Khóa luận tốt nghiệp thiết kế hệ thống trạm sạc năng lượng mặt trời độc lập cho xe điện, theo dõi bằng thiết bị từ xa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM SẠC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP CHO XE ĐIỆN, THEO DÕI BẰNG THIẾT BỊ TỪ XA GVHD: TS NGUYỄN VĂN TRUNG SVTH: PHẠM TRẦN ĐÌNH HIẾU BÙI XN ĐẠI LÝ CHÍ AN SKL011054 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Năng lượng tái tạo ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM SẠC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP CHO XE ĐIỆN, THEO DÕI BẰNG THIẾT BỊ TỪ XA GVHD: TS.Nguyễn Văn Trung Sinh viên thực hiện: Phạm Trần Đình Hiếu 19154026 Bùi Xuân Đại 19154021 Lý Chí An 19154010 TP Hồ Chí Minh – Tháng Năm 2023 Lời cảm ơn Đồ án tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu khoa học dành cho sinh viên năm cuối, hoàn tất chương trình học tập chuẩn bị tốt nghiệp trường Đồ án khơng giúp nhóm em tổng kết kiến thức tích lũy q trình học tập trường, mà cịn có ý nghĩa to lớn việc hoạch định hướng phát triển công việc sau Nhóm em xin cảm ơn sâu sắc Thầy TS Nguyễn Văn Trung, người ln tận tình hướng dẫn chúng em suốt trình thực đồ án Những giúp đỡ hướng dẫn Thầy đóng vai trị định đến thành cơng đồ án nhóm em Nhóm em xin gửi lời tri ân đến quý Thầy Cô giáo nhà trường giúp đỡ cho nhóm em trình nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp Trong q trình làm đồ án, nhóm nỗ lực tìm tịi tham khảo nhiều tài liệu, trao đổi ý kiến với giáo viên hướng dẫn lắng nghe ý kiến phản hồi, nhiên cịn thiếu sót Vì vậy, nhóm em mong nhận đóng góp ý kiến từ quý Thầy/Cơ để báo cáo tốt nghiệp hồn chỉnh Cuối cùng, nhóm em xin chân thành chúc q Thầy/Cơ nhà trường sức khoẻ đạt nhiều thành cơng Nhóm em xin trân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Sinh viên thực PHẠM TRẦN ĐÌNH HIẾU LÝ CHÍ AN BÙI XUÂN ĐẠI Mục lục LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1.Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Nội dung nghiên cứu đồ án 1.5 Khái quát đồ án CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sự phát triển xe điện tầm quan trọng sở hạ tầng 2.1.1 Sự phát triển xe điện 2.1.2 Tầm quan trọng hạ tầng sạc xe điện 10 2.1.3 Xe máy điện thị trường Việt Nam 11 2.2 Tình hình phát triển trạm sạc xe điện nước ta 13 2.2.1 Tình hình phát triển 13 2.2.2 Tình hình phát triển trạm sạc xe máy điện Vinfast nước ta 14 2.2.3 Ưu, nhược điểm hệ thống sạc 15 2.3 Giải pháp phát triển 17 2.3.1 Khái niệm trạm sạc xe điện lượng mặt trời 17 2.3.2 Chế độ hoạt động trạm sạc xe điện lượng mặt trời 18 2.3.3 Hệ thống giám sát điện mặt trời độc lập 19 2.3.4 Cấu tạo trạm sạc xe điện mặt trời 22 2.3.5 Ưu nhược điểm trạm sạc xe điện mặt trời độc lập 23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐỒ ÁN 25 3.1 Sơ đồ khối đồ án 25 3.2 Ngun lý hoạt động mơ hình 26 3.3 Linh kiện mơ hình đồ án 27 3.3.1 Pin mặt trời 27 3.3.2 Arduino UNO R3 27 3.3.3 Mô-đun wifi ESP8266 NODE MCU 29 3.3.4 Cảm biến dòng điện ACS712 20A 32 3.3.5 Cảm biến DHT22 34 3.3.6 Cảm biến điện áp 35 3.3.7 Mơ-đun chuyển đổi nguồn dự phịng 5-48VDC YX850 36 3.3.8 Mạch bảo vệ Acquy XH-M609 38 3.3.9 Mạch giảm áp 40 3.3.10 Pin Lithium 42 3.3.11 Màn hình LCD I2C 1602A 43 3.3.12 