Để một chiếc xe điện có thể vận hànhvà tăng tốc thì điều quan trọng nh t là cách thiết kế mạch điện. Tr ớc tiên là về sơ đồ khối c a xe điện giúp các ta
hìnhdungmột phầnthành phần c u thành c a xe điện.
Hình 2.27Sơ đồ khối xe điện
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 42
2: Khóa thắng KEY 2; 3: Khối thắng ngắt điện; 4: Ngu n n áp + 5V;
5: Mạch tạo dạng sóng răng cưa; 6: Xung điều biến độ rộng;
7: Tầng thúc đảo pha với Q1;
9: Điện trở lấỔ tín hiệu h i tiếp; 10: Mạch h i tiếp;
11: Motor DC loại ch i than; 12: Diot dập biên điện áp nghịch; 13: Mạch n áp dùng transistro Q3; 14: Mạch hiển thị với các Led.
Nguyên lý ho t động
Xe cần một nguồn quay bằng điện, ng i ta dùng motor DC hay dùng motor c m ứng từ (11), ngang motor ph i dùng diode (12) dập điện áp nghịch phát ra từ các cuộn c m trong motor. Tầng công su t (8) th ng là các transistor MOSFET
loại công su t, nó đóng m theo xung điều biến độ rộng (PWM) trên cực Cổng, tín
hiệu này qua tầng khuếch đại thúc (7) với các transistor loại hai mối nối, xung PWM kích thích vào cực Cổng (Gate) c a các transistor MOSFET. Trên cực Nguồn (Source) ng i ta đặt một điện tr nhỏ Ohm (9) để l y tín hiệu c p cho mạch tạo tác động hồi tiếp nghịch (10). Tác d ng hồi tiếp nghịch dùng để ổn định hoạt động c a
mạch điều khiển trong IC494, qua mạch hồi tiếp ng i ta có thể ổn định lực quay
c a motor.
Trong mạch, dùng một IC điều chỉnh công su t theo dạng xung điều biến độ rộng TL494. Trong IC có mạch tạo ra dạng sóng tam giác (5) (hay dạng răng c a) và mạch l y mẫu để chuyển tín hiệu ra dạng xung điều biến độ rộng PWM (6). Có
mạch tạo ra mức áp ổn định 5V dùng làm mức áp mẫu (4) c p cho các tầng so áp.
Mạch cắt nguồn khi thắng xe (3).
Hệ thống điều khiển xe với tay khiển (quen gọi là tay ga, làm tăng gi m tốc) dùng linh kiện bán dẫn làm việc theo hiệu ứng Hall (1), đây là một dạng linh kiện c m ứng theo từ tr ng. Và khóa điện có tác d ng làm thắng xe (2). Xe hoạt động
với nguồn accu th ng là 36V (12V x3), ng i ta dùng mạch ổn áp với các
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 43
điện khác, còn dùng mạch đo mức áp nguồn (14) cho hiển thị bằng Led và cũng dùng mạch báo hết nguồn (15), và nhiều mạch chỉ báo khác.
Sau khi tham kh o lỦ thuyết một số v n đề cơ b n về các chi tiết, c m chi tiết, cách điều khiển các bộ phận c u thành xe điện. Thực tế các bộ phận này có hình dạng, tính năng và đ c thiết kế, lắp đặt nh thế nào, công việc và ph ơng án c i tiến ra sao ta đi vào nội dung tiếp theo.
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 44
Ch ng 3: CÁC PH NG ÁN THI T K VÀ L A
CH N GI I PHÁP
Để thực hiện đ c v n đề này đầu tiên ta hình dung tổng thể c hệ thống, sau đó lựa chọn các bộ phận c u thành, chọn ph ơng án thiết kế, lắp đặt… Yêu cầu các bộ phận hoạt động có độ t ơng thích cao, ít h hỏng và mang tính kh thi cao nh t trong quá trình nghiên cứu. Qua thống kê tính toán, để tiến hành gia công và lắp tổng thành một xe máy điện –nhiệt ngoài xe nguyên th y ta cần trang bị thêm các bộ phận sau: 1 động cơ nhiệt, 1 máy phát điện, 1 bộ dây và ECM c a xe PCX, 1 bộ điều khiển dò điện áp accu, 1 bộ sạc accu 48 vôn 20 Ah, gia công thêm các khớp dẫn động và lắp ráp hệ thống…
Hình 3.1Sơ đồ khối tổng quan hệ thống xe điện - nhiệt
Trong nội dung này phần điều khiển, motor c a xe điện ta không can thiệp vào, phần ta cần bổ sung vào là hệ thống điều khiển sạc điện cho accu 48 vôn 20 Ah
trên xe mà thôi.
3.1 Chọn xe gắn máy điện nguyên thủy (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xe điện là loại xe không phát th i khí gây ô nhiễm môi tr ng, tiếng ồn r t nhỏ. Nguồn cung c p điện cho xe điện là th y điện, phong điện, địa nhiệt điện hoặc pin nhiên liệu…. Tuy nhiên nh c điểm lớn nh t c a xe điện hiện nay là v n đề tiếp năng l ng cho xe chạy, chính vì vậy mà nó ch a đ c thay thế hoàn toàn động cơ đốt trong mà đ c sử d ng kết h p gọi là động cơ lai. Động cơ lai kết h p hai u điểm c a hai nguồn động lực trên và hạn chế những nh c điểm c a nhau tạo nên nguồn động lực mới có hiệu su t cao và ít g y ô nhiễm môi tr ng.
Từ những phân tích trên ta chọn động cơ lai điện –nhiệt làm nguồn động lực cho xe đ c thiết kế. Tuy nhiên khác với nguyên tắc c a động cơ lai “vận hành hiệp
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 45
tr ”, động cơ lai trên xe gắn máy là động cơ “vận hành ph tr ”. Nguồn điện cung c p cho động cơ điện ch yếu nạp từ l ới điện, còn động cơ nhiệt làm nguồn lực kéo máy phát điện cung c p cho động cơ điện trong tr ng h p cần vận hành với quưng đ ng v t ng ỡng cho phép c a động cơ điện.
Nh vậy xe gắn máynguyên th ylàxe hai bánh chạy điện đ cchọn đểc itiến
thành xe điện – nhiệt.Xehaibánh chạy điện hiệnnay làph ơngtiện r t phổ biến đối
với mỗigia đìnhng iViệtNam. Bên cạnh những thuận l i nh tính cơ động, thích
h p cho các con hẻm nhỏ và đặc biệt là thích h p giới học sinh, sinh viên, cán bộ viên chức đi làm có quãng đ ng xác định và các bà nội tr . Mộtchiếcxe máy điện
đ cthị tr ngvànhà n ớc ch p nhậnđ a ra sử d ng nếu nó đạtcác tiêu chuẩn sau:
- Giá c phù h p.
- Mẫu mãđẹp.
- L u thông thuận tiện và an toàn.
- Thực hiện đ c một hành trình dài sau một lần sạc đầy.
Trong đề tài này, tác gi chọn loại xe Sh mis n phẩm c a hưng emotor làm xe
nguyên th y để thựchiện việc nghiêncứu. Vì giá c ch p nhận đ c, độ bền
cao.Vềkết c u bên ngoàikhá đẹp mắt, bên trong có
nhiềukho ngtrốngđểbốtrícácbộphậnmới.Đâylàloạixeđãđ ckiểmđịnh theo tiêu
chuẩnViệtNamvề kết c u khung, s n, hệ thống điện với màu dây chuẩn và các chỉ số an toàn cần thiết với các thông số kỹ thuật nh bảng 3.1.
