Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Ứng dụng động cơ điện và năng lượng mặt trời cho ô tô hỗ trợ thực tập lái

• Tác giả: Nguyễn Lâm Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Phước Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Động Cơ Điện Sử Dụng Ắc Quy Và Năng Lượng Mặt Trời Cho Ô Tô Hỗ Trợ Thực Tập Lái
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Khảo sát năng lượng bức xạ trung bình ở Việt Nam và tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3.1. Khảo sát năng lượng bức xạ mặt trời trung bình ở Việt Nam
• 1.3.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Giới hạn đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Nội dung nghiên cứu
• 1.7. Điểm mới của đề tài
• 1.8. Bố cục của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của pin năng lượng mặt trời
• 2.1.1. Khái niệm pin năng lượng mặt trời
• 2.1.2. Lịch sử về pin năng lượng mặt trời
• 2.1.3. Nền tản của pin năng lượng mặt trời
• 2.1.4. Quy trình tạo ra tế bào quang điện
• 2.1.5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời
• 2.1.5.1. Nguyên lý hoạt động
• 2.1.6. Tính toán hệ thống pin năng lượng mặt trời
• 2.1.6.1. Tính tổng lượng tiêu thụ của các tải
• 2.1.6.2. Tính số Watt-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày
• 2.1.6.3. Tính toán kích cở tấm pin mặt trời cần sử dụng
• 2.1.7. Tính toán ắc quy
• 2.1.7.1. Nguyên lý, cấu tạo và phương pháp nạp điện ắc quy
• 2.1.7.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ắc quy
• 2.1.7.3. Hướng dẫn phương pháp nạp điện cho ắc quy
• 2.1.7.4. Cách nạp điện ắc quy
• 2.1.7.5. Bảo dưỡng ắc quy
• 2.1.8. Bộ điều khiển nạp pin mặt trời
• 2.1.9. Bộ chuyển đổi DC/DC
• 2.1.9.1. Buck-Boost converter
• 2.1.10. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mô tơ điện
• 2.1.10.1. Cấu tạo của mô tơ điện
• 2.1.10.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện
• 2.1.11. Phương pháp chung
• 2.1.12. Tính toán các lực tác dụng lên ôtô khi chọn động cơ điện
• 2.1.13. Đáp ứng yêu cầu tốc độ tối đa xe của động cơ điện
• 2.1.14. Tính tỷ số truyền, và đường kính đĩa xích cho bộ truyền xích
• 2.1.14.1. Tính tỷ số truyền
• 2.1.14.2. Tính đường kính bánh xích
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ÔTÔ CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG ẮC QUY KẾT HỢP VỚI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
• 3.1. Các yêu cầu kỹ thuật khi chế tạo mô hình ôtô chạy bằng năng lượng ắc quy kết hợp với năng lượng mặt trời
• 3.1.1. Yêu cầu về kỹ thuật
• 3.1.2. Yêu cầu kinh tế
• 3.1.3. Sơ đồ khối mô hình ôtô chạy bằng năng lượng ắc quy và năng lượng mặt trời
• 3.1.4. Sơ đồ khối nguyên lý làm việc của mô hình
• 3.1.5. Tính toán động cơ điện cho mô hình
• 3.1.5.1. Đáp ứng yêu cầu tốc độ tối đa xe của động cơ điện
• 3.1.6. Tính toán pin năng lượng mặt trời dùng cho mô hình
• 3.1.6.1. Xác định tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày
• 3.1.6.2. Tính pin mặt trời (PV panel)
• 3.1.7. Tính toán dung lượng ắc quy dự phòng cho hệ thống
• 3.1.8. Tính toán bộ điều khiển sạc
• 3.1.9. Thông số kỹ thuật cho pin mặt trời
• 3.1.10. Thông số khung sườn của xe
• 3.1.11. Bộ ly hợp từ
• 3.1.11.1. Nguyên lý làm việc bộ ly hợp từ
• 3.1.11.2. Tính toán momen xoắn của bộ ly hợp
• 3.1.11.3. Xác định kích thước cơ bản của ly hợp từ
• 3.1.11.4. Điều khiển ly hợp từ
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM
• 4.1. Kết quả thực nghiệm
• 4.2. Đánh giá thực nghiệm
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện cho ô tô sử dụng ắc quy và năng lượng mặt trời là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các phương tiện giao thông bền vững. Hiện nay, các phương tiện đào tạo lái xe tại Việt Nam chủ yếu sử dụng động cơ đốt trong, gây ra ô nhiễm môi trường và tiêu tốn nhiên liệu. Việc chuyển sang sử dụng xe điện không chỉ giúp giảm thiểu khí thải mà còn tiết kiệm chi phí vận hành. Năng lượng mặt trời, với khả năng cung cấp năng lượng sạch và dồi dào, là nguồn năng lượng lý tưởng cho các ứng dụng này. Theo khảo sát, lượng bức xạ mặt trời trung bình ở Việt Nam đạt khoảng 4-5 kWh/m2/ngày, cho thấy tiềm năng lớn trong việc khai thác năng lượng này cho hệ thống năng lượng tái tạo.

