Chương 1: Khái quát về hệ thống điện và điện tử ôtô Nếu có một trạm phát hiện ra lỗi, nó sẽ gửi một cờ báo lỗi “error flag” và ngăn lại việc truyền thông tin. Điều này ngăn cản các trạm khác nhận thông tin bị lỗi này. Trong trường hợp một trạm đựơc phát hiện bị lỗi, có thể xảy ra trường hợp là tất cả thông tin, bao gồm cả thông tin bị lỗi, sẽ bị loại bỏ khi chỉ có một “error flag”. Để ngăn điều này xảy ra, hệ thống mạng CAN có thêm một chức năng có thể phân biệt giữa lỗi gián đoạn và lỗi thường trực (intermittent and permanent errors), và nhờ đó, có thể xác định vị trí của trạm bị lỗi.
Quá trình này dựa vào giá trị thống kê tình trạng lỗi. Tiêu chuẩn (standardization) Tiêu chuẩn ISO (International Organization Standardization) được áp dụng cho việc truyền thông tin bằng mạng CAN trên ôtô: ISO 11 519-2 dùng cho các ứng dụng đến 125 kBit/s ISO 11 898 cho các ứng dụng trên 125 kBit/s 1. HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 2. Ắc quy khởi động 2.1 Nhiệm vụ và phân loại accu ôtô a.
Nhiệm vụ Accu trong ô tô thường được gọi là accu khởi động để phân biệt với loại accu sử dụng ở các lãnh vực khác. Accu khởi động trong hệ thống điện thực hiện chức năng của một thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại. Đa số accu khởi động là loại accu chì – axit. Đặc điểm của loại accu nêu trên là có thể tạo ra dòng điện có cường độ lớn, trong khoảng thời gian ngắn (510s), có khả năng cung cấp dòng điện lớn (200800A) mà độ sụt thế bên trong nhỏ, thích hợp để cung cấp điện cho máy khởi động để khởi động động cơ.
Accu khởi động còn cung cấp điện cho các tải điện quan trọng khác trong hệ thống điện, cung cấp từng phần hoặc toàn bộ trong trường hợp động cơ chưa làm việc hoặc đã làm việc mà máy phát điện chưa phát đủ công suất (động cơ đang làm việc ở chế độ số vòng quay thấp): cung cấp điện cho đèn đậu (parking lights), radio cassette, CD, các bộ nhớ (đồng hồ, hộp điều khiển…), hệ thống báo động… Ngoài ra, accu còn đóng vai trò bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện ô tô khi điện áp máy phát dao động. Điện áp cung cấp của accu là 6V, 12V hoặc 24V. Điện áp accu thường là 12V đối với xe du lịch hoặc 24V cho xe tải. Muốn điện áp cao hơn ta đấu nối tiếp các accu 12V lại với nhau.
Phân loại Trên ôtô có thể sử dụng hai loại accu để khởi động: accu axit và accu kiềm. Nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là accu axit, vì so với accu kiềm nó có sức điện động của mỗi cặp bản cực cao hơn, có điện trở trong nhỏ và đảm bảo chế độ khởi động tốt, mặc dù accu kiềm cũng có khá nhiều ưu điểm. Cấu tạo và quá trình điện hóa của accu chì-axit 2.1 Cấu tạo Accu axit bao gồm vỏ bình, có các ngăn riêng, thường là ba ngăn hoặc 6 ngăn tùy theo loại accu 6V hay 12V.1: Cấu tạo bình accu axit Trong mỗi ngăn đặt khối bản cực có hai loại bản cực: bản dương và bản âm. Các tấm bản cực được ghép song song và xen kẽ nhau, ngăn cách với nhau bằng các tấm ngăn.
Mỗi ngăn như vậy được coi là một accu đơn. Các accu đơn được nối với nhau bằng các cầu nối và tạo thành bình accu. Ngăn đầu và ngăn cuối có hai đầu tự do gọi là các đầu cực của accu. Dung dịch điện phân trong accu là axit sunfuric, được chứa trong từng ngăn theo mức qui định thường không ngập các bản cực quá 10 15 mm.