Hình 3.2Xe máy điện Sh mi
B ng 3.1Thông số kỹ thuật xe điện Sh mi
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 46
1 Pin: 48V20Ah (Globe) Cân nặng: 80kg
2 Động cơ: 800W T i trọng: 160kg
3 Điều khiển: 48V, tay ga Th i gian sạc: 6~8 tiếng
4 Vành: đúc 38mm. Lốp không săm Quưng đ ng: 70~90km
5 Ph kiện: Sạc 48V20Ah, H ớng dẫn sử d ng, Chìa khoá
Tốc độ tối đa: 40km/h
6 Màu: Cafe Leo dốc: 40 độ
3.2 Ch n động c lƠm ngu n l c dẫn động máy phát đi n
Trong ph ơng án phối h p động lực cho xe máy lai điện - nhiệt chúng ta sử d ng động cơ nhiệt làm nguồn động lực dẫn động máy phát phát điện để nạp điện cho accu. Vì vậy công su t c a động cơ nhiệt có thể bằng công su t c a xe. Do công su t động cơ nhiệt nhỏ, cùng với việc vận hành số vòng quay trung bình vào kho ng 4000 v/p nên có thể gi m khối l ng phát th i ô nhiễm môi tr ng do khí x động cơ sinh ra. Bên cạnh đó loại động cơ này có kết c u nhỏ gọn nên thuận tiện cho việc bố trí bên trong trong khoang xe. Trong đề tài này ng i nghiên cứu chọn động cơ GX100 do hưng Honda s n xu t với các thông số kỹ thuật nh bảng 3.2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.3Động cơ GX100
B ng 3.2 Thông số kỹ thuật động cơ GX100
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 47 Dung tích xilanh 49 cc Đ ng kính x hành trình piston 38 x 40 mm Tỉ số nén 8.5 : 1 Công su t thực 1.15 kW(1.5 mư lực) / 5.600 v/p Kiểu kh i động Bằng tay Hệ thống làm mát Bằng gió c ỡng bức Kiểu đánh lửa Transitor từ tính (IC)
Thì đánh lửa 27o BTDC
Kiểu bugi CMSH, CMRSH (NGK)
3.3 Ch n máy phát đi n dùng làm ngu n s c accu
Máy phát điện là bộ phận r t quan trọng trong hệ thống nạp, nó là nguồn lực chính tạo ra nguồn điện đ lớn để cung c p cho mạch sạc accu. Hiện nay trên thị tr ng có r t nhiều loại máy phát cho ta lựa chọn nh máy điện một chiều, máy phát điện xoay chiều... Tuy nhiên do yêu cầu c a việc nghiên cứu ta cần một máy phát điện có công su t lớn nh ng lại có kết c u nhỏ gọn, để thuận tiện cho việc lắp ghép nhiều bộ phận lại với nhau. Qua tham kh o nhiều Ủ kiến khác nhau ng i nghiên cứu chọn loại máy phát xoay chiều 3 pha. Loại máy phát này có kết c u r t nhỏ gọn gồm rotor là một vô lăng từ tính dùng làm bộ phận quay, còn stator là một lõi thép trên đó có qu n 18 cuộn dây chia làm 3 pha, ứng với mỗi pha là 6 cuộn dây. Ngoài ra do nhu cầu cần điều khiển đề ng c lại động cơ dẫn động mà không cần thiết kế thêm động cơ kh i động nên ta cần thêm 1 bộ dây điện, 1 c m ECM dùng để điều khiển. T t c các thiết bị trên đều đ c ứng d ng trên xe tay ga PCX do
hãng Honda s n xu t. Với c hệ thống này có thể đáp ứng đ c các yêu cầu sau:
- Kết c u nhỏ gọn.
- Điện áp phát ra lớn.
- Có thể ứng d ng để đề ng c lại động cơ dẫn động máy phát mà không cần thiết kế thêm máy đề. Thuận tiện cho viêc bố trí trong không gian nhỏ hẹp.
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 48
- Công su t phù h p với nhu cầu sử d ng.
Hình 3.4Vô lăng, mâm điện[12]
*Nguyên lý ho t động của h thống đề ng c kiểu đi n t "Idling stop”
Trên các s n phẩm nh Honda PCX, SH mới tại Việt Nam, chúng ta th y, khi bật chìa khoá kh i động, tiếng đề c a xe nghe r t êm. Đó là do các s n phẩm trên đ c ứng d ng hệ thống đề điện tử (ACG) tiên tiến. Đây cũng là bộ phận then chốt c u thành nên hệ thống tạm dừng động cơ Idling Stop. Hệ thống không dùng chổi than truyền thống mà áp d ng theo cơ chế điện từ.
Hình 3.5Hệ thống kh i động [13]
a/ Hệ thống khởi động ACG b/ Hệ thống khởi động truỔền thống cũ
Các bộ phận c u tạo bao gồm một stator gồm các cuộn dây 3 pha điện qu n trên các lõi sắt để tạo từ tr ng quay, một rotor dạng nam châm điện liên kết cứng bánh đà, c m biến nam châm rotor, c m biến định vị vị trí giữa stator và rotor.
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 49
Hình 3.6Mặt cắt ngang hệ thống kh i động ACG[13]
Khi kh i động, dòng điện sẽ cung c p qua cuộn stator sinh ra từ tr ng làm xoay nam châm rotor. Do rotor, bánh đà và tr c khuỷu động cơ liên kết cứng với nhau nên rotor quay khiến tr c khuỷu quay và động cơ đ c kh i động. Chính vì không có ma sát trong quá trình kh i động nên hệ thống này hoạt động r t êm ái.
- Khi ACG là máy phát đi n
Hình 3.7Khi ACG đóng vai trò là máy phát [13]
Ngay sau khi động cơ kh i động thì c m biến gửi tín hiệu về ECU điều khiển ngắt dòng điện vào cuộn rotor. Lúc này, stator sẽ quay do từ tr ng sinh ra rotor và nó đóng vai trò là máy phát điện xoay chiều c p cho hệ thống điện c a xe và sạc
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 50
Hình 3.8Sơ đồ kết c u hệ thống ACG [13]
3.4 Thi t k khớp nối dẫn động máy phát
Để máy phát phát ra dòng điện thì điều đầu tiên là chúng ph i đ c truyền động để quay, tùy theo kết c u c a máy phát mà phần quay có thể là rotor hoặc stator. Nh ng theo lựa chọn ban đầu là loại máy phát ứng d ng trên xe PCX nên mặc định phần quay là stator (vô lăng), phần cố định là cuộn dây (rotor). Phần dẫn động vô lăng quay là động cơ GX100. V n đề còn lại là lắp vô lăng nh thế nào để đ m b m quay đúng chiều c a nó nh trên xe PCX để có thể điều khiển đề ng c lại động cơ dẫn động khi cần. Sau khi khao sát tác gi chọn việc lắp vô lăng quay ng c ta ngoài động cơ để gi i quyết đ c v n đề chiều quay c a động cơ dẫn động và chiều quay c a vô lăng, có thể điều khiển dễ dàng v n đề đề ng c động cơ dẫn động, kế đến là chiều dài tổng thể c a động cơ và máy phát đ c rút ngắn và ph ơng án này đ c chọn để thiết kế.
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 51 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.9 Hình ch ptruyền động dẫn động máy phát
3.5 Thi t k ch t o bộ s c accu
Accu là một thiết bị điện r t cần thiết trên xe. Nó có kh năng tích trữ
năngl ngđiện d ớidạng hóa năng và phóng điệnđể cung c p cho các thiếtbịđiện sử d ngđiện trên xe (còi, xi nhan, đèn thắng, động cơ điện, các đèn báo …) d ới dạng điện năng. Nguyên lý hoạtđộng c a accu là ứng d ng hiệu ứng hóa học c a
dòng điện. Trong quá trình xe hoạtđộng, accu sẽ tích và phóng điện liên t c.
Nh vậy sau th i gian phóng điện để cung c p cho các ph t i accu sẽ bị hết điện (hết bình) ta cần nạp điện lại cho accu. Tùy theo cách đ u nối accu mà cho ta có trị số vôn hoặc dung l ng khác nhau. Trong đề tài ta sử d ng xe điện Sh mivới thông số về điện áp là 48V DC và dòng điện là 20Ah, trong khi đó máy phát và bộ sạc ta chọn là c a xe PCX chỉ cung c p dòng đ sạc cho một accu 12V, 5Ah. Vậy để sạc cho accu 48V, 20Ah với cùng một máy phát điện tác gi đư qu n thêm dây trên các cuộn dây pha. Công việc này đòi hỏi ph i thực hiện nhiều lần để chọn ra đ ng kính dây và số vòng qu n thêm thích h p để điện áp đầu ra đạt ng ỡng (52 -
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 52
Hình 3.10 Sơ đồkhối hệ thống sạc accu
Hình 3.11 Hình ch p mâm lửa nguyên th y và mâm lửa đư qu n thêm
Do động cơ đ c khống chế mức ga xăng giới hạn nên trong bộ sạc này ta không cần dùng đến ổn áp b o vệ quá dòng. Với ph ơng án này ta có thể tận thu
toàn bộ cơ năng đư chuyển hóa thành điện năng do đó tính kinh tế nhiên liệu cao, số thiết bị và linh kiện gi m xuống nên gi m xác xu t h hỏng, độ bền tăng và đây là ph ơng án đ c chọn để thực hiện.
3.6 Thi t k ch t o bộđiều khiển dò đi n áp accu
Nh ta đư biết s n phẩm thiết kế c a ta là xe máy điện – nhiệt do đó nguồn vậnhành xe máy chính là điện vì khi dùng điện có nhiều l i thế nh vận hành êm ái, không gây ô nhiễm do khói x và tiếng ồn, nguồn điện sạc lại cho accu là điện l ới giá rẽ… Tuy nhiên do dung l ng accu là hữu hạn nên sau th i gian vận hành accu sẻ bị s t áp điều này dẫn đến xe vận hành yếu, tăng tốc không đạt… Để nhận biết
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 53
đ c điều này ta cần thiết kế một bộ điều khiển dò điện áp, bộ dò này có nhiệm v dò liên t c điện áp trên accu, khi nhận th y accu đư s t áp đến một giới hạn nh t định cho tr ớc thì bộ dò lập tức điều khiển kh i động động cơ nhiệt để kéo máy phát phát điện nạp bù cho accu. T ơng tự vậy bộ dò này cũng làm nhiệm v tự động tắt động cơ nhiệt khi dò đ c điện áp accu khi sạc gần đầy. Nh vậy với ph ơng án này accu không bao gi hết điện và nh thế xe có thể vận hành liên t c một hành trình không giới hạn. Trong nội dung này ng i nghiên cứu lập trình vi điều khiển trên chip PSoC. Giới thiệu về vi điều khiển (ph l c 1), mạch điều khiển (ph l c 2), mư code (ph l c 3), c u hình phần cứng và ch ơng trình (ph l c 4)
L u đ điều khiển
Hình 3.12 L u đồ điều khiển bộ dò s t áp trên accu
CBHD: TS. Trần Thanh Th ng HVTH: Huỳnh Thanh B nh 54
3.7 Đ u dây h thống
3.7.1 Đ u dơy h thống kh i động / s c kiểu xe PCX vƠ vận hƠnh th
M c đích c a công việc này là để kiển tra kết xem bộ dây và hộp ECM có hoạt động bình th ng hay không sau đó vận hành thử động cơ. Tr ớc khi thực hiện đ u nối ta cần chuẩn bị: 1 rơ le chính 4 chân, một rơ le kh i động / sạc 5 chân, dây nối công tắc phanh tr ớc / sau, dây nối công tắc chống nghiêng, bộ dây điện và hộp