(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện sử dụng nguồn ắc quy và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2020 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Lâm Tuấn ix LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu thực chuyên đề “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN SỬ DỤNG NGUỒN ẮC QUY VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO ÔTÔ HỔ TRỢ THỰC TẬP LÁI”, nhận nhiều giúp đỡ quý thầy cô, bạn học lớp đồng nghiệp Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, bạn đồng học tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi q trình học tập hồn thành chun đề Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy TS Huỳnh Phước Sơn Thầy TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu người trực tiếp hướng dẫn khoa học, hết lịng giúp đỡ, góp ý, dẫn, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực hồn thành chuyên đề Xin chân thành cảm ơn chúc quý thầy cô, bạn lớp đồng nghiệp sức khỏe thành đạt Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2020 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Lâm Tuấn x TÓM TẮT Hiện phương tiện đào tạo lái xe trường lái xe Việt Nam sử dụng động đốt truyền thống (Xăng Dầu), ly hợp ma sát Đề tài nghiên cứu ứng dụng xe tập lái sử dụng nguồn điện ắc quy lượng mặt trời đồng thời thay đổi ly hợp ma sát thành ly hợp từ nhằm mục đích tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa, tiết kiệm chi phí nhiên liệu vận hành (xăng, dầu) thời gian học lái xe học viên, đồng thời nhằm giảm thiểu nhiễm mơi trường khí thải động xăng dầu gây Mặt trời nguồn cung cấp lượng cho ơtơ, lượng từ mặt trời pin mặt trời thu nhận chuyển thành lượng điện lượng điện nạp vào ắc quy (ắc quy axit chì) sử dụng để chạy động điện để di chuyển xe Đồng thời, ly hợp ma sát thay ly hợp từ để giúp tiết kiệm chi phí sửa chữa ly hợp ma sát nhanh bị mịn hỏng học viên thời gian đầu học lái kỹ lái xe chưa tốt xi ABSTRACT Currently, the driving training vehicles in driving schools in Vietnam still use traditional internal combustion engines (Gasoline and Oil), and friction clutch This project researches and applies the vehicle practice using battery and solar power and at the same time changes the friction clutch into magnetic clutch in order to save maintenance, repair and save costs operating fuel costs (petrol, oil) during the learner learner time, at the same time also to minimize environmental pollution caused by the exhaust gas of gasoline and oil engines The sun is the main source of energy for cars, energy from the sun is collected by solar panels and converted to electrical energy, and that electrical energy is loaded into batteries (lead-acid batteries) and used used to run the electric motor to move the vehicle At the same time, the friction clutch will be replaced by the magnetic clutch to help save repair costs because the fast friction clutch is worn out and damaged because the first time learners learn to drive the driving skills are not good xii MỤC LỤC Trang Lời mở đầu LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC BẢNG xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Khảo sát lượng xạ trung bình Việt Nam tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.1 Khảo sát lượng xạ mặt trời trung bình Việt Nam 1.3.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.3.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.4 Giới hạn đề tài 10 1.5 Phương pháp nghiên cứu 10 1.5.1 Phương pháp nghiên cứu 10 1.5.2 Nội dung nghiên cứu 10 1.6 Điểm đề tài 11 1.7 Bố cục luận văn 12 Chương 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết pin lượng mặt trời 13 2.1.1 Khái niệm pin lượng mặt trời 13 xiii 2.1.2 Lịch sử pin lượng mặt trời 14 2.1.3 Nền tản pin lượng mặt trời 14 2.1.4 Quy trình tạo tế bào quang điện 16 2.1.5 Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời 20 2.1.5.1 Cấu tạo 21 2.1.5.2 Nguyên lý hoạt động 21 2.1.6 Tính tốn hệ thống pin lượng mặt trời 25 2.1.6.1 Tính tổng lượng tiêu thụ tải 25 2.1.6.2 Tính số Watt-hour pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải ngày 25 2.1.6.3 Tính tốn kích cở pin mặt trời cần sử dụng 25 2.1.6.4 Tính tốn ắc quy 26 2.2 Nguyên lý, cấu tạo phương pháp nạp điện ắc quy 27 2.