Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sạc nhanh cho pin lithium ion ứng dụng vi điều khiển

1
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
BỘ SẠC NHANH CHO PIN LITHIUM-ION
ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN
SVTH: MAI VĂN AN
LỚP: 09D1
GVHD: TS. LÊ QUỐC HUY
GVD: TS. NGUYỄN HOÀNG MAI
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

NỘI DUNG
C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện.
C2: Công nghệ pin Lithium-ion.
C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion.
C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi
điều khiển pic 16f877a.
C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và
chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion.
C6: Mô hình và kết luận đề tài.
2
NỘI DUNG
C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện.
C2: Công nghệ pin Lithium-ion.
C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion.
C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi
điều khiển pic 16f877a.
C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và
chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion.

C6: Mô hình và kết luận đề tài.
3
1.TỔNG QUAN XE ĐẠP, XE MÁY VÀ Ô TÔ ĐIỆN
TÌNH HÌNH PHƯƠNG TIỆN ĐI LẠI HIỆN NAY:

Chủ yếu sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch.

Nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt.

Gây ô nhiễm môi trường
→ Hướng đến sử dụng phương tiện giao thông thân thiện với
môi trường
4
ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI XE ĐIỆN:

Không gây ô nhiễm môi trường.

Tiết kiệm chi phí.

Quãng đường và tốc độ không cao.

Thời gian sạc dài.
1. TỔNG QUAN XE ĐẠP, XE MÁY VÀ Ô TÔ ĐIỆN
XE ĐẠP ĐIỆN Ở VIỆT NAM:

Rất nhiều hãng nổi tiếng: HKBIKE,
HONDA, YAMAHA

Thông số chung của xe đạp điện:


Công suất: 240 - 250 W

Tốc độ tối đa: 25 km/h

Quãng đường đi được: 60 - 90 km

Thông số chung pin Lithium-ion:

Điện áp pin: 48 V

Dung lượng: 12 Ah

Thời gian sạc: 6 giờ
5
Xe đạp điện HKBIKE
Xe đạp điện HONDA
NỘI DUNG
C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện.
C2: Công nghệ pin Lithium-ion.
C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion.
C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi
điều khiển pic 16f877a.
C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và
chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion.
C6: Mô hình và kết luận đề tài.
6
2. CÔNG NGHỆ PIN LITHIUM-ION
CẤU TẠO CHUNG:

Điện cực dương: oxit kim loại lithium


Điện cực âm: Graphite Cacbon

7
Cấu tạo của pin li-ion
ƯU ĐIỂM:

Không cần bảo trì

Thời gian hoạt động dài

Độ an toàn cao, dung lượng lớn

Nạp nhanh, tốc độ phóng điện
cao
NHƯỢC ĐIỂM:

Cần có hệ thống mạch điện bảo
vệ

Giá thành cao

2. CÔNG NGHỆ PIN LITHIUM-ION
8
Pin xe đạp
điện
Pin laptop
Pin điện
thoại
Pin ô tô điện

NỘI DUNG
C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện.
C2: Công nghệ pin Lithium-ion.
C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion.
C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi
điều khiển pic 16f877a.
C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và
chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion.
C6: Mô hình và kết luận đề tài.
9

Biến thiên điện áp và dòng điện của pin Li-ion qua
các giai đoạn sạc:
10
3. CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LI-ION
3. CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LI-ION

QUÁ TRÌNH SẠC NHANH PIN LITHIUM-ION
11
3. CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LI-ION
MỘT SỐ YÊU CẦU KHI SẠC:

Thiết bị sử dụng nên được tắt khi sạc.

Sạc ở nhiệt độ vừa phải (trong khoảng 10-45
o
C)

Pin Li-ion không cần sạc đầy 100%.


Nếu pin quá nóng phải dừng sạc ngay.
12
ĐIỀU KIỆN ĐỂ SẠC NHANH:

Sạc nhanh chỉ áp dụng trong giai đoạn đầu tiên.

Tất cả các cell của pin phải ở trong tình trạng tốt, ổn
định

Sạc nhanh chỉ được thực hiện dưới nhiệt độ vừa phải.

Nếu pin quá nóng phải dừng sạc ngay.
NỘI DUNG
C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện.
C2: Công nghệ pin Lithium-ion.
C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion.
C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi
điều khiển pic 16f877a.
C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và
chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion.
C6: Mô hình và kết luận đề tài.
13
4.1 BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC - NGUYÊN LÝ MẠCH BUCK

Bộ biến đổi DC - DC: tạo ra điện áp
một chiều có thể điều chỉnh được
cung cấp cho các phụ tải biến đổi.

Các bộ biến đổi DC - DC thường
dùng:


Bộ giảm áp: Buck

Bộ tăng áp: Boost

Bộ tăng/ giảm áp: Buck - Boost
14
4.1 BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC - NGUYÊN LÝ MẠCH BUCK
15
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH BUCK
D = Ton/T
Vout = Vin×D
4.2 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A
PIC 16F877A: 40 CHÂN:

Tổng cộng có 33 chân I/O.

Có 8 ngõ vào ADC với độ phân
giải 10bit, thời gian chuyển đổi
0.1 us.

RC1, RC2 ngõ ra xung PWM,
tần số cao, từ 1,22 kHz đến
208,3 kHz (thạch anh 20 MHz).

Ngắt ngoài RB0.

Tốc độ xử lý cao.
16
NỘI DUNG

C1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện.
C2: Công nghệ pin Lithium-ion.
C3: Công nghệ sạc & sạc nhanh pin Li-ion.
C4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi
điều khiển pic 16f877a.
C5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và
chương trình điều khiển mạch sạc pin Li-ion.
C6: Mô hình và kết luận đề tài.
17
5.1 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC & ĐIỀU KHIỂN
18
V
in
28 – 34 V
I
INmax
10 A
V
out
7,5-12,6 V
I
OUTmax
8,8 A
Tần số PWM 20 KHz
∆U
1%

Thông số yêu cầu cho việc thiết kế mô hình
bộ sạc DC-DC buck cho pin Li-ion 12V-8,8Ah:
5.1 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC & ĐIỀU KHIỂN

19
5.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
20

Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển mosfet.
5.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
21

MOSFET driver: dùng chip IR2184 để điều khiển
đóng/mở MOSFET bằng kỹ thuật bootstrap.
•
Điện áp nguồn cấp từ 10 V đến 20 V.
•
Tín hiệu logic từ 3,3 V đến 5 V.
•
Tần số hoạt động lên đến 100 kHz.
5.3 THIẾT KẾ KHỐI ĐO LƯỜNG
22
1. Đo dòng điện: dùng IC ASC712.
•
Đường tín hiệu analog độ nhiễu thấp.
•
Độ nhạy ngõ ra từ 96 đến 104mV/A.
•
Sự trễ từ gần bằng zero.
5.3 THIẾT KẾ KHỐI ĐO LƯỜNG
2323
2. Đo điện áp : cầu phân áp bằng điện trở.
R1
R2

V
V
đo
•
Chọn R1 = 60 kΩ và R2 = 10 kΩ
•
Suy ra: V = V
đo
*7
(đến ADC
của PIC)
5.3 THIẾT KẾ KHỐI ĐO LƯỜNG
242424
3. Đo nhiệt độ: dùng IC cảm biến nhiệt độ LM35
•
Dải nhiệt độ từ -55
o
C đến 150
o
C.
•
Sai số 0,5
o
C.
S
25
5.4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN