(Luận văn thạc sĩ hcmute) 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÂM TUẤN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN SỬ DỤNG NGUỒN ẮC QUY VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO ÔTÔ HỖ TRỢ THỰC TẬP LÁI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 80520116 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN SỬ DỤNG NGUỒN ĐIỆN ẮC VĂN THẠC SĨ HỖ TRỢ THỰC TẬP LÁI QUY VÀ NĂNG LƯỢNGLUẬN MẶT TRỜI CHO ÔTÔ NGUYỄN LÂM TUẤN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60250116 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN SỬ DỤNG NGUỒN ẮC QUY VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO ÔTÔ HỖ TRỢ THỰC TẬP LÁI Họ Tên Học Viên: NGUYỄN LÂM TUẤN Họ Tên Giảng Viên Hướng Dẫn: TS HUỲNH PHƯỚC SƠN TS NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU LÝ LỊCH KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 80520116 Hướng dẫn khoa học: I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: TS HUỲNH PHƯỚC SƠN Họ & tên: Nguyễn Lâm Tuấn Giới tính: Nam TS NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU Ngày, tháng, năm sinh: 16/10/1990 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Nhơn An – An Nhơn – Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 116/21 Đường Huỳnh Văn Nghệ, P.15, Q Tân Bình, TP.HCM Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0774.965.779 Fax: E-mail: lamtuan161090@gmail.com Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2020 i Luan van i Luan van ii Luan van iii Luan van iv Luan van v Luan van vi Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Lâm Tuấn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/10/1990 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Nhơn An – An Nhơn – Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 116/21 Đường Huỳnh Văn Nghệ, P.15, Q Tân Bình, TP.HCM Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0774.965.779 Fax: E-mail: lamtuan161090@gmail II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Cao Đẳng Thời gian đào tạo: từ 03/2008 đến 03/2011 Nơi học (trường, thành phố): Trường CĐ Kỹ thuật Lý Tự Trọng Ngành học: Công nghệ kỹ thuật ơtơ Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 03/2011 đến 2013 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố HCM Ngành học: Công nghệ kỹ thuật ôtô Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế lắp ráp mơ hình động Xăng Toyota Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Tại Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Người hướng dẫn: Thầy Hoàng Ngọc Dương Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 10/2018 đến 11/2020 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỷ Thuật TP.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực vii Luan van Tên luận văn: Nghiên Cứu Ứng Dụng Động Cơ Điện Sử Dụng Nguồn Điện Ắc Quy Và Năng Lượng Mặt Trời Cho Ơtơ Hỗ Trợ Thực Tập Lái Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 29/11/2020 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Người hướng dẫn: Hướng dẫn 1: TS Huỳnh Phước Sơn Hướng dẫn 2: TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 03/2013 đến 01/2014 01/2014 đến 07/2015 07/2015 đến 01/2019 01/2019 đến 06/2020 06/2020 đến Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Cty Cổ Phần Vân Nam Kỷ Thuật Viên Tham gia nghĩa vụ quân Cty Cổ Phần Vân Nam Nhân Viên Phòng Phụ Tùng Cty Cổ Phần Ơtơ Trường Hải Cố Vấn Dịch Vụ Cty TNHH Daehan Motors Cố Vấn Dịch Vụ viii Luan van 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 Luan van 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: Luan van 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 Luan van 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() Luan van { 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 Luan van Luan van MỤC LỤC Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van S K L 0 Luan van ... ẮC VĂN THẠC SĨ HỖ TRỢ THỰC TẬP LÁI QUY VÀ NĂNG LƯỢNGLUẬN MẶT TRỜI CHO ÔTÔ NGUYỄN LÂM TUẤN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60250116 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN SỬ DỤNG NGUỒN ẮC. .. 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... Lực vii Luan van Tên luận văn: Nghiên Cứu Ứng Dụng Động Cơ Điện Sử Dụng Nguồn Điện Ắc Quy Và Năng Lượng Mặt Trời Cho Ơtơ Hỗ Trợ Thực Tập Lái Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 29/11/2020 Trường Đại