Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sạc nhanh cho pin lithium ion ứng dụng vi điều khiển

1 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ SẠC NHANH CHO PIN LITHIUM-ION ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN SVTH: MAI VĂN AN LỚP: 09D1 GVHD: TS. LÊ QUỐC HUY GVD: TS. NGUYỄN HOÀNG MAI ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA NỘI DUNG C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện. C2: Công nghệ pin Lithium-ion. C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion. C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi điều khiển pic 16f877a. C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion. C6: Mô hình và kết luận đề tài. 2 NỘI DUNG C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện. C2: Công nghệ pin Lithium-ion. C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion. C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi điều khiển pic 16f877a. C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion. C6: Mô hình và kết luận đề tài. 3 1.TỔNG QUAN XE ĐẠP, XE MÁY VÀ Ô TÔ ĐIỆN TÌNH HÌNH PHƯƠNG TIỆN ĐI LẠI HIỆN NAY:  Chủ yếu sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch.  Nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt.  Gây ô nhiễm môi trường → Hướng đến sử dụng phương tiện giao thông thân thiện với môi trường 4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI XE ĐIỆN:  Không gây ô nhiễm môi trường.  Tiết kiệm chi phí.  Quãng đường và tốc độ không cao.  Thời gian sạc dài. 1. TỔNG QUAN XE ĐẠP, XE MÁY VÀ Ô TÔ ĐIỆN XE ĐẠP ĐIỆN Ở VIỆT NAM:  Rất nhiều hãng nổi tiếng: HKBIKE, HONDA, YAMAHA  Thông số chung của xe đạp điện:  Công suất: 240 - 250 W  Tốc độ tối đa: 25 km/h  Quãng đường đi được: 60 - 90 km  Thông số chung pin Lithium-ion:  Điện áp pin: 48 V  Dung lượng: 12 Ah  Thời gian sạc: 6 giờ 5 Xe đạp điện HKBIKE Xe đạp điện HONDA NỘI DUNG C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện. C2: Công nghệ pin Lithium-ion. C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion. C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi điều khiển pic 16f877a. C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion. C6: Mô hình và kết luận đề tài. 6 2. CÔNG NGHỆ PIN LITHIUM-ION CẤU TẠO CHUNG:  Điện cực dương: oxit kim loại lithium  Điện cực âm: Graphite Cacbon 7 Cấu tạo của pin li-ion ƯU ĐIỂM:  Không cần bảo trì  Thời gian hoạt động dài  Độ an toàn cao, dung lượng lớn  Nạp nhanh, tốc độ phóng điện cao NHƯỢC ĐIỂM:  Cần có hệ thống mạch điện bảo vệ  Giá thành cao 2. CÔNG NGHỆ PIN LITHIUM-ION 8 Pin xe đạp điện Pin laptop Pin điện thoại Pin ô tô điện NỘI DUNG C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện. C2: Công nghệ pin Lithium-ion. C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion. C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi điều khiển pic 16f877a. C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion. C6: Mô hình và kết luận đề tài. 9  Biến thiên điện áp và dòng điện của pin Li-ion qua các giai đoạn sạc: 10 3. CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LI-ION [...]... NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LI -ION  QUÁ TRÌNH SẠC NHANH PIN LITHIUM- ION 11 3 CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LI -ION MỘT SỐ YÊU CẦU KHI SẠC:  Thiết bị sử dụng nên được tắt khi sạc  Sạc ở nhiệt độ vừa phải (trong khoảng 10-45oC)  Pin Li -ion không cần sạc đầy 100%  Nếu pin quá nóng phải dừng sạc ngay ĐIỀU KIỆN ĐỂ SẠC NHANH:  Sạc nhanh chỉ áp dụng trong giai đoạn đầu tiên  Tất cả các cell của pin phải... C2: Công nghệ pin Lithium- ion C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li -ion C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi điều khiển pic 16f877a C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và chương trình điều khiển mạch sạc pin Li -ion C6: Mô hình và kết luận đề tài 17 5.1 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC & ĐIỀU KHIỂN  Thông số yêu cầu cho vi c thiết kế mô hình bộ sạc DC-DC buck cho pin Li -ion 12V-8,8Ah: Vin 28 – 34... tốt, ổn định  Sạc nhanh chỉ được thực hiện dưới nhiệt độ vừa phải  Nếu pin quá nóng phải dừng sạc ngay 12 NỘI DUNG C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện C2: Công nghệ pin Lithium- ion C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li -ion C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi điều khiển pic 16f877a C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và chương trình điều khiển mạch sạc pin Li -ion C6: Mô hình... xe máy và ô tô điện C2: Công nghệ pin Lithium- ion C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li -ion C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi điều khiển pic 16f877a C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và chương trình điều khiển mạch sạc pin Li -ion C6: Mô hình và kết luận đề tài 26 6 MÔ HÌNH VÀ KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 1 2 3 4  Khối vi điều khiển PIC 16F877A : 1 Domino nối dây ra các nút nhấn 2 Jack cắm 2... tài 13 4.1 BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC - NGUYÊN LÝ MẠCH BUCK Bộ biến đổi DC - DC: tạo ra điện áp một chiều có thể điều chỉnh được cung cấp cho các phụ tải biến đổi Các bộ biến đổi DC - DC thường dùng:  Bộ giảm áp: Buck  Bộ tăng áp: Boost  Bộ tăng/ giảm áp: Buck - Boost 14 4.1 BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC - NGUYÊN LÝ MẠCH BUCK SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH BUCK Vout = Vin×D D = Ton/T 15 4.2 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A... 32 VDC, bộ chuyển đổi DC/DC buck 3 Các khối đo lường: • Đo điện áp • Đo dòng điện 28 6 MÔ HÌNH VÀ KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 1 Kết quả đạt được:  Đã thiết kế và thi công thành công mô hình  Mô hình đã sạc thành công trong 50 phút  Xây dựng được các giải pháp đo lường, điều khiển 2 Hướng phát triển đề tài:  Nâng cao độ ổn định dòng điện và điện áp sạc  Áp dụng sạc cho pin có công suất cao hơn  Áp dụng các... Tần số PWM 20 KHz ∆U 1% 18 5.1 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC & ĐIỀU KHIỂN 19 5.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC  Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển mosfet 20 5.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC  MOSFET driver: dùng chip IR2184 để điều khiển đóng/mở MOSFET bằng kỹ thuật bootstrap • Điện áp nguồn cấp từ 10 V đến 20 V • Tín hiệu logic từ 3,3 V đến 5 V • Tần số hoạt động lên đến 100 kHz 21 5.3 THIẾT KẾ KHỐI ĐO LƯỜNG 1 Đo dòng... bị ép -Thiết kế dạng trụ điển hình cho mật độ năng lượng thấp hơn NiCd hoặc NiMH 32 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng cầu KBU1010 33 Mạch nguồn nuôi Mạch nguồn nuôi cung cấp cho mạch điều khiển và IC 34 Mạch nạp theo nguyên lý buck Sơ đồ mạch DC-DC theo nguyên lý buck 35 Nguyên lí nạp – xả của pin li-on Quá trình nạp Quá trình xả Phác hoạ quá trình điện hoá trong Pin Li -ion 36... zero 22 5.3 THIẾT KẾ KHỐI ĐO LƯỜNG 2 Đo điện áp : cầu phân áp bằng điện trở V R1 R2 Vđo (đến ADC của PIC) • Chọn R1 = 60 kΩ và R2 = 10 kΩ • Suy ra: V = Vđo*7 23 5.3 THIẾT KẾ KHỐI ĐO LƯỜNG 3 Đo nhiệt độ: dùng IC cảm biến nhiệt độ LM35 • Dải nhiệt độ từ -55oC đến 150oC • Sai số 0,5oC 24 5.4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN S 25 NỘI DUNG C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện C2: Công nghệ pin Lithium- ion C3: Công... dụng sạc cho pin có công suất cao hơn  Áp dụng các thuật toán sạc tiên tiến để rút ngắn thời gian sạc  Xây dựng chương trình linh hoạt hơn  Hoàn thiện mạch sạc đơn giản, nhỏ gọn 29 XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN SỰ THEO DÕI CỦA QÚY THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN !!! 30 Ưu điểm của xe điện HKBIKE zinger extra phiên bản nâng cấp 1 lần sạc đầy đi được 90 km, 1 lần sạc đầy hết 0,65 số điện (Wh) 0,65 Wh x 2.000 đồng = 1.300 . của pin Li -ion qua các giai đoạn sạc: 10 3. CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LI -ION 3. CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LI -ION  QUÁ TRÌNH SẠC NHANH PIN LITHIUM- ION 11 3. CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH. 1 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ SẠC NHANH CHO PIN LITHIUM- ION ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN SVTH: MAI VĂN AN LỚP: 09D1 GVHD: TS. LÊ QUỐC HUY GVD:. điện. C2: Công nghệ pin Lithium- ion. C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li -ion. C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi điều khiển pic 16f877a. C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực