Đồ Án Tốt Nghiệp Hệ Thống Pin Thông Minh (Smart Battery System).Pdf

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (18.52 MB, 79 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG CƠ KHÍ – KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG PIN THÔNG MINH

(SMART BATTERY SYSTEM)

TRẦN H O NAM Ạ

PHẠM ĐỨC QUANG

Ngành K thuỹật Cơ Điện Tử

Chuyên ngành H ệ thống Cơ điện t thơng minh ửGiảng viên hướng

TS Bùi Đình Bá Khoa:

Trường:

Cơ Điện Tử Cơ Khí

`HÀ NỘI, 01/2024

Chữ ký c a GVHDủ

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ TRƯỜNG CƠ KHÍ

C NG HOÀ XÃ H I CH Ộ Ộ Ủ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - H nh phúc ạ

( NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ)

1. Thông tin về sinh viên:

Đồ án t t nghiố ệp được thực hiện tại: Đ i h c Bách khoa Hà N i ạ ọ ộThời gian làm ĐATN: Từ ngày / /2023 đến /01/2024 2. Tên đề tài:

− Pin thông minh (Smart Battery) 3. Nhiệm v ụ đề tài

Thiết k module pin thông minh v i chế ớ ức năng đo đạt, giám sát các thông s ốcủa pin, g i thông s này lên Firebase, xây d ng m t app Android ph c v ử ố ự ộ ụ ụngười dùng trong việc thuận tiện theo dõi.

4. Nội dung thuy t minh và tính tốn ế

− Chương 2: Thiết kế phần cứng − Chương 3: Thiết kế phần mềm − Chương 4: Kết quả và sử dụng − Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 5. Các bản v ẽ

− 1 b n A1: B n v l p ả ả ẽ ắ− 1 b n A1ả : Lưu đồ thuật toán

− 3 b n v A3ả ẽ : Sơ đồ ế k t nối và sơ đồ ạch điệ m n

Hà Nội, ngày tháng năm 2024

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

I H

ĐẠ ỌC BÁCH KHOA HÀ N I Ộ TRƯỜNG CƠ KHÍ

C NG HỒ XÃ H I CH Ộ Ộ Ủ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - H nh phúc ạ

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

( Dành cho Giáo viên hướng d n) ẫ

Chuyên ngành: K ỹ thuật Cơ điệ ửn t

Giáo viên hướng dẫn: TS. Bùi Đình Bá

− Kết n i, thiố ết kế ph n m m trên Android Studio, kầ ề ết nối với Firebase quản

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ TRƯỜNG CƠ KHÍ

C NG HỒ XÃ H I CH Ộ Ộ Ủ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - H nh phúc ạ

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: K ỹ thuật Cơ điệ ửn t

NỘI DUNG NH N XÉT C A GIÁO VIÊN PH N BIẬỦẢỆN

− …

II.H n ch cạế ủa đồ án − …

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ... 11

1.1 Giới thiệu chung ... 11

1.2 Đặt vấn đề ... 11

1.2.1 Smart Battery là gì? ... 11

1.2.2 Pin Lithium ion là gì?... 11

1.2.3 Tại sao nên sử ụ d ng Smart Battery? ... 14

1.2.4 Ưu nhược điểm củ- a Smart Battery ... 15

1.3 Các vấn đề còn t n tồ ại ở cell pin ... 17

1.3.1 Cân b ng pin ... 19ằ1.3.2 Over-charging c quy Lithium-ion ... 20ắ1.3.3 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đế n quá trình s c pin Lithium ion . 21ạ1.3.4 Khi sử ụ d ng pin ... 22

1.4 Yêu cầu thiết kế ... 22

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG... 23

2.1 Giới thiệu chung ... 23

2.2 Tính tốn, thiết kế mạch điệ ửn t ... 23

2.2.1 Battery Management System ... 23

2.5 Thiết kế ỏ ộ v h p và lắp đặt hoàn chỉnh ph n c ng ... 41ầ ứCHƯƠNG 3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM ... 44

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

3.1 Giới thiệu ... 44

3.2 Giới thiệu ESP IDF ... 44

3.3 Giới thiệu Android Stud ... 45io3.3.1 Nguồn g c Android Studio ... 45ố3.3.2 Ưu nhược điểm củ- a Android Studio ... 45

3.3.3 Các tính năng của Android Studio ... 46

3.4 Tổng quan v Firebase ... 47ề3.4.1 Khái niệm ... 47

3.4.2 Lịch sử phát tri n c a Firebase ... 47ể ủ3.4.3 Ưu nhược điểm c a Firebase ... 48ủ3.4.4 Dịch vụ Fireba ... 48se3.4.5 Dịch vụ Firebase Analytics ... 49

3.4.6 Các dịch vụ phát tri n và kiể ểm thử ứ ng d ng ... 49ụ3.4.7 Các dịch vụ tăng trưởng và thu hút người dùng ... 50

3.4.8 Một số ỹ thuật cơ bả k n ... 51

3.5 Các chuẩn giao ti p ... 54ế3.5.1 Chuẩn giao th c HTTPS ... 54ứ3.5.2 Thuật toán chung ... 58

3.5.3 Thuật toán truy n nh n d u qua FireBase ... 63ề ậ ữ liệCHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ SỬ DỤNG ... 66

4.1 Giới thiệu ... 66

4.2 Kết quả ... 66

4.2.1 Mơ hình thực tế Smart Battery:... 66

4.3 Ứng d ng IOT SMART BATTERY ... 68ụGiao diện chính của ứng d ng: ... 68ụ4.4 Kịch bản th nghi m ... 72ử ệCHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ... 73

5.1 Kết luận ... 73

5.2 Định hướng phát tri n cể ủa đề tài ... 73

5.2.1 FOTA – Firmware Over The Air ... 73

5.2.2 ESP32 Smartconfig thiết lập wifi qua app ... 745.2.3 Nâng cấp b o m t khi truy n nh n d u ... 77ả ậ ề ậ ữ liệ5.2.4 Một số hướng phát tri n khác ... 79ể

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Mục lục hình ảnh

Hình 1. 1 Pin thơng minh ... 11

Hình 1. 2 Pin lithium-ion là loại pin có thể sạc được ... 12

Hình 1. 3 Cấu tạo của pin lithium-ion bao gồm 3 bộ phận ... 12

Hình 1. 4 Nguyên lý hoạt động c a pin Lithiuủ m ion thể ệ hi n qua quy trình s c . 13ạHình 1. 5 Pin lithium ion khi bị cháy ... 14

Hình 1. 6 Hình ảnh nhá máy pin ở Hà Tĩnh của Vinfast ... 15

Hình 1. 7 Quy trình sạc pin li-ion. ... 18

Hình 2. 5 Mối tương quan Vgs và Qg ... 26

Hình 2. 6 Mối tương quan Vgs và Qg của IRF1404 ... 27

Hình 2. 7 Miền th i gian ... 28ờHình 2. 8 Sơ đồ kh i của mạch Monitor System ... 29ốHình 2. 9 Khối ngu n ... 29ồHình 2. 10 Khối xử lí ... 30

Hình 2. 24 Thiết bị ... 43

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Hình 3. 1 Android Studio ... 45

