(Đồ án hcmute) chuyên đề ứng dụng solar panels vào hệ thống sạc trên 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 CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG SOLAR PANELS VÀO HỆ THỐNG SẠC TRÊN Ô TÔ GVHD: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG SVTH: PHẠM HỒNG HIẾU NGUYỄN BÁ QUYỀN SKL010444 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG SOLAR PANELS VÀO HỆ THỐNG SẠC TRÊN Ô TÔ SVTH : PHẠM HỒNG HIẾU MSSV : 18145118 SVTH : NGUYỄN BÁ QUYỀN MSSV : 18145216 Khóa : 2018 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD : PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG SOLAR PANELS VÀO HỆ THỐNG SẠC TRÊN Ô TÔ SVTH : PHẠM HỒNG HIẾU MSSV : 18145118 SVTH : NGUYỄN BÁ QUYỀN MSSV : 18145216 Khóa : 2018 Ngành : CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ GVHD : PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ˍˍˍˍ***ˍˍˍˍ Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Hồng Hiếu Nguyễn Bá Quyền Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô MSSV: 18145118 MSSV: 18145216 Lớp: 18145CL1B 18145CL3B Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng ĐT: 0903644706 Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: Chuyên đề ứng dụng solar panels vào hệ thống sạc ô tô Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Các tài liệu, giáo trình pin solar panels hệ thống sạc - Các trang web pin solar panels hệ thống sạc - Nội dung ĐATN hoàn thành Nội dung thực đề tài: - Tìm hiểu sơ lược trình hình thành phát triển pin - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin solar panel hệ thống sạc - Tiến hành đo đạc pin qua mốc thời gian - Dựa số liệu đo để đưa công dụng pin cho xe Sản phẩm: thuyết minh đề tài upload ấn phẩm lên Google Drive TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ˍˍˍˍ***ˍˍˍˍ Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Phạm Hồng Hiếu Nguyễn Bá Quyền MSSV: 18145118 MSSV: 18145216 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Chuyên đề ứng dụng solar panels vào hệ thống sạc ô tô Họ tên giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 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 hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ˍˍˍˍ***ˍˍˍˍ Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Phạm Hồng Hiếu Nguyễn Bá Quyền MSSV: 18145118 MSSV: 18145216 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Chuyên đề ứng dụng solar panels vào hệ thống sạc ô tô Họ tên giảng viên phản biện: ThS Nguyễn Trung Hiếu 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) LỜI CẢM ƠN Qua tháng năm học tập mái trường chúng em nhận dạy bảo, giúp đỡ tận tình quý thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, chúng em tự tin vượt qua chặng đường đầy khó khăn thử thách để đạt mục đích học tập cuối Với lòng biết ơn chân thành sâu sắc, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến: Thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng, thầy trực tiếp hướng dẫn đề tài, người tận tình dẫn, quan tâm theo dõi suốt thời gian thực đề tài, từ chúng em tích lũy cho kiến thức bổ ích Thầy Lê Tấn Cường anh chị Công Ty TNHH Giải Pháp Kỹ Thuật Indruino giúp đỡ, hướng dẫn bảo nhiệt tình cho chúng em trình thực nghiên cứu Quý thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh tận tình dạy, truyền đạt kiến thức cần thiết tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em suốt trình học vừa qua Chân thành cảm ơn quý thầy cô, nhà trường quan tâm tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Dù chúng em cố gắng chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong ý kiến đóng góp từ q thầy để đồ án hoàn thiện Sau cùng, chúng em xin kính chúc sức khỏe q thầy Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, chúc thầy cô thành công công việc sống Tp Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 12 năm 2022 Sinh viên thực Phạm Hồng Hiếu – Nguyễn Bá Quyền i TÓM TẮT Các hướng tiếp cận - Tìm hiểu tài liệu thơng tin pin solar panels hệ thống sạc - Tra cứu hình ảnh thực tế pin solar panels hệ thống sạc Cách giải vấn đề - Đọc tài liệu thu thập thông tin liên quan đến pin solar panels hệ thống sạc xe - Những cấu tạo, nguyên lý hoạt động, quy trình kiểm tra - Tiến hành thực nghiệm đo kiểm - Bám sát hướng dẫn theo yêu cầu đồ án trường quy định Kết đạt - Hoàn thành đề tài, chia giai đoạn để thực đề tài, sau hoàn chỉnh kiểm tra lại từ ngữ, câu văn lời văn - Chép file word riêng file pdf riêng - Báo cáo kết đạt ii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii PHẦN PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Tóm tắt 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.6 Giới hạn đề tài PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: PIN MẶT TRỜI 1.1 Lịch sử phát triển Solar Panels 1.2 Khảo sát lượng xạ trung bình việt nam tổng quan tình hình nước 1.2.1 Khảo sát lượng xạ mặt trời trung bình Việt Nam 1.2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.3 Định nghĩa Pin mặt trời 1.4 Nền tảng pin mặt trời 1.5 Quy trình tạo tế bào quang điện 1.6 Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời 12 1.6.1 Cấu tạo 12 1.6.2 Nguyên lý hoạt động 13 1.7 Đặc tính làm việc pin mặt trời 15 1.8 Các kiểu kết nối hệ thống pin mặt trời 16 iii 1.8.1 Ghép pin kiểu nối tiếp 16 1.8.2 Phương pháp ghép nối pin mặt trời song song 19 1.8.3 Phương pháp ghép nối pin mặt trời hỗn hợp 20 1.9 Bộ điều khiển pin mặt trời 21 CHƯƠNG : HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 25 2.1 Nhiệm vụ yêu cầu 25 2.1.1 Nhiệm vụ 25 2.1.2 Yêu cầu 25 2.1.3 Thông số hệ thống cung cấp điện 25 2.2 Sơ đồ tổng quát sơ đồ cung cấp điện 25 2.2.1 Sơ đồ tổng quát 25 2.2.2 Sơ đồ tải công suất điện ô tô 26 2.3 Chế độ làm việc accu – máy phát điện phân bố tải 27 2.4 ACCU (acquy) 28 2.4.1 Công dụng 28 2.4.2 Cấu tạo 29 2.5 Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ có vịng tiếp điện 29 2.5.1 Stator 30 2.5.2 Rotor 31 2.5.3 Bộ chỉnh lưu 31 2.5.4 Bộ điều chỉnh điện (Bộ tiết chế) 34 2.5.4.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp điều chỉnh 34 2.5.4.2 Các tiết chế tiêu biểu 36 2.6 Đặc tính máy phát điện 38 2.6.1 Đặc tính máy phát xoay chiều kích thích điện từ 38 2.6.2 Đặc tuyến không tải 38 2.6.3 Đường đặc tuyến 39 2.6.4 Đặc tuyến tải theo số vòng quay 39 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ĐO KIỂM 40 3.1 Chọn pin 40 3.2 Máy sóng cầm tay 41 3.3 Vị trí để thực nghiệm 42 3.4 Đo kiểm 42 iv Các hình ảnh thực tế đo Hình 3.6: Dịng solar nạp cho acquy thời điểm 11h52 Hình 3.7: Dòng solar nạp cho acquy thời điểm 12h 46 Hình 3.8: Dịng solar nạp cho acquy thời điểm 12h10 Hình 3.9: Dịng solar nạp cho acquy thời điểm 12h24 47 Bảng 4: Kết đo kiểm dòng từ solar nạp vào acquy Thời gian (h) 11h52 11h53 11h54 11h55 11h56 11h57 11h58 11h59 12h 12h01 12h02 12h03 12h04 12h03 12h04 12h05 12h06 12h07 12h08 12h09 12h10 12h11 12h12 12h13 12h14 12h15 12h16 12h17 12h18 12h19 12h20 12h21 12h22 12h23 12h24 Cường độ dòng điện (A) 0.74 1.41 1.9 2.01 1.88 1.78 1.69 1.69 1.73 1.78 1.83 2.14 2.5 2.78 3.31 3.6 3.72 3.69 3.8 3.88 4.22 4.5 4.68 5.08 5.49 5.54 5.49 5.4 5.45 5.49 5.54 5.58 5.54 5.58 5.4 48 (A) BIỂU ĐỒ DÒNG TỪ TẤM PIN NẠP VÀO ACQUY 11h52 12h 12h05 12h10 12h15 12h20 12h24 (h) Hình 3.10: Biểu đồ thể dịng từ solar panels nạp cho accquy Nhận xét: Ban đầu dòng từ pin vơ acquy chưa ổn định nên dịng tăng lên từ từ, từ 0.74A lên 2.01A, nhiên xạ mặt trời thay đổi nên cho dòng thời điểm khác Đỉnh điểm pin cho dòng lớn 5.58A lúc 12h21 Từ thí nghiệm trên, ta thấy khả sạc pin cho acquy thời điểm xạ lớn ngày 3.4.3 THỰC NGHIỆM Tiến hành thực nghiệm xe: Thiết bị gồm có: pin solar panel VBMS290AJ07 điều khiển sạc PVSC30A xe bán tải ford ranger watt meter 150A CB điện Dây điện 49 Hình 3.11: Các thiết bị cần dùng để tiến hành thực nghiệm Hình 3.12: Sơ đồ đấu nối pin solar panels cho acquy xe 50 Bước 1: Đưa pin lên xe tiến hành Lắp mạch xe Hình 3.13: Đấu nối thực nghiệm xe 51 Bước 2: Đo dòng tải chưa lắp pin solar panel xe Khi vừa bấm khóa xe: Tải lớn có dịng kèn đèn ECU điều khiển tín hiệu nên dịng tải lớn 7.13A (lúc 10h18) Hình 3.14: Đo dịng tải bấm khóa xe Khi ổn định dịng: Khơng đèn kèn xe nên dòng tải ổn định lại dòng cấp 0.70A cho hộp ECU (lúc 10h20) Hình 3.15: Đo dịng tải dịng ổn định 52 Bước 3: Đo dịng tải có pin solar panel Khi cấp nguồn từ solar panel dịng pin có giảm acquy chưa sạc đầy nên nguồn từ solar chủ yếu cấp cho acquy nên dòng tải (lúc 10h36) Hình 3.16: Dịng từ tải solar cho nguồn từ pin solar panels 53 Qua thời gian acquy sạc đầy lúc watt meter dòng tải 0Amp điều chứng tỏ có can thiệp pin solar vào tải xe (lúc 11h17) Hình 3.17: Dịng từ tải solar pin solar panels sạc đầy cho acquy 54 Bảng 5: Kết đo dòng tải solar Thời gian (H) Dòng từ tải (A) Dòng từ solar (A) 10h18 7.13 10h20 0.7 10h22 0.64 10h36 0.38 0.48 10h50 0.34 1.06 11h03 0.13 1.48 11h17 1.92 Hình 3.18: Biều đồ thể dịng từ tải dòng từ solar (A) BIỂU ĐỒ HIỂN THỊ DỊNG TỪ TẢI VÀ TỪ TẤM PIN Dịng từ tải Dòng từ Solar 10h18 10h20 10h22 10h36 10h50 11h03 11h17 (h) Nhận xét: Khi xe khơng có hỗ trợ pin solar panels thông qua watt meter thị dịng từ tải ta thấy xe có tiêu tốn lượng tải nhỏ, bấm khóa xe mở điện xe có lên dịng tải lớn máy phát chưa hoạt động tải lấy nguồn từ acquy Khi xe có hỗ trợ pin solar panels thông qua watt meter dịng từ solar thấy có dịng sạc qua sạc cho acquy nhìn vào watt meter dịng từ tải thấy có tượng giảm, lúc pin solar panels chủ yếu sạc cho acquy nên dòng từ tải sau khoảng thời gian thấy dịng từ tải thị cịn 0Amp chứng tỏ pin solar panel có hỗ trợ giúp acquy ko bị cạn kiệt trạng thái xe dừng đỗ, chứng tỏ phần tiết kiệm lượng xe 55 3.4.4 THỰC NGHIỆM TH1: Xe nổ máy chưa có pin solar panels Hình 3.19: Dòng máy phát xe mở máy lạnh, quạt TH2: Xe nổ máy có pin solar panels Hình 3.20: Dịng từ máy