1. sơ lợc về hệ thống trang bị điện trên ô tô
Công nghiệp ô tô máy kéo càng phát triển, kết cấu ô tô máy kéo càng hoàn
thiện, thì mức độ điện khí hoá, điện tử hoá của chúng càng cao. Yêu cầu về mặt
tiện nghi, về tính an toàn chuyển động càng lớn thì hệ thống trang thiết bị điện của
ô tô máy kéo càng phức tạp và hiện đại.
Nếu nh trên những ô tô máy kéo đầu tiên, các trang thiết bị điện hầu nh
không có gì ngoài bộ phận để châm lửa hỗn hợp cháy rất thô sơ bằng dây đốt, thì
ngày nay trên ô tô máy kéo, điện năng đã đợc sử dụng để thực hiện rất nhiều chức
năng khác nhau, nh: châm lửa hỗn hợp làm việc trong xi lanh; khởi động động cơ;
chiếu sáng và báo hiệu cũng nh để đảm bảo sự làm việc của các dụng cụ đo, kiểm
tra và các trang thiết bị phụ khác trên xe.
Tơng ứng với các chức năng đó, trên ô tô máy kéo hiện nay có trang bị các
hệ thống nh sơ đồ sau:
Các hệ thống trên hợp thành một hệ thống thống nhất là hệ thống trang bị
điện ô tô máy kéo với hai phần chính là: nguồn điện (hệ thống cung cấp) và các bộ
phận tiêu thụ điện (các hệ thống khác).
Trong các bộ phận tiêu thụ điện năng thì máy khởi động là bộ phận tiêu
thụ điện năng mạnh nhất (dòng điện cung cấp bởi ắc quy khi khởi động có thể tới
400 600A đối với động cơ xăng, hoặc 2000A với động cơ diesel và điện áp nguồn
24V). Bộ phận tiêu thụ điện thứ hai có vai trò đặc biệt quan trọng nhng lại không
đáng kể về công suất và dòng tiêu thụ là hệ thống đánh lửa (khi động cơ làm việc
bình thờng, để châm lửa hỗn hợp cháy tia lửa điện chỉ cần có một năng lợng
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 1
- Hệ thống đánh lửa: gồm các bộ
phận chính nh : biến áp đánh lửa, bộ
chia điện, các cơ cấu điều chỉnh góc
đánh lửa sớm, bugi và các dây cao áp.
Ngoài ra hệ thống đánh lửa bán dẫn
còn có thêm hộp đảo mạch bán dẫn.
- Hệ thống khởi động: gồm máy khởi
động điện, cơ cấu điều khiển, rơ le,

và phân phối khác nhau.
Mạng điện trên ô tô máy kéo nói chung đợc thực hiện theo sơ đồ một đờng
dẫn, tức là: chỉ có một đờng dẫn nối từ một cực của nguồn đến tất cả các bộ phận
tiêu thụ. Cực thứ hai của nguồn và của các bộ phận tiêu thụ điện đợc nối với khối
lợng kim loại chính của xe, thờng là khung hoặc vỏ (còn gọi là mát) - tức là
khung vỏ xe đợc dùng làm đờng dẫn thứ hai (hình 1.1).

Hệ thống một đờng dẫn có u điểm là: cho phép tiết kiệm dây dẫn, giảm đ-
ợc tiêu tốn đồng và do đó giảm đợc trọng lợng và giá thành của hệ thống dẫn điện,
giảm đợc số lợng các chi tiết và thời gian nối ghép chúng. Tuy vậy, nó có nhợc
điểm là: làm tăng khả năng chập mạch giữa các dây dẫn và mát của xe .
Về mặt cực tính, mát có thể đợc nối với cực âm hoặc cực dơng của
nguồn. u nhợc điểm của hai cách nối hiện đang còn là vấn đề tranh cãi. Vì thế
cách chọn cực tính của mát chủ yếu phụ thuộc vào truyền thống kỹ thuật của
nhà chế tạo và tính thống nhất hoá của các sản phẩm. Đa số các xe thờng gặp hiện
nay thì mát có cực tính âm, tức là đợc nói với cực âm của nguồn.
Trang thiết bị điện trên ôtô máy kéo hiện nay trung bình chiếm khoảng
15 25% giá thành ô tô máy kéo và cũng khoảng 20 25% số lợng các h hỏng
chung của xe máy xảy ra trong quá trình vận hành. Vì thế, bên cạnh các biện pháp
nâng cao chất lợng chế tạo hoặc áp dụng kỹ thuật và công nghệ mới, việc nghiên
cứu, tìm hiểu các trang thiết bị điện, nắm vững nguyên lý làm việc, nguyên tắc vận
hành bảo dỡng và sửa chữa chúng là điều cần thiết để nâng cao độ tin cậy và hiệu
quả làm việc của ô tô máy kéo.
Chú ý:
- Trên các ô tô máy kéo hiện đại hiện nay, do sự phát triển vợt bậc của kỹ
thuật điện tử, do yêu cầu ngày càng cao về an toàn chuyển động, về giảm nhẹ điều
khiển, giảm mức độ ô nhiễm môi trờng, tiết kiệm nhiên liệu và tăng tiện nghi,
nên mức độ tự động hoá và điện tử hoá trên ô tô rất cao.
- Để phục vụ vấn đề điều khiển tự động, giảm nhẹ điều khiển, tăng an toàn
chuyển động và tiện nghi, các trang thiết bị điện, điện tử không còn đợc sử dụng

