Khảo sát khả năng ứng dụng động cơ điện kết hợp năng lượng mặt trời cho xe tập lái

Chia sẻ: Sở Trí Tu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài báo này kết hợp năng lượng mặt trời nó là nguồn năng lượng hỗ trợ cho chiếc xe, năng lượng từ mặt trời được thu lại bởi các tấm pin mặt trời và chuyển đổi thành năng lượng điện và năng lượng điện đó nạp cho pin (ắc quy axit chì) và được sử dụng để chạy động cơ điện để truyền chuyển động cho xe theo hướng lùi hoặc tiến về phía trước. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khảo sát khả năng ứng dụng động cơ điện kết hợp năng lượng mặt trời cho xe tập lái

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN KẾT HỢP NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI CHO XE TẬP LÁI Nguyễn Phụ Thƣợng Lƣu1,*, Huỳnh Phƣớc Sơn2,**, Nguyễn Lâm Tuấn2,*** 1 Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô, trƣờng Đại học Công nghệ TP.HCM 2 Khoa Cơ khí Động lực, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật TP.HCM Email: *npt.luu@hutech.edu.vn, **hpson@hcmute.edu.vn, ***lamtuan161090@gmail.com TÓM TẮT Hiện nay các xe dạy tập lái ở các Trƣờng dạy lái tại Việt Nam vẫn sử dụng động cơ Xăng và Dầu, hầu hết các dòng xe trên sử dụng truyền lực cơ khí thông qua bộ ly hợp ma sát khô.Việc nghiên cứu ứng dụng xe Điện và đồng thời thay bộ ly hợp ma sát thành ly hợp từ nhằm mục đích tiết kiệm chi phí bảo trì sửa chữa và tiết kiệm chi phí giá thành xăng và dầu trong thời gian đầu học lái của các học viên,và cũng nhằm mục đích giảm ô nhiễm môi trƣờng do khí thải của động cơ Xăng và Dầu gây ra. Trong bài báo này kết hợp năng lƣợng mặt trời nó là nguồn năng lƣợng hỗ trợ cho chiếc xe, năng lƣợng từ mặt trời đƣợc thu lại bởi các tấm pin mặt trời và chuyển đổi thành năng lƣợng điện và năng lƣợng điện đó nạp cho pin (ắc quy axit chì) và đƣợc sử dụng để chạy động cơ điện để truyền chuyển động cho xe theo hƣớng lùi hoặc tiến về phía trƣớc. Đồng thời bộ ly hợp ma sát sẽ đƣợc thay thế bằng bộ ly hợp từ giúp tiết kiệm chi phí sửa chữa do bộ ly hợp ma sát ngƣời học lái thời gian đầu chƣa sử dụng thành thạo thao tác lái làm bộ ly hợp ma sát nhanh bị mòn hoặc hỏng. Từ khóa: Electric hybrid cars, Solar car, Photovoltaic solar power, solar battery. 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới Bắt đầu từ thập niên 60, 70 của thế k trƣớc, thế giới phải đối mặt với hai vấn đề lớn mang tính toàn cầu: Vấn đề năng lượng: các nguồn năng lƣợng hóa thạch nhƣ dầu mỏ, than đá không phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo đƣợc. Các phƣơng tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn năng lƣợng này (xăng, dầu) chắc chắn sẽ không tồn tại trong tƣơng lai. Trong khi đó, điện năng là loại năng lƣợng rất linh hoạt, nó có thể đƣợc chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lƣợng khác, trong đó có các nguồn năng lƣợng tái tạo vô tận nhƣ năng lƣợng gió, mặt trời, sóng biển, v.v. Do vậy, các phƣơng tiện sử dụng điện là phƣơng tiện của tƣơng lai. Vấn đề môi trường: không khó để nhận ra rằng môi trƣờng hiện nay đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ các phƣơng tiện giao thông, đặc biệt là ô tô. Ô tô điện là lời giải triệt để cho vấn đề này do nó hoàn toàn không có khí thải. Như vậy, ta thấy rằng ô tô điện là giải pháp tối ƣu cho cả hai vấn đề lớn, đó là lý do khiến nó trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỉ 20 trở lại đây, và càng ngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhà khoa học trên toàn thế giới. Đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề này nhƣ: trong nghiên cứu Tối ƣu hóa hệ thống năng lƣợng mặt trời cho xe điện tại khuôn viên trƣờng đại học ở thủ 1423
đô Dhaka, Bangladesh do Nusrat Chowdhury, Chowdhury Akram Hossain và các đồng sự [1] do sự suy giảm nhanh chóng của trữ lƣợng khí đốt, giá khí tăng vọt và sự nóng lên toàn cầu, bên cạnh ô nhiễm môi trƣờng gây ra bởi việc đốt nhiên liệu, điều này làm tăng mối lo ngại về các nguồn năng lƣợng này. Năng lƣợng tái tạo cung cấp một giải pháp hợp lý cho những vấn đề này. Mục tiêu của nghiên cứu này là tập trung vào công dụng tối đa của một hệ thống quang điện mặt trời (PV) trong xe điện và để giảm thiểu tác động môi trƣờng trong điều khoản phát thải CO2. Hệ thống này có thể đƣợc sử dụng một phần để cung cấp năng lƣợng cho xe điện với một cơ sở sạc và đóng góp năng lƣợng dƣ thừa cho lƣới điện quốc giaThiết kế xe chạy bằng năng lƣợng mặt trời do G.Selvakumar,P.Arivalagan,Manoj mohanan [2], Xe chạy bằng năng lƣợng mặt trời do Yogesh Sunil Wamborikar, Abhay Sinha [3] đã thảo luận về việc sử dụng năng lƣợng mặt trời để cung cấp năng lƣợng cho chiếc xe để đạt đƣợc điện áp cần thiết,hay Trong đề tài Xe Điện của k sƣ cơ khí của ALI HAMALAW ALI [4]. Bên cạnh đó việc đánh giá hiệu quả năng lƣợng xe điện cũng đƣợc nghiên cứu trong đề tài Vi mô hóa tiêu thụ năng lƣợng xe điện của Blaz Luin, Stojan Petelin, Fouad Al-Mansour [5], Dự án thiết kế và chế tạo một chiếc ô tô chạy chủ yếu bằng điện,pin trong khi chạy một phần trên các tấm pin mặt trời sẽ là nguồn năng lƣợng thứ cấp trong bài nghiên cứu Xe điện hoàn toàn với pin mặt trời nhƣ một Nguồn thứ cấp của Ali Raza Nawaz và các cộng sự [6].hay những nghiên cứu thu đƣợc thông qua các bài kiểm tra và các thí nghiệm để suy ra tính thực tiễn của Xe điện chạy bằng năng lƣợng mặt trời trong nghiên cứu Phát Tiển Và Phân Tích Hiệu Suất Xe Nặng Lƣợng Mặt Trời do Khoa K Thuật Điện Và Điện Tử BRAC Đại Học Dhaka [7].Trong bài Nghiên cứu khả thi của một chiếc xe điện chạy bằng năng lƣợng mặt trời vàMô hình trạm sạc của Bin Ye, Jingjing Jiang và các đồng sự [8] bài viết này đề xuất một mô hình năng lƣợng mặt trời trạm sạc cho xe điện để giảm thiểu các vấn đề gặp phải trong năng lƣợng tái tạo của Trung Quốc quá trình sử dụng và để đối phó với nhu cầu năng lƣợng ngày càng tăng của xe điện cho tƣơng lai gần. Nghiên cứu này áp dụng mô hình đề xuất cho thành phố Thâm Quyến để xác minh kỹ thuật của nó và nền kinh tế khả thi.Hay trong nghiên cứu Một số vấn đề về thiết kế phƣơng tiện năng lƣợng mặt trời dựa trên hệ thống năng lƣợng lai của A.Spina,R.Jde laVega và các cộng sự của mình [9] đã nghiên cứu vấn đề mức tiêu thụ năng lƣợng thấp nhất có thể cho chuyển động của xe, với các mô-đun quang điện là nguồn điện chính. Sự phát triển