Nghiên cứu chuyển đổi xe sử dụng năng lượng truyền thống thành xe điện sử dụng năng lượng mặt trời

Đề tài nhằm mục đích khảo sát thiết kế để chuyển đổi xe Thaco Towner chạy bằng nhiên liệu xăng thành một xe chạy hoàn toàn bằng điện và thiết kế mạch nạp từ hệ thống pin năng lượng mặt trời cho hệ thống lưu trữ trên cơ sở lý thuyết Nội dung gồm Tổng quan về ô tô điện cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI XE SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRUYỀN THỐNG THÀNH XE ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Sinh viên thực hiện: VÕ XUÂN HUY Đà Nẵng – Năm 2018 TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi xe sử dụng lượng truyền thống thành xe điện sử dụng lượng mặt trời Sinh viên thực hiện: Võ Xuân Huy Số thẻ SV: 103130132 Lớp: 13C4B Chương TỔNG QUAN VỀ Ô TƠ ĐIỆN Giới thiệu tổng quan tơ điện , xu hướng , lịch sử phát triển số mẫu xe điện phát triền gần giới Việt Nam Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giới thiệu chung hệ thống pin lượng mặt trời, trình bày đặc tính phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Cấu tạo, đặc tính phóng nạp phương pháp nạp điện cho acquy Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ Phân tích phương án lựa chọn, tính tốn chọn phận cần thiết cho thiết kế Thiết kế mạch nạp cho ắc quy từ pin lượng mặt trời tính tốn mạch chỉnh lưu từ điện lưới cho ắc quy KÊT LUẬN Kết luận chung, khẳng định kết đạt được, đóng góp đề tài Những hạn chế chưa đạt đề tài hướng phát triển đề tài tương lai ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Võ Xuân Huy Số thẻ sinh viên: 103130132 Lớp:13C4B Khoa:Cơ khí Giao thơng Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu chuyển đổi xe sử dụng lượng truyền thống thành xe điện sử dụng lượng mặt trời Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Các số liệu catalog xe Thaco Towner 990A, tài liệu tham khảo học trường Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương Tổng quan tơ điện 1.1 Xu hướng phát triển ô tô giới 1.2 Lịch sử phát triển ô tô điện giới 1.3 Nhu cầu sử dụng ô tô điện 1.4 Một số mẫu xe điện phát triển gần giới Chương Cơ sở lý thuyết 2.1 Hệ thống pin lượng mặt trời 2.2 Đơng điện chiều 2.3 Hệ thống tích trữ điện Chương Tính tốn thiết kế 3.1 Phân tích phương án lựa chọn 3.2 Tính tốn lựa chọn phận cần thiết cho việc thiết kế 3.3 Thiết kế mạch nạp cho acquy Kêt luận Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): Bảng vẽ sơ đồ hệ thống Bảng vẽ tổng thể xe Thaco Towner 990A Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch Cuk converter Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch kích IGBT Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp áp ngõ vào Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp áp ngõ (1 A3) (1 A3) (1 A3) (1 A3) (1 A3) (1 A3) Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp dòng ngõ vào (1 A3) Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp dòng ngõ Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5V (1 A3) (1 A3) 10 Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 12V 11 Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ± 15V (1 A3) (1 A3) Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung: TS PHẠM QUỐC THÁI Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: 29/1/2018 27/5/2018 Trưởng Bộ môn Kỹ thuật ô tô máy động lực Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Người hướng dẫn LỜI NÓI ĐẦU Sau thời gian năm học trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, dạy bảo hướng dẫn tận tình Thầy giáo, em tiếp thu kiến thức mà thầy cô truyền đạt Mỗi sinh viên cần phải qua đợt tìm hiểu thực tế để kiểm tra bổ sung thêm kiến thức học Do q trình thực tập tốt nghiệp làm đồ án tốt nghiệp điều cần thiết sinh viên, khơng giúp cho sinh viên tiếp xúc làm quen với chi tiết, hệ thống học lý thuyết mà giúp cho ta biết phải giải vấn đề kỹ thuật có liên quan đến Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa, cơng nghiệp tơ ngành cơng nghiệp quan trọng hàng đầu mà Nhà nước ta đặc biệt quan tâm trọng phát triển để góp phần vào việc xây dựng bảo vệ đất nước Tuy nhiên quy định gắt gao tiêu chuẩn khí thải Euro Các nhà phát triển tơ ngày không ngừng tâm phát triển ô tô hạn chế phát thải gây ô nhiễm môi trường cách sử dụng nguồn nhiên liệu thiên nhiên thay dần cho xăng dầu, ứng dụng lượng mặt trời công nghệ phát triển ô tô xu hàng đầu Ý thức điều đó, sinh viên ngành khí động lực khoa Cơ khí giao thơng ln cố gắng phấn đấu nhiều để có khối kiến thức thật vững cho nhu cầu qua đề tài “Nghiên cứu chuyển đổi ô tô sử dụng lượng truyền thống thành xe điện sử dụng lượng mặt trời.” Do kiến thức nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo cịn thiếu sót điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp em khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong Thầy cô giáo môn bảo để đồ án em hoàn thiện Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy giáo hướng dẫn“T.S Phạm Quốc Thái” tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đề tài Và em xin gởi lời cảm ơn đến Thầy cô giáo khoa Cơ khí Giao thơng bạn sinh viên lớp 13C4B giúp em hoàn thành đề tài Đà Nẵng, ngày 25 tháng năm 2018 Sinh viên Võ Xuân Huy i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung đồ án thực hướng dẫn trực tiếp thầy T.S Phạm Quốc Thái Mọi tham khảo dùng đồ án trích dẫn rõ ràng tên tác giả, thời gian, địa điểm Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Sinh viên thực Võ Xuân Huy ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN ii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vi DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN 1.1 Xu hướng phát triển ô tô giới .2 1.1.1 Hoàn thiện động diezel .2 1.1.2 Hoàn thiện động đánh lửa cưỡng 1.1.3 Động sử dụng nhiên liệu khí 1.1.3.1 Ơ tơ sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG 1.1.3.2 Ơ tơ chạy khí thiên nhiên 1.1.3.3 Nhiên liệu DME 1.1.4 Ơ tơ chạy điện 1.1.5 Ơ tơ chạy pin nhiên liệu 1.1.6 Ơ tơ chạy lượng mặt trời 1.1.7 Ơ tơ hybrid .7 1.2 Lịch sử phát triển ô tô điện giới 1.3 Nhu cầu sử dụng ô tô điện 1.4 Một số mẫu xe điện phát triển gần giới .10 1.4.1 Chevrolet Volt 10 1.4.2 Nissan Leaf 11 1.4.3 Focus Electric 12 1.4.4 Mercedes-Benz SLS AMG E-Cell 12 1.4.5 Audi R8 e-tron 14 1.5 Xe điện Việt Nam 14 1.5.1 Xe điện mini buýt điện hãng Mai Linh 15 1.5.2 Xe mini buýt điện Hà Nội 16 1.5.3 Xe điện Việt Nam chế tạo 16 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1 Hệ thống pin lượng mặt trời 17 iii 2.1.1 Cấu tạo 17 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 19 2.2 Đông điện chiều 21 2.2.1 Tổng quan động điện chiều .21 2.2.1.1.Cấu tạo động điện chiều 21 2.2.1.2 Nguyên lý làm việc động điện chiều 22 2.2.1.3 Phân loại