ợng và thời gian nên trong giáo trình này chỉ nghiên cứu hệ thống trang thiết bị
điện và điện tử trên ô tô dới dạng các hệ thống tơng đối độc lập về chức năng nh
trên các ô tô cổ điển. Các hệ thống tích hợp, các chức năng hiện đại nh hệ thống
điều khiển tự động động cơ, hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, hệ thống
tự động điều khiển ly hợp hộp số, điều chỉnh độ cứng hệ thống treo, hệ thống
chống hãm cứng bánh xe khi phanh, sẽ đợc nghiên cứu chi tiết trong các giáo
trình riêng.
Cách tiếp cận nh vậy giúp cho ngời học không chỉ nắm đợc các kiến thức
cốt lõi, hiểu đợc nguyên lý làm việc của các hệ thống trang thiết bị điện cơ bản
của ô tô để dễ dàng phân tích và nắm bắt bất kỳ một hệ thống hiện đại phức tạp
nào mà còn thấy đợc lịch sử phát triển cũng nh quá trình hoàn thiện và hiện đại
hoá của các trang thiết bị điện điện tử trên ô tô.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 3
2. Hệ thống cung cấp
Hệ thống cung cấp điện trên ô tô có sơ đồ nh trên hình 2.1: sơ đồ a dùng
với máy phát điện một chiều, sơ đồ b- dùng với máy phát xoay chiều có chỉnh lu
bán dẫn.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 4
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều.
1- Máy phát; 2- Bộ điều chỉnh điện; 3- Khoá điện; 4- Đồng hồ
am pe; 5- Phụ tải.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều.
1- Máy phát; 2- Bộ ắc quy; 3- Đồng hồ am pe; 4- Bộ điều chỉnh
điện.
Đến các phụ tải
Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhng đều bao gồm hai nguồn
năng lợng là ắc quy và máy phát mắc song song. Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải và
chế độ làm việc của ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồng
thời cả hai cung cấp năng lợng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải).
Ngoài ra, trong hệ thống cung cấp còn có:

độ sụt thế ít, chất lợng khởi động tốt hơn. ắc quy kiềm có suất điện động mỗi
ngăn khoảng 1,38V, giá thành cao hơn (2 3 lần) do phải sử dụng các loại vật liệu
quý hiếm nh bạc, niken, cađimi, điện trở trong lớn hơn. Tuy vậy, ắc quy kiềm có
độ bền cơ học và tuổi thọ cao hơn (4 5 lần), làm việc tin cậy hơn.
+ Các ắc quy a xít, theo vật liệu vỏ bình chia ra: vỏ bằng êbônít,
cao su cứng hay các vật liệu tổng hợp khác.
+ Các ắc quy kiềm, theo vật liệu cấu tạo bản cực chia ra các loại:
- Sắt - Niken (Fe - Ni);
- Cađimi - Niken (Cd - Ni);
- Bạc - kẽm (Ag - Zn).
Ngoài ra ắc quy còn có thể phân loại theo thế hiệu, theo dung lợng,
theo vật liệu tấm cách,
2.1.1.3. Yêu cầu:
Các ắc quy dùng trên ô tô máy kéo có nhiệm vụ quan trọng là cung
cấp năng lợng cho máy khởi động khi khởi động động cơ, với dòng tiêu thụ rất lớn
từ 400 600A, thậm chí có trờng hợp tới 2000A, vì thế các ắc quy ô tô máy kéo tr-
ớc hết phải đảm bảo các yêu cầu:
- Phải có khả năng trong thời gian ngắn từ 5 10 S, cung cấp một
dòng phóng lớn (tơng ứng với dòng khởi động) mà sau đó trạng thái kỹ thuật của
chúng hầu nh không thay đổi;
- Có điện trở trong nhỏ, để khi phóng với dòng lớn độ sụt thế sẽ bé,
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 5
đảm bảo có thể khởi động dễ dàng động cơ trong mọi điều kiện sử dụng.
Các ắc quy có những đặc điểm trên đợc gọi là ắc quy khởi động.
Ngoài ra ắc quy còn phải:
- Có điện dung lớn với khối lợng và kích thớc tơng đối bé;
- Có điện thế ổn định, hiện tợng tự phóng điện không đáng kể;
- Làm việc tin cậy khi nhiệt độ môi trờng dao động trong giới hạn
rộng;
- Phục hồi nhanh chóng điện dung khi đợc nạp trong các điều kiện

- Tại cực âm: các ion dơng hoá trị 2 (Pb
2+
) sẽ nhận điện tử trở thành
chì nguyên chất, còn các ion H
+
và SO
4
2-
kết hợp tạo thành a xít, tức là có thể viết:
PbSO
4
(Pb
2+
+ SO
4
2-
) + 2e + 2H
+
> Pb + H
2
SO
4
- Tại cực dơng: các ion dơng hoá trị 2 (Pb
2+
) cho điện tử, bị ô xy hoá thành
ion hoá trị 4 (Pb
4+
) và kết hợp với các ion OH
-
tạo thành đi ô xýt chì PbO

bản cực âm là chì nguyên chất có màu ghi đá. Lúc này nồng độ dung dich không
tăng lên nữa và nếu tiếp tục nạp thì sẽ xảy ra hiện tợng phân giải (điện phân) nớc
thành hyđrô và ô xy bay ra khỏi dung dịch dới dạng bọt khí tơng tự nh khi nớc sôi,
vì thế còn gọi là hiện tợng "sôi". Đó là những dấu hiệu chứng tỏ ắc quy đã đợc nạp
no hoàn toàn.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 6
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của ắc quy a xít.
Cấu tạo; b- Quá trình nạp; c- Nối với phụ tải; d- Quá trình phóng;
1- Dung dịch điện phân; 2- Các bản cực chì; 3- Vỏ bình; 4-
Công tắc; 5- Máy phát một chiều; 6- Đèn.
Phơng trình phản ứng chung cho cả quá trình điện hoá xảy ra trong ắc quy
khi nạp có dạng:
2PbSO
4
+ 2H
2
O > PbO
2
+ Pb + 2H
2
SO
4
Các phản ứng này cũng có thể biểu diễn dới dạng sơ đồ nh trên
hình 2.4a
Sau khi nạp no, giữa các bản cực của ắc quy xuất hiện một thế hiệu 2V.
Nếu bây giờ nối ắc quy (đã đợc nạp) với phụ tải thì ắc quy sẽ phóng điện cung cấp
năng lợng cho phụ tải và xảy ra các quá trình điện hoá ngợc lại:
- Dòng điện trong mạch ngoài sẽ đi từ cực dơng sang cực âm;
- Các bản cực sẽ biến đổi dần thành PbSO
4

tr ớc nạp
Quá trình
ion hoá
Quá trình
nạp
Kết quả
sau nạp
ạp
2.1.2.2. Cấu tạo của ắc quy
Mỗi một ắc quy đơn giản nh mô tả ở trên có một điện dung rất nhỏ
và một thế hiệu hạn chế. Không phụ thuộc vào kích thớc, mỗi ắc quy đơn chỉ có
thể cho một thế hiệu trung bình tối đa khoảng 2V. Vì thế, để tạo đợc một nguồn
điện có điện dung lớn hơn ngời ta phải tăng kích thớc bằng cách chế tạo các bản
cực dới dạng khối: gồm nhiều bản âm và dơng bố trí xen kẽ nhau ghép lại thành
bộ. Còn để nhận đợc điện áp cần thiết (6, 12 hay 24V) ngời ta mắc nối tiếp các
khối ắc quy đơn lại với nhau thành bình ắc quy.
Do đó kết cấu của một bình ắc quy trong thực tế gồm những bộ
phận nh trên hình 2.5 và 2.6.
a. Vỏ bình: có dạng hình hộp chữ nhật, làm bằng nhựa ê bô nít, cao su
cứng hay chất dẻo chịu a xít và đợc chia thành các ngăn tơng ứng với số lợng các
ắc quy đơn cần thiết.
Trong các ngăn đó đợc đặt các khối bản cực (hình 2.6). Dới đáy vỏ bình có
các gân dọc hình lăng trụ để đỡ các khối bản cực. Khoảng trống dới đáy giữa các
gân dùng để chứa các chất kết tủa, các chất tác dụng bong ra từ các bản cực, để
chúng không làm chập (ngắn mạch) các bản cực khác dấu.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 8
Hình 2.5. Cấu tạo bình ắc quy a xít.
1- Bản cực âm; 2- Tấm cách; 3- Bản cực d ơng; 4- Khối bản
cực; 5- Cầu nối các bản cực cùng tên; 6- Đầu ra; 7- Cực d ơng; 8- Vỏ
bình; 9- Đệm làm kín; 10- Nút; 11- Nắp; 12- Cầu nối các ngăn; 13-

4
nh các muối humát chế tạo từ
than bùn, bồ hóng, chất thuộc da và các chất khác,
Độ xốp của chất tác dụng cho phép làm tăng diện tích bề mặt làm
việc thực tế của bản cực lên hàng trăm lần so với bề mặt hình học. Do đó tăng đợc
điện dung của ắc quy.
Chất tác dụng trên bản cực dơng: đợc chế tạo từ minium chì Pb
3
O
4
,
monoxít chì PbO và dung dịch a xít H
2
SO
4
. Ngoài ra, để tăng độ bền ngời ta còn
cho thêm sợi polipropilen.
Các bản cực sau khi trát đầy chất tác dụng đợc ép lại, sấy khô và
tạo cực bằng cách: ngâm vào dung dịch a xít H
2
SO
4
loãng, nạp bằng dòng điện
nhỏ. Sau khi nạp, chất tác dụng của bản cực dơng biến thành đi ô xýt chì PbO
2
màu nâu thẫm, bản cực âm là chì Pb màu ghi đá. Sau đó các bản cực đợc sấy khô
và lắp ráp thành khối:
- Các bản cực cùng tên đợc hàn với nhau theo số lợng xác định tạo
thành phân khối bản cực. Khe hở giữa các bản cực cùng phân khối phải đủ chứa
một bản cực khác loại và một tấm ngăn;

điện phân có nút đậy vặn bằng ren (hình 2.10), trên nút có các lỗ nhỏ để thông hơi.
Trong một số kết cấu, lỗ thông hơi có thể đợc làm trực tiếp trên nắp nh lỗ 4
trên hình 2.9, lúc đó trên nút không cần làm lỗ nữa.
Để dung dich diện phân khỏi sóng ra ngoài khi sử dụng, trên nút có
tấm chắn 2 (hình 2.10).
Các ngăn ắc quy đợc hàn nối tiếp với nhau bằng các cầu nối bằng
chì (hình 2.12 và 2.13).
Để làm kín những chỗ nối ghép giữa nắp và vỏ bình ngời ta dùng
nhựa bitum.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
11
Hình 2.9. Nắp đậy các ngăn ắc quy.
1- Lỗ rót dung dịch điện phân; 2- Lỗ để đ a các đầu cực ra
ngoài; 3- ống lót chì; 4- Lỗ thông hơi.
Hình 2.10. Kết cấu nút đậy bình ắc quy.
1- Thân nút; 2- Vòng chắn; 3- Lỗ thông hơi; 5- Mặt
côn.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
12
Hình 2.13. Ph ơng pháp nối các ngăn của ắc quy.
a- Nối phía ngoài; b- Qua thành vách ngăn; Qua lỗ trên vách
ngăn.
Hình 2.10. Kết cấu nút đậy bình ắc quy.
1- Thân nút; 2- Vòng chắn; 3- Lỗ thông hơi; 5- Mặt
côn.
Hình 2.12. Đầu ra và cầu nối giữa các ngăn của ắc quy.
a- Đầu ra của các ngăn; b- Cầu nối; 1,2- Lõi đồng; 3- Hợp kim chì.
Hình 2.11. Các đầu
cực của ắc quy a xít.
2.1.2.3. Dung dịch điện phân

- Cuối cùng là các chữ cái chỉ vật liệu tấm cách hay vỏ bình.
Ví dụ:
+ Một ắc quy của Liên Xô có ký hiệu: 6-CT-70-MC thì 6 là ắc
quy có 6 ngăn; CT- chữ cái viết tắt chỉ loại ắc quy khởi động dùng cho ô tô máy
kéo; 70- ắc quy có địên dung định mức là 70 (A.h) ở chế độ 20 giờ phóng điện và
nhiệt độ dung dịch là 25
O
C; - vỏ bình bằng nhựa êbônít; MC- vật liệu tấm cách
bằng miplát+sợi thuỷ tinh (P- mipo; M- miplát; PC- mipo+sợi thuỷ tinh); Nếu ắc
quy đã đợc nạp khô (tức là các bản cực đã đợc nạp sẵn ở nhà máy, chế tạo và bảo
quản ở dạng khô kín) thì có thêm chữ "" sau cùng.
+ Một ắc quy của Việt Nam có ký hiệu: 6-OT-70-NT-TCVN thì 6
là ắc quy có 6 ngăn; OT- chữ cái viết tắt chỉ loại ắc quy khởi động dùng cho ô tô
máy kéo; 70- ắc quy có địên dung định mức là 70 (A.h) ở chế độ 10 giờ phóng
điện và nhiệt độ dung dịch là (322)
O
C; NT- tấm cách bằng nhựa xốp ghép với sợi
thuỷ tinh (N- nhựa xốp; GT- gỗ ghép với sợi thuỷ tinh; GN- gỗ ghép với nhựa).
2.1.2.5. Các đặc tr ng cơ bản của ắc quy axít:
Mỗi ngăn của bình ắc quy là một ắc quy đơn có đầy đủ các tính
chất đặc trng cho cả bình. Do đó, khi nghiên cứu đặc tính của bình ắc quy ta chỉ
cần khảo sát một ắc quy đon là đủ.
a . Sức điện động tĩnh (E
0
):
Sức điện động (SĐĐ) tĩnh của ắc quy là hiệu điện thế giữa các điện
cực của ắc quy, đo khi mạch ngoài hở. Nó chỉ phụ thuộc vào tính chất hoá lý của
các chất tham gia vào quá trình điện hoá, vào nồng độ dung dịch điện phân mà
không phụ thuộc vào kích thớc bản cực và số lợng chất tác dụng.
Một cách gần đúng SĐĐ E

b. Điện trở trong (r
aq
):
Điện trở trong của ắc quy là sức cản của ắc quy cản trở dòng điện
đi qua trong nó. Điện trở trong của ắc quy có hai thành phần và đợc biểu diễn bởi
công thức:
r
aq
= r
0
+ r
p
Trong đố:
r
0
- Điện trở thuần của ắc quy, là tổng hợp điện trở thuần
của các điện cực, của dung dịch điện phân, của các tấm ngăn và các chi tiết dẫn
điện khác, nh: cọc bình, cầu nối
r
p
- Điện trở phân cực của ắc quy, đây là một đại lợng có
tính chất quy ớc dùng để đánh giá sự thay đổi điện thế ở các điện cực khi có dòng
điện đi qua ắc quy.
Điện trở thuần của ắc quy có bản chất tơng tự điện trở thuần của
các vật dẫn khác. Nó phụ thuộc vào diện tích, khoảng cách và trạng thái bề mặt
của các bản cực, vào điện trở của các chất tạo nên bản cực và bởi vậy phụ thuộc
vào mức độ phóng nạp của ắc quy, vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch điện
phân.
Trên hình 2.14 là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của r
0

Hình 2.14. Sự thay đổi r
o
của
bộ ắc quy 6CT-90 vào mức độ phóng
Q% ở các nhiệt độ khác nhau.
(2.2
)
Điện trở suất của dung dịch điện phân (phụ thuộc vào nhiệt độ và
nồng độ của nó) đợc xác định theo công thức:
r
t
= r
t0
[1 + (t - 20)]
ở đây:
r
t
- Điện trở suất của dung dịch điện phân ở t
0
bất kỳ,
/cm
3
;
r
t0
- Điện trở suất của dung dịch điện phân ở 20
0
C,
/cm
3

E
r
I
p
p

==
0
ở đây: E
p
- SĐĐ phân cực xuất hiện khi có dòng điện I chạy qua ắc
quy, làm thay đổi nồng độ dung dịch ở vùng sát các bản cực.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
15
Hình 2.15. Quan hệ giữa
điện dẫn suất của dung dịch
H
2
SO
4
và nồng độ của nó ở 20
o
C.
Điện
dẫn suất,
Nồng độ dung dịch,
g/cm
3
Điện
trở suất,

Đặc tính phóng nạp của ắc quy (hình 2.18 và 2.19) là các đờng biểu
diễn quan hệ U=f(t) và =f(t) khi cho ắc quy phóng và nạp với dòng không đổi.
Khi phóng với dòng điện không đổi (I
p
=const): thì nồng độ dung
dịch điện phân giảm dần theo đờng thẳng (vì tốc độ phản ứng hoá học và do đó,
lợng chất tác dụng và axít H
2
SO
4
tham gia phản ứng không thay đổi theo thời
gian).
Theo (2.1) thì đờng E
0
cũng có dạng tuyến tính nh đờng , còn hiệu
điện thế thì nhỏ hơn SĐĐ một lợng bằng độ sụt thế trong ắc quy:
U
p
= E
0
- (I
p
.r
aq
) = E
0
- I
p
.r
0

Theo mức độ phóng điện, lợng sunphát chì tạo thành trên bề mặt
các bản cực tăng lên, làm tăng điện trở thuần của ắc quy. Ngoài ra, các hạt sunphát
chì có thể tích khá lớn (so với chì và các ôxýt của nó) còn làm giảm tiết diện thấm
dung dịch và cản trở quá trình khuyếch tán. Do đó, làm tăng SĐĐ phân cực. Đến
một lúc nào đó, trạng thái cân bằng sẽ bị phá huỷ, nồng độ dung dịch trong bản
cực cùng với SĐĐ và hiệu điện thế giảm rất nhanh và nếu cho ắc quy tiếp tục
phóng điện thì SĐĐ có thể giảm đến không.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy: Quá trình cho ắc quy phóng điện
chỉ nên thực hiện đến điểm P. Vì sau điểm này thế hiệu của ắc quy giảm rất nhanh,
không những không thoả mãn điều kiện làm việc của phụ tải mà còn gây tác hại
cho ắc quy và khó khăn cho quá trình nạp phục hồi. Thế hiệu của ắc quy ứng với
điểm P nói trên đợc gọi là thế hiệu phóng cuối cùng. Khi thế hiệu ắc quy giảm đến
thế hiệu phóng cuối cùng thì trong sử dụng đợc coi nh ắc quy đã phóng hết điện.
Giá trị thế hiệu phóng cuối cùng phụ thuộc cờng độ dòng phóng. ở chế độ 10 giờ
phóng điện thế hiệu này bằng 1,7V ứng với =1,1 g.cm
3
.
Nếu ngắt phụ tải tại điểm P, tức là cho ắc quy ngừng phóng điện thì
thế hiệu U
p
tăng vọt lên một lợng bằng độ rơi thế trên điện trở thuần của ắc quy,
đạt gia strị của suất điện động E
I
, gia strị này sau đó tăng dần lên đến gia strị
E
0
=1,96V do nồng độ dung dịch trong bản cực và nồng độ chung đợc cân bằng
dần nhờ quá trình khuyếch tán.
Đoạn cuối cùng của đặc tính phóng ứng với quá trình này gọi là
"khoảng nghỉ" của ắc quy. Khoảng nghỉ của ắc quy rất quan trọng trong sử dụng