của phƣơng tiện năng lƣợng mặt trời đƣợc thúc đ y bởi một phƣơng tiện năng lƣợng mặt trời Mỹ Latinh chạy khoảng 1000km trên sa mạc Atacama ở Chile, Nam Mỹ. Hình 1 Hình 2 Hình 1,2: Mô hình xe năng lƣợng mặt trời ứng dụng trong thực tế. 1.2.Tổng quan tình hình nghiên cứu tại Việt Nam Trong khi làn sóng nghiên cứu ô tô điện đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới thì tại Việt Nam, đối tƣợng này chƣa nhận đƣợc sự quan tâm thích đáng của các nhà khoa học, giới doanh nghiệp cũng nhƣ các nhà làm chính sách. Qua khảo sát tình hình những năm vừa qua, có thể kh ng định rằng ở Việt Nam chƣa hề có một nghiên cứu nào thực sự bài bản, khoa học và mang tính hệ thống về ô tô điện. Trong vài năm trở lại đây, một số sản ph m xe điện mang tính thử nghiệm đã đƣợc nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học 1424
và nhiều Giảng Viên tại các Trƣờng Đại Học. Có thể kể ra một số sản ph m do ngƣời Việt tự thiết kế và chế tạo nhƣ dự án sản xuất xe điện chạy bằng năng lƣợng mặt trời đƣợc khởi xƣớng từ tháng 05/2012, với sự tham gia của hai sinh viên là Bùi Nhƣ Nĩ, khoa Cơ khí động lực và bạn Cao Trọng Nghĩa khoa Cơ khí chế tạo máy, dƣới sự hƣớng dẫn của thầy Đoàn Tất Linh, giảng viên trƣờng đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật. Qua hơn một năm tìm tòi, nghiên cứu và thử nghiệm, cả ba thầy trò đã cho ra mắt thế hệ xe điện chạy bằng năng lƣợng mặt trời đầu tiên năm 2008 nhƣ Hình 3. Trên mui xe có lắp 4 tấm pin quang điện, mỗi tấm có công suất 110W, và chúng có thể sạc điện đầy cho xe trong vòng 6 tiếng dƣới điều kiện trời nắng. Với mỗi lần sạc đầy, xe có thể chạy đƣợc quãng đƣờng hơn 30km, nhƣng nếu chạy dƣới trời có nắng thì quãng đƣờng có thể tăng lên vì lúc này hệ thống nạp điện vẫn làm việc liên tục để nạp điện cho ăc-quy. Hình 3: Mô hình xe năng lƣợng mặt trời Trƣờng ĐH Sƣ phạm kỹ thuật TP.HCM Ngoài ra còn có nghiên cứu của ông Trần Văn Tâm sống tại Củ Chi – thành phố Hồ Chí Minh đã tự nghiên cứu và chế tạo xe điện 3 bánh có sức chứa 3 ngƣời, tốc độ 35km/h, sử dụng động cơ một chiều 48V – 800W, 4 ắc quy khô 12V/50Ah, chạy 40km nạp một lần. Đây là thành công đáng khích lệ đối với một nhà sáng chế nghiệp dƣ. Từ tất cả các công trình nghiên cứu ứng dụng về xe điện trên thì vẫn chƣa có nghiên cứu nào với xe tập lái tại Việt Nam. Đây là lý do để tôi thực hiện nghiên cứu này. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Dự án của tôi về cơ bản có hai hệ thống, hệ thống điện và hệ mặt trời. Các thành phần cần thiết cho cả hai hệ thống là tấm pin mặt trời, bộ điều khiển sạc điện (Arduino), pin, động cơ, bộ điều khiển động cơ và biến tần, khi chuyển đổi dòng điện từ AC sang DC là cần thiết. Về các thông số toán học và thông số kỹ thuật của các thành phần, chúng ta sẽ sử dụng 4 pin của 12V đƣợc kết nối nối tiếp, bộ điều khiển động cơ cho động cơ dòng DC cung cấp công suất tối đa 3kW để di chuyển chiếc xe có trọng lƣợng (bao gồm cả ngƣời lái) 250-350 kg. 2.1. Tỷ lệ tốc độ và bánh răng Bánh răng thƣờng hoạt động theo cặp; các thiết bị lái xe và thiết bị điều khiển. Các thiết bị lái xe là thiết bị mà đƣợc quay bởi động cơ chính và bánh răng dẫn động là bánh răng đƣợc đ y (hoặc dẫn động) vào quay bằng bánh răng lái xe Hình 4. Một t số truyền là mối quan hệ giữa tốc độ của lái xe và thiết bị điều khiển trong một bộ bánh răng. 1425
Hình 4: Mô hình truyền động xích cho xe. T số truyền i=(số răng bánh bị động)/(số răng bánh chủ động). Trong thông số thiết kế chúng ta có thể sử dụng một thiết bị điều khiển (Sprocket) có số lƣợng 39 răng và một thiết bị điều khiển đƣợc kết nối với động cơ DC có số lƣợng 15 răng. Các t số truyền sẽ cho chúng ta một ý tƣởng rõ ràng về tốc độ của chiếc xe điện mặt trời của chúng ta. T số truyền của thiết bị là đƣợc tìm thấy là (2.6: 1). Sau đó, chúng ta tính toán vận tốc bằng cách sử dụng phƣơng trình sau: RPM V  [( )( D)( )] /[i] 60 (1) 2.2. Công suất động cơ cần thiết Trong động cơ DC, năng lƣợng điện (Pel) đƣợc chuyển đổi thành năng lƣợng cơ học (Pmech). Ngoài tổn thất ma sát, có tổn thất điện năng trong Joules / giây (mất Pj).Lƣu ý: Tổn thất ma sát trong động cơ DC corless là không đáng kể). Pel  Pmech  Pjloss (2) Về mặt vật lý, sức mạnh đƣợc định nghĩa là t lệ thực hiện công việc. Đối với chuyển động tuyến tính, sức mạnh là tích của lực nhân với khoảng cách trên mỗi đơn vị thời gian. Trong trƣờng hợp chuyển động quay, tính toán tƣơng tự cho công suất là tích của mô-men xoắn nhân với khoảng cách quay mỗi đơn vị thời gian. Trong đó: sức mạnh cơ học về cơ bản là đại diện cho sức mạnh quay. T là mô-men xoắn và W sóng là vận tốc góc. Đơn vị đƣợc sử dụng phổ biến nhất cho gócvận tốc là vòng / phút (RPM). Trong tính toán công suất quay, cần phải chuyển đổi vận tốc đến đơn vị radian / giây để cho chúng ta vận tốc góc. Điều này có thể đƣợc thực hiện bởi phƣơng trình sau: Mi IH F in 1Rotaion 2radian W  ( Speed )( )(5280 )(12 )( )( ) H 3600 s Mi IF 2 ( Radius )in 1Rotaion (3) Mechanical Power=(T)(W) Chúng ta có thể tìm thấy lƣợng lực cần thiết để di chuyển chiếc xe chỉ bằng cách sử dụng thứ hai Newton: Motive Force-Frictional Force-Drag Force=(M)(a) (4) Trong đó Lực lƣợng thu đƣợc sớm hơn và radius Bán kính lốp đƣợc đo bằng inch. 3. CÁC THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Hệ thống xe điện mặt trời về cơ bản bao gồm hai hệ thống, hệ thống điện và năng lƣợng mặt trời. Xe năng lƣợng mặt trời mang các tế bào quang điện để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lƣợng. Các tế bào quang điện về cơ bản là các thành phần trong các tấm pin mặt trời có một mục đích nhất định là chuyển đổi năng lƣợng của mặt trời thành điện lực. Chúng đƣợc tạo thành từ các chất bán dẫn; những thứ thƣờng 1426
có thể đƣợc làm từ silicon hấp thụ ánh sáng mặt trời. Năng lƣợng mặt trời Sun làm tiêu tan và giải phóng các electron trong chất bán dẫn,tạo ra thứ mà ngƣời ta gọi là dòng điện tử. Dòng điện tử này tạo ra điện sạc pin và động cơ trong xe năng lƣợng mặt trời. Xe năng lƣợng mặt trời có một số lợi ích chính. Năng lƣợng mặt trời của họ Các bảng điều khiển hoạt động âm thầm và không gây ra tiếng ồn, vì vậy chúng không tạo ra ô nhiễm tiếng ồn con đƣờng. Các tấm pin mặt trời không tạo ra khí nhà kính, nhƣ các động cơ đốt trong làm.Và quan trọng hơn là năng lƣợng mặt trời có sẵn rộng rãi, miễn phí và cấp cho ngƣời lái xe năng lƣợng mặt trời hoàn thành độc lập với xăng hoặc dầu diesel. Xe điện chạy bằng động cơ điện (thƣờng là động cơ DC) thay vì động cơ xăng hoặc diesel. Xe điện (cũng đƣợc gọi là xe điện hoặc EV) sử dụng năng lƣợng đƣợc lƣu trữ trong pin sạc của nó. Của chúng ta sẽ kết hợp hai hệ thống trong một. Hình 5: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lƣợng mặt trời dùng cho mô tơ điện Mỗi hệ thống trong xe của chúng ta bao gồm một số bộ phận chính. Hệ mặt trời bao gồm Bảng điều khiển năng lƣợng mặt trời, Solar Tracker (Bộ điều khiển sạc năng lƣợng mặt trời) và Pin. Hệ thống điện bao gồm Động cơ DC, Bộ điều khiển động cơ và Pin. Để chuyển đổi năng lƣợng điện thành năng lƣợng cơ học chúng ta cần thực hiện cơ chế Chain-Sprocket trong xe của chúng ta. Vận tốc = 60 km / h,Vận tốc góc = 113,06 rad / s,Gia tốc = 0,84 m / s ^ 2,Khối lƣợng = 350 Kg, Lực = 294,93 N, Mô-men xoắn = 33,03 Nm, Bánh răng động cơ = 18 Răng, Bánh xe hoặc Trục bánh xe = 39 Răng, T lệ bánh răng = 2,16: 1, Đƣờng kính lốp = 0,235 m, Điện áp pin = 48V, Xếp hạng pin AH = 60 A, Công suất cơ = 3078 Watts, Đầu vào điện = 3800 Watts, Mất điện = 722 W, Hiệu quả = 0,81 = 81%. 4. KẾT LUẬN Xe năng lƣợng mặt trời giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến môi trƣờng và là phƣơng pháp giảm ô nhiễm tốt nhất. Chúng ta cần sử dụng chúng để chúng ta có thể giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Xe năng lƣợng mặt trời có một số nhƣợc điểm nhƣ phạm vi tốc độ nhỏ, chi phí ban đầu cao. Ngoài ra, t lệ chuyển đổi năng lƣợng không thỏa đáng (chỉ 17%). Nhƣng những nhƣợc điểm này có thể dễ dàng khắc phục bằng cách tiến hành nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này; Giống nhƣ vấn đề của pin mặt trời có thể đƣợc giải quyết bằng cách sử dụng pin mặt trời cực kỳ hiệu quả hiệu quả khoảng 30 - 35%. Ô tô năng lƣợng mặt trời có một lƣợng lớn thị trƣờng tiềm năng và chúng ta nên bắt đầu sử dụng chúng trong thời đại của chúng ta trong cuộc sống hàng ngày.Việc nghiên cứa xe năng lƣợng mặt trời trong lĩnh vực xe tập lái tại Việt Nam giúp tạo tiền đề cho những nghiên cứu sau này. 1427
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dhaka, Bangladesh do Nusrat Chowdhury,Chowdhury Akram Hossain và các đồng sự Optimization of Solar Energy System for the Electric Vehicle at University Campus in Dhaka, Bangladesh 14 September 2018 [2] G.Selvakumar,P.Arivalagan,Manoj mohanan Thiết Kế Xe Chạy Bằng Năng Lƣợng Mặt Trời. [3] Yogesh Sunil Wamborikar, Abhay Sinha Xe Chạy bằng năng lƣợng mặt trời. [4] ALI HAMALAW ALI Xe Điện. [5] Blaz Luin, Stojan Petelin, Fouad Al-Mansour Vi mô hóa tiêu thụ năng lƣợng xe điện. [6] Ali Raza Nawaz và các cộng sự xe điện hoàn toàn với pin mặt trời nhƣ một Nguồn thứ cấp. [7] Khoa K Thuật Điện Và Điện Tử BRAC Đại Học Dhaka Nghiên Cứu Phát Tiển Và Phân Tích Hiệu Suất Xe Nặng Lƣợng Mặt Trời. [8] Bin Ye,Jingjing Jiang và các đồng sự.Feasibility Study of a Solar-Powered Electric Vehicle Charging Station Model 23 November 2015 [9] A.Spina,R.Jde laVega và các cộng sự Some Issues on the Design of a Solar Vehicle Based on Hybrid Energy System 2012 1428