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động ắc quy 27 2.2.2 Hướng dẫn phương pháp nạp điện cho ắc quy 30 2.2.3 Cách nạp điện ắc quy 31 2.3 Bảo dưỡng ắc quy 32 2.4 Bộ điều khiển nạp pin mặt trời 33 2.5 Bộ chuyển đổi DC/DC 35 2.5.1 Buck converter 36 2.5.2 Boost converter 39 2.5.3 Buck-Boost converter 42 2.6 Cấu tạo nguyên lý hoạt động mô tơ điện 44 2.6.1 Cấu tạo mô tơ điện 44 2.6.2 Nguyên lý hoạt động động điện 45 2.7 Phương pháp chung 45 2.8 Tính tốn lực tác dụng lên ôtô chọn động điện 45 2.9 Đáp ứng yêu cầu tốc độ tối đa xe động điện 47 2.10 Tính tỷ số truyền, đường kính đĩa xích cho truyền xích 48 xiv 2.10.1 Tính tỷ số truyền 48 2.10.2 Tính đường kính bánh xích 48 Chương 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ƠTƠ CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG ẮC QUY KẾT HỢP VỚI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 3.1 Các yêu cầu kỹ thuật chế tạo mơ hình ơtơ chạy lượng ắc quy kết hợp với lượng mặt trời 50 3.1.1 Yêu cầu kỹ thuật 50 3.1.2 Yêu cầu kinh tế 50 3.2 Sơ đồ khối mơ hình ơtơ chạy lượng ắc quy lượng mặt trời 50 3.2.1 Sơ đồ khối ngun lý làm việc mơ hình 50 3.2.2 Tính tốn động điện cho mơ hình 51 3.3 Đáp ứng yêu cầu tốc độ tối đa xe động điện 53 3.4 Tính tốn pin lượng mặt trời dùng cho mơ hình 55 3.4.1 Xác định tổng lượng điện tiêu thụ ngày 55 3.4.2 Tính pin mặt trời (PV panel) 55 3.4.3 Tính inverter 56 3.4.4 Tính tốn dung lượng ắc quy dự phịng cho hệ thống 56 3.4.5 Tính toán điều khiển sạc 57 3.4.6 Thông số kỷ thuật cho pin mặt trời 58 3.5 Thông số khung sườn xe 59 3.6 Bộ ly hợp từ 61 3.6.1 Nguyên lý làm việc ly hợp từ 61 3.6.2 Tính tốn momen xoắn ly hợp 62 3.6.3 Xác định kích thước ly hợp từ 63 3.6.4 Điều khiển ly hợp từ 64 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM 4.1 Kết thực nghiệm 68 4.2 Đánh giá thực nghiệm… 72 xv KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 xvi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - PV (Photo voltaic): Pin quang điện, biến quang thành điện - DC/DC (Direct current/Direct current): Dòng điện chiều - DOD (deep of discharge): Mức xả sâu - Wp (Watt- peak): Đơn vi tính cơng suất cực đại xvii DANH MỤC CÁC BẢNG TÊN BẢNG Trang Bảng 1: Số liệu xạ mặt trời VN Bảng 2.1: Thông số điện áp nạp ắc quy 31 Bảng 2.2: Bảng thông số cản lăn ứng với loại đường 46 Bảng 2.3: Bảng hệ số cản k ứng với diện tích cản diện ơtơ 47 Bảng 3.1: Thông số kỷ thuật Arduino UNO 66 Bảng 4.1: Bảng đo xạ nhiệt lượng mặt trời trời nắng gắt 68 Bảng 4.2: Bảng đo xạ nhiệt lượng mặt trời trời nắng trung bình 69 Bảng 4.3: Bảng đo xạ nhiệt lượng mặt trời trời nắng thấp 71 Bảng 4.4: Bảng chạy thử nghiệm mơ hình 75 xviii Theoretical basic Beginning in the 1960s and 70s of the last century, the world faced two major global issues: + Energy issues: fossil energy sources such as oil and coal are not endless; they are likely to be exhausted and not renewable Vehicles directly using this source of energy (gasoline, oil) will certainly not exist in the future While electricity is a very flexible type of energy, it can vary from multiple sources of energy Endless renewable energy sources like wind, sun, waves, That the reason why the electric vehicles are the vehicles of the future + Environmental issues: It is not difficult to realize that the current environment seriously polluted, but one of the main causes is emissions from vehicles, especially cars Electric cars are the answer to this problem because they have no emissions at all As such, we see that electric cars are the optimal solution to both major problems, which is why it became a special concern in the 20th century, and is becoming a major concern of the automotive industry and scientists around the world There have been many studies on this issue such as In Optimizing the Electric Vehicle Solar System on the University Campus in Dhaka, Bangladesh, by Nusrat Chowdhury, Chowdhury Akram Hossain et al [3] Due to the rapid decline in gas reserves in the fields coupled with the skyrocketing gas prices worldwide, environmental pollution is caused by the burning of machine fuel This has made us worry about the exhaustion of energy sources in the future, renewable energy from solar energy, wind energy will provide an optimal and efficient solution for these issues The goal of this study is to focus on effectively utilizing solar photovoltaic (PV) systems in electric vehicles and minimizing negative environmental impacts in terms of CO2 emissions This system is also used in the Design of Solar Vehicles by GS U.A Athavankar, Rajat Shail Singh use solar energy to power electric vehicles with charging facilities and contribute excess energy to the national grid of P Arivalagan, Manoj mohanan [4] In the Yogesh Sunil Wamborikar's solar vehicle article, Abhay Sinha [5] had a talk about using solar energy to power cars at the required voltage A solar vehicle is a type of electric vehicle that provides either total or significant energy using direct solar energy Typically, photovoltaic (PV) cells in solar panels convert photovoltaic energy directly into electrical energy The term "Solar vehicle" generally implies that single energy is used to power all or part of a vehicle's propulsion engine Other Study on Hybrid Solar Vehicle Design Based on Hybrid Energy Systems by A.Spina, R Jdela Vega et al [6] studied the issue of the lowest possible energy consumption for vehicle, with the photovoltaic module as the primary source of energy In addition, Blaz Luin, Stojan Petelin, and Fouad Al-Mansour [7] also studied the evaluation of electric vehicle energy efficiency in the topic Micro simulation of Electric Vehicle Energy Consumption My project basically has two systems, electrical systems and solar systems The components required for both systems are solar panels, electric charge controllers (Arduino), batteries, motors, motor controllers and inverters, when converting AC to DC current is needed Regarding the mathematical parameters and specifications of the components, I will use 4pin of 12V connected in series, the motor controller for the DC motor provides a maximum capacity of 3kW to move weight vehicle (including rider) 250-350 kg 2.1 Design method When we design a model, there are computational formulas that need to be met and considered in order to produce a sufficient supply of power, performance and safety The main part is the engine, the higher the capacity the engine has, the more problems that need to be solved for electric vehicles to achieve high efficiency The first point to determine is how much capacity the engine can provide Below are the basic approaches and some important and detailed formulas for determining the mechanics required by DC motor power, torque, etc 2.2 Calculating the forces acting on cars when selecting an electric motor: In order for a car to move, the car needs to overcome the drag acting on it in motion, which is rolling resistance, slope resistance, and wind resistance, inertial resistance Ftotal  Ff  Fi  F W  Fj (2.1) Ptotal  Pf  Pi  PW  Pj (2.2) With: total drag of the vehicle F f : rolling resistance, which is the resistance generated by the contact of a tire with the road F f =f*m*g (2.3) f: rolling resistance coefficient, depending on the type of road when the speed is less than or equal to 80km / h Pf  Ff v (2.4) Fi : slope resistance is the resistance generated by a hill climb or overpass or when traveling on a downhill road The angle between the ground and the slope of the road expressed in the form of α, we consider in the case of a vehicle running on a slope with a slope of ten degrees = 10 (the slope of 10 degrees is the standard slope angle in driving conditions in Vietnam) Fi = m*g* sin  (2.5) Should: Pi = Fi *Vd (2.6) FW : Wind resistance is the drag on the air when driving It is determined primarily by the shape of the vehicle The formula for calculating aerodynamic drag is given by the following equation: FW = K * F *V (2.7) P W = FW *V (2.8) F j Inertial drag is positive when the vehicle is accelerating and negative when the vehicle is decelerating Fj  m * i * j (2.9) Pj = F j *V (2.10) When we choose an electric motor, the power of the electric motor must overcome the capacity of rolling resistance, slope resistance, and wind resistance, inertial resistance Candlestick: Ptotal  Pf  Pi  PW  Pj (2.11) Calculation of solar battery used for the model The time it takes the sun to run well at Ho Chi Minh City is from hours to 15 hours and the solar radiation intensity is about 4.58 KWh / m2 / day Loss in solar battery system is 1,2 Because only a 2-hour test model should be selected, the number of hours is PV panel = Total electricity consumption * 1.2 = 5200 * 1.2 = 6240 Wh/day (3.1) Total Wp of PV panel: PVpanel 4.58 (3.2) With: 4.58 is the level of solar absorption in Vietnam So the total Wp of PV panel: 6240  1362 ,4 Wp 4.58 (3.3) Choose Wp 345W type, deduce the number of panels to be used is: 1362.4 / 345 = 3.94 So we choose panels of power 345 W Calculating backup battery capacity for the system: We choose batteries with 100Ah capacity and 12V voltage Battery capacity (Ah) = 2600 = 424,8 Ah/day 0.85 * 0.6 *12 Battery capacity per hour backup: 424.8 / 24 = 17.7 Ah Calculating battery time for power supply of electric motors: T = (48 * 400 * 0.8) / 2600 = 5.9 hours Magnetic clutch control  Working principle of magnetic clutch: When press depressing the clutch pedal: the power supply for pin of Arduino UNO is disconnected, so there is no pulse output PMW (Pulse Width Modulation) at pin to trigger  MOSFET HA210N06, resulting in no current Magnetic clutch, resulting in magnetic clutch does not work  When releasing the clutch pedal: there is a current to the pin of Arduino UNO, there is a PMW (Pulse Width Modulation) at pin to trigger the MOSFET HA210N06 to work, resulting in a current Magnetic clutch continuous cycle so the magnetic clutch works Figure 1: Diagram of working principle block of magnetic clutch control circuit  Arduino UNO: used to change the pulse width of the output signal cycle by programming using the analogWrite function with low pulse) By programming the Arduino UNO we can change the pulse width to operate continuously  PW Programmable pulse generator PWM code for Arduino UNO: nt rheostatPin = 9; // rheostat connected to digital pin int analogPin = 3; // potentiometer connected to analog pin int val = 0; // variable to store the read value void setup() { PinMode(rheostatPin, OUTPUT); // sets the pin as output } void loop() { val = analogRead(analogPin); // read the input pin analogWrite(rheostatPin, val / 4); // analogRead values go from to 1023, analogWrite values from to 255 } Conclusion Solar vehicles have solved many environmental problems and are the best way to reduce pollution We should research and use them to reduce our dependence on fossil fuels Solar powered vehicles still have some shortcomings that need to be researched and overcome such as low speed, low transport capacity, low operating time because of low battery capacity, manufacturing costs the car is still tall In addition, the energy metabolism rate is unsatisfactory (only 17 percent) However, these shortcomings can be easily overcome by conducting further studies in this area Solar cars have a huge potential market and we should start using them in everyday life The study of solar cars in the field of driving practice in Vietnam helps to set the stage for other studies References [1] Luu N.P.T (2021) Design and Manufacture a Vehicle Auxiliary System Model Controlled by Using Smartphone In: Kahrama C., Cevik Onar S., Oztaysi B., Sari I, Cebi S., Tolga A (eds) Intelligent and Fuzzy Techniques: Smart and Innovative Solutions INFUS 2020 Advances in Intelligent System and Computing, vol 1197 Springer, Cham https://doi.org/10.1007/978-3-030-51156-2 187 [2] Luu N.P.T (2021) A Study on Vehicle Air Condition System Model Controlled by Using Smartphone In: Kahrama C., Cevik Onar S., Oztaysi B., Sari I, Cebi S., Tolga A (eds) Intelligent and Fuzzy Techniques: Smart and Innovative Solutions INFUS 2020 Advances in Intelligent System and Computing, vol 1197 Springer, Cham https://doi.org/10.1007/978-3-030-51156-2 188 [3] Nusrat Chowdhury Akram Hossain and Colleaguess.(2018) “Optimization of Solar Energy System for the Electric Vehicle at University Campus in Dhaka, Bangladesh” Energies, MDPI, Open Access, Jounal, vol 11(9), pages 1-10, September [4] Prof U.A Athavankar, Rajat Shail Singh “Design Of Solar Powered Vehicle” Project- II Industrial Design Center IIT Mumbai [5] Yogesh Sunil Wamborikar, Abhay Sinha “Solar Powered Vehicle” Proceedings of the Word Congress on Engineering and Computer Science 2010 Vol II WCECS 2010, Octorber 20-22, 2010, San Francisco, USA [6] M A Spina, R J dela Vega, S R Rossi, G Santillan “Some Issues on the Design of a Solar Vehicle Based on Hybrid Energy System” International Journal of Energy Engineering p-ISSN: 2163-1891 e-ISSN:2163-1905 [7] Blaz Luin, Stojan Petelin, Foud Al-Mansour “Microsimulation of Electric Vehicle Energy Consumption” Energy Volume 174, May 2019, Page 24-32 https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.02.034 MỤC LỤC S K L 0 ... trình học tập nghiên cứu thực chuyên đề “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN SỬ DỤNG NGUỒN ẮC QUY VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO ƠTƠ HỔ TRỢ THỰC TẬP LÁI”, tơi nhận nhiều giúp đỡ quý thầy cô, bạn học... trời cho ? ?tô hỗ trợ thực tập lái? ?? để tận thu nguồn lượng mặt trời cho ? ?tô hoạt động trường dạy lái xe thay cho xe sử dụng động dầu động xăng 1.4 Giới hạn đề tài: Chiếc xe mẫu thử nghiệm xe chạy lượng. .. (năng lượng mặt trời, gió, sóng biển, ) để phục vụ cho phát triển xã hội Xuất phát từ cơng trình nghiên cứu nên định thực đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng động điện sử dụng nguồn ắc quy lượng mặt trời