sự "sôi" của ắc quy và là một dấu hiệu cuối quá trình nạp. Phần lớn bọt khí còn lại
bao quanh các điện cực, tạo nên một điện trở phụ giữa điện cực và dung dịch. Điện
trở đó làm xuất hiện một hiệu thế phụ khoảng 0,33V giữa dung dịch và điện cực,
làm tăng SĐĐ và do đó tăng thế hiệu nạp ắc quy.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
17
Hình 2.19. Đặc
tính nạp của ắc quy.
(
2.6)
Khi tiếp tục nạp, vì rằng hầu nh tất cả sun phát chì đã biến thành Pb
và PbO
2
, nên nồng độ, SĐĐ và hiệu điện thế không tăng lên nữa. Đó là dấu hiệu
báo rằng ắc quy đã đợc nạp no.
Sự sôi của ắc quy bắt đầu khi thế hiệu của mỗi ắc quy đơn đạt tới
giá trị 2,4V, sau đó tiếp tục tăng cho đến khoảng 2,7V thì ngừng tăng. Về lý
thuyết, có thể kết thúc nạp tại thời điểm này. Nhng thực tế ngời ta thờng tiếp tục
nạp thêm khoảng 2 3 giờ nữa. Khi thấy rằng: trong suốt thời gian đó, thế hiệu và
nồng độ dung dịch hoàn toàn không tăng lên nữa thì mới đảm bảo chắc chắn là ắc
quy đã đợc nạp no.
Sau khi ngắt dòng điện nạp, thế hiệu của ắc quy sụt xuống một lợng
bằng độ rơi thế trên điện trở thuần và sau một "khoảng nghỉ", tức là sau khi nồng
độ dung dịch đã khuyếch tán đồng đều và bọt khí thoát hết ra ngoài, nó bằng giá
trị SĐĐ E
0
=2,11 2,12V ứng với ắc quy đã đợc nạp no.
d. Điện dung:
Điện dung của ắc quy là một đại lợng đặc trng cho khả năng phóng
và nạp điện của nó. Có một số khái niệm điện dung khác nhau nh sau:

I
n
- Dòng điện nạp, A;
t
n
- Thời gian nạp, h.
Do có các tổn hao trong qúa trình nạp, nên điện dung nạp thờng
phải lớn hơn điện dung phóng 10 15%.
Từ các định nghĩa trên ta thấy rằng: điện dung của ắc quy là một
đại lợng biến đổi phụ thuộc vào giá trị dòng điện và thời gian, tức là phụ thuộc
vào các chế độ phóng và nạp điện.
Do đó, để đánh giá khả năng tích phóng của ắc quy và để so sánh
các ắc quy khác nhau, ngời ta quy định lấy giá trị điện dung phóng xác định trong
những điều kiện chặt chẽ do tiêu chuẩn ngành hoặc quốc gia quy định.
Ví dụ:
- ở Liên Xô hiện any và nhiều nớc khác, điều kiện đó là: Dòng
phóng I
p
= 0,05Q
20
(A), phóng liên tục trong 20 giờ đến thế hiệu 1,75V, với nhiệt
độ dung dịch điện phân bằng 25
O
C và nồng độ ban đầu (trớc phóng) = 1,285
g/cm
3
.
- Một số nớc khác (nh Việt Nam) lại quy định: I
p
= 0,1Q

với tính toán lý thuyết. Tức là hệ số sử dụng chất tác dụng nhỏ hơn 50%.
Hệ số sử dụng chất tác dụng chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố quan
trọng sau:
- Độ xốp của chất tác dụng: chất tác dụng càng xốp > dung dịch
càng dễ khuyếch tán sâu vào trong các bản cực > lợngc hất tác dụng thực tế tham
gia các phản ứng hoá học càng nhiều > hệ số sử dụng chúng càng lớn.
- Chiều dày các bản cực: các bản cực càng dày > hệ số sử dụng
chất tác dụng càng nhỏ, vì các lớp bên trong của bản cực khó tiếp xúc đợc với
dung dịch điện phân và đợc sử dụng ít hơn nhiều so với các lớp phía ngoài, đặc
biệt là khi dòng phóng có giá trị lớn.
- Độ xốp và kết cấu tấm cách: tấm cách có độ xốp cao, kết cấu
hợp lý cho phép tăng khả năng khuyếch tán dung dịch.
- Nồng độ dung dịch điện phân: nồng độ ảnh hởng đến lợng axít
H
2
SO
4
tham gia phản ứng và tốc độ khuyếc tán dung dịch. Vì thế, nồng độ tăng
đến một giới hạn nào đó thì hệ số sử dụng chất tác dụng cũng tăng lên. Tuy vậy,
tăng nồng độ sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc quy. Vì thế ngời ta căn cứ chủ yếu vào
điều kiện khí hậu và mùa để quyết định nồng độ dung dịch. Thông thờng, nồng độ
dung dịch của ắc quy đã đợc nạp no dao động trong giới hạn 1,27 1,31 g/cm
3
.
- Chế độ phóng: chế độ phóng đợc xác định bởi gía trị dòng mà ắc
quy cung cấp liên tục trong một thời gian xác định.
Chế độ phóng đợc coi là lâu dài nếu nh dòng phóng có giá trị
không lớn và phóng kéo dài trong vài giờ (ví dụ: các chế độ 10, 20 giờ phóng điện)
và đợc coi là ngắn hay khởi động, nếu quá trình phóng xảy ra trong vài phút với
dòng lớn.

