xây dựng hệ thống nạp điện acquy từ pin mặt trời và hệ thống giám sát hoạt động của xe điện

Công việc của nhóm chúng tôi là nghiên cứu xây dựng mạch nạp cho bình acquy từ nguồn năng lượng pin mặt trời, ngoài ra mạch còn có thể sử dụng nguồn năng lượng từ lưới... Các cảnh báo ba

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG NẠP ĐIỆN ACQUY

TỪ PIN MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT

HOẠT ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN

MÃ SỐ: T2010 - 06

S 0 9

S KC 0 0 3 6 3 4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG NẠP ĐIỆN ACQUY

TỪ PIN MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT

HOẠT ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN

MÃ SỐ: T2010 - 06

Chủ nhiệm đề tài: GVC.THS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

TP HCM, 12/2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG NẠP ĐIỆN ACQUY TỪ PIN MẶT TRỜI VÀ

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

1 Nhóm chế nghiên cứu thiết kế chế tạo xe điện

2 Nhóm nghiên cứu pin mặt trời

3 Nhóm điều khiển động cơ xe điện

MỤC LỤC

Mở đầu 7

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 8

Tính cấp thiết – mục tiêu 10

Cách tiếp cận 11

Phương pháp nghiên cứu 11

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12

Nội dung nghiên cứu 12

Chương 1: THIẾT KẾ MẠCH NẠP ACQUY I GIỚI THIỆU 13

II KHẢO SÁT PIN MẶT TRỜI VÀ ACQUY 13

1 Khảo sát nguồn năng lượng là pin mặt trời 13 2 Khảo sát nguồn năng lượng lưới điện 16 III THIẾT KẾ MẠCH NẠP ACQUY 23

Chương 2: THIẾT KẾ CÁC MẠCH ĐO I GIỚI THIỆU 25

II LỰA CHỌN CÁC CẢM BIẾN 25

1 Cảm biến nhiệt 25 2 Cảm biến encoder 26 3 Mạch đo dòng của bình 27 4 Mạch đo áp của bình 28 5 Mạch đo dòng của 2 động cơ 29 Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN I GIỚI THIỆU 29

II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ 29

III THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH 31

1 Lựa chọn linh kiện 31

2 Sơ đồ mạch toàn hệ thống 31

I GIỚI THIỆU 35

II THIẾT KẾ LƯU ĐỒ 35

III CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 36

KẾT LUẬN 61

KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

Danh mục bảng biểu

Bảng 1-1 Loại bình acquy và tỷ trọng chất điện phân

Bảng 4-1 Hiển thị phần trăm của bình acquy

Hình 1-4 Các vùng năng lượng

Hình 1-5 Đặc tính kỹ thuật của panel 270W redsun

Hình 1-6 Đặc tính điện thế và tỷ trọng khi phóng và nạp với dòng không đổi

Hình 1-7 Đặc tuyến phóng điện tới điện thế cuối cùng

Hình 1-8 Dung lượng định mức dựa trên mức 8 giờ

Hình 1-9 Mức dung lượng và dòng điện khi phóng điện đến điện thế cuối cùng bằng 1V

Hình 1-10 Đặc tính điện thế và thời gian khi phóng điện đến điện thế cuối cùng bằng 1V Hình 1-11 Mạch nạp acquy

Hình 2-1 Sơ đồ chân cảm biến DS18B20

Hình 2-2 Sơ đồ mạch đo dòng cấp của bình cho tải

Hình 2-3 Sơ đồ mạch đo điện áp của bình

Hình 2-4 Sơ đồ mạch đo dòng hai động cơ

Hình 3-1 Sơ khối hệ thống

Hình 3-2 Sơ đồ mạch hệ thống

Hình 3-3 Sơ đồ mạch hiển thị giao tiếp với nhau qua truyền dữ liệu UART

Hình 3-4 Sơ đồ mạch in khối hiển thị

Hình 3-5 Sơ đồ mạch in hệ thống

Thông tin kết quả nghiên cứu

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện các yêu cầu đề ra, mạch nạp đã nạp điện được cho acquy từ 2 nguồn năng lượng là pin mặt trời và ac quy

Các thông số đo điện áp của pin, đo điện áp của nguồn lưới, đo dòng nạp cho acquy, điện áp acquy đã hiển thị đúng trên màn hình LCD

Trong quá trình đo nhóm đã tiến hành so sánh các thông số đo đúng với các thông số

đo bằng thiết bị đo khác như DVM

Đo tốc độ qua encoder đã thực hiện và kết quả hiển thị trên LCD

MỞ ĐẦU

Nguồn năng lượng nước ta ngày càng trở nên thiếu trầm trọng do sự tăng nhanh các thiết bị sử dụng điện của các hộ tiêu thụ, các cơ sở, trường học, các công ty nhà máy … cùng với việc phụ thuộc vào thiên nhiên của các nhà máy thủy điện làm bất ổn nguồn năng lượng cung cấp

Khi vào mùa khô, thời tiết nắng nóng nhiều thì nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên đang kể, trong khi đó trời lại ít mưa làm cho các thủy điện ngừng hoạt động vì thiếu nước mưa, càng làm thiếu thốn năng lượng trầm trọng

Chính phủ đã có kế hoạch đầu tư nguồn cung cấp điện ổn định là nhà máy điện hạt nhân nhưng việc thiết kế và triển khai đang thực hiện và cho đến năm 2020 thì mới có thể đưa vào sử dụng

Từ nay đến năm 2020 còn đến 8 năm, Chính phủ cũng đã đầu tư thêm các nhà máy điện để bổ sung nguồn năng lượng nhưng không đang kể, mạch khác Chính phủ ra sức kêu gọi người tiêu dùng nên sử dụng tiết kiệm nguồn năng lượng để có thể dùng lâu dài

Nhà trường chúng ta đã thực hiện chính sách tiết kiệm điện từ khá lâu, mỗi năm trường

đã tiết kiệm hàng tram triệu đồng, tiết kiệm cho chính trường chúng ta và tiết kiệm cho cả

xã hội đang rất cần chúng ta để chia sẻ nguồn năng lượng cho các hoạt động sản xuất khác Đất nước ta ở miền nhiệt đới, có ánh nắng mặt trời và có gió quanh năm Chúng ta đã tiến hành xây dựng máy phát điện bằng sức gió tại nhiều nơi như Huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận và mới đây đã có dự án xây dựng tại tỉnh Bình Định

Ngoài việc xây dựng các nguồn cung cấp điện thì Chính Phủ còn khuyến khích nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng xanh sạch như năng lượng mặt trời, năng lượng gió Cũng chính vì lý do sự thiếu hụt năng lượng và khai thác nguồn năng lượng mới nên Khoa điện – điện tử có đề tài nghiên cứu chế tạo xe chạy bằng năng lượng điện sử dụng nguồn năng lượng mặt trời

Đây là đề tài khá lớn và nhóm chúng tôi phụ trách công việc: “Xây dựng hệ thống nạp điện acquy từ pin mặt trời và hệ thống giám sát hoạt động của xe điện”

Công việc của nhóm chúng tôi là nghiên cứu xây dựng mạch nạp cho bình acquy từ nguồn năng lượng pin mặt trời, ngoài ra mạch còn có thể sử dụng nguồn năng lượng từ lưới

điện 220V Mạch có thể đo điện áp của bình, dòng nạp cho bình, dòng sử dụng cho tải, biết năng lượng tiêu hao của bình, năng lượng và thời gian sử dụng còn lại của bình Đo tốc độ của động cơ, đo khối lượng của xe, đo nhiệt độ làm việc của hai động cơ Các cảnh báo bao gồm: bình không nạp được, có dòng cấp cho động cơ nhưng động cơ không quay do xe bị kẹt, báo quá nhiệt động cơ, báo hiệu nguồn năng lượng mặt trời tốt nhất có thể dừng lại để nạp cho bình, báo hiệu quá tải cần giảm tải để bảo vệ động cơ

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Xe chạy bằng năng lượng điện đã được nghiên cứu rất nhiều trên thế giới và các nhà chế tạo đã sản xuất phục vụ cho các nhu cầu sử dụng đi lại vận chuyển của con người Các

xe điện tại các khu vui chơi có thể chở hành khách đi tham quan các vị trí khác nhau vừa tiết kiệm năng lượng vừa không tạo khí thải như các xe chạy bằng dầu, không làm ảnh hưởng đến sức khỏe của những người xung quanh Các xe điện sử dụng trong các sân gold cũng có chức năng tương tự

Trong thời kỳ khủng hoảng năng lượng xăng dầu của thế giới, người dân chúng ta đã

sử dụng xe đạp điện có nguồn gốc từ Trung Quốc để thay cho xe gắn máy nhằm tiết kiệm tiền và năng lượng dầu gây ô nhiễm

Các xe điện này chủ yếu sử dụng nguồn năng lượng từ lưới điện nạp cho bình acquy

và bình acquy cung cấp năng lượng cho xe hoạt động

Hiện tại đã có những nghiên cứu sáng tạo và thành công về cuộc thi sử dụng nguồn năng lượng pin mặt trời ở các nước phát triển, đã có máy bay bằng nguồn năng lượng mặt trời, đó là chiếc máy đầu tiên trên thế giới chạy bằng năng lượng mặt trời do Thụy Sĩ chế tạo đã có chuyến bay thử nghiệm thành công với thời gian kéo dài liên tục 26 tiếng đồng hồ Chiếc máy bay này với tên gọi Solar Impulse, có sải cánh dài 63 m, bằng với chiếc Airbus A340, và dài gần 22 m Trọng lượng của chiếc máy bay một người lái này vào khoảng 1.600 kg và có gần 12.000 tấm pin năng lượng mặt trời gắn vào cánh và bộ phận thăng bằng phía sau Máy bay cũng được trang bị 4 động cơ điện và có vận tốc tối đa là 70 km/giờ

Hình máy bay Thụy Sĩ:

Hình 1 Máy bay đang bay thử nghiệm

Đã có du thuyền mang tên chạy vòng quanh thế giới bằng năng lượng mặt trời: Có kiểu dáng giống như một tàu sân bay, Tûranor PlanetSolar đã trở thành chiếc tàu chạy bằng năng lượng Mặt trời lớn nhất thế giới

Tûranor PlanetSolar hiện là chiếc tàu thủy chạy bằng năng lượng Mặt trời lớn nhất thế giới, vừa hoàn thành hành trình đi vòng quanh thế giới để khuyến khích việc sử dụng năng lượng sạch trên toàn cầu

Tàu Tûranor PlanetSolar bắt đầu hành trình vòng quanh thế giới của mình từ cảng Monaco vào ngày 27/9/2010 Chiếc tàu chạy bằng năng lượng Mặt trời lớn nhất thế giới này

đã dừng lại tại Miami, Cancun – trong dịp diễn ra Hội nghị về khí hậu của LHQ – và đảo Galapagos ở Thái Bình Dương

Tàu Tûranor PlanetSolar, trị giá hơn 12,5 triệu euro, được lắp đặt hơn 500 m2 các tấm pin Mặt trời để cung cấp năng lượng điện cho hai động cơ Tốc độ tối đa của chiếc tàu thủy này khoảng 26 km/h Sức chứa của Tûranor PlanetSolar là 40 hành khách

Dưới đây là những hình ảnh của chiếc tàu thủy chạy bằng năng lượng Mặt trời lớn nhất thế giới được ghi lại tại cảng Brisbane, Australia:

Xe chạy bằng năng lượng mặt trời được tổ chức hàng năm, tham gia cuộc đua World Solar Challenge 2011 có 37 đội đến từ 20 nước trên thế giới Những chiếc xe sẽ chạy từ thành phố Darwin thuộc vùng lãnh thổ phía Bắc Australia đến thành phố Adelaide ở miền Nam nước này với quãng đường 3.000km Hình ảnh xe chạy bằng năng lượng mặt trời

Hình 3 Xe chạy bằng năng lượng mặt trời

TÍNH CẤP THIẾT – MỤC TIÊU

Các sản phẩm sử dụng nguồn năng lượng mặt trời không còn gì là mới lạ, … mọi thứ đang diễn ra, đang hoàn thiện, đang cải tiến và cũng đang thách thức các nhà nghiên cứu làm sao để sử nguồn năng lượng này ngày càng hiệu quả hơn, hiệu suất cao hơn, tiết kiệm chi phí hơn, phổ biến hơn, ổn định hơn vì mặt trời chỉ có 12 tiếng cho 1 ngày nhưng năng lượng thực sự hiệu suất cao chỉ có 6 đến 8 tiếng, và còn phụ thuộc nhiều vào thời tiết, …

Chính vì còn nhiều thách thức đang mong đợi các nhà nghiên cứu tìm ra những giải pháp để cải tiến và đó cũng chính là mục tiêu nghiên cứu của nhóm nhằm chế tạo mạch nạp cho bình từ nguồn năng lượng pin mặt trời và từ lưới điện nếu nguồn năng lượng pin không đáp ứng được và giám sát các hoạt động tiêu thụ năng lượng để cảnh báo cho người sử dụng sao cho kéo dài thời gian sử dụng và sử dụng hiệu quả nhất

Đề tài là “xây dựng hệ thống nạp điện acquy từ pin mặt trời và hệ thống giám sát

hoạt động của xe điện” gồm các đích như sau:

 Thiết kế mạch nạp điện cho acquy từ pin sử dụng nguồn năng lượng mặt trời và

từ lưới điện để cho xe điện hoạt động

 Ngoài chức năng nạp điện cho acquy thì hệ thống còn giám sát các thông số hoạt động của xe điện

CÁCH TIẾP CẬN

Để chế tạo xe điện được thực hiện bởi nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau, mỗi nhóm thực hiện một mảng công việc khác nhau và phối hợp với nhau để xe điện có thể hoạt động đúng với yêu cầu đặt ra Với nhiệm vụ nghiên cứu được phân công nhóm đã nghiên cứu tài liệu về acquy gồm cấu tạo, nguyên lý, cách sử dụng, cách nạp, tài liệu về pin mặt trời, … các thông số cần giám sát, cần cảnh báo của xe ô tô bằng tham quan, học hỏi những nhóm chuyên về xe ô tô, tìm tài liệu trên internet, bằng thực nghiệm nghiên cứu, … áp dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau để thực hiện đề tài

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Xe chạy bằng năng lượng điện đã được nghiên cứu rất nhiều trên thế giới và các nhà chế tạo đã sản xuất phục vụ cho các nhu cầu sử dụng đi lại vận chuyển của con người Các

xe điện tại các khu vui chơi có thể chở hành khách đi tham quan các vị trí khác nhau vừa tiết kiệm năng lượng vừa không tạo khí thải như các xe chạy bằng dầu, không làm ảnh hưởng đến sức khỏe của những người xung quanh

Đọc các tài liệu để thiết kế mạch nạp cho acquy, tài liệu về pin dùng năng lượng mặt trời, các tài liệu về đo dòng điện, các bộ chuyển đổi ADC, truyền dữ liệu, các cảm biến nhiệt độ, điều khiển hiển thị LCD

Nghiên cứu các thông số hoạt động của xe điện cần giám sát như: điện áp của bình, dòng sử dụng của bình để biết năng lượng và thời gian sử dụng còn lại, dòng nạp cho bình, dòng sử dụng của 2 động cơ, đo nhiệt độ làm việc của động cơ, tốc độ của xe

Từ các thông số tiến hành thiết kế sơ đồ khối, lựa chọn linh kiện phù hợp để thiết kế mạch, thiết kế mạch, thí nghiệm mạch, thi công, hiệu chỉnh mạch, đánh giá kết quả hoạt động của mạch

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nhóm nghiên cứu xe điện cụ thể là pin mặt trời và acquy dùng trong xe điện để thiết

kế mạch nạp cho acquy từ năng lượng pin mặt trời và từ lưới điện Ngoài việc thiết kế mạch

áp nguồn nạp, đo dòng nạp cho acquy, đo điện áp acquy, đo dòng cấp cho tải của acquy để đưa ra các thông số như thời gian hoạt động còn lại của xe chính là của bình acquy, đo dòng của 2 động cơ, đo nhiệt độ hoạt động của 2 động cơ, đo tốc độ của xe điện

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu được thực hiện gồm nghiên cứu thiết kế mạch nạp acquy, nghiên cứu thiết kế các mạch đo dòng, đo áp DC, lựa chọn cảm biến nhiệt, cảm biến để đo tốc độ

xe, chọn bộ hiển thị phù hợp để hiển thị đầy đủ các thông số đo

Tất cả các nội dung thực hiện được thể hiện qua 4 chương theo sau

CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ MẠCH NẠP ACQUY

I GIỚI THIỆU

Yêu cầu đặt ra là thiết kế được mạch nạp cho acquy sử dụng từ nguồn năng lượng pin mặt trời khi xe điện di chuyển và cũng có thể nạp năng lượng từ lưới điện

Mạch nạp phải có chức năng lực chọn nhiều chế độ nạp: chế độ nạp bình thường, chế

độ nạp nhanh, khi nạp đầy phải tự động ngắt

Ngoài chức năng điều khiển nạp điện cho acquy thì mạch nạp phải đo các thông số dòng nạp, điện áp của bình và hiển thị các thông số bằng tỉ lệ phần trăm trên LCD để người

sử dụng biết để ra quyết định điều khiển xe cho phù hợp

Để thực hiện các yêu cầu nêu trên, nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành khảo sát thông số của các đối tượng bao gồm pin năng lượng, nguồn năng lượng lưới điện, các thông số của acquy để tiến hành thiết kế mạch nạp

II KHẢO SÁT PIN MẶT TRỜI VÀ ACQUY:

1 Khảo sát nguồn năng lượng là pin mặt trời

b Cấu tạo pin mặt trời

Cấu tạo pin mặt trời như hình 1-1 Cấu tạo cơ bản của pin mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) là một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ Mặt Trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong

Hình 1-1 Cấu tạo của pin mặt trời

c Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Xét một hệ hai mức năng lượng điện tử như hình 1-2

Bình thường điện tử chiếm mức năng lượng thấp hơn E1 Khi nhận bức xạ Mặt Trời, lượng tử ánh sáng photon có năng lượng hv (trong đó h là hằng số Planck, v là vận tốc ánh sáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức năng lượng E2

Ta có phương trình cân bằng năng lượng: hvE2 E1 (1-1)

Hình 1-2 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Hình 1-3 Hệ 2 mức năng lượng Hình 1-4 Các vùng năng lượng

Trong các vật thể rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vòng ngoài, nên các mức năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng sát nhau và tạo thành các vùng năng lượng xem hình 1-4

Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hóa trị, mặt trên của nó có mức năng lượng Ev Vùng năng lượng phía trên tiếp đó hoàn toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, mặt dưới của vùng có năng lượng là Ec Cách ly giữa hai vùng hóa trị và vùng dẫn là một vùng cấp có độ rộng với năng lượng là Eg, trong đó không có mức năng lượng cho phép nào của điện tử

