Thiết kế hệ thống trạm sạc năng lượng mặt trời độc lập cho xe điện tích hợp tính năng giám sát từ xa

Mục tiêu nghiên cứu

Đối với khách hàng, hệ thống sẽ cung cấp thông tin về tình trạng trống của các địa điểm sạc và dự báo thời gian trống, cũng như thông tin về khả năng sạc đầy của các trạm sạc. Ngoài ra, hệ thống giám sát còn có nhiệm vụ bảo vệ hệ thống bằng cách thu thập các dữ liệu, khi có thông số nào vượt ngưỡng an toàn sẽ báo về cho người giám sát hoặc ngắt hệ thống tránh hư hỏng toàn bộ hệ thống. Tổng quan, đề tài này sẽ tạo ra một hệ thống mặt trời độc lập cho xe điện, kết hợp với hệ thống giám sát từ xa, mang lại tiện ích và thông tin cần thiết cho cả người giám sát và khách hàng sử dụng trạm sạc.

Giới hạn đề tài

Trên thị trường, đã có sẵn các trạm sạc xe điện của Vinfast, và nhóm em sẽ sử dụng nguồn tư liệu này để nghiên cứu và phát triển. Ngoài việc nghiên cứu các trụ sạc về cấu tạo, nhóm em cũng sẽ tập trung vào ứng dụng pin năng lượng mặt trời để tạo ra điện năng và thiết kế hệ thống giám sát từ xa. Phần giỏm sỏt của hệ thống sẽ theo dừi cỏc thụng số như hiệu suất sản lượng từ pin mặt trời, dung lượng hiện tại của acquy và lượng điện đã được sạc.

Khái quát về đồ án

Bộ điều khiển sạc sẽ tìm ra điểm sạc tối đa và sạc cho tải qua trụ sạc khi có tải, khi không tải sẽ sạc cho acquy lưu trữ. Hệ thống giám sát có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu về các số liệu như dòng điện, điện áp và độ ẩm, nhiệt độ từ môi trường. Sau đó sẽ hiển thị lên màn hình LCD để có thể giám sát và gửi lên web để giám sát từ xa.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

• Sự phát triển xe điện và tầm quan trọng của cơ sở hạ tầng .1 Sự phát triển của xe điện
• Tình hình phát triển trạm sạc xe điện ở nước ta .1 Tình hình phát triển
• Giải pháp phát triển

Sự gia tăng trong sử dụng xe điện đã thúc đẩy sự phát triển công nghệ, đem lại những tiến bộ đáng kể trong hiệu suất và phạm vi của pin điện, cũng như mở ra cơ hội cho việc xây dựng một hệ thống vận chuyển bền vững hơn trong tương lai. Khả năng tiện lợi và truy cập dễ dàng: hạ tầng sạc xe điện cần có một mạng lưới sạc rộng khắp, cung cấp điểm sạc ở các địa điểm công cộng, như bến xe, trung tâm mua sắm, nhà hàng, khách sạn, trung tâm thương mại và các khu vực đô thị. Khi các trạm sạc này sử dụng điện năng lớn khi có lượng xe điện sạc nhiều cùng lúc có thể gây sụt áp làm giảm chất lượng điện và gây nên tình trạng quá tải lưới điện trong khu vực có thể cần phải cắt điện tránh gây hư hỏng cho hệ thống lưới điện.

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐỒ ÁN

• Linh kiện mô hình đồ án
• Mô hình thực tế .1 Sơ đồ nối dây

Sau đó, điện sẽ đi qua mạch ngắt, nếu điện áp nhỏ hơn mức đã đặt trước đó, mạch sẽ ngắt kết nối từ pin mặt trời để tránh việc pin có điện áp nhỏ hơn điện áp của acquy lưu trữ nguyên nhân gây ra tình trạng ngược dòng từ acquy lên pin mặt trời gây hư hỏng pin mặt trời. Hơn nữa, hệ thống còn sử dụng rơ le để mở, đóng mạch khi có tải và không có tải, nhằm đảm bảo hoạt động tối ưu của hệ thống và có các mạch sạc, mạch giảm áp có chức năng đảm bảo an toàn quá trình sạc và bảo vệ acquy khỏi quá nạp hoặc ngắt khi điện áp không đủ để cấp cho acquy. Cả ba trường hợp đều có hệ thống giám sát thu thập và gửi dữ liệu cho người giám sát về: nhiệt độ, độ ẩm, dòng điện đầu vào và điện áp của pin mặt trời, acquy lưu trữ và tải.

Mô-đun ESP8266 Node MCU thường được sử dụng trong các ứng dụng như đo đạc, giám sát môi trường, kiểm soát thiết bị điện tử từ xa, tự động hóa nhà thông minh, và các dự án tự chế. Điều này có nghĩa là bạn có thể sử dụng chúng như các chân đầu vào để đọc trạng thái của các cảm biến hoặc như các chân đầu ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi khác. Cảm biến dòng điện ACS712 5A thường được sử dụng trong các ứng dụng như đo dòng điện trong các hệ thống điện tử, đo lường năng lượng tiêu thụ của các thiết bị điện, kiểm soát thời gian hoạt động của các thiết bị điện tử, và các ứng dụng khác liên quan đến đo dòng điện.

Nó được sử dụng để tự động chuyển đổi giữa nguồn chính và nguồn phụ (thường là nguồn pin hoặc acquy) để cung cấp năng lượng cho hệ thống khi nguồn chính không khả dụng. Điều này giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống và các thiết bị sử dụng nguồn dự phòng.Mô-đun chuyển đổi nguồn YX850 thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu nguồn pin dự phòng và có khả năng hoạt động trong dải điện áp rộng từ 5V đến 48V. Mạch giảm áp 20A là module giảm áp (DC-DC Step-Down Power Mô đun) có khả năng cung cấp dòng điện ổn định (CC - Constant Current) và điện áp đầu ra có thể điều chỉnh (CV - Constant Voltage). Đây là một thiết bị được sử dụng để giảm áp dòng điện 39. đầu vào xuống một mức điện áp đầu ra ổn định. Mạch này có thể hoạt động trong một dải điện áp đầu vào rộng từ 6V đến 40V. Nó có khả năng điều chỉnh chính xác điện áp và dòng điện đầu ra, và hiệu suất hoạt động có thể lên đến 96%. Để đảm bảo việc tản nhiệt hiệu quả, mô-đun được trang bị với 2 tản nhiệt có khả năng tăng cường khả năng tản nhiệt. Sơ đồ nối dây. thêm quạt làm mát).

Màn hình LCD I2C 1602A được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như đồng hồ điện tử, hệ thống đo lường, điều khiển các thiết bị điện tử, hiển thị thông tin trong các dự án DIY và các ứng dụng khác. Mạch được thiết kế để tự động ngắt quá trình sạc khi acquy đạt đến mức điện áp định trước, đảm bảo an toàn và bảo vệ acquy khỏi quá nạp hoặc ngắt khi điện áp không đủ để cấp cho acquy. Qua quá trình trên, hệ thống sẽ tạm ngừng sử dụng nguồn điện từ mặt trời và chuyển sang sử dụng nguồn điện từ acquy lưu trữ để đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định của tải điện.

GIẢI PHÁP CHO TRẠM SẠC XE ĐIỆN

• Bố trí trạm sạc
• Thiết kế trạm sạc
• Lựa chọn thiết bị phần cứng
• Tính toán và lựa chọn thiết bị phần cứng
• Giải pháp cố định dòng điện trạm sạc xe điện

Ví dụ, một solar farm công suất vừa có thể đáp ứng nhu cầu sạc cho một số lượng xe điện trung bình trong khu vực đó, trong khi solar farm công suất nhỏ hơn phù hợp cho trạm sạc có lượng xe điện sử dụng ít hơn. Tiện nghi xung quanh: trạm sạc cần được đặt gần các tiện ích như cửa hàng tiện lợi, quán cà phê, công ty, trường học, trung tâm siêu thị,… nhằm đáp ứng nhu cầu của người sử dụng xe điện trong quá trình chờ sạc.  Với các chức năng trên, hệ thống IoT trong trạm sạc đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý, điều khiển và cung cấp các thông tin cần thiết cho người sử dụng xe điện và người giám sát, đảm bảo sự tiện lợi và hiệu quả trong việc sử dụng xe điện và hệ thống sạc.

Hệ thống giám sát trong mô hình có nhiệm vụ quan sát và điều khiển hoạt động của trạm sạc xe điện theo ba trường hợp: không tải, có tải và trường hợp thiếu điện áp từ pin mặt trời. Với các chức năng bảo vệ này, bộ điều khiển hệ thống giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện mặt trời, bảo vệ acquy lưu trữ và tấm pin mặt trời khỏi các tình trạng không mong muốn, đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của cả hai. Bằng cách điều chỉnh trạng thái mô-đun điện, bộ sạc MPPT giúp tận dụng tối đa năng lượng từ pin mặt trời và chuyển đổi dòng điện DC có điện áp cao hơn xuống điện áp thấp hơn để sạc acquy.

Vì vậy, việc sử dụng bộ điều khiển sạc MPPT trong hệ thống sạc năng lượng mặt trời có thể giúp tăng hiệu suất và hiệu quả sử dụng năng lượng, đồng thời giảm tổn thất công suất pin PV và tối ưu hóa quá trình sạc acquy. Điều này có thể gây khó khăn trong việc tìm kiếm đủ không gian và đặt các trụ sạc trạm sạc này sẽ có dòng điện cao và không đảm bảo an toàn sử dụng trạm sạc năng lượng mặt trời với các trụ sạc riêng biệt cho từng xe. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc sử dụng tải đổ cần được thiết kế và điều chỉnh một cách cân nhắc để đảm bảo rằng việc sử dụng công suất thừa không ảnh hưởng đến hoạt động chính của hệ thống và không gây hại cho các thiết bị sử dụng năng lượng.

Đối với các trường hợp có dư thừa công suất từ vừa đến lớn: hệ thống có thể được mở rộng bằng việc thêm một trụ sạc, đặc điểm đặc biệt của trụ sạc này chỉ lấy năng lượng từ pin lưu trữ và cung cấp cho trạm sạc. Chức năng của bộ chuyển đổi này là điều chỉnh điện áp từ tấm pin mặt trời sao cho phù hợp với điện áp của hệ thống DC và giúp tối ưu hóa hiệu suất theo điểm công suất cực đại (MPPT) của tấm pin mặt trời. Tuy nhiên, vẫn còn dư công suất không được sử dụng nhằm tận dụng dư công suất này, mạch sẽ đi qua bộ tăng giảm áp và giảm áp để điều chỉnh điện áp và dòng điện, sau đó sẽ sạc cho pin lưu trữ.