Vỏ accu được chế tạo bằng các loại nhựa ebônit hoặc cao su cứng, có độ bền và khả năng chịu được axit cao. Bên trong vỏ được ngăn thành các khoang riêng biệt, ở đáy có sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống (giữa đáy bình và khối bản cực) nhằm chống việc chập mạch do chất tác dụng rơi xuống đáy trong quá trình sử dụng. Khung của các tấm bản cực được chế tạo bằng hợp kim chì – stibi (Sb) với thành phần 87 95% Pb + 5 13% Sb. Các lưới của bản cực dương được chế tạo từ hợp kim Pb- Sb có pha thêm 1,3%Sb + 0,2% Kali và được phủ bởi lớp bột dioxit chì Pb02 ở dạng xốp tạo thành bản cực dương.
Các lưới của bản cực âm có pha 0,2% Ca + 0,1% Cu và được phủ bởi bột chì. Tấm ngăn giữa hai bản cực làm bằng nhựa PVC và sợi thủy tinh có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm, nhưng cho axit đi qua được.2 : Cấu tạo khối bản cực Dung dịch điện phân là dung dịch axid sulfuric H2SO4 có nồng độ 1,22 1,27 g/cm3, hoặc 1,29 1,31g/cm3 nếu ở vùng khí hậu lạnh. Nồng độ dung dịch quá cao sẽ làm hỏng nhanh các tấm ngăn, rụng bản cực, các bản cực dễ bị sunfat hóa, khiến tuổi thọ của accu giảm. Nồng độ quá thấp làm điện thế accu giảm.3: Cấu tạo chi tiết bản cực 1.
Bản cực âm; 2. Bản cực dương; 3. Khối bản cực âm; 5. Khối bản cực dương.2 Các quá trình điện hóa trong accu Trong accu thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch đặc trưng là quá trình nạp và phóng điện, và được thể hiện dưới dạng phương trình sau: PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O Trong quá trình phóng điện, hai bản cực từ PbO2 và Pb biến thành PbSO4.
Như vậy khi phóng điện, axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfat chì, còn nước được tạo ra, do đó, nồng độ dung dịch H2SO4 giảm. Quá trình phóng điện Bản cực âm Dung dịch Bản cực dương điện phân Chất ban đầu Pb 2H2SO4 + 2H2O PbO2 Quá trình ion hóa SO4- -, SO4- -,4H+ 4OH - Pb++++ 2e- ++ - ++ - 2e- Quá trình tạo dòng Pb -2e Pb +2e 4H2O -2H2O Chất được tạo ra PbSO4 PbSO4 2H2O Quá trình nạp điện Bản cực âm Dung dịch Bản cực dương điện phân Chất được tạo ra cuối quá PbSO4 4H2O PbSO4 trình phóng Quá trình ion hóa Pb++, SO4- - 2H+, 4OH -, 2H+ SO4- -, Pb++ + Quá trình tạo dòng 2e- 2e- Pb++++ 2H2O Chất ban đầu Pb H2SO4 H2SO4 PbO2 Sự thay đổi nồng độ dung dịch điện phân trong quá trình phóng và nạp là một trong những dấu hiệu để xác định mức phóng điện của accu trong sử dụng.3 Thông số và các đặc tính của accu chì-axit 2. Sức điện động của accu Sức điện động của accu phụ thuộc chủ yếu vào sự chênh lệch điện thế giữa hai tấm bản cực khi không có dòng điện ngoài. - Sức điện động trong một ngăn ea = + - - (V) - Nếu accu có n ngăn Ea = n.
Sức điện động còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, trong thực tế có thể xác định theo công thức thực nghiệm: Eo = 0,85 + 25oC (2.1) Eo : sức điện động tĩnh của accu đơn (tính bằng volt). : nồng độ của dung dịch điện phân được tính bằng (g/cm3) ở 25oC. 25oC = đo – 0,0007(25 – t) t : nhiệt độ dung dịch lúc đo. đo : nồng độ dung dịch lúc đo.