Mạch sạc acquy tự ngắt XH-M604 6VDC - 60VDC 44 3.3.13 Mô đun hạ áp DC-DC XL4015 45 3.4 Mô phần mềm Proteus professional 47 3.5 Mơ hình thực tế 49 3.5.1 Sơ đồ nối dây 49 3.5.2 Sơ đồ giải thuật 51 3.5.3 Kết đồ án 53 CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP CHO TRẠM SẠC XE ĐIỆN 65 4.1 Bố trí trạm sạc 65 4.1.1 Trạm sạc công cộng 65 4.1.2 Trạm sạc dọc tuyến đường 65 4.1.3 Trạm sạc nhanh 66 4.1.4 Các tiêu chí để lựa chọn địa điểm đặt trạm sạc 66 4.2 Thiết kế trạm sạc 67 4.2.1 Chọn bố trí thiết kế cho trạm sạc 67 4.2.2 Thiết kế trụ sạc 68 4.2.3 Hệ thống giám sát điều khiển hệ thống trạm sạc độc lập 69 4.2.4 Nhiệm vụ hệ thống giám sát 72 10 4.3 Lựa chọn thiết bị phần cứng 73 4.3.1 Pin mặt trời PV 73 4.3.2 Acquy 75 4.3.3 Bộ điều khiển sạc 77 4.3.4 Bộ điều khiển lập trình 80 4.3.5 Khối truyền thông khối máy chủ trung tâm 83 4.4 Tính tốn lựa chọn thiết bị phần cứng 85 4.4.1 Nhu cầu sạc xe ngày trạm sạc .85 4.4.2 Thiết kế lựa chọn pin mặt trời 87 4.4.3 Tính tốn lựa chọn Acquy 89 4.4.4 Tính toán lựa chọn điều khiển sạc 90 4.4.5 Tính tốn lựa chọn cảm biến 91 4.4.5 Hệ thống trạm sạc lượng mặt trời độc lập cho xe điện theo dõi thiết bị từ xa 93 4.5 Giải pháp acquy lưu trữ đầy 96 4.6 Giải pháp cố định dòng điện trạm sạc xe điện 96 4.6.1 Giám sát điều khiển trạm sạc điện mặt trời 96 4.6.2 Mô tính tốn hệ thống giám sát điều khiển 98 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 103 5.1 Kết luận 103 5.2 Hướng phát triển 103 PHỤ LỤC 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 11 Danh mục hình ảnh Hình1 Sản lượng mức giá bình quân than nhập (2014-2022) Hình Đồ thị sử dụng lượng tái tạo Hình Ơ nhiễm khơng khí từ phương tiện giao thơng Hình1 Trạm sạc xe điện lượng mặt trời Hình1 Sơ đồ khối trụ sạc xe điện độc lập Hình Xe máy điện Vinfast Klara S 11 Hình 2 Xe máy điện Pega Ebike 12 Hình Xe máy điện YADEA V002 (VFV) 12 Hình Xe máy điện Zhejiang Altruism FY12 Electric Scooter 13 Hình Trạm sạc xe điện tích hợp với chỗ gửi xe 15 Hình Trạm sạc xe điện mặt trời 18 Hình Internet vạn vật 20 Hình Hệ thống giám sát arduino esp8266 21 Hình Trạm sạc lượng mặt trời 23 Hình Sơ đồ khối hệ thống mơ hình đồ án 25 Hình Pin mặt trời 27 Hình 3 Arduino UNO R3 28 Hình Sơ đồ nối dây Arduino UNO R3 28 Hình Mơ-đun wifi ESP8266 NODE MCU 31 Hình Sơ đồ nối dây mô-đun wifi ESP8266 NODE MCU 31 Hình Cảm biến dịng điện ACS712 20A 32 Hình Sơ đồ nối dây cảm biến dịng điện ACS712 20A 33 Hình Cảm biến DHT22 34 Hình 10 Sơ đồ nối dây cảm biến DHT22 34 Hình 11 Cảm biến điện áp 35 Hình 12 Sơ đồ nối dây cảm biến điện áp 35 Hình 13 Mơ-đun chuyển đổi nguồn dự phịng 5-48VDC YX850 37 Hình 14 Sơ đồ nối dây Mô-đun YX850 37 Hình 15 Mạch bảo vệ Acquy XH-M609 38 12 Hình 16 Sơ đồ nối dây mạch bảo vệ Acquy XH-M609 39 Hình 17 Mạch giảm áp 20A 40 Hình 18 Sơ đồ nối dây mạch giảm áp 20A 40 Hình 19 Pin Lithium 42 Hình 20 Màn hình LCD I2C 1602A 43 Hình 21 Mạch sạc acquy tự ngắt XH-M604 6VDC - 60VDC .44 Hình 22 Sơ đồ nối mạch sạc acquy tự ngắt XH-M604 6VDC - 60VDC .44 Hình 23 Mơ đun hạ áp DC-DC XL4015 46 Hình 24 Sơ đồ nối dây mô đun hạ áp DC-DC XL4015 46 Hình 25 Sơ đồ mơ đồ án phần mềm Proteus professional 47 Hình 26 Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm LCD 47 Hình 