Hình 3. 2 Các tính năng của Android Studio ... 46

Hình 3. 3 Hình ảnh Firebase ... 47

Hình 3. 4 Dịch vụ c a Firebase ... 48ủHình 3. 5 Tạo d án Firebase ... 52ựHình 3. 6 Set up Database ... 52

Hình 3. 7 Tạo d án Firebase ... 52ựHình 3. 8 HTTPS protocol ... 56

Hình 3. 9 Hoạt động của giao thức ... 57

Hình 3. 10 Lưu đồ thuật tốn chung ... 58

Hình 3. 11 Lưu đồ thuật toán truy n nhậề n dữ li u ... 63ệHình 4. 1 Mạch BMS ... 66

Hình 4. 2 Mạch Monitor System ... 66

Hình 4. 3 Sản phẩm thực tế ... 67

Hình 4. 4 Giao diện app ... 69

Hình 4. 5 Mã QR app IOT SMART BATTERY ... 71

Hình 4. 6 Logo ứng dụng trên điện tho i ... 71ạHình 5. 1 Nguyên lý FOTA Internet ... 74

Hình 5. 2 OTA ... 75

Hình 5. 3 Sơ đồ khối của ESP32 và cách ESP32 tiêu th ụ năng lượng ... Error! Bookmark not defined.Hình 5. 4 Cơ chế Seed - Key ... 76

Hình 5. 5 Thuật tốn giải mã ... 79

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Lời cảm ơn

Với m t h c ph n mang tính ch t quan trộ ọ ầ ấ ọng như đồ án t t nghi p, vi c thố ệ ệ ực hiện đề tài c a nhóm chủ úng em đối m t v i nhiặ ớ ều khó khăn. Nhưng nhờ có s ựhướng dẫn, giúp đ ủ c a th y cô, b ầ ộ môn và nhà trường, nhóm đ hồn thành đồ án đúng th i hạn và đạt được m c tiêu đềờ ụ ra. V y nên l i đầu tiên em xin bày t lòng ậ ờ ỏbiết ơn chân thành đối với s ự giúp đ c a các th y cô b môn, giáo viên ph n bi n ủ ầ ộ ả ệđ có những ch dỉ ẫn, góp ý để ch ng em nhận ra được những thiú ếu sót để p th i kị ờs a ch a. Ch ng em xin cử ữ ú ảm ơn giáo viên hướng d n, bẫ ộ môn và nhà trường đh trợ nhóm v linh ki n, thi t b và không gian làm vi c thu n ti n nhề ệ ế ị ệ ậ ệ ất để thực hi n công việ ệc một cách hi u qu ệ ả

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng d n t n tình c a th y ẫ ậ ủ ầ TS. Bùi Đình

Bá, đ trực ti p gi p chế ú úng em hoàn thành được đồ án này. Nh ng ch d n và ữ ỉ ẫ

vấn đề và tìm ra hướng gi i quy t khoa h c, rõ ràng. Nh ng ki n th c, kinh nghiả ế ọ ữ ế ứ ệm

trong tương lai.

Do ki n th c b n thân còn nhi u h n ch nên trong quá trình th c hiế ứ ả ề ạ ế ự ện đồ án chúng em có th g p nhi u sai sót. Chúng em rể ặ ề ất mong có được s ự đóng góp ý kiến t ừ các thầy cơ để có thể hồn thiện được đồ án một cách tốt hơn.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Tóm tắt nội dung đồ án

Đồ án t t nghiệp là h c phần có khố ọ ối lượng lớn trong chương trình đào tạo, là cơ hội để sinh viên áp d ng các ki n thụ ế ức đ được gi ng d y trên giả ạ ảng đường vào một đề tài th c tự ế. Trên cơ sở đó, với chuyên ngành Cơ Điện T , chúng em lử ựa

Trong đồ án, những m c tiêu đư c đụ ợ ặt ra như để thực hiện đề tài như sau:

− Thiết kế h p ộ− Thiết kế cơ sở ữ liệu d − Lập trình nhúng, app.

thực hiện từng bước và đ đạt được nh ng kữ ết quả ng v i yêu cđú ớ ầu đ đặt ra:

− Phần m m thi t k : S dề ế ế ử ụng Solidwork, AutoCAD để thiết k mơ ếhình.

− Phần m m lề ập trình: ArduinoIDE, Android Studio, Firebase để ậ l p trình điều khi n h thống. ể ệ

− Chế t o, lạ ắp đặt thành cơng với đầy đủ các tính năng như mục tiêu đ đề ra.

Tuy nhiên, vì gi i h n ki n th c, công cớ ạ ệ ứ ụ, nhóm chưa thể tự thiết k và ch tế ế ạo

thẩm mỹ cao như các sản ph m khóa hiẩ ện đ có mặt trên th ị trường.

Trong quá trình th c hiự ện đồ án, chúng em đ tích lũy được r t nhi u ki n thấ ề ế ức về thiế ế cơ khí, xây dựt k ng mạch điện, lập trình vi điều khi n,...và cách s d ng ể ử ụcác công c hụ  trợ khác trong suốt quá trình làm đồ án. Đây là những ki n thế ức h u ữ ích và là nền tảng để chúng em t t nghi p và bố ệ ắ ầt đu s nghi p. ự ệ

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Chương này giới thi u t ng quan v ệ ổ ề Smart Battery, đưa ra các nhiệm v và yêu ụcầu k ỹ thuật đồng th i trình bày nguyên lý hoờ ạt động c a Smart Battery. ủ1.2 Đặ ấn đềt v

1.2.1 Smart Battery là gì?

Pin thơng minh (Smart Battery) là một module pin được thi t k v i công ngh ế ế ớ ệcảm bi n và h ế ệ thống quản lý năng lượng thông minh để cung cấp nhiều tính năng và lợi ích hơn so với pin truy n th ng. ề ố

độ ủ c a từng tế bào (cell), quản lý quá trình nạp/xả, điều khiển và vận hành tối ưu. M t s thơng s ộ ố ố chính như trạng thái n p x (state of chargạ ả e - SOC), tình tr ng sạ ức kh e c a pin (state of health - SOH), nhiỏ ủ ệt độ trong t ế bào là thường không đo trực

v n hành h ậ ệ thống ắc quy. Do đó, các thơng s này cố ần các phương pháp đo lường gián tiếp. Phương pháp sạc/xả đóng vai trị quan trọng trong việc đảm b o an toàn ảv n ậ hành cũng như tuổi th cho họ ệ thống pin. N u s c nhanh thì th i gian c quy ế ạ ờ ắđầy dung lượng sẽ ngắn và qua đó tăng tính sẵn sàng cung cấp năng lượng của c ắquy. Tuy nhiên s c quá nhanh có th dạ ể ẫn đến các ảnh hưởng tiêu cực như tăng tổn

quá l nh (supercooling). Khi nhiạ ệt độ tăng cao quá hoặc th p quá ấ đều dẫn đến giảm tuổi thọ cũng như gây nguy hi m cho h ể ệ thống pin.

Pin Lithium ion hay còn gọi là pin li-on, viết tắt là LIB. Đây là cơng nghệ pin tiên tiến có ion lithium là thành phần chính, điều đặc biệt là loại pin này có thể sạc được.