Hiệu điện thế của accu - Khi phóng điện Up = Ea - Ra.2) - Khi nạp điện Un = Ea + Ra.3) Trong đó: Ip - cường độ dòng điện phóng. In - cường độ dòng điện nạp. Ra - điện trở trong của accu. Điện trở trong accu Raq = Rđiện cực + Rbản cực + Rtấm ngăn + Rdung dịch Điện trở trong accu phụ thuộc chủ yếu vào điện trở của điện cực và dung dịch.
Pb và PbO2 đều có độ dẫn điện tốt hơn PbSO4. Khi nồng độ dung dịch điện phân tăng, sự có mặt của các ion H+ và SO42- cũng làm giảm điện trở dung dịch. Vì vậy điện trở trong của accu tăng khi bị phóng điện và giảm khi nạp. Điện trở trong của accu cũng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.
Khi nhiệt độ thấp, các ion sẽ dịch chuyển chậm trong dung dịch nên điện trở tăng. Độ phóng điện của accu Để đánh giá tình trạng của accu, ta sử dụng thông số độ phóng điện. Độ phóng điện của accu tính bằng % và được xác định bởi công thức: pn pñ (25o C) %Q (2.4) pn pp n - p = 0,16 g/cm3 Trong đó: n - nồng độ dung dịch lúc nạp no. đ - nồng độ dung dịch lúc đo đã qui về 25oC.
26 p – nồng độ dung dịch lúc accu đã phóng hết. Năng lượng accu Năng lượng của accu lúc phóng điện: Wp = 3600.tp Wp = 3600 n U i pi n - số lần đo. Năng lượng của accu lúc nạp điện: n i U pi I n .6) n Trong đó: Qp - năng lượng phóng của accu. Up - điện thế phóng của accu.
tn - thời gian nạp accu. Công suất của accu Pa = IE = I(IR + IRa) (2.7) R - điện trở tải bên ngoài. Pa = I2R + I2Ra Công suất đưa ra mạch ngoài (đưa vào tải điện) Pa = IE - I2Ra dPa E = E - 2RaI đạt cực đại khi bằng không I = (2.8) dI 2Ra Như vậy, khi R = Ra , accu sẽ cho công suất lớn nhất. Đặc tuyến phóng nạp của accu Đặc tuyến phóng của accu đơn: khi phóng điện bằng dòng điện không đổi thì nồng độ dung dịch giảm tuyến tính (theo đường thẳng).
Nồng độ axit sulfuric phụ thuộc vào lượng axit tiêu tốn trong thời gian phóng và trữ lượng dung dịch trong bình. 27 R + _ V A A In V Ip R Eaq Eaq Thôi Điể m cuố i quá nạ p 2,12V trình phóng B(2,70V) I(A),,U(V) Eo In.Ra Khoả n g nghỉ E 2,5 Ip.Ra 1,96V 2,0 E Eo E Un 1,5 UP A(1,70V 1,27 ) 1,0 1,27 1,11 1,11 Ip In 0,5 Ip=5,4A Q=5,4.10=54 IN=5,4 QN=IN. Thời gian phóng b. Thời gian nạp Sơ đồ phóng và đặc tuyến phóng Sơ đồ nạp và đặc tuyến nạp Hình 2.4: Đặc tuyến phóng - nạp của accu axit Trên đồ thị có sự chênh lệch giữa Ea và Eo trong quá trình phóng điện là vì nồng độ dung dịch chứa trong chất tác dụng của bản cực bị giảm do tốc độ khuếch tán dung dịch đến các bản cực chậm, khiến nồng độ dung dịch thực tế ở trong lòng bản cực luôn luôn thấp hơn nồng độ dung dịch trong từng ngăn.
Hiệu điện thế Up cũng thay đổi trong quá trình phóng. Ở thời điểm bắt đầu phóng điện, Up giảm nhanh và sau đó giảm tỷ lệ với sức giảm nồng độ dung dịch. Khi ở trạng thái cân bằng thì Up gần như ổn định.