27 Hiển thị công suất đầu vào hệ thống 47 Hình 28 Hiển thị điện áp trạng thái sạc acquy lưu trữ 48 Hình 29 Hiển thị điện áp trạng thái sạc acquy tải 48 Hình 30 Mơ hình thực tế 49 Hình 31 Sơ đồ nối dây mơ hình đồ án 49 Hình 32 Sơ đồ giải thuật code Arduino 51 Hình 33 Sơ đồ giải thuật code ESP8266 52 Hình 34 Hình ảnh LCD thể nhiệt độ, độ ẩm môi trường 53 Hình 35 Cơng suất pin mặt trời trường hợp 54 Hình 36 Trạng thái sạc acquy lưu trữ trường hợp 55 Hình 37 Trạng thái sạc tải trường hợp 55 Hình 38 Hiển thị phần mềm Blynk trường hợp 56 Hình 39 Hệ thống có tải 57 Hình 40 Tải acquy 57 Hình 41 Cơng suất pin mặt trời trường hợp 58 Hình 42 Trạng thái sạc acquy lưu trữ trường hợp 59 Hình 43 Trạng thái sạc tải trường hợp 59 Hình 44 Hiển thị phần mềm Blynk trường hợp 60 Hình 45 Hệ thống điện áp mặt trời không đủ để cấp cho tải 61 Hình 46 Cơng suất pin mặt trời trường hợp 62 Hình 47 Trạng thái sạc acquy lưu trữ trường hợp 62 13 Hình 48 Trạng thái sạc acquy tải trường hợp 62 Hình 49 Hiển thị phần mềm Blynk trường hợp 63 Hình 50 Điện áp dòng điện đèn 63 Hình Mơ hình trạm sạc xe điện tích hợp với trạm dừng xe bus 65 Hình Mơ hình trạm sạc xe điện nhóm sinh viên Đại học Bách khoa 67 Hình Sơ đồ khối trạm sạc khơng nối lưới với hệ thống tích trữ lượng .68 Hình 4 Trụ sạc xe điện 69 Hình Hệ thống giám sát IOT 70 Hình Hệ thống SCADA với hình HMI 72 Hình Các loại pin lượng mặt trời 75 Hình Điều khiển sạc độ rộng xung PWM 78 Hình So sánh hai điều khiển sạc 79 Hình 10 PLC Siemens S7-1200 81 Hình 11 PLC Siemens S7-1500 82 Hình 12 Router công nghiệp 3G/4G F3425 84 Hình 13 Router Draytek V2912 84 Hình 14 Tổn hao cơng suất tính theo phần mềm PV watt 87 Hình 15 Mơ phần mềm PVsyst 88 Hình 16 Pin mặt trời Longi 525Wp 89 Hình 17 Acquy UFO 48V-200Ah 90 Hình 18 Bộ điều khiển sạc lượng MPPT 20A 90 Hình 19 METSECT5CC004 (40A/5A) 91 Hình 20 Voltage sensor 0-60VDC 91 Hình 21 RS485 Modbus RTU ES35-SW (SHT35) 92 Hình 22 Nguyên lý hoạt động trạm sạc xe điện độc lập 97 14 Danh mục bảng Bảng Xe máy điện Vinfast Klara S 12 Bảng 2 Xe máy điện Zhejiang Altruism FY12 Electric Scooter 13 Bảng Thông số kỹ thuật Mô-đun ESP8266 Node MCU 29 Bảng Thông số kỹ thuật ESP8266 Wifi SoC: 31 Bảng 3 Thơng số kỹ thuật cảm biến dịng điện ACS712 20A .33 Bảng Thông số kỹ thuật cảm biến DHT22 35 Bảng Thông số kỹ thuật cảm biến điện áp 36 Bảng Thông số kỹ thuật Mô-đun YX850 37 Bảng Thông số kỹ thuật mạch bảo vệ Acquy XH-M609 39 Bảng Thông số kỹ thuật mạch giảm áp 20A 40 Bảng Thông số kỹ thuật pin Lithium 42 Bảng 10 Thơng số kỹ thuật hình LCD I2C 1602A 43 Bảng 11 Thông số kỹ thuật mạch sạc acquy XH-M604 6VDC - 60VDC .45 Bảng 12 Thông số mô đun hạ áp DC –DC XL4015 46 Bảng 13 Nối dây LCD I2C với ESP8266 NODE MCU 50 Bảng 14 Nối dây cảm biến áp với Arduino UNO R3 50 Bảng 15 Nối dây cảm biến áp với Arduino UNO R3 50 Bảng 16 Nối dây cảm biến áp với Arduino UNO R3 50 Bảng 17 Nối dây Arduino với ESP8266 NODE MCU 50 Bảng 18 Nối dây cảm biến áp DHT22 với ESP8266 NODE MCU .50 Bảng 19 Nối dây ACS712 với ESP8266 NODE MCU Arduino UNO R3 50 Bảng 20 Kết đồ án trường hợp: 64 Bảng Thông số trụ sạc xe máy điện thị trường .69 Bảng So sánh loại acquy 76 Bảng So sánh S7-1200 S7-1500 82 Bảng 4 Tính tốn dung lượng acquy 89 15