1.1. Lý do chọn đề tài

Việt Nam là một quốc gia có điều kiện khí hậu thuận lợi cho việc phát triển năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng này không chỉ sạch mà còn có sẵn và không gây ô nhiễm. Việc nghiên cứu ứng dụng động cơ điện cho ô tô hỗ trợ thực tập lái sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm chi phí bảo trì. Hơn nữa, việc thay thế ly hợp ma sát bằng ly hợp từ sẽ giúp tăng độ bền và giảm chi phí sửa chữa, đặc biệt là trong giai đoạn học lái xe khi kỹ năng của học viên chưa ổn định.

II. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết của nghiên cứu bao gồm các khái niệm về pin năng lượng mặt trời, ắc quy và động cơ điện. Pin năng lượng mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, cung cấp nguồn điện cho động cơ điện. Ắc quy lưu trữ năng lượng điện để sử dụng khi cần thiết. Nghiên cứu cho thấy hiệu suất của các tấm pin năng lượng mặt trời hiện nay có thể đạt tới 26% trong điều kiện lý tưởng. Việc tính toán và thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời phù hợp với nhu cầu sử dụng của ô tô là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

2.1. Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên nguyên lý quang điện, trong đó ánh sáng mặt trời được hấp thụ và chuyển đổi thành điện năng. Các tấm pin được cấu tạo từ silicon, cho phép tạo ra dòng điện khi có ánh sáng chiếu vào. Việc lựa chọn loại pin phù hợp và tính toán kích thước tấm pin cần thiết cho ô tô là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng năng lượng mặt trời có thể giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì cho các phương tiện giao thông.

III. Thiết kế mô hình ô tô

Thiết kế mô hình ô tô chạy bằng năng lượng ắc quy kết hợp với năng lượng mặt trời là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Mô hình này không chỉ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà còn phải đảm bảo tính kinh tế. Các yêu cầu kỹ thuật bao gồm khả năng vận hành, tốc độ tối đa và độ bền của các linh kiện. Việc sử dụng ly hợp từ thay cho ly hợp ma sát giúp tăng độ bền và giảm chi phí bảo trì. Mô hình ô tô được thiết kế với các linh kiện như động cơ điện, pin năng lượng mặt trời và bộ điều khiển sạc, đảm bảo hoạt động hiệu quả trong điều kiện thực tế.

3.1. Các yêu cầu kỹ thuật

Các yêu cầu kỹ thuật khi chế tạo mô hình ô tô bao gồm khả năng chịu tải, tốc độ tối đa và hiệu suất năng lượng. Mô hình cần phải có khả năng hoạt động liên tục trong thời gian dài mà không cần nạp lại điện. Việc tính toán kích thước và công suất của động cơ điện cũng như pin năng lượng mặt trời là rất quan trọng để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các linh kiện trong mô hình sẽ giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu suất hoạt động.

IV. Kết quả và đánh giá thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời và ắc quy hoạt động ổn định và hiệu quả. Các thử nghiệm đã được thực hiện để đánh giá khả năng vận hành, tốc độ và độ bền của mô hình. Kết quả cho thấy mô hình có thể đạt tốc độ tối đa 40 km/h và hoạt động liên tục trong nhiều giờ mà không cần nạp lại điện. Việc sử dụng năng lượng sạch không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tiết kiệm chi phí vận hành cho các trường dạy lái xe.

4.1. Đánh giá thực nghiệm

Đánh giá thực nghiệm cho thấy mô hình ô tô hoạt động hiệu quả trong điều kiện thực tế. Các số liệu thu thập được cho thấy rằng việc sử dụng năng lượng mặt trời và ắc quy giúp giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì. Mô hình đã chứng minh được tính khả thi trong việc ứng dụng động cơ điện cho ô tô hỗ trợ thực tập lái, mở ra hướng đi mới cho ngành giao thông vận tải tại Việt Nam.