Nghiên cứu, ứng dụng hệ siêu tụ điện trên hệ thống khởi động ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SIÊU TỤ ĐIỆN TRÊN HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG Ơ TƠ GVHD: PHAN NGUYỄN Q TÂM SVTH: DU TẤN HÀO ĐỖ CHÍ HIẾU SKL009087 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG HỆ SIÊU TỤ ĐIỆN TRÊN HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG Ô TƠ SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: Khóa: Ngành: GVHD: DU TẤN HÀO 18145113 ĐỖ CHÍ HIẾU 18145115 2018-2022 CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ TS PHAN NGUYỄN Q TÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG HỆ SIÊU TỤ ĐIỆN TRÊN HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG Ơ TƠ SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: Khóa: Ngành: GVHD: DU TẤN HÀO 18145113 ĐỖ CHÍ HIẾU 18145115 2018-2022 CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ TS PHAN NGUYỄN Q TÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -*** - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô) TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG HỆ SIÊU TỤ ĐIỆN TRÊN HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG Ô TÔ Sinh viên thực hiện: Họ tên SV1: Du Tấn Hào Họ tên SV2: Đỗ Chí Hiếu I NỘI DUNG: - Nghiên cứu tổng quan, sở lý thuyết hệ thống khởi động, hệ siêu tụ điện - Mơ q trình hoạt động máy khởi động dùng hệ siêu tụ điện - Thiết kế, thi công mơ hình hệ thống khởi động dùng hệ siêu tụ - Thực nghiệm, đánh giá sản phẩm nghiên cứu, ứng dụng - Phân tích kết - Viết thuyết minh II TÀI LIỆU THAM KHẢO: Tài liệu online, báo nước nước máy khởi động, siêu tụ điện Tài liệu chuyên ngành hệ thống điện điện tử ô tô Tài liệu xử lý số liệu thực nghiệm Tài liệu mô phỏng, đánh giá hệ thống ứng dụng matlab simulink Các file đồ án hồn thành, file hướng dẫn Trưởng Ngành CNKT tơ – khoa ĐTCLC III TRÌNH BÀY: • Quyển thuyết minh đồ án • Mơ hình hệ thống khởi động hệ siêu tụ điện IV THỜI GIAN THỰC HIỆN: a Ngày bắt đầu: 16/03/2022 b Ngày hoàn thành: Theo kế hoạch Khoa ĐTCLC Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 03 năm 2022 Trưởng ngành Giảng viên hướng dẫn (ký ghi rõ họ tên) i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -*** - PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪ N Họ tên sinh viên 1: MSSV: Họ tên sinh viên 2: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo hay không ? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (ký ghi rõ họ tên) ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -*** - PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BI ỆN Họ tên sinh viên 1: MSSV: Họ tên sinh viên 2: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không ? Đánh giá loại: Điểm (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2022 Giáo viên phản biện (ký ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, nhóm nghiên cứu tích lũy nhiều kiến thức chun mơn kinh nghiệm thực tiễn từ Thầy, Cô giáo trường, giúp thân ngày hoàn thiện để hồn thành chương trình Đại học trường có đủ khả trở thành kỹ sư Được phân công Khoa Đào Tạo Chất lượng cao – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, với đồng ý TS Phan Nguyễn Quí Tâm phó trưởng mơn ThS Vũ Đình Huấn, nhóm nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng hệ siêu tụ điện hệ thống khởi động tơ” Để hồn thành tốt đề đồ án tốt nghiệp này, cố gắng nhóm nghiên cứu cịn nhận nhiều hỗ trợ, giúp đỡ từ nhiều quan, tổ chức, cá nhân Với biết ơn chân thành, nhóm nghiên cứu gửi lời cảm ơn đến với: - Quý Thầy, Cô giáo Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM - Phó trưởng mơn ThS Vũ Đình Huấn GVHD TS Phan Nguyễn Q Tâm ln theo sát dành thời gian quan tâm, tận tình hướng dẫn suốt trình thực đề tài - Hội đồng chun mơn, GV phản biện góp ý để giúp cho nhóm nghiên cứu hồn thiện đề tài - Các Anh, Chị khóa trước bạn sinh viên khóa đóng góp ý kiến đưa lời khuyên cho đề tài của nhóm Trân trọng cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 08 năm 2022 Nhóm sinh viên thực (ký ghi rõ họ tên) iv TÓM TẮT Ngành công nghiệp ô tô ngành nhận quan tâm đặc biệt nước phát triển giới nhu cầu việc vận chuyển hàng hóa, nhu cầu lại người lớn có xu hướng gia tăng ngày Đi đôi với quan tâm giá trị thực tiễn, ngành tơ mang lại mặt tiêu cực cho xã hội môi trường đặc biệt việc ô nhiễm môi trường Xu hướng phát triển giới lượng xanh Vấn đề tìm kiếm nguồn lượng tích trữ thay ắc quy khởi động vấn đề kỹ sư, nhà nghiên cứu, sinh viên quan tâm Do ắc quy có số nhược điểm như: tuổi thọ ngắn thường không năm năm, thời gian nạp lâu (đến vài giờ) Đặc biệt, ắc quy sử dụng chì axit sunfuric, hai nguyên liệu nguy hại đến môi trường mức độ độc hại khơng xử lý cách Ngồi ra, việc khử chất độc hại ắc quy cần chi phí lớn Ngày với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật, nhà khoa học chế tạo siêu tụ điện có độ bền cao, tuổi thọ lâu dài, điện dung lớn hàng nghìn Fara, chu kỳ sạc - xả lên đến hàng triệu lần, gọn nhẹ nguyên liệu chế tạo thân thiện với môi trường Siêu tụ điện công ty, nhà khoa học đánh giá thiết bị lưu trữ thay ắc quy pin tương lai Từ sở đó, đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng hệ siêu tụ hệ thống khởi động ô tô” nhằm mục đích nghiên cứu, đánh giá khả ứng dụng hệ siêu tụ điện hệ thống khởi động, để tăng hiệu suất làm việc hệ thống góp phần giảm thiểu khả ô nhiễm không khí thân thiện với môi trường Nội dung đề tài trình cụ thể thông qua chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Tính tốn mô hệ thống khởi động dùng hệ siêu tụ điện Chương 4: Thiết kế,thi cơng mơ hình hệ thống khởi động dùng hệ siêu tụ điện Chương 5: Thực nghiệm, đánh giá sản phẩm nghiên cứu Chương 6: Kết luận, kiến nghị hướng phát triển Từ thống số q trình thực nghiệm, nhóm nghiên cứu có so sánh q trình khởi động dùng ắc quy dùng hệ siêu tụ Kết cho thấy siêu tụ điện ứng dụng hệ thống khởi động ô tô v MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH CÁC BẢNG DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.3.PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ T 1.4.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5.CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI ĐÃ CÔNG BỐ CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 2.2.ẮC QUY/PIN 2 2 2.3.MÁY KHỞI ĐỘNG 2 2 2 2.4.TÍNH TỐN CHỌN DÂY DẪN 2.5.SIÊU TỤ ĐIỆN vi 6.3 Hạn chế - Do kinh phí nhóm có hạn nên thực nghiệm mơ hình động khởi động qua sử dụng nên độ xác bị hạn chế - Dụng cụ đo chưa có độ xác cao - Mới thực nghiệm mơ hình động tơ chưa thực nghiệm ô tô thực tế 6.4 Kinh nghiệm đạt - Sau hồn thành đề tài nhóm nghiên cứu tiếp thu thêm nhiều kiến thức củng cố lại kiến thức học suốt năm qua - Từ kiến thức chuyên ngành hệ thống điện, hệ thống khởi động,… kiến thức liên quan đến cách sử dụng phần mềm hỗ trợ như: Autocad, Solidwork, Proteus, lập trình Arduino, lập trình Matlab,… 6.5 Hướng phát triển tương lai - Nâng cấp quy mô mơ hình khơng dừng lại việc xem xét khả ứng dụng hệ siêu tụ điện - Sử dụng trang thiết bị đại để thu thơng số thực nghiệm có độ xác cao - Thực nghiệm ô tô thực tế - Làm sản phẩm phù hợp với thực tế có tính ứng dụng cao 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Võ Trần Tấn Quốc Nguyễn Chí Ngơn, 2017 Nghiên cứu ứng dụng siêu tụ điện Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 49a: 66-72 [2] Nguyễn Khắc Bằng, Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cung cấp điện xe gắn máy siêu tụ, luận văn Thạc sĩ Trường ĐH SPKT TP HCM, 2014 [3] https://kids.kiddle.co/Supercapacitor [4] https://global.toyota/en/prius20th/challenge/ths-r/ [5] https://avtotachki.com/vi/mogut-li-superkondensatory-zamenit-batarei-velektromobilyah/ [6] PGS.TS Đỗ Văn Dũng Điện động điều khiển động NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, tr 22-33, 2013 [7] Manoj Embrandiri, the Degree of Doctor of Philosophy, Implementation and in-depth analyses of a battery-supercapacitor powered electric vehicle (EKancil), December 2013 [8] Internet: https://auto-htm.com/chuyen-de/may-khoi-dong-ts-starter-start-stop-dong-co-o-to [9] https://en.wikipedia.org/wiki/Supercapacitor [10] Phan Nguyễn Quí Tâm, Nghiên cứu ứng dụng lượng điện cảm ô tô, luận án tiến sĩ Trường ĐH SPKT TP.HCM, tr 42 – 46 [11] https://www.weonline.com/catalog/media/o157040v410%20AppNote_SN00 9_EN.pdf [12] https://www.escomponents.com/blog/2017/10/11/china-takes-the-lead-inadopting-the-all-electric-bus-equipped-with-supercapacitors [13] https://www.elektormagazine.com/news/biological-supercap https://www.mt.gov.vn/moitruong/quy-chuan-chat-luong/33147/sieu-tu-dien tiemnang-phat-trien-phuong-tien-cong-cong-xanh.aspx [14] TS Đỗ Hữu Quyết, CN Trần Phước Toan (2017), Siêu tụ điện công nghệ nano thân thiện môi trường xu hướng ứng dụng tiết kiệm lượng ổn định nguồn điện, Trung tâm nghiên cứu Triển khai – Ban Quản lsy khu CNC TP HCM, tr – [15] Yelong Zhang (2017) “Bioinspired Ultrastable Lignin Cathode via Graphene Reconfiguration for Energy Storage” tạp chí ACS Sustainable Chemistry & Engineering [16] Aurel Cornel Stanca (2010) “Model of supercapacitor-starter assembly used for internal combustion engines starting” 10 [17] Toshihiko Furukawa (2009) “Capacitors for Internal Combustion Engine Starting with Green Technology DLCAPTM ” tạp chí World Electric Vehicle Journal Vol.3 [18] https://www.polarpower.com/wpcontent/uploads/Supercapacitor_0115.pdf [19] https://www.ebay.com/itm/12V-super-capacitor-module-12x100-farad-capsengine-starting-car-audio-/262033655715 [20] https://trungtamdaynghethanhxuan.vn/tim-hieu-may-khoi-donga1681.html [21] https://www.savageperformanceandspares.com/ 106 PHỤ LỤC CODE LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRÊN ARDUINO UNO R3 DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA328 #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); int start1 = ; int stop1 = 3; int start2 = 4; int stop2 = 5; int start3 = 6; int stop3 = 7; int start4 = 8; int stop4 = 9; void setup() { lcd.init(); lcd.backlight(); Serial.begin(9600); pinMode(start1, INPUT); digitalWrite(start1, HIGH); pinMode(stop1, INPUT); digitalWrite(stop1, HIGH); pinMode(start2, INPUT); digitalWrite(start2, HIGH); pinMode(stop2, INPUT); digitalWrite(stop2, HIGH); pinMode(start3, INPUT); digitalWrite(start3, HIGH); pinMode(stop3, INPUT); digitalWrite(stop3, HIGH); pinMode(start4, INPUT); digitalWrite(start4, HIGH); pinMode(stop4, INPUT); digitalWrite(stop4, HIGH); } 107 double i = 0; double j = millis(); double k ; void loop() { lcd.clear(); lcd.print("START"); delay(200); / MÁY if(digitalRead(start1) == LOW) { lcd.clear(); j = millis(); while(digitalRead(start1) == LOW) { k = millis(); i = (k - j) / 1000; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TG KHOI DONG"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print(i); lcd.setCursor(7,1); lcd.print("GIAY (S)"); delay(100); } if(digitalRead(start1) == HIGH) { while((digitalRead(start1) == HIGH) and (digitalRead(stop1) == HIGH)) { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TG KHOI DONG"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print(i); lcd.setCursor(12,1); lcd.print(""); lcd.setCursor(0,0); delay(100); 108 }}} //MÁY if(digitalRead(start2) == LOW) { lcd.clear(); j = millis(); while(digitalRead(start2) == LOW) { k = millis(); i = (k - j) / 1000; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TG KHOI DONG"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print(i); lcd.setCursor(7,1); lcd.print("GIAY (S)"); delay(100); } if(digitalRead(start2) == HIGH) { while((digitalRead(start2) == HIGH) and (digitalRead(stop2) == HIGH)) { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TG KHOI DONG"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print(i); lcd.setCursor(12,1); lcd.print(""); lcd.setCursor(0,0); delay(100); }}} //MÁY if(digitalRead(start3) == LOW) { lcd.clear(); j = millis(); while(digitalRead(start3) == LOW) { 109 k = millis(); i = (k - j) / 1000; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TG KHOI DONG"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print(i); lcd.setCursor(7,1); lcd.print("GIAY (S)"); delay(100); } if(digitalRead(start3) == HIGH) { while((digitalRead(start3) == HIGH) and (digitalRead(stop3) == HIGH)) { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TG KHOI DONG"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print(i); lcd.setCursor(12,1); lcd.print(""); lcd.setCursor(0,0); delay(100); }}} //MÁY if(digitalRead(start4) == LOW) { lcd.clear(); j = millis(); while(digitalRead(start4) == LOW) { k = millis(); i = (k - j) / 1000; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TG KHOI DONG"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print(i); lcd.setCursor(7,1); lcd.print("GIAY (S)"); 110 delay(100); } if(digitalRead(start4) == HIGH) { while((digitalRead(start4) == HIGH) and (digitalRead(stop4) == HIGH)) { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TG KHOI DONG"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print(i); lcd.setCursor(12,1); lcd.print(""); lcd.setCursor(0,0); delay(100); }}} } 111 PHỤ LỤC CÁC THIÉT BỊ DÙNG TRONG THÌ NGHIỆM Ampe kìm vạn (model: 328D) Ampe kìm thiết bị đo chuyên dụng để đo dòng điện với dải đo rộng từ 100mA đến 2000A Một số model Ampe kìm tích hợp nhiều tính đồng hồ vạn đo: điện áp, điện trở, tần số Tên dụng cụ đo lường đặt theo đơn vị đo cường độ dòng điện ampe Hình PL 1.Ampe kìm vạn (model: 328D) Bảng PL 1: Thông số kỹ thuật Ampe kềm 328D Điện áp chiều Điện áp xoay chiều Dòng điện chiều Dòng điện xoay chiều Điện trở xoay chiều Nhiệt độ Tần số Điện dung Chu kỳ Kiểm tra di-ôt Kiểm tra tắt NCV gây điện áp Xóa chế độ Hiển thị điện áp thấp Tự động tắt máy Tắt liệu 112 Kích thước hàm Hiển thị tối đa Pin Trọng lượng Kích thước Đồng hồ đo điện Sanwa (Model: CD800A) Đồng hồ vạn Sanwa CD800A dụng cụ đo lường điện có nhiều chức Các chức ampe kế, vơn kế, ơm kế, ngồi có số đồng hồ cịn đo tần số dịng điện, điện dung tụ điện, kiểm tra bóng bán dẫn (transitor) Hình PL 2: Đồng hồ đo điện Sanwa (Model: CD800A) Bảng PL 2: Thông số kỹ thuật đồng hồ đo điện Sanwa 113 114