động điện chiều 23 2.2.2 Khái quát động điện chiều 23 2.2.2.1 Đặc tính động điện chiều 23 2.2.2.2 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều 25 2.2.2.3 Các biến đổi để điều chỉnh phần ứng động .29 2.2.3 Hệ truyền động ( T-Đ) 34 2.2.3.1 Nguyên lý điều khiển động điện chiều 35 2.2.3.2 Các chế độ làm việc 35 2.2.3.3 Đặc tính hệ thống 35 2.3 Hệ thống tích trữ điện 36 2.3.1 Tổng quát chung cấu tạo nguyên lý làm việc acqui 36 2.3.1.1 Cấu tạo bình acqui axit ( acqui chì ) 37 2.3.1.2 Q trình biến đổi hố học acquy axit 40 2.3.1.3 Các đặc tính acquy axit .41 2.3.2 Các phương pháp nạp điện cho acquy 44 2.3.2.1 Phương pháp nạp acquy với dịng nạp khơng đổi 44 2.3.2.2 Phương pháp nạp acquy với điện áp nạp không thay đổi .45 2.3.2.3 Phương pháp nạp dòng - áp .45 Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ 47 3.1 Phân tích phương án lựa chọn 47 3.1.1 Sơ đồ cấu hình xe điện 47 3.1.2 Sơ đồ mạch nạp acquy từ pin lượng mặt trời .47 3.2 Tính tốn lựa chọn phận cần thiết cho việc thiết kế 48 3.2.1 Chọn xe thiết kế 48 3.2.2 Chọn động điện điều khiển động .50 3.2.2.1 Tính chọn động điện 50 3.2.2.2 Chọn động điện 55 3.2.3 Tính chọn acquy 56 3.2.4 Tính chọn Pin mặt trời .58 3.2.5 Tính tốn máy biến áp hệ thống sạc từ điện lưới sạc cho acquy lithium 60 iv 3.2.5.1 Thông số đầu cần thiết kế 60 3.2.5.2 Phân tích lựa chọn sơ đồ thiết kế .61 3.2.5.3 Tính chọn van Tyristor .62 3.2.5.4 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu 63 3.2.5.5 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 69 3.3 Thiết kế mạch nạp cho acquy 71 3.3.1 Mạch điều khiển 71 3.3.2 Mạch Cuk conveter 73 3.3.3 Các mạch hồi tiếp dòng áp 74 3.3.3.1 Mạch hồi tiếp áp ngõ vào 74 3.3.3.2 Mạch hồi tiếp áp ngõ 75 3.3.3.3 Mạch hồi tiếp dòng ngõ vào .75 3.3.3.4 Mạch hồi tiếp dòng ngõ .76 3.3.3.5 Các mạch nguồn 77 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC v DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ BẢNG 3.1 Thơng số kỹ thuật xe BẢNG 3.2 Bảng so sánh động điện BẢNG 3.3 Bảng đặc tính ngồi động BẢNG 3.4 Thông số tiêu thụ phụ tải xe HÌNH 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống CRDI HÌNH 1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp nhiên liệu xong xong Xăng –PLG xe TOYOTA INNOVA HÌNH 1.3 Tốc độ gia tăng ô tô sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên giới HÌNH 1.4 Xu hướng phát triển ơtơ HÌNH 2.1 Một cell pin mặt trời HÌNH 2.2 Các loại cấu trúc tinh thể pin mặt trời HÌNH 2.3 Q trình tạo panel pin mặt trời HÌNH 2.4 Các vùng lượng HÌNH 2.5 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời HÌNH 2.6 Sơ đồ nối dây động HÌNH 2.7 Đồ thị đặc tính tự nhiên HÌNH 2.8 Đặc tính động thay đổi điện trở phụ HÌNH 2.9 Đặc tính động giảm từ thơng HÌNH 2.10 Đặc tính động thay đổi điện áp HÌNH 2.11 Sơ đồ ngun lý hệ thống F-D HÌNH 2.12 Đặc tính hệ F-D HÌNH 2.13 Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL-D HÌNH 2.14 Đặc tính hệ CL-Đ HÌNH 2.15 Sơ đồ nguyên lý băm áp động HÌNH 2.16 Đặc tính hệ thống với dịng liên tục HÌNH 2.17 Cấu tạo acquy chì HÌNH 2.18 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng dung dịch điện phân đến điện trở sức điện động HÌNH 2.19 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp acquy nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian HÌNH 2.11 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp acquy nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian trị số dịng điện nạp const HÌNH 3.1 Sơ đồ cầu hình thiết kế xe điện vi Thế số vào công thức (3.31) ta được: ∆Ux= 0, 67.490,1 = 313, [V]  Sụt áp máy biến áp ∆UBA= U 2r + U 2x = 5,882 + 313,7 = 313,8 [V] Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: = Trong : U d I d S (3.32) + Ud: hiệu điện acquy , đề cho Ud=96 [V] + Id : Dịng điện định mức, tính Id=490,1 [A] + S: công suất biểu kiến máy biên áp, tính S= 49411,76 [VA] Thế số vào cơng thức (3.32) ta được: = 96.490,1 = 0,95 = 95% 49411, 76 3.2.5.5 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực a Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn Khi làm việc với dòng điện chạy qua van có sụt áp, có tổn hao công suất P , tổn hao sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn phép làm việc nhiệt độ cho phép Tcp đó, nhiệt độ cho phép van bán dẫn bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an tồn, khơng bị chọc thủng nhiệt, ta phải chọn thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lý + Tính tốn cánh tản nhiệt + Tổn thất công suất Diot theo [5] : P = U I lv = 2,52.490,1 = 1235,05 [W] + Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: Sm = Trong đó: P k m  (3.32) + P - tổn hao công suất (W) + τ - độ chênh lệch so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 30oC Nhiệt độ làm việc cho phép Diot Tcp = 125oC Chọn nhiệt độ cánh tỏa nhiệt Tlv =90oC, theo [5] ta có : τ = Tlv - Tmt = 60oC Km hệ số tỏa nhiệt đối lưu xạ Theo [5] Chọn Km =10 [W/m2.oC] Vậy ta tính Sm = 1235, 05 = 2, 05 [m2] 10.60 Chọn loại cánh tỏa nhiệt có 10 cánh, kích thước cánh axb= 10x10 [cmxcm] Tổng diện tích tỏa nhiệt cánh S = 10.2.10.10= 2000 [cm2] 69 b Bảo vệ điện áp cho van Bảo vệ điên áp trình đóng ngắt Diot thực cách mắc R-C song song với Diot Khi có chuyển mạch điện tích tích tụ lớp bán dẫn phóng ngồi tạo dịng điện ngược khoảng thời gian ngắn, biến thiên nhanh chóng dịng điện ngược gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điên áp Anod catod Diot Khi có mạch R-C mắc song song với Diot tạo mạch vịng phóng điện tích q trình chuyển mạch nên Diot khơng bị điện áp Hình3.17 Mạch R-C bảo vệ điện áp chuyển mạch Theo kinh nghiệm thực tế điện trở R = (5÷30)  ; C = (0,25÷4)  F Chọn theo bảng tài liệu [5] R= 5,1  ; C= 0,21  F + Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện mắc mạch R-C nhờ có mạch lọc mà đỉnh xung gần nằm lại hoàn toàn điện trở đường dây Trị số RC chọn theo tài liệu [5] R2 = 12,5  , C2 =  F + Để bảo vệ van cắt đột ngột biến áp non tải, người ta mắc mạch R-C đầu mạch chỉnh lưu cầu pha phụ điot công suất bé c Tính tốn tụ lọc Bộ lọc đơn giãn có tụ điện C đấu song song với tải Trị số điện dung C tính gần dựa theo biểu thức: C= Trong đó: [F ] mdm .Rd kdmr (3.33) +mdm =6là hệ số đập mạch(đối với chỉnh lưu cầu ba pha có giá trị 6) +ɷ tốc độ biến thiên dòng điện ɷ= 314 + Rd điện trở tải +Kdmr hệ số đập mạch tương đối phụ thuộc vào góc điều khiển, với chỉnh lưu diot góc α=0, tra theo đồ thị 1.13 [5] ta có Kdmr = 0,06 70 3.3 Thiết kế mạch nạp cho acquy Nguồn lượng pin mặt trời Cuk converter Mạch đo dòng, áp ngõ vào Mạch điều khiển Battery Mạch đo dịng, áp ngõ Hình 3.18 Sơ đồ khối mạch điện Từ sơ đồ khối ta xác định mạch điện cần có gồm mạch sau: 3.3.1 Mạch điều khiển Vi điều khiển ta sử dụng mạch điều khiển PIC 18F8722 (datasheet trình bày phần