thiết kế mạch sạc acquy từ năng lượng mặt trời

Mạch sạc có 2 phần chính là :+ Bộ MPPT lấy công suất cực đại từ mặt trời + Mạch sạc gồm 3 giai đoạn: ổn dòng , ổn áp và thả nổi (THEO XU THẾ CÙNG VỚI SỰ IẾN ĐỔI KHÍ HẬU NLTT NGÀY DK CHÚ TRỌNG NLMT NGÀY CANG DK VUNG SAU VUNG XA NLMT THIET THUC KHI K CO DIEN LUOI QUOC GIA)Năng lượng mặt trời nói riêng và năng lượng tái tạo nói chung đang được nhà nước và tư nhân chú trọng đầu tư. Hiện nay các hệ thống năng lượng mặt trời độc lập ngày càng phát triển Với nhu cầu đang dần tăng lên về việc sử dụng năng lượng mặt trời và mong muốn luôn được sử dụng tối ưu nguồn năng lượng này thì thiết bị tích trữ năng lượng(acquy) là một phần không thể thiếu . Trong điều kiện thời tiết hay dung lượng tải thay đổi thì điện áp cũng như dòng điện tấm pin mặt trời phát ra cũng sẽ thay đổi liên tục. Để đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của acquy thì phải có phương pháp sạc điện đúng cách. Vì vậy để đáp ứng được vấn đề nêu trên em đã chọn đề tài mạch sạc cho acquy 12V với dung lượng từ 10Ah đến 60Ah để thực hiện trong luận văn này .VỚI GIẢ THIẾT LÀ ĐẦU RA LÀ MPPT V THAY DỔIHệ thống sạc cho acquy dùng mạch Buck Converter với bộ điều khiển dùng Board Arduino được thực hiện theo bố cục:

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thực hiện đề tài mạch sạc cho acquy từ nguồn điện DC trong hệ thốngđiện năng lượng mặt trời tôi đã có những trải nghiệm thú vị và học hỏi được rất nhiều điều từthầy hướng dẫn, bạn bè

Trước hết con xin cám ơn Ba Mẹ và gia đình là nguồn động viên rất lớn và là chỗ dựavững chắc của con trong suốt quá trình học tập

Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy trong khoa Điện – Điện Tử đặc biệt là bộ mônThiết Bị Điện đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức quan trọng và quý giá trong thời gian học tậpvừa qua

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Mai Bá Lộc, thầy đã tận tình giúp đỡ em,luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này Thầy đã cung cấp cho em nhiềukiến thức mới mẻ và quý báu góp phần quan trọng trong việc hoàn thành luận văn

Cuối cung xin cảm ơn các bạn bè trong phòng thí nghiệm GPL đã động viên và giúp đỡtôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Một lần nữa xin cảm ơn tất cả

TP Hồ Chí Minh, tháng 12/2016 Sinh viên

PHẠM VĂN HÙNG

CO DIEN LUOI QUOC GIA)Năng lượng mặt trời nói riêng và năng lượng tái tạo nói chungđang được nhà nước và tư nhân chú trọng đầu tư Hiện nay các hệ thống năng lượng mặt trờiđộc lập ngày càng phát triển Với nhu cầu đang dần tăng lên về việc sử dụng năng lượng mặttrời và mong muốn luôn được sử dụng tối ưu nguồn năng lượng này thì thiết bị tích trữ nănglượng(acquy) là một phần không thể thiếu Trong điều kiện thời tiết hay dung lượng tải thayđổi thì điện áp cũng như dòng điện tấm pin mặt trời phát ra cũng sẽ thay đổi liên tục Để đảmbảo chất lượng và tuổi thọ của acquy thì phải có phương pháp sạc điện đúng cách Vì vậy đểđáp ứng được vấn đề nêu trên em đã chọn đề tài mạch sạc cho acquy 12V với dung lượng từ10Ah đến 60Ah để thực hiện trong luận văn này VỚI GIẢ THIẾT LÀ ĐẦU RA LÀ MPPT VTHAY DỔI

Hệ thống sạc cho acquy dùng mạch Buck Converter với bộ điều khiển dùng BoardArduino được thực hiện theo bố cục:

Chương 1: Mô tả khái quát về hệ thống điện mặt trời độc lập và các đặc tính của acquyChương 2: Giới thiệu về các phương pháp sạc và chọn phương pháp sạc điện cho acquyChương 3: Đưa ra giải thuật hệ thống sạc acquy 3 chế độ ổn dòng, ổn áp , thả nổi và môphỏng bằng chương trìnhMatlab/Simulink Các kết quả mô phỏng được thực hiện với điều kiệndòng điện thay đổi

Chương 4: Tính toán thiết kế mạch DC/DC (Buck Converter) dùng Board Arduio đểđiều khiển Giới thiệu các loại linh kiện sử dụng và hình ảnh thực tế của từng linh kiện Đưa ra

sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch được thực hiện

Chương 5: Mạch thi công hoàn thiện, kết quả của việc chạy thử nghiệm thực tế đưa ranhững đánh giá, kinh nghiệm thu được và hướng phát triển đề tài

Trang bìa……… …….i

Nhiệm vụ luận văn……… i

Lời cảm ơn……… ………… … ii

Tóm tắt luận văn……….….iii

Mục lục ……… …iv

Danh sách hình vẽ ……… vi

Danh sách bảng biểu……… ix

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY 1

1.1 Năng lượng mặt trời 1

1.2 Hệ thống điện năng lượng mặt trời 2

1.3 Acquy 6

1.3.1 Các thông số cơ bản của acquy 7

1.3.2 Cấu tạo của một bình acquy 7

1.3.3 Acquy chì _ axit 9

1.3.4 Các đặc tính cơ bản của acquy 13

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẠC ACQUY 17

2.1 Phương pháp sạc với dòng điện không đổi 18

2.2 Phương pháp sạc với điện áp không đổi 19

2.3 Phương pháp nạp dòng áp 20

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH SẠC ACQUY 3 GIAI ĐOẠN 22

3.1.Chọn lựa bộ biến đổi dc –dc 22

3.1.1 Nguyên lí hoạt động của mạch 22

3.1.2 Tính toán các thông số của mạch 24

3.2.2 Mạch kích opto TLP250 31

3.2.3 Giao tiếp với LCD 34

3.3 LƯỢC ĐỒ ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN MẠCH SẠC 36

3.3.1 Lược đồ điều khiển 36

3.3.2 Sơ đồ giải thuật 37

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG MẠCH SẠC ACQUY TỰ ĐỘNG BẰNG MATLAB SIMULINK.39 4.1 Mô hình mạch sạc mô phỏng bằng simulink 42

4.2 Kết quả mô phỏng : 43

CHƯƠNG 5: THI CÔNG BỘ SẠC ACQUY TỰ ĐỘNG 46

5.1 Mạch công suất và mạch kích 46

5.2 Thi công mạch điều khiển và hiển thị 48

CHƯƠNG 6: THỬ NGHIỆM HIỆU CHỈNH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ 51

6.1 Thử nghiệm và đánh giá 51

6.2 Tổng kết và nhận xét 57

6.3 Kết luận ……… ……57

6.4 Hướng phát triển đề tài……… …… 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO ………58

PHỤ LỤC……… 59

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ACQUY

1.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.

