Nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượng cho xe máy điện

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượng cho xe máy điện Nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượng cho xe máy điện Nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượng cho xe máy điện Nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượng cho xe máy điện Nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượng cho xe máy điện Nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượng cho xe máy điện

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

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ

HỆ THỐNG KIỂM SOÁT NĂNG LƯỢNG

CHO XE MÁY ĐIỆN

LỜI CẢM ƠNĐược sự phân công của thầy cô khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Tp Hồ Chí Minh, sau hơn ba tháng thực hiện đề tài nhóm đã hoàn thành Đồ án tốtnghiệp “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượng cho xe máy điện”.

Để hoàn thành nhiệm vụ được giao, ngoài sự nỗ lực học hỏi của bản thân còn có sựhướng dẫn tận tình của thầy cô, bạn bè

Chúng tôi chân thành cảm ơn Thầy – TS Lê Thanh Phúc, người đã hướng dẫn cho chúngtôi trong suốt thời gian thực tập Mặc dù Thầy rất bận nhưng không ngần ngại dành thờigian để chỉ dẫn chúng tôi, định hướng đi cho chúng tôi, để chúng tôi hoàn thành tốtnhiệm vụ Một lần nữa nhóm thực hiện chân thành cảm ơn Thầy và chúc Thầy luôn dồidào sức khoẻ

Xin cảm ơn tất cả các bạn bè, thư viện, internet đã hỗ trợ chúng tôi trong suốt thời gianqua Tất cả các mọi người đều nhiệt tình giúp đỡ, đặc biệt là bạn bè Tuy nhiên vì kiếnthức chuyên môn còn hạn chế

dung của báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận sự góp ý,chỉ bảo thêm của quý Thầy Cô

Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Cô, bạn bè và người thân đã luôn bên cạnh,đồng hành cùng chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

TP.HCM, tháng 07 năm2019

TÓM TẮTKhi sử dụng pin lithium-ion, đặc biệt là cho xe điện thì pin cần phải có một hệ thống đểgiám sát các thông số như điện áp, dòng điện, nhiệt độ, dung lượng,… để đảm bảo cácvấn đề về hiệu suất và an toàn của loại pin này.

Sau hơn ba tháng thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượngcho xe điện”, nhóm đã nghiên cứu và thiết kế hệ thống bao gồm mạch dùng để giám sátđiện áp của bộ pin lithium-ion 60 cell mắc nối tiếp với điện áp cao xấp xỉ 220V và dunglượng 3200mAh

đã điều chỉnh được dòng điện cho bộ pin tuy nhiên dòng điện chưa được ổn định Nhómcũng đã thiết kế hộp nhôm dùng để chứa 60 cell pin, đảm bảo pin được chứa trong hộp antoàn, không bị ảnh hưởng khi xe rung lắc Bên cạnh đó, đề tài cũng chỉ ra nhiều vấn đềcần được khắc phục và cải thiện trong tương lai như vấn đề cân bằng cell, kiểm soát dòngđiện ổn định trong các quá trình sạc và xả của pin

ABSTRACTWhen using lithium-ion batteries, especially for electric vehicles, the battery needs asystem to monitor parameters such as voltage, current, temperature, capacity, etc… toensure performance issues and safety of this battery.

After more than three months of implementing the project "Research and design the battery

designed the system including circuit used to monitor the voltage of the lithium-ion battery

and 3200mAh capacity, ensuring that the battery does not have overcharge and over discharge problems, the system has also adjusted the current for the battery but thecurrent is not stable determined The group also designed the aluminum box to hold 60cell batteries, making sure the battery is contained in a safe box, unaffected when the car vibrates In addition, the topic also points out many issues that need to be overcome and

improved in the future such as cell balance, control of current flow in battery chargingand discharging processes

MỤC LỤ

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU C CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU viivii DANH MỤC CÁC HÌNH ix

DANH MỤC CÁC BẢNG xii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 1.1 Lí do Lí do chọn chọn đề tđề tài ài 11

1.2 1.2 Mục Mục đích đích đề tđề tài ài 1 1

1.3 1.3 Đối tưĐối tượng vợng và phạm và phạm vi nghi nghiên cứiên cứu u 2 2

1.4 1.4 PhươPhương ng pháp pháp nghnghiên iên cứu.cứu 2 2

1.5 1.5 Các kếCác kết quả ngt quả nghiên chiên cứu ứu 2 2

1.6 1.6 Ý ngÝ nghĩa khĩa khoa hhoa học vọc và tínà tính thựh thực tiễc tiễn của n của đề tđề tài ài 3 3

1.7 1.7 Kết qKết quả dự kuả dự kiến điến đạt đưạt được ợc 4 4

1.8 1.8 Bố cục củBố cục của đề tài a đề tài 4 4

CHƯƠNG 2  CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 2.1 Pin Pin LitLithiumhium-Ion-Ion 55

2.1 2.1.11 Giới thiệu chungGiới thiệu chung 5 5

2.1 2.1.22 Lịch sLịch sử và sự ử và sự phát phát triểtriển của pn của pin liin lithiuthium-iom-ion n 6 6

2.1 2.1.33 NguyNguyên ên tắc tắc hoạt hoạt độngđộng 7 7

2.1 2.1.44 Cấu tCấu tạo pạo pin liin lithiuthium-ionm-ion 9 9

2.1 2.1.55 Ưu và nhƯu và nhược được điểm củiểm của pin lia pin lithiuthium-ionm-ion 10 10

2.1 2.1.66 Cơ chế sạCơ chế sạc và xả c và xả 1111 2.1 2.1.77 Vấn Vấn đề Ođề Over-cver-chargharging ing (quá (quá nạp) nạp) của của Pin Pin LithLithium-ium-ion ion 14 14

2.2

Converter) trên Atmega 328P

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG 333.1

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Các đơn vị được dùng trong nghiên cứu Bảng đơn vị hệ đo lường quốc tế SI 

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Quá trình xả và sạc của pin li-ion

Hình 2.1 Quá trình xả và sạc của pin li-ion 88

Hình 2.2 Đặc tính sạc, xả của pin lithium-ion 12

Hình 2.3 Atmega 328P 18

Hình 2.4 Sơ đồ khối vi điều khiển Atmega 328P

Hình 2.4 Sơ đồ khối vi điều khiển Atmega 328P 1919 Hình 2.5 Hình 2.5 Các chân Các chân trên Atmegtrên Atmega 328P a 328P 2020 Hình 2.6 Đồ thị dạng xung điều chế PWM