phụ lục) Từ sơ đồ chân hình 3.19 sơ đồ nguyên lý hình 3.20 ta có chân Pic sử dụng: + Các chân nhận giá trị hồi tiếp dòng áp chân analog AN5, AN6, AN7, AN8 Trong đó: + AN5 (chân 24): đo áp ngõ vào (VOL_CELL) AN6 (chân 23): đo áp ngõ (VOL_BATT) + AN7 (chân 18): đo dòng ngõ vào (CURRENT_CELL) AN8 (chân 17): đo dòng ngõ (CURRENT_BATT) + Port G gồm chân RG0, RG1, RG2, RG3, RG4, RG5, GND Vcc nối với Jack cắm J34 chân digital I/O sử dụng làm port điều khiển + Trong chân RG3, RG4 (chân 10) dùng để kích Mosfet mạch Cuk (PWM_CHARGE PWM_MPPT) Jack cắm J37 jack giao tiếp với mạch nạp chương trình cho PIC từ máy tính Jack nối với chân PGC (52), PGD (47), chân Reset (9), GND chân Vcc TX1 (37) RX1 (38) chân giao tiếp với máy tính qua MAX232 Chân INT0 (58) INT1 (57) mắc với chân tín hiệu áp dòng ngõ từ mạch hồi tiếp 71 Hai chân Vref+ (27) Vref- (28) sử dụng để chỉnh điện áp chuẩn cho ADC đọc giá trị dịng áp hồi tiếp Hình 3.19 Sơ đồ chân PIC 18F8722 U2 49 50 33 34 27 28 29 30 VREF+ VREF+ OVER_VOL_BATT OVER_CURRENT_BATT 58 57 56 55 54 53 52 47 J2 5V PGC PGD 36 35 43 44 45 46 37 38 RESET CON5 TX1 RX2 72 69 68 67 66 65 64 63 R1 25 12 32 71 48 5V R C1 C 26 70 31 51 11 OSC1/CLKI/R67 0SC2/CLKO/RA6 HLVDIN/AN4/RA5 TOCKI/RA4 RA3/AN3/VREF+ RA2/AN2/VREFRA1 / AN1 RA0 / AN0 RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RJ0 / ALE RJ1 / *0E RJ2 / *WRL RJ3 /* WRH RJ4 / BAO RJ5 / *CE RJ6 / *LB RJ7 / *UB / INT0 / INT1 / INT2 / INT3 / ECCP2 / P2A / KBI0 / KBI1 / PGM / PGC / KBI3 / PGD RC0 / T1OSO / T13CKI RC1 / T1OSI / ECCP2 / P2A RC2 / ECCP1 / P1A RC3 / SCK1 / SCL1 RC4 / SDI1 / SDA1 RC5/ SDO1 RC6 / TX1 / CK1 RC7 / RX1 / DT1 RD0 RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7 / / / / / / / / AVDD VDD VDD VDD VDD VASS VSS VSS VSS VSS AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 / / / / / / / / PSP0 PSP1 PSP2 PSP3 PSP4 PSP5 PSP6 PSP7 / / / / RH0 / A16 RH1 / A17 RH2 / A18 RH3 / A19 RH4 / AN12 / PC3 RH5 / AN13 / P3B RH6/AN14/P1C RH7/AN15/P1B RF0/AN4 RF1/AN5 RF2/AN6 RF3/AN7 RF4/AN8 RF5/AN9 RF6/AN10 RF7/AN11 62 61 60 59 39 40 41 42 79 80 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 J1 10 RG4 / CCP5 / P1D RG5 / *MCLR / VPP RG3 / CCP4 / P3D RG2 / RX2 SDO2 RG1 / TX2 / CK2 SDI2 / SDA2 RG0/ECCP3/P3A SCK2 / SCL2 29 *SS2 RG7/TX2/CK2 RF0 / AN5 RF1 / AN6 / C2OUT RF2 / AN7 / C1OUT RF3 / AN8 RF4 / AN9 RF5 / AN10 / CVREF RF6/AN11 RF7/*SS1 RE7 / AD15 / ECCP2 / P2A RE6 / AD14 / P1B RE5 /AD13 / P1C RE4 / AD12 / P3B RE3 / AD11 / P3C RE2 / AD10 / *CS / P2B RE1 / AD9 / *WR / P2C RE0 / AD8 / *RD / P2D 24 23 18 17 16 15 14 13 VOL_CELL VOL_BATT CURRENT_CELL CURRENT_BATT VCC CON8 73 74 75 76 77 78 PIC18F8722 Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 72 Mạch điều khiển giao tiếp với máy tính qua cổng COM thực thông qua IC MAX232 MAX232 chuyển mức logic từ TTL sang RS232 ngược lại Cổng COM sử dụng mạch cổng DP9 Hình 3.21 Sơ đồ chân MAX232 3.3.2 Mạch Cuk conveter LO J2 C1 L1 F1 L2 F2 FUSE J4 FUSE 100U/100V Q2 CON3 D1 CON2 D2 DIODE G-FET C2 SOLAR CELL J3 DIODE C J6 CON2 CON2 CURRENT SENSOR IN Hình 3.22 Sơ đồ nguyên lý mạch Cuk converter Thông số linh kiện mạch: Q1 sử dụng mạch IGBT: FGA25N120 ANTD Hình 3.23 Sơ đồ chân FGA25N120 ANTD 12V 12V 14 14 +VF2 -VF2 VO2 HCPL-2231 F HEF40106BP 14 U2A R2 VO1 F G_FET R HEF40106BP U2A 14 F F HEF40106BP U2A F HEF40106BP 14 U2A 10 11 F HEF40106BP 14 U2A 13 12 HEF40106BP +VF1 -VF1 CON2 U2A U3 R VDD R1 GND J1 F Hình 3.24 Sơ đồ nguyên lý mạch kích IGBT 73 Tín hiệu kích đưa từ chân PWM_CHARGE vi điều khiển qua mạch kích qua jack cắm J5 Hình 3.25 Sơ đồ chân HCPL 2231 HCPL 2231 Opto dùng để cách ly tín hiệu kích đưa từ PIC xuống điện áp dùng để kích IGBT HCPL 2231 gồm Opto mạch ta cần cách ly tín hiệu PWM_CHARGE nên cần sử dụng Opto1 gồm: chân nhận tín PWM_CHARGE, chân nối với GND PIC, ngõ chân hiệu Hình 3.26 Sơ đồ chân HEF40106BP HEF40106BP có đệm đảo, mạch cần đệm cho tín hiệu từ chân số cách ly HCPL 2231 nên ta sử dụng chân 2, chân đệm đảo Vì tín hiệu bị đảo nên ta dùng lại để đảo lại đệm tạo thành tín hiệu kích cho IGBT 3.3.3 Các mạch hồi tiếp dòng áp 3.3.3.1 Mạch hồi tiếp áp ngõ vào Hình 3.27 Sơ đồ chân OP07 -15V U1 R4 - VOL_CELL OP-07 J1 + R R1 + + C1 R2 RESISTOR VAR CON2 C2 SOLAR CELL +15V F F F Hình 3.28 Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp áp ngõ vào 74 3.3.3.2 Mạch hồi tiếp áp ngõ Hình 3.29 Sơ đồ chân LM393 LM393 opamp so sánh bao gồm so sánh hoạt động độc lập Có thể hoạt động với nguồn đơn đôi R10 -15V R -15V U56 8 U57 - + + R + VOL_BATT R1 OP-07 - R5 OP-07 100K J1 R3 R R12 RESISTOR VAR C2 F R4 R -15V CON2 C1 -15V F F R6 R - OVER_VOL_BATT F 5V R7 R + R9 LM393 U55B R + R8 R C3 C F Hình 3.30 Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp áp ngõ Cũng tương tự mạch hồi tiếp áp ngõ vào, mạch hồi tiếp áp ngõ sử dụng Op-Amp OP07 làm mạch khuếch đại Khác với mạch hình 3.29, tín hiệu ngõ Op-Amp thứ khuếch đại thêm 10 lần qua Op-Amp thứ hai, Op- Amp thứ hai mạch nhân Ngồi cịn có mạch phát áp Tín hiệu Op-Amp thứ hai đưa vào Op-Amp LM393 thiết kế so sánh Điện áp chuẩn đặt chân V+ điều chỉnh biến trở RV11 Khi áp vào vượt điện áp chuẩn, mạch xuất tín hiệu OVER_VOL_BATT vi điều khiển 3.3.3.3 Mạch hồi tiếp dòng ngõ vào Hình 3.31 Cảm biến dịng LTS25-NP 75 5V +15V R1 U3 R3 - R4 OP-07 + +15V U5 R2 U4 TL431 R6 - CURREN_CELL + + C1 R7 + C2 +15V OP-07 J5 F J3 R 5V F +15V CON2 R8 R CON2 F IN1 IN4 IN2 J4 IN3 F +5V IN5 1U IN6 LTS25-NP C3 J2 CON2 U7 + OV CON2 F OUT Hình 3.32 Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp dòng ngõ vào Dòng điện từ pin mặt trời vào mạch Cuk qua cảm biến dòng LTS25-NP, cảm biến dòng xuất điện áp chân OUT (7) Trong mạch dùng cách để đưa giá trị áp Vd ADC: - Đưa trực tiếp Vd PIC ta hở mạch J3, J5 ngắn mạch J30 - Ngược, ta hở mạch J1 ngắn mạch J3, J5, Vd khuếch đại lên 20 lần khuếch đại 3.3.3.4 Mạch hồi tiếp dòng ngõ Tương tự mạch hồi tiếp dòng ngõ vào trên, mạch hồi tiếp dòng ngõ dùng cảm biến dòng LTS25-NP OP07 làm mạch khuếch đại Ngồi mạch cịn có phần mạch cảm phát dòng, mạch tương tự mạch phát áp mạch hồi tiếp áp ngõ Mạch so sánh điện áp phấn mạch so sánh lại IC LM393 sử dụng mạch hồi tiếp áp ngõ +15V 5V U3 R3 - R4 R1 OP-07 + +15V U5 R2 U4 TL431 R6 - CURRENT_BATT + OP-07 + C1 10U R7 + C2 +15V J5 F J3 R F +15V 5V CON2 CON2 F R8 R J2 CON2 IN2 IN1 IN4 J4 U7 OV OUT CON2 + C4 + - R10 IN5 R11 +5V + IN3 LM393 F F U8A IN6 C3 R9 OVER_CURRENT_BATT LTS25-NP R12 F Hình 3.33 Mạch hồi tiếp dịng ngõ 76 3.3.3.5 Các mạch nguồn Vì nguồn điện cung cấp cho mạch Acquy mà mạch điều khiển nạp nên cần phải có nguồn cách ly để cấp cho vi điều khiển VBAT+ 5V U1 24 D1 L1 VIN+ VOUT+ VIN+ VOUT+ 11 14 INDUCTOR DIODE C1 C 12 13 VIN- VOUT- VIN- VOUT- 10 C2 C L2 15 INDUCTOR VBAT205S24FR VBAT+ U1 24 D1 L1 VIN+ VOUT+ VIN+ VOUT+ 11 14 INDUCTOR DIODE C1 C 12 13 VIN- VOUT- VIN- VOUT- 10 C2 C L2 15 INDUCTOR 205S24FR VBAT+ U1 24 D1 L1 VIN+ VOUT+ VIN+ VOUT+ 11 14 INDUCTOR DIODE C1 C 12 13 VIN- VOUT- VIN- VOUT- 10 C2 C L2 15 INDUCTOR VBAT205S24FR Hình 3.34 Mạch nguồn DC 5V Hình mạch nguồn 5V cấp cho mạch điều khiển Mạch dùng DC-DC converter 205S24FR làm nguồn cách ly Hình 3.35 Sơ đồ chân 205S24FR 77 Vì nguồn 5V ni nhiều linh kiện mặt điều khiển nên phải dùng IC 205205S24FR mắc song song với tránh trường hợp thiếu dòng gây tụt áp mạch Nếu trường hợp tụt áp xảy ra, PIC hoạt động không ổn định giá trị dịng, áp hồi tiếp khơng cịn xác điện áp chuẩn bị thay đổi VBAT+ 12V U1 24 L1 VIN+ VOUT+ VIN+ VOUT+ 11 14 INDUCTOR C2 C 12 VIN- 13 VOUT- VIN- VOUT- 10 J1 15 C3 CAP VBAT- CON2 205S24FR VBAT+ U1 24 L1 VIN+ VOUT+ VIN+ VOUT+ 11 14 INDUCTOR C2 C 12 13 VIN- VOUT- VIN- VOUT- 10 15 VBAT- 205S24FR Hình 3.36 Sơ đồ mạch nguồn DC 12V Dùng IC 205S24FR mắc nối tiếp ngõ hình 3.21 tạo thành nguồn cách ly cấp cho mạch kích IGBT Vì mạch kích có IC HCPL 2231và HEF40106BP nên cần mạch đủ công suất VBAT+ Q6 PNP IN R LM7812/TO U1 R3 OUT R C2 C IN LM7812/TO GND U1 GND R R1 PNP OUT C1 C Q5 R2 -15V L5 VBATU2 C6 INDUCTOR L4 C C5 C INDUCTOR L3 C3 C C4 C -15V 0V 0V 5V R5 15V R DDU11/SM INDUCTOR +15V Hình 3.37 Sơ đồ mạch nguồn DC 15 V 78 Hình 3.38 Sơ đồ chân B688 Hình 3.39 Sơ đồ chân LM78XX B688, LM7812 LM7805 tạo thành mạch ổn áp 5V cấp cho IC 0515 0515 DC/DC converter biến đổi điện áp 5V thành 15V Đây mạch tạo nguồn đơi cách ly 15V dùng để nuôi Op-Amp OP07 mạch hồi tiếp dịng, áp Hình 3.40 Sơ đồ chân 0515 79 KẾT LUẬN Đề tài ‘‘Nghiên cứu chuyển đổi ô tô sử dụng lượng truyền thống thành xe diện sử dụng lượng mặt trời ’’ đề tài nhằm mục đích khảo sát thiết kế tơ chạy hoàn toàn lượng điện, đặt tảng cho việc thiết kế sản xuất kiểu ô tô mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện giao thơng nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng lượng cao mức độ phát nhiễm thấp,gần khơng, góp phần thực nhiệm vụ cấp bách nói nhằm đẩy nhanh tiến trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Nói tóm lại, đề tài có ý nghĩa công đổi sáng tạo để thiết kế hồn chỉnh chế tạo tơ sinh thái Việt Nam với mục tiêu hướng tới là: + Nâng cao điều kiện sống người dân + Tiết kiệm lượng giảm ô nhiễm môi trường giao thông vận tải + Tạo mặt hàng công nghiệp đặc thù mang lợi cạnh tranh lớn + Phát triển ngành công nghiệp sản xuất ô tô Việt Nam + Phục vụ cho vấn đề vận chuyển rác thaair hẻm nhỏ thành phố + Tạo nét để khẳng định nguồn nhân lực người Việt Nam Kết thu từ xe sau chuyển đổi xe Thaco Towner 990A là: + Xe Thaco Towner 990A sử dụng động điện chiều NetGain Warp dùng hệ thống pin Lithium Aquawatt với giá thành rẻ đến lần so với xe điện hảng ô tô + Tiết kiệm chi phí nhiên liệu gần 40% so với xe sở + Không gây ô nhiễm môi trường, không gây tiếng ồn động + Tiếc kiệm chi phí cho việc vận chuyển rác thải thành phố Những hạn chế chưa đạt đề tài + Do thời gian kiến thức hạn chế đề tài không sâu vào thiết kế chế tạo mẫu xe điện mà tập trung vào phần thiết kế mạch nạp cho acquy + Đồ án mang nặng tính lý thuyết thiếu điều kiên nên chưa có thí nghiệm thử nghiệm thực tế nên chưa thấy rõ tính hiệu quả, tính kinh tế xe chuyển đổi Hướng đề xuất phát triển đề tài tương lai + Thiết kế trạm tái tạo rác thải thành điện để tận dụng tối đa nguồn rác thải xe vận chuyển để nạp lại cho xe lớn phục vu cho mục đích kinh tế 80 + Tìm nhà tài trợ để chuyển đổi xe thực tế áp dụng tính tốn thiết kế làm đề tài để ta tính tốn kiểm nghiệm hệ thống truyền lượng tính hiệu khả thi đề tài + Phát triển hình dáng bên ngồi xe để xe vừa mang tính kinh tế vừa mang tính thẩm mỹ để phục vụ thành phố du lịch Đà Nẵng 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TSKH BÙI VĂN GA, “Ơ tơ khơng truyền thống” Nhà xuất giáo dục Việt Nam Năm 2010 [2] NHUYỄN VĂN CHẤT, “Giáo trình trang bị điện tơ” Nhà xuất giáo dục Việt Nam [3] TS HOÀNG DƯƠNG HÙNG, “Năng lượng mặt trời- lý thuyết ứng dụng” Giáo trình trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [4] NGUYỄN HOÀNG VIỆT (2015), “Giáo trình kết cấu, tính tốn thiết kế ơtơ”, Giáo trình mạng nội khoa Cơ khí Giao thông - Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng [5] TRẦN VĂN THỊNH, “Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử cơng suất” Giáo trình lưu hành nội bộ môn Thiết bị điện-Điện tử trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [6] LÊ VĂN TỤY (2007), “Hướng dẫn thiết kế tơ”, Giáo trình mạng nội Khoa Cơ khí Giao thơng - Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng [7] NGUYỄN HỮU CẨN, DƯ QUỐC THỊNH, PHẠM MINH THÁI, NGUYỄN VĂN TÀI, LÊ THỊ VÀNG (2005), “Lý thuyết ôtô- máy kéo”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội [8] ThS.KHƯƠNG CƠNG MINH (2016), “Giáo trình truyền động điện tự động” Giáo trình mạng nội khoa Cơ khí Giao thông - Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng [9] www.dientuvietnam.net [10] http://vagam.dieukhien.net [11] www.aquawatt.at 82 PHỤ LỤC PHỤ LỤC I: PIC 18F8722 Họ vi điều khiển PIC18F8722 hãng Microchip chế tạo sản xuất với cơng nghệ đại, xử lí tín hiệu số 16 bit, tích hợp nhiều tính phù hợp với nhiều ứng dụng lập trình hệ thống nhúng Một số đặc điểm chính: + Cơng nghệ nanowatt tiêu tốn lượng + 80 pin,7 port I/O tích hợp với nhiều tính khác + 3936 byte RAM liệu + 1024 byte EEROM liệu, ghi 1.000.000 lần lưu trữ 40 năm + Có thể dùng thêm 2Mbyte nhớ + Quản lý lượng: hoạt động chế độ khác Tùy vào ứng dụng khác mà ta lập trình cho MCU hoạt động chế độ phù hợp để tiết kiệm lượng + Xung nhịp chọn từ nhiều nguồn khác nhau: • Thạch anh • Dao động RC từ bên • Dao động nội 8Mhz với mạch nhân tần số nhân tần số lên 32Mhz + Có thể truyền thơng nối tiếp song song • USART mở rộng • module master SSP dùng cho giao thức ISP I2C • Truyền liệu song song bit MCU + 30 nguồn ngắt với mức ngắt + timer + Watchdog timer với chia thời gian 16 bit + module CCP (Compare/Capture/PWM) + 16 ngõ vào analog cho A/D 10 bit + Bộ nhân 8*8 phần cứng thích hợp cho việc xử lí số cần tính tốn tốc độ cao 83 ... thành phố lớn nước ta Với phát triển khoa học công nghệ, xe ô tô chạy lượng mặt trời dần phổ biến giới đề tài ? ?Nghiên Cứu Chuyển Đổi Xe Sử Dụng Năng Lượng Truyền Thống Thành Xe Điện Sử Dụng Năng. .. đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi xe sử dụng lượng truyền thống thành xe điện sử dụng lượng mặt trời Sinh viên thực hiện: Võ Xuân Huy Số thẻ SV: 103130132 Lớp: 13C4B Chương TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN Giới... khí Giao thơng Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu chuyển đổi xe sử dụng lượng truyền thống thành xe điện sử dụng lượng mặt trời Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu