GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Tính cấp thiết của đề tài
Ô nhiễm không khí đang gia tăng nghiêm trọng, đặc biệt tại các khu đô thị lớn, với ô nhiễm giao thông được xác định là nguyên nhân chính Theo nghiên cứu, hoạt động giao thông thải ra gần 85% khí cacbon monoxit mỗi ngày, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và có thể gây ngộ độc cấp tính Tại các thành phố lớn, việc tiêu thụ xăng vào giờ cao điểm dẫn đến lượng lớn khí thải độc hại và bụi mịn PM 2.5, làm trầm trọng thêm tình trạng ô nhiễm môi trường Trên toàn cầu, hơn 7 triệu người đã chết vì ô nhiễm không khí, trong khi Việt Nam có khoảng 60,000 ca tử vong mỗi năm do nguyên nhân này.
Việc khai thác quá mức các nhiên liệu hóa thạch như xăng và dầu đã dẫn đến cạn kiệt tài nguyên Do đó, cần thiết phải tìm kiếm và chuyển đổi sang các nguyên liệu thân thiện với môi trường Trước tình hình đáng báo động này, việc thay thế phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch bằng phương tiện điện, đặc biệt là xe máy, là điều cấp bách, vì xe máy là phương tiện di chuyển chủ yếu ở Việt Nam.
Bảo vệ môi trường, hạn chế thải khí CO2 ra môi trường
Hạn chế sử dụng nhiên liệu hoá thạch tránh dẫn đến tình trạng cạn kiệt nhiên liệu hoá thạch
Cải thiện mức độ ô nhiễm môi trường cũng như đẩy nhanh quá trình phục hồi của tầng Ozone
Giảm bụi mịn từ khí thải phương tiện ra môi trường
Tiết kiệm chi phí vận hành, chi phí bảo dưỡng cho người sử dụng
Giảm ô nhiễm tiếng ồn ở các vùng đô thị
Hòa nhập với xu hướng phát triển toàn cầu, chúng ta cần đặt ưu tiên hàng đầu vào việc bảo vệ môi trường sống Điều này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm từ khí bụi độc hại do phương tiện giao thông gây ra, mà còn bảo vệ sức khỏe con người khỏi những tác động nghiêm trọng của ô nhiễm môi trường.
1.1.4 Lý do chọn đề tài
Nhằm nghiên cứu tạo ra mẫu xe máy điện bình dân cho người dân.
Tình hình nghiên cứu
Công trình nghiên cứu trên thế giới:
Tháng 2 năm 2009: Công ty Mission Motors ở San Francisco do một cựu kỹ sư Tesla Motors dẫn đầu, đã trình làng Mission One, một chiếc xe máy điện có tốc độ
150 dặm/ giờ, trở thành chiếc xe điện được sản xuất nhanh nhất trên thế giới
Hình 1.1: Xe máy điện Mission One của công ty Mission Motor (Nguồn Internet)
Chiếc SR/F của hãng Zero này được trang bị pin lithium-ion, động cơ công suất
Zero SR/F, chiếc mô tô thông minh đầu tiên trên thế giới, sở hữu công suất 110 mã lực và hệ thống kiểm soát phanh điện tử MSC của Bosch Với khả năng di chuyển lên đến 259 km trong môi trường thành phố chỉ với một lần sạc đầy, xe đạt tốc độ tối đa 200 km/h Đặc biệt, Zero SR/F còn được trang bị hệ điều hành và ứng dụng phát triển riêng, mang đến trải nghiệm lái xe hiện đại và tiện ích.
Hình 1.2: Xe máy điện ZR/F của hãng Zero (Nguồn Internet)
Xe Sarolea MANX7 sở hữu động cơ điện mạnh mẽ với công suất 160 mã lực, cho phép đạt tốc độ tối đa 241 km/h và di chuyển quãng đường 330 km chỉ với một lần sạc đầy Tính năng sạc nhanh của MANX7 giúp sạc từ 0-85% chỉ trong 25 phút Khung xe được chế tạo từ sợi carbon liền khối, giúp giảm trọng lượng tối ưu cho xe.
Hình 1.3: Xe máy điện Sarolea MANX7 (Nguồn Internet)
Công trình nghiên cứu trong nước:
Xe máy điện VinFast Klara có vận tốc tối đa xe có thể đạt được là khoảng 50 km/h
Thời gian để sạc được 1 lần pin là từ 8 đến 12 tiếng tùy thuộc vào từng chế độ sạc
Chiếc xe này sở hữu ưu điểm nổi bật với tiêu chuẩn chống nước IP57, cho phép di chuyển dễ dàng trong điều kiện thời tiết mưa hoặc khu vực ngập úng mà không lo bị tắt máy.
Hình 1.4: Xe máy điện Vinfast Klara (Nguồn Internet)
Xe máy điện này nặng khoảng 85 kg nhưng có khả năng tải trọng lên đến 180 kg Với động cơ mạnh mẽ, xe có thể đạt tốc độ tối đa 55 km/h Đặc biệt, xe còn có tính năng chống thấm nước, cho phép người dùng sử dụng dễ dàng trong điều kiện thời tiết mưa hoặc khi di chuyển qua những khu vực ngập úng.
Hình 1.5: Xe máy điện Vespa Roma (Nguồn Internet)
Xe máy điện PEGA Trains có thể di chuyển lên đến 100 km chỉ với một lần sạc đầy pin Với động cơ mạnh mẽ 1000W và khả năng chống nước tốt, xe nặng 90kg nhưng có thể chở tối đa 230 kg, phù hợp cho 2 người Vận tốc tối đa đạt được là 50 km/h, trong khi thời gian sạc đầy pin dao động từ 6 đến 8 tiếng.
Hình 1.6: Xe máy điện PEGA Trains (Nguồn Internet)
Mục đích nghiên cứu
Đề xuất các giải pháp nghiên cứu góp phần đóng góp phát triển nâng cao hiệu năng của xe máy điện.
Nhiệm vụ nghiên cứu
− Tìm hiểu về xe máy điện;
− Xây dựng phương án thiết kế và điều khiển của đường truyền năng lượng trên xe máy điện;
− Tính toán các yêu cầu kỹ thuật, công suất cần thiết, đồng bộ công suất của pin và motor;
− Chế tạo mô hình xe máy điện ( phần điện) dựa vào thân xe đã có sẵn;
− Vận hành và đánh giá kết quả.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thu thập và xử lý tài liệu là một quy trình quan trọng trong nghiên cứu, bao gồm hai giai đoạn chính: thu thập tài liệu và xử lý tài liệu Phương pháp này được áp dụng xuyên suốt trong đề tài, giúp đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của thông tin.
Nguồn tài liệu cho đề tài nghiên cứu có thể bao gồm tài liệu chuyên ngành, văn bản, số liệu thống kê từ các công ty, bài báo, diễn đàn về xe máy điện, cũng như các đề tài khoa học và tài liệu nghiên cứu từ các tổ chức quốc tế Việc thu thập và xử lý tài liệu một cách hiệu quả sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình của đề tài.
Phương pháp phân tích và tổng hợp là công cụ quan trọng trong việc đánh giá tài liệu nghiên cứu, giúp xác định những ưu điểm và hạn chế của các nghiên cứu trước đó Qua đó, phương pháp này hỗ trợ tìm ra những khoảng trống trong lĩnh vực nghiên cứu, từ đó định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo.
Phương pháp quan sát được áp dụng để thu thập thông tin cụ thể và thực tế về xe máy điện tại Việt Nam Phương pháp này sẽ hỗ trợ hiệu quả cho quá trình thu thập và xử lý tài liệu liên quan.
Phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm Proteus kết hợp với phần mềm lập trình CCS nhằm mô phỏng hệ thống điện và hệ thống điều khiển của xe máy điện.
Kết quả đạt được của đề tài
Mô hình xe máy điện hoàn chỉnh có khả năng vận hành ổn định trên đường, đạt tốc độ tối đa 50 km/h và có thể di chuyển quãng đường lên đến 125 km.
Kết cấu của đề tài
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2: Tính toán, thiết kế
Chương 3: Mô phỏng, thi công, lắp ráp và thực nghiệm
Chương 4: Đánh giá kết quả và kết luận.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ XE MÁY ĐIỆN
Tổng quan về phần mềm mô phỏng Proteus
2.1.1 Giới thiệu về phần mềm Proteus
Hình 2.1: Phần mềm mô phỏng Proteus (Nguồn Internet)
Phần mềm Proteus, phát triển bởi công ty Lacenter Electronics, nổi bật với khả năng vẽ và mô phỏng mạch điện tử Sử dụng Proteus, người dùng có thể mô tả hầu hết các linh kiện điện tử thông minh phổ biến hiện nay.
2.1.2 Những tính năng của Proteus
− Vẽ sơ đồ nguyên lý;
− Thiết kế mạch in PCB
− Có khả năng mô phỏng hầu hết trình điều khiển cho vi điều khiển;
− Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng;
− Dễ dạng tạo ra một sơ đồ nguyên lý từ đơn giản đến phức tạp;
− Dễ dàng chỉnh sửa các đặc tính của linh kiện trên sơ đồ nguyên lý;
− Hỗ trợ kiểm tra lỗi thiết kế trên sơ đồ nguyên lý Có thể xem và lưu lại phần báo lỗi;
− Phần mềm chạy mô phỏng và phân tích các tính chất của một mạch điện một cách chính xác.
Phương án thiết kế xe máy điện
Phương án thiết kế xe điện sử dụng các thiết bị hiện có trên thị trường, đảm bảo đáp ứng yêu cầu về công suất và vận tốc cần thiết cho khả năng vận hành trên quãng đường xác định.
2.2.1 Phương án bố trí hệ thống truyền động Đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều gần giống với đường đặc tính kéo lý tưởng của xe máy, đồng thời động cơ điện có thể đổi chiều quay dễ dàng nên chúng ta có thể thiết kế hệ thống truyền lực mà không cần hộp số như ở động cơ đốt trong Như vậy, hệ thống truyền lực của xe này được thiết kế theo các phương án sau:
Phương án lắp đặt: Dùng motor rời và hệ thống nhông xích truyền động tương tự trên xe máy
Hình 2.2: Mô hình xe máy điện sử dụng truyền đồng bằng nhông xích (Nguồn
Internet) Đặc điểm: động cơ được bố trí cố định trên khung xe và motor truyền lực thông qua hệ thống nhông xích đến bánh xe chủ động
Yêu cầu: phải thiết kế nơi đặt motor điện gây cồng kềnh, tăng thêm khối lượng cho xe và sắp xếp tỷ số truyền sao cho phù hợp
Phương án lắp đặt: Dùng hệ thống motor được lắp đặt tích hợp ở bánh xe chủ động
Hình 2.3: Mô hình xe máy điện sử dụng bánh xe tích hợp motor điện (Nguồn
Động cơ được tích hợp cố định trong bánh xe chủ động, loại bỏ sự cần thiết của hệ thống nhông xích, giúp giảm tổn thất công suất khi truyền lực đến bánh xe Bố trí hệ dẫn động thành một cụm gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt.
Dựa trên kết quả phân tích, phương án 2 được chọn vì nó tối ưu hóa công suất đạt được và sắp xếp các thiết bị một cách hợp lý.
2.2.2 Phương án bố trí hệ thống điện
Việc bố trí hệ thống điện không hợp lý, như đặt nguồn pin lệch về phía đuôi hoặc đầu xe, sẽ ảnh hưởng đến sự cân bằng khi vận hành và giảm tính thẩm mỹ tổng thể của xe Do đó, hệ thống điện cần được phân bổ một cách hợp lý để đảm bảo hiệu suất và vẻ đẹp của phương tiện.
− Bộ điều tốc được bố trí treo trên khung xe gần với vị trí đặt nguồn pin Lithium;
− Pin Lithium được bố trí ở nơi đặt động cơ đốt trong giống như trên xe máy
Việc lắp đặt pin Lithium ở vị trí này giúp phân bổ khối lượng đều trên khung xe, đồng thời đặt trọng tâm ở giữa, mang lại sự cân bằng cho xe trong quá trình vận hành.
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống pin, cần thiết kế khung giá đỡ và tấm chắn bảo vệ pin sao cho phù hợp với khoảng sáng gầm xe, giúp tránh va chạm với các chướng ngại vật trên đường.
Giới thiệu các thiết bị trên xe máy điện
Xe máy điện hiện đại sử dụng động cơ điện một chiều không chổi than để tạo ra lực kéo, kết hợp với nguồn năng lượng từ pin nhiên liệu hoặc ắc quy, nhằm cung cấp điện cho động cơ hoạt động hiệu quả.
Xe máy điện hiện nay mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với xe máy sử dụng động cơ đốt trong, bao gồm việc không gây ra tiếng ồn khó chịu và không thải khí độc hại ra môi trường Với hiệu suất làm việc cao và hoạt động ổn định, xe máy điện sử dụng pin nhiên liệu và động cơ điện để tạo ra lực kéo, thay thế cho xăng và động cơ đốt trong truyền thống.
Xe máy điện, từng là một khái niệm mới mẻ, giờ đây đã trở nên phổ biến với nhiều mẫu xe có thiết kế đẹp mắt Sự tiện lợi của xe máy điện đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng hiện nay Một chiếc xe máy điện thường bao gồm ba hệ thống chính, tạo nên hiệu suất và tính năng vượt trội.
− Hệ thống lực điện bao gồm: động cơ điện, bánh xe chủ động, bộ chuyển đổi điện;
− Hệ thống năng lượng bao gồm: nguồn năng lượng điện, hệ thống quản lý năng lượng và bộ phận sạc;
− Hệ thống phụ bao gồm các tín hiệu xi nhan, tín hiệu chiếu sáng và còi
Nguyên lý điều khiển xe máy điện
Bộ điều khiển xe nhận tín hiệu từ tay ga và cung cấp điện cho bộ chuyển đổi năng lượng, điều chỉnh dòng điện giữa nguồn năng lượng và động cơ điện, giúp động cơ hoạt động theo yêu cầu của người lái.
Trong quá trình thiết kế xe máy điện, cần chú trọng đến các yếu tố như khả năng tiếp cận dễ dàng, sự thoải mái trong vận hành và việc tích hợp các công nghệ thông minh hiện đại.
Việc sản xuất xe điện yêu cầu sự phối hợp của nhiều hệ thống để đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu Trong đó, pin đóng vai trò như bình nhiên liệu cho xe máy điện, góp phần quan trọng vào hiệu quả tổng thể của phương tiện.
2.3.1.1 Khái niệm pin lithium-ion
Pin Lithium-ion, hay còn gọi là pin Li-ion, là loại pin sạc có khả năng tái nạp năng lượng Trong quá trình sử dụng, các ion lithium di chuyển từ điện cực âm đến điện cực dương, được gọi là quá trình phóng điện Khi pin hết năng lượng và được sạc lại, các ion này sẽ di chuyển ngược lại từ điện cực dương về điện cực âm, được gọi là quá trình nạp điện.
2.3.1.2 Cấu tạo và phân loại pin Lithium-ion
Pin Lithium ion bao gồm: 1 cực dương, 1 cực âm, bộ phân tách, chất điện phân và hai bộ thu dòng điện
Hình 2.5: Cấu tạo pin Lithium (Nguồn Internet)
Phân loại pin Lithium-ion:
− Lithium- Nickel Mangan Cobalt Oxide;
Bảng 2.1: So sánh giữa pin Lithium-ion và acquy chì axit (Nguồn Internet)
Pin Lithium Acquy chì axit Độ bền Khoảng 2 - 5 năm Khoảng 1 năm
Mật độ năng lượng sạc
Chịu được dòng xả lớn dạng xung (trong thời gian ngắn) và chịu tải cao
Chỉ chịu được dòng xả nhỏ và khả năng chịu tải kém
Thời gian sạc Nhanh Chậm
Khả năng chống nước Cao Thấp
Khả năng chống cháy nổ
Cao Thấp Ảnh hưởng môi trường Ít, vì được cấu tạo bởi những cell rắn lithium
Nhiều, vì được cấu tạo bởi chì và axit
Việc lựa chọn pin lithium-ion thay thế cho ắc quy chì axit trong cung cấp năng lượng cho thấy hiệu quả sử dụng tối ưu hơn và đảm bảo các tiêu chí an toàn.
2.3.1.3 Nguyên tắc hoạt động pin LiFePO4
Cực âm và cực dương là nguyên liệu quan trọng trong phản ứng điện hóa của pin lithium-ion Dung dịch điện phân đóng vai trò dẫn ion-liti giữa hai điện cực, cho phép dòng điện chạy qua mạch ngoài khi pin hoạt động Quá trình này diễn ra trong quy trình sạc và xả của pin.
Hình 2.6: Quá trình sạc, xả của pin Lithium-ion (Nguồn Internet)
Ion lithium mang điện dương di chuyển từ cực âm (thường là graphite) qua dung dịch điện ly sang cực dương, nơi xảy ra phản ứng với ion lithium Khi mỗi ion Li di chuyển từ cực âm sang cực dương trong pin, một electron cũng di chuyển từ cực âm sang cực dương qua mạch ngoài, tạo ra dòng điện chảy từ cực dương sang cực âm Quá trình này duy trì cân bằng điện tích giữa hai cực.
Quá trình sạc pin diễn ra ngược lại so với quá trình xả Khi được sạc, electron di chuyển từ cực dương sang cực âm, trong khi ion Li+ tách khỏi cực dương và di chuyển về cực âm, nơi đóng vai trò cực dương trong quá trình này Do đó, trong quá trình sạc và xả, hướng di chuyển của các thành phần trong pin sẽ đảo ngược.
Trong chu kỳ phóng điện, các nguyên tử liti ở cực dương bị ion hóa và tách rời khỏi điện tử Các ion-liti di chuyển qua chất điện phân đến cực âm, nơi chúng tái kết hợp với điện tử và trở nên trung hòa.
Yêu cầu đối với pin sử dụng trên xe máy điện
− Pin phải có khả năng xả sâu thường xuyên đến 80% độ xả sâu;
− Pin phải được thiết kế để tối ưu hoá năng lượng và cung cấp đầy đủ năng lượng khi xả sâu để đảm bảo phạm vi hoạt động dài;
− Pin phải đảm bảo chịu được nhiệt độ
When selecting a lithium-ion battery charger, it is recommended to choose a charger with a charging current of 10% of the battery's capacity For a battery with a capacity of 34Ah, this means the ideal charging current would be 3.4 Amps.
Thời gian sạc đầy pin trên lý thuyết : t = dung lượng pin / dòng sạc = 34 / 3,4 = 10 giờ
Nhưng trong thực tế sẽ có thất thoát trong lúc sạc xấp xỉ 40%
Từ đó tổng dung lượng phải sạc là 34 + 13,6 = 47,6 Ah
Vậy thời gian sạc là: dung lượng pin / dòng sạc = 47,6 / 3,4 = 14 giờ
Bộ điều khiển là vi mạch tổ hợp cỡ lớn, có chức năng nhận diện tín hiệu từ cảm biến, tính toán và lưu trữ thông tin, sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành Để đảm bảo hiệu suất, bộ điều khiển được đặt trong vỏ kim loại nhằm giải nhiệt và được lắp đặt ở vị trí ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm Linh kiện điện tử được sắp xếp trên mạch in, trong đó các linh kiện công suất của tầng cuối được gắn với khung kim loại để tối ưu việc tản nhiệt Sự kết hợp của các chức năng trong IC, như bộ tạo xung và bộ chia tần số, nâng cao độ tin cậy của bộ điều khiển Yêu cầu chính đối với bộ điều khiển động cơ điện là phải hoạt động ổn định và đáng tin cậy.
Bộ chuyển đổi điện áp 72V – 12V được tích hợp với bộ điều khiển để cung cấp nguồn điện cho các thiết bị 12V trên xe, trong khi nguồn chính là 72V Bộ đổi điện cần đảm bảo cung cấp đủ dòng điện cho thiết bị hoạt động ổn định và bảo vệ chúng khỏi sự cố điện.
Hình 2.7: Driver của xe máy điện (Nguồn Internet) 2.3.3 Tay ga xe máy điện
Tính toán động học xe máy điện
Bảng 2.3: Thông số động cơ điện Loại động cơ Động cơ điện không chổi than (BLDC) Điện áp (DCV) 72V
Số vòng quay không tải (rpm) 400 rpm – 600 rpm
Moment xoắn cực đại 72 Nm
Sức chứa tối đa 200 kg
Bảng 2.4 trình bày các giá trị ban đầu quan trọng trong nghiên cứu, bao gồm hệ số cản lăn f cho đường nhựa là 0,01, gia tốc của xe a là 1 m/s², khối lượng xe m là 150 kg, khối lượng pin lithium-ion m1 là 13 kg và khối lượng động cơ điện m2 là 5 kg.
G – trọng lượng xe (N) 𝐺𝐺 =𝑚𝑚.𝑎𝑎= 150.9,8 = 1470𝑁𝑁 α – góc dốc mặt đường 5 o 43’ k – hệ số cản không khí 0,3 Ns 2 /m 4
V – vận tốc lớn nhất xe đạt được 50 km/h = 13,9 m/s
Để động cơ điện hoạt động hiệu quả, cần tính toán công suất cần thiết để tạo ra lực kéo FM, nhằm vượt qua các lực cản như lực cản lăn của mặt đường FL, lực cản khi lên dốc FD, lực cản do gió FG và lực quán tính khi tăng tốc FQ.
Phương trình cân bằng lực như sau:
FM = FL + FD + FG + FQ
Lực cản lăn được tính như sau:
− f là hệ số cản lăn Hệ số cản lăn được tính cho đường cứng là 0,01 cho xe máy điện;
− G là tổng trọng lượng xe, ở đây G = 150 9,8 = 1470N
FL = f.G = 0,01.1470 = 14,7N Lực cản lên dốc được tính với công thức:
FD = G.sinα Trong đó: α là góc dốc của mặt đường, chọn độ dốc là 10% tương ứng với α = 5 o 43’ Suy ra:
FD = G.sinα = 1470.sin(5 o 43’)= 1470.0,09961 = 146,4N Lực cản gió được tính với công thức như sau:
− k là hệ số cản không khí, đối với xe máy là 0,3 Ns 2 /m 4 ;
− S là diện tích chính diện, S = 0.8.B.H;
− B là chiều rộng của xe, B = 0,5m;
− H là chiều cao của xe, H = 1,2m
V là vận tốc lớn nhất của xe, V được chọn là 50 km/h = 13,9 m/s
FG = k.S.v2 = 0,3.0,48.13,9 2 = 927,8N Lực quán tính được tính với công thức như sau:
− M là khối lượng toàn bộ M = 150 kg;
− a là gia tốc của xe, chọn gia tốc a = 1 m/s 2
Từ những công thức tính toán trên, thay những giá trị đã được tính vào phương trình cân bằng lực ta được:
FM = FL + FD + FG +FQ = 14,7 + 146,4 + 27,8 + 150 = 338,9N Công suất cần thiết để cân bằng với công cản của xe trong trường hợp này là:
PM = PCG/ η Với η là hiệu suất truyền động, do xe truyền động trực tiếp nên hiệu suất η = 1 Suy ra:
Công suất động cơ điện được tính toán là PM = PCG/ η = 340/ 1 = 340W Do đó, chúng ta sẽ chọn động cơ điện có công suất tối đa là 1000W Việc lựa chọn công suất dư giúp đảm bảo khả năng vận hành khi chở thêm vật nặng, thêm người hoặc leo dốc cao hơn dự đoán với tải trọng 2 người.
Chúng tôi đã chọn động cơ điện có công suất 1000W, hoạt động với tốc độ tối đa 600 vòng/phút và dòng điện 34 Ampe, phù hợp cho xe khi đạt tốc độ cao nhất 50 km/h.
Tính toán lựa chọn Pin Lithium- lion
Dung lượng pin của xe điện được xác định bởi thời gian hoạt động cho đến khi hết năng lượng, cùng với tỷ lệ khối lượng của hệ thống truyền động điện so với tổng khối lượng xe, tối ưu không vượt quá 30%.
Chúng tôi đã chọn pin với điện thế 72V và dung lượng 34Ah Dung lượng pin được tính bằng tích của dòng điện phóng và thời gian phóng điện, công thức là Ah = IM.t Theo đặc tuyến của ắc quy, phóng định mức tương ứng với dung lượng của pin Lithium, và dòng phóng cho phép có thể đạt tới gấp 3 lần dòng định mức.
Vì vậy ta tính được thời gian hoạt động của xe như sau: t = Ah/ IM
Thời gian hoạt động của xe với công suất 1000W và dòng điện phóng là 34A là: t= Ah/ IM = 34/ 20 = 1,7 giờ = 102 phút
Dựa vào thông số của nhà sản xuất, loại pin 72V- 34Ah có khối lượng m1 = 13 kg Động cớ điện có khối lượng m2 = 5 kg
Như vậy tổng khối lượng hệ thống truyền động điện là: m = m1 + m2 = 13 + 5 = 18 kg
Tính hệ số tỷ lệ khối lượng: λ = m/M = 18/ 150 = 0,12 = 12% < 30%
Như vậy tỷ lệ này đạt yêu cầu kỹ thuật
Quãng đường xe đi được với tốc độ tối đa là 50 km/h
Thời gian di chuyển của xe với vận tốc tối đa phụ thuộc vào dung lượng pin Với dung lượng pin là 34.000 mAh, chúng ta có thể chuyển đổi sang watt-giờ (Wh) bằng công thức tương ứng.
Wh = (mAh.V)/ 1000= (34000.72)/1000$48 Wh Thời gian xe đi được với tốc độ tối đa: t= Wh/ W= 2448/ 1000 = 2,448
Từ đó ta tính được quãng đường xe đi được với tốc độ tối đa trong xấp xỉ 2,5 giờ:
S= V.t = 50*2,5 = 125 km Vậy với tốc độ tối đa là 50 km/h thì xe đi được xấp xỉ 125 km trong 2 giờ 30 phút
MÔ PHỎNG, THI CÔNG, LẮP RÁP VÀ THỰC
NGHIỆM MÔ HÌNH XE MÁY ĐIỆN
Mô phỏng xe máy điện trên phần mềm Proteus
3.1.1 Mô phỏng các hệ thống điện thân xe
3.1.1.1 Hệ thống đèn chiếu sáng
Các linh kiện có trong mạch điện:
− Switch- SPDT (công tắc FAR/ COS);
− Led-green (đèn chiếu gần- D3, đèn chiếu xa- D2)
Hình 3.1: Hệ thống đèn chiếu sáng
Trạng thái mạch khi công tắc ở vị trí Cos:
Khi mở công tắc khoá xe, dòng điện từ pin được truyền qua relay RL2 và RL3, khiến đèn chiếu gần luôn sáng nhờ vào việc nối với một trong hai tiếp điểm của relay được cấp điện Trong trạng thái này, đèn chiếu xa sẽ tắt (OFF) Khi công tắc đèn được chuyển sang vị trí điều khiển đèn chiếu xa (vị trí pha), đèn chiếu xa sẽ hoạt động.
Hình 3.2: Hệ thống đèn chiếu sáng ở trạng thái đèn chiếu xa
Trạng thái mạch khi công tắc ở vị trí Far:
Khi mở công tắc khoá xe, dòng điện từ pin sẽ được truyền qua relay RL2 và RL3, làm cho đèn chiếu gần luôn sáng nhờ vào việc nối với một trong hai tiếp điểm của relay được cấp điện Trong quá trình này, đèn chiếu xa vẫn ở trạng thái OFF.
Khi chuyển công tắc FAR/COS sang chế độ FAR, dòng điện sẽ xuất hiện ở cả hai đầu cuộn dây của relay RL3, biến cuộn dây thành nam châm điện Điều này dẫn đến việc tiếp điểm được hút và kết nối với chân tiếp điểm còn lại, nối với đèn chiếu xa, làm cho đèn chiếu xa bật ON trong khi đèn chiếu gần tắt OFF.
3.1.1.2 Hệ thống đèn đuôi xe và đèn phanh
Các linh kiện có trong mạch điện:
− Switch SPDT (khoá xe- SW3);
− Led red (đèn phanh- D1, đèn đuôi- D6)
Hình 3.3: Hệ thống đèn đuôi xe và đèn phanh
Khi bật công tắc khoá xe:
Dòng điện từ pin đi qua khóa xe đến relay và đèn đuôi Trong trạng thái này, tiếp điểm relay đang ở chế độ OFF, nhưng đèn đuôi vẫn sáng do được kết nối trực tiếp với pin.
Hình 3.4: Hệ thống đèn đuôi xe khi bật công tắc khoá xe
Khi công tắc chân phanh hoạt động:
Khi nhấn tay phanh, dòng điện được tạo ra và đi qua cuộn dây của relay, khiến nam châm điện hút tiếp điểm relay vào trạng thái ON, làm kín mạch và cung cấp điện cho đèn phanh Do đó, đèn đuôi và đèn phanh sẽ cùng sáng lên.
Hình 3.5: Hệ thống đèn đuôi xe khi phanh
3.1.1.3 Hệ thống đèn tín hiệu
Các linh kiện có trong mạch:
Trạng thái mạch khi chưa hoạt động:
Khi mở công tắc khoá xe, dòng điện sẽ được truyền tới IC NE555 và công tắc SW1 IC NE555 sẽ tạo ra hiệu ứng chớp cho các đèn tín hiệu, trong khi ba điện trở R3, R4 và R5 sẽ xác định độ sáng cũng như tốc độ chớp của đèn tín hiệu.
Hình 3.6: Hệ thống đèn tín hiệu
Bật công tắc SW1 sang vị trí bên trái để dòng điện truyền đến hai đèn tín hiệu phía trước và phía sau bên trái Các đèn sẽ chớp tắt liên tục cho đến khi được tắt.
Hình 3.7: Hệ thống đèn tín hiệu khi bật công tắc sang trái
Bật công tắc SW1 sang vị trí bên phải để dòng điện được truyền đến hai đèn tín hiệu phía trước và sau bên phải Các đèn này sẽ nhấp nháy liên tục cho đến khi tắt hoàn toàn.
Hình 3.8: Hệ thống đèn tín hiệu khi bật công tắc sang phải
Các linh kiện có trong mạch:
Trạng thái khi mạch chưa hoạt động (khi chưa bấm còi):
Khi mở công tắc khóa xe, dòng điện sẽ được truyền đến relay RL4, đi qua cuộn dây và đến một trong hai đầu cực của nút bấm còi Đầu còn lại của nút bấm còi được nối với
1 trong 2 cực của còi xe và nối Mass
Hình 3.9: Hệ thống còi xe
Trạng thái mạch khi hoạt động (khi bấm còi):
Khi bấm nút còi, mạch điện được kích hoạt, khiến cuộn dây relay trở thành nam châm điện, kéo tiếp điểm nối với cực dương của còi xe máy Điều này tạo ra âm thanh từ còi Khi thả nút bấm, dòng điện ngắt, và còi sẽ tắt.
Hình 3.10: Hệ thống còi xe khi nhấn nút còi xe
3.1.2 Mô hình hoạt động của động cơ điện
Hình 3.11: Sơ đồ hệ thống điều khiển xe máy điện (Nguồn Internet)
Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Proteus:
Hình 3.12: Hệ thống điều khiển xe máy điện khi chưa hoạt động
Hình 3.13: Hệ thống điều khiển xe máy điện khi hoạt động
Khi nhấn nút khởi động, hoạt động của tay ga làm thay đổi tốc độ động cơ BLDC thông qua bộ điều khiển
Khi nhấn dừng, động cơ BLDC sẽ ngưng hoạt động
Nút nhấn đảo chiều có tác dụng khi lắp ngược động cơ BLDC, chỉ cần đảo chiều quay của động cơ BLDC xe vẫn hoạt động bình thường.
Thi công, lắp ráp mô hình xe máy điện
Lắp pin vào vị trí đã được chế tạo sẵn trên khung xe,nằm ở phía dưới người điều khiển
Pin được nối sẵn cáp nguồn nối với công tắc tắt mở nguồn điện cấp xe
Hình 3.14: Lắp đặt pin Lithium
Công tắc tắt mở nguồn điện cho xe 1 đầu công tắc nối với pin, đầu còn lại cấp nguồn cho driver
Hình 3.15: Công tắc nguồn điện
2 đầu dây cáp của pin và của công tắc được nối với nhau bằng jack cắm Ngoài ra pin được lắp thêm dây cáp sạc
Hình 3.16: Jack kết nối pin và công tắc nguồn điện
Hình 3.17: Jack sạc pin Lithium
Driver được đặt ở phía trên pin lithium-ion thuận tiện trong việc đi dây dẫn điện và dễ dàng tháo lắp cũng như sửa chữa khi có sự cố
Tay ga có đồng hồ đo Volt và khoá xe được lắp trên ghi đông phía bên phải
Hình 3.19: Lắp đặt tay ga Đồng hồ điện tử hiển thị tốc độ và dung lượng pin đặt đặt ở giữa của ghi đông
Hình 3.20: Đồng hồ LCD hiển thị thông tin Đèn chiếu sáng được đặt phía trước ghi đông và đèn tín hiệu được đặt hai bên của đèn chiếu sáng
Hình 3.21: Đèn chiếu sáng và đèn tín hiệu phía trước
Còi xe được lắp đặt dưới đèn chiếu sáng, giữa hai phuộc trước của xe, trong khi đèn hậu được gắn trên vè sau, phía sau yên xe Hai đèn tín hiệu phía sau được lắp trên pát bắt biển số.
Hình 3.23: Đèn đuôi xe và đèn tín hiệu phía sau
Cùm công tắc đèn tín hiệu, bật tắt FAR/ COS, nút bấm còi được lắp trên ghi đông phía bên trái
Hình 3.24: Cùm công tắc trên tay lái bên trái
Lắp bộ chớp đèn tín hiệu xi nhan vào khung sườn phía trên pin
Hình 3.25: Bộ chớp của đèn tín hiệu
Motor bánh xe được lắp vào gắp xe, dây cáp cấp nguồn cho motor được cố định vào gắp xe
Hình 3.26: Motor điện một chiều tích hợp với bánh xe
Kết nối dây từ driver với các bộ phận thiết bị khác
Hình 3.27: Kết nối Driver với các thiết bị
Hình 3.28: Jack đèn chiếu sáng và đèn tín hiệu
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN
Đánh giá kết quả
Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, "Tính toán, thiết kế xe máy điện" đã hoàn thành đúng hạn và đạt được một số kết quả quan trọng như mong đợi ban đầu.
− Vận dụng kiến thức đã học trên trường lớp đưa vào thực tế;
− Hoàn thành các công đoạn tính toán đưa ra được thông số phù hợp với yêu cầu đặt ra trong điều kiện vận hành xe;
− Thiết lập được các hệ thống điện trên xe hoạt động đúng với yêu cầu đặt ra trên một hệ thống điện thực tế;
− Nắm bắt được quy trình khi thực hiện thiết kế xe máy điện;
− Mô phỏng thành công hoạt động của các hệ thống tín hiệu cần thiết khi thiết kế xe máy điện trên phần mềm Proteus hoạt động ổn định;
− Mô phỏng thành công hoạt động của động cơ điện dựa trên phần mềm Proteus;
− Thi công lắp ráp hoàn chỉnh mô hình vật lý và các chức năng hoạt động đúng với yêu cầu ban đầu được đặt ra;
− Đưa ra được phương pháp giải quyết vấn đề được toàn cầu quan tâm là ô nhiễm môi trường
Tuy nhiên bên cạnh đó, vẫn còn một số hạn chế:
− Sau khi thi công lắp ráp hoàn chỉnh mô hình vật lý, mô hình vẫn chưa thể thực hiện thử nghiệm trên đường vì lý do khách quan;
− Một số lý do bất cập mà nhóm chưa thực hiện giải quyết triệt để Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài
− Nhóm nhận được sự giúp đỡ tận tình của GVHD Huỳnh Quang Thảo trong thời gian thực hiện đề tài;
− Dễ dàng trong việc tiếp cận thông tin trên nền tảng Internet
Xe máy điện vẫn chưa phổ biến rộng rãi tại Việt Nam, gây khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu và tham khảo trong nước, do đó nhiều người phải tìm kiếm thông tin từ nước ngoài.
− Vì tình hình dịch bệnh, gây khó khăn trong việc tương tác giữa các thành viên nên đề tài thực hiện chưa đạt được kết quả tốt nhất
Dù gặp nhiều khó khăn, nhóm đã nỗ lực hết mình và nhận được sự hỗ trợ tận tình từ GVHD Huỳnh Quang Thảo, nhờ đó, đề tài đã hoàn thành đúng tiến độ.
Kết luận
Xe máy điện đang trở thành xu hướng phát triển và có khả năng trở thành phương tiện di chuyển chính trong tương lai Nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “thiết kế, chế tạo xe máy điện” và đã đạt được những thành công nhất định Tuy nhiên, do ảnh hưởng của dịch bệnh, dự án chỉ tập trung vào thiết kế hệ thống điện và các tính năng cơ bản của xe để đảm bảo hoạt động ổn định Trong tương lai, nhóm sẽ tiếp tục thực hiện các công việc bổ sung để hoàn thiện sản phẩm.
Trang bị các tính năng an toàn cho xe máy điện là rất quan trọng để đảm bảo an toàn khi lưu thông Các hệ thống như cảnh báo va chạm, phanh ABS và hãm phanh điện giúp tăng cường độ tin cậy và bảo vệ người lái trên đường.
− Trang bị các tính năng tiện ích phù hợp với nhu cầu của xã hội: hệ thống chống trộm, hệ thống định vị xe,…
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ 4.0, việc thông minh hóa xe cộ đang trở thành xu hướng nổi bật Ngành công nghiệp ô tô và xe máy phải đối mặt với những thách thức nghiêm ngặt về chất lượng khí thải và tình trạng thiếu hụt năng lượng hóa thạch Điều này đã tạo ra cơ hội cho thị trường xe điện phát triển mạnh mẽ, không chỉ trên thế giới mà còn ở trong nước Các phương tiện sử dụng năng lượng điện hứa hẹn sẽ trở thành xu hướng mới cho ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.