Hình 1. 1 Pin thơng min

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hình 1. 2 Pin lithium-ion là loại pin có thể sạc được

Pin Lithium thường dùng cho các thiết bị như: Điện thoại, máy tính, máy chụp hình… Hiện nay, pin lithium còn được chú trọng phát triển trên những ứng dụng phương tiện di chuyển chạy bằng điện như: Xe đạp điện, xe máy điện, ô tô điện... hoặc kỹ thuật ở các ngành quân đội, hàng không...

Cấu tạo pin lithium ion bao gồm: 1 cực dương, 1 cực âm, bộ phân tách, chất điện phân và hai bộ thu dịng điện.

Hình 1. 3 Cấu tạo của pin lithium-ion bao gồm 3 bộ phận

- Điện cực dương (Cathode)

Vật liệu dùng làm điện cực dương là LicoO2 và LiMnO4. Cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide Coban liên kết với ngun tử Lithium. Khi có dịng điện chạy qua, nguyên tử Lithium nhanh chóng tách khỏi cấu trúc tạo thành ion dương Lithium, Li+.

- Điện cực âm (Anode)

Cực âm được cấu tạo từ Than chì (graphene) và các vật liệu Cacbon khác có chức năng lưu giữ các ion Lithium L+ trong tinh thể.

- Bộ phân tách

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Bộ phân tách hay còn gọi là màng ngăn cách điện được làm bằng nhựa PE hoặc PP. Bộ phận này nằm giữa cực dương và cực âm, có nhiều l nhỏ, có chức năng ngăn cách giữa cực dương và cực âm. Tuy nhiên, các ion Li+ vẫn được đi qua.

- Chất điện phân

Chất điện phân là chất lỏng lấp đầy hai cực và màng ngăn. Dung dịch điện phân có chứa LiPF6 và dung mơi hữu cơ. Dung dịch có chức năng như vật dẫn các ion Li+ từ.

Chất điện phân là môi trường truyền ion lithium giữa 2 điện cực trong quá trình sạc và xả pin. Nguyên tắc cơ bản trong dung dịch điện ly cho pin li-on là có độ dẫn ion tốt. Cụ thể độ dẫn ion liti ở mức 1 2 S/cm ở nhiệt độ phòng. Tăng 3- 0-40% khi nhiệt độ lên 40 độ và giảm nhẹ khi nhiệt độ xuống 0 độ C.

• Nguyên lý hoạt động của pin Lithium ion

Trong cơ chế hoạt động pin lithium ion, cực âm, cực dương đóng vai trị là ngun liệu trong phản ứng điện hóa. Dung dịch điện phân tạo môi trường dẫn cho ion liti di chuyển giữa 2 điện cực âm và dương. Dòng điện chạy ở mạch ngoài khi pin di chuyển. Quá trình này thể hiện ở quy trình sạc, xả. Cụ thể như sau:

Hình 1. 4 Nguyên lý hoạ ột đ ng c a pin Lithium ion th ủể hiện qua quy trình s c ạ

- Quy trình xả:

Ion-liti mang điện dương di chuyển từ cực âm (thường là graphite) qua dung dịch điện ly sang cực dương và dương cực sẽ có phản ứng với ion liti. Mi ion Li dịch chuyển từ cực âm sang cực dương trong pin thì ở mạch ngồi, lại tiếp tục có 1 electron chuyển động từ cực âm sang cực dương, sinh ra dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm. Điều này tạo ra cân bằng điện tích giữa 2 cực.

- Quy trình sạc:

Quá trình sạc diễn ra ngược lại quá trình xả. Dưới điện áp sạc, electron bị buộc chạy từ điện cực dương của pin (trở thành cực âm), ion Li tách khỏi cực dương di chuyển trở về điện cực âm của pin (ở quy trình này đóng vai trị cực dương). Trong quá trình sạc và xả pin sẽ đảo chiều.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Trong một chu kỳ phóng điện, những nguyên tử liti ở cực dương bị ion hóa và tách khỏi các điện tử của chúng. Các ion liti di chuyển từ cực dương và đi qua chất điện phân cho đến khi chúng đến được cực âm. Tại đây chúng tái kết hợp với các điện tử và trung hòa về điện.

Th i gian qua, trên th gi i và t i Viờế ớạệt Nam đã xảy ra nhi u v cháy do pin xe ềụđiện, gây thiệt hại nghiêm tr ng về ọngười và tài s n. ả Theo các chuyên gia, pin lithium dùng ph bi n cho cáổ ế c dòng xe đạp, xe máy điện hi n nay, n u cháy thì s ệ ế ẽrất khó d p t t thậ ắ eo cách thơng thường. Thậm chí, nếu dùng nước để chữa cháy thì có thể gây n . ổ

Hình 1. 5 Pin lithium ion khi b cháyị

Theo báo cáo của Sở Cứu hỏa một số thành phố tại Mỹ, trong 4 năm trở lại đây những vụ cháy do pin lithium tăng 142% tại San Fracisco và tăng 633% tại New York. Trong đó có ít nhất 11 người tử vong và 269 người bị thương.

Pin lithium xuất hiện khắp nơi trong cuộc sống hiện đại ngày nay từ điện thoại di động cho đến các phương tiện di chuyển. Các chuyên gia cho hay, khi phát nổ loại pin này có thể gây ra những đám cháy khó lường và để lại hậu quả thảm khốc, nguyên nhân đến từ hiện tượng thoát nhiệt.

Theo Kỹ sư Adam Barowy - Viện nghiên cứu an toàn cháy nổ của UL: Khi pin có hiện tượng thốt nhiệt, tế bào lithium ion đi vào trạng thái khơng thể kiểm sốt, -tự đốt nóng và gây ra khí dễ cháy. Nếu lượng khí này khơng được xứ lý, ngay khi thốt ra ngồi mơi trường nó có thể phát nổ.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

S phát tri n m nh m c a ngành công nghi p xe ự ể ạ ẽ ủ ệ điện gần đây và sự phát triển các nguồn đ ện gió, điệi n m t tr i ặ ờ đặt ra vấn đề giám sát, qu n lý các thơng s chính ả ố

ắc quy pin lithiumion (Li-ion) hi n naệ y đang phổ biến vì các ưu điểm vượt trội như mật độ cơng su t và ấ năng lượng cao. Hệ thống c quy ắ lithium thường bao gồm hàng nghìn các tế bào (cell) được m c n i ti p và song song nh m cung cắ ố ế ằ ấp điện áp, dòng điện phù h p v i t ng ng d ng c ợ ớ ừ ứ ụ ụ thể. H ệ thống ắc quy như vậy yêu c u ầs giám sát, quự ản lý và điều khi n v n hành m t cách phù h p. Các hiể ậ ộ ợ ện tượng xảy ra trong quá trình vận hành như quá dòng, quá áp hoặc sạc/x vượ địả t nh mức đều gây nên mất an toàn đố ớ ệ thống cũng như làm giải v i h m tu i th c a hổ ọ ủ ệ thống. Trong m t sộ ố trường h p, nó có th dợ ể ẫn đến hiện tượng cháy n gây nguy hi m ổ ểcho thi t b ế ị và con người. Do vậy, pin thông minh (Smart Battery) ra đời giúp đảm b o an toàn, nâng cao tin c y cung cả ậ ấp điện cũng như nâng cao tu i th cổ ọ ủa pin.

Hình 1. 6 Hình nh nhá máy pin ảở Hà Tĩnh của Vinfast

Hiện nay t i Viạ ệt Nam đang diễn ra r t m nh quá trình ấ ạ triển khai các ngu n ồđiện gió và điện mặt trời. Đến thời điểm này gần 20GWp các nguồn điện mặt trời được n i lư i. Khoố ớ ảng 1GW điện gió đ vận hành thương mại. Các vấn đề t ra đặđối với hệ thống điện khi tích hợp các ngu n này là cần thiết triển khai các ngu n ồ ồlưu trữ năng lượng phân tán nh m gi i quyằ ả ết các khó khăn kỹ thuật, kinh t do các ếnguồn điện gió, điện m t tr i gây ra. Ngồi ra, vi c phát ặ ờ ệ triển các phương tiện b ng ằđiện cũng đang trong giai đoạn tri n khai lể ớn như xe ô tô điện, xe máy/xe đạp điện. Trước các vấn đề trên, vi c ch ệ ủ động công ngh , c ệ ụ thể là công ngh giám sát qu n ệ ảlý năng lượng c a h ủ ệ thống pin t i Vi t Nam là c p thi t và phù h p vạ ệ ấ ế ợ ới định hướng phát tri n ngành công nghiể ệp năng lượng tái t o tạ ại Việt Nam.

Ưu điểm:

- Theo dõi và báo cáo trạng thái pin:

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

• Theo dõi dung lượng chính xác: Smart battery cung c p thơng tin ấchính xác v dung ề lượng pin, giúp người dùng biết được mức năng lượng cịn lại một cách chính xác.

đang ở mức thấp và cần sạc.

- Tối ưu hóa chu kỳ sạc và tuổi thọ pin:

• Quản lý chu k sỳ ạc: Smart battery tối ưu hóa q trình sạc để ảm gimức độ hao mịn và duy trì tu i th pin lâu dài. ổ ọ

• T ự động ngăn chặn quá sạc: Ngăn chặn quá trình sạc khi pin đ đầy,

giảm rủi ro tổn thương do quá sạc.- B o v an tồn: ả ệ

• Ngăn chặn quá t i và quá th p:ảấ Smart battery t ự động ngăn chặn quá trình sạc khi pin đầy và ngăn chặn vi c s d ng khi pin quá thệ ử ụ ấp để bảo v ệpin và thi t b kế ị ết nối.

• Quản lý nhiệt độ: C m bi n nhiả ế ệt độ giúp duy trì nhiệt độ an toàn, giảm nguy cơ quá nhiệt độ làm suy gi m hi u suả ệ ất và tuổi th pin. ọ

- Tích hợp v i các n n t ng thông minh: ớ ề ả

• Kết nối Internet: Smart battery có kh ả năng kết nối với Internet, gửi dữ liệu về trạng thái pin lên đám mây hoặc các n n tề ảng IoT để theo dõi t ừxa.

• Ứng d ng rộng rãi: S dụ ử ụng trong nhiều loại thiết b di động như ịđiện thoại, máy tính xách tay, đồng hồ thơng minh, và nhiều thiết b IoT ịkhác.

- Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ mơi trường:

• Tiết kiệm năng lượng: Quản lý thông minh giúp ti t kiế ệm năng lượng và giảm lượng pin được tiêu thụ mà vẫn duy trì hi u su ệ ất.

giảm lượng chất thải điệ ửn t , góp ph n b o vầ ả ệ mơi trường.

Nhược điểm:

- Chi phí s n xuả ất: Smart battery thường có chi phí s n xuả ất cao hơnso v i pin truy n th ng do s tích h p c a c m bi n và các công ngh qu n ớ ề ố ự ợ ủ ả ế ệ ảlý thông minh.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

- Tùy chỉnh và s a chử ữa khó khăn: Do tính tích hợp và ph c t p cứ ạ ủa công ngh , smart battery có thệ ể khó để tuỳ chỉnh ho c thay th n u có s ặ ế ế ựcố.

- S ph thu c vào cơng ngh : N u khơng có k t n i Internet ho c các ự ụ ộ ệ ế ế ố ặd ch v ị ụ đám mây, một số tính năng của smart battery có th gi m s c m nh ể ả ứ ạhoặc trở nên không s dử ụng được.

- Tiêu tốn năng lượng: Các c m bi n và hả ế ệ thống qu n lý thông minh ảcó th tiêu t n mể ố ột lượng nhỏ năng lượng, dẫn đến vi c gi m hi u su t toàn ệ ả ệ ấdi n c a pin. ệ ủ

có thể có độ trễ trong vi c nh n di n và ng phó vệ ậ ệ ứ ới các thay đổi đột ngột trong tình trạng năng lượng.

- Hạn ch vế ề tương thích: Một s smart battery có th gố ể ặp khó khăn khi tương thích với các thiết bị hoặc hệ điều hành cũ hơn.

- Độ b n và ề tuổi th pin: M c dù có nhi u c i tiọ ặ ề ả ến, nhưng có thể ẫ v n xu t hi n vấ ệ ấn đề ề độ ề v b n và tu i th pin do ổ ọ ảnh hưởng c a vi c s d ng ủ ệ ử ụcông nghệ thông minh và cảm biến.

1.3 Các vấn đề còn tồn tại ở cell pin Tổng quan v quá trình s c pin Lithium-ề ạ ion

Sạc ổn dòng: Trong quá trình sạc ổn dịng, dịng điện được giữ không đổi, thông thường bằng C/2-C (trong đó, C là dung lượng [Ah] của ắc quy). Dịng điện s c càng l n, q trình sạ ớ ạc ổn dịng càng ngắn nhưng q trình sạc ổn áp s càng ẽdài; tuy v y, t ng th i gian s c cậ ổ ờ ạ ả 2 giai đoạn thường không quá 3h. Đồng th i, ờ

độsát sao vì nhiệt độ quá cao sẽ có thể làm cho ắc quy bốc cháy ho c phát n . ặ ổ

600C. N u s d ng b s c nhanh (quick charge) chế ử ụ ộ ạ ỉ thực hiện bơm dòng ổn định vào c quy (sắ ạc ổn dòng) do đó, giớ ại h n v nhiề ệt độ ớn hơn đồng nghĩa vớ l i việc dòng điện sạc lớn hơn hay thời gian sạc nhanh sẽ ngắn hơn.

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Hình 1. 7 Quy trình s c pin li-ion. ạ

Sạc ổn áp: Trong chế độ ạc ổn áp, điệ s n áp sạc thường được giữ không đổi b ng 4,2V/cell. ằ Do dung lượng c a pin ph c h i d n, sủ ụ ồ ầ ức điện động của nó tăng lên làm cho dòng điện giảm dần. Khi dòng điện giảm về nhỏ hơn 3%C, chế độ sạc

dòng, điện áp trên 2 đầu cực ắc quy tăng dần. Khi điện áp đạt bằng sức điện động của pin lúc đầy, bộ sạc kết thúc q trình sạc ổn dịng và chuy n s c ch sể ạ ế độ ạc ổn áp. Toàn b ộ thời gian sạc ổn dòng thường kéo dài tối đa khoảng 1h (tùy thu c vàộ o

pin đã phục hồi được khoảng 70%.

Trong nhiều trường h p (quick-ợ charge) người ta có thể đem sử ụ d ng ngay

đồng th i làm cho thiết kế c a b sờ ủ ộ ạc đơn giản hơn rất nhiều nhưng mặt khác sẽlàm gi m tu i thả ổ ọ pin. Để đảm b o tu i th cả ổ ọ ủa pin theo đúng thông số nhà s n ảxuất đưa ra, người ta thường ph i ti n hành cả ế ả giai đoạn sạc ổn áp – thường mất thời gian hơn rất nhi u so về ới giai đoạn sạc ổn dịng.

duy trì áp sạc sau khi pin đ đầy (dòng điện s c gi m nhạ ả ỏ hơn 3%C) vì tính chất

Li-ion vượt quá 100% dung lượng vì như vậy s làm gi m tu i th cẽ ả ổ ọ ủa ắc quy. Vấn đề này sẽ được làm rõ phần tiếp theo. ở

Nếu pin được sạc đầy, sau khi ng ng sừ ạc, điện áp h m ch c a pin s gi m dở ạ ủ ẽ ả ần v mề ức ổn định kho ng 3,6 3,9V/cell. Trái l i, n u ả – ạ ế chỉ ạ s c nhanh (sạc ổn dịng) thì sau khi ngừng sạc, điện áp pin s giẽ ảm sâu hơn về kho ng 3,3 3,5V. ả –

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Do pin Lithium-ion cũng có tính chấ ự phóng điệt t n khi không s d ng (self-ử ụdischarge) nên trong m t sộ ố trường hợp, để điền đầy pin, ngoài vi c s d ng quá ệ ử ụtrình ổn dịng, ổn áp, người ta thường kế ợp thêm k thut h ỹ ậ ạc xung ng n. t s ắ

Chẳng h n, khi áp ạ ắc quy đạt 4,2V/cell, quá trình s c s d ng ngay. Lúc này, ạ ẽ ừđiện áp pin sẽ giảm dần; khi điện áp pin giảm còn 4,05V/cell hệ thống s c lại tiếp ạtục đóng áp sạc 4,2V/cell vào để tiế p t c quá trình sụ ạc áp.

gi ữ ổn định trong kho ng 4,05 ả – 4,2V/cell, do đó, làm pin được nạp sâu hơn, tránh được hiện tượng over-charging và kéo dài tuổi th pin. ọ

Từ các thi t b tiêu dùng nhế ị ỏ đến xe điện, nhi u hề ệ thống đều dựa vào bộ pin sạc để cung cấp năng lượng. Thông thường đây là những b pin Li-ion nhi u cell ộ ềphải được s c và x nhi u l n trong quá trình hoạ ả ề ầ ạt động. Trong quá trình s c và x ạ ảpin, có thể chúng s tích t ẽ ụ không đều c a m i cell trong mủ  ột bộ pin.

Hình 1. 8 Cell pin

Thay vì c g ng lo i b m i khi m khuy t có th góp ph n t o ra số ắ ạ ỏ ọ ế ế ể ầ ạ ự thay đổi trong quá trình s c/x pin, các h ạ ả ệ thống s d ng b pin nhi u cell có th ử ụ ộ ề ể triển khai hệ thống qu n lý và cân b ng pin. Các thi t b có cơng su t thả ằ ế ị ấ ấp hơn sử ụ d ng s ốlượng pin ít hơn thường khơng c n ph i có h ầ ả ệ thống quản lý và cân b ng pin vì pin ằthay th rế ẻ. Nhưng đố ớ ệ thối v i h ng ch y b ng pin lạ ằ ớn hơn như xe điện, vi c cân ệbằng pin là điều c n thiầ ế ểt đ ối đa hóa tuổ t i th hoọ ạt động của thiết b . ị

Mục đích của vi c cân b ng pin là phân phệ ằ ối điện tíchv đồng đều gi a các ô ữtrong b pin sao cho tr ng thái s c (SOC) gi ng nhau trên t t c các pin trên các ộ ạ ạ ố ấ ảh ệ thống lớn hơn như xe điện và thi t bế ị điện s dử ụng lượng lớn pin để cung cấp điện áp, dịng phóng điện và t ng công su t kh d ng c n thiổ ấ ả ụ ầ ết. Phương pháp cân

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

b ng pin cằ ần được th c hi n dự ệ ựa trên s s p x p các cell trong b pin. Các cell ự ắ ế ộpin thường được sắp xếp theo c u hình n i tiấ ố ếp và song song để cung cấp điện áp cao hơn và tổng dịng xả tương ứng.

Hình 1. 9 Cân b ng pinằ

Khi m t bộ ộ pin được đưa vào hoạt động, các ô khác nhau trong hệ thống có thể phóng đ ệi n với tốc đ khác nhau. Khi điềộ u này x y ra, SOC trong các ơ khác ảnhau sẽ khác nhau. Sau đó, khi bộ pin được s c lạ ại, các ô khác nhau cũng có thểđược sạc lại v i tớ ốc độ khác nhau. Mục đích của việc cân bằng là phân ph i lại ốđiện tích t b pin sao cho nguừ ộ ồn điện được phân b u. Cân b ng pin liên quan ố đề ằđến việc phân ph i lố ại điện tích xung quanh các ơ pin để chúng có SOC tương tự.

Điều gì nguy hi m khi cho phép một cell có SOC lớn hơn trong bộ pin? ể

• Kéo dài tổng th i gian hoờ ạt động giữa các lần sạ ạc li

• Ngăn chặn quá t i trong các t bào SOC caả ế o hơn

• Ngăn chặn hiện tượng nóng quá mức ở b t kỳ t ấ ếbào nào có dịng điện phóng điện vượt trội

• Kỹ thuật cân bằng pin được th c hiự ện b ng h ằ ệ thống điều khi n yêu c u ể ầcảm biến và nh tuyđị ến dịng sạc đến các ơ khác nhau. Hệ thống điều khiển cần cảm nhận điện tích trong từng ơ và sau đó thực hiện thuật tốn định tuyến dịng sạc giữa các ơ khác nhau. Các bộ ASIC (chip cảm biến pin và bộ điều khi n sể ạc h ệ thống) hi n có sệ ẵn để cung cấ khả năng này hoặc hệ thốp ng có thể được xây d ng t ự ừ các bộ ph n riêng biậ ệt sử ụng ADC và vi điề d u khi n. ể

1.3.2 Over-charging c quy Lithium-ắ ion

Thông thường, pin Li-ion ch nên hoỉ ạt động (sạc/x ) ở vùng điện áp được thiết ảkế (dưới 4,2V/cell). Tuy nhiên, trong m t sộ ố trường hợp, khi pin đ đầy mà v n ẫ

b over-charging. ị

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Khi ở điện áp pin n m ngoài vùng làm vi c an toàn (trên 4,2V/cell hoằ ệ ặc dưới 2,5V/cell) hoạt động c a nó tr nên không ủ ở ổn định. Các l p Lithium Metallic s ớ ẽhình thành trên cực dương trong khi cực âm s b oxi hóa m nh làm gi m tính n ẽ ị ạ ả ổđịnh và sản sinh ra khí CO2 bên trong pin làm áp suất trên trong pin sẽ tăng lên. Thông thường, để an toàn, bộ sạc cần phải ngừng sạc ngay khi áp suất trong cell đạt 200psi.

Nếu b s c khơng có chộ ạ ức năng theo dõi và bảo v áp su t l n, do khí CO2 ệ ấ ớkhơng ng ng sinh ra, áp su t pin s ừ ấ ẽ tiếp tục tăng, đồng th i nhiờ ệt độ pin cũng tăng

độ, lớp màng an toàn ngăn cách các cell sẽ bị đánh thủng và pin sẽ bắt đầu bốc

Vì v y, trong quá trình s c, c n tuyậ ạ ầ ệt đối tuân th các yêu c u v nhiủ ầ ề ệt độ và điện áp trên các cell.

Hình 1. 10 Quá trình hoạt động c a pin. ủ

1.3.3 S ự ảnh hưởng của nhiệt độ đế n quá trình sạc pin Lithium ion

Nói chung, t t c các loấ ả ại pin đều có th hoể ạt động trong m t d i nhiộ ả ệt độ khá r ng. ộĐố ới v i ắc quy Li-ion, dải nhiệt độ này là từ 0C 45C trong chế sạc và 0C – độ –60C trong chế độ ả x . M t s pin dộ ố ựa trên Lithium đời mới hơn như Lithi-Ferro –

dụng năng lượng cao. Nhưng ngồi vùng nhiệt độ đó, ở nh ng nhiữ ệt độ ấ r t th p ấho c r t cao, hoặ ấ ạt động c a pin bủ ị ảnh hưởng m nh, các ph n ng hóa h c bên ạ ả ứ ọ

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

trong pin di n ra ch m lễ ậ ại, đồng nghĩa với dòng điện do c quy sinh ra ho c hắ ặ ấp thu sẽ giảm đi so với khi hoạt động trong.

Đố ới v i pin Li-ion nói chung, người ta đ chứng minh đượ ằng dải nhic r ệt đột 5C 45C là d i nhiừ – ả ệt độ hoạt động tối ưu. Dưới 5C dòng s c c n phạ ầ ải được gi m xu ng và khi nhiả ố ệt độ ảm xuống dướ gi i 0C (nhiệt độ đóng băng) cần d ng ừ

nhiên, c ả 2 trường h p (nhiợ ệt độ quá th p cấ ũng như nhiệt độ quá cao) đều làm tăng nội trở pin, do đó, nếu v n c g ng s c thì s làm giẫ ố ắ ạ ẽ ảm tuổi thọ pin.

1.3.4 Khi sử ụ d ng pin

- Tắt t t c các thi t bấ ả ế ị nuôi b i ắc quy c n sở ầ ạc. Khi đó, hệ ống đo dịng, áp thsạc s cho kết quảẽ chính xác, phản ánh đúng các thơng ố s quá trình sạc.

- Dừng s c ngay khi b nhiạ ộ ệt độ pin tăng cao bất thường

- Dừng sạc ngay khi dung lượng pin đạt kho ng 90 ả – 99%. Như vậy s tẽ ốt

người dùng cần theo dõi để cắt sạc. Điều này sẽ làm tăng tu i th pin. ổ ọ- Trước khi lưu trữ pin không s d ng trong mử ụ ột thời gian dài, nên sạc trước

vì pin b self-dischage. ị

- Không nên c s c pin có số ạ ức điện động dưới 2,7V/cell (đ bị discharge) b ng các b sằ ộ ạc thơng thường (ch có chỉ ế độ ổn dòng và n áp) ổmà ph i dùng các b s c chuyên d ng (hả ộ ạ ụ  trợ đầy đủ ả c 4 chế độ: Pre-charge, Activation, Constant Current, Constant Voltage).

over-1.4 Yêu cầu thi k ết ế

Thiết k và hồn thiế ện module pin thơng minh đảm b o tả ối ưu, hiệu qu , an ả

- Thiết kế cơ khí: thiế ế ểu t k ki dáng pin có tính th m mẩ ỹ, đảm bảo độ ề b n, lắp đặt các linh ki n trong khơng gian h p lý. Hồn thiệ ợ ện cơ cấu cơ khí bao

- Thiết k m ch BMS và module IOT: nh gế ạ ỏ ọn, đảm b o công su t, tả ấ ối ưu về linh ki nệ , đảm bảo các tiêu chu n thiẩ ết kế.

- Thiết kế app Android: với giao diện UX/UI thân thi n vệ ới ngườ ử d ng. i s ụ

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

2.1 Giới thiệu chung

Chương 2 có nội dung v ề thiết k và hoàn thi n phế ệ ần điện t ử và cơ khí của thiết b . ị

2.2 Tính tốn, thiế ế ạch điện tửt k m

Hình 2. 1 Ngun lí m ch BMS ạ

Ở chế độ xả, chân OD của IC DW01 giữ ở tr ng thái HIGH vạ ới điện áp là từ 2.8V đến 4.2V. Do transistor là PNP nên lúc này khơng có dịng điện đi từ Emitter tới Collector. Lúc này, Mosfet đang ở trạ ng thái x ả liên ục.t

Khi có s c ( ng n mự ố ắ ạch, quá dòng) được phát hi n b i chân CS thì l p tệ ở ậ ức OD s gi m c tín hi u LOW vẽ ữ ứ ệ ới điện áp 0V. Do đó tạo sự ra điện áp âm giữa Emitter và Base của transistor PNP, transistor sẽ có dịng điện nh d n t pin qua ỏ ẫ ừcực Emitter tới Collector.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

lại, pin sẽ ngừng ti p tế ục sạc.

nào được sạc đầy trước thì sẽ được ngắt trước, các pin chưa đầy tiếp tục được sạc.

Mosfet nh m chuyằ ển hướng dòng điện áp. Lúc đó, dịng điện này b tiêu th bị ụ ởi trở 470 Ohm.

B o v quá s c, cân b ng pin. ả ệ ạ ằ

Hình 2. 3 Đặc tính c a IC HY2213 ủ

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Năng lượng tiêu th của HY2213 trong chế hoụ độ ạt động: 𝑃𝐻𝑌_𝑚𝑎𝑥= 𝑈 × 𝐼 = 3.5 × 10−6× 3.9 = 1.365 10× −5(𝑊) Năng lượng tiêu th của HY2213 trong chế ụ độ chờ:

𝑃𝐻𝑌_𝑚𝑖𝑛= 𝑈 × 𝐼 = 0.5 × 10−6× 2.7 = 1.95 10× −6(𝑊)

Hình 2. 4 Series HY2213 Cơng suất tiêu tán c a các IC trong ch ủ ế độ hoạt động:

𝑃 = 𝑃( 𝐻𝑌_𝑚𝑎𝑥+ 𝑃𝐷𝑊_𝑚𝑎𝑥) × 3 = 1.( 365 10× −5+ 1.17 10× −5) × 3= 7.605 10× −5(𝑊)

Cơng suất tiêu tán c a các IC trong ch ủ ế độ chờ:

𝑃 = 𝑃( 𝐻𝑌_𝑚𝑖𝑛+ 𝑃𝐷𝑊_𝑚𝑖𝑛) × 3 = 1.( 95 10× −6+ 2 × 10−7) × 3= 6.45 10× −6(𝑊)

Năng lượng tiêu th rất nh . ụ ỏTa có:

Dịng xả tối đa của accqui: 10.000 mAh. Điện áp tối đa của accqui: 12.6 V.

Tính chọn Mosfet chị ải: Chọu t n Mosfet ch u tị ối thiểu 20 A, 30 V. IRF1404S:

• VGS(th)max = 4.0V • RDS(on)max = 4m Ohm.• VDS = 40V.

• ID = 162 A. • C = 7360 pF. iss• Trise = 0.1 ms. • Td(on) = 0.21 ms. • T = 175 °𝐶.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

• 𝜃𝑗𝑎 = 62 °𝐶/𝑊

VGS = 12.6 V => Tho ả mn, đồng thời đưa mosfet đến tr ng thái m ạ ở hoàn toàn, khi y, Rấ DS(on) rất nhỏ = 4 mOhm.

VDS = 40V => Thoả mãn v ề điện áp. ID = 162 A => Thoả mn dịng điện. Cơng suất tiêu tán:

𝑃𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛= 𝑅𝐷𝑆(𝑜𝑛)𝐼2= 0.004 10× 2= 0.4 𝑊

Hình 2. 5 Mối tương quan Vgs và Qg

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Hình 2. 6 Mối tương quan Vgs và Qg của IRF1404

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Hình 2. 7 Miền th i gian ờ

𝑡 = 𝑡1+ 𝑡2+ 𝑡3• 𝑡1= 𝑅𝐶𝑖𝑠𝑠× ln ( 1

) = 33000 7360 10× × −12× ln ( 11−3.8

8.4) • 𝑡1= 1.46 ×10−4(s)

• 𝑡 = 𝑅𝐶2 𝑖𝑠𝑠× ln ( 11−𝑉𝑔𝑝

) = 33000 7360 10ì ì 12ì ln ( 114.2

8.4) ã = 1.2 56 ì 104(s)

ã = ì3 ì

= 33000 ì42 10ì 9 ì

8.44ã 𝑡 = 3.3 15 × 10−4(s)

𝑡 = 1.46 × 10−4+ 1.56 × 10−4+ 3.15 × 10−4= 6.17 × 10−4(s) Thoả mãn về thời gian khở ội đ ng.

Nhiệt độ ủ c a Mosfet:

𝑇𝑗=𝑇𝑎 +(𝑃 × 𝜃𝑗𝑎) = 25 (0.4 × 62) 49.8 ℃ + = Thoả mãn nhiệt độ hoạt động.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

M ch Buck là m t lo i m ch chuyạ ộ ạ ạ ển đổi điện áp (DC-DC converter) thường được sử dụng để giảm đi n áp từ ngu n cung c p cao hệ ồ ấ ơn xuống m t mộ ức điện áp mong mu n. Mố ạch này thường được s d ng trong các ng dử ụ ứ ụng điện t , vi n ử ễthông, và nhi u thi t bề ế ị di động để cung c p nguấ ồn điệ ổn địn nh và hi u qu t ệ ả ừngu n ồ điện.

M ch LDO (Low Dropout) là m t lo i mạ ộ ạ ạch điều regullation linears (LDO) được sử dụng để cung cấp điện áp ổn định với mức rất thấp c a dropout voltage ủ

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

(điện áp m t mát) gi a ngu n cung cấ ữ ồ ấp và đầu ra. Điểm đặc biệt của mạch LDO là khả năng duy trì điện áp đầu ra ổn định khi điện áp ngu n gi m, mà không gây ra ồ ảs giự ảm hiệu suất hoặc nâng cao nhiệt độ.

Hình 2. 10 Khố ử líi x

tích so với module. Đặc biệt là lược b ỏ đi khối UART phục vụ cho việc BOOT và

giao ti p máy tính qua mế ạch nạp FT232r.

Do phải đảm b o vả ề độ ph ng c a nguẳ ủ ồn đầu vào của vi điều khiển, phía đầu nguồn vào ESP được đặt 01 t g m 10uF và 01 t g m 100uF nh m l c nguụ ố ụ ố ằ ọ ồn đầu vào.

Hình 2. 11 Khối đo dòng

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

INA199 của điện áp đầu ra, dòng điện shunt được theo dõi(còn g i là b khu ch ọ ộ ế

thiết b này có th c m nhị ể ả ận được s s t giự ụ ảm trên các điện trở shunt ở điện áp ch ếđộ chung t ừ –0,3 V đến 26 V, không ph ụ thuộc vào điện áp cung c p. Ba mấ ức tăng cố nh có sđị ẵn: 50V/V, 100V/V và 200V/V. Độ ệ lch thấp c a ki n trúc không trôi ủ ếcho phép cảm nhận dòng điện v i mớ ức giảm tối đa trên shunt thấp t i 10 Mv tồn ớdi n. ệ

Hình 2. 12 Khối kiểm tra điện áp

Để đọc được điện áp c a pin, sử d ng cầu chia áp để đưa về ủ ụ điện áp, mức tín hi u mà ESP có thệ ể đọc đượ (tối đa 3.3V). Đồc ng th i s d ng them TVS diode ờ ử ụnhằm chống hiện tượng ESD gây v– ọt điện áp, s d ng t 104 nh m lử ụ ụ ằ ọc tín hiệu.

Hình 2. 13 Khối NTC

S d ng 3 NTC(nhiử ụ ệt điện trở) để đọc giá trị điện áp, từ đó qui đổi sang nhiệt độ. Bản chất nhiệt điện tr chính là mở ột điện trở có khả năng thay đổi điện trở dựa vào nhiệt độ ừ đó phố ợ, t i h p v i tr 10K t o thành m t c u phân áp, tớ ở ạ ộ ầ ừ đó ta có thể đọc được giá trị của điện áp. Sau đó, code sẽ xử lí mềm đểchuyển đổi thành giá tr nhiị ệt độ tương ứng.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

c1 = 1.009249522e-03; c2 = 2.378405444e-04; c3 = 2.019202697e-07;

R2 = 10000 * (4095.0 / Vo - 1.0); logR2 = log(R2);

T’ = (1.0/ (c1 +c2*logR2 + c3*logR2*logR2*logR2)); Nhiệt độ là:

T = T’ - 273.15;

2.3 L inh kiện điệ ửn t

ESP32-WROOM-32D là m t module v i nhiộ ớ ều tính năng cải tiến hơn các

Energy (BLE) bên cạnh tính năng WiFi.

Module h trợ các chu n giao ti p SPI, UART, I2C và I2S và có kh ẩ ế ả năng kết nối với nhi u ngoề ại vi như các cảm biến, các b khuộ ếch đại, thẻ nh (SD card)ớ ,…

firmware từ xa (OTA) do đó người dùng v n có th có nh ng b n c p nh t mẫ ể ữ ả ậ ậ ới nhất của sản phẩm.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

instruction.

truy xu t b i các bấ ở ộ -processor co

dùng cho l u dữ ữ liệu, truy xu t b i ấ ở CPU khi RTC đang boot từ chếđộ Deep-sleep.

• 1 Kbit EFUSE, v i 256 bit cho h ớ ệ thống (địa chỉ MAC và cấu hình chip), 768 còn l i cho ng dạ ứ ụng người dùng, g m c mã hóa b ồ ả ộnh ớ Flash và định ID cho chip.

• Kết nối WiFi:

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

• Bluetooth: BR/EDR phiên b n v4.2 và BLE ả

• Giao tiếp ngoại vi:

• B ộ chuyển đổi ADC 12 bit, 16 kênh • B ộ chuyển đổi 8-bits DAC: 2 kênh

• Cảm biến Hall • Cảm biến nhiệt độ

• S d ng cho các ng d ng ti t kiử ụ ứ ụ ế ệm năng lượng, điều khi n m ng ể ạ

ứng dụng phát nhạc, hoặc vói các file MP3…

h ồ thơng minh…

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Ultra-Low Power: Đối v i vớ ấn đề năng lượng, ESP32 cũng cung cấp giải

này ESP ch cung cỉ ấp đủ năng lượng cho RAM để lưu trữ ữ liệ d u - Modem Sleep: Đây là chế độ hoạt động c a t t c ủ ấ ả các tính năng. Lúc này chip yêu cầu điện 240mA. Khi có nhu c u s d ng c Bluetooth và wifi ầ ử ụ ảdòng điện cần thiết lên đế ối đa 790mA.n t

- Light Sleep: Đây là chế hođộ ạt động khi tắt h t CPU, Wifi, BLE và ế

bi n ngo i ngoế ạ ại vi đều tắt. M t s thành ph n c a chip vộ ố ầ ủ ẫn được b t: ngoậ ại vi RTC, bộ điều khi n RTC và RTC memories. Dịng tiêu th 15µA ể ụ0.15mA.

- Hibernate: T t c m i th ấ ả ọ ứ khác đều bị t t. Ngo i tr m t GPIO RTắ ạ ừ ộ C đang hoạt động và bộ đếm thời gian RTC. Chúng có trách nhiệm phục hồi đánh thức chip ra khỏi chế độ Hibernate.

khả năng điều khi n t i 2A v i hi u suể ả ớ ệ ất cao, độ ợ g n sóng th p và khấ ả năng điều chỉnh đường truy n và tề ải tuyệt v i. Yêu c u s ờ ầ ố lượng linh ki n bên ngoài t i thi u, ệ ố ểbộ điều ch nh s dỉ ử ụng đơn giản và bao g m bù t n s bên trong và bồ ầ ố ộ dao động t n s c nh. ầ ố ố đị

Mạch điều khi nPWM có ể thể điều ch nh tuy n tính h s công su t tỉ ế ệ ố ấ ừ 0 đến 100%. Chức năng kích hoạt, chức năng b o v ả ệ quá dòng được tích h p bên trong. ợKhi chức năng giới hạn dòng điện th hai x y ra, t n s hoứ ả ầ ố ạt động s gi m t ẽ ả ừ150KHz xu ng 50KHz. M t khố ộ ối bù bên trong được tích hợp để giảm thi u s ể ốlượng thành phần bên ngồi

Hình 2. 15 XL1509

Thơng số kĩ thuật

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

Dải điện áp đầu vào rộng 4,5V đến 40V - Phiên b n 3.3V, 5V, 12V và có th ả ể điều ch nh ỉ- Đầu ra có th ể điều ch nh t ỉ ừ 1,23V đến 37V - Chu kỳ làm việc tối đa 100%

- Điện áp rơi tối thi u 1,5V ể

- Đ sửa li tần s chuyố ển đổi 150KHz - Khả năng hiệ ại đầu ra khơng đổi 2An t- Transistor cơng suất tối ưu hóa bên trong- Hiệu qu cao ả

- Điều ti t dòng và t i tuyế ả ệt vời - Khả năng tắt TTL

- Thiết bị ễ vi n thông/m ng ạ

Giới thi u: ệ Dòng INA199 gồm đầu ra điện áp, b theo dõi ộ dòng điện song song (còn g i là bọ ộ khuếch đạ ải c m nhận dịng điện) có th c m nh n s s t giể ả ậ ự ụ ảm

l ch th p c a ki n trúc không trôi cho phép c m biệ ấ ủ ế ả ến dòng điện v i m c gi m tớ ứ ả ối đa trên shunt ở mức thấp tới 10 mV trên toàn thang đo.

Các thi t b này hoế ị ạt động t m t nguừ ộ ồn điện 2,7-V đến 26-V duy nh t, tiêu ấ

105°C và được cung cấp ở cả gói SC70-6 và gói UQFN-10 mỏng

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

• INA199x1: 50 V/V • INA199x2: 100 V/V • INA199x3: 200 V/V - Dòng tĩnh: 100 μA (Tối đa)

Ứng dụng:

- Máy tính xách tay - Điện thoại c m tayầ

- B phát s c không dây tuân th ộ ạ ủ Qi - Thiết bị vi n thơng ễ

Hình 2. 16 INA199

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

- Quản lý năng lượng - B sộ ạc pin- Thiết bị hàn

Giới thi u: ệ IC b o v pin Dả ệ W01 Plus được thi t kế ế để ả b o v pin ệ ion/polymer khỏi bị hư hỏng ho c gi m tu i th do s c quá m c, x quá mặ ả ổ ọ ạ ứ ả ức và/hoặc quá dòng đố ới v i các hệ thống ch y b ng pin lithium-ion/polymer mạ ằ ột cell, ch ng hẳ ạn như điện thoại di động. Gói siêu nh và ít thành ph n bên ngồi ỏ ầcần thiết hơn khiến vi c tích h p DW01 Plus vào không gian h n ch c a b pin ệ ợ ạ ế ủ ộtrở nên lý tưởng. Điện áp phát hi n quá tệ ải chính xác ±50mV đảm b o s c s d ng ả ạ ử ụan tồn và đầy đủ. Dịng điện dự phịng rất thấp tiêu hao ít dịng điện từ tế bào khi lưu trữ.

lithium-Hình 2. 17 DW01

Tính năng:

- Giảm kích thước bảng do gói thu nhỏ SOT-23-6. - Dòng tĩnh cực thấ ởp mức 3μ A (Vcc=3,9V).- Dòng điện tắt cực thấ ở ức 0,1μ A (Vcc=2,0V).p m

- Chức năng phát hiện tải trong chế độ quá t ải.- Hai cấp độ phát hiện để ả b o v quá dòng. ệ

- Thời gian trễ được t o ra b i các m ch bên trong. Không c n tạ ở ạ ầ ụ điện bên ngoài.

Ứng dụng:

- Protection IC for One-Cell Lithium-Ion / Lithium-Polymer Battery Pack

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

2.3.5 HY2213

Giới thiệu: HY2213 đượ ạo ra cho các b pin nhic t ộ ều cell cho đến pin

cũng bao gồm m ch phát hiạ ện điện áp và mạch tr ễ có độ chính xác cao.

Hình 2. 18 HY2213

Tính năng: Cân b ng pin ằ

Ứng dụng: B pin s c Li-ộ ạ ion đa cell.

thể điều chỉnh được thi t kế ế để cung cấp dòng điện đầu ra 800mA và hoạt động mức chênh lở ệch đầu vào-đầu ra 1V. Điện áp rơi của thiết b ị được đảm bảo tối đa 1,3V dòng điện đầở u ra tối đa, giảm dòng tải thở ấp hơn.

Cắt xén trên chip điều chỉnh điện áp tham chiếu đến 1%. Gi i h n dòng ớ ạđiện cũng được cắt gi m, gi m thiả ả ểu căng thẳng trong điều kiện quá t i trên ảcả b ộ điều ch nh và mỉ ạch nguồn điện.

Các thi t b AMS1117 có chân cế ị ắm tương thích với các bộ điều ch nh ỉ

</div>