C; - Hệ số nhiệt độ, thờng thờng có thể thừa nhận =
0,01/1
O
C.
- Mức độ và chế độ nạp: ắc quy càng đợc nạp no, hệ số sử dụng
chất tác dụng càng lớn. Vì rằng lợng chì và điôxýt chì trong các bản cực cũng nh
nồng độ dung dịch điện phân tăng theo mức độ nạp.
Dòng nạp càng cao hơn định mức (thờng I
đm
= 0,1Q
10
) bao nhiêu thì
điện dung phóng và tuổi thọ của ắc quy càng giảm bấy nhiêu.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
19
(2.9
)
Hình 2.20. Sự thay đổi điện dung của ắc quy
theo nhiệt độ dung dịch điện phân với các c ờng độ
dòng phóng khác nhau.
1- I
p
=3A; 2- I
p
=8A; 3- I
p
=100A;
e. Đặc tính vôn - ampe:
Đặc tính vôn - ampe (hình 2.22) là tập hợp những đờng biểu diễn
quan hệ giữa thế hiệu và dòng điện phóng của ắc quy ở những nhiệt độ khác nhau.

2
).
I
, A
U
, V
Điện dung khi phóng
(%Qđm)
Dòng phóng tính theo % Q10 (ở chế độ 10 giờ
phóng điện)
ở
m
ức nạp
m
ức nạp
Hình 2.21. Đặc tính điện dung của ắc quy ở các nhiệt độ
khác nhau.
ở
Đặc tính vôn - ampe có hai điểm đặc trng:
- Điểm cắt trục tung: xác định bởi thế hiệu quy ớc lúc ắc quy bắt
đầu phóng điện (U
bđ
);
- Điểm cát trục hoành: xác định bởi giá trị dòng ngắn mạch quy -
ớc (I
ngm
) của ắc qui ở những nhiệt độ tơng ứng.
Thế hiệu phóng quy ớc ban đầu có thể xác định nh sau:
U
bđ

- Điện dung định mức của ắc quy, A.h.
Dòng ngắn mạch quy ớc của ắc quy (I
ngm
) thay đổi theo điện dung.
Vì vậy, để có thể xây dựng công thức tính toán dòng ngắn mạch cho các ắc quy có
điện dung khác nhau, ngời ta dùng khái niệm dòng ngắn mạch riêng - là dòng
ngắn mạch của một bản cực dơng, ký hiệu là I
n+
. Dòng này đợc xác định theo công
thức:
I
n+
= a + bt
O
dd
- c.Q
tđ
Các hệ số a, b và c cho trong bảng 2.1. Trong thực tế, quá trình khởi
động nhiều khi phải thực hiện vài lần động cơ mới nổ đợc. Tính đến sự thay đổi
đặc tính vôn - ampe trong những trờng hợp nh vậy, ngời ta dùng công thức hiệu
chỉnh sau:
I'
n+
= I
n+
[1 - k
n
(Z
n
- 1)]

: là số các bản cực dơng trong một ắc quy.
Bảng 2.1. Giá trị các hệ số a, b và c phụ thuộc vào loại tấm cách và
nhiệt độ dung dịch điện phân.
Tấ
m cách
Nhiệt độ dung
dịch điện phân,
O
C
a b c
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
21
(2.1
0)
-
Đơn
Từ 0 đến +20
Từ -40 đến 0
2
24
2
24
1
,75
4
,0
-
-
Kép
Từ 0 đến +20

đó, tơng ứng là:
).(
0
hWdtUIW
tp
ppaq

=
Trên hình 2.23 là đồ thị bbiểu diễn quan hệ giữa công suất P
aq
và
dòng phóng I
p
ở các nhiệt độ khác nhau. Khi tăng dòng phóng, đặc biệt là ở nhiệt
độ âm, công suất của ắc quy giảm nhanh (P
2
< P
1
). Công suất đạt cực đại khi dòng
phóng bằng một nửa dòng ngắn mạch.
g. Hiệu suất của ắc quy:
Hiệu suất của ắc quy đặc trng cho tính kinh tế của nó. Ngời ta chia
ra hai loại hiệu suất: hiệu suất theo điện dung (ampe giờ) và hiệu suất theo năng l-
ợng (woát giờ).
Hiệu suất theo điện dung đối với những ắc quy khởi động hiện nay
nằm trong khoảng 0,94 0,96 và đợc xác định theo công thức:


=
tn

dtIU
dtIU
0
0
Ư

Những tổn thất làm giảm hiệu suất theo điện dung chủ yếu là
những tổn thất cho việc điện phân nớc ở cuối quá trình nạp và những tổn thất do
hiện tợng tự phóng điện.
Hiệu suất theo năng lợng thấp hơn, vì ngoài những tổn thất trên, nó
còn tính cả những tổn thất về nhiệt trong quá trình phóng và nạp điện.
2.1.2.6. Hiện t ợng tự phóng điện
Hiện tợng tự phóng điện là hiện tợng ắc quy bị mất điện dung ngay
khi mạch ngoài hở, tức là khi đã cắt tất cả các phụ tải.
Ngời ta phân biết hai loại tự phóng điện là: tự phóng tự nhiên và tự
phóng nhanh.
Kết quả các nghiên cứu cho thấy rằng: những ắc quy mới, đợc bảo
quản sau khi đã nạp no, thì:
- Trong vòng 14 ngày đêm đầu tiên nó sẽ tự phóng mất 10% điện
dung ở nhiệt độ môi trơng t
O
= (20 5)
O
.
- Sau đó, cờng độ phóng giảm đi khoảng một nửa (tức là phóng
5%Q/14 ngày đêm).
Hiện tợng tự phóng nh vậy đợc gọi là hiện tợng tự phóng tự nhiên,
với cờng độ phóng nhỏ hơn 1%Q trong một ngày đêm.
Nếu ắc quy tự phóng với cờng độ lớn hơn giới hạn nói trên (tức là
>1%/1 ngày đêm) thì gọi là tự phóng nhanh.

O
âm.
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
23
(2
.12)
Hình 2.24. Độ phóng điện
trung bình trong 1 ngày đêm của
ắc quy a xít khi bảo quản trong 14
ngày phụ thuộc vào nhiệt độ.
Đ ờng 1 - ắc quy mới
Đ ờng 2 - giữa thời hạn
phục vụ
Đ ờng 3 - cuối thời hạn
phục vụ.
O
C
Mức độ tự phóng
trung bình trong 1 ngày đêm
(%)
2.1.2.7. Các ph ơng pháp nạp ắc quy axít
Việc nạp ắc quy về nguyên tắc có thể thực hiện từ bất kỳ nguồn
điện một chiều nào, chỉ cần điều kiện là: thế hiệu của nguồn lớn hơn SĐĐ của các
ắc quy cần nạp một lợng xác định nào đó.
Để nạp ắc quy cần: nối cực dơng của nguồn với cực dơng của ắc
quy, cực âm của nguồn với cực âm của ắc quy (hình 2.25).
Nếu ký hiệu thế hiệu nguồn là U
ng
, SĐĐ ắc quy vào thời điểm nạp
là E

ng
= E
aq
thì I
n
=0;
- Nếu U
ng
< E
aq
thì I
n
<0, tức là ắc quy phóng điện.
- SĐĐ và điện trở trong của ắc quy khi nạp thay đổi phụ thuộc nhiệt
độ dung dịch điện phân và mức độ nạp. Vì thế trong quá trình nạp I
n
sẽ thay đổi
(hình 2.26).
Do đó, để có thể điều khiển đợc quá trình nạp thì trong mạch nạp
cần phải có thiết bị điều chỉnh để điều chỉnh hoặc thế hiệu nguồn hoặc tổng trở
của mạch nạp. Tuỳ thuộc vào vấn đề điều chỉnh này mà quá trình nạp đợc chia ra
một số kiểu khác nhau, nh: nạp bằng dòng điện không đổi, nạp bằng thế hiệu
không đổi, nạp cấp tốc, nạp cân bằng,
a. Nạp bằng dòng điện không đổi (I
n
=const):
Theo cách nạp này:
- Tất cả các ắc quy (không phụ thuộc vào thế hiệu định mức) đợc
mắc nối tiếp với nhau;
Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

ở đây:
U
ng
- Thế hiệu nguồn, V;
2 - Thế hiệu một ngăn của ắc quy ở đầu quá trình nạp,
V;
I
n
- Dòng điện nạp, A;
n - Số ngăn (ắc quy đơn) mắc nối tiếp. Vì thế hiệu của
mỗi ắc quy đơn khi nạp no có giá trị khoảng 2,7 vôn, nên số ngăn ắc quy mắc nối
tiếp khi nạp (n) không đợc lớn hơn giá trị
7,2
ng
U
.
Phơng pháp nạp bằng dòng điện không đổi là phơng pháp nạp chủ
yếu và tổng hợp nhất. Nó có u điểm là:
- Cho phép nạp cùng một lúc các bộ ắc quy có thế hiệu định mức
khác nhau;
- Cho phép điều chỉnh dòng điện nạp cho thích hợp với từng loại ắc
quy.
Trên cơ sở nghiên cứu hệ số sử dụng dòng điện nạp:
n
c
In
Q
Q
K =
Trong đó:

14)
Đ
iện dung
D
òng nạp
Hình 2.27. Sơ đồ nạp
ắc quy bằng dòng điện không
đổi.
Hình 2.26. Sự thay
đổi dòng điện và điện dung
khi nạp.