Hình 2.6 Đồ thị dạng xung điều chế PWM 2121 Hình 2.7 Sơ đồ khối bộ timer/counter0 trên Atm Hình 2.7 Sơ đồ khối bộ timer/counter0 trên Atmega 328P ega 328P 2222 Hình 2.8 Chế độ Fast PWM

Hình 2.8 Chế độ Fast PWM 2424 Hình 2.9 Cấu tạo của IGBT kênh N

Hình 2.9 Cấu tạo của IGBT kênh N 2727 Hình 2.10 Nguyên lí hoạt động của Opto quan Hình 2.10 Nguyên lí hoạt động của Opto quang g 2929 Hình 2.11 Cấu tạo diode bán dẫn

Hình 2.11 Cấu tạo diode bán dẫn 3131 Hình 2.12 Cấu tạo diode zenner 31

Hình 2.13 Mạch chỉnh lưu nửa sóng Hình 2.13 Mạch chỉnh lưu nửa sóng 3232 Hình 2.14 Mạch chỉnh lưu toàn sóng 32

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 33

Hình 3.2 Cầu diode KBL610 34

Hình 3.3 Đặc tính của cầu diode KBL610 34

Hình 3.4 Mạch cầu chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều sang một chiều 35

Hình 3.5 IC LM7805 36

Hình 3.6 Tụ hóa 25V-1000uF 36

Hình 3.7 Tụ gốm 104 37

Hình 3.8 Thạch anh SMD 16Mhz 37

Hình 3.9 Tụ gốm 22pF 37

Hình 3.10 Mạch nguồn sử dụng để nuôi VĐK 37

Hình 3.1

Hình 3.13 PC 817

Hình 3.13 PC 817 4141 Hình 3.14 Diode zenner 1N4740A 41

Hình 3.15 Điện trở

Hình 3.15 Điện trở 4242 Hình 3.16 Mạch điều khiển

Hình 3.16 Mạch điều khiển 4242 Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 44

Hình 3.18 Mạch sau khi thiết kế 45

Hình 3.19 Mạch sau khi đưa vào hộp nhôm

Hình 3.19 Mạch sau khi đưa vào hộp nhôm 4545 Hình 3.20 Ảnh 3D từ phần mềm Inventor-Giá đỡ pin 46

Hình 3.21 Bản vẽ kích thước giá đỡ pin(mm) 47

Hình 3.22 Tấm ló Hình 3.22 Tấm lót bảo vệ chống phóng đit bảo vệ chống phóng điện giữa các điện cực khện giữa các điện cực khi hàn nối với nhai hàn nối với nha 4747 Hình 3.23 Bản vẽ kích thước của tấm lót(mm) 47

Hình 3.24 Gắn vào 2 pin mô phỏng 48

Hình 3.25 Hình thực tế 1 cụm 10 pin 48

Hình 3.26 Hộp pin thử nghiệm bằng mica 49

Hình 3.27 Vách nhỏ (số lượng 2)

Hình 3.27 Vách nhỏ (số lượng 2) 5050 Hình 3.28 Bản vẽ kích thước vách nhỏ(mm Hình 3.28 Bản vẽ kích thước vách nhỏ(mm) ) 5050 Hình 3.29 Vách lớn phay rãnh CNC (số lư Hình 3.29 Vách lớn phay rãnh CNC (số lượng 2) ợng 2) 5050 Hình 3.30 Bản vẽ kích thước vách lớn phay rãnh CNC(m Hình 3.30 Bản vẽ kích thước vách lớn phay rãnh CNC(mm) m) 51 51

Hình 3.31 Đế (số lượng 1) 51

Hình 3.32 Bản vẽ kích thước đế(mm) 51

Hình 3.33 Tai hộp (số lượng 2)

Hình 3.33 Tai hộp (số lượng 2) 5252 Hình 3.34 Bản vẽ kích thước tai hộp (mm) 52

Hình 3.35 Nắp hộp (số lượng 1) 52

Hình 3.36 Bản vẽ kích thước nắp hộp(mm) 53

Hình 3.37 Hộp pin dự kiến để gia công CNC 53

Hình 3.38 Bản vẽ kích thước hộp nhôm 54Hình 3.39 Hộp pin sau khi đã thiết kế xong 54Hình 3.40 Vị trí hộp pin được gắn trên xe

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật của vi điều khiển Atmega 328

Bảng 2.2 Giá trị điện trở theo vòng màu 30Bảng 3.1 Các thông số cơ bản của pin Lithium-io

Bảng 4.1 Kết quả sạc 4 cells pin lithium

Bảng 4.2 Kết quả xả 4 cells pin lithium-ion nố

Bảng 4.3 Kết quả sạc 60 cells pin lithium

1.1

Hầu hết các phương tiện giao thông hiện nay đang sử dụng động cơ đốt trong với nhiênliệu hóa thạch, các động cơ này có hiệu suất không cao và thải ra môi trường gần một phần ba lượng kh

thải của phương tiện giao thông tạo ra 55% khí NOx, 56% khí CO, 6% khí SO2 Chínhđiều này đã tạo động lực cho các nghiên cứu xoay quanh việc phát triển các dòng xe sửdụng nguồn năng lượng mới sạch hơn và tiết kiệm hơn, trong đó xe điện (EV - ElectricVehicle) là một bước tiến lớn khi giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường và vấn đề

Xe máy điện sử dụng điện thay thế cho xăng dầu, vì vậy xe máy điện hoàn toàn không cókhí thải ra môi trường khi hoạt động Việc sử dụng xe điện đang là xu thế chung tại cácquốc gia phát triển trên thế giới như một biện pháp bảo vệ môi trường

Với sự phát triển không ngừng của ngành điện tử, công nghệ thông tin cùng với xu thế sửdụng xe điện để thay thế các dòng xe truyền thống sử dụng động cơ đốt trong trên ThếGiới hiện nay, các nhà sản xuất xe máy điện lớn nhất trên Thế Giới như Tesla, Toyota,Yamaha, Honda hay VinFast (Việt Nam) đã và đang áp dụng nguồn năng lượng cho cácdòng xe điện của họ là pin Lithium-Ion với rất nhiều ưu điểm mà loại pin này mang lạinhư: Giúp giảm khối lượng xe, tuổi thọ của pin

sạc ngắn hơn so với ắc-quy,… Tuy nhiên để phát huy được hết các ưu điểm này của PinLithium-ion, các nhà sản xuất phải nghiên cứu và chế tạo được hệ thống để kiểm soát cácquá trình nạp và xả của pin một cách kĩ lưỡng để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả chongười sử dụng

dụng động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha 220V-1.5kWh

thống Qua đó thống kê được các số liệu và tính kinh tế để làm tiền đề và cải thiện

Đối tượng nghiên cứu

lithium-ion gồm 60 cells mắc nối tiếp

lithium-ion mắc nối tiếp

hỏi kiến thức và kinh nghiệm từ Thầy (Cô), bạn bè

Trong nướcBài báo “Nghiên cứu tối ưu tính năng làm việc của pin Lithium-ion sử dụng cho xe gắnmáy tích hợp truyền động lai” của nhóm tác giả Nguyễn Văn Trạng, Phạm Tuấn Anh, Nguyễn Duy

K6 –

hoạt động của pin lithium-ion và đã thu được các kết quả sau:

máy Honda Lead 110cc tích hợp truyền động lai được kết

12,6V-33Ah

 Với những kết quả tin cậy từ mô phỏng và thực nghiệm, bộ pin Li-ion cần đượclắp đặt và thử nghiệm trên thực tế để đánh giá tổng thể tính năng và chi phí vậnhành của xe lai sau cải tạo.

Ngoài nước

Hầu hết các công ty sản xuất xe điện lớn nhất trên Thế Giới hiện nay như Tesla, Nissan,Honda,… đều đã và đang nghiên cứu, sử dụng và cải tiến hệ thống năng lượng vào cácsản phẩm của họ bằng việc sử dụng pin Lithium-ion bởi vì nhiều ưu điểm mà nó manglại Bên cạnh đó cũng có rất nhiều trường đại học trên Thế Giới đã nghiên cứu về việc sửdụng pin lithium-ion cho xe điện

được thực hiện bởi M Brandl, H Gall đã nghiên cứu về hệ thống quản lý năng lượng cho

xe điện sử dụng pin

dòng điện và nhiệt độ của pin

Bài báo nghiên cứu “A Novel Electric Bicycle Battery Monitoring System Based onAndroid Client” do Chuanxue Song, Yulong Shao, Shixin Song, Silun Peng và FengXiao

thi Cụ thể, dự án

và bộ vi điều khiển ARM cho xe điện, không chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu của cácchức năng giám sát pin thông thường, nhưng cũng dễ dàng theo dõi trạng thái của pin Hệthống giám sát pin với hệ thống máy khách Android đã được áp dụng thành công trong

xe đạp điện, và các phương án thử nghiệm trong bài viết này đã được tìm thấy là khả thi

và có thể nhân rộng

1

Hệ thống quản lý năng lượng được xem là phần quan trọng nhất của một phương tiệngiao thông sử dụng năng lượng điện để di chuyển vì thế việc nghiên cứu và chế tạo hệthống này có ý nghĩa rất lớn không chỉ phục vụ cho quá trình học tập và nghiên cứu màcòn là một bước quan trọng trong việc hiện thực hóa một chiếc xe điện

Kiểm soát được điện áp của bộ pin lithium-ion 60 cells nối tiếp, bảo vệ pin không xảy ratình trạng Over-charging (quá nạp) và Over-discharging (quá xả).

Tài liệu tham khảoPhụ lục

2

Pin Li-ion hay pin lithium-ion, có khi viết tắt là

sạc, các ion Liti chuyển động từ cực dương sang cực âm, và ngược lại trong quá trình xả(quá trình sử dụng) LIB thường sử dụng điện cực là các hợp chất mà cấu trúc tinh thểcủa chúng có dạng lớp (layered structure compounds), khi đó trong quá trình sạc và xả,các ion Liti sẽ xâm nhập và điền đầy khoảng trống giữa các lớp này, nhờ đó phản ứnghóa học xảy ra Các vật liệu điện cực có cấu trúc tinh thể dạng lớp thường gặp dùng cho

v.v….; dùng cho điện cực âm là graphite Dung dịch điện ly của pin cho phép các ion Litichuyển dịch từ cực nọ sang cực kia nghĩa là có khả năng dẫn ion Liti, tuy nhiên yêu cầu

Khi xả (quá trình sử

chuyển sang cathode (cực dương) Ion liti di chuyển trong pin, cũng từ cực âm sang cựcdương Khi sạc dưới điện áp sạc, electron di chuyển đến anode (lúc này trở thành cựcdương), để cân bằng điện trong lòng pin ion liti di chuyển từ cathode (lúc này trở thànhcực âm) sang anode

LIB thường được dùng cho những thiết bị điện di động, phổ biến nhất là pin sạc cho cácthiết bị điện tử cầm tay LIB có mật độ năng lượng cao, hiệu ứng nhớ rất nhỏ, và ít bị tự

xả Hiện nay ở các nước phát triển, LIB đang được chú trọng phát triển trong quân đội,ứng dụng cho các phương tiện di chuyển chạy điện và kĩ thuật hàng không Nó được kìvọng sẽ thay thế cho ắc-quy chì trong ô tô, xe máy và các loại xe điện Hơn nữa, việcthay thế cho ắc-quy chì còn hứa hẹn việc đảm bảo môi trường sạch, nâng cao an toàn sửdụng do tránh được việc sử dụng dung dịch điện ly chứa axit và hạn chế phát thải kimloại nặng ra môi trường, trong khi pin Li-ion vẫn đảm bảo một điện thế ngang với ắc-quy.Thành phần hóa học, hiệu năng, giá thành và độ an toàn là các yếu tố cơ bản quy định cácloại LIB khác nhau Các thiết bị điện cầm tay (như điện thoại di động, laptop) hiện nay

sắt phosphate (LiFePO4, hay LFP), lithium mangan oxit (LiMn2O4, Li2MnO3, hay gọichung là LMO) và lithium niken mangan coban oxit (LiNiMnCoO2, hay NMC) là các vậtliệu dương cực phổ biến khác, tuy nhiên chúng có mật độ năng lượng thấp hơn LCO,nhưng lại có vòng đời lâu hơn và an toàn hơn Những pin dùng các vật liệu này thườngđược dùng trong các thiết bị điện y tế Đặc biệt NMC hiện nay là ứng viên hàng đầu cho pin ứng dụng

liti titanat (Li4Ti5O12 hay LTO) được sử dụng trong những mục đích đặc biệt Pin lưu huỳnh hay pin liti-sunfua là loại pin mới được phát triển, mang nhiều triển vọng nhờ hiệu năng cao và khối lượng nhỏ

liti-Do pin liti-ion chứa dung dịch điện ly dễ cháy được nén dưới áp

đặc biệt nguy hiểm Nếu như một viên pin được sạc

dẫn đến cháy nổ Do nguy cơ này, các quy chuẩn kiểm tra dành cho LIB nghiêm ngặt hơncho các loại pin dung dịch điện ly axit rất nhiều Một ví dụ về lỗi pin gây ra những thiệthại nghiêm trọng là sự cố về pin của Samsung Galaxy Note 7 năm 2016

Các lĩnh vực nghiên cứu về LIB bao gồm sự gia tăng tuổi thọ, mật độ năng lượng, antoàn và giảm chi phí cho pin

2.1

Pin Lithium đã được nhà hóa học người Anh M Stanley Whittingham, hiện tại dạy choĐại học Binghamton, khi ông làm việc cho Exxon vào những năm 1970 Whittingham đã

sử dụng titan (IV) sulfua và kim loại liti làm điện cực Tuy nhiên, pin sạc lithium nàykhông bao giờ có thể đưa ra thực tế Titan disulfua là một lựa chọn tồi, vì nó phải đượctổng hợp trong điều kiện chân không hoàn toàn Điều này là cực kỳ tốn kém (~ 1000USD cho mỗi kilogram titan disulfua trong những năm 1970) Khi tiếp xúc với khôngkhí, titan disulfua phản ứng tạo thành các hợp chất hydro sulfua có mùi khó chịu Vì lý

do này và các lý do khác, Exxon đã ngưng sản xuất pin titan disulfua-lithium này củaWhittingham Pin có điện cực lithium kim loại đã cho thấy các vấn đề về an toàn vìlithium là một chất phản ứng mạnh, nó cháy trong điều kiện khí quyển bình thường vì cónước và oxy trong không khí Do vậy việc nghiên cứu đã chuyển qua phát triển pinkhông sử dụng kim loại lithi, mà sử dụng các hợp chất hóa học của lithium, với khả năng

chấp nhận và giải phóng các ion lithium Pin Li-ion lần đầu được thương mại hóa nhờ 

 Ngày nay, LIB đã tr

thế giới

2

Các chất phản ứng trong phản ứng điện hóa ở LIB là nguyên liệu điện cực âm vàdương, dung dịch điện ly cung cấp môi trường dẫn cho ion liti dịch chuyển giữa 2 điệncực Dòng điện chạy ở mạch ngoài pin khi pin chạy Ion liti di chuyển ở trong cả hai điệncực trong quá trình phản ứng Đa phần các nguyên liệu điện cực hiện nay là các vật liệucho phép ion liti xâm nhập và giữa mạng tinh thể, mà không hoặc ít làm xáo trộn vị trícác nguyên tử còn lại trong mạng trong quá trình xâm nhập của ion liti và ngược lại ionliti rời khỏi mạng tinh thể

Khi xả ion liti (mang điện dương) di chuyển từ cực âm (anode) thường là graphite, C6trong phản ứng dưới đây qua dung dịch điện ly sang cực dương, tại đây vật liệu dươngcực sẽ phản ứng với ion liti Để cân bằng điện tích giữa 2 cực, cứ mỗi ion Liti dịchchuyển từ cực âm sang cực dương (cathode) trong lòng pin, thì ở mạch ngoài, lại 1electron chuyển động từ cực âm sang cực dương, nghĩa là sinh ra dòng điện chạy từ cựcdương sang cực âm

Khi sạc diễn ra quá trình ngược lại, dưới điện áp sạc, electron bị buộc chạy từ điện cựcdương của pin (nay trở thành cực âm), ion Liti tách khỏi cực dương di chuyển trở về điệncực âm của pin (nay đã đóng vai trò cực dương) Như vậy, pin đảo chiều trong quá trìnhsạc và xả Tên gọi điện cực dương hay âm cần

ứng và quá trình xảy ra phản ứng mà ta đang theo dõi Trong bài viết này (và trong đa phần các

gọi dựa trên trạng thái xả

Hình 2.1 Quá trình xả và sạc của pin li-ion

[5]

  Bán phản ứng tại cực dương (cathode) trong vật liệu dạng lớp LCO được viết như sau(chiều thuận là sạc, chiều nghịch là xả):

Bán phản ứng tại cực âm (anode) trong vật liệu dạng lớp graphite (chiều thuận là sạc,chiều nghịch là xả):

Phản ứng của cả pin (chiều thuận là sạc, chiều nghịch là xả):

khi xả

Về cơ bản các phản ứng luôn có giới hạn Nếu như xả quá mức (nhét thừa ion liti) một liticoban oxit đã bão hòa sẽ dẫn đến hình thành liti oxit, theo phản ứng một chiều sau:

Điện cực dương (cathode)

coban thường có cấu trúc pseudo-tetrahedral (giả tứ diện), cho phép ion liti khuếch tántheo 2 chiều Đây là những vật liệu lí tưởng có khả năng cung cấp công suất riêng lớn,công suất riêng theo thể tích lớn, hạn chế hiện tượng tự xả, có điện thế cao và vòng đờidài Hạn chế của nó là giá cao do chứa Coban là một kim loại hiếm và kém bền nhiệt Vậtliệu cơ sở là Mangan có hệ tinh thể lập phương, cho phép ion liti khuếch tán theo cả bachiều Vật liệu này đang được quan tâm bởi Mangan rẻ và phổ biến hơn Coban, có hiệunăng cao hơn, vòng đời dài hơn, nếu như một vài hạn chế khác của nó được khắc phục. Những hạn chế này

làm điện cực kém bền

 biến nhất, tuy

thành và tăng công suất pin Đến năm 2017, LiFePO4 được kì vọng đem lại ứng dụng caocho pin kích thước lớn như các pin dùng cho xe điện nhờ giá rẻ, công suất cao, dù vậtliệu này kém dẫn điện và việc dùng chất phụ gia dẫn điện cacbon là bắt buộc

Điện cực âm (anode)Vật liệu âm cực thường dùng là graphite và các vật liệu cacbon khác Chúng rất rẻ và phổ biến cũng như có độ dẫn điện tốt và có cấu trúc cho phép ion liti xen kẽ vào giữ

trong mạng Cacbon, nhờ đó có thể dự trữ năng lượng trong khi cấu trúc tinh thể có thể phình ra

ion liti, thậm chí nhiều hơn

ra đến hơn 400% thể tích ban đầu, vì thế phá vỡ kết cấu pin

Silicon có thể dùng làm điện âm cực tuy nhiên phản ứng của nó với liti có thể gây nứtgãy vật liệu Vết nứt này làm những lớp Si bên trong tiếp xúc trực tiếp với dung dịch điện

ly nên có thể bị phân hủy hình thành lớp điện ly rắn giao pha Solid Electrolyte Interphase(SEI) trên bề mặt Si mới hình thành Lớp SEI này có thể dày lên ngăn chặn quá trình

độ bền của âm cực Nhiều nỗ lực được thực hiện nhằm giảm thiểu sự biến đổi cấu trúc do

nứt gãy của Si, như tổng hợp Si dưới dạng sợi nano, ống nano, dạng khối cầu rỗng, hạtnano, các cấu trúc xốp nano.

Dung dịch điện

Dung dịch điện ly hay chất điện ly là môi trường truyền ion Liti giữa các điện cực trong

quá trình sạc và xả pin Chính vì thế, nguyên tắc cơ bản của dung dịch điện ly cho pin

và xả pin, khi ion liti di chuyển trong lòng pin, dẫn đến chênh lệch điện thế, pin sinh radòng điện ở mạch ngoài nơi electron truyền từ cực âm sang dương (luôn cùng chiều vớiion liti), để đảm bảo phản ứng xảy ra trong pin và pin không bị đoản mạch, dung dịchđiện ly cần thiết là chất cách điện tốt, nghĩa là độ dẫn electron của dung dịch này phải

cacbonat, và dietyl cacbonat Do các dung môi hữu cơ thường dễ phân hủy ở cực âmtrong quá trình sạc, nên trong lần sạc

rắn giao pha (solid electrolyte interphase, SEI), có thể giảm độ

 pha này có thể ngăn c

gi

(poly(oxyethylene)) cũng có thể là một lớp giao diện bền Nó có thể dùng để phủ lên bềmặt điện cực để bảo vệ trong pin Li-polyme, hay trong những pin li-ion bình thườngkhác

Để hạn chế sự rò rỉ của dung dịch điện ly với dung môi hữu cơ, và tăng tính an toàn cũngnhư giảm thiểu khả năng bắt cháy khi dung môi này gặp không khí, dung môi gel, polymer, hay

Khi sử dụng chất điện ly dạng rắn (solid electrolyte), ta thu được một pin lithium-iondạng rắn, khi đó, có thể loại bỏ lớp màng ngăn, đơn giản hóa quá trình lắp ráp, tăng tính

an toàn cho pin

 Lưu trữ được nhiều năng lượng hơn các dòng pin thế hệ trước (Ni – Cd và Ni – MH).

chuẩn hóa của các hãng và người sử dụng

Nhược điểm

hoặc sẽ gây phù pin nếu điện áp vượt quá mức 4.2V/cell

trọng lượng nặng hơn so với dòng pin li-po cùng dung lượng

2

Do bản chất hóa học đặc biệt nên pin Li-ion có quy trình sạc riêng, không giống các loại

ắc quy hay pin nikel khác Quá trình điều tiết sạc/xả một tế bào pin Li-ion và một hệ pinLi-ion hoàn chỉnh, bao gồm nhiều tế bào pin lắp nối tiếp, tương đối khác biệt

Đối với một tế bào pin Lithium-ion bao gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn sạc ổn dòng: Trong quá trình sạc ổn dòng, dòng điện được giữ không đổi,thông thường bằng C/2-C (trong đó, C là dung lượng [Ah] của pin) Dòng điện sạc cànglớn, quá trình sạc ổn dòng càng ngắn nhưng quá trình sạc ổn

thời gian sạc cả 2 giai đoạn thường không quá 3h Đồng thời, dòng điện lớn sẽ làm tăngnhiệt độ của pin Trong quá trình sạc

thể làm cho pin bốc cháy hoặc phát nổ

Lithium-Fer

 bộ sạc nhan

giới hạn về nhiệt độ lớn hơn đồng nghĩa với việc dòng điện sạc lớn hơn hay thời gian sạcnhanh sẽ ngắn hơn

Hình 2.2 Đặc tính sạc, xả của pin lithium-ion[5]

Giai đoạn sạc ổn áp: Trong chế độ sạc ổn áp, điện áp sạc thường được giữ không đổi bằng 4,2V/cell Do dung lượng của pin phục

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 pin đạt khoảng 99% Trong quá trình sạc ổn dòng, điện áp trên 2đầu cực ắc quy tăng dần Khi điện áp đạt bằng sức điện động của pin lúc đầy, bộ sạc kếtthúc quá trình sạc ổn dòng và chuyển sạc chế độ sạc ổn áp Toàn bộ thời gian sạc ổn dòngthường kéo dài tối đa

thúc quá trình sạc ổn dòng, dung lượng pin 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 pin Để đảm bảo

hành cả giai đoạn sạc ổn áp – thường mất thời gian hơn rất nhiều so với giai đoạn sạc ổndòng

Khác với pin nikel hoặc acid-chì, pin Li-ion không cần và không được phép duy trì áp sạcsau khi pin đã đầy (dòng điện sạc giảm nhỏ hơn 3%C) vì tính chất của Lithium-ion khôngcho phép over-charge; nếu vẫn cố over-charge có thể sẽ làm nóng ắc quy và gây ra nổ

 Ngoài ra,

như vậy sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc quy Vấn đề này sẽ được làm rõ ở phần tiếp theo. Nếu pin

ổn định khoảng 3,6 – 3,9V/cell Trái lại, nếu chỉ sạc nhanh (sạc ổn dòng) thì sau khingừng sạc, điện áp pin sẽ giảm sâu hơn về khoảng 3,3 – 3,5V

Do pin Lithium-ion cũng có tính chất tự phóng điện khi không sử dụng (self-discharge)nên trong một số trường hợp, để điền đầy pin, 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

sẽ giảm dần

4,2V/cell vào để tiếp tục quá trình sạc áp

Việc đóng ngắt như vậy sẽ được diễn ra liên tục Nhờ vậy, điện áp pin sẽ được giữ ổn

định trong khoảng 4,05 – 4,2V/cell, do đó làm pin được nạp sâu hơn, tránh được hiệntượng over-charging và kéo dài tuổi thọ pin

Đối với một hệ pin Li-ion hoàn chỉnh, cần 3 giai đoạn:

Chế độ dòng điện không đổi: Constant current (CC)Cân bằng điện áp giữa các cell: Cell balancing

Chế độ điện thế không đổi: Constant voltage (CV)

Ở chế độ dòng điện không đổi, bộ sạc sẽ áp một dòng điện không đổi lên pin thông quamột điện thế ổn định tăng dần cho đến khi đạt đến điện thế tới hạn của pin Ở chế độ cân bằng, bộ sạc giảm dần dòng điện sạc lên pin

thái sạc cho từng tế bào pin đạt trạng thái cân bằng trong cả mạch, cho đến khi tất cả các

tế bào trong mạch đều cân bằng Một số thiết bị sạc điều tiết cân bằng bằng cách sạc lầnlượt từng tế bào pin, tuy nhiên điều này kéo dài thời gian sạc, việc tạo thuật toán tối ưuhóa quá trình cân bằng này có thể tăng hiệu năng và tối ưu hóa thời gian sạc pin Ở chế

độ điện thế cân bằng, bộ sạc áp một điện thế bằng với điện thế tới hạn của mỗi tế bàonhân với số tế bào

sẽ giảm về 0, đến khi dòng điện dưới ngưỡng 3% giá trị ban đầu của dòng điện sạc, thì

 pin ngừng

thể dẫn đến nổ pin

2.1

Thông thường, pin Li-ion chỉ nên hoạt động (sạc/xả) ở vùng điện áp được thiết kế (dưới4.2V/cell) Tuy nhiên trong một số trường hợp, khi pin đã đầy mà vẫn bơm dòng điệnvào, điện áp pin sẽ dâng lên cao hơn 4.3V Lúc này, pin xảy ra hiện tượng bị over-charging

Khi ở điện áp pin nằm ngoài vùng làm việc an toàn (trên 4.2V/cell hoặc dưới 2.5V/cell)hoạt động của nó trở nên

 bên trong pi

 phải ngừng

sinh ra, áp suất pin sẽ tiếp tục tăng, đồng thời nhiệt độ pin cũng tăng nhanh Khi áp suất

ngăn cách các cell sẽ bị đánh thủng và pin sẽ bắt đầu bốc cháy thậm chí gây nổ Vì vậy,trong quá trình sạc, cần tuyệt đối tuân thủ các yêu cầu về nhiệt độ và điện áp trên các cell.Pin Li-ion nói chung không nên và không được phép xả quá sâu (over-discharge) Khi

điện áp pin giảm xuống dưới 3.0V/cell, tốt nhất nên ngắt pin khỏi mạch Nếu để điện áp pin giảm xuống dư

 pin

cần phải sử dụng chu trình sạc 4 giai đoạn Trong chu trình sạc 4 giai đoạn, ngoài 2 giaiđoạn sạc ổn dòng, ổn áp giống như quy trình sạc pin Li-ion thường, 2 giai đoạn Pre-charge và Activation được thêm vào để khôi phục lại hoạt động của pin

Trước tiên, trong giai đoạn Pre-charge, pin sẽ được bơm vào một dòng điện nhỏ 15%C) sau đó điện áp

time), điện áp pin không tăng hoặc tăng quá chậm thì pin coi như không thể phục hồiđược nữa Trái lại nếu điện áp tăng lên trên 2.8V khi đó pin gọi là còn tốt và có thể tiếp

tục sạc được Lúc này, bộ sạc chuyển sang sạc pin trong chế độ Activation để kích hoạttrở lại hoạt động của pin.

Trong chế độ Activation, dòng điện 5-15%C tiếp tục được duy trì cho đến khi điện áp pintăng lên trên 3V Lúc này bộ sạc lại chuyển sang hoạt động ở chế độ sạc ổn dòng và ổn

áp như bình thường

Khi các nhà sản xuất bán pin, họ thường sạc sẵn pin đến 40% dung lượng Tuy nhiên, saumột thời gian, do hiện

với việc điện áp pin giảm Vì vậy, để tránh hiện tượng over-discharge, pin nên được bảotrì định kỳ bằng cách sạc lại sau khi để không dùng trong một thời gian dài

Mỗi cell pin Li-ion thường có điện áp hở

điện, để cấp điện cho động cơ truyền lực chính và các

thường được mắc song song nối tiếp cho đến khi đạt được điện áp DC-Bus khoảng200VDC(Volts Direct Current) trở lên

2.1

 Những nguyên nhân như thông số các

trong quá trình hoạt động, nhiệt độ ảnh hưởng lên mỗi cell cũng không đều nhau hay ảnhhưởng của tuổi thọ khiến tính chất của các cell không đồng đều Có cell có điện áp caohơn một chút, có cell có điện áp thấp hơn một chút so với các cell khác, hay nói cáchkhác, điện áp các cell không cân bằng với nhau

Trong quá trình sạc, cell có điện áp cao hơn sẽ đầy trước trong khi một số cell còn lại

chưa đầy Nếu vẫn tiếp tục sạc, cell đó sẽ bị overcharge khiến nhiệt độ và áp suất tăngcao (như đã phân tích ở trên) làm giảm tuổi thọ của cả bộ pin thậm chí phá hỏng cell đó. Ngược lại

xả sâu, cell đó sẽ bị over-discharge, làm giảm tuổi thọ pin Khi một cell bị hỏng, thôngthường ta phải thay thế toàn bộ cả hệ thống pin, bởi lẽ, nếu chỉ thay cell bị hỏng (có thểđược trong một số trường hợp) thì cell mới đó vẫn có tính chất khác so với các cell cònlại, nghĩa là nguy cơ mất cân bằng (unbalance) vẫn có thể xảy ra

Càng nhiều cell mắc nối tiếp, nguy cơ xảy ra mất cân bằng càng cao và độ tin cậy cànggiảm Các nghiên cứu đã chỉ

Để hạn chế vấn đề này, có một số cách có thể xem xét Trước tiên, người ta sẽ cố gắngchọn các cell có thông số tương đối đồng đều để ghép nối với nhau Các cell sau đó sẽđược ghép nối song song-nối tiếp với nhau thay vì chỉ ghép nối tiếp vì như vậy, dòngchạy vòng giữa các cell sẽ giúp cân bằng các cell với nhau (self-balacing) Sau đó, trongquá trình sử dụng, nhiệt độ phải được giám sát chặt chẽ

cell

Tuy vậy, để giải quyết triệt để việc mất cân bằng áp pin lithium-ion, trong các xe điện, hệthống quản lý pin (Battery Management System – BMS) cần giám sát chặt chẽ dunglượng của mỗi cell (State of Charge – SOC) Nếu phát hiện có sự

BMS cần thực hiện các biện pháp nhất định nhằm đưa các cell về

nhau Có hai cách để thực hiện việc này là cân bằng chủ động và cân bằng thụ động

Phương pháp cân bằng chủ động sẽ chuyển bớt năng lượng từ các

hơn vào các cell có dung lượng thấp hơn Phương pháp này có ưu điểm giúp hệ thống cân bằng về áp và

Tuy nhiên, thiết kế cho mỗi cell một nguồn sạc độc lập là không thực tế Việc cân bằng

áp được thực hiện tuần tự cho một hoặc một nhóm cell Do đó, để sạc đầy cả bộ pin cầnthời gian khá lớn

Phương pháp cân bằng thụ động đơn giản hơn phương pháp cân bằng chủ động nhưnggây ra tổn hao trên điện trở Bộ sạc cần ngắt sạc ngay khi một cell nào đó đã đầy Sau đó,cell đã đầy sẽ được xả qua điện trở cho đến khi bằng cell thấp hơn Sau đó, bộ sạc đượctiếp tục đóng điện trở lại và chu trình lại được lặp lại cho đến khi tất cả các cell đã đầy. Như vậy, trong quá trình sạc, ngoài việc tuân thủ đún

hợp chặt chẽ với hệ thống BMS để thực hiện các kỹ thuật cell balancing nhằm điền đầycác cell, chống sự mất cân bằng giữa các cell, qua đó kéo dài tuổi thọ của cả bộ ắc quy.2.1

 Nhiệt độ giới hạn của pin khi sạc quan trọng hơn nhiệt độ xả (nhiệt độ lúc sử dụng) Cácnhà khoa học nhận thấy rằng chính việc chạy ở nhiệt độ quá cao (chứ không phải trong

này có thể sạc tốc

sẽ giảm, dù trong quá trình sạc, nhiệt độ của pin sẽ tăng lên đôi chút do điện trở trong của

 pin Hiện tư

thấp, điện trở trong của pin lại tăng và làm giảm tốc độ và tăng thời gian sạc

sạc bình thường, nhưng do ở nhiệt độ thấp, độ dẫn của vật liệu điện cực

khả năng phản ứng của ion liti với vật liệu điện cực, khi đó liti sẽ được mạ lên bề mặtđiện cực thay vì khuếch tán vào sâu bên trong vật liệu và tham gia phản ứng trong điềukiện sạc lạnh, lớp mạ này bám chặt trên điện cực dù có tiếp tục

2.1.10

cho kết quả chính xác, phản ánh đúng các thông số quá trình sạc

hơn là sạc đến 100% hoặc hơn Thông thường, các bộ sạc có đèn báo dung lượng và tựngắt khi dung lượng đạt mức 90 – 99% Nếu không, người dùng cần theo dõi để ngắt sạc.Điều này sẽ làm tăng tuổi thọ pin

đến khoảng 40-50% dung lượng để tránh hiện tượng over-discharge vì pin bị

self-dischage

các bộ sạc thông thường (chỉ có chế độ ổn dòng và ổn áp) mà phải dùng các bộ sạcchuyên dụng (hỗ trợ đầy đủ cả 4 chế độ: Pre-charge, Activation, Constant Current,Constant Voltage)

2

Atmega 328P là một vi điều khiển chip đơn thuộc họ megaAVR được sản xuất bởi tậpđoàn Atmel Nó có lõi xử lý RISC 8-bit được xây dựng dựa trên kiến trúc Harvard Với

Atmega328 trong dự án mã nguồn mở Arduino với các modul Adruino Uno (R3),Arduino Nano, Arduino Pro mini và rất nhiều sản phẩm nhúng khác.

2

Atmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vôcùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM) Với 23 chân có thể sử dụng cho cáckết nối vào hoặc ra I/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các ngắt nội

và ngoại (2 lệnh trên một

 Ngoài ra có thể sử

khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụngtới 6 kênh điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation), hỗ trợ bootloader

Hình 2.3 Atmega 328PBảng 2.1 Thông số kĩ thuật của vi điều khiển Atmega 328PT

Sơ đồ khối (block diagram)

ATmega328P là một vi điều khiển mạnh mẽ cung cấp một giải pháp

quả về chi phí cho nhiều ứng dụng điều khiển nhúng ATmega328P AVR được hỗ trợ với

 bộ công cụ

trình biên dịch macro, trình gỡ lỗi / mô phỏng chương trình, trình giả lập trong mạch và

Chức năng các chân trên Atmega 328P

Hình 2.5

VCC: Điện áp cung cấp cho vi điều khiển (5V)

GND: Ground (chân âm)

AVCC: Chân chọn điện áp tham chiếu ADC

AREF: Chân chọn điện áp tham chiếu ADC

Cổng B: Bao gồm các chân

kéo lên bên trong

Cổng C: Bao gồm các chân từ PC0 đến PC7 Các chân này phục vụ như đầu vào tương tự

để chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC) Nếu bộ chuyển đổi tương tự sang sốkhông được sử dụng, cổng C hoạt động như một cổng đầu vào / đầu ra hai chiều 8 bit.Cổng D: Bao gồm các chân

có điện trở kéo lên bên trong

OCXA – OCXB (X2:0): Là các chân phục vụ cho chức năng tạo xung PWM của bộ

thời, đếm (timer/counter) trên vi điều khiển Atmega 328P

22 22 33 ĐĐiiềều u cchhỉỉnnh h đđộ ộ rrộộnng g xxuunng g PPWWM M ((PPuullsse e WWiiddtth h MMoodduullaattiioonn) ) bbằằnnggTimer/Counter0 trên VĐK Atmega 328P

Khái niệm PWMPWM là khái niệm chỉ tín hiệu xung mà thường thì chu kỳ (Time period) của nó được cốđịnh còn thời gian tín hiệu ở mức cao (duty cycle) của nó có thể được thay đổi để điều

Tạo ra PWM tức là tạo ra những tín hiệu xung mà ta có thể điều khiển duty cycle (và cảTime period nếu cần thiết) PWM

mà chúng ta thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp… Sử dụngPWM điều khiển độ nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn được dùng đểđiều khiển sự ổn định tốc độ động cơ Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWMcòn tham gia và điều chế các mạch nguồn như: Boost, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha,… Timer/Counter0 trên Atmega328P là một chức năng lý tưởng để tạo ra các tín hiệuPWM theo mong muốn

Bộ Timer/Counter0 (bộ định thời/bộ đếm 0) trên Atmega 328P

Sơ đồ

Các định nghĩa của

BOTTOM: Bộ đếm đạt tới giá trị BOTTOM khi nó có giá trị 0x00

MAX: Bộ đếm đạt tới giá trị MAX khi nó bằng 0xFF (hệ thập phân 255)

TOP: Bộ đếm đạt giá trị TOP khi nó bằng với giá trị cao nhất trong chuỗi đếm, giá trị caonhất trong chuỗi đếm không nhất thiết là 0xFF mà có thể là bất kì giá trị nào được quyđịnh trong thanh ghi OCRn (n=0,2), tùy theo chế độ thực thi

Bộ định thời 0 có vài đặc điểm chính như: Bộ đếm đơn kênh, xóa bộ định thời khi có sựkiện so sánh khớp (compare match) và tự nạp lại, có thể đếm từ bộ dao động 32 KHz bênngoài, chế độ PWM hiệu chỉnh pha,…

Compare Match: Đây là một chức năng của bộ định thời, theo đó giá trị của bộ định thời(giá trị thanh ghi TCNTn (n=0, ,3)) liên tục được so sánh với giá trị của thanh ghi OCRn(n=0, ,3) Khi hai giá trị này bằng nhau sẽ tạo ra sự thay đổi mức logic ở chân OCn(n=0, ,3) Nhờ đó, ta có thể tạo ra xung PWM ở ngõ ra OCn (n=0, ,3) của vi điều khiển.Thanh ghi: Timer/Counter0 có tổng cộng 7 thanh ghi 8-bit bao gồm: TCCR0A, TCCR0B,TCNT0, OCR0A, OCR0B, TIMSK0 và TIFR0 Các thanh ghi này chứa các bit dùng đểthiết lập chế độ hoạt động của bộ Timer/Counter0.

Có 4 chế độ hoạt động trên bộ Timer/Counter0 bao gồm: Normal mode (chế độ thường),Cle

Compare Match), Fast PWM mode (chế độ PWM tần số cao) và Phase Correct PWMmode (chế độ PWM với pha chính xác)

Fast PWM mode (chế độ PWM tần số cao)

Chế độ Fast PWM cung cấp một dạng sóng xung tần số cao Trong chế độ Fast PWM, 1chu kỳ được tính trong 1

động của Fast PWM có

Tần số cao này làm

và ứng dụng DAC Tần số cao cho phép các thành phần bên ngoài có kích thước nhỏ(cuộn dây, tụ điện), và do đó làm giảm tổng chi phí hệ thống Giá trị TOP (quy định giátrị Time Period) có thể là 0xFF hoặc giá trị mà ta đặt trên thanh ghi OCR0A tùy vào cách

mà ta cài

được quy định bởi giá trị trên thanh ghi OCR0A (TOP là 0xFF) hoặc OCR0B (TOP làOCR0A)

Hình 2.8 Chế độ Fast PWM[6]

2

Converter) trên Atmega 328PCác định nghĩa

ADC hay mạch chuyển đổi tương tự ra số hay Analog-to-digital converter, là một linhkiện bán dẫn thực

là điện áp) sang giá trị số biểu diễn độ lớn của đại lượng đó

Bộ ADC của Atmega 328P có độ phân giải 10 bit, sai số tuyệt đối ± 2 LSB, dải tín hiệungõ vào từ 0V – VCC, tín hiệu ngõ vào có nhiều lựa chọn như: 8 ngõ vào đa hợp đơnhướng (Multiple

Atmega 328P là loại ADC xấp xỉ liên tiếp (succesive approximation ADC) với hai chế độhoạt động có thể lựu chọn là chuyển đổi liên tục (Free Running) và chuyển đổi từng bước(Single Conversion) ADC trên AVR cần được cấp nguồn điện áp riêng ở chân AVCC,giá trị điện áp cấp cho AVCC không được khác nguồn nuôi chip (VCC) quá 0.3V vì vậy

ta có thể dùng điện áp trên chân VCC để cấp cho chân AVCC

tương tự cần biến đổi ở ngõ vào ADC Điện áp tham chiếu cho ADC trên AVR có thểđược tạo bởi 3 nguồn: Dùng điện áp tham chiếu nội 2.56V (cố định), dùng điện áp AVCChoặc điện áp ngoài đặt trên chân VREF Cần chú ý đến noise khi đặt điện áp tham chiếu,nếu dùng điện áp ngoài đặt trên chân VREF thì điện áp này phải được lọc thật tốt, nếu

dùng điện áp tham chiếu nội

điện

Tần Số Clock ADC: Là tần số clock cung cấp cho bộ biến đổi ADC, giá trị có thể thayđổi từ vài

cho độ phân giải 10 bit và có thể cao hơn 200KHz nếu độ phân giải thấp hơn

 Ngõ

hướng (single ended): 10 ngõ vào này là

ta thường dùng 8 ngõ vào ADC0:7 Vì có 8 ngõ vào ADC0:7 nên ta có thể đưa vào 8 tínhiệu tương tự khác nhau Khi lựa chọn ngõ vào kiểu này (tức kiểu single ended) thì kếtquả chuyển đổi được tính như sau:

ADCVALUE = (VIN*1023)/VREF  

Để sử dụng bộ ADC ta thực hiện các bước sau:

1 Cấu hình cho bộ ADC: Chọn điện thế tham chiếu, kiểu ngõ vào bằng cách cấu hìnhcho thanh ghi ADMUX

2 Cho phép ADC hoạt động: Chọn chế độ hoạt động, các ngắt, tần số Clock ADC bằng cách c

Ví dụ: Dùng ADC 10bit, tốc độ 500.000 kHz, chạy từng bước

#include <mega128.h> //Khai báo là đang dùng ATmega128 // hàm đọ

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {  ADMUX=a

while ((ADCSRA & 0x10)==0);

 ADCSRA|=0

return ADCW;

Void Main( ){ 

Unsigned int adc_temp ; // khai báo biến để lưu kết quả ADC  // Khởi tạo

adc_temp = read_adc (7) ; //đọc kết quả ADC ở chân ADC7  //phải di

 };

2.3

IGBT là Transistor có cực điều khiển cách ly là một linh kiện bán dẫn công suất 3 cựcđược phát minh bởi Hans W Beck và Carl F Wheatley vào năm 1982 IGBT kết hợp khảnăng đóng ngắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của transistor thường Mặtkhác IGBT cũng là phần tử điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu

sẽ cực nhỏ

Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm lớp nốivới collector tạo nên cấu trúc

(tương tự với cực máng), mà không phải là

tương đương với một transistor P-N-P với dòng base được điều khiển bởi một MOSFET