Nghiên cứu chuyển đổi ô tô tải nhẹ towner 800 sang sử dụng năng lượng điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HỒ TRẦN NGỌC ANH C C R L T DU NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI Ô TÔ TẢI NHẸ TOWNER 800 SANG SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HỒ TRẦN NGỌC ANH NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI Ô TÔ TẢI NHẸ TOWNER 800 SANG SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG ĐIỆN C C R L T DU Chuyên ngành : Kỹ thuật khí động lực Mã số : 85.20.11.6 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM QUỐC THÁI Đà Nẵng – Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Mọi kết nghiên cứu ý tưởng tác giả khác có trích dẫn đầy đủ Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Luận văn chưa bảo vệ hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ toàn quốc nước chưa công bố phương tiện thơng tin Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm mà tơi cam đoan Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên C C R L T Hồ Trần Ngọc Anh DU NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI Ô TÔ TẢI NHẸ TOWNER 800 SANG SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Học viên: Hồ Trần Ngọc Anh Mã số: 85.20.11.6 Khóa: K36 Trƣờng Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Nghiên cứu chuyển đổi ô tô tải nhẹ Towner 800 sang sử dụng lƣợng điện Ơ tơ ngun sử dụng động xăng, sau chuyển đổi sử dụng động điện không đồng ba pha với nguồn điện chiều từ pin LiFePO4 Hệ thống sử dụng điều khiển động điện để điều khiển biến tần nhằm thay đổi tốc độ, momen động điện Mô điều khiển xe điện phần mềm Matlab-Simulink Ơ tơ sau chuyển đổi đƣợc sử dụng để thu gom rác phạm vi khu vực nhỏ nhằm phục vụ dự án tái tạo rác thải khép kín Nghiên cứu góp phần làm sở để thiết kế, chuyển đổi ô tô truyền thống thành tơ điện Việt Nam Từ khóa: xe điện, chuyển đổi thành ô tô điện, mô ô tô điện, động không đồng bộ, biến tần C C ABSTRACT RESEARCH ON CONVERTING TOWNER 800 LIGHT TRUCK TO USE ELECTRIC POWER Abstract: Research on converting Towner 800 light truck to use electric power Original car use gasoline engine, after conversion using asynchronous three-phase electric motor with DC power from LiFePO4 battery The system uses an electric motor controller to control the inverter to change the speed and torque of the electric motor Simulating control unit by Matlab-Simulink software The converted car is used to collect garbage in a small area to serve the closed waste recycling project This research contributes to the basics for designing and converting traditional cars into electric cars in Vietnam Key words: electric vehicle, converted into electric car, electric vehicle simulation, asynchronous motor, inverter DU R L T MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TĨM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài 1.2 Tình hình nhiễm khơng khí 1.2.1 Ơ nhiễm khơng khí 1.2.2 Các nguồn gây nhiễm khơng khí C C 1.2.2.1 Nguồn tự nhiên R L T 1.2.2.2 Nguồn nhân tạo 1.2.3 Thành phần khí thải động tác hại nhiễm khí thải gây DU 1.2.3.1 Thành phần khí thải động 1.2.3.2 Những tác hại nhiễm khí thải gây 1.3 Tình hình phát triển xe ngồi nƣớc 11 1.3.1 Hoàn thiện động Diesel 11 1.3.2 Hoàn thiện động xăng 13 1.3.3 Ơ tơ sử dụng lƣợng thay 14 1.3.3.1 Nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG 14 1.3.3.2 Khí thiên nhiên nén (compressed natural gas - CNG) 15 1.3.3.3 Ơ tơ sử dụng lƣợng hoàn toàn điện 16 1.3.3.4 Ơ tơ hybrid 17 1.3.3.5 Ơ tơ chạy lƣợng mặt trời 17 1.4 Tổng quan xe điện 18 1.4.1 Giới thiệu chung 18 1.4.2 Nhu cầu sử dụng xe điện đời sống 18 1.4.2.1 Phƣơng tiện cá nhân 19 1.4.2.2 Các phƣơng tiện công cộng 20 1.4.2.3 Các phƣơng tiện dùng chuyên biệt 21 1.4.2.4 Các loại phƣơng tiện dùng lĩnh vực chuyên dùng 22 1.4.3 Hệ thống điện điều khiển xe điện 22 1.4.3.1 Nguyên lý điều khiển 22 1.4.3.2 Các phận hệ thống điện điều khiển 23 1.5 Một số dự án chuyển đổi ô tô truyền thống sang sử dụng lƣợng điện 24 CHƢƠNG 2- PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN XE CHUYỂN ĐỔI VÀ TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 28 2.1 Phân tích, lựa chọn xe chuyển đổi 28 2.2 Phân tích, chọn cấu hình xe điện 30 2.3 Tính chọn động điện 31 2.3.1 Lựa chọn loại động điện 32 2.3.1.1 Động chiều có chổi than .32 C C 2.3.1.2 Động chiều không chổi than (BLDC) 33 R L T 2.3.1.3 Động đồng nam châm vĩnh cửa (PMSM) .33 2.3.1.4 Động không đồng ba pha 33 DU 2.3.1.5 Giới thiệu động không đồng ba pha .34 2.4 Tính chọn động điện 36 3.1 Cấu hình hệ thống điều khiển 41 3.2 Bộ điều khiển xe điện 42 3.2.1 Công dụng 42 3.2.2 Phân tích, lựa chọn mạch động lực điều khiển động 42 3.2.3 Bộ biến tần 42 3.2.3.1 Công dụng 42 3.2.3.2 Cấu tạo 43 3.2.3.3 Phân loại 44 3.2.3.4 Mạch nghịch lƣu áp pha 44 3.2.3.5 Bộ điều khiển biến tần 48 3.3 Chọn điều khiển xe điện 52 Chƣơng 4- THIẾT KẾ NGUỒN CUNG CẤP NĂNG LƢỢNG 53 4.1 Các nguồn cung cấp lƣợng xe điện 53 4.1.1 Pin điện hóa 53 4.1.1.1 Ắc quy chì – axit 53 4.1.1.2 Pin Nickel Cadmium (Ni – Cd) 53 4.1.1.3 Pin Nickel Metal Hydride (Ni – MH) 54 4.1.1.4 Pin Lithium Ion (Li – Ion) 55 4.1.1.5 Pin Lithium Polymer (Li – Po) 55 4.1.2 Pin nhiên liệu (Fuel cell) .56 4.1.3 Siêu tụ điện 57 4.2 Lựa chọn nguồn cung cấp lƣợng cho xe điện 57 4.2.1 Yêu cầu 57 4.2.2 Phân tích lựa chọn 58 4.2.3 Cấu tạo pin Li - Ion 59 4.3 Tính chọn nguồn pin 61 Chƣơng 5- MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK 64 C C R L T 5.1 Công cụ mô Matlab Simulink 64 5.2 Xây dựng mơ hình điều khiển Matlab Simulink 65 DU 5.3 Kết mô 67 KẾT LUẬN 69 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Nguồn khí thải cháy rừng Hình 1.2 Nguồn khí thải từ tơ Hình 1.3 Ơ nhiễm môi trường gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người Hình 1.4 Dị thường nhiệt độ mặt đất trung bình thời gian 199 –2008 so với 19401980 10 Hình 1.5 Xu hướng phát triển ô tô 11 Hình 1.6 Mẫu xe Mercedes-Benz E320 CDI Bluetec 12 Hình 1.7 Động Skyactiv Mazda 13 Hình 1.8 Xe buýt sử dụng nhiên liệu LPG .14 Hình 1.9 Xe taxi chạy LPG hãng taxi Cửu Long 15 Hình 1.10 Xe buýt chạy CNG Thành phố Hồ Chí Minh .15 Hình 1.11 Mẫu xe điện Tesla model S 16 Hình 1.12 Toyota Prius, mẫu xe hybrid bán chạy giới 17 Hình 1.13 Mẫu xe Immortus nghiên cứu phát triển 18 Hình 1.14 Ơ tơ điện hãng Nissan .19 Hình 1.15 Ơ tơ điện sử dụng Chicago .19 Hình 1.16 Xe đạp điện Vinfast sản xuất 19 Hình 1.17 Tàu điện tự hành tốc độ cao tuyến Paris – Lyon .20 Hình 1.18 Tàu điện ngầm tiện dụng Pháp 20 C C R L T DU Hình 1.19 Xe điện hãng Mai Linh Đà Lạt 21 Hình 1.20 Xe điện sử dụng sân golf 21 Hình 1.21 Hệ thống điện điều khiển ô tô điện đại 22 Hình 1.22 Xe 1996 Ford Escort LX Wagon dùng chuyển đổi sang xe điện .24 Hình 1.23 Khoang máy sau chuyển đổi nhìn từ phía trước 25 Hình 1.24 Xe Mazda RX-7 đời 1986 sử dụng để chuyển đổi .26 Hình 1.25 Động điện sử dụng cho xe điện chuyển đổi 26 Hình 1.26 Khối pin đặt khoang hành lý phía sau 26 Hình 1.27 Bố trí phận khoang máy phía trước .27 Hình 2.1 Xe tải Thaco Towner 800 28 Hình 2-2 Cấu hình loại tô điện 30 Hình 2.3 Cấu hình xe điện sau chuyển đổi 31 Hình 2.4 Stato động khơng đồng 34 Hình 2.5 Roto kiểu dây quấn .35 Hình 2.6 Roto lồng sóc .36 Hình 2.7 Quá trình tạo momen động khơng đồng .36 Hình 2.8 Các lực tác dụng lên ô tô lên dốc .37 Hình 2.9 Động AMV 712 39 Hình 2.10 Đồ thị đặc tính động AMV 712 39 Hình 2.11 Bố trí động điện xe chuyển đổi .40 Hình 2.12 Thơng số kỹ thuật mặt lắp ghép 40 Hình 3.1 Cấu hình hệ thống điều khiển xe điện 41 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc biến tần 44 Hình 3.3 Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp pha 45 Hình 3.4 Các trạng thái đóng mở van cơng tắc 46 Hình 3.5 Đồ thị hiệu điện theo thời gian 47 Hình 3.6 Mạch động lực điều khiển động xe điện thiết kế .48 Hình 3.7 Sơ đồ khối điều khiển biến tần phương pháp điều biến độ rộng xung PWM 48 Hình 3.8 Nguyên lý so sánh tín hiệu đầu vào tín hiệu PWM đầu .49 Hình 3.9 Dạng sóng điện áp ngõ 50 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý điều khiển biến tần 51 Hình 3.11 Bộ điều khiển xe điện Letrika AEK1350 H48V 400A TS .52 C C R L T DU Hình 3.12 Bố trí điều khiển xe chuyển đổi .52 Hình 4.1 Các nguồn lưu trữ lượng sử dụng xe điện 53 Hình 4.2 Pin Nickel – Cadmium 54 Hình 4.3 Pin Ni – MH 54 Hình 4.4 Pin Li – Ion 56 Hình 4.5 Pin Li – Po 56 Hình 4.6 Siêu tụ 57 Hình 4.7 Mật độ lượng loại nguồn lượng dùng xe điện 58 Hình 4.8 Đặc điểm loại pin Lithium ion .59 Hình 4.9 Cấu tạo pin Li- Ion .60 Hình 4.10 Diễn biến trình nạp xả pin Li- Ion 61 Hình 4.11 Pin LiFePO4 48V 400Ah.của hãng HW 62 Hình 4.12 Bộ sạc pin ECPC-HW-6600-Watts 63 Hình 4.13 Bố trí pin sạc xe chuyển đổi .63 Hình 5.1 Mơ hình điều khiển xe điện 65 Hình 5.2 Mơ hình mạch nghịch lưu 66 Hình 5.3 Mơ hình mạch điều khiển biến tần .67 Hình 5.4 Kết mơ cường độ dịng điện pha Stato 68 Hình 5.5 Kết mô hiệu điện dây UAB 68 Hình 5.6 Kết mô hiệu điện dây UBC 68 Hình 5.7 Kết mơ hiệu điện dây UCA 68 Hình 5.8 Kết mơ xung PWM 1, PWM 3, PWM .68 C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... ? ?Nghiên cứu chuyển đổi ô tô tải nhẹ Towner 800 sang sử dụng lƣợng điện? ?? có ý nghĩa khoa học thực tiễn nhƣ sau: - Xe ô tô điện tải nhẹ vận hành đơn giản, tiết kiệm lƣợng, không gây ô nhiễm môi... phục vụ vận tải hàng hóa II Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài nghiên cứu tổng quan xe điện nội dung nghiên cứu chuyển đổi ô tô tải nhẹ Towner 800 sang sử dụng lƣợng điện III Đối... chuyển đổi ô tô tải nhẹ Towner 800 sang sử dụng lƣợng điện Ơ tơ ngun sử dụng động xăng, sau chuyển đổi sử dụng động điện không đồng ba pha với nguồn điện chiều từ pin LiFePO4 Hệ thống sử dụng điều