ĐỒ ÁN THU HỒI ĐIỆN CẢM TRÊN Ô TÔ

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

NHIỆM VỤ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU HỒI ĐIỆN CẢM
TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN ÔTÔ
Sinh viên thực hiện:

1. ĐẶNG TRÍ TRUNG
2. NGUYỄN ĐỨC TRỌNG

MSSV: 10905016
MSSV: 10905015

I. NỘI DUNG:
Thực hiện đề tài gồm các nội dung sau:
1. Khái quát về điện cảm hệ thống điện ô tô.
2. Các phương án thu hồi điện năng.
3. Các linh kiện điện, điện tử, vi điều khiển, giao tiếp máy tính.
4. Chế tạo thiết bị thu hồi điện cảm.
5. Khảo sát, thực nghiệm thiết bị chế tạo trên mô hình động cơ Daihatsu.
6. Viết thuyết minh đề tài.
II. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Giáo trình về hệ thống điện - điện tử, điện ô tô.
2. Giáo trình vi điều khiển, giáo trình LabVIEW.
3. Các chương trình mô phỏng trên máy tính.

III. TRÌNH BÀY:
 02 quyển thuyết minh đề tài.
 02 đĩa CD thuyết minh đề tài.
IV. THỜI GIAN THỰC HIỆN:
a.
Ngày bắt đầu: 01/03/2014
b.
Ngày hoàn thành: 20/07/2014
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

Tp.HCM, ngày 01 tháng 03 năm 2014
Giáo viên hướng dẫn

Phan Nguyễn Quí Tâm

Đồ án tốt nghiệp

-1-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
TP.HCM, ngày….tháng… năm 2014
Giáo viên hướng dẫn

Th.S Phan Nguyễn Quí Tâm

Đồ án tốt nghiệp

-2-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
TP.HCM, ngày… tháng… năm 2014
Giáo viên đọc duyệt

Đồ án tốt nghiệp

-3-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực tiễn chúng em đã đúc kết được
nhiều kiến thức đó là những nấc thang đầu tiên để chúng em bước vào cuộc sống mới.
Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô trường Đại
Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt

những kiến thức hết sức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Đặc biệt với sự giúp đỡ của các quý thầy cô Khoa Cơ Khí Động Lực và sự chỉ bảo
tận tình của Thầy Th.S Phan Nguyễn Quí Tâm đã tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành
đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định.
Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy cô Trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh dồi dào sức khỏe, niềm vui và nhiệt
huyết với nghề giáo để góp phần vào sự nghiệp trăm năm trồng người và đặc biệt là quý
thầy cô khoa Cơ Khí Động Lực lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành công!
Cuối cùng, để có được ngày hôm nay, không thể quên được công lao to lớn của gia
đình và bạn bè đã động viên, khuyến khích chúng em tự tin trong cuộc sống cũng như cố
gắng vươn lên trong học tập.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Tp. HCM, ngày….tháng….năm 2014
Nhóm thực hiện đề tài

Đồ án tốt nghiệp

-4-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................. 13
1.1

Lý do chọn đề tài. ..................................................................................................... 13

1.2

Mục đích đồ án. ........................................................................................................ 13

1.3

Nhiệm vụ đồ án. ....................................................................................................... 13

1.4

Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu. .................................................. 14

1.5

Sự cần thiết của đề tài. ............................................................................................. 14

1.6

Ý nghĩa khoa học...................................................................................................... 15

1.7

Một số công trình liên quan. .................................................................................... 15

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ GIẢ THUYẾT KHOA HỌC ................................... 17
2.1

Tổng quan hệ thống điện ô tô. ................................................................................. 17

2.1.1

Hệ thống cung cấp điện..................................................................................... 17

2.1.2

Hệ thống tiêu thụ điện. ...................................................................................... 19

2.1.3

Công suất tiêu thụ của tải điện. ........................................................................ 20

2.1.4

Thiết bị điện có cuộn cảm. ................................................................................ 22

2.2

Các giải pháp đã và đang sử dụng để xử lý suất điện động tự cảm. ..................... 43

2.2.1

Phương pháp dùng diode. ................................................................................. 43

2.2.2

Phương pháp dùng điện trở............................................................................... 44

2.2.3

Phương pháp dùng tụ điện. ............................................................................... 45

2.3

Nhận định khoa học.................................................................................................. 46

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG THU HỒI VÀ LƯU TRỮ NĂNG
LƯỢNG ĐIỆN CẢM ............................................................................................................. 47
3.1

Thiết kế hệ thống thu hồi. ........................................................................................ 47

Đồ án tốt nghiệp

-5-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
3.1.1

Ý tưởng thiết kế. ................................................................................................ 47

3.1.2

Các giải pháp thực thi ....................................................................................... 47

3.2

Thiết kế thiết bị lưu trữ. ........................................................................................... 56

3.2.1

Tính toán, lựa chọn thiết bị lưu trữ. ................................................................. 56

3.2.2

Tính toán, lựa chọn các linh kiện kết nối......................................................... 62

3.2.3

Phương án thi công............................................................................................ 62

3.2.4

Đánh giá bộ lưu trữ. .......................................................................................... 65

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ......................... 69
4.1

Thiết kế hệ thống kiểm soát năng lượng ................................................................. 69

4.1.1

Ý tưởng thiết kế. ................................................................................................ 69

4.1.2

Thi công mạch điều khiển................................................................................. 69

4.1.3

Thi công mô hình. ............................................................................................. 84

4.1.4

Xây dựng chương trình điều khiển qua sơ đồ thuật toán. ............................... 91

4.2

Thiết kế giao diện người dùng trên LabVIEW phiên bản 2011. ........................... 95

4.2.1

Lựa chọn phần mềm. ......................................................................................... 95

4.2.2

Giới thiệu về phần mềm Labview. ................................................................... 96

4.2.3

Giao tiếp giữa phần mềm với mạch điều khiển trung tâm qua cổng USB. ... 97

4.2.4

Xây dựng giao diện trên Labview. ................................................................. 105

4.3

Kết nôi và hoàn thiện. ............................................................................................ 112

4.3.1

Nguyên tắc vận hành. ...................................................................................... 113

4.3.2

Quy trình vận hành. ......................................................................................... 114

4.4

Thu thập và xử lý số liệu........................................................................................ 114

4.4.1

Dữ liệu cần thu thập. ....................................................................................... 114

4.4.2

Dữ liệu cần hiển thị. ........................................................................................ 115

Đồ án tốt nghiệp

-6-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
4.4.3

Dữ liệu cần quan tâm. ..................................................................................... 115

4.4.4

Thử nghiệm sản phẩm chế tạo. ....................................................................... 116

4.4.5

Đánh giá kêt quả thí nghiệm. .......................................................................... 117

4.4.6

Lời đề nghị, đề xuất......................................................................................... 119

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................... 120
5.1

Những nội dung chính của đồ án........................................................................... 120

5.2

Đóng góp khoa học của đồ án. .............................................................................. 120

5.3

Hướng phát triển của đồ án.................................................................................... 120

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 121
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 122

Đồ án tốt nghiệp

-7-

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp điện. .............................................................................. 17
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống nạp. ............................................................................................... 18
Hình 2.3. Bobine..................................................................................................................... 23
Hình 2.4. Mạch điều khiển bobine. ....................................................................................... 24
Hình 2.5. Xung điện áp của cuộn dây sơ cấp bobine. .......................................................... 25
Hình 2.6. Đồ thị quá trình tăng trưởng dòng điện qua cuộn sơ cấp của bobine. ................ 28
Hình 2.7. Quá trình tích lũy năng lượng trong cuộn dây trong bobine. .............................. 29
Hình 2.8. Cấu tạo kim phun ................................................................................................... 31
Hình 2.9. Mạch điều khiển kim phun. ................................................................................... 32
Hình 2.10. Xung kim phun. ................................................................................................... 32
Hình 2.10. Quá trình tăng trưởng cường độ dòng điện kim phun. ...................................... 33
Hình 2.11. Quá trình tích lũy năng lượng trong cuộn dây kim phun. ................................. 34
Hình 2.12. Relay. .................................................................................................................... 37
Hình 2.13. Quá trình tăng trưởng dòng điện cuộn dây trong relay. .................................... 38
Hình 2.14. Quá trình tích lũy năng lượng trong cuộn dây của relay. .................................. 38
Hình 2.15. Quá trình tăng trưởng dòng điện qua cuộn dây của van điện từ ....................... 41
Hình 2.16. Quá trình tích lũy năng lượng qua cuộn dây của van điện từ ........................... 41
Hình 2.15. Mạch điều khiển van điện từ. .............................................................................. 42
Hình 2.16. Sơ đồ mạch điện triệt tiêu sức điện động tự cảm bằng diode. .......................... 44
Hình 2.17. Sơ đồ mạch điện triệt tiêu suất điện động tự cảm bằng điện trở....................... 45
Hình 2.18. Sơ đồ mạch điện triệt tiêu sức điện động tự cảm bằng tụ điện. ........................ 45
Hình 3.1. Bộ thu hồi tụ điện xoay chiều dung lượng 1Mf điện áp 63V. ............................ 48
Đồ án tốt nghiệp

-8-

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
Hình 3.2. Bộ thu hồi điện cảm sóng sin có tụ kẹo ................................................................ 49
Hình 3.3. Mạch nguyên lý bộ thu hồi năng lượng điện cảm cho một cuộn sơ cấp bobine.
................................................................................................................................................. 50
Hình 3.4. Mạch nguyên lý mở rộng cho bộ thu hồi năng lượng điện cảm trên các thiết bị
sử dụng cuộn dây. ................................................................................................................... 51
Hình 3.5. Bộ thu hồi năng lượng sử dụng cuộn cảm lõi xuyến. .......................................... 51
Hình 3.6. Máy Oscilloscope, Textronic. ............................................................................... 54
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn xung tự cảm của cuộn sơ cấp bobine trước khi gắn bộ thu hồi
ở tần số 100Hz (3000 vòng/phút). ......................................................................................... 55
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn xung tự cảm của cuộn sơ cấp bobine sau khi gắn bộ thu hồi ở
tần số 100Hz (3000 vòng/phút). ............................................................................................ 55
Hình 3.9. Siêu tụ Maxwell BCAP0350. ................................................................................ 58
Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý mạch lưu trữ............................................................................. 63
Hình 3.11. Mạch in bộ lưu trữ. .............................................................................................. 64
Hình 3.12. Khối lưu trữ siêu tụ Maxwell đã thi công. ......................................................... 64
Hình 3.13. Biểu đồ điện áp và dòng xả. ................................................................................ 67
Hình 3.14. Biểu đồ điện áp nạp khi lắp bộ tích trữ và bộ thu hồi. ...................................... 67
Hình 4.1. Đầu vào và đẩu ra của thiết bị kiểm soát tích lũy năng lượng. ........................... 69
Hình 4.2. PIC 16F877A ......................................................................................................... 70
Hình 4.3. Sơ đồ chân PIC 16F877A. ..................................................................................... 70
Hình 4.4. Sơ đồ cấu tạo các chân PIC 16F877A. ................................................................. 71
Hình 4.5. Mạch mô phỏng trên Protuse 7.9. ......................................................................... 74
Hình 4.6. Sơ đồ chân PIC 16F877A và RS232. ................................................................... 75
Hình 4.7. Sơ đồ khối của một lớp ADC đơn giản. ............................................................... 76
Hình 4.8. Khối đo điện áp chân RA0 của vi điều khiển. ..................................................... 77

Đồ án tốt nghiệp

-9-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
Hình 4.9. Sơ đồ thuật toán ADC. .......................................................................................... 78
Hình 4.10. Khối giao tiếp vi điều khiển và LCD.................................................................. 79
Hình 4.11. Sơ đồ thuật toán hiển thị trên LCD. .................................................................... 80
Hình 4.12. Khối điều khiển Relay qua chân C3 của vi điều khiển. .................................... 81
Hình 4.13. Khối thu thập dư liệu qua opto. .......................................................................... 82
Hình 4.14. Khối tạo dao động................................................................................................ 82
Hình 4.15. Bộ nguồn .............................................................................................................. 83
Hình 4.16. khối hiển thị. ........................................................................................................ 83
Hình 4.17. Mạch tổng quát được thiết kế trên Orcad. .......................................................... 84
Hình 4.18. Mạch in lớp trên. .................................................................................................. 88
Hình 4.19. Mạch in lớp dưới.................................................................................................. 88
Hình 4.20. Sơ đồ bố trí linh kiện. .......................................................................................... 89
Hình 4.21. Sản phẩm hoàn thành mạch điều khiển, thu thập và xử lý số liệu.................... 89
Hình 4.22. Sơ đồ thuật toán RS232 trên PIC 16F877A. ...................................................... 95
Hình 4.23. Giao tiếp RS232 qua cổng USB với máy tính. .................................................. 97
Hình 4.24. RS232. .................................................................................................................. 97
Hình 4.25. Sự phân cấp VISA API. ...................................................................................... 97
Hình 4.26. Cấu trúc Visa API. ............................................................................................... 98
Hình 4.27. Visa functions. ..................................................................................................... 99
Hình 4.28. Các hàm Serial. .................................................................................................. 100
Hình 4.29. Cổng Serial. ........................................................................................................ 100
Hình 4.30. Cổng Port number. ............................................................................................. 100
Hình 4.31. Serial port read. .................................................................................................. 100
Hình 4.32. Sơ đồ thuật toán RS232. .................................................................................... 101
Đồ án tốt nghiệp

-10-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
Hình 4.33. Thu thập và xử lý dữ liệu. ................................................................................. 102
Hình 4.34. Giao tiếp RS232 giữa vi điều khiển và máy tính ............................................. 103
Hình 4.35. Sơ đồ kết nối vi điều khiển với bộ thu hồi và giao tiếp máy tính. .................. 105
Hình 4.36. Front panel. ........................................................................................................ 107
Hình 4.37. Block Diagram. .................................................................................................. 107
Hình 4.38. Icon mặc định..................................................................................................... 108
Hình 4.39. Giao diện người dùng trên Labview 2011, trước khi khởi động. ................... 109
Hình 4.40. Giao diện trong quá trình hệ thống hoạt động. ................................................ 110
Hình 4.41. Sơ đồ thuật toán Labview.................................................................................. 111
Hình 4.42. Sơ đồ kết nối bộ thu hồi. ................................................................................... 112
Hình 4.43. Mô hình đã được kết nối thu thập số liệu......................................................... 113
Hình 4.44. Biểu đồ đường nạp siêu tụ điện. ....................................................................... 114
Hình 4.45. Biểu đồ điện áp nạp tụ ở mức 8 vôn. ................................................................ 115
Hình 4.46. Biểu đồ miển thời gian nạp siêu tụ từ 9,5 vôn đến 12,5 vôn. ......................... 116

Đồ án tốt nghiệp

-11-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động liên tục. ............................................... 21
Bảng 2.2: Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động gián đoạn. ........................................... 21
Bảng 2.3: điện trở thuần và độ tự cảm của một số cuộn cảm được sử dụng trên ô tô. ...... 22

Bảng 2.5. Thống kê số lượng cuộn cảm ứng dụng trên kim phun ...................................... 34
Bảng 2.6. Thống kê số lượng cuộn cảm ứng dụng trên rơle ................................................ 39
Bảng 2.7. Thống kê số lượng cuộn cảm ứng dụng trên van điện từ (solenoid).................. 42
Bảng 3.1. Thông số lưu trữ trên ắc quy, tụ điện thường, siêu tụ và pin năng lượng.......... 56
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của một siêu tụ Maxwell BCAP0350. .................................. 59
Bảng 3.3. Thông số bộ tích trữ Maxwell 16V SMALL CELL MODULE......................... 65

1

Đồ án tốt nghiệp

-12-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1

Lý do chọn đề tài.

Việc chế tạo ra những chiếc ô tô tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường là một
trong những tiêu chí hàng đầu của các nhà sản xuất ô tô. Bên cạnh việc sử dụng nguồn
năng lượng mới thay thế cho năng lượng truyền thống như xăng và diesel thì các nhà sản
xuất ô tô hiện nay đang có xu hướng trang bị hệ thống mới có khả năng thu hồi và tái sử
dụng năng lượng đã qua sử dụng từ hệ thống phanh, treo, lái như hệ thống i-Loop của
Mazda,…
Trong quá trình tìm hiểu và khảo nghiệm chúng tôi nhận thấy trên các động cơ xăng
truyền thống có trang bị hệ thống đánh lửa điện cảm. Khi dòng điện qua cuộn sơ cấp của
bobine bị ngắt đột ngột để bắt đầu cho quá trình phóng điện trên điện cực bugi, lúc này

trên cuộn sơ cấp sẽ phát ra một sức điện động tự cảm khoảng 300V đến 400V do sự thay
đổi đột ngột của từ thông qua cuộn dây.
Ngoài ra chúng tôi cũng nhận thấy khi các thiết bị điện dạng cuộn cảm như kim phun,
relay, van điện từ hoạt động chúng cũng tự sinh ra một sức điện động khoảng 80V đến
100V. Các sức điện động từ 80V đến 400V này ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ chi tiết điện,
sinh nhiệt và gây lãng phí năng lượng một cách vô ích.
Sau quá trình tìm hiểu chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo thiết bị
thu hồi điện cảm trên hệ thống điện ô tô” với ý tưởng thu hồi và tái tạo năng lượng điện
cảm để sử dụng cho một số thiết bị tải điện gián đoạn trên ô tô.
1.2 Mục đích đồ án.
Chúng tôi thực hiện đồ án với các mục đích sau:
Đánh giá sơ bộ tổng giá trị năng lượng do các sức điện động tự cảm gây ra.
Đánh giá sơ bộ khả năng thu hồi và tái sử dụng nguồn năng lượng này.
Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thu hồi điện cảm.
Đánh giá hiệu quả thiết bị chế tạo.
1.3 Nhiệm vụ đồ án.
Để thực hiện tốt mục tiêu của đề tài nghiên cứu, chúng tôi đã tự đặt ra các nhiệm vụ như
sau:
Đồ án tốt nghiệp

-13-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
Tìm hiểu các công trình liên quan đến đề tài.
Đánh giá sơ bộ tổng năng lượng điện tiêu hao trên các thiết bị điện.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thu hồi và tích trữ được nguồn năng lượng
điện cảm bị lãng phí.
Nghiên cứu, thử nghiệm các chế độ hoạt động song hành giữa hệ thống cung
cấp điện trên xe và thiết bị chế tạo.

Đánh giá sơ bộ hiệu quả thiết bị chế tạo.
Hình thành và phát triển ý tưởng mới về tiết kiệm nhiên liệu trên ô tô.
Góp phần tạo ra các sản phẩm thân thiện với môi trường.
Xây dựng cơ sở lý thuyết điện cảm làm nền tảng tính toán năng lượng tự cảm
của các cuộn dây.
Tìm hiểu hệ thống điện và tính toán năng lượng hao phí.
Tìm hiểu tính toán và lựa chọn thiết bị lưu trữ.
Tìm hiểu tín hiệu đầu vào và đầu ra cho thiết bị sẽ chế tạo.
Tìm hiểu phần cứng và phần mềm để thiết kế, chế tạo sản phẩm
Thực nghiệm thu thập số liệu và xử lý kết quả.
1.4 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu: Các mạch điện có cuộn cảm, các tải điện, nguồn điện
trên ô tô.
Phạm vi nghiên cứu: hệ thống điện trên ô tô.
Phương pháp nghiên cứu:
o Quan sát và khảo nghiệm.
o Nghiên cứu, phân tích tổng hợp, hệ thống hóa lý thuyết.
o Đặt giả thuyết.
o Mô hình hóa.
o Nghiên cứu chế tạo vi mạch điện tử.
o Nghiên cứu lập trình vi điều khiển, lập trình C, lập trình đồ họa, lập trình
giao tiếp.
o Thực nghiệm và xử lý số liệu.
o Cải tiến sản phẩm và triển khai ứng dụng.
1.5 Sự cần thiết của đề tài.
 Đề tài là sản phẩm khoa học đầu tay giúp chúng em tổng hợp và ứng dụng kiến
thức đã học vận dụng vào thực tế để cải tiến một số tính năng trên ô tô.
Đồ án tốt nghiệp

-14-

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
 Đề tài góp phần nâng cao ý thức của người sử dụng ô tô về sử dụng hiệu quả nhiên
liệu và tìm kiếm các giải pháp nhằm tiết kiệm nhiên liệu tiêu thụ.
 Tạo ra một sản phẩm có ý nghĩa thực tiễn góp phần chung tay bảo vệ môi trường.
1.6 Ý nghĩa khoa học.
 Trên cơ sở quan sát thực tế, phân tích thực nghiệm chúng tôi tiến hành đưa ra ý
tưởng thực hiện, vận dụng lý thuyết để đưa ra các giả thuyết nghiên cứu.
 Từ các giả thuyết đặt ra, chúng tôi vận dụng kiến thức đã học, mua linh kiện và
thiết bị nhằm chế tạo sản phẩm theo ý tưởng. Sau đó thực nghiệm và thu thập số
liệu để chứng minh các giả thuyết.
1.7

Một số công trình liên quan.

 Hãng ô tô Toyota áp dụng công nghệ Start-Stop trên các xe hybrid góp phần
tiết kiệm đáng kể mức tiêu hao nhiên liệu. Hệ thống này bao gồm: một động cơ
xăng, một động cơ điện (cũng đồng thời là máy phát), một ắc quy lớn giúp tiết
kiệm nhiên liệu dựa trên cơ chế: thu hồi năng lượng sinh ra từ quá trình hãm
phanh và tích trữ trong ắc quy. Khi chiếc xe dừng lại, động cơ xăng sẽ được tắt
đi. Lúc này phần năng lượng tích trữ trong ắc quy sẽ giúp khởi động lại chiếc
xe, giảm nhiên liệu xăng tiêu hao khi khởi động. Thêm vào đó, khi động cơ
xăng tắt thì các thiết bị phụ tải trên ô tô vẫn hoạt động, chính là nhờ phần năng
lượng đã được nạp và trữ tại ắc quy.
 Công nghệ thu hồi năng lượng phanh i-ELoop (Intelligent Energy Loop) của
hảng ô tô Mazda – Nhật Bản được ứng dụng trong điều kiện lái xe phải thường
xuyên tăng tốc và phanh, công nghệ này giúp cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu
10%, tương đương với hệ thống Start/Stop tự động. Đây là hệ thống phanh đặc
biệt vì nó sử dụng một tụ điện, thiết bị lưu trữ điện tạm thời. So với pin, các tụ

điện có thể sạc và ngắt kết nối sạc rất nhanh và tuổi thọ kéo dài. Theo kết quả
nghiên cứu đã công bố, hệ thống i-Eloop chuyển đổi rất hiệu quả nguồn năng
lượng động học của xe thành điện năng khi hãm phanh. Nguồn điện đó đủ để
phục vụ cho hệ thống điều hòa không khí, hệ thống âm thanh và nhiều chi tiết
điện nhỏ khác của xe.
 Hãng Audi cũng đã và đang thiết kế, ứng dụng bộ thu hồi năng lượng lãng phí
từ hệ thống treo. Hệ thống được thiết kế dựa trên nguyên lý biến dao động của
hệ thống treo thành dạng năng lượng điện được thu vào bộ tích trữ.
Đồ án tốt nghiệp

-15-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
Ngoài ra, để tiết kiệm nhiên liệu khi vận hành ô tô, người ta đã áp dụng rất nhiều
phương phương pháp tiết kiệm như:
 Bánh đà tích điện giúp tích trữ năng lượng thất thoát khi phanh để sử dụng lại
khi tăng tốc. Chế tạo bánh đà tích điện đơn giản và sạch hơn nhiều so với chế
tạo ắc qui. Những tiến bộ trong công nghệ vật liệu giúp cho bánh đà ngày nay
có thể đủ nhỏ và nhẹ để được xem xét sử dụng. Bất lợi chính của các bánh đà là
chúng không thể lưu điện trong thời gian dài. Chúng cũng bị phụ thuộc vào
điều kiện vận hành của xe, nó tích được ít điện năng hơn khi xe chạy trên xa lộ.

Đồ án tốt nghiệp

-16-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ

2

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

2.1 Tổng quan hệ thống điện ô tô.
2.1.1 Hệ thống cung cấp điện.
Hệ thống cung cấp điện trên ô tô gồm có: ắcquy-máy phát.
Đảm nhiệm chức năng cung cấp năng lượng điện cho các thiết bị tải điện hoạt động với
một điện áp ổn định trong mọi điều kiện làm việc của động cơ.
Sơ đồ hệ thống điện:

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp điện.
Ô tô được trang bị một số hệ thống và thiết bị điện để đảm bảo an toàn và tiện nghi
khi sử dụng. Chúng cần điện năng trong suốt thời gian họat động và cả khi động cơ đã
dừng. Vì thế, chúng cần cả ắcquy và nguồn điện một chiều như nguồn năng lượng. Một
hệ thống cung cấp điện trang bị trên xe cung cấp nguồn một chiều cho những hệ thống và
thiết bị vừa nêu. Tuy nhiên ắcquy sẽ phóng điện khi động cơ dừng và dần hết điện.

Đồ án tốt nghiệp

-17-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ

Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống nạp.
Hệ thống cung cấp điện được dẫn động bởi bánh đà của động cơ để phát sinh ra điện. Hệ
thống này không những cung cấp điện cho các hệ thống và thiết bị điện khác mà còn đảm
nhiệm chức năng nạp điện cho ắc quy trong lúc động cơ hoạt động.
-

Máy phát điện: Phát sinh ra điện.

-

Tiết chế: Điều chỉnh điện áp do máy phát điện tạo ra.

-

Ắc quy: Dự trữ và cung cấp điện.

Đồ án tốt nghiệp

-18-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
-

Đèn báo sạc: Cảnh báo cho lái xe khi hệ thống sạc gặp sự cố.

-

Công tắc máy: Đóng và ngắt dòng điện.

Chức năng của máy phát điện: Máy phát điện giữ một vai trò then chốt trong các thiết bị
cung cấp điện. Nó thực hiện ba chức năng: phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp.
Bộ phát điện: Động cơ quay, truyền chuyển động quay đến máy phát điện thông qua dây
đai. Rotor của máy phát điện là một nam châm điện. Từ trường tạo ra sẽ tương tác lên dây
quấn trong stator làm phát sinh ra điện.

Chỉnh lưu: Dòng điện xoay chiều tạo ra trong máy phát điện không thể sử dụng trực tiếp
cho các thiết bị điện mà được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều. Bộ chỉnh lưu sẽ biến
đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Hiệu chỉnh điện áp: Tiết chế điều chỉnh điện áp sinh ra để đảm bảo hiệu điện thế của dòng
điện đi đến các thiết bị là hằng số ngay cả khi tốc độ máy phát điện thay đổi.
2.1.2 Hệ thống tiêu thụ điện.
Phụ tải điện trên ô tô có thể chia ra làm 3 loại: tải thường trực là những phụ tải điện liên
tục hoạt động khi xe chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải gián đoạn trong thời
gian ngắn.
Tải thường trực gồm có:
 Hệ thống đánh lửa 20W.
 Bơm nhiên liệu 50 – 70W.
Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian dài:
 Radio 10 – 15W.
 Đèn báo trên tableau 8x2W.
 Đèn kích thước 4x10W.
 Đèn đầu 4x3 – 5W.
 Đèn cốt 4x55W.
 Đèn pha 4x60W.
Đồ án tốt nghiệp

-19-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
 Đèn soi biển số 2x5W.
Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian ngắn:
 Đèn báo rẽ 4x21W.
 Đèn sương mù 2x35W.
 Đèn dừng 2x21W.

 Đèn lùi 2x21W.
 Đèn trần 5W.
 Motor gạt nước 60 – 90W.
 Motor điều khiển kính 4x30W.
 Khởi động điện 800 – 3000W.
 Quạt điều hòa nhiệt độ 2x80W.
 Quạt làm mát động cơ 2x100W.
 Xông kính 120W.
 Mồi thuốc 100W.
 Motor phun nước rửa kính 30 – 60W.
 Hệ thống xông máy (động cơ diesel) 100W.
 Còi 25 – 40W.
 Motor điều khiển angten 60W.
2.1.3 Công suất tiêu thụ của tải điện.
2.1.3.1 Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động liên tục và các tải điện hoạt động gián
đoạn.

Đồ án tốt nghiệp

-20-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
Bảng 2.1: Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động liên tục.
Tải điện hoạt động liên tục

Công suất (W)

Hệ thống đánh lửa

20

Bơm nhiên liệu

70

Hệ thống phun nhiên liệu

100

Radio, cassette

12

Đèn đầu (pha hoặc cos)

110

Đèn kích thước

10

Đèn bảng số

10

Đèn soi sáng tableau

10

Tổng công suất

Pw1=350W

Bảng 2.2: Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động gián đoạn.
Tải điện hoạt động gián Giá trị thực (W)
đoạn

Hệ số

Công
suất
đương (W)

Quạt điều hòa giàn nóng và 80
giàn lạnh

0.5

40

Xông kính

120

0.5

60

Gạt nước

60

0.25

15

Quạt tản nhiệt

0.1

Đèn lái

0.1

Đèn thắng

42

0.1

4.2

Đèn tín hiệu báo rẽ

70

0.1

4.2

Đèn sương mù

70

0.1

7

Đồ án tốt nghiệp

tương

-21-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
Đèn báo sương mù

35

0.1

Tổng công suất

3.5
Pw = 134W

Như vậy, tổng công suất của tải hoạt động liên tục lớn hơn rất nhiều so với tải hoạt động
gián đoạn.

2.1.4

Thiết bị điện có cuộn cảm.

Trên các hệ thống nêu trên thì cuộn cảm được sử dụng rất nhiều với những công dụng
khác nhau. Điều đó cho thấy cuộn cảm đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện và
điện tử trên ôtô.
Giá trị điện trở thuần và độ tự cảm của một số cuộn cảm được sử dụng trên ô tô là:
Bảng 2.3: điện trở thuần và độ tự cảm của một số cuộn cảm được sử dụng trên ô tô.

Relay

Kim phun

Bobine

Đồ án tốt nghiệp

Điện trở (Ω)

Độ tự cảm (mH)

1

69,7

91,7

2

70,8

96,1

3

75,5

98,5

4

81,2

101,6

1

2,3

7,3

2

3,3

2,2

3

11,2

12,7

4

13,9

12,56

5

14,3

23,8

1

0,7

1

2

1

6

-22-

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
3

1,4

5,5

4

3

6

Một số ứng dụng nổi bật của cuộn cảm trên các thiết bị điện như sau:
2.1.4.1 Bobine.

Hình 2.3. Cấu tạo bobine.

Đồ án tốt nghiệp

-23-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ

Hình 2.4. Mạch điều khiển bobine.
Nguyên lý hoạt động:
Khi Transistor T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện i từ accu đến điện trở phụ
Rf, rồi qua L1, đến T rồi về mass. Dòng điện i1 tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra

trên cuộn sơ cấp L1 chống lại sự tăng trưởng của dòng điện. Mạch thứ cấp của hệ thống
đánh lửa ở giai đoạn T dẫn này hầu như không bị ảnh hưởng đến quá trình tăng dòng ở
mạch sơ cấp.
Khi Transistor T ngắt, dòng điện i1 của cuộn sơ cấp và từ thông đi qua đó bị giảm
một cách đột ngột, điều này dẫn đến cuộn thứ cấp sẽ sinh ra một hiệu điện thế khoảng
15kV- 40Kv.
Khi động cơ xăng của ô tô hoạt động thì bobine cũng hoạt động, có nghĩa là dòng điện từ
accu tới cuộn sơ cấp của bobine được đóng ngắt một cách liên tục, điều đó dẫn đến sức
điện động tự cảm xuất hiện trên cuộn sơ cấp cũng được sinh ra một cách liên tục. Sức
điện động này có giá trị khá lớn (khoảng 300V- 400V), đây là một nguồn năng lượng lãng
phí đáng kể xuất hiện trên ô tô, cần được thu hồi lại để tránh gây lãng phí.

Đồ án tốt nghiệp

-24-


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – Khoa CKĐ
Khảo sát dạng sóng tự cảm của cuộn sơ cấp bobine.

D

E
A

B

C

F

G

Hình 2.5. Xung điện áp của cuộn dây sơ cấp bobine.
Phân tích xung sơ cấp bobine:
-

-

Đoạn A: mức điện áp được cấp, điện áp này hoạt động bình thường là điện áp
ắc quy.
Đoạn B: thời điểm Transistor công suất trong bộ điều khiển đánh lửa nối mass
làm kín mạch.
Đoạn C: Thời gian Transistor công suất dẫn dòng điện qua cuộn sơ tăng dần và
đạt đến giá trị cực đại.
Đoạn D: Đỉnh xung điện áp tự cảm ngay khi Transistor công suất ngắt.
Đoạn E:
 Suất điện động tự cảm có xu hướng duy trì và làm chậm tốc độ giảm của
dòng sơ cấp.
 Năng lượng cuộn dây không còn khả năng tạo ra tia lửa điện.
 Có nhiều sự dao động của điện áp do khi năng lượng ở cuộn thứ cấp
không còn tạo ra tia lửa điện nữa nhưng vẫn tồn tại điện thế hàng trăm
vôn. Phần dao động này do tác dụng qua lại giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Đoạn F: Năng lượng của cuộn sơ bị tiêu hao.
Đoạn G: Trở lại chu kỳ hoạt động như ban đầu.

Đồ án tốt nghiệp

-25-