(Đồ án tốt nghiệp) mạch sạc bình ắc quy sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MẠCH SẠC BÌNH ẮC QUY SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: QUÁCH THANH HẢI SVTH: ÂU HỒNG LỘC MSSV: 14142430 SKL006478 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MẠCH SẠC BÌNH ẮC QUY SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS QUÁCH THANH HẢI SVTH : ÂU HỒNG LỘC MSSV : 14142430 KHOÁ: 2014 NGÀNH: CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tư – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Âu Hồng Lộc MSSV: 14142430 Ngành: CNKT Điện – Điện tư Lớp: 14142CL1 Giảng viên hướng dẫn: TS.Quách Thanh Hải ĐT: 0963918176 Ngày nhận đề tài: 5/3/2018 Ngày nộp đề tài: 19/7/2018 Tên đề tài: Các số liệu, tài liệu ban đầu: − Tài liệu lập trình Arduino − Giáo trình điện tư cơng śt Nội dung thực hiện đề tài: − Mạch sạc ắc quy, dùng mạch DC/DC tăng áp Sản phẩm: Giải thuật mơ hình TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tư – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: .) thán năm 20… Tp Hồ Chí Minh, ngày g Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Quách Thanh Hải LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên, em xin gưi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Quách Thanh Hải đa tận tình hướng dẫn trình thực hiện đồ án Xin cảm ơn thầy Đỗ Đức Trí anh chị phòng thí nghiệm điện tư công suất đa tạo điều kiện thiết bị hỗ trợ em hết minh thời gian qua Cảm ơn Thầy, cô khoa Đào tạo chất lượng cao khoa Điện – Điện tư trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đa hỗ trợ, giúp đỡ em rất nhiều trình học tập trường Cuối cùng, em xin cảm ơn ba mẹ, người thân bạn bè đa ở bên cạnh động viên em suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Âu Hồng Lộc Page of 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Quách Thanh Hải Mục lục NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Biến đổi DC/DC tăng áp 2.1.1 Nguyên lý hoạt động 2.1.2 Chế độ liên tục 2.1.3 Chế độ gián đoạn 2.2 Kỹ thuật PWM 2.2.1 2.2.2.Các phương pháp điều chế xung PWM 2.2.3.Điều chế xung PWM sử dụng Arduino 2.3 Phương Pháp Nạp Bình Acquy 2.4 Pin Năng Lượng Mặt Trời 2.5 Các Linh Kiện Chính Sử Dụng Trong Mach 2.51 IGBT 2.52 Diode Xung 2.53 Cuộn Cảm 2.54 Tụ điện CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ 3.1 Tính tốn thiết kế hệ thống Page of 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Quách Thanh Hải 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 23 3.1.2 Tính tốn thiết kế mạch DC/DC tăng áp 24 3.2 Kết nối phần cứng 29 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 30 4.1 Thi Công Hệ Thống 30 4.2 Thi Công Các Khối Mạch Điện 30 4.3 Lập Trình Phần Mềm 35 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 39 5.1 Nguyên Tắc Thưc Nghiệm 39 5.2 Điều Kiện Thưc Nghiệm 39 5.3 Thưc nghiệm đánh giá mạch driver cách ly 39 5.4 Thưc nghiện đánh giá khả thay đổi độ rộng xung kích giải thuật 41 5.5 Kết Quả Thưc Nghiệm Mạch DC/DC Tăng Áp .43 5.6 Kết thưc nghiệm trình sạc ắc quy 45 5.7 Tổng Kết Quá Trình Sạc 50 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 51 6.1 Các Vấn Đề Đã Thưc Hiện 51 6.2 Các Kết Luận Khoa Học Rút Ra 51 PHỤ LỤC I 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 Page of 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Quách Thanh Hải Danh mục hình Hình 2 Trạng thái hoạt động mạch DC/DC tăng áp 11 Hình chế độ liên tục 12 Hình chế độ gián đoạn 14 Hình dạng xung PWM (a) nguyên lý PWM (b) 15 Hình Nguyên lý PWM bằng phần mềm 16 Hình mạch tương đương ắc quy nạp 18 Hình Hình ảnh thực tế ký hiệu IGBT FGA25N120 21 Hình sơ đồ khối hệ thống 23 Hình Sơ đồ kết nối mạch DC/DC tăng áp 24 Hình 3 Sơ đồ kết nối mạch nguồn 26 Hình Sơ đồ kết nối mach kích (ở đa có R1, R2, R3 nên ở nên đổi lại R4, R5) 27 Hình ảnh hưởng Rg đến thời gian trễ đóng ngắt IGBT 27 Hình Sơ đồ kết nối mạch hồi tiếp 28 Hình Sơ đồ kết nối hệ thống 29 Hình Mạch nguồn thực tế 31 Hình mạch kích thực tế 32 Hình Mạch cơng śt thực tế 34 Hình 4.4 Lưu đồ hàm chính………………………………………………………… 34 Hình 4.5 Lưu đồ hàm ngắt……………………………………………………………35 Hình 4.6 Lưu đồ hàm đọc Analog……………………………………………… 36 Hình 4.6 Lưu đồ hàm sạc no………………………………………………… …37 Hình 5.1 Sơ đồ kết nối thực nghiệm đánh giá mạch kích 40 Hình 5.2 kết xung kích, D=0.2 với cường độ sáng thay đổi .40 Hình 5.3 kết xung kích, kết xung kích, D=0.4 với cường độ sáng thay đổi 40 Hình 5.4 Sơ đồ kết nối thực nghiệm đánh giá khả thay đổi độ rộng xung kích giải thuật 41 Hình 5.5 kết xung kích, duty 2% 42 Hình 5.6 kết xung kích, duty 50% 42 Hình 5.7 kết xung kích, duty 51% 42 Page of 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Quách Thanh Hải Hình 5.8 kết xung kích, duty 98% 42 Hình Sơ đồ kết nối thực nghiệm đánh giá khả tăng áp 44 Hình 5.11 khảo sát khả tăng áp D=20% 44 Hình 5.12 khảo sát khả tăng áp D=40% 45 Hình 5.13 Sơ đồ kết nối thực nghiệm thực nghiệm trình sạc ắc quy 45 Hình 5.14 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 60% .46 Hình 5.15 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 65% .46 Hình 5.16 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 70% .47 Hình 5.17 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 75% .47 Hình 5.18 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 80% .47 Hình 5.19 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 85% .48 Hình 5.20 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 90% .48 Hình 5.21 dòng sạc trình sạc no 48 Hình 5.22 biểu đồ sạc bình ắc quy 50 Bảng Bảng thông số pin mặt trời sư dụng 20 Bảng 2 Một số thông số FGA25N120ANTD 21 Bảng Một số thông số diode DSEI60-0.6A 21 Bảng Số nắng tháng năm 25 Bảng Giá trị điện trở mạch hồi tiếp 28 Bảng Các link kiện dùng mạch nguồn: 30 Bảng Các linh kiện dùng mạch kich: 32 Bảng Các linh kiện dùng mạch công suất: 33 Bảng khảo sát kênh ngõ Arduino 43 Bảng khảo sát kênh ngõ mạch kích cho IGBT 43 Page of 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Quách Thanh Hải CHƯƠNG I: TỔNG QUAN  1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Năng lượng yếu tố vô cung quan trọng cho sự phát triển Quốc gia Xa hội phát triển nhu cầu sư dụng lượng ngày cao Nhưng nguồn lượng hóa thạch truyền thống cạn kiệt dần tỷ lệ thuận với tốc độ phát triển kinh tế thế giới Việt Nam xem quốc gia có tiềm rất lớn lượng mặt trời, đặc biệt ở vùng miền trung miền nam đất nước, với cường độ xạ mặt trời trung bình khoảng kWh/m2 Trong cường độ xạ mặt trời lại thấp ở vùng phía Bắc, ước tính khoảng kWh/m2 điều kiện thời tiết với trời nhiều mây mưa phùn vào mùa đông mùa xuân Ưu điểm việc sư dụng lượng mặt trời, ưu điểm rõ ràng nhất đầu vào miễn phí Yếu tố thứ hai sự phát thải rất ít Ngoài ở vùng sâu vùng xa núi cao, đường xá chưa phát triển, lưới điện quốc gia chưa kéo tới Thì việc sư dụng nguồn lượng mặt trời vô tiện lợi Tuy nhiên, tấm pin lượng mặt trời cung cấp điện có ánh sáng chiếu vào, ta phai lưu trữ lại điện để xư dụng nhung ngày nhiều mây ban đêm Để sạc cho ắc quy cần mạch sạc để biến nguồn không ổn định từ pin lượng mặt trời thành nguồn có dòng áp phù hợp giúp ắc quy sạc tăng tuổi thọ ắc quy 1.2 MỤC TIÊU Tìm hiểu cách biến đổi điện áp chiều Tìm hiểu cách tạo xung PWM tần số cao bằng Arduino uno R3 Tìm hiểu cách sạc bình acquy 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN Nội dung 1: Nghiên cứu biến đổi điện áp chiều Nội dung 2: Nghiên cứu cách điều chế xung PWM Nội dung 3: Thiết kế mạch kích Nội dung 4: Thiết kế tăng áp DC/DC Page of 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Quách Thanh Hải Hình 5.15 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 70% Điện áp bình 75% (25.2V) Hình 5.16 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 75% Điện áp bình 80% (25.44V) Hình 5.17 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 80% Điện áp bình 85% (25.68V) Page 47 of 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Quách Thanh Hải Hình 5.18 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 85% Điện áp bình 90% (25.92V) Hình 5.19 Điện áp pin, Dòng qua cuộn dây, dòng sạc, điện áp ắc quy 90%  Bắt đầu trình sạc no Hình 5.20 dòng sạc trình sạc no a I=0.155A, thời gian sạc no: 20p b I=0.138A, thời gian sạc no: 43p Page 48 of 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Quách Thanh Hải c I=0.107A, thời gian sạc no: 1h 28p d I=0.091A, thời gian sạc no: 1h 51p e I=0.077A, thời gian sạc no: 2h 20p f g I=0.059A, thời gian sạc no: 3h 50p I=0.07A, thời gian sạc no: 2h 55p h I=0.053A, thời gian sạc no: 4h 20p Page 49 of 59 Đồ án tốt nghiệp 5.7 GVHD: TS Quách Thanh Hải Tổng Kết Quá Trình Sạc Biểu Đồ Sạc Bình Ắc Quy 30 25 20 15 10 30p 40p Điện áp bình (V) 24.5 24.7 24.9 25.2 25.4 25.7 25.9 26.1 26.2 26.2 26.2 26.2 26.2 26.2 26.2 Dòng sạc (0.01A) 19.6 19.6 19.6 19.6 20 20 20 15.5 13.8 10.7 9.1 7.7 5.9 5.3 Hình 5.21 biểu đồ sạc bình ắc quy  Nhận xét: từ biểu đồ thấy Trong khoảng 10 phút đầu , bình ắc quy sạc với dòng hầu không đổi sấp xỉ 0.2 A Sau 20 phút sau, bình ắc quy sạc no với điện áp không đổi, dòng nạp giảm dần cho đến gần (0.053A)  Đánh giá: theo lý thuyết Ban đầu, ta nạp với dòng không đổi khoảng 0.1→ 0.2 dung tích bình, tức là: 0.12A< Isạc