phát dịng từ solar 56 Bảng 6: Kết đo dòng máy phát pin (A) Thời gian (h) Máy phát (A) Tấm pin (A) 11h50 32.5 11h56 30.3 11h57 30.2 0.35 11h58 30 0.93 11h59 29.8 0.98 12h 29.8 1.05 BIỂU ĐỒ ĐO DÒNG MÁY PHÁT 33 (A) BIỂU ĐỒ DÒNG TẤM PIN 1.2 32.5 32 31.5 0.8 31 30.5 0.6 30 0.4 29.5 29 0.2 28.5 28 11h50 11h56 11h57 11h58 11h59 12h (h) 11h50 11h56 11h57 11h58 11h59 12h (h) Hình 3.21: Đo dịng máy phát pin Nhận xét: Khi xe nổ máy, máy phát cho dòng 32.5A sau khoảng thời gian phút vào lúc 11h56 dịng máy phát ổn định 30.3A Lúc ta bắt đầu sử dụng pin ta thấy dịng máy phát có tượng giảm dần cịn 29.8A cịn dịng pin tăng dần lên đến 1.05A vào lúc 12h Từ tượng ta thấy tầm pin phụ phần cho máy phát để cấp cho tải, điều chứng tỏ có thêm pin giúp cho xe tiết kiệm phần nhiên liệu 57 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN Sau thời gian nghiên cứu làm việc cách nghiêm túc, nhóm hồn thành đồ án tốt đạt số mục tiêu đề Đồ án trình bày chi tiết hệ thống sạc, thành phần lưu giữ lượng, thành phần điều khiển bán dẫn hệ Nội dung đồ án thể chi tiết nguyên lý hoạt động hệ thống sạc, tiến hành thực nghiệm đo kiểm xe Kết nghiên cứu cho thấy biểu đồ đo thông số pin, đánh giá khả cung cấp điện cho xe Việc thực nghiệm thể rõ ràng độ hiệu pin solar panels thay đổi nhiệt độ ngày pin Đồ án thí nghiệm trường hợp vào thời điểm ánh sáng ngày lớn để thấy rõ dòng sạc vào cho acquy xe Khi xe tiêu tốn nguồn lượng vào việc mở nguồn tải xe, bình acquy đầy solar hỗ trợ nạp acquy để cấp lại cho tải Vì vậy, việc có thêm hệ thống solar bình acquy lúc trạng thái đầy giải vấn đề xe để lâu ngày khơng chạy bình khơng bị hư Ngồi pin cịn giúp phụ tải điện cho máy phát nhằm giúp tiết kiệm nhiên liệu cho xe xe nổ máy Về mặt hạn chế, nhóm chưa nghiên cứu mạch điều khiển sạc cho pin thành phần quan trọng cốt lõi để đưa thị trường sản xuất Chưa tìm hiểu khả phụ trợ sạc pin cho acquy xe đường nên chưa thể đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu cách cụ thể rõ ràng Thêm nhóm chúng em cịn chưa giải vấn đề xe du lịch nơi vắng vẻ, vùng núi sâu xa thiếu nguồn điện để sử dụng Từ vấn đề kể trên, nhóm chúng em có vài hướng phát triển sử dụng bình accu phụ dùng để dự trữ nguồn lượng cho pin mặt trời Chế điều khiển để can thiệp sử dụng song song acquy xe acquy phụ acquy phụ dùng để cấp điện cho hệ thống giải trí, máy lạnh, hệ thống chiếu sáng Còn accu xe dùng để đề xe Làm giúp cho bình acquy xe ko bị hao hụt nhiều nên công suất máy phát nhỏ lại, điều giúp xe tiết kiệm nhiên liệu 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng anh [1] Aithal, P.S & Acharya, S (2020) A Comparative Study of MPPT and PWM Solar Charge Controllers and their Integrated System, Journal of Physics Conference Series, 1712.DOI:10.1088/1742-6596/1712/1/012023 [2] How to wire solar panels in series vs parallel, internet: https://www.solarreviews.com/blog/do-you-wire-solar-panels-series-or-parallel Tài liệu tiếng việt [3] Đỗ Văn Dũng, Trang bị điện điện tử ô tô đại, trường Đại học sư phạm kỹ thuật TPHCM, 1999 [4] Hoàng Dương Hùng (2008), Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng [5] Quy trình sản xuất cấu tạo pin lượng mặt trời, internet: https://givasolar.com/quy-trinh-san-xuat-va-nguyen-lieu-lam-pin-mat-troi 59 S K L 0