(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế mạch sạc nhanh và sạc cân bằng pin điều khiển bằng app android

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ MẠCH SẠC NHANH VÀ SẠC CÂN BẰNG PIN ĐIỀU KHIỂN BẰNG APP ANDROID MÃ SỐ: SV2022-151 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: HÀ MINH AN SKC008037 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ MẠCH SẠC NHANH VÀ SẠC CÂN BẰNG PIN ĐIỀU KHIỂN BẰNG APP ANDROID SV2022-151 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Dân tộc: Lớp, khoa: Năm thứ: Ngành học: Hà Minh An Nam, Nữ:Nam Kinh 19145CL5A - Khoa đào tạo Chất lượng cao Số năm đào tạo: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Trọng Thức TP Hồ Chí Minh, 11/2022 Trang: 2/98 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập, nghiên cứu trường với vai trò sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, chúng em đúc kết nhiều kiến thức, tích lũy kinh nghiệm quý báu để làm hành trang bước vào sống Có điều nhờ giảng dạy, giúp đỡ tận tình q thầy Với lịng biết ơn chân thành sâu sắc, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến: ThS Nguyễn Trọng Thức, thầy người trực tiếp hướng dẫn đề tài, bám sát ân cần hỗ trợ cho chúng em suốt thời gian thực từ điều nhỏ nhặt Từ đó, với việc vận dụng điều học, chúng em tiếp cận kiến thức giúp ích nhiều tương lai Cảm ơn quý thầy cô Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao nói riêng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức đại cương chuyên ngành để tạo điều kiện cho chúng em có mơi trường học tập tốt suốt bốn năm qua hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này.Xin chân thành cảm ơn anh chị khóa trước bạn sinh viên khóa giúp đỡ chúng em suốt thời gian học tập.Chúng em cố gắng đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong ý kiến đóng góp từ q thầy để hoàn thiện Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn kính chúc quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh dồi sức khỏe, hạnh phúc thành công sống nghiệp trồng người Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2022 Sinh viên thực Hà Minh An, Nguyễn Xuân Trường, Đặng Lê Nguyên Vũ Trang: 3/98 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT 10 MỞ ĐẦU 14 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 14 Lý chọn đề tài 15 Mục tiêu chọn đề tài 15 Phương pháp nghiên cứu 15 Phạm vi nghiên cứu 16 Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 1.1 Giới thiệu pin lithium – Ion 17 1.1.1 Lịch sử phát triển pin Lithium ion 17 1.1.2 Khái niệm pin Lithium – Ion 18 1.1.3 Cấu tạo pin Lithium ion 19 1.1.4 Nguyên lý hoạt động pin Lithium - Ion 20 1.1.5 Ưu điểm pin Lithium-ion ứng dụng[6] 22 1.1.5.1 Ưu điểm 22 1.1.5.2 Ứng dụng 23 1.2 SOC pin Lithium-ion 26 1.2.1 Khái niệm tham số SOC pin Lithium – Ion [8] 26 1.2.2 Các đặc điểm tham số SOC 27 1.3 Các phương pháp ước lượng SOC [9] 28 1.3.1 Phương pháp đếm dung lượng theo thời gian 28 1.3.2 Phương pháp OCV 28 1.3.4 Phương pháp dựa mơ hình pin 29 1.4 Các phương pháp sạc nhanh [16] 30 1.4.1 Phương pháp sạc dịng điện khơng đổi - điện áp không đổi (CC-CV) 30 Trang: 4/98 1.4.2 Phương pháp sạc nhiều mức dòng điện (MSCC) 31 1.4.3 Phương pháp sạc xung (PC) 32 1.4.3.1 Sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số không đổi (CCCF-PC) 32 1.4.3.2 Sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số thay đổi (CCVF-PC) 32 1.4.4 Ưu, nhược điểm phương pháp sạc nhanh 34 1.5 Các phương pháp cân cell 35 1.5.1 Cân cell pin thụ động 35 1.5.1.1 Sạc qua điện trở Shunt 35 1.5.1.2 Sạc giới hạn 37 1.5.2 Cân cell pin chủ động 37 1.5.2.1 Charge Shuttles (Flying Capacitors) 37 1.5.2.2 Bộ chuyển đổi cảm ứng (phương pháp Buck Boost) .39 1.5.2.3 Inductive converter (Fly back based) 42 1.5.3 Cân không tổn thất 43 1.6 Pin Samsung ICR18650-28A 2800mAh (Purple) 43 Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH 46 2.1 Giới thiệu module 46 2.1.1 Arduino nano 46 2.1.1.1 Giới thiệu 46 2.1.1.2 Thông số kĩ thuật Arduino nano V3.0 ATmega328P 46 2.1.2 Module thu phát Bluetooth HC-05: 47 2.1.2.1 Giới thiệu: 47 2.1.2.2 Thông số modul thu phát Bluetooth HC-05: 48 2.1.2.3 Thiết lập mặc định modul thu phát Bluetooth HC-05: 49 2.1.2 Cảm biến dòng ACS712 49 2.1.2.1 Giới thiệu 49 2.1.2.2 Thông số kỹ thuật 50 2.1.2.3 Giới thiệu chân 50 2.1.2.4 Cách sử dụng 51 Trang: 5/98 2.1.3 Module giảm áp XL4015 51 2.1.3.1 Giới thiệu 51 2.1.3.2 Thông số kỹ thuật 51 2.1.3.3 Giới thiệu chân 52 2.1.3.4 Nguyên lý hoạt động 53 2.1.5 Module MCP4725 54 2.1.5.1 Giới thiệu 54 2.1.5.2 Thông số kĩ thuật 55 2.2 Các linh kiện điện tử 56 2.2.1 Mosfet IRF9Z24N 56 2.2.1.1 Giới thiệu 56 2.2.1.2 Thông số kỹ thuật 56 2.2.1.3 Giới thiệu chân 57 2.2.1.4 Nguyên lý hoạt động 58 2.2.2 Diode SR5100 58 2.2.2.1 Giới thiệu 58 2.2.2.2 Thông số kỹ thuật 58 2.2.2.3 Giới thiệu chân 59 2.2.2.4 Nguyên lý hoạt động 59 2.2.3 Diode Zener 1N4753 59 2.2.3.1 Giới thiệu 59 2.2.3.2 Cách hoạt động 60 2.2.3.3 Thông số kĩ thuật 60 2.2.3.4 Nguyên lý hoạt động 61 2.2.4 Tụ điện 61 2.2.4.1 Giới thiệu 61 2.2.4.2 Phân loại tụ điện 62 2.2.4.3 Nguyên lý hoạt động 63 2.2.4.4 Công dụng tụ 63 Trang: 6/98 2.2.5 Điện trở 64 2.2.5.1 Khái niệm 64 2.2.5.2 Ký hiệu quy ước điện trở 65 2.3 Các phần mềm sử dụng 65 2.3.1 Fritzing 65 2.3.2 Proteus 66 2.3.3 Arduino 68 2.3.4 App inventor 68 Chương 3: CƠ CẤU MẠCH, THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH 70 3.1 Sơ đồ khối tổng quát: 70 3.2 Thiết kế mạch điều khiển sạc 70 3.2.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển sạc 70 3.2.2 Nguyên lý mạch điều khiển sạc 71 3.2.2.1 Mạch điều khiển 71 3.2.2.2 Mạch cân BMS 73 3.2.3 Thiết kế thi công mạch sạc 74 3.2.4 Lập trình điều khiển mạch sạc 76 3.3 Thiết kế app android 77 Chương 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 81 4.1 Tiến hành thực nghiệm 81 4.1.1 Thực nghiệm 1: Đo kiểm tra điện áp cell pin app đồng hồ đo 81 4.1.1.1 Đo điện áp Cell 81 4.1.1.2 Đo điện áp Cell 81 4.1.1.3 Đo điện áp cell 82 4.1.1.4 Đo điện áp tổng cell 82 4.1.1.5 Nhận xét thực nghiệm 83 4.1.2 Thực nghiệm 2: Các chế độ sạc pin 84 4.1.2.1 Chế độ sạc CC-CV: 84 4.1.2.2 Chế độ sạc MSCC 86 Trang: 7/98 4.1.2.3 Chế độ sạc CCCF-PC 88 4.1.2.4 Chế độ sạc CCVF-PC 90 4.1.2.5 Chế độ Discharge (xả pin) 92 4.1.2.6 Nhận xét thực nghiệm 93 4.2 Đánh giá kết 84 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94 5.1 Kết luận 94 5.2 Kiến nghị 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 Trang: 8/98 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Ưu, nhược điểm phương pháp sạc nhanh Bảng 2: Thông số cell pin Pin Samsung ICR18650-28A 2800mAh (Purple) Bảng 3: Bảng ước lượng SOC theo OCV Bảng 4: Số liệu đo thực nghiệm Bảng 5: Số liệu thực nghiệm đo chế độ sạc CC-CV Bảng 6: Số liệu thực nghiệm đo chế độ sạc MSCC Bảng 7: Số liệu thực nghiệm đo chế độ sạc CCCF-PC Bảng 8: Số liệu thực nghiệm đo chế độ sạc CCVF-PC Trang: 9/98 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT SOC: State of Charge OCV: Open Circuit Voltage CC-CV: Constant Current-Constant Voltage MSCC: Multi Step Constant Current CCCF-PC : Constant Current Constant Pulse – Pulse Charge CCVF-PC : Constant Current Value Pulse – Pulse Charge Trang: 10/98