Ánh sáng nói riêng, hay bức xạ điện từ nói chung, từ bề mặt của Mặt Trời được xem là nguồn năng lượng chính cho Trái Đất Hằng số năng lượng Mặt Trời được tính bằng công suất của lượng bức xạ trực tiếp chiếu trên một đơn vị điện tích bề mặt Trái Đất, bằng khoảng 1370 W/m2 Ánh sáng Mặt Trời bị hấp thụ Một phần trên bầu khí quyển Trái Đất, nên một phần nhỏ hơn tới được bề mặt Trái Đất, gần 1000 W/m2 năng lượng Mặt Trời tới được Trái Đất trong điều kiện quang đãng Ánh sáng là nguồn năng lượng vô hạn Vì vậy cần nghiên cứu và phát minh ra để tận dụng hết nguồn năng lượng này

Hình 1.1: Tấm pin mặt trời

1.2 HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Hê thống điện mặt trời là hệ thống chuyển đổi từ dang năng lương quang năng sang năng lượngđiện năng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị hoạt đông.Hệ thống điện mặt trời gồm hệthống điện năng lượng mặt trời nối lưới và hệ thống điện mặt tròi độc lập

Hệ thống điện mặt trời độc lập bao gồm những thiết bị xử lí và dữ trữ năng lượng để hiệu suấtchuyển đổi là cao nhất bao gồm :

Hình 1.3: Mô hình hệ thống điện mặt trời.

 Pin mặt trời: là thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện năng

 Bộ MPPT là thiết bị để tìm điểm công suất cực đại tấm pin cung cấp để đảm bảo hiệu suấtchuyển đổi là cao nhất Khi hoạt động điện áp và dòng điện sẽ thay đổi tùy theo thời tiết như :cường độ ánh sáng chiếu vào tấm pin , mây che…hay do các tải tiêu thụ củng sẽ làm điện áp vàdòng điện Vì vậy nó có nhiệm vụ dò tìm điểm công suất cực đại để cung cấp cho tải

Hình 1.4 : Đặc tuyến I-V và đặc tuyến P-V của pin mặt trời.

Giải thuật tìm điểm công suất cực đại có rất nhiều như phương pháp PO hay INC Mỗi phương pháp sẽ đem lại hiệu quả khác nhau

 Inverter là thiết bị có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp DC sang điện áp AC đê cung cấp chocác tai AC như tivi , máy giặt …….hoạt động

 Acquy là bộ phận dung để tích trữ năng lượng để cung cấp cho tải DC hay inventer hoạt động Nó có chế độ nạp xả thích hợp để tích trữ được lâu Khi hệ thống hoạt động sẽ cung cấpmột mức dòng áp khác nhau nên ta cần phải thiết kế bộ sạc cho acquy nhằm đảm bảo tuổi thọcủa acquy Hiện nay trên thị trường có rất nhiều sản phẩm mạch sạc năng lượng mặt trời vớigiá thành tương đối cao :

Hình 1.5: Mạch sạc acquy và thông số mạch sạc bán trên thị trường

Như ta thấy , một mạch sạc trên thị trường có giá thành khá cao tốn nhiều kinh phí vì thiết kế

một mạch sạc của acquy là rất cần thiết

1.3 ACQUY

Cho đến nay có rất nhiều loại acquy khác nhau được sản xuất tuỳ thuộc vào những điều kiện yêu cầu cụ thể của từng loại máy móc, dụng cụ, điều kiện làm việc Cũng như những tính năng kinh

tế kỹ thuật của acquy có thể liệt kê một số loại sau:

acquy chì (acquy axit)

acquy kiềm

acquy không lamen và acquy kiềm

1.3.2 Cấu tạo của một bình acquy

Acquy là nguồn điện hoá, sức điện động của acquy phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo bản cực và chất điện phân Với acquy chì axít sức điện động của một acquy đơn là 2,1V Muốn tăng khả năng dự trữ năng lượng của acquy người ta phải tăng số lượng các cặp bản cực dương và âm trong mỗi acquy đơn Để tăng giá trị sức điện động của nguồn người ta ghép nối nhiều acquy đơnthành một bình acquy

Hình 1.6 Cấu trúc bình acquy

Hình 1.7: Một số loại acquy

Bình acquy là thiết bị trữ năng lượng cho hệ thống điện Khi cần ,bình acquy sẽ tạo ra dòng điện một chiều đi qua các thiết bị nối với các cực của nó Dòng điện trong bình ắcquy tạo ra do phản ứng hoá học hoặc giữa những vật liệu trên bản cực Pb và axit H2SO4 trong bình hay còn gọi là chất điện giải Sau một thời gian sử dụng bình acquy bị hết điện Tuy nhiên nó có thể được nạp lại bằng cách cho một dòng điện bên ngoài đi qua nó theo chiều ngược với chiều phát điện của bình

Trong điều kiện bình thường acquy được nạp do dòng điện từ máy phát điện Để hoạt động tốt bình phải làm ba việc:

* Cung cấp dòng điện khởi động động cơ

* Ổn định điện thế trong khi máy đang hoạt động

Acquy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch Nó tích trữ năng lượng dưới dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng Quá trình acquy cung cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình phóng điện Quá trình acquy được dự trữ năng lượng gọi là quá trình nạp điện Năng lượng của acquy quan hệ với quá trình biến đổi hoá học của các bản cực và dung dịch điện phân:

Trong quá trình phóng nạp, nồng độ dung dịch điện phân của acquy thay đổi Khi acquy phóng điện, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần Khi được nạp điện, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần Do đó ta có thể căn cứ vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện của acquy Trong quá trình nạp nội trở của acquy tăng dần, trong quá trình xả thì nội trở của acquy giảm dần

1.3.3 Acquy chì _ axit

Acquy axit gồm các bản cực bằng chì và oxit chì ngâm trong dung dịch axit sulfuaric Các bản cực này thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới , làm bằng hợp kim chì antimon, có nhồicác hạt hóa chất tích cực Các hóa chất này khi được nạp đầy là dioxit chì ở cực dương và chì nguyên chất ở cực âm

Chất lỏng dùng trong bình acquy là dung dich axit sulfuaric Nồng độ của dung dịch biểu trưng bằng tỷ trọng đo được, tùy thuộc vào loại acquy và tình trạng phóng nạp của bình

Trị số tỷ trọng của bình acquy khi được nạp đầy được quy ra ở 25ο C được cho ở bảng sau :

Bảng 1.1 Tỷ trọng chất điện phân của bình acquy

Loại bình acquy Tỷ trọng chất điện phân

Bình acquy làm việc ở chế độ tải nặng : ví dụ các xe tải

điện công nghiệp lớn

1.275

Bình acquy dùng cho xe ôtô, phi cơ 1.260

Bình acquy dùng cho tải không nặng lắm: ví dụ chiếu

sáng tàu điện, khởi động các động cơ

Thời gian ( Giờ )

Hình 1.8 Đặc tuyến phóng điện tới điện thế cuối cùng

Nguyên lý làm việc

* Quá trình nạp:

Khi acquy đã được lắp ráp xong, ta đổ dung dịch axit sunfuric vào các ngăn bình thì trên các bảncực sẽ sinh ra lớp mỏng chì sunfat (PbSO4) Vì chì tác dụng với axit theo phản ứng:

PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O

Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ăc quy thì dòng điện một chiều được khép

kín qua mạch acquy và dòng điện đi theo chiều: Cực dương của nguồn một chiều → Dung dịch

điện phân → Đầu cực 2 của acquy → Cực âm của nguồn một chiều

Dòng điện một chiều sẽ làm cho dung dịch điện phân phân ly :

PbSO4 + H2O + SO

2-4 → PbO2 + 2H2SO4

Từ các phản ứng hóa học trên ta thấy quá trình nạp điện đã tạo ra lượng axit sunfuric bổ sung vào dung dịch điện phân, đồng thời trong quá trình nạp điện dòng điện còn phân tích ra trong dung dịch điện phân khí hydro (H2) và oxy (O2), lượng khí này sủi lên như bọt nước và bay đi, do

đó nồng độ của dung dịch điện phân trong quá trình nạp điện được tăng lên

Acquy được coi là đã nạp đầy khi quan sát thấy dung dịch sủi bọt đều (gọi đó là hiện tượng sôi) Lúc đó ta có thể ngắt nguồn nạp và xem như quá trình nạp điện cho ăc quy đã hoàn thành

* Quá trình phóng điện của ăc quy:

Nối hai bản cực của acquy đã được nạp điện với một phụ tải, ví dụ như một bong đèn thì năng lượng tích trữ trong acquy sẽ phóng qua tải, làm cho bóng đèn sáng Dòng điện của acquy sẽ đi theo chiều: Cực dương của acquy (đầu cực đã nối với cực dương nguồn nạp) → Tải (bóng đèn)

→ Cực âm của acquy → Dung dịch điện phân → Cực dương của acquy

Quá trình phóng điện của acquy, phản ứng hoá học xảy ra trong acquy như sau: Tại cực dương:

PbO2 + 2H+ + H2SO4 +2e → PbSO4 + 2H2O Tại cực âm:

Pb + SO

2-4 → PbSO4 + 2e Như vậy khi acquy phóng điện, chì sunfat lại được hình thành ở hai bản cực, làm cho các bản cựcdần trở lại giống nhau, còn dung dịch axit bị phân thành cation 2H+ và anion SO2-

4 , đồng thời quátrình cũng tạo ra nước trong dung dịch, do đó nồng độ của dung dịch giảm dần và sức điện động của acquy cũng giảm dần

Nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là acquy axít Vì so với acquy kiềm nó có một vài tính năng tốt hơn như : sức điện động của mỗi bản ”cặp bản” cực cao hơn, có điện trở trong nhỏ vì vậy trong đồ án này ta chọn loại acquy axít để nghiên cứu và thiết kế

1.3.4 Các đặc tính cơ bản của acquy

 Sức điện động của acquy

Sức điện động của acquy chì axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân:

E0 = 0,85 +γ (V)

trong đó: E0 là sức điện động tĩnh của acquy đơn, tính bằng V

γ là nồng độ dung dịch điện phân ở nhiệt độ 150C tính bằng g/cm3

Trong quá trình phóng điện, sức điện động của acquy được tính bằng công thức:

E = U +I.raq

trong đó : E : là sức điện động của acquy phóng điện

U : là điện áp đo trên các cực của acquy khi phóng điện

IP : là dòng điện phóng

raq : là điện trở trong của acquy khi phóng điện

Trong quá trình nạp điện sức điện động E của acquy được tính như sau:

En = Un – In raq

trong đó : En : sức điện động của acquy nạp điện

In : dòng điện nạp

Un : điện áp đo trên các cực của acquy khi nạp điện

raq : điện trở trong của acquy khi nạp điện

 Dung lượng phóng của acquy

Dung lượng phóng của acquy là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng của acquy cho phụ tải, được tính theo công thức:

CP = IP tP

trong đó : CP : dung lượng thu được trong quá trình phóng điện, tính bằng Ah

IP : dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tP

 Dung lượng nạp của acquy

Dung lượng nạp của acquy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của acquy, được tính theo công thức:

Cn = In tn

trong đó: Cn - dung lượng thu được trong quá trình nạp điện, tính bằng Ah

In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp điện tn

Trong khoảng thời gian phóng từ tP = 0 đến tP = tgh sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần Tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện (dòng điện) của acquy

Từ thời điểm tgh trở đi độ dốc các đồ thị thay đổi đột ngột Nếu tiếp tục cho acquy phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của acquy sẽ giảm rất nhanh Mặt khác các tinh thể Sunfat chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô, rắn rất khó hoà tan (biến đổi hoá học) trong quátrình nạp điện trở lại cho acquy sau này Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của acquy, các giá trị EP, UP,γ tại tgh gọi là các giá trị giới phóng điện cho acquy

Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện động, điện áp của acquy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của acquy Thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của acquy Đặc tính nạp của acquy

Đặc tính nạp của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp acquy vànồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng điện nạp không thay đổi

Thời gian(h)

Hình 1.11.Sơ đồ đặc tính nạp

Trong sử dụng thời gian nạp no cho acquy kéo dài từ ( 2 ÷ 3 ) h, trong suốt thời gian đó hiệu điện thế trên các cực của acquy và nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi Như vậy dung lượng thu được khi acquy phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no acquy Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống

và ổn định Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của acquy sau khi nạp Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của acquy

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ACQUY

Nạp acquy là một quá trình rất quan trọng vì vậy phải cần nhắc khi áp dụng các phương pháp sạc acquy cho thích hợp Trên thị trường ngày nay có rất nhiều sản phẩm sạc acquy công nghệ mới

nó đáp ứng các tiêu chuẩn của acquy nhằm đảm bảo tuổi thọ củng như chất lượng acquy được coi

là tốt nhất Dung lượng của acquy trong các phương pháp nạp acquy được đánh giá theo điện áp Điện áp acquy trong quá trình sạc và không sử dụng là khác nhau do nồng độ dung dịch ảnh hưởng đến điện áp

Bảng 2.1 : Quan hệ giữa điện áp và dung lượng của acquy khi không sử dụng

Bảng 2.2: Điện áp của acquy trong quá trình náp xả

2.1 Nạp với dòng điện không đổi

Phương pháp nạp điện với dòng nạp không đổi cho phép chọn dòng điện nạp thích hợp với mỗi loại acquy, đảm bảo cho acquy được nạp no Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho các acquy mới hoặc nạp sửa chữa cho các acquy bị sunfat hoá Với phương pháp này, các acquy được mắc nối tiếp nhau và thỏa mãn điều kiện:

Hình 2.1 Sơ đồ đặc tính nạp với dòng điện không đổi

Trong quá trình nạp, sức điện động của acquy tăng dần, để duy trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R

Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các acquy đưa vào nạp có cùng cỡ dung lượng định mức Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc Trong trường hợp nạp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng (0,3 ÷ 0,5) C20 và kết thúc nạp ở nấc một khi acquy bắt đầu sôi Dòng điện nạp ở nấc thứ hai bằng 0,05 C20

2.2 Nạp với điện áp không đổi

Phương pháp nạp với điện áp nạp không đổi yêu cầu các acquy được

mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng ( 2,3

÷2,5 )V cho một ngăn acquy đơn Đây là phương pháp nạp điện cho acquy lắp trên ôtô

Phương pháp nạp với điện áp nạp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng điện nạp tự động giảm theo thời gian Tuy nhiên dùng phương pháp này acquy không được nạp no, vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp nạp bổ xung cho acquy trong quá trình sử dụng

Để đánh giá khả năng cung cấp điện của acquy người ta dùng vôn kế phụ tải hoặc đánh giá gián tiếp thông qua nồng độ dung dịch điện phân của acquy

2.3 Phương pháp nạp dòng áp

Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên Nó tận dụng được những ưu điểm của môĩ phương pháp

Đối với êu cầu của đề tài là nạp acquy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi

và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phương pháp nạp ắc qui là phương pháp dòng áp Đối với ắc qui axit : Để đảm bảo cho thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian tn =8 giờ tương ứng với ( 75 ÷ 80 )% dung lượng ắc qui ta nạpvới dòng điện không đổi là In = 0,1 C10 Vì theo đặc tính nạp của ắc qui trong đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đổi thì điện áp ,sức điện động tải ít thay đổi ,do đó bảo đảm tính đồng đều

về tải cho thiết bị nạp.Sau thời gian 8 giờ ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ

ổn áp Khi thời gian nạp được 10 giờ thì ắc qui bắt đầu no,ta nạp bổ sung thêm 2-3 giờ

Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp cũng giống như ắc qui axit nhưng do khả năng quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In = 0,2 C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,5 C10

Các quá trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không

Kết luận:

Vì acquy là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho nên khi acquy đói mà

ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong acquy sẽ tự động dâng lên không kiểm soát được sẽ làm sôi acquy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp trong acquy

Khi dung lượng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì

ắc qui sẽ sôi và làm cạn nước Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp cho ắc qui

sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp được giữ cho đến khi acquy đã thực sự no Khi điện áp trên các bản cực của acquy bằng điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc quá trình nạp

Tuỳ theo loại acquy mà ta nạp với dòng điện nạp khác nhau :

* Acquy axit: dòng nạp In = 0,1 C10

Nạp cưỡng bức với dòng điện nạp In = 0,2 C10

* Acquy kiềm dòng nạp In = 0,2 C10

Nạp cưỡng bức In = 0,5 C10

Ở đề tài luận văn này mạch sạc bào gồm 3 giai đoạn : dòng áp và thả nổi :

Các chế độ sạc theo sơ đồ dưới đây:

Hình 2.2: Quan hệ giữa dòng và áp trong các giai đoạn sạc.

- Giai đoạn thứ nhất: mạch sạc sẽ sạc với dòng điện không đổi bất chấp điện áp thay đổi

- Giai đoạn thứ 2 : giai đoạn này đến khi dung lượng bình được khoảng 75- 80 % nó sẽsạc với điện áp không đổi là 14.4 v Dến khi dòng điện giảm dần về bằng 0 thỳ sẽ chuyển sanggiai đoạn 3

- Giai đoạn 3 : đây là giai đoạn sạc bù đi phần năng lượng đã mất trong quá trình không sửdụng Nó sẽ giữ điện áp 13.7V để cung cấp cho acquy

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ SẠC ACQUY 3 GIAI ĐOẠN

Đây là chương nói về việc thiết kế mạch sạc cho acquy Giới thiệu linh kiện , tính toán linh kiện và nêu ra sơ đồ giả thuật lập trình

3.1 CHỌN LỰA BỘ BIẾN ĐỔI DC –DC.

Do nội dung đề tài yêu cầu nguồn điện DC đầu vào nằm trong khoảng 15 – 60 V sạc cho bình acquy 12V nên ta chọn bộ biến đổi giảm áp hay còn gọi là mạch Buck conventer:

Với điện áp thay đổi , dòng điện thay dổi thỳ muốn sạc cho acquy theo đúng từng giai đoạn thỳ taphải điều chỉnh hệ số D(Duty: hệ số đóng cắt của công tắc) để được điện áp , dòng điện theo mong muốn

Sơ đồ nguyên lí mạch như sau:

- Khi khóa van đóng điện áp ngõ vào đặt lên điện cảm làm dòng điện trong điệncảm tăng dần theo thời gian.

Hình 3.2: nguyên lí mạch khi khóa van đóng

- Khi khóa van mở dòng điện tích trữ trong cuộn cảm và tụ điện C sẽ nuôi tải

Hình 3.3: Nguyên lí mạch khi khóa van mở

Hình 3.4: Sơ đồ dòng điện và điện áp ra ở chế độ liên tục.

Mạch Buck conventer có chức năng giảm áp tăng dòng ra của mạch theo công thức

D là hệ số duty của xung PWM

 là hiệu suất của mạch

3.1.2 TÍnh toán các thông số của mạch

 Các thông số kĩ thuật

Điện áp đầu vào: 10 – 60 V

Dòng điện ra : 6 A

Điện áp ra : 12 – 16 V

Tần số đóng ngắt : 20 KHZ

 Tính toán chọn linh kiện

12 0.857 14

Vin

Chọn Dmin= 0.1

 Tính toán chon mosfet

Ta có : áp vào cao nhất là 60 v , dong ra cao nhất là 8A , tần số 20Khz

8

8 0.3 9.2

Irip Isw Iout max      A

Chọn mosfet IRFN540N : 100 V - 35 A

Hình 3.5 : Mosfet IRF540

 Tính toán chọn diode

Dòng max của diode là : Id = Iout max (1-D)= 8 x (1-0.2) = 8.8 A

Chọn diode IN5408 MIC : Id max = 15A