình
điện sau:
- Bình điện axit - chì
- Bình điện kiềm cađimi - niken
- Bình điện kiềm sắt - niken
- Bình điện kiềm bạc - kẽm
Bình điện kiềm có tuổi thọ cao, độ bền cơ học tốt, đơn giản trong sử dụng,
nhng nó có điện trở trong lớn và điện áp nhỏ.
Bình điện kiềm bạc - kẽm là loại bình điện tiên tiến, có năng lợng riêng
lớn (tỷ số năng lợng trên một đơn vị trọng lợng thể tích), cho phép phóng với
dòng điện lớn trong thời gian ngắn nhng có hạn chế là tuổi thọ thấp và giá thành
cao.
Hiện nay trên các xe thờng sử dụng bình điện axit - chì. Bình điện này có
điện trở trong nhỏ, vì thế có khả năng phóng với dòng điện lớn mà sụt áp lại nhỏ.
Tính chất này giúp cho bình điện axit - chì có khả năng làm việc bình thờng với
động cơ khởi động. Ngoài ra bình điện axit có điện áp cao hơn và giá thành rẻ
hơn bình điện kiềm.
1.2. Nguyên lý làm việc và cấu tạo của bình điện axit-chì
1.2.1. Quá trình hình thành sức điện động
Sơ đồ nguyên lý của bình điện axit - chì đơn giản chỉ ra trên hình 1-1.

+

-

Pb

Pb02
H2SO4

Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý bình điện axit - chì
14


Bình điện gồm bản cực dơng với hoạt chất là điôxit chì (Pb02) và bản cực
âm với hoạt chất là bột chì. Hai bản cực đợc nhúng trong dung dịch axit sunfuric
H2SO4. Sức điện động của bình điện đợc hình thành dựa trên hiện tợng điện hoá
khi có sự chênh lệch hiệu điện thế tiếp xúc của 2 kim loại khác nhau khi nhúng
vào cùng một dung dịch. Sức điện động của bình điện phụ thuộc vào bản chất của
chất làm các điện cực và nồng độ dung dịch. Đối với bình điện axit - chì với cực
dơng là điôxit chì, cực âm là chì, dung dịch là axit sunfuric thì sức điện động
của bình điện phụ thuộc vào nồng độ dung dịch và đợc tính bằng công thức sau:
(1.1)
E = + 0,84
ở đây, E: Sức điện động bình điện (V)
: Tỷ trọng dung dịch (g/cm3) ở 150C.
Thông thờng tỷ trọng dung dịch biến thiên từ 1,1g/cm3 đến 1,3g/cm3 và
do đó sức điện động biến thiên từ 1,94V đến 2,14V. Một cách trung bình ta
thờng nói bình điện axit - chì có sức điện động là 2V.
Các bình điện dùng trong thực tế thờng gồm nhiều ngăn, mỗi ngăn là 1
bình điện nhỏ riêng biệt. Tùy theo việc tổ hợp các ngăn bình điện có thể có các
cấp điện áp khác nhau: 6V, 12V, 24V. Các thông số điện đặc trng cho bình điện
là:
- Sức điện động của bình điện: là hiệu điện thế giữa các điện cực khi hở
mạch bên ngoài (không tải).
- Điện áp của bình điện: là hiệu điện thế giữa các điện cực khi phóngcó tải
(điện áp phóng ), và khi nạp (điện áp nạp ).
- Điện trở trong của bình điện.
- Dung lợng bình điện: là lợng điện tích mà bình điện tiêu hao khi nạp
(dung lợng nạp) từ nguồn và bình điện hoàn toàn cung cấp cho phụ tải khi phóng
đến điện áp cho phép nào đó (dung lợng phóng).
Q=



t

0

I.dt

Đơn vị đo dung lợng là Ampe giờ (Ah).
1.2.2. Cấu tạo bình điện
Bình điện (ắcquy) trên xe bao gồm nhiều ngăn riêng biệt, mỗi ngăn là 1
bình điện nhỏ hoàn chỉnh, các ngăn đợc nối nối tiếp với nhau bằng các bản nối.
Mỗi ngăn bình điện gồm các khối bản cực âm và dơng đặt xen kẽ nhau, giữa các
khối bản cực khác tên có đặt các tấm cách.
Cấu tạo của bình điện xe tăng và ôtô chỉ ra trên hình 1-2 và 1-3.

15


Các bình điện có thể có hình dạng, kích thớc khác nhau nhng nhìn
chung chúng đều gồm các phần tử cơ bản sau:
- Vỏ, nắp bình điện
- Các khối bản cực
- Tấm cách
- Các phần tử phụ: Nút, bản nối, đầu cực (cọc lấy điện)...
Sau đây, ta sẽ xét chi tiết các phần tử.

Hình 1-2. Cấu trúc bình điện xe tăng

Nút

Đầu cực

Nắp

Bản nối

Vách ngăn
Ngăn bình điện
Bản cực
Vỏ
Dung dịch điện phân
Tấm cách

16

Hình 1-3. Cấu trúc bình điện ôtô


Vỏ bình điện đợc làm bằng vật liệu ổn định axit, nó gồm nhiều ngăn.
Mỗi ngăn đều có nắp và lỗ rót dung dịch, lỗ thông khí. Mỗi ngăn bình điện có
chứa các khối bản cực, các tấm cách và dung dịch điện phân. Phía trên các khối
bản cực có đặt lới chống sánh và bảo vệ.
Khối bản cực (hình 1-4) gồm nhiều bản cực. Bản cực gồm có khung và chất
hoạt tính. Khung bản cực đợc đúc từ hợp kim chì - ăngtimoan, ăngtimoan có tác
dụng làm tăng tính đúc và độ bền cơ khí. Khi chế tạo ngời ta trát lên khung này
một lớp bột nhão. Bột nhão gồm bột ôxít chì hòa vào dung dịch axit sunfuric. Bột
nhão của các cực khác tên khác nhau về mức độ ôxy hóa. Bột nhão để chế tạo cực
dơng có độ ôxy hóa cao hơn.
Bản nối
Bản cực

Vấu cực trên
Khung xơng

Vấu cực dới

Hình 1-4. Khối bản cực
Sơ đồ quy trình sản xuất bình điện axit - chì chỉ ra trên hình 1-5. Để hạn
chế khả năng bị nén chặt lại của lớp chì xốp ở cực âm làm giảm dung lợng bình
điện, trong bột nhão để chế tạo bản cực âm ngời ta cho thêm 1 ít bột nở BaS04
(0,12 ữ 0,36%). Sau khi đã trát đầy bột nhão vào các giá xơng, ngời ta sấy khô
và tiến hành xử lý đặc biệt. Đó là quá trình tạo và hóa thành bản cực, các bản cực
đợc nạp điện theo một quy trình nghiêm ngặt để đạt đợc độ chín theo yêu cầu.
Nhờ tạo đợc độ xốp trong các chất hoạt tính, diện tích làm việc của các bản cực
tăng lên rất nhiều và bình điện có dung lợng lớn. Các bản cực cùng tên đợc hàn
nối với nhau và có 1 đầu lấy điện chung, chúng tạo thành nửa khối bản cực. Tổng
diện tích của các khối bản cực xác định dung lợng của bình điện.
17


Antimoan

Chì

Chế tạo hợp kim

Đúc chì viên

3-6%Sb 6-12%Sb
Chế tạo bột
Đúc chi
tiết chì

Đúc xơng
bản cực
Trát bột
ép bằng áp lực

Chế tạo bột
cho bản cực +

Axit
H2SO4

Chế tạo bột nhão
cho bản cực Bột
nở

Sấy bản cực
Hoá thành
bản cực
Sấy
Cắt và làm sạch
Lắp ráp
khối bản cực

Tấm cách

Vật liệu hàn

Đặt vào bình
Hàn cầu nối
Đổ mát-tít
Kiểm tra
Xuất xởng

18

Hình 1-5. Sơ đồ quy trình sản xuất bình điện chì - axit


Trong quá trình làm việc của bình điện, phản ứng hóa học xảy ra mạnh ở
cực dơng do đó thể tích của nó tăng rất nhiều gây ra nội ứng suất lớn. Vì vậy
trong cấu tạo bình điện số lợng bản cực âm bao giờ cũng lớn hơn số lợng bản
cực dơng là 1 bản cực. Khi làm việc các bản cực dơng luôn chịu tác động lực ở
2 phía, tránh đợc cong vênh.
Các tấm cách (hình 1-6) dùng để ngăn không cho các bản cực khác tên
tiếp xúc với nhau gây ra ngắn mạch. Các tấm cách đợc chế tạo thành dạng các
tấm mỏng có dạng 1 mặt nhẵn và 1 mặt có gờ răng, khi lắp ghép mặt có gờ răng
luôn hớng về phía tấm cực dơng để lu thông chất điện phân trên mặt tấm cực
dơng tốt hơn. Kích thớc tấm cách phải lớn hơn một chút so với tấm cực để
tránh chạm chập. Các tấm cách đợc làm bằng nhựa xốp hoặc hỗn hợp nhựa và
sợi thủy tinh.
Mỗi ngăn bình điện đợc đậy bằng 1 nắp làm bằng ebonít hoặc bằng chất
dẻo. Nắp có lỗ cho ra các cọc cực, sau khi hàn cọc cực với cầu nối sẽ tạo đợc độ
bền chắc tin cậy. Lỗ ở giữa để rót dung dịch điện phân. Lỗ có nút đạy vặn chặt
với nắp bằng ren, trên nút có lỗ thông hơi.

Hình 1-6. Cấu trúc tấm cách
Khi lắp bình điện ở nhà máy ngời ta đặt một màng cao su mỏng bên dới
nút để làm kín nhằm bảo quản bình điện ở dạng khô. Trong một vài loại bình điện
thì độ kín của bình điện đợc bảo đảm bằng việc sử dụng nút bằng nhựa
poliêtylen có vấu lồi, vấu này trùng với lỗ thông hơi, hoặc ngời ta bịt kín các lỗ
thông hơi lại, khi đa bình điện mới vào trạng thái làm việc cần cắt vấu thông hơi
hoặc chọc thủng màng cao su bịt kín.
Các cọc ra của các ngăn bình điện nối tiếp nhau bằng cách hàn các cầu
nối. Cọc ra, cầu nối, cực ra của bình điện khởi động đợc tính toán để làm việc
với dòng điện lớn nên bên trong của chúng có lõi đồng nhằm giảm điện áp rơi
19


trên chúng. Cực ra của cả bình điện thờng bố trí ở một đầu bình. Chúng có thể
làm theo dạng côn hoặc vấu có lỗ. Các cực đợc đánh dấu (+) và (-). Ngoài ra còn
có dấu trên thành bình ở gần cực ra.
Kí hiệu của các bình điện đợc ghi trên các cầu nối. Trên mỗi bình điện xe
tăng, ôtô có các ký hiệu sau:
- Dấu hiệu hàng hóa của nhà máy chế tạo.
- Loại bình điện và công dụng của nó.
- Thời gian sản xuất.
- Dấu các điện cực: dơng (+), âm (-).
Ký hiệu bình điện khởi động của Liên Xô chế tạo thờng gồm các số và
chữ với ý nghĩa nh sau:
Ví dụ: 6 CT - 140.
+ Số đầu tiên chỉ số lợng các ngăn mắc nối tiếp trong bình. Từ đó xác định đợc
điện áp của bình (6 x 2V = 12V).
+ Chữ tiếp theo chỉ công dụng của bình điện (CT - bình điện khởi động).
+ Số cuối chỉ dung lợng định mức ở chế độ phóng 20 giờ (QP = 140Ah) tính
bằng ampe giờ.
Một số chữ khác thờng chỉ vật liệu làm tấm cách.
1.3. Quá trình phóng nạp của bình điện
1.3.1. Quá trình phóng điện
Khi bình điện đã đợc nạp đầy nếu nối hai điện cực của bình điện với tải ở
bình điện sẽ xảy ra quá trình phóng điện và bình điện sẽ cấp điện cho tải.
Phản ứng hóa học xảy ra trong bình điện khi phóng điện nh sau:
Pb02 + Pb + 2H2S04 PbS04 + PbS04 + 2H20
(+)
(-)
(dd)
(+)
(-)
dd
Từ phản ứng hóa học xảy ra trong bình điện khi phóng điện ta có nhận xét
sau:
- Trong quá trình phóng điện có sự chuyển hóa của điôxit chì PbO2 ở cực
dơng và chì Pb ở cực âm thành sunfat chì PbSO4 ở cả hai bản cực, đây là chất
dẫn điện kém, vì thế điện trở trong của bình điện tăng lên. Kết quả của quá trình
phóng điện là 2 bản cực của bình điện trở nên có cấu tạo giống nhau và sức điện
động của bình điện sẽ giảm xuống.
- Trong quá trình phóng điện bản thân dung dịch cũng tham gia vào các
phản ứng hóa học, lợng axit sunfuric giảm xuống đồng thời có sự tạo thành nớc
vì thế nồng độ dung dịch giảm xuống. Trong quá trình phóng điện ở bản cực
20


dơng có sự chuyển hóa của ion chì Pb+4 thành ion chì Pb+2 rồi kết hợp với ion
S0 42 tạo ra sunfat chì, vì thế khi phóng điện lợng axit sunfuric ở cực dơng yêu
cầu nhiều hơn ở bản cực âm và phản ứng hóa học xảy ra cũng mạnh hơn. Điều
này giải thích cho ta rõ về sự khác nhau trong cấu tạo các khối bản cực đã nói ở
trên.
Trong quá trình phóng điện các thông số của bình điện nh sức điện động,
điện áp, tỷ trọng dung dịch, điện trở trong của bình điện luôn luôn thay đổi, sự
thay đổi của các thông số này của bình điện theo thời gian khi phóng với dòng
phóng không đổi gọi là đặc tính phóng của bình điện (hình 1-7).

I
U
(A) (g/cm3) (V)
40

2,0

2,0

30

1,5

1,5

20

1,0

1,0

10

0,5

0,5

2,12V

1,92V

1,75V
=1,27
=1,11

Ip =7A; Qp = Ip.tp = 7.20 = 140Ah
0

0

0

2

4

6

8

t (h)

10 12 14 16 18 20

Hình 1-7. Đặc tính phóng của bình điện
Ta xét chi tiết sự thay đổi của từng thông số:
- Sự thay đổi của tỷ trọng dung dịch: = f(t) khi IP = const
Khi phóng với dòng điện không đổi thì trong 1 đơn vị thời gian lợng hoạt
chất và lợng axit tham gia vào quá trình phản ứng là không đổi. Vì vậy, trong
phạm vi phóng điện cho phép, tỷ trọng dung dịch giảm tuyến tính theo thời gian.
Từ giá trị ban đầu là 1,27 đến giá trị cuối là 1,11 (g/cm3)
- Sự thay đổi của sức điện động phóng Eb = f(t) khi IP = const
Theo công thức (1.1) thì khi tỷ trọng giảm, sức điện động tĩnh của bình
điện E0 cũng giảm xuống theo. Sức điện động phóng EP của bình điện luôn nhỏ
hơn sức điện động tĩnh 1 lợng E, do sự chênh lệch về tỷ trọng dung dịch ở bên

21


ngoài và bên trong các lỗ xốp ở các bản cực, sự chênh lệch này tạo ra sự khuếch
tán của dung dịch vào trong các lỗ xốp.
ở giai đoạn đầu của quá trình phóng E tăng dần do sự tăng độ chênh lệch
tỷ trọng giữa bên ngoài và bên trong lỗ xốp và sự khuếch tán cha đạt trạng thái
cân bằng. Khi có sự cân bằng giữa lợng axit cần thiết tham gia vào phản ứng tại
các lỗ xốp và lợng axit khuếch tán từ bên ngoài vào lỗ xốp thì E trở nên không
đổi.
- Sự thay đổi của điện áp phóng UP = f(t) khi IP = const.
Điện áp phóng đợc xác định theo định luật Ôm: UP = Eb - IP.Rt
ở giai đoạn đầu của quá trình phóng điện, sự biến thiên của UP tơng tự
nh sức điện động phóng. ở cuối quá trình phóng do sự tạo thành sunfat chì ở các
bản cực ngăn cản sự khuếch tán của dung dịch vào các lỗ xốp, sức điện động và
điện áp phóng giảm nhanh đến 0.
Đứng về lý thuyết mà xét ta thấy quá trình phóng điện sẽ tiếp diễn đến khi
các chất hoạt tính trên các bản cực hoàn toàn chuyển hoá thành sunfat chì. Lúc
đó, vật liệu hai điện cực giống nhau nên hiệu điện thế tiếp xúc cũng giống nhau.
Trong thực tế chất hoạt tính các bản cực có cấu tạo xốp, các phản ứng hoá học
xảy ra chủ yếu trong các lỗ nhỏ, nếu để phóng điện quá mức thì sự khuếch tán
của dung dịch vào các lỗ nhỏ khó khăn, nồng độ dung dịch tại các lỗ nhỏ giảm
nhanh, khi đó có thể nớc cũng tham gia vào quá trình phản ứng. Đây là phản
ứng không có tính thuận nghịch vì thế bình điện mất khả năng khôi phục.
Trong thực tế sử dụng chỉ cho phép bình điện phóng tới một điện áp nào
đó .Trong chế độ phóng 10 giờ, điện áp này là 1,7V. Khi phóng với dòng điện lớn
điện áp phóng giảm nhanh ,điện áp kết thúc phóng cho phép cũng nhỏ hơn.
Sau khi đình chỉ quá trình phóng, điện áp đo trên 2 cực bình điện là EP sau
đó quá trình khuếch tán tiếp tục diễn ra tại lỗ xốp. Sức điện động bình điện đạt
đến giá trị của sức điện động tĩnh.
Từ phân tích trên ta thấy dấu hiệu kết thúc quá trình phóng là điện áp
phóng UP giảm đến giá trị 1,7V và tỷ trọng dung dịch giảm đến = 1,11g/cm3
(đối với chế độ phóng 10 giờ).
- Dung lợng phóng:
Khi phóng với dòng điện không đổi thì dung lợng phóng đợc tính là:
(Ah)
QP = I.tP
1.3.2. Quá trình nạp điện
- Quá trình hoá học
22


Khi nạp điện các điện cực của bình điện mắc cùng cực với nguồn nạp.
Phản ứng hoá học xảy ra tại các điện cực khi nạp điện nh sau:
PbS04 + PbS04 + 2H20 Pb02 + Pb + 2H2S04
(+)
(-)
(dd)
(+) (-)
(dd)
Nh vậy, khi nạp điện dới tác dụng của nguồn ngoài, các phản ứng hoá
học xảy ra tại các điện cực ngợc với khi phóng điện. Các hoạt chất ở các bản cực
đợc hoàn nguyên trở lại, axit sunfuric đợc tạo thành làm nồng độ dung dịch
tăng.
- Đặc tính nạp.
Ta xét sự thay đổi theo thời gian của sức điện động Eb , điện áp, tỷ trọng
dung dịch khi nạp với dòng điện không đổi, các quan hệ này gọi là đặc tính nạp
(hình 1-8).

I
U
3
(A) (g/cm ) (V)

2,7V
2,5

40

2,0

2,0
2,12V

1,92V
30

1,5

1,5
=1,27

=1,11
20

1,0

1,0

10

0,5

0,5

In = 0.1Q; Qp = In.tn
0

0

0

1

2

3

4

5

6

7

t (h)
8 9

10

12

Hình 1-8. Đặc tính nạp của bình điện
- Sự thay đổi của tỷ trọng = f(t) khi In = const : Khi nạp với dòng điện không
đổi tỷ trọng dung dịch tăng tuyến tính theo thời gian.
- Sự thay đổi của sức điện động và điện áp : Khi nạp điện, phản ứng hoá học xảy
ra ở trong các lỗ xốp tạo ra axit sunfuric do đó nồng độ dung dịch trong các lỗ
23


xốp lớn hơn ở ngoài vì vậy sức điện động bình điện khi nạp sẽ lớn hơn sức điện
động tĩnh 1 lợng E.
Điện áp nạp tính theo biểu thức:
UN = Eb + In.Rt
ở giai đoạn đầu của quá trình nạp, sức điện động và điện áp biến thiên
tơng tự nh sự biến thiên của tỷ trọng. Cuối quá trình nạp, sức điện động bình
điện và điện áp đều tăng rất lớn. Khi điện áp đạt giá trị 2,4V quá trình hoá hơi bắt
đầu xảy ra. Nớc bị phân tích tạo ra H2 và 02. Tuỳ theo dòng điện nạp, có khi quá
trình xảy ra rất mãnh liệt và ta quan sát đợc hiện tợng sôi. Khi nớc bị phân
tích các ion hyđrô H+ đợc tạo ra sẽ đến tụ ở bản cực âm tạo ra điện áp phân cực
phụ khoảng 0,3V, vì vậy điện áp nạp đạt giá trị 2,7V và tỷ trọng dung dịch đạt giá
trị lớn nhất. Quá trình nạp kết thúc. Để bình điện nạp đầy hoàn toàn cần tiếp tục
duy trì dòng điện nạp thêm 2 giờ nữa, khi đó tỷ trọng và điện áp không đổi, có thể
kèm theo hiện tợng sôi.
Vậy dấu hiệu kết thúc quá trình nạp là điện áp và tỷ trọng dung dịch
không đổi trong 2 giờ và có thể có hiện tợng sôi.
ở thời điểm ngắt bình điện ra khỏi nguồn nạp, điện áp đo ở hai cực bình
điện sẽ bằng sức điện động Eb của bình điện, tiếp sau quá trình khuếch tán giảm
dần cho đến khi tỷ trọng dung dịch trong và ngoài các lỗ xốp bằng nhau. Sức điện
động bình điện giảm dần về giá trị sức điện động tĩnh.
- Dung lợng nạp:
(Ah)
Q = In.tn
Dung lợng nạp bao giờ cũng lớn hơn dung lợng phóng. Vì một phần
năng lợng bị mất khi phân tích nớc.
Qua khảo sát quá trình phóng nạp của bình điện ta rút ra 1 nhận xét quan
trọng sau đây:
Khi phóng nạp với dòng điện không đổi tỷ trọng dung dịch thay đổi tuyến
tính theo thời gian. Vì vậy ta có thể căn cứ vào tỷ trọng dung dịch để xây dựng
mức độ phóng của bình điện. Ta cũng có thể dựa vào việc đo sức điện động tĩnh
để đánh giá mức độ phóng của bình điện.
1.4. ảnh hởng của điều kiện sử dụng và môi trờng đến
các thông số làm việc của bình điện
Các thông số làm việc của bình điện phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện sử
dụng và môi trờng. Các yếu tố ảnh hởng nhiều đến các thông số làm việc của
bình điện (điện trở trong, điện áp, dung lợng ) là :
24


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×