TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị
1 Dung lượng Ah 100
2 Điện áp danh nghĩa V 12
3 Khối lượng Kg 13,5
4 Kích thước (dài x rộng x cao) mm 215 x 165 x 305
5 Xuất xứ Howell Energy Co.,Ltd
Hình 2.10: Ắc quy Howell HW-12V 100Ah.
Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời
Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc- quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài .
Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc- quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải.
Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp.
Hình 2.11: Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Suoer - ST-C1230 Bảng 2. 4. Bảng thông số bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Suoer Bảng 2. 4. Bảng thông số bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Suoer
TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị 1 Điện áp sạc tối đa A 10 / 20 / 30
2 Điện áp thích ứng V 12 / 24
3 Đầu ra USB 5V 2.1A
4 Kích thước (dài x rộng x cao) mm 180 x 120 x 50
5 Xuất xứ SUOER ELECTRONIC
INDUSTRY CO.,LTD
Các hệ thống khác trên xe Kích thước ghế ngồi:
- Chiều rộng: 450 mm và chiều cao: 200 mm - Khoảng cách vành tay lái đến đệm ngồi: 200 mm - Góc nghiêng đệm ngồi: 50-70
- Góc nghiêng đệm tựa: 95 – 1000
- Chiều cao đệm tựa không lớn hơn 530 mm
Vì xe ô tô điện sử dụng năng mặt trời thiết kế sử dụng các hệ thống, các tổng thành tương tự như ô tô con nên về mặt khối lượng ta có thể lấy theo khối lượng các hệ thống tổng thành của ô tô con.
Trong đó:
- Khối lượng của ghế: 5 kg
- Khối lượng của cầu trước và bánh xe: 40 kg - Khối lượng của cầu sau và bánh xe: 60 kg - Khối lượng của hệ thống lái: 7 kg
Động cơ.
Với các thông số về kích thước và khối lượng của các hệ thống đã được chọn, tiến hành tính toán công suất cần thiết của động cơ:
Chọn sơ bộ khối lượng động cơ là 20 kg, như vậy ta có khối lượng toàn bộ xe là 438 kg.
Phương trình cân bằng lực kéo như sau: Pk = Pf + Pi + Pω + Pj (2.1) + Lực cản lăn được tính:
Pf = f.(Z1 + Z2) = f.Gtb.cosα=0,015.4296,8.cos6o = 64 (N) Gtb=438.9,81= 4296,8 N là tổng trọng tải của xe + Lực cản lên dốc: Pi = Gtb.sinα= 4296,8.0,1 = 429,68 (N) + Lực cản không khí: Pω = k.F.v2= 0,3.2,7.11,112= 100(N)
+ Lực quán tính: Pj = Gtb.a với a là gia tốc của xe. Chọn gia tốc a = 1(m/s2) Pj = 438.1 = 438 (N).
Từ những tính toán trên, thay các giá trị tính được vào biểu thức (2.1) ta có:
Pk = 64 + 429,68 + 100 + 438 = 1032 (N)
Trong thực tế 4 lực cản này thường không xảy ra cùng lúc, lực cần thiết của động cơ ở hai trường hợp này được tính lại là:
P
fi = Pf + Pi = 64 + 429,68 = 493,68(N) Pfω = Pf + Pω = 64 + 100 = 164 (N)
Ta có thể chọn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa để xác định cân bằng công suất cho động cơ, khi đó Pfω=164(N) và vận tốc của xe v = 11,11(m/s). Ta có công suất cản của xe lúc này là:
Neω= Pfω. v = 164. 11,11 = 1822,04 (W) Công suất cực đại yêu cầu của động cơ:
Nect = Neω/ η= 1822,04/0,95 = 1917,9 (W)
Chọn động cơ lắp trên xe ứng với công suất cực đại yêu cầu Ne max: Ne max = (1,1-1,25). Ne ct = 2109,7- 2397,3 (W)
Vì vậy để đảm bảo xe đạt được các thông số thiết kế, chúng ta chọn động cơ điện có công suất 2200W.
Động cơ được chọn là loại động cơ điện một chiều có chổi than DC-48 2.2 Series (kích từ nối tiếp) của Trung Quốc được thiết kế dành riêng cho xe điện với những thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 2. 5. Thông số kỹ thuật động cơ DC- 48 2.2 Series
TT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Kích thước mm 145x 211 2 Khối lượng kg 20 3 Số vòng quay định mức Vòng/phút 2000 4 Công suất định mức KW 2,2 5 Momen xoắn định mức N.m 10,8 6 Điện áp sử dụng V 48 Lựa chọn các hệ thống khác cho xe Hệ thống treo
Để chọn được hệ thống treo phù hợp cho xe thiết kế ta phân tích ưu - nhược điểm của các loại hệ thống treo:
- Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng phổ biến trên tất cả các loại ôtô. Nó có ưu điểm là: Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ trong khi vẫn đảm bảo được các yêu cầu cần thiết, nhất là đối với những xe có tốc độ chuyển động không lớn. Tuy nhiên nó có nhược điểm là ảnh hưởng đến tính ổn định ngang, dẫn đến hiện tượng trượt và sinh ra mômen con quay lớn ( Mcq).
- Hệ thống treo độc lập được sử dụng chủ yếu ở cầu trước các ôtô du lịch. Nó có ưu điểm là: Cho phép tăng độ võng tĩnh và động của hệ thống treo, nhờ đó tăng được độ êm dịu chuyển động, giảm được hiện tượng dao động các bánh xe dẫn hướng do hiệu ứng mômen con quay, tăng được khả năng bám đường, do đó tăng được tính điều khiển và ổn định của xe. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là phức tạp và đắt tiền khi sử dụng ở các cầu chủ động. Vì thế các ôtô du lịch hiện đại thường dùng hệ thống treo phụ thuộc ở cầu sau. Hệ thống treo độc lập ở các cầu chủ động chỉ sử dụng trên các ôtô có tính cơ động cao.
Kết luận: Với cơ sở phân tích như trên, cùng với đặc điểm, mục đích sử dụng của xe thiết kế ta chọn hệ thống treo phụ thuộc bộ phận đàn hồi nhíp lá cho cả treo trước và treo sau.
Hình 2.13: Sơ đồ bố trí hệ thống treo ô tô điện có sử dụng năng lượng mặt trời. trời.
1. Treo trước; 2. Cầu trước; 3. Khung xe; 4. Treo sau; 5. Cầu sau; 6. Nhíp 7. Giảm chấn; 8. Gối đỡ sau; 9. Gối đỡ trước.
Hệ thống phanh
- Cơ cấu phanh: chọn cơ cấu phanh đĩa cho phanh trước và cơ cấu phanh tang trống cho phanh sau.
- Dẫn động phanh: chọn dẫn động thủy lực cho hệ thống phanh chính và dẫn động cơ khí cho phanh tay.
- Phương án điều khiển phanh bằng bàn đạp. Đây là phương án thông dụng nhất, việc điều khiển vừa thuận tiện, vừa tạo được lực bàn đạp lớn, đồng thời hành trình bàn đạp cho phép cũng lớn. 2 7 7 8 5 3 2 3 4 5 6
Hình 2.14: Bố trí hệ thống phanh trên xe thiết kế.
1. Cơ cấu phanh trước; 2. Bàn đạp phanh; 3. Xylanh phanh chính; 4. Van chia 5. Đường ống dầu; 6. Cáp dẫn phanh tay; 7. Tay kéo; 8. Đòn nối; 9. Ốc điều chỉnh;
10. Cơ cấu phanh sau.
Hình 2.15: Sơ đồ hệ thống phanh chính của xe thiết kế.
1.Bàn đạp phanh; 2. Xilanh chính; 3. Cơ cấu phanh trước; 4. Đường ống dẫn dầu phanh; 5. Van chia; 6. Cơ cấu phanh sau.
1 2 3 6 4 5 7 8 9 10 3 4 5 2 1 6
Hệ thống lái
Trên cơ sở phân tích đặc điểm chính của một số loại cơ cấu lái, dẫn động lái thường dùng cho ô tô du lịch cỡ nhỏ cùng với yêu cầu của hệ thống lái trên xe thiết kế phải đơn giản nhỏ gọn, dễ bố trí, ta chọn hệ thống lái cho ô tô điện có sử dụng năng lượng mặt trời như sau:
Hình 2.16: Hệ thống lái ô tô điện có sử dụng năng lượng mặt trời.
130 4 7 5 10 1 2 3 6 9 11 5 6 2 7 3 8 1
1. Bánh xe dẫn hướng; 2. Trụ đứng ; 3. Đòn dẫn động ; 4 .Chi tiết càng cua ; 5. Thanh đỡ đòn ngang ; 6. Đòn kéo ngang; 7. Đòn bên ; 8. Trục lái ; 9. Vô lăng ; 10. Chốt; 11. Khớp cầu.
Hệ thống điện thân xe
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Hình 2.17: Sơ đồ hệ thống điện năng lượng mặt trời.
Cách ghép nối của tấm pin năng lượng và ắc quy
Ta ghép các tấm pin song song với nhau khi đó điện áp và cường độ dòng điện của chúng bằng nhau: I1 = I2 = I3 = I4, V1 = V2 = V3 = V4. Nếu cường độ chiếu sáng là đồng đều trên các tấm thì đối với hệ nối tiếp ta có:
Cường độ dòng của hệ: I = I1 + I2 + I3 + I4. Điện áp của hệ: V= V1 = V2 = V3 = V4.
Hình 2.18: Hệ pin mặt trời gồm 4 tấm nối tiếp.
Công suất điện do mỗi tấm cấp cho tải bằng nhau và tải nhận được tổng công suất của các tấm: P = P1 + P2 + P3 + P4
Ghép song song các bình acquy
Các bình acquy được ghép nối tiếp theo sơ đồ sau:
Hình 2.19: Hệ 4 acquy đấu nối tiếp
Hệ thống đèn chiếu sáng tín hiệu. Tổng quan
Đèn sử dụng trên xe được phân loại theo các mục đích: chiếu sáng, tín hiệu và thông báo. Ví dụ các đèn đầu được dùng để chiếu sáng khi đi vào ban
đêm, các đèn xin nhan để báo cho các xe khác cũng như người đi bộ và các đèn hậu ở đuôi xe để thông báo vị trí của xe.
Hệ thống đèn hậu
Khi công tắc điều khiển chuyển sang vị trí “TAIL”, thì dòng điện đi vào phía cuộn dây của relay đèn hậu. Relay đèn hậu bật lên và đèn sáng.
Hệ thống đèn trước
Hình 2.21: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống đèn trước.
Hệ thống đèn xin nhan
Mạch điều khiển động cơ
Hình 2.23: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ.
Mạch điện tổng hợp + Đ1, Đ2: đèn phía trước + Đ3, Đ4: đèn phía sau + Đ5, Đ6: đèn xin nhan trái + Đ7, Đ8: đèn xin nhan phải + C1: Còi
Quy trình nạp, xả điện năng.
Quy trình nạp của tấm pin năng lượng mặt trời.
Ta có thể tự mình ước tính xem liệu tấm pin có thể sản xuất ra bao nhiêu điện năng dựa trên các thông số tấm pin năng lượng mặt trời in trên nhãn của nhà sản xuất. Để có thể tính toán sản lượng đầu ra của tấm pin mặt trời dùng công thức sau:
Pt = P x t x 75%.
Sản lượng điện mặt trời đầu ra của một tấm pin sẽ bằng công suất định mức của tấm pin nhân với hiệu suất tấm pin nhân với số giờ nắng cao điểm trong một ngày 75% (trừ 25% bởi tác động của các yếu tố tự nhiên).
Trừ hao 25% là ở trường hợp xấu nhất, vị trí không được “đẹp” thường có nhiều mây, mưa, bóng râm,….
Tấm pin có công suất định mức P là 1000W, bốn tấm pin năng lượng
giống nhau ghép song song nhau nên P = P1 + P2 + P3 +P4 = 100 x 4 = 400. Lấy số giờ nắng cao điểm tại các khu du lịch là 5,5 giờ nên ta được:
Pt = 100 x 4 x 5,5 x 75% = 1.650 W
Cường độ dòng của hệ: I = I1 + I2 + I3 + I4 =33.96 (A).
Điện áp của hệ: V= V1 = V2 = V3 = V4 = 30,6 (V) .
Quy trình nạp, xả của acquy Li-ion.
Quá trình điều tiết sạc/xả một hệ pin Li-ion hoàn chỉnh, bao gồm nhiều tế bào pin lắp nối tiếp, tương đối khác biệt.
Đối với một hệ pin Li-ion hoàn chỉnh, cần 3 giai đoạn 1 – Chế độ ổn dòng: constant current.
2 – Cân bằng.
3 – Chế độ ổn áp: constant voltage.
Hình ảnh mô tả 2 giai đoạn sạc ắc quy Lithium-ion tiêu chuẩn gồm: Sạc ổn dòng, sạc ổn áp. Trong quá trình sạc ổn dòng, dòng điện được giữ không
đổi. Dòng điện sạc càng lớn, quá trình sạc ổn dòng càng ngắn nhưng quá trình sạc ổn áp sẽ càng dài; tuy vậy, tổng thời gian sạc cả 2 giai đoạn thường không quá 3h. Đồng thời, dòng điện lớn sẽ làm tăng nhiệt độ ắc quy.
Hình 2.25: Quy trình sạc ắc quy Li-ion
Trong quá trình sạc ổn dòng, điện áp trên 2 đầu cực ắc quy tăng dần. Khi điện áp đạt bằng sức điện động của ắc quy lúc đầy, bộ sạc kết thúc quá trình sạc ổn dòng và chuyển sạc chế độ sạc ổn áp. Toàn bộ thời gian sạc ổn dòng thường kéo dài tối đa khoảng 1h (tùy thuộc vào dung lượng còn lại ban đầu của ắc quy). Kết thúc quá trình sạc ổn dòng, dung lượng ắc quy đã phục hồi được khoảng 70%. Trong nhiều trường hợp (quick-charge) người ta có thể đem sử dụng ngay (phương pháp “charge-and-run”). Điều này mặc dù làm giảm bớt thời gian sạc đồng thời làm cho thiết kế của bộ sạc đơn giản hơn rất nhiều nhưng mặt khác sẽ làm giảm tuổi thọ ắc quy. Để đảm bảo tuổi thọ của ắc quy theo đúng thông số nhà sản xuất đưa ra, người ta thường phải tiến hành cả giai đoạn sạc ổn áp - thường mất thời gian hơn rất nhiều so với giai đoạn sạc ổn dòng.
Trong chế độ sạc ổn áp, điện áp sạc thường được giữ không đổi bằng 4,2V/cell. Do dung lượng của ắc quy phục hồi dần, sức điện động của nó tăng lên làm cho dòng điện giảm dần. Khi dòng điện giảm về nhỏ hơn 3%C, chế độ sạc ổn áp kết thúc. Lúc này, dung lượng ắc quy đạt khoảng 99%.
Khác với Bình ắc quy acid-chì, ắc quy Li-ion không cần và không được phép duy trì áp sạc sau khi ắc quy đã đầy (dòng điện sạc giảm nhỏ hơn 3%C) vì tính chất của ắc quy Lithium-ion không cho phép over-charge; nếu vẫn cố over-charge có thể sẽ làm nóng ắc quy và gây ra nổ. Ngoài ra, theo các chuyên gia, không nên sạc ắc quy Li-ion vượt quá 100% dung lượng vì như vậy sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc quy. Vấn đề này sẽ được làm rõ ở phần tiếp theo. Nếu ắc quy được sạc đầy, sau khi ngừng sạc, điện áp hở mạch của ắc quy sẽ giảm dần về mức ổn định khoảng 3,6 - 3,9V/cell. Trái lại, nếu chỉ sạc nhanh (sạc ổn dòng) thì sau khi ngừng sạc, áp ắc quy sẽ giảm sâu hơn về khoảng 3,3 - 3,5V.
Do Bình ắc quy Lithium-ion cũng có tính chất tự phóng điện khi không sử dụng (self-discharge) nên trong một số trường hợp, để điền đầy ắc quy, ngoài việc sử dụng quá trình ổn dòng, ổn áp, người ta thường kết hợp thêm kỹ thuật sạc xung ngắn. Chẳng hạn, khi áp ắc quy đạt 4,2V/cell, quá trình sạc sẽ dừng ngay. Lúc này, điện áp pin sẽ giảm dần; khi điện áp ắc quy giảm còn 4,05V/cell hệ thống sạc lại tiếp tục đóng áp sạc 4,2V/cell vào để tiếp tục quá trình sạc áp. Việc đóng cắt như vậy sẽ được diễn ra liên tục. Nhờ vậy, điện áp ắc quy được giữ ổn định trong khoảng 4,05 – 4,2V/cell, do đó, làm ắc quy được nạp sâu hơn, tránh được hiện tượng over-charging và kéo dài tuổi thọ ắc quy.
Pin dần dần tự phóng điện ngay cả khi không được kết nối và cung cấp dòng điện. Pin sạc Li-ion có tốc độ tự xả thường được các nhà sản xuất công bố là 1,5–2% mỗi tháng.
Đối với ắc quy Li-ion nói chung, người ta đã chứng minh được rằng dải nhiệt độ từ 50C – 450 0C là dải nhiệt độ hoạt động tối ưu. Dưới 50C dòng sạc
cần phải được giảm xuống và khi nhiệt độ giảm xuống dưới 00C (nhiệt độ đóng băng) cần dừng ngay quá trình sạc.
Ngược lại, ở nhiệt độ cao hơn 450C hoạt động của ắc quy trở nên mạnh mẽ hơn, nghĩa là có có thể phóng hoặc nạp dòng điện lớn hơn dòng danh định (C). Tuy nhiên, cả 2 trường hợp (nhiệt độ quá thấp cũng như nhiệt độ quá cao) đều làm tăng nội trở ắc quy, do đó, nếu vẫn cố gắng sạc thì sẽ làm giảm tuổi thọ ắc quy.
Chương 3. BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA
Quy trình bảo dưỡng sửa chữa của mô tơ điện
Trong quá trình sử dụng và vận hành ta không thể tránh khỏi việc mô tơ điện bị hư hỏng hay gặp các vấn đề. Sau đây là một vài các nhận biết hư hỏng và cách sửa chữa khắc phục.
STT HƯ HỎNG NGUYÊN NHÂN SỬA CHỮA,