Nghiên cứu và thiết kế, chế tạo xe điện 2 bánh phần module điều khiển động cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO XE ĐIỆN BÁNH: PHẦN MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn: Th.S Đỗ Nhật Trường Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Ngô Tuấn Phú 1811252077 18DOTB3 Nguyễn Bình Nguyên 1811251433 18DOTB3 Trương Phúc An 1811251610 18DOTB3 TP Hồ Chí Minh , ngày 26 tháng 07 năm 2022 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI .4 KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRÊN XE MÁY ĐIỆN 2.1 SƠ ĐỒ XÂY DỰNG QUI TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .5 2.2 SO SÁNH ĐỘNG CƠ CƠ ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .6 2.3 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP ĐỘNG CƠ TRÊN XE MÁY ĐIỆN HIỆN NAY 2.4 PHÂN LOẠI CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ TRÊN XE MÁY ĐIỆN TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY 10 2.4.1 Giải pháp sử dụng động dòng DC có chổi than .10 2.4.2 Giải pháp sử dụng động dịng DC khơng chổi than .12 2.4.3 Giải pháp sử dụng động Hub 14 2.4.4 Động đồng nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM) 16 2.4.5 Lựa chọn giải pháp động xe máy điện 18 2.4.6 Nhận xét, so sánh loại động .19 2.5 ĐỐI TƯỢNG MÀ NHÓM THIẾT KẾ NHẮM TỚI .22 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 24 3.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ HUB 24 3.1.1 Giới thiệu động Hub .24 3.1.2 Cấu tạo động Hub 25 Stator 25 Rotor 26 Cảm biến Hall 26 3.1.3 Nguyên lý hoạt động động Hub 28 3.1.4 Đặt tính đặc tính làm việc .29 Đặt tính 29 Đặc tính làm việc 29 3.1.5 Điều khiển tốc độ động HUB 30 Điều khiển tốc độ sử dụng cảm biến vị trí 31 Điều khiển tốc độ không sử dụng cảm biến 31 3.2 CẤU TẠO MODULE 32 3.2.1 Giới thiệu phần cứng 32 3.2.2 IC cách ly điện 33 3.2.3 IC ổn áp LM317 34 3.2.4 IC driver 34 3.2.5 Mosfet 36 3.3 HẠ ÁP 37 3.4 GIỚI THIỆU TAY GA TÍCH HỢP MÀN HÌNH 38 3.5 GIỚI THIỆU PIN 39 3.5.1 Tổng quan Pin 39 3.5.2 Đặc tính pin lithium 40 3.5.3 Hướng dẫn sử dụng pin lithium an toàn 41 3.6 MẠCH QUẢN LÝ PIN BMS CHO PIN LITHIUM .43 3.6.1 Sơ đồ mạch điện hệ thống- quản lý pin .43 3.6.2 Ngắt FET trình điều khiển FET 44 3.6.3 Đo dòng điện .46 3.6.4 Điện áp di động tối đa hoá thời gian sử dụng pin 46 3.7 BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ .49 3.8 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐÈN PHA DÀNH CHO XE MÁY .49 Đèn HalogenĐèn pha halogen thực chất bóng đèn sợi đốt tạo nên dây tóc 49 Đèn sợi đốt 51 Bóng đèn led .52 Lựa chọn đèn pha cho mơ hình 54 Lựa chọn đèn hậu cho mơ hình 55 3.9 TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO CỊI ĐIỆN VÀ PHANH ĐĨA CỦA MƠ HÌNH 55 3.9.1 Tổng quan cấu tạo còi điện .55 3.9.2 Tổng quan cấu tạo thắng đĩa 57 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ .59 4.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU .59 4.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN 59 4.3 TÍNH TỐN GIA TỐC GỐC TẠI BÁNH XE .60 4.4 TÍNH TỐN CÁC LỰC TÁC ĐỘNG LÊN XE KHI CHUYỂN ĐỘNG LÊN DỐC 61 4.4.1 Lực cản lăn chuyển động xe 𝑷𝒇 61 4.4.2 Lực cản Lên dốc 𝑷𝒊 61 4.4.3 Lực cản khơng khí 𝑷𝝎 62 4.4.4 Lực cản gia tốc 𝑷𝒋 .62 4.6 TÍNH TỐN BÁN KÍNH BÁNH XE 63 4.6.1 Bán kính danh định .63 4.6.2 Bán kính tính tốn .64 4.7 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGỒI CỦA ĐỘNG CƠ 64 4.8 TÍNH TOÁN THỜI GIAN SỬ DỤNG PIN 65 CHƯƠNG 5: THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM .67 5.1 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỆN CHÍNH ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN67 5.2 THI CÔNG ĐẤU MẠCH TRỰC TIẾP LÊN KHUNG XE .72 5.2.1 Quá trình chạy thực nghiệm nhiều địa hình .72 5.2.2 So sánh kết thu sau thực nghiệm mục tiêu đặt ban đầu 73 5.2.3 Các mục tiêu ban đầu 73 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76 6.1 KẾT LUẬN 76 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT DC Motors Direct Current Motors BLDC Brushless DC electric motor PWM Pulse-width modulation IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor MHz Megahertz PWM Pulse Width Modulation CPU Central Processing Unit Bit ADC Binary digit Analog-to-Digital Converter V Voltage C Celsius A Ampe kg Kilogram Wh Watt hour mAh Mili ampe hour Km Kilometer LED Light Emitting Diode Danh mục bảng, biểu đồ Bảng 1: Nhận xét đánh giá loại động điện 19 Bảng 3.1: Đánh giá Opto phổ biến thị trường 33 Bảng 3.2:Định giá Driver phổ biến thị trường .34 Bảng 3.3: Bảng đánh giá Mosfet phổ biến thị trường 37 Bảng 3.5: Thông số Pin .42 Bảng 4.1: Thông số ban đầu 59 Bảng 2: Kết tính tốn đường đặc tính động .64 Biểu đồ 4.1: Đường đặc tính ngồi động điện xe máy điện 65 Bảng 1.Các đánh giá trình thực nghiệm 73 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ xây dựng đề tài .5 Hình 2: Mẫu xe sử dụng động điện VinFast Hình 3: Mẫu xe sử dụng động đốt Honda .6 Hình 4: Hai loại bố trí động điện phổ biến thị trường Hình 5: Cấu tạo động điện Hình 6: Động dịng DC có chổi than 10 Hình 7: Chổi than động điện DC có chổi .11 Hình 8: Động dịng DC Khơng chổi than .12 Hình 9: Động Hub xe máy điện 14 Hình 10: Cấu tạo động Hub 15 Hình 11: Cấu tạo động điện IPM 16 Hình 12: Động IPM sử dụng xe VinFast Vento 17 Hình 13: Đối tượng nhắm đến .22 Hình 1: Động Hub .24 Hình 2: Cấu tạo stator động Hub [15] 25 Hình 3: Rotor động HUB [15] 26 Hình 4: Mặt cắt ngang loại rotor.[16] 26 Hình 5: Cảm biến hall thực tế [16] .27 Hình 6: Điện áp phản hồi CB Hall lệch pha 60˚ 120˚ [16] 27 Hình 7: Hiệu ứng Hall [16] 27 Hình 8: Động Hub .28 Hình 9: Đặc tính động [15] 29 Hình 10: Đặc tính làm việc động [16] 29 Hình 11: Sơ đồ điều khiển tốc độ Hub motor [16] 30 Hình 12: Điều khiển tốc độ động phương pháp PWM [16] 30 Hình 13: Điều khiển tốc độ động sử dụng CB Hall [16] 31 Hình 14: Điều khiển tốc độ động không sử dụng cảm biến 32 Hình 15: IC LM2576 32 Hình 16: IC HCPL 2631 (a) Thứ tự chân (b) Cấu tạo 33 Hình 17: IC LM317 34 Hình 18: IC IR2102 (a) Thứ tự chân (b) Cấu tạo 35 Hình 19: Mosfet 540N .36 Hình 20: Hạ áp 37 Hình 21: Tay ga xe điện 38 Hình 22: Pin lithium mà nhóm dùng .39 Hình 23: Pin lithium 84V 34Ah .42 Hình 24: Sơ đồ mạch điện BMS SYSTEM 43 Hình 25: Sơ đồ FET cắt cho kết nối đơn tải sạc 44 Hình 26: Sơ đồ FET kết nối hai đầu cho phép xạc xã đồng thời .45 Hình 27: Sơ đồ FET cân điện tích 48 Hình 28: Sơ đồ FET cân tích cực 48 Hình 29: Bộ điều khiển 49 Hình 30: Bóng đèn Halogen 49 Hình 31: Cấu tạo đèn Halogen 50 Hình 32: Cấu tạo bóng đèn sợi đốt 52 Hình 33: Cấu tạo nguyên lý hoạt động đèn LED 53 Hình 34: Đèn pha gắn đầu 54 Hình 35: Đèn hậu .55 Hình 36: Cấu tạo mạch cịi điện 55 Hình 37: Cấu tạo thắng đĩa 57 Hình 1: Sơ đồ lực tác động lên xe máy điện 59 Hình 1: Mạch dây điện hộp IC 67 Hình 2: Kí hiệu dậy động 68 Hình 3: Sơ đồ khối mạch điện xe máy điện 68 Hình 4: Kết nối nguồn IC vào nguồn Pin Lithium 69 Hình 5: Kết nối cụm số (1) động vào IC 69 Hình 6: Kết nối cụm (2) động vào IC 70 Hình 7: Kết nối cụm (3) tay ga vào IC 71 Hình 8: Sơ đồ mạch điện hệ thốn chiếu sáng tín hiệu xe .71 Hình 9: Hình ảnh tổng thể mơ hình .72 (2) (1) Hình 2: Kí hiệu dậy động Hình 3: Sơ đồ khối mạch điện xe máy điện 68 • Kí hiệu kết nối dây vào pin Hình 4: Kết nối nguồn IC vào nguồn Pin Lithium - Dây đen 1’ (cực âm) nguồn IC + dây đen (cực âm) pin - Dây đỏ 2’ (cực dương) nguồn IC + dây đỏ (cực dương) pin • Số (1) cụm có kí hiệu dây vào motor để cấp nguồn pha cho motor thông qua IC điều tốc: U, V, W Hình 5: Kết nối cụm số (1) động vào IC - 5,5’: Dây xanh dương (động cơ) + dây xanh dương (bộ điều khiển) - 3,3’: Dây vàng (động cơ) + dây vàng (bộ điều khiển) 69 - 4,4’: Dây xanh (động cơ) + dây xanh (bộ điều khiển) • Số (2) cụm có dây đưa vào motor cấp nguồn cho thành phần Hall (Pha): +5V, 0V, HA, HB, HC Hình 6: Kết nối cụm (2) động vào IC • Số (3) cụm có dây vào tay ga để nhận tính hiệu tải thơng qua IC điều tốc: GND, SPEED, +5V 70 Hình 7: Kết nối cụm (3) tay ga vào IC • Sơ đồ mạch điện hệ thống tín hiệu chiếu sáng xe Hình 8: Sơ đồ mạch điện hệ thốn chiếu sáng tín hiệu xe Pin cấp nguồn dương âm thường trực cho IC điều tốc, khơng đủ để IC hoạt động, muốn IC hoạt động buộc phải đóng ổ khố lại để truyền dịng dương khác vào IC IC hoạt động cấp nguồn cho cụm Khi mà 71 vặn tay ga IC điều tốc nhận tín hiệu tải cấp nguồn cho motor chạy theo tải mà IC nhận Đồng thời có hạ áp từ 72V xuống 12V để cấp nguồn tín hiệu đèn cịi, ổ khố đóng relay hoạt động cho phép nguồn dương ACCU cấp nguồn cho thiết bị hạ áp sạc cho bình khơng bị hết bình Khi mà có điện cục chớp (C) nhận cấp nguồn cho xi nhan (K1) tới bóng đèn xi nhanh nhận nguồn âm xẵn, (K2) đóng lại cấp nguồn dương 12V cho còi hoạt động, (K3) cấp nguồn cho đầu đèn hoạt động 5.2 THI CÔNG ĐẤU MẠCH TRỰC TIẾP LÊN KHUNG XE Hình 9: Hình ảnh tổng thể mơ hình 5.2.1 Q trình chạy thực nghiệm nhiều địa hình Sau hồn thành xong mơ hình sản phẩm, nhóm bắt đầu lập bảng kế hoạch thực nghiệm đường Kết hợp với nhóm động điện để thực q trình chạy thử mơ hình Trong q trình chạy thực nghiệm nhóm có gặp đơi chút khó khăn thời gian mật độ giao thông đường 72 Các kết ghi nhận cách tương đối so với thực tế điều kiện trang thiết bị không đảm bảo để có xác tối đa Bảng 1.Các đánh giá trình thực nghiệm Loại đường Đường phẳng Đường gồ ghề Đường dốc Hiệu Phanh gấp: bánh Phanh gấp: bánh Phanh gấp: bánh phanh lăn không trượt lăn không trượt lăn không trượt Phanh nhẹ: Gia tốc Phanh nhẹ: Gia Phanh nhẹ: Gia giảm dần, tốc độ tốc giảm dần, tốc tốc giảm dần, tốc giảm dần độ giảm dần độ giảm dần Vận tốc Quãng đường Hệ thống Treo trước: ổn định, Treo trước: Ổn Treo trước: Đàn treo độ êm dịu 85% định, độ êm dịu hồi chậm, độ Treo sau: Ổn định, 50% êm dịu 70% độ êm dịu 90% Treo sau: Ổn định, Treo sau: Ổn định, độ êm dịu 80% độ êm dịu 75% Các chi tiết Các chi tiết Các chi tiết chắn không rơi rớt, chắn không rơi rớt, chắn không rơi rớt, dàn áo rung dàn áo rung dàn áo rung chạy tốc độ tối đa chạy tốc độ tối đa chạy tốc độ tối đa Độ ổn định 5.2.2 So sánh kết thu sau thực nghiệm mục tiêu đặt ban đầu 5.2.3 Các mục tiêu ban đầu Bảng 5.2 Các số liệu ban đầu đặt Công suất lớn Chiều cao tới yên Loại Pin 17 – 70/80 trước xe 6000 W Kích cỡ bánh Lithium – ion 92 cm 73 17 – 80/90 sau Quãng đường Tốc độ tối đa Tuổi thọ Pin Kích thước xe 100km 80 km/h 100,000 km 135 – 75 - 100 Tải trọng tối đa Khối lượng khung Thời gian sạc Hệ thống phanh tiếng Phanh đĩa thủy lực sườn 130 kg 50kg • Hệ thống treo: Hệ thống treo phải đạt ổn định, êm dịu di chuyển qua đoạn đường gồ ghề, gờ giảm tốc, cầu, đất,… Làm cho người lái cảm giác thoải mái khơng bị giằn xóc • Hệ thống Phanh: Hệ thống phanh hoạt động giúp kiểm soát việc giảm tốc độ dừng hẳn xe theo chủ ý lái xe mà không gây tượng thăng gây nguy hiểm cho người lái xe ❖ Nhận xét so sánh - Vận tốc tối đa xe chạy thực nghiệm không đạt yêu cầu so với mục tiêu ban đầu đặt - Xe chịu tải trọng tối đa khoảng 100 kg nên có chênh lệch với tải trọng đưa ban đầu 130 kg - Việc sử dụng hệ thống phanh đĩa thủy lực giúp trình hoạt động hệ thống phanh ổn định loại đường chạy thực nghiệm - Sau chạy hết Pin xe quãng đường 50 km, So với mục tiêu lúc đầu có độ chênh lệch nhiều Do xe sử dụng hạ áp để sử dụng nguồn chi tiết quay hồi chuyển, đèn, còi, … - Việc sử dụng khiến tuổi thọ Pin bị giảm so với thông số nhà sản xuất Lượng chệnh lệch rơi vào khoảng 15 % Tương đương với tuổi thọ Pin lúc xấp xỉ 85,000 km (8 năm) 74 - Thời gian sạc đầy Pin rơi vào khoảng 3-4 tiếng → Hiệu Pin giảm sau nhiều lần sử dụng * Hệ thống tải điện - Độ sang cos - Độ sáng đèn pha: Bóng có công suất 30W - Đèn xi nhan trước sau - Còi 75 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nhóm em làm hoàn thành đồ án tốt nghiệp đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO XE ĐIỆN BÁNH PHẦN MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ” chúng em thu lại nhiều lợi kinh nghiệm rút từ đồ án Từ lúc bắt tay vào làm đến hồn thành nhóm em có kết mong muốn Nhóm tìm hiểu nghiên cứu nhiều tài liệu đề tài tài liệu, báo hiểu rõ thị trường nhu cầu dòng xe điện, hiểu rõ điều khiển động thơng qua module, phân tích tổng quan kết cấu chung xe máy điện Phân tích sơ đồ mạch điện xe máy điện Tính tốn, lựa chọn động điện module phù hợp để chế tạo nghiên cứu, phát triển sản phẩm hơm Nhằm góp phần nhỏ trình phần xây dựng tài liệu vững cho đồ án sau để tham khảo 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Do thời gian kinh phí thực đề tài tương đối hạn chế nên sản phẩm tránh thiếu sót định Để sản phẩm hoạt động hiệu nhóm em cần nâng cấp khả vận hành tiện ích, hệ thống phanh sau ổ khóa smartkey Đồng thời cải thiện độ bền để xe hoạt động ổn định điều kiện thời tiết khác 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://shop.vinfastauto.com/vn_vi/vinfast-klara-a2.html [2] https://www.honda.com.vn/xe-may/san-pham/future-125-fi [3] https://vinfastauto.com/vn_vi/nhung-diem-khac-biet-cua-dong-co-dien-vadong-co-dot-trong [4] https://vi.amen-technologies.com/types-motors-used-electric-vehicles [5] http://www.xedapdien.xyz/tim-hieu-chi-tiet-ve-dong-co-xe-dap-dien-xe-maydien-c44a233.html [6] https://www.home-dzine.co.za/News/news-brushless-power-tools-give-youmore.html [7] https://uniduc.com/vi/blog/dong-co-dc-choi-than-nguyen-ly-va-cau-tao [8] https://shopee.vn/Moto-%C4%91i%E1%BB%87n-1.2kw~2.5kw-ic10kw~15kw-nhanh-nh%E1%BA%A5t-130km-h-i.260822214.6133453089 [9] https://hethongcongtudong.com/dong-co-khong-choi-than-la-gi-tat-tan-tat-vedong-co-brushless [10] https://whatcar.vn/vinfast/tin-tuc/tim-hieu-nhung-loai-dong-co-pho-bientren-xe-may-dien/ [11] https://ebikes.ca/learn/hub-motors.html [12] http://dictionary.sensagent.com/WHEEL%20HUB%20MOTOR/en-en/ [13] https://en.wikipedia.org/wiki/Wheel_hub_motor [14] https://vinfastauto.com/vn_vi/dong-co-ipm-tren-xe-may-dien [15] https://www.explainthatstuff.com/hubmotors.html [16] https://www.slideshare.net/trongthuy3/luan-van-xay-dung-va-dieu-khiendong-co-bldc-xe-dap-dien-hay [17] https://cnc3ds.com/products/driver-dong-co-bldc-ws-4850 77 [18] https://websosanh.vn/tin-tuc/cung-tim-hieu-ve-cac-loai-den-pha-tren-c8420150630031540555.htm [19] https://vn.dsnsolar.com/info/battery-management-systems-bms-for-lithiumion-55770844.html [20] https://www.dienmayxanh.com/kinh-nghiem-hay/cau-tao-va-nguyen-li-hoatdong-cua-xe-may-dien-1224257 [21] https://mayruaxe.org/choi-than-la-gi/ 78 PHỤ LỤC BẢN VẼ 79 80 81 82 ... công nghệ xe máy điện Việt Nam Nhóm thực đề tài ““NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO XE ĐIỆN BÁNH PHẦN MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ” nhằm nghiên cứu cấu tạo module điều khiển xe máy điện Thiết kế xây... CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRÊN XE MÁY ĐIỆN 2. 1 SƠ ĐỒ XÂY DỰNG QUI TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .5 2. 2 SO SÁNH ĐỘNG CƠ CƠ ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .6 2. 3 TỔNG... [9] 13 2. 4.3 Giải pháp sử dụng động Hub Hình 9: Động Hub xe máy điện [10] Động Hub (còn gọi động bánh xe, động trung tâm động tong bánh) động điện không chổi than kết hợp vào trung tâm bánh xe truyền