Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mạch bms cho bộ pin xe tự hành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT Ô TÔ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH BMS CHO BỘ PIN XE TỰ HÀNH GVHD: THS.NGUYỄN THÀNH TUYÊN SVTH: TRẦN VIỆT THẮNG HUỲNH VĂN LUẬT TIẾN SKL009181 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ -o0o - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH BMS CHO BỘ PIN XE TỰ HÀNH GVHD : THS NGUYỄN THÀNH TUYÊN SVTH : TRẦN VIỆT THẮNG MSSV : 18145241 SVTH : HUỲNH VĂN LUẬT TIẾN MSSV : 18145259 LỚP : 18145CL2B Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ -o0o - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH BMS CHO BỘ PIN XE TỰ HÀNH GVHD : THS NGUYỄN THÀNH TUYÊN SVTH : TRẦN VIỆT THẮNG MSSV : 18145241 SVTH : HUỲNH VĂN LUẬT TIẾN MSSV : 18145259 LỚP : 18145CL2B Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: TRẦN VIỆT THẮNG HUỲNH VĂN LUẬT TIẾN Nghành: Cơng nghệ kỹ thuật tơ Khóa: 2018 -2022 GVHD: ThS NGUYỄN THÀNH TUYÊN Ngày nhận đề tài: 26/2/2022 - MSSV: 18145241 MSSV: 18145259 Lớp: 18145CL2B Ngày nộp đề tài: / /2022 Tên đề tài NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH BMS CHO BỘ PIN XE TỰ HÀNH Các số liệu, tài liệu ban đầu Tài liệu pin Lithium-ion 18650 Nội dung thực đề tài Nghiên cứu tổng quan đề tài Cơ sở lý thuyết pin linh kiện điện tử mạch BMS Tính tốn thiết kế mạch Thiết kế pin tản nhiệt Thực nghiệm Kết luận kiến nghị Sản phẩm đề tài Bộ pin mạch + tệp thuyết minh + file thuyết trình TRƯỞNG NGHÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên………………………………………MSSV:…………………… ………………………………………………………… MSSV:…………………… Nghành:……………………………………………………………………………… Tên đề tài:……………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Họ tên Giảng 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 20… Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên………………………………………MSSV:…………………… ………………………………………………………… MSSV:…………………… Nghành:……………………………………………………………………………… Tên đề tài:…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Họ tên Giảng 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 20… Giảng viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Dựa vào phân công Khoa đào tạo chất lượng cao – Đại học học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, với đồng ý giảng viên hướng dẫn thầy ThS Nguyễn Thành Tun, nhóm chúng tơi xin thực hiên đề tài đồ án “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch BMS cho pin xe tự hành” Trong q trình thực đồ án, ngồi nỗ lực làm việc nhóm, chúng tơi nhận giúp đỡ nhiệt tình từ phía gia đình, thầy cô bạn bè Chúng xin gửi lời cảm ơn đến nhà trường thầy cô Khoa tạo điều kiện cho nhóm thực Đặc biệt, gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Thành Tuyên trực tiếp hướng dẫn nhóm q trình thực Với cố gắng nhóm đạt kết định Tuy nhiên khơng thể tránh hạn chế, thiếu sót Để khắc phục điều này, mong nhận góp ý từ phía thầy bạn bè để đồ án tốt Chúng xin chân thành cảm ơn! i TÓM TẮT Ở kỉ người đối mặt với vấn đề mơi trường sống nóng lên ngày Một nguyên nhân dẫn đến biến đổi môi trường khí thải phương tiện lại, song nhu cầu lại người giảm Do đời xe sử dụng điện tất yếu giới quan tâm Khi chuyển sang xe điện nhu cầu sử dụng pin litium-ion tăng lên, cụ thể pin nơi lưu trữ lượng để xe hoạt động để nguồn lượng sử dụng hiệu quả, an tồn cho xe cần phải có hệ thống kiểm sốt q trình sử dụng cách giám sát thơng số điện áp, dòng điện, nhiệt độ, dung lượng,… nhằm bảo đảm vấn đề hiệu suất an toàn, đồng thời kéo dài tuổi thọ pin Với đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH BMS CHO BỘ PIN XE TỰ HÀNH” hy vọng kết nghiên cứu đề tài ứng dụng việc nghiên cứu cải tiến nguồn lượng cho xe truyền động lai xe điện Sau thời gian thực đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH BMS CHO BỘ PIN XE TỰ HÀNH”, nhóm nghiên cứu thiết kế hệ thống bao gồm pin có điện áp khoảng 54 (V), mạch điện dùng để giám sát trình sử dụng pin, đảm bảo không xảy vấn đề điện áp sạc, xả, vấn đề cường độ dòng điện vấn đề nhiệt độ pin Hệ thống hoạt động hiệu vấn số vấn đề cần khắc phục tương lại vấn đề cân điện áp, vấn đề dòng điện ổn định cho trình sạc, vấn đề thuật tốn SOC Toàn nội dung đề tài thể rõ qua chương: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống Chương 4: Thực nghiệm Chương 5: Kết luận kiến nghị ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .1 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Các kết nghiên cứu .2 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Pin Lithium-ion 2.1.1 Giới thiệu chung 2.1.2 Lịch sử hình thành phát triển: .5 2.1.3 Nguyên tắc hoạt động .6 2.1.4 Cấu tạo pin Lithium-ion 2.1.5 Cơ chế nạp xả 2.1.6 Vấn đề sạc (Over-Charging) xả (Over-Discharging) 11 2.1.7 Sự ảnh hưởng nhiệt độ đến trình sạc xả 12 2.2 Giới thiệu mạch BMS (Battery Management System) 13 2.2.1 Khả kiểm soát trình xả/xạc pin mạch BMS 13 2.2.2 Xác định trạng thái sạc (SOC) trạng thái sức khỏe pin (SOH) 14 2.2.3 Khả cân cell pin mạch BMS 18 2.2.4 Khả kiểm soát nhiệt mạch BMS 19 2.2.5 Mạng giao tiếp lưu trữ liệu 20 2.3 Khảo sát số linh kiện: 21 2.3.1 Arduino nano 21 2.3.2 Điện trở Shunt: 24 2.3.3 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 26 2.3.4 Photocoupler (Opto quang) 28 2.3.5 Cảm biến nhiệt độ DS18B20: 29 Chương TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG 36 3.1 Yêu cầu hệ thống quản lý pin Lithium-ion (13 Cells) .36 3.2 Thiết kế pin 13 cell 37 3.2.1 Cell pin sử dụng cho pin 37 3.2.2 Mạch cân 13 cells 38 iii 3.2.3 Mạch sạc cho pin 39 3.2.4 Thiết kế hộp chứa pin 13 cell: .40 3.3 Tính tốn thiết kế mạch BMS 44 3.3.1.Thiết nguồn mạch nguồn nuôi thiết bị mạch 44 3.3.2 Tính tốn mạch đo dịng điện 46 3.3.3 Tính tốn quản lí điện áp .48 3.3.4 Tính tốn quản lí nhiệt độ .49 3.3.5 Tính tốn dung lượng pin 49 3.3.6 Lưu đồ thuật toán sơ đồ nguyên lý mạch BMS 50 3.3.7 Thiết kế vỏ hộp cho mạch BMS: .56 3.4 Thiết kế xe: .59 Chương THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ .60 4.1 Kết thiết kế 60 4.2 Thực nghiệm kiểm soát nhiệt 61 4.2.1 Kiểm tra độ sai lệch cảm biến nhiệt độ nhiệt kế…………… ….… 64 4.2.2 Kiểm tra hoạt động đèn nhiệt quạt tản nhiệt pin.……….64 4.3 Thực nghiệm quản lí dịng điện .64 4.3.1.Thực nghiệm ngắt xả theo tải 64 4.3.2 Thực nghiệm cảnh báo xe tự hành vượt tải .67 4.4 Thực nghiệm quản lí sạc xả .67 4.4.1 Thực nghiệm quan sát trình sạc pin .67 4.4.2 Thực nghiệm xả pin chế độ không tải 68 4.4.3 Thực nghiệm xả pin chế độ có tải .69 4.4.4 So sánh dung lượng pin xả có tải khơng tải 70 4.5 Đánh giá thực nghiệm 71 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 5.1 Kết luận 72 5.2 Hạn chế đề tài 72 5.3 Kiến nghị .72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC .76 iv