Khi nhận bức xạ Mặt Trời, photon có năng lượng hv tới hệ thống và bị điện tử ở vùng hóa trị thấp hấp thu và nó có thể chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do e-, để lại ở vùng hóa trị một lỗ trống có thể coi như hạt mang điện dương, ký hiệu h+ Lỗ trống này có thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện

Hiệu ứng lượng tử của quá trình hấp thụ photon có thể mô tả bằng Ev + hv  e- + h+Điều kiện để điện tử có thể hấp thụ năng lượng của photon và chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, tạo ra cặp điện tử - lỗ trống là: g c v

c

E E E

m E E

hc E E

hc

g g v c

chuyển đến mặt của Ev, qua trình phục hồi chỉ xảy ra trong thời gian rất ngắn 10-12 ÷ 10-1 giây và gây ra dao động mạnh (photon) Năng lượng bị tổn hao do quá trình phục hồi sẽ là Eph = hv –Eg

Tóm lại, khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thu năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt điện tử - lỗ trống e- - h+, tức là đã tạo ra một điện thế Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng quang điện

d Pin mặt trời dùng cho xe điện - Redsun

Một tấm pin mặt trời chỉ sinh ra điện áp dưới 1V (với pin crystalline-silicon là 0.6V) Muốn đạt được điện áp theo yêu cầu cần phải mắc nối tiếp các pin lại với nhau Các bộ pin mặt trời bán trên thị trường loại crystalline-silicon chứa 36 hoặc 72 tấm pin mắc nối tiếp

Bộ 36 pin phù hợp để nạp điện cho acquy 12V, tương tự bộ 72 pin dùng cho acquy 24V Khi các tấm pin được mắc nối tiếp, dòng điện tổng của bộ pin bằng với dòng điện chảy qua từng tấm pin riêng lẻ, nhưng điện áp tổng bằng tổng điện áp của các tấm pin cộng lại Đặc điểm kỹ thuật pin mặt trời của REDSUN

Hình 1-5 Đặc tính kỹ thuật của panel 270W redsun

Tóm lại nguồn năng lượng từ pin mặt trời là DC đã phù hợp với điện áp nạp cho bình 12V hoặc bình 24V

2 Khảo sát nguồn năng lượng lưới điện

Nguồn năng lượng lưới điện của nước ta là 220V, để nạp điện cho acquy thì phải chuyển nguồn điện 220V AC thành điện áp thấp hơn khoảng 12V đến 18V AC Sử dụng biến áp để thực hiện chức năng hạ áp

Nguồn ac thấp này được đưa qua diode chỉnh lưu để biến đổi năng lượng DC

và chì nguyên chất ở cực âm

Các bản cực được nối với nhau bằng những thanh chì ở phía trên, bản cực dương nối với bản cực dương, bản cực âm nối với bản cực âm Chiều dài, chiều ngang, chiều dầy và số lượng các bản cực sẽ xác định dung lượng của bình ắc - Quy Thông thường, các bản cực

âm được đặt ở bên ngoài, do đó số lượng các bản cực âm nhiều hơn bản cực dương Các bản cực âm ngoài cùng thường mỏng hơn, vì chúng sử dụng diện tích tiếp xúc ít hơn

Chất lỏng dùng trong bình ắc quy này là dung dịch xít sunfuaric Nồng độ của dung dịch biểu trưng bằng tỷ trọng đo được, tuỳ thuộc vào loại bình ắc quy, và tình trạng phóng nạp của bình

Trị số tỷ trọng của bình ắc quy khi được nạp đầy được quy ra ở 25⁰C (77⁰F) được cho

ở bảng sau:

Bảng 1-1 Loại bình acquy và tỷ trọng chất điện phân

Loại bình ắc quy Tỷ trọng chất điện phân

Bình ắc quy làm việc ở chế độ tải nặng, thí dụ các xe tải điện công

Bình ắc quy dùng cho xe ôtô, phi cơ 1,260

Bình ắc quy dùng cho tải không nặng lắm: thí dụ như chiếu sáng tàu

điện, hoặc khởi động các động cơ lớn… 1,245

Bình ắc quy tĩnh, hoặc dùng cho các ứng dụng dự phòng 1,215

Dung lượng của bình ắc quy thường được tính bằng ampe giờ (AH) AH đơn giản chỉ

là tích số giữa dòng điện phóng với thời gian phóng điện Dung lượng này thay đổi tuỳ theo nhiều điều kiện như dòng điện phóng, nhiệt độ chất điện phân, tỷ trọng của dung dịch, và

điện thế cuối cùng sau khi phóng Các biến đổi của thông số của bình ắc - Quy được cho trên các biểu đồ sau:

Hình 1-6 Đặc tính điện thế và tỷ trọng khi phóng và nạp với dòng không đổi

Hình 1-7 Đặc tuyến phóng điện tới điện thế cuối cùng

Hình 1-8 Dung lượng định mức dựa trên mức 8 giờ

b Ắc quy sắt kền

Còn gọi là bình ắc quy ankalin, gồm các bản cực làm bằng oxy hydrat - kền, và các bản cực âm bằng sắt thuần ngâm trong dung dịch hyđrôxít kali Các bản cực thường có cấu trúc phẳng, và dẹp, làm bằng hợp kim thép có mạ kền Các bản cực được chế tạo có các quai

ở trên để có thể dùng bu lông xiết dính lại với nhau, bản cực dương nối với bản cực dương, bản cực âm nối với bản cực âm

Chiều dài, chiều ngang, chiều dầy, số lượng các bản cực sẽ xác định dung lượng của bình ắc quy Điện thế danh định của bình là 1,2 vôn Điện thế thực sự của bình phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như đang hở mạch, hay đang phóng, hay được nạp bao nhiêu Thông thường, Điện thế hở mạch biến thiên từ 1,25 đến 1,35 vôn, tuỳ thuộc vào tình trạng nạp Chất lỏng trong bình này là dung dịch hydrôxít kali, có pha thêm chất xúc tác tuỳ thuộc vào nhà chế tạo, thường là điôxít liti

Nồng độ của dung dịch, biểu trưng bằng tỷ trọng đo được, không tuỳ thuộc vào loại bình ắc quy, và cũng không tuỳ thuộc vào tình trạng phóng nạp của bình, do nó không tham gia vào phản ứng hóa học Tỷ trọng suy ra ở 25 độ C (77 độ F) từ 1,210 đến 1,215 g/cm³ Trị số này thực tế giảm nhẹ theo thời gian, do dung dịch có khuynh hướng bị cacbônát hoá,

do tiếp xúc với không khí Khi trị số này giảm xuống tới 1,160 g/cm³, nó có thể làm thay đổi dung lưọng của bình, và cần phải thay thế Tình trạng này có thể xảy ra vài lần trong suốt tuổi thọ của bình

Ngoài ra, chỉ có một lý do duy nhất có thể làm thay đổi tỷ trọng của bình, đó là khi bình ắc quy đã phóng quá giới hạn bình thường, nghĩa là tới điện thế gần bằng không Khi

đó, các phần tử liti chuyển ra dung dịch làm tăng tỷ trọng lên, có thể tăng thêm từ 0,025 đến 0,030 g/cm³ Tác động này có thể loại bỏ khi nạp bình ắc quy trở lại

Dung lượng của bình, cách tính cũng như bình ắc quy chì - axít, nhưng các thông số và các hệ số hiệu chỉnh cũng khác Đặc tuyến của bình ắc quy sắt - kền được vẽ ở các hình sau:

Hình 1-9 Mức dung lượng và dòng điện khi phóng điện đến điện thế cuối cùng bằng 1V

Hình 1-10 Đặc tính điện thế và thời gian khi phóng điện đến điện thế cuối cùng bằng 1V

c Các phương pháp phóng và nạp

Nạp acquy lần thứ nhất

Ắc quy mới lắp hoặc sau khi sửa chữa thay thế bản cực xong, phải nạp hình thành Sau khi đã đổ dung dịch vào các bình ắc quy phải để cho ắc quy ổn định từ 2 đến 4 giờ mới được nạp

Chất điện phân đổ vào bình phải có tỷ trọng 1,18  0.05 g/cm³ ở nhiệt độ 20 độ C Sau khi rót vào thì tỷ trọng chất điện phân có giảm xuống đôi chút Sau đó vài giờ, tỷ trọng chất điện phân lại bắt đầu tăng lên trở lại Đó là hiện tượng bình thường

Kiểm tra lại việc đấu dây: cực dương của máy nạp phải đấu với cực dương của ắc quy, tương tự, cực âm của máy nạp phải được nối với cực âm của ắc quy

Nạp hình thành acquy chì

Việc nạp hình thành ắc quy được tiến hành theo các bước:

Bước 1: Nạp liên tục cho đến khi truyền cho ắc quy từ 4 đến 5 lần định mức Không được gián đoạn trong thời gian này

Bước 2: Ngừng nạp 1 giờ cho các ngăn ắc quy ổn định Trong thời gian này, tiến hành kiểm tra và sửa chữa các bình bị hư hỏng

Bước 3: Nạp tiếp tục cho đến khi khí thoát mạnh ở tất cả các bình

Bước 4: Lập lại các bước 2 và 3 Như vậy sau mỗi lần nạp và nghỉ xen kẽ 1 giờ, ắc quy

sẽ được truyền thêm 1 lần dung lượng định mức Quá trình nạp, nghỉ xen kẽ như vậy tiến hành cho đến khi truyền cho ắc quy từ 8 đến 10 lần dung lượng định mức

Kết thúc giai đoạn nạp hình thành được xác định theo các điều kiện sau

 Điện thế ắc - Quy đạt tới 2,5 - 2,75 vôn

 Tỷ trọng chất điện phân bằng 1,205 +/- 0,005 g/cm³ ở 20 độ C và không thay đổi trong 3 đến 4 giờ

 Bốc hơi đều trên các tấm cực dương và âm ở tất cả các bình

Ghi chú: trước khi thực hiện chương trình này, phải lập chương trình thật cụ thể, để

việc thực hiện được chính xác Chất lượng và tuổi thọ sau này của bình phụ thuộc rất nhiều vào việc nạp hình thành ban đầu Không được để quá nạp, vì bản cực sẽ bị sunfat hoá, làm giảm tuổi thọ của ắc quy

Dòng điện nạp không được quá 0, 1 lần dung lượng định mức Nhiệt độ chất điện phân không được vượt quá 40 độ C Nếu nhiệt độ vượt quá trị số này thì phải ngưng nạp để hạ nhiệt độ Tuy nhiên, vào giai đoạn đầu khi chưa truyền cho ắc quy đủ 4 đến 5 lần dung lượng định mức không được phép ngừng nạp, mà chỉ giảm dòng nạp cho đến khi nhiệt độ

ổn định Như vậy, thời gian nạp phải tăng lên tương ứng để để bảo đảm dung lượng nạp

Khi phóng với dòng điện nhỏ thì không xác định việc kết thúc phóng theo Điện thế Trong trường hợp này, việc kết thúc phóng được xác định theo Tỷ trọng chất điện phân Việc phóng được kết thúc khi Tỷ trọng giảm đi từ 0,03 đến 0,06 g/cm3 so với Tỷ trọng ban đầu (Nhưng cũng không được để Điện thế mỗi ngăn giảm xuống thấp hơn 1,75 vôn.)

Đối với ắc - Quy sắt - kền, Điện thế báo hiệu kết thúc phóng cho mọi trường hợp là 1 Vôn

Việc nạp ắc - Quy lần sau được tiến hành sau khi phóng thử dung lượng ắc - Quy nhưng không được quá 12 giờ tính từ lúc ngừng phóng

Tuỳ theo phương pháp vận hành ắc - Quy, thiết bị nạp và thời gian cho phép nạp, phương pháp nạp, việc nạp có thể được thực hiện theo các cách như sau:

 Nạp với dòng điện không đổi

 Nạp với dòng điện giảm dần

 Nạp với Điện thế không đổi

 Nạp thay đổi với Điện thế không đổi

Nạp với dòng không dổi

Đối với ắc - Quy chì

Việc nạp có thể tiến hành theo kiểu 1 bước hoặc 2 bước

a) Nạp kiểu 1 bước:

Để dòng nạp không vượt quá 12 % của dung lượng phóng mức 10 giờ tức là 0,12 x C(10)

b) Nạp kiểu 2 bước:

Bước 1: để dòng điện nạp bằng dòng điện định mức của thiết bị nạp, nhưng không

vượt quá 0,25 x C(10) Khi Điện thế tăng lên đến 2,3 đến 2,4 vôn thì chuyển sang bước 2

Bước 2: để dòng điện nạp không vượt quá 0,12 C x (10) Đến cuối thời gian nạp, Điện

thế ắc - Quy đạt đến 2,6 đến 2,8 vôn, Tỷ trọng ắc - Quy tăng lên đến 1,200 1,210 g/cm3, giữa các bản cực ắc - Quy quá trình bốc khí xảy ra mãnh liệt Việc nạp được coi là kết thúc khi Điện thế và Tỷ trọng của ắc - Quy ngừng tăng lên trong khoảng 1 giờ, và các ắc - Quy sau khi nghỉ nạp 1 giờ khi nạp lại sẽ sôi ngay tức thì

Thời gian nạp đối với ắc - Quy đã được phóng hoàn toàn theo kiểu nạp 1 bước với dòng 0,12 x C(10) mất khoảng 12 giờ, còn nạp 2 bước với dòng 0,25 x C(10) và 0,12 x C(10) mất khoảng 7 đến 8 giờ Ở các giá trị mà dòng điện nạp bé hơn thì thời gian nạp phải tăng lên tương ứng

Đối với ắc - Quy Sắt - kền

Để dòng nạp không vượt quá 15 25 % của dung lượng phóng mức 10 giờ tức là 0,15 0,25 x C(10)

Đến cuối thời gian nạp, Điện thế ắc - Quy đạt đến 1,75 1,8 vôn, giữa các bản cực ắc - Quy quá trình bốc khí xảy ra mãnh liệt Việc nạp được coi là kết thúc khi Điện thế ắc - Quy

ngay tức thì Việc nạp khi hoàn tất thường truyền cho ắc - Quy 1 dung lượng lớn hơn dung lượng định mức khoảng 25% Nếu nạp ít quá, dung lượng của ắc - Quy sẽ bị giảm, còn dư nhiều quá sẽ làm nóng dàn bình, và làm hao nước

Nạp với dòng điện giảm dần

Tiến hành nạp giống như phần trên, nhưng với dòng điện giảm dần, ban đầu 0,25 C(10) và sau đó 0,12 C(10) Ở giá trị dòng nạp nhỏ: thời gian tương ứng được tăng lên Dấu hiệu kết thúc nạp cũng giống như trưòng hợp nạp với dòng điện không đổi

Nạp với dòng điện thế không đổi

Nạp với Điện thế không đổi được tiến hành với thiết bị nạp làm việc ở chế độ ổn áp Điện thế được chọn trong giới hạn từ 2,2  2,35 vôn đối với ắc - Quy chì - A - xít và 1,5 

1,55 vôn đối với ắc - Quy Sắt - kền và được duy trì ổn định trong suốt quá trình nạp Thời gian nạp độ vài ngàyđêm Trong 10 giờ nạp đầu tiên, ắc - Quy có thể nhận được tới 80% dung lượng bị mất khi phóng

Khi Tỷ trọng chất điện phân giữ nguyên trong 10 giờ (đối với ắc - Quy chì - A - xít) thì có thể kết thúc việc nạp

Nạp thay đổi với điện thế không đổi

Việc nạp được tiến hành theo 2 bước:

Bước 1: dòng điện nạp được hạn chế ở 0,25 x C(10), còn Điện thế thay đổi tăng tự do

Cho đến khi Điện thế ắc - Quy tăng lên từ 2,2 đến 2,35 vôn đối với ắc - Quy chì - A - xít và 1,5 đến 1,55 vôn đối với ắc - Quy Sắt - kền thì chuyển sang bước 2

Bước 2: Nạp với Điện thế không đổi Việc nạp này được tự động hoá bằng thiết bị nạp

có ổn định Điện thế và giới hạn dòng điện

Chế độ nạp thường xuyên

Đối với các loại bình ắc - quy tĩnh, việc vận hành ắc - Quy được tiến hành theo chế độ phụ nạp thường xuyên, ắc - Quy được đấu vào thanh cái một chiều song song với thiết bị nạp Nhờ vậy, tuổi thọ và độ tin cậy của ắc - Quy tăng lên, và chi phí bảo dưỡng cũng được giảm xuống

Để bảo đảm chất lượng ắc - Quy, trước khi đưa vào chế độ phụ nạp thường xuyên phải phóng nạp tập dượt 4 lần Trong quá trình vận hành ắc - Quy ở chế độ phụ nạp thường xuyên, ắc - Quy không cần phóng nạp tập dượt cũng như nạp lại Trường hợp sau một thời gian dài làm việc ở chế độ phụ nạp thường xuyên mà thấy chất lượng ắc - Quy bị giảm thì phải thực hiện việc phóng nạp đột xuất

Ở chế độ phụ nạp thường xuyên, cần duy trì Điện thế trên mỗi bình ắc - Quy là 2,2 +/- 0,05 vôn đối với ắc - Quy chì - A - xít và 1,5 +/- 0,05 vôn đối với ắc - Quy Sắt - kền để bù trừ sự tự phóng và duy trì ắc - Quy ở trạng thái luôn được nạp đầy

Dòng điện phụ nạp thông thường được duy trì bằng 50 100 mA cho mỗi 100 AH dung lượng đối với ắc - Quy chì - A - xít và bằng 40 60 mA cho mỗi 100 AH dung lượng đối với ắc - Quy Sắt - kền Ở chế độ phụ nạp này, Điện thế trên ắc - Quy phải được duy trì

tự động trong khoảng +/- 2 %

Việc phóng thử dung lượng thực tế của ắc - Quy được tiến hành 1 2 năm 1 lần hoặc khi có nghi ngờ dung lượng ắc - Quy kém Dòng điện phóng được giới hạn ở chế độ mức 3 đến 10 giờ Để đánh giá chính xác dung lượng phóng của ắc - Quy, nên tiến hành ở cùng 1 chế độ phóng như nhau trong nhiều lần phóng

Dung lượng quy đổi được tính theo công thức: C20 = Ct / 1 + (0,008 ( t - 20 ) ) Với C20 : dung lượng ở 20 o C Ct : dung lượng ở t o C

III THIẾT KẾ MẠCH NẠP ACQUY:

Acquy sử dụng cho xe điện là 12V và dòng cấp là 100AH, để nạp cho acquy sử dụng trong xe điện thì điện áp nạp cho acquy từ 13,5V đến 13,8V và dòng nạp nhỏ hơn 0,25 dòng cấp của acquy

Do sử dụng động cơ 24V DC nên 2 bình acquy 12V được mắc nối tiếp để tạo áp 24V cấp cho động cơ hoạt động Do đó mạch nạp phải tạo ra áp có giá trị từ 25,5 đến 25,8V

Nguồn năng lượng từ pin mặt trời của xe điện đang sử dụng với điện áp ra là 30V và dòng cực đại là 9A, dòng này có thể nạp cho bình

Dòng nạp cho bình lớn nhất bằng 0,25 dòng cực đại của bình cấp cho tải, với bình xe điện sử dụng có thể cấp dòng 100AH

Căn cứ vào các thông số trên, nhóm nghiên cứu chọn dòng nạp cho bình dưới 10A

Với các thông số nêu trên nhóm nghiên cứu tiến hành thiết kế mạch nạp như hình sau:

Hình 1-11 Mạch nạp acquy

Trong sơ đồ mạch thì nguồn năng lượng DC từ pin được nối vào jack có tên là

“JAC13”, có led hiển thị để báo hiện nguồn

Năng lượng từ nguồn ac 220V qua biến áp rồi được nối đến jack có tên là “JAC12”, có led để báo hiệu nguồn Diode cầu có dòng làm việc là 10A, biến áp hạ áp có dòng làm việc

là 10A

Cả hai nguồn DC được đưa đến tiếp điểm thường hở của 2 relay “RL1” và “RL2” để trạng thái không làm việc thì không có nguồn năng lượng nào được cấp

Khi muốn sử dụng nguồn năng lượng từ pin thì relay “RL1” đóng, “RL2” ngắt và

ngược lại khi sử dụng nguồn năng lượng từ lưới điện thì relay “RL1” ngắt, “RL2” đóng

IC có khả năng thay đổi điện áp được lựa chọn trong thiết kế là LM317 có dòng làm việc 5A và điện áp đầu ra có thể điều chỉnh được

Phương trình điện áp ra của LM317:  18

17

18 ) 1

( 25

R

R V

V OUT    ADJ  (1-4) Trong đó: R18 là tổng các biến trở và điện trở R18

I ADJlà dòng điện hiệu chỉnh

Có thể dùng transistor, relay để đóng ngắt làm thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi điện áp ra, ở thiết kế này nhóm nghiên cứu chọn transistor Có 4 transistor để thay đổi giá trị điện trở tạo ra 4 cấp điện áp khác nhau Mạch điều khiển sẽ điều khiển đóng ngắt các transistor để thay đổi điện áp nạp theo yêu cầu

Điện áp ngõ ra của LM317 sẽ qua diode để nạp cho acquy

Các acquy sẽ được kết nối vào jac_binh1 hoặc jac_binh2 nối song – song với nhau cho nhiều bình Dòng nạp sau khi chạy qua bình sẽ chạy qua jac_dodong để đưa vào mạch đo dòng nạp của acquy

Bình thường các transistor dẫn, sẽ ngắt mạch các biến trở nên theo phương trình trên thì điện áp ra có giá trị nhỏ nhất Khi muốn tăng áp thì mạch điều khiển sẽ làm các transistor tắt làm tăng giá trị điện trở và điện áp ra sẽ tăng

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CÁC MẠCH ĐO

I GIỚI THIỆU

Ở chương 1 đã thiết kế mạch nạp, để biết điện áp nạp và dòng nạp cho acquy thì phải tiến hành đo và các mạch đo được thực hiện ở chương 2

Ngoài việc đo dòng và áp của acquy thì chương này còn đo dòng của 2 động cơ chính

di chuyển xe điện, đo nhiệt độ của 2 động cơ để kiểm soát hoạt động quá dòng để bảo vệ động cơ Đo áp của nguồn pin năng lượng mặt trời gắn trên xe điện Đo tốc độ của động cơ qua cảm biến encoder gắn vào trục chính của xe điện

II LỰA CHỌN CÁC CẢM BIẾN

1 Cảm biến nhiệt

Nhiệt trong xe ô tô rất quan trọng vì cho biết động cơ nổ còn trong tầm nhiệt độ cho phép hoạt động hay không, nếu không còn trong tầm làm việc thì người sử dụng phải ngừng điều khiển động cơ, cho xe nghỉ để giảm nhiệt độ

Trong xe điện không có động cơ nổ nên cần phải giám sát nhiệt độ làm việc của 2 động cơ để cảnh báo quá nhiệt do quá tải để điều khiển ngắt bảo vệ động cơ

Cảm biến nhiệt có nhiều loại LM35, DS18B20, để đáp ứng độ chính xác cao và không cần tính toán thiết kế điện áp tham chiếu nên nhóm nghiên cứu chọn cảm biến nhiệt DS18B20 có tầm nhiệt độ đo lên đến 125 độ C

Cảm biến này thuộc chuẩn 1 dây (one wire) bên trong có bộ chuyển đổi ADC đã được thiết kế chỉ để đo nhiệt độ Khối điều khiển chỉ làm nhiệm vụ khi muốn biết nhiệt độ bao nhiêu thì chỉ cần đọc dữ liệu số từ cảm biến DS18B20 Cảm biến này có mạch điện kết nối đơn giản: có 2 chân cấp nguồn và 1 chân xuất nhập dữ liệu số giao tiếp với vi điều

Hình 2-1 Sơ đồ chân cảm biến DS18B20

cơ quay cùng với tốc độ của bánh xe

Khi xe chạy chậm thì tốc độ quay của trục cũng chậm và có thể đo thời gian của 1 vòng quay hoặc thời gian giữa các xung khác nhau để tính toán tốc độ

Giả sử cho chu vi bánh xe là 1m, khi bánh xe quay, cho vận tốc 36km/h tương đương 36000m/3600s hay 10m/s, với tốc độ này thì trục động cơ sẽ quay 10 vòng trên 1s

Giả sử dụng encoder có số lượng xung là 100xung/1 vòng, với tốc độ trên thì trong vòng 1 giây encoder quay 10 vòng và số lượng xung đếm được là 1000 xung/1s

Ngược lại nếu số xung đếm từ encoder là 500xung/1s thì ta có thể tính được tốc độ của

xe là (500/100)*3600 = 18000m/s = 18km/h

Tổng quát nếu số lượng xung của encoder là X xung/1 vòng

Số lượng xung đo trong vòng 1 giây là Y xung/1s

tín hiệu ngõ ra của encoder thường thì nối với mạch trigger schmitt để tín hiệu giao tiếp tương thích với vi điều khiển

3 Mạch đo dòng cấp của bình

Theo yêu cầu thì cần đo dòng cấp của acquy cho tải để giám sát năng lượng cấp của bình còn lại là bao nhiêu, đo dòng được thực hiện bằng mạch điện như sau:

Hình 2-2 Sơ đồ mạch đo dòng cấp của bình cho tải

Nguồn dương của bình sẽ cấp cho tải và chạy về cực âm của bình Để đo dòng thì ta mắc nối tiếp ngõ vào JAC1 với VCC nối tiếp với tải, GND mắc với cực âm của bình Khi bình cấp dòng cho tải thì dòng chạy về qua cuộn dây có giá trị điện trở là 0,22Ω(5W) tạo nên 1 điện áp có phương trình như sau:V IR

Khi dòng I thay đổi thì điện áp ra thay đổi theo Trong mạch đo có thêm mạch khuếch đại không đảo có hệ số khuếch đại bằng 10 Tụ có chức năng lọc làm chậm quá trình thay đổi để ổn định kết quả đo

Ngõ ra mạch đo dòng là điện áp được đưa đến bộ chuyển đổi ADC để chuyển thành dữ liệu số và tiến hành xử lý

4 Mạch đo áp của bình

Ở trên đã tiến hành thực hiện đo dòng điện và ở phần này sẽ tiến hành đo điện áp để biết năng lượng của bình Do bình cấp nguồn điện áp DC nên việc đo áp chỉ cần dùng biến trở phân áp theo tỷ lệ để tương thích với bộ chuyển đổi ADC nên mạch đo áp đơn giản như sau:

Với bình có giá trị điện áp khi nạp đầy là 25V, khi sử dụng thì điện áp giảm dần nên tỷ

lệ chọn là 1/10, khi đó điện áp đưa vào nằm trong giới hạn từ 0 đến 2,5V

Tương tự có thể đo điện áp nguồn nạp cho acquy từ lưới điện và điện áp từ pin mặt trời

5 Mạch đo dòng của 2 động cơ

Hai động cơ hoạt động cần phải giám sát dòng làm việc để biết trạng thái của 2 động

cơ Các trạng thái quá dòng do quá tải hoặc dòng không đủ cung cấp cho động cơ, có thể do quá nhiệt, Quá nhiệt thì do cảm biết nhiệt thực hiện, ở đây sẽ thực hiện do dòng cho 2 động cơ, mạch đo dòng cho 2 động cơ giống như mạch do dòng cấp của bình

Hình 2-4 Sơ đồ mạch đo dòng hai động cơ

Ngõ ra mạch đo dòng là điện áp được đưa đến bộ chuyển đổi ADC để chuyển thành dữ liệu số và tiến hành xử lý

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I GIỚI THIỆU

Ở các chương 1 và 2 đã giới thiệu các linh kiện và các mạch đo, ở chương này sẽ tiến hành thiết kế mạch để đáp ứng các yêu cầu đặt ra

II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

Theo các yêu cầu của đề tài thì hệ thống được thiết kế có sơ đồ khối như hình 3-1

KHỐI ĐIỀU KHIỂN

KHỐI CHUYỂN ĐỔI ADC

ĐO ÁP PIN MẶT TRỜI

ĐO TỐC ĐỘ

XE

ĐIỀU KHIỂN RELAY

HIỂN THỊ THÔNG TIN, KẾT QUẢ

ĐO

NGUỒN

MẠCH NẠP ACQUY

Hệ thống đo điện áp của acquy

Hệ thống đo dòng nạp cho acquy và dòng cung cấp cho tải của acquy

Hệ thống đo dòng hoạt động và đo nhiệt độ của 2 động cơ

Hệ thống đo tốc độ xe điện qua encoder

Khối hiển thị các thông tin đo được gồm điện áp pin, điện áp nguồn nạp từ lưới điện, điện áp của bình, dòng nạp của bình, dòng cấp cho tải của bình, thời gian cấp của bình còn lại sau khi tính toán dựa vào các thông số đo được của bình, tốc độ xe di chuyển, nhiệt độ và dòng làm việc của 2 động cơ Ngoài các thông số cơ bản vừa nêu thì còn các thông số khác

1 Lựa chọn linh kiện

a Các mạch đo – mạch nạp

Các mạch đo áp, đo dòng, đo tốc độ, đo nhiệt độ sẽ sử dụng các mạch đã trình bày ở chương 2 Tương tự cho mạch nạp acquy sử dụng mạch nạp đã trình bày ở chương 1

b Mạch điều khiển và ADC

Mạch ADC có chức năng chuyển đổi các tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, theo yêu cầu thì bộ chuyển đổi sử dụng 8 kênh ADC, dữ liệu sau khi chuyển đổi đưa đến khối điều khiển xử lý

Khối điều khiển sẽ thực hiện các chức năng điều khiển ADC đo các thông số, xử lý dữ liệu và hiển thị, điều khiển mạch điện cho acquy, đưa ra các quyết định cảnh báo như:

 Hiển thị năng lượng bình đang sử dụng là dòng và áp, thời gian sử dụng còn lại

 Hiển thị năng lượng đã nạp, thời gian đã nạp và thời gian nạp còn lại cho đến khi bình đầy

 Hiển thị tốc độ xe

 Hiển thị các thông số dòng và nhiệt của 2 động cơ

Mạch điều khiển và ADC được lựa chọn là vi điều khiển PIC16F887 có tích hợp 8 kênh ADC 10 bit

Vi điều khiển thứ 2 sử dụng là AT89S52

d Khối điều khiển relay

Khối này có chức năng đóng các nguồn điện áp để nạp cho acquy và khi nạp đầy thì ngắt và khi các động cơ bị quá dòng thì cũng ngắt nguồn cấp cho động cơ để bảo vệ mạch điều khiển và bảo vệ động cơ

2 Sơ đồ mạch toàn hệ thống

Sơ đồ mạch hệ thống đo và điều khiển:

Hình 3-2 (a) Mạch vi điều khiển

Mạch điều khiển gồm có:

 Dùng vi điều khiển PIC16F887

 Mạch nguồn ổn áp 5V cấp cho mạch hoạt động

 Có các chân kết nối với mạch nạp chương trình cho PIC

 Có kết nối với cảm biến encoder

 Có 2 cảm biến nhiệt theo chuẩn 1 dây DS18B20

 Có 1 ngõ ra điều khiển âm thanh báo hiệu

 Có cấp nguồn và giao tiếp truyền dữ liệu UART cho vi điều khiển hiển thị

 Có các chân ngõ vào AN0 đến AN7 (ADC) để nhận các tín hiệu tương tự cần chuyển đổi để đo các thông số

 Có các ngõ ra số ở các port để điều khiển mạch giao tiếp relay

 Có các chân giao tiếp với đồng hồ thời gian thực DS13B07 theo chuẩn I2C