Hệ thống điện ô tô: Chi tiết cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hệ thống điện ô tô đảm nhận vai trò vô cùng quan trọng, nó cung cấp điện cho hơn 80% thiết bị và hệ thống tiêu thụ điện trên xe.

Vậy hệ thống điện trên xe ô tô được cấu tạo từ những bộ phận nào? Chi tiết cấu tạo của từng bộ phận và có chức năng ra sao?... Tất cả sẽ được xưởng sửa điện ô tô uy tín tại Gò Vấp TPHCM giải đáp qua bài viết sau đây!

I. Cấu tạo hệ thống điện ô tô tổng quan

Hệ thống điện xe ô tô được cấu tạo bởi 5 bộ phận chính, bao gồm: Máy phát điện - ắc quy – máy khởi động (máy đề) – dây điện – hộp cầu chì. Mỗi bộ phận đều đảm nhận các vai trọ cụ thể khác nhau và nguyên tắc hoạt động khác nhau.

Cấu tạo hệ thống điện ô tô tổng quan

Xét tổng quát, hệ thống điện xe ô tô hoạt động dựa trên nguyên lý sau:

Khi khởi động động cơ xe, điện năng từ bình ắc quy sẽ được thay thế bằng năng lượng từ máy phát điện.
Điện từ từ bình ắc quy chạy vào hệ thống đánh lửa điện tử xe ô tô, đây là nơi điện cao áp sẽ tạo ra tia lửa điện ở bugi.
Nếu như bình ắc quy yếu điện hoặc hết điện, máy phát điện sẽ sử dụng sức mạnh từ động cơ để nạp lại điện năng cho bình ắc quy bằng cách chuyển đổi động năng thành điện năng.
Khi hệ thống điện kích, điện sẽ được truyền tải tới tất cả các thiết bị tiêu thụ điện khác trên xe như: hệ thống đèn, cửa điện, cần gạt nước, hệ thống điều hòa…

Ngoài ra, với sự kết hợp của các hệ thống điều khiển thông minh, các ECU, các cảm biến,… tạo nên một hệ thống điện hoàn chỉnh và hoạt động thông minh nhất.

II. Cấu tạo và nguyên lý của hệ thống điện xe ô tô

Với những bộ phận khác nhau, chúng sẽ có những cấu tạo và đảm nhận những nhiệm vụ khác nhau. Dưới đây là toàn bộ thông tin về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 5 bộ phận chính quan trọng nhất cấu thành lên hệ thống điện ô tô:

1. Máy phát điện

Máy phát điện đảm nhận chức năng tạo ra dòng điện để nạp lại điện cho ắc quy, đồng thời cung cấp điện cho các thiết bị tiêu thụ điện khác. Nói một cách dễ hiểu, thì máy phát điện ô tô được xem như là “lò nguyên nhiên liệu” tạo ra năng lượng cho nguồn điện trong bình ắc quy.

# Cấu tạo của máy phát điện xe ô tô

Có 04 bộ phận cấu tạo nên máy phát điện, bao gồm:

Bộ phận phát điện.
Chỉnh lưu.
Hiệu chỉnh điện áp.
Một tiết chế vi mạch nhỏ gắn trên thân máy.

# Nguyên lý hoạt động của máy phát điện

Máy phát điện xe ô tô hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Máy phát điện sẽ được dẫn động bởi dây đai từ trục khuỷu động cơ làm nam châm điện quay, từ đó tạo ra từ trường tác động lên dây quấn trong Stato để phát sinh điện.

2. Ắc quy hệ thống điện ô tô

Ắc quy ô tô được cấu tạo từ 5 thành phần cơ bản, bao gồm: cực âm (-), cực dương (+), dung dịch điện ly, màng chắn và vỏ bình ắc quy.

Cực âm (-) và cực dương (+) là hai cực oxy hóa khử. Trong đó, cực âm (-) có khả năng oxy hóa khử nhỏ hơn, còn cực dương (+) có khả năng oxi hóa khử lớn hơn.
Dung dịch điện ly là từng tiếp xúc gián tiếp giữa hai cực âm – dương, nó đảm nhận nhiệm vụ cung cấp và vận chuyển các ion trong quá trình phản ứng được diễn ra trong ắc quy.
Ở giữa hai bản cực là các màng chắn có khả năng chống oxy hóa và cách điện, cho phép các ion thẩm thấu và trao đổi qua lại giữa hai cực.

Trên thị trường hiện nay có 2 loại ắc quy phổ biến chính là ắc quy khô và ắc quy nước:

# Ắc quy khô

Là loại ắc quy có thiết kế khép kín. Loại này có ưu điểm cao về độ bền, tuổi thọ sử dụng dài lâu, khả năng nạp điện nhanh chóng, sạch sẽ, an toàn và không phải tốn công thay nước định kỳ.

Tuy nhiên, ắc quy khô cũng có những nhược điểm như hết điện đột ngột khiến ô tô chết máy, ô tô đề khó nổ hoặc không thể khởi động máy. Ngoài ra, giá của loại ắc quy này cũng cao hơn so với ắc quy ướt.

# Ắc quy nước

Ắc quy nước được thiết kế với những lá chì và kim loại xen kẽ với nhau bên trong, chúng được đổ đầy chất lỏng để hai bản cực có thể trao đổi qua lại với nhau.

Ưu điểm của loại ắc quy nước là dòng điện tạo ra khỏe hơn so với ắc quy khô, kể cả là không sử dụng trong một thời gian dài vẫn không hao sạch điện, cấu tạo đơn giản, dễ dàng tháo ráp và giá thành cũng rẻ.

Tuy nhiên, ắc quy nước cần phải nạp điện định kỳ, dung dịch axit có tính ăn mòn cao, dễ bị gỉ sét, có mùi hôi và tuổi thọ thấp hơn so với loại ắc quy khô.

# Chức năng của ắc quy

Ắc quy có chức năng cung cấp và lưu trữ điện năng cho hệ thống điện ô tô:

Khi máy phát điện chưa hoạt động hoặc đang ở vòng tua máy thấp, ắc quy sẽ đảm nhận vai trò cung cấp điện năng để xe khởi động.
Khi xe vận hành, ắc quy sẽ lưu giữ nguồn điện được sản sinh ra.
Ngoài ra, ắc quy cũng có chức năng duy trì hoạt động của các thiết bị tiêu thụ điện khác trên xe. Khi các thiết bị điện này sử dụng dòng điện vượt quá định mức của máy phát điện có thể cung cấp, thì ắc quy sẽ bổ sung thêm điện năng cho phần điện sử dụng quá định mức này.

3. Máy khởi động

Máy khởi động trong hệ thống điện ô tô hay còn được gọi là củ đề, nó được cấu tạo từ 02 bộ phận chính:

01 cuộn cam màu đỏ.
01 động cơ điện màu xanh.

Ngoài ra, nó còn một số bộ phận phụ khác như: Motor, cần chuyển động, lớp vỏ vận hành, bánh răng, công tắc từ. Máy khởi động được chia thành 03 loại chính:

Máy khởi động giảm tốc.
Máy khởi động đồng trục.
Máy khởi động loại bánh răng hành tinh.

# Chức năng của máy khởi động

Máy khởi động có chức năng làm quay trục khuỷu động cơ, để khởi động động cơ thông qua vành bánh răng bằng cách quay trục.

# Nguyên lý hoạt động của máy khởi động

Khi vặn chìa khóa để khởi động động cơ xe, máy khởi động sẽ nhận dòng điện của ắc quy thông qua công tắc khóa điện. Lúc này, điện năng từ ắc quy sẽ chạy qua cuộn cảm, chúng tạo ra từ trường, cho phép dòng điện 300A (dòng điện cần thiết cho củ đề được cung cấp từ ắc quy) chạy qua và làm động cơ quay, làm thanh chạc di chuyển và đẩy bánh răng ra tiếp xúc với bánh đà. Từ đó động cơ khởi động.

Tùy theo thiết kế cấu trúc và tình trạng hoạt động của động cơ, mà tốc độ quay tối thổi để khởi động động cơ là khác nhau. Thông thường, tốc độ quay để khởi động động cơ xăng là 40 – 60 vòng/phút và động cơ dầu diesel là 80 – 100 vòng/phút.

4. Dây điện

Mỗi hãng xe và dòng xe khác nhau sẽ có hệ thống điện ô tô khác nhau. Ngoài ra, dây điện ở mỗi bộ phận sẽ đảm nhiệm những nhiệm vụ khác nhau, và chúng được thiết kế với màu sắc khác nhau để người dùng có thể dễ dàng nhận biết khi kiểm tra hay sửa chữa.

# Chức năng của dây điện

Dây điện đảm nhận chức năng kết nối và truyền tải dòng điện từ ắc quy tới các thiết bị tiêu thụ điện khác thuộc hệ thống điện trên ô tô.

# Nguyên lý hoạt động của dây điện

Nguyên lý hoạt động của dây điện ô tô gắn liền với nguyên lý hoạt động của máy khởi động ô tô

5. Rơle và cầu chì

Chúng ta sẽ thấy rơle và hộp cầu chì động cơ: nằm ngoài khoang động cơ, dưới nắp ca pô và gần ắc quy chính của xe. Còn rơle và hộp cầu chì body: nằm dưới taplo xe có tên hộp cầu chì điện thân xe.

# Chức năng của rơle và cầu chì

Rơle và cầu chì thường được bố trí chung thành một cụm trên xe và chúng được gọi là hộp cầu chì. Chức năng của chúng là bảo vệ hệ thống điện ô tô an toàn nhất. Cả hai bộ phận này đều có chung chức năng đóng/ngắt mạch điện điều khiển:

Rơle giúp bảo vệ và điều khiển hoạt động của mạch điện động lực.
Cầu chì giúp bảo vệ hệ thống điện khi đường dây hoạt động quá tải do một bộ phận nào đó xảy ra sự cố hoạt hoạt động quá tải.

# Nguyên lý hoạt động của rơle và cầu chì

Cầu chì hoạt động dưa trên nguyên lý đốt nóng khi có dòng điện chạy qua dây dẫn:

Khi mạch hoạt động bình thường: dòng điện định mức chạy qua cầu chì sẽ ở ngưỡng cho phép, nhiệt lượng sinh ra khi dòng điện chạy qua cầu chì sẽ tỏa ra môi trường mà không làm nóng chảy. Việc thiết lập sự cân bằng nhiệt sẽ không gây lão hóa hay hư hỏng phần tử cầu chì.

Khi xảy ra tình trạng ngắn mạch: dòng điện ngắn mạch sẽ lớn hơn dòng điện định mức, sự cân bằng trên cầu chì sẽ bị phá vỡ và nhiệt độ trên cầu chì gia tăng do dòng điện chạy qua vượt quá mức cho phép.

Phần tử ngắn mạch của cầu chì bị nóng chảy do nhiệt độ làm đứt mạch ở hai đầu cầu chì. Đó chính là cơ chế bảo vệ hệ thống điện của cầu chì. Cũng tương đối giống nguyên lý hoạt động của cầu chì trong hệ thống điện trong gia đình.

Trên đây là cấu tạo và nguyên lý hoạt động tổng quát của từng bộ phận thuộc hệ thống điện ô tô. Hy vọng qua bài viết, bạn đọc đã có thêm những thông tin hữu ích dành cho bản thân. Chúc các bạn lái xe an toàn!