Một số chức năng cụ thể của hệ thống quản lý Acquy

2.3.2.1. Quản lý các thông số tính toán trên hệ thống Acquy

Hệ thống quản lý Acquy sẽ bao gồm các mạch điện tử có chức năng đo và giám sát các thông số tính toán của Acquy như:

 Điện áp: giám sát các mức điện áp tối đa và tối thiểu cho phép của hệ thống các Acquy để tính toán trạng thái nạp và độ sâu xả của hệ thống.

 Dòng điện: giám sát dòng điện nạp tối đa cho phép cũng như dòng điện xả tối đa cho phép của hệ thống Acquy.

 Năng lượng tiêu hao (kWh) ở lần xả gần nhất hoặc của một chu kỳ sạc Acquy.

 Trở kháng của Acquy: nhằm phục vụ việc tính toán điện áp mạch hở của Acquy.

 Nhiệt độ: giám sát mức nhiệt độ của từng Acquy hay nhiệt độ trung bình của toàn hệ thống. Ngoài ra, hệ thống còn tính toán được nhiệt độ đầu vào và đầu ra của dung dịch làm mát Acquy.

 Tính toán chu kỳ tuổi thọ, tình trạng sức khỏe của Acquy (State of Health – SOH).

Từ các thông số như trên, hệ thống quản lý Acquy sẽ luôn đánh giá và đảm bảo Acquy hoạt động tốt trong suốt chu kỳ tuổi thọ của mình.

23

Hình 2. 18: Một số chức năng của hệ thống quản lý Acquy

2.3.2.2. Quản lý trạng thái nạp của Acquy

Trạng thái nạp (State of charge – SOC) của Acquy là thông số thể hiện mức dung lượng đã được nạp của Acquy, trạng thái nạp có đơn vị là %, tương ứng với 0% SOC khi Acquy cạn kiệt năng lượng và 100% SOC khi Acquy được nạp đầy. Trên các dòng xe điện hoặc xe Hybrid, thông số trạng thái nạp của Acquy tương tự với thông số mức xăng, dầu hiện tại của các dòng xe sử dụng động cơ đốt trong.

Từ các mạch điện tử tính toán các thông số của Acquy như điện áp và dòng điện, có thể tính toán được trạng thái nạp của Acquy hiện tại, từ đó sẽ có những điều chỉnh nhất định để đảm bảo Acquy luôn hoạt động trong vùng cho phép. Trong trường hợp xe

Hybrid, thông số trạng thái nạp có thể được sử dụng để đánh giá mức năng lượng còn lại của hệ thống Acquy để tiến hành việc nạp lại bằng một động cơ đốt trong.

Tuy nhiên, thông số trạng thái nạp của Acquy trên các dòng xe sẽ không thực sự đánh giá chính xác mức năng lượng thực tế của Acquy vì lý do bảo vệ cho Acquy. Lấy ví dụ trên dòng xe Plug-in Hybrid Mitsubishi Outlander, trạng thái nạp 0% hiển thị với tài xế sẽ tương đương với mức trạng thái nạp 20 – 22% thực tế còn lại trong hệ thống Acquy.

24 Trái ngược với thông số trạng thái nạp, độ sâu xả (Depth of discharge – DOD) là thông số hiển thị mức dung lượng đã được sử dụng của Acquy. Đây là thông số thay thế để hiện thị mức dung lượng của Acquy như thông số trạng thái nạp (SOC), tương ứng với 100% DOD khi Acquy cạn kiệt dung lượng và 0% DOD khi Acquy được nạp đầy. Ngoài ra, thông số này còn có thể tính toán bằng đơn vị Ah (ampere-hour), lấy ví dụ một bình Acquy 50Ah thì 0Ah DOD tương ứng với Acquy được nạp đầy và 50Ah DOD tương ứng với Acquy hết dung lượng.

Hình 2. 19: Mối quan hệ giữa Trạng thái nạp và Độ sâu xả

Hệ thống quản lý Acquy có thể dựa vào thông số độ sâu xả để đánh giá mức dung lượng của Acquy để đảm bảo Acquy luôn hoạt động tốt tương tự như trạng thái nạp. Đối với Acquy chì axit, chỉ số DOD thường là khoảng 50%, trong khi Acquy Lithium-ion có thể đạt tới chỉ số DOD là 80%, thậm chí 90% đối với Acquy LiFePO4. Nếu dung lượng Acquy được sử dụng với chỉ số DOD lớn hơn mức cho phép nhiều lần sẽ làm giảm chu kỳ và tuổi thọ của Acquy.

25

2.3.2.4.Cân bằng dung lượng của hệ thống Acquy

Đối với hệ thống nguồn sử dụng các Acquy mắc nối tiếp nhau để cung cấp năng lượng cho hệ thống, sự chênh lệch về trạng thái nạp các bình Acquy (hoặc của các phần tử cell bên trong bình Acquy), hoặc sự mất cân bằng về dung lượng mỗi Acquy, hay sự chênh lệch giữa trở kháng các phần tử cell (hoặc Acquy) sẽ gây ra sự mất cân bằng về điện áp của các cell. Sự mất cân bằng này có thể do nhà sản xuất, do các Acquy được sản xuất hoặc sử dụng ở những thời điểm khác nhau, hoặc do tuổi thọ của mỗi Acquy và môi trường, nhiệt độ xung quanh mỗi Acquy là khác nhau.

Tuy nhiên, sự mất cân bằng về trạng thái nạp này sẽ ảnh hưởng không tốt đến tình trạng sức khỏe của hệ thống Acquy. Ví dụ như, khi nạp hệ thống các Acquy, do sự chênh lệch về trạng thái nạp nên một số Acquy (hoặc phần tử cell) sẽ vượt quá điện áp nạp tối đa cho phép trong khi các Acquy (hoặc phần tử cell) còn lại vẫn chưa đạt tới mức đó. Ngược lại, khi xả hệ thống Acquy, một số Acquy (hoặc phần tử cell) sẽ bị xả xuống dưới mức cho phép trong khi các phần tử còn lại vẫn hoạt động ổn định. Cả hai trường hợp trên đều gây hư hỏng cho Acquy như làm sôi Acquy hoặc khiến Acquy không còn nạp lại được nữa.

Chính vì thế, hệ thống quản lý Acquy phải luôn giám sát sự chênh lệch này và tiến hành các phương pháp lượng của Acquy hoặc các phần tử cell. Thông thường, khác nhau để cân bằng dung có 2 cách để tiến hành cân bằng dung lượng Acquy, đó là sử dụng phương pháp cân bằng bị động (passive balance) hoặc cân bằng chủ động (active balance):

 Đối với phương pháp cân bằng bị động, năng lượng từ Acquy (hoặc cell) có điện áp lớn sẽ được xả bớt và tiêu hao dưới dạng nhiệt lượng, thông thường được xả qua các điện trở hoặc transistor, từ đó làm cân bằng điện áp và trạng thái nạp các Acquy. Phương pháp cân bằng bị động được sử dụng nhiều bởi tính đơn giản, đáng tin cậy và chi phí thấp. Tuy nhiên, nó có một nhược điểm lớn là gây lãng phí năng lượng của Acquy và nhiệt lượng tỏa ra là khá lớn.

 Đối với phương pháp cân bằng chủ động, năng lượng từ Acquy (hoặc cell) có điện áp (hoặc trạng thái nạp) lớn hơn sẽ được chuyển sang các Acquy (hoặc cell) có điện

26 áp (hoặc trạng thái nạp) thấp hơn thông qua các hệ thống tụ điện, cuộn cảm hay bộ chuyển đổi DC-DC. Ưu điểm của phương pháp cân bằng chủ động là tận dụng được tối đa năng lượng của Acquy và lượng hao phí tuy có nhưng thấp, tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là hệ thống mạch điện rất phức tạp và chi phí cao. Chính vì thế, tùy vào mục đích ứng dụng mà ta có thể áp dụng một trong hai phương pháp để tiến hành cân bằng dung lượng của hệ thống Acquy.

27

2.4. Tổng quan về động cơ xăng Honda Wave FI_AT 2.4.1. Giới thiệu động cơ xăng Honda Wave FI_AT 2.4.1. Giới thiệu động cơ xăng Honda Wave FI_AT

Hình 2. 22: Động cơ xăng Honda Wave FI_AT

Bảng 2. 1: Bảng thông số động cơ Wave RSX FI-AT

Mục Thông số kĩ thuật

Đường kính xy lanh và hành trình Piston 50.0 x 55.6 mm

Dung tích xy lanh 109.1.cm3

Tỷ số nén 9.0:1

Truyền động xu páp Hai xu páp, truyền động xích đơn SOHC Xu páp nạp Mở khi nâng lên 1

mm

28 Đóng khi nâng lên

1mm

300 sau điểm chết dưới

Xu páp thải Mở khi nâng lên 1mm

340 trước điểm chết dưới

Đóng khi nâng lên 1mm

00 sau điểm chết trên

Hệ thống bôi trơn Bơm ướt và áp suất cưỡng bức

Kiểu bơm dầu Bơm bánh rang

Hệ thống làm mát Làm mát bằng không khí

Lọc gió Lọc lấy nhờn

Trọng lương động cơ khô 27.3 kg

2.4.2. Hệ thống phun nhiên liệu PGM_FI

Bảng 2. 2: Thông số hệ thống nhiên liệu

Mục Thông số kĩ thuật

Số nhận biết bộ chế hòa khí GQR9A

Tốc độ cầm chừng động cơ 1600 ± 100 (vòng/phút) Điện trở cảm biến

EOT

Tại 200C 2.5 – 2.8 kΩ Tại 1000C 0.21 – 0.22 kΩa Điện trở kim phun xăng (200C / 680F) 9 – 12 Ω

Áp suất nhiên liệu cầm chừng 294 kPa ( 3.0 kgf/cm2, 43 psi )

29

30

2.4.3. Lý thuyết cảm biến 2.4.3.1. Cảm biến CKP 2.4.3.1. Cảm biến CKP

Hình 2. 24: Sơ đồ cảm biến CKP

Nguyên lý hoạt động:

 Cảm biến CKP bao gồm những từ trở trên bánh đà (9 mấu) và bộ cảm biến được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu và cuộn dây.

 Khi từ trở cắt ngang cản biến CKP khi trục khuỷu quay, làm thay đổi đường từ thông trong cuộn dây. Cảm biến CKP nhận biết sự thay đổi này bằng cách chuyển đổi chúng thành sự thay đổi điện áp và gửi xung điện áp đến ECM (9 xung trên 1 vòng quay).

 Phụ thuộc điện áp ngõ ra, ECM điều khiển như sau: - Xác định thời điểm phun nhiên liệu.

- Xác định khoảng thời gian phun cơ bản (với cảm biến TP). - Cắt đường cung cấp nhiên liệu khi giảm tốc (cảm biến TP). - Xác định thời điểm đánh lửa.

31

2.4.3.2. Cảm biến TP

Hình 2. 25: Cảm biến TP

 Cảm biến TP xác định độ mở bướm ga

 Cảm biến TP bao gồm một biến trở đặt trên cùng một trục với cánh bướm ga và tiếp điểm dịch chuyển trên biến trở tương ứng với cán bướm ga.

 Cảm biến TP xác định sự thay đổi của tiếp điểm đồng bộ với sự dịch chuyển của cánh bướm ga bằng cách chuyển chúng thành sự thay đổi điện trở. Điện áp ngõ vào từ ECM đếm được điều chỉnh bởi sự thay đổi điện trở này và quay trở lại ECM.

Hình 2. 26: Đường đặc tính cảm biến TP

 Điện áp ngõ ra gửi về ECM thấp khi độ mở bướm ga nhỏ. Điện áp cao hơn khi bướm ga mở lớn hơn.

 Phụ thuộc vào điện áp ngõ ra, ECM điều khiển như sau:

- Xác định khoảng thời gian phun cơ bản và cắt cung cấp nhiên liệu khi giảm tốc (với cảm biến CKP).

32

2.4.3.3. Cảm biến EOT

EOT sensor ( Engine Oil Temperature Sensor) là loại cảm biến nhiệt điện trở. Điện trở của cảm biến thay đổi dựa theo nhiệt độ động cơ.

Hình 2. 27: Cảm biến EOT

Hình 2. 28: Đường đặc tính cảm biến EOT

ECM nhận giá trị điện áp để :

 Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm

 Hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu

33

2.4.3.4. Cảm biến mực xăng ( FLS )

Cảm biến mực xăng là một biến trở. Khi mực xăng trong bình thay đổi thông qua phao xăng tác động đến cảm biến mực xăng.

Hình 2. 29: Cảm biến báo xăng

Hình 2. 30: Đường đặc tính cảm biến mực xăng

2.4.3.5. Cảm biến dòng điện ACS712

Cảm biến dòng điện ACS712 (Hall Effect Current Sensor) dựa trên hiệu ứng Hall để đo dòng điện AC/DC, cảm biến có kích thước nhỏ gọn, dễ kết nối, giá trị trả ra là điện

34 áp Analog tuyến tính theo cường độ dòng điện cần đo nên dễ kết nối và lập trình với vi điều khiển.

Sơ đồ chân ACS712:

Hình 2. 31: Cảm biến dòng điện ACS 712

Đường dặc tính khi đo dòng điện DC:

Hình 2. 32: Đường đặc tính cảm biến dòng ACS 712

2.5. Ứng dụng vi điều khiển trong điều khiển động cơ 2.5.1. Phương pháp điều xung PWM 2.5.1. Phương pháp điều xung PWM

Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác: là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến thay đổi điện áp ra.

35 Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và sự khác nhau về độ rộng của sườn dương hay sườn âm.

Hình 2. 33: Chu kỳ xung PWM

2.5.2. Ứng dụng của PWM trong điều khiển

PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển. Điển hình nhất mà chúng ta thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp... Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn được dùng để điều khiển sự ổn định tốc độ động cơ.

Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như: boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha...

PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở các mạch điện điều khiển. Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định. Như vậy PWM được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện- điện tử. PWM cũng chính là nhân tố mà các đội Robocon sử dụng để điều khiển động cơ hay ổn định tốc độ động cơ.

2.6. Tổng quan về PID

Điều khiển PID: là một kiểu điều khiển có hồi tiếp, ngõ ra thay đổi tương ứng với sự thay đổi của giá trị đo.

Kỹ thuật điều khiển PID tuy không phải là một kỹ thuật điều khiển mới, nhưng lại là kỹ thuật phổ biến nhất chuyên dùng để điều khiển các hệ thống trong công nghiệp như hệ thống lò nhiệt, điều khiển tốc độ, vị trí, moment động cơ AC và DC. Một trong những

36 lý do bộ điều khiển PID trở nên phổ biến như vậy là vì tính đơn giản, dễ triển khai trên những vi xử lý nhỏ với hiệu năng tính toán hạn chế.

Người ta có thể chỉ áp dụng điều khiển P, PI, hay PID. Công thức toán của bộ điều khiển PID trên miền Laplace:

Trong đó:

Kp: độ lợi tỉ lệ

Ki: độ lợi tích phân Kd: độ lợi vi phân

Ti=Kp/Ki: thời gian khâu vi phân

Td: thời gian khâu tích phân

Hình 2. 34: Sơ đồ khối bộ PID

Thuật toán của bộ điều khiển PID số, hàm truyền khâu PID rời rạc: [6]

U(z) E(z) = GPID(z) = Kp +KiT 2 z + 1 z − 1+ Kd T z − 1 z => [2Tz(z-1)U(z)=[2Tz(z-1)]Kp+TzKiT(z+1)+2Kd(z-1)(z-1)]E(z) => 2Tz2U(z)-2TzU(z)=(2Tz2Kp-2TzKp+KiT2z2+KiT2z+2Kdz2+2Kd-4Kdz)E(z) (2.1) (2.2 )

37 =>(2T)z2U(z)-(2T)zU(z)=[(2TKp+KiT2+2Kd) z2+(KiT2-2TKp-4Kd)z+(2Kd)]E(z)

Đặt ∆=2T ta được:

∆z2U(z)- ∆zU(z)=α[z2E(z)]+ β[zE(z)]+γE(z) (1) Chia 2 về phương trình (1) cho z2 ta được:

∆U(z)- ∆z−1U(z)=αE(z)+ βz−1E(z)+γz−2E(z) Ta chuyển về dạng:

∆u(k)- ∆u(k-1)=αe(k)+ βe(k-1)+γe(k-2)

=> Tín hiệu điều khiển PID cho hệ rời rạc (2.12):

u(k) =αe(k) + βe(k − 1) + γe(k − 2) + ∆u(k − 1) ∆ Trong đó: α = 2TKp+KiT2+2Kd β = KiT2-2TKp-4Kd γ = 2Kd ∆=2T

Thông thường việc chọn thông số P, I, D được xác định bằng thực nghiệm dựa vào đáp ứng xung của hệ thống. Zieglar - Nichols đưa ra phương pháp chọn tham số cho mô hình quán tính bậc nhất có trễ. Nhưng phương pháp này chọn thông số P, I, D trên mô hình là ranh giới giữa ổn định và bất ổn định mà mô hình thực tế lại là mô hình ổn định nên lựa chọn thông số P, I, D theo phương pháp này là không chính xác. Vậy nên để lựa chọn thông số P, I, D bằng cách thực nghiêm.

2.7. Tổng quan về động cơ DC 2.7.1. Động cơ DC 2.7.1. Động cơ DC

Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng.

Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí

38 sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy