Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường đại học

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN
KẾT HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
CHẠY TRONG KHUÔN VIÊN TRƯỜNG ĐẠI
HỌC

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

TS. PHẠM QUỐC THÁI
NGÔ ĐỨC THỌ

Đà Nẵng, 2020


TĨM TẮT
Tên đề tài: “Nghiên cứu và phát triển ơ tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy
trong khuôn viên trường Đại học”
Sinh viên thực hiện: Ngô Đức Thọ
Lớp:
15C4VA

Số thẻ sinh viên: 103150253

Đề tài trình bày tổng quan vấn đề nghiên cứu, thiết kế, phát triển một mẫu ô tô điện
cỡ nhỏ kết hợp nguồn năng lượng mặt trời có thể chạy trong một khn viên trường Đại
học. Ơ tơ điện có kết cấu nhỏ gọn, vận hành đơn giản, tiết kiệm năng lượng, không gây
ô nhiễm môi trường với chi phí rẻ. Ơ tơ điện được dẫn động bằng động cơ điện một
chiều không chổi than BLDC thơng qua bộ truyền xích. Nguồn năng lượng mặt trời
được lắp trên nóc xe cung cấp năng lượng cho hệ thống điện thân xe hoạt động. Hệ
thống an toàn được thiết kế trên xe bao gồm hệ thống cảnh báo va chạm sớm, hệ thống
đèn chiếu sáng thông minh. Xe được thiết kế có thể chạy với vận tốc 30 km/h và đầy đủ
các tính năng của một ơ tơ hiện đại.
Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm các phần sau:
• Tổng quan về đề tài nghiên cứu
• Cơ sở lý thuyết
• Thiết kế hệ thống an tồn
• Kết quả và hướng phát triển đề tài.

i


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Ngô Đức Thọ
Lớp: 15C4VA

Số thẻ sinh viên: 103150253

Khoa: Cơ khí Giao thơng

Nghành: Kỹ thuật cơ khí

1. Tên đề tài đồ án:
“Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khn
viên trường Đại học”
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Theo số liệu khảo sát thực tế.
Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về đề tài
1.2. Tổng quan về ô nhiễm không khí
1.3. Tổng quan về ơ tơ điện và ơ tơ điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời
1.4. Kết luận chương
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Lý thuyết về ô tô điện
2.2. Cở sở lý thuyết về động cơ điện một chiều
2.3. Hệ thông điều khiển động cơ
2.4. Các nguồn cung cấp năng lượng trên ô tô điện
2.5. Hệ thống năng lượng mặt trời
2.6. Hệ thống an toàn
2.7. Lý thuyết về vi điều khiển
2.8. Lý thuyết về cảm biến
Chương 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG AN TỒN
6.1. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
6.2. Thiết kế hệ thống cảnh báo va chạm sớm trên ô tô điện

6.3. Thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh
6.4. Lựa chọn linh kiện thiết kế
6.5. Chương trình chính của hệ thống an tồn
ii


Chương 7: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
7.1. Kết quả đạt được
7.2. Kết luận và hướng phát triển đề tài
4. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
- Bản vẽ tổng thể ô tô điện
-

Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống cảnh báo va chạm sớm
Bản vẽ lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống cảnh báo va chạm sớm trên ô

-

tô điện
Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống chiếu sáng và tự động chuyển pha-cốt

- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống chiếu sáng tiên tiến (AFS)
- Bản vẽ lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống chiếu sáng thông minh.
5. Họ tên người hướng dẫn: TS. Phạm Quốc Thái
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
7. Ngày hoàn thành đồ án:

25/02/2020
30/06/2020
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 06 năm 2020

Trưởng Bộ mơn
Kỹ thuật Ơ tơ và Máy động lực

Người hướng dẫn

PGS.TS. Dương Việt Dũng

TS. Phạm Quốc Thái

iii


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của Khoa học – Kỹ thuật thì phương tiện giao
thơng cũng ngày càng trở nên đa dạng. Trong đó, số lượng phương tiện sử dung động
cơ đốt trong chiếm đa số. Và đây chính là một trong những nguyên nhân dẫn đến tình
trạng ơ nhiễm khơng khí đang ở mức báo động như hiện nay.
Bên cạnh đó, nhiên liệu hóa thạch ngày càng trở nên cạn kiệt bởi sự khai thác bừa
bãi của con người. Để có biện pháp khắc phục những vấn đề trên địi hỏi phải có một
loại phương tiện tham gia giao thông vừa giảm phát thải ô nhiễm môi trường, vừa tiết
kiệm năng lượng bền vững và lâu dài.
Nắm bắt được điều này, nhóm chúng em đã cùng nhau thực hiện đề tài “Nghiên cứu
và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường
Đại học”. Với đề tài này, chúng ta vừa tiết kiệm được năng lượng nhờ vận hành bằng
điện, vừa giảm được lượng phát thải ra môi trường, vừa tận dung được nguồn năng
lượng tái tạo từ mặt trời. Đề tài được thực hiện với các tiêu chí: tiết kiệm năng lượng,
thân thiện với mơi trường, gọn gàng và có tính thẩm mỹ cao.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý tận tình

của thầy TS. Phạm Quốc Thái trong khoảng thời gian nhóm thực hiện đồ án. Trong
suốt quá trình làm đồ án sẽ khơng tránh khỏi sai sót do kiến thức còn hạn chế, chúng em
rất mong nhận được sự góp ý của q thầy cơ để chúng em có thể hồn thành sản phẩm
của mình tốt hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 06 năm 2020
Sinh viên thực hiện

Ngô Đức Thọ

iv


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là đề tài riêng của nhóm, đề tài khơng trùng lặp với bất kỳ
đề tài đồ án tốt nghiệp nào trước đây. Các thơng tin, số liệu được sử dụng và tính tốn
đều từ các tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, theo quy định.
Sinh viên thực hiện

Ngô Đức Thọ

v


MỤC LỤC
TÓM TẮT .................................................................................................................... i
MỤC LỤC .................................................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ x

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................................... xiii
MỞ ĐẦU..................................................................................................................... 1
I. MỤC ĐÍCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .......................................................................... 1
II. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI................................................................................................ 1
III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................ 1
1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................. 1
2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 1
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................... 1
1. Về lý thuyết ............................................................................................................. 1
2. Về thực nghiệm ....................................................................................................... 2
V. CẤU TRÚC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ....................................................................... 2
VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN............................................................. 2
VII. SẢN PHẨM DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC ................................................................... 2
Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 3
1.1. Tổng quan về đề tài............................................................................................... 3
1.2. Tổng quan về ô nhiễm không khí .......................................................................... 3
1.2.1. Ơ nhiễm khơng khí............................................................................................. 3
1.2.2. Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ơ nhiễm khí thải gây ra ..................... 4
1.2.3. Xu thế phát triển của ô tô hiện nay ..................................................................... 8
1.3. Tổng quan về ô tô điện và ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời................ 8
1.3.1. Giới thiệu chung về ô tơ điện ............................................................................. 8
1.3.2. Ơ tơ sử dụng năng lượng hồn tồn bằng điện .................................................... 9
1.3.3. Ơ tơ hybrid ....................................................................................................... 10
1.3.4. Ơ tơ chạy bằng năng lượng mặt trời ................................................................. 11
1.4. Kết luận chương.................................................................................................. 12
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 13
2.1. Lý thuyết về ô tô điện ......................................................................................... 13
2.2. Cơ sở lý thuyết về động cơ điện một chiều.......................................................... 15
2.2.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều ....................................................................... 15
2.2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều .............................................. 16

2.2.3. Phân loại động cơ điện một chiều..................................................................... 16
2.2.4. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ........................................................... 16
2.3. Hệ thống điều khiển động cơ .............................................................................. 18
2.3.1. Công dụng của bộ điều khiển động cơ.............................................................. 18
2.3.2. Một số phương pháp điều khiển động cơ .......................................................... 19
vi


2.3.3. Môđun điều khiển động cơ BLDC ................................................................... 22
2.3.4. Mạch nửa cầu và trình cổng điều khiển ............................................................ 22
2.4. Các nguồn cung cấp năng lượng trên ô tô điện .................................................... 24
2.4.1. Pin điện hóa ..................................................................................................... 24
2.4.2. Pin nhiên liệu (Fuel cell) .................................................................................. 27
2.4.3. Siêu tụ điện ...................................................................................................... 27
2.5. Hệ thống năng lượng mặt trời ............................................................................. 28
2.5.1. Cấu tạo............................................................................................................. 28
2.5.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................................ 30
2.6. Hệ thống an toàn ................................................................................................. 32
2.6.1. Hệ thống cảnh báo va chạm sớm trên ô tô ........................................................ 32
2.6.2. Cơ sở lý thuyết về hệ thống chiếu sáng thông minh .......................................... 34
2.7. Lý thuyết về vi điều khiển ................................................................................... 39
2.7.1. Lý thuyết về Arduino ....................................................................................... 39
2.7.2. Lý thuyết về Arduino Mega 2560..................................................................... 39
2.7.3. Phần mềm ........................................................................................................ 41
2.8. Lý thuyết về cảm biến ......................................................................................... 42
2.8.1. Lý thuyết về cảm biến siêu âm ......................................................................... 42
2.8.2. Lý thuyết về cảm biến ánh sáng ....................................................................... 46
2.8.3. Cảm biến góc đánh lái ...................................................................................... 46
Chương 6 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG AN TỒN........................................................ 47
6.1. Phân tích và chọn phương án thiết kế .................................................................. 47

6.1.1. Phân tích điểm mù trên ơ tơ.............................................................................. 47
6.1.2. Phương án thiết kế hệ thống cảnh báo va chạm sớm......................................... 48
6.1.3. Phương án thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh ......................................... 49
6.2. Thiết kế hệ thống cảnh báo va chạm sớm trên ô tô điện. ..................................... 50
6.2.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển hệ thống cảnh báo va chạm sớm trên ô tô điện. .... 50
6.2.2. Lưu đồ thuật toán ............................................................................................. 51
6.2.3. Thiết kế khối nguồn ......................................................................................... 52
6.2.4. Thiết kế khối hiển thị ....................................................................................... 53
6.2.5. Thiết kế mạch cảm biến đo khoảng cách .......................................................... 55
6.2.6. Thiết kế mạch điều khiển hệ thống cảnh báo va chạm sớm trên ô tô điện ......... 56
6.3. Thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh ............................................................ 57
6.3.1. Sơ đồ khối mạch hệ thống chiếu sáng thông minh ............................................ 57
6.3.2. Thiết kế mạch chiếu sáng ................................................................................. 57
6.3.3. Thiết kế mạch tự động chuyển pha cốt ............................................................. 59
6.3.4. Thiết kế hệ thống đèn chiếu sáng tiên tiến ((AFS)) ........................................... 61
6.4. Lựa chọn các linh kiện thiết kế............................................................................ 64
6.4.1. Arduino Mega 2560 ......................................................................................... 64
6.4.2. Màn hình LCD ................................................................................................. 65
vii


6.4.3. Module I2C ...................................................................................................... 65
6.4.4. Điện trở............................................................................................................ 66
6.4.5. Còi báo động buzzer ........................................................................................ 66
6.4.6. Cảm biến siêu âm JSN-SRO4T ........................................................................ 67
6.4.7. LED ................................................................................................................. 68
6.4.8. Module relay .................................................................................................... 69
6.4.9. Cảm biến ánh sáng ........................................................................................... 69
6.4.10. Cảm biến góc đánh lái .................................................................................... 70
6.5. Chương trình chính của hệ thống ........................................................................ 71

Chương 7: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..................................... 72
7.1. Kết quả đạt được ................................................................................................. 72
7.2. Kết luận và hướng phát triển đề tài...................................................................... 74
7.2.1. Kết luận ........................................................................................................... 74
7.2.2. Hướng phát triển đề tài:.................................................................................... 75
Phụ lục 1.................................................................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 83

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel ............................................ 5
Bảng 2.1 Thơng số các chân ...................................................................................... 40
Bảng 2.2 Bảng thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560 ................................................ 40
Bảng 6.1 Bảng thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560 ................................................ 65
Bảng 6.2 Đặc điểm kỹ thuật của cảm biến JSN-SRO4T ............................................ 68

ix


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Nguồn khí thải từ ơ tơ.................................................................................... 4
Hình 1.2 Nhiệt độ mặt đất trong 50 năm qua ................................................................ 7
Hình 1.3 Mẫu ơ tơ điện Tesla model S ....................................................................... 10
Hình 1.4 Toyota Prius, mẫu ơ tơ Hybrid bán chạy nhất trên thế giới .......................... 11
Hình 1.5 Mẫu ô tô Immortus đang được nghiên cứu phát triển................................... 12
Hình 2.1 Sơ đồ động lực cơ bản của một ô tơ điện ..................................................... 14
Hình 2.2 Đồ thị đặc tính cơ tự nhiên .......................................................................... 18

Hình 2.3 Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động, dòng điện pha và thứ tự cấp điện
cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall trong chế độ quay thuận chiều kim
đồng hồ ...................................................................................................................... 19
Hình 2.4 Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động, dòng điện pha và thứ tự cấp điện
cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall trong chế độ quay ngược chiều kim
đồng hồ ...................................................................................................................... 20
Hình 2.5 Giản đồ xung điều khiển PMW kênh trên .................................................... 20
Hình 2.6 Giản đồ điều chế điện áp hình sin ................................................................ 21
Hình 2.7 Các module điều khiển động cơ BLDC ....................................................... 22
Hình 2.8 Nguyên lý làm việc của mạch nửa cầu......................................................... 22
Hình 2.9 Các khối điều khiển động cơ BLDC phổ biến.............................................. 23
Hình 2.10 Các loại mạch bảo vệ động cơ BLDC ........................................................ 23
Hình 2.11 Các nguồn lưu trữ năng lượng sử dụng trên ơ tơ điện ............................... 24
Hình 2.12 Pin Nickel – Cadmium .............................................................................. 25
Hình 2.13 Pin Ni – MH .............................................................................................. 25
Hình 2.14 Pin Li – Ion ............................................................................................... 27
Hình 2.15 Pin Li - Po ................................................................................................. 27
Hình 2.16 Siêu tụ ....................................................................................................... 27
Hình 2.17 Một cell pin mặt trời.................................................................................. 28
Hình 2.18 Các loại cấu trúc tinh thể của pin mặt trời.................................................. 29
Hình 2.19 Các vùng năng lượng................................................................................. 31
Hình 2.20 Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời ..................................... 32
Hình 2.21 Hệ thống cảnh báo va chạm sớm được lắp đặt trên ơ tơ ............................. 33
Hình 2.22 Sóng siêu âm qt diện rộng phía trước ơ tơ .............................................. 33
Hình 2.23 Ô tô được trang bị hệ thống cảnh báo va chạm sớm................................... 34
Hình 2.24 Sóng siêu âm phát ra tín hiệu khi gặp vật cản ............................................ 34
x


Hình 2.25 Hệ thống các đèn chiếu sáng trên xe .......................................................... 35

Hình 2.26 Hiệu quả chiếu sáng đối với hệ thống chiếu sáng tiên tiến (AFS) .............. 37
Hình 2.27 Hệ thống (AFS) tắt khi đi thẳng................................................................. 37
Hình 2.28 Hệ thống (AFS) sẽ bật lên có tính hiệu vào cua ........................................ 37
Hình 2.29 Hệ thống (AFS) bật lên khi ơm cua ở cung đường cong ............................ 37
Hình 2.30 Bật chế độ đèn pha có thể gây nguy hiểm cho người và xe đi ngược chiều 38
Hình 2.31 Một số bo mạch Arduino thơng dụng ........................................................ 39
Hình 2.32 Arduino Mega 2560 .................................................................................. 39
Hình 2.33 Giao diện phần mềm IDE .......................................................................... 41
Hình 2.34 Cấu tạo của cảm biến siêu âm.................................................................... 42
Hình 2.35 Phương pháp phản xạ ................................................................................ 43
Hình 2.36 Tín hiệu phản xạ........................................................................................ 43
Hình 2.37 Phản xạ khuếch tán.................................................................................... 43
Hình 2.38 Cách thức đo khoảng cách ......................................................................... 44
Hình 2.39 Tầm quét của cảm biến siêu âm ................................................................. 45
Hình 2.40 Ứng dụng của cảm biến siêu âm ................................................................ 45
Hình 2.41 Cảm biến ánh sáng .................................................................................... 46
Hình 2.42 Biến trở dùng làm cảm biến góc lái ........................................................... 46
Hình 6.1 Những vùng điểm mù trên xe ơ tơ ............................................................... 47
Hình 6.2 Gương chiếu hậu tích hợp hệ thống cảnh báo điểm mù................................ 48
Hình 6.3 Hệ thống tự động chuyển pha-cốt được trang bị trên ô tô ............................ 50
Hình 6.4 Sơ đồ khối mạch điều khiển hệ thống cảnh báo va chạm sớm...................... 50
Hình 6.5 Lưu đồ thuật tốn tính tốn khoảng cách ..................................................... 51
Hình 6.6 Lưu đồ thuật tốn chương trình chính .......................................................... 52
Hình 6.7 Sơ đồ mạch ổn áp LM2596 ......................................................................... 53
Hình 6.8 Khối nguồn kết nối với vi điều khiển........................................................... 53
Hình 6.9 Sơ đồ khối hiển thị kết nối với vi điều khiển ............................................... 54
Hình 6.10 Mạch cảm biến kết nối với vi điều khiển ................................................... 55
Hình 6.11 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống cảnh báo va chạm sớm ........... 56
Hình 6.12 Sơ đồ khối mạch hệ thống chiếu sáng thông minh ..................................... 57
Hình 6.13 Sơ đồ mạch điều khiển đèn chiếu sáng ...................................................... 58

Hình 6.14 Lưu đồ thuật tốn mạch tự động chuyển pha cốt ........................................ 59
Hình 6.15 Sơ đồ ngun lý mạch tự động chuyển pha-cốt.......................................... 60
Hình 6.16 Tính tốn góc quay vịng α , β.................................................................... 61
Hình 6.17 Lưu đồ thuật toán mạch đèn chiếu sáng tiên tiến (AFS) ............................. 62
Hình 6.18 Sơ đồ mạch điều khiển đèn chiếu sáng tiên tiến (AFS) .............................. 63
xi


Hình 6.19 Arduino Mega 2560 .................................................................................. 64
Hình 6.20 Màn hình LCD 16x04................................................................................ 65
Hình 6.21 Module I2C ............................................................................................... 66
Hình 6.22 Điện trở ..................................................................................................... 66
Hình 6.23 Cịi Buzzer ................................................................................................ 67
Hình 6.24 Cảm biến siêu âm JSN-SRO4T ................................................................. 67
Hình 6.25 LED .......................................................................................................... 68
Hình 6.26 Relay điện tử 5V ....................................................................................... 69
Hình 6.27 Cảm biến ánh sáng quang trở CDS Light Sensor ....................................... 69
Hình 6.28 Biến trở dùng làm cảm biến góc lái ........................................................... 70
Hình 7.1.Ơ tơ điện sau khi được nghiên cứu, phát triển .............................................. 72
Hình 7.2 Tấm pin mặt trời được lắp đặt trên ơ tơ........................................................ 72
Hình 7.3 Bộ điều khiển sạc được lắp đặt trên ơ tơ điện............................................... 73
Hình 7.4 Cụm cảm biến siêu âm được lắp đặt phía trước và sau xe ............................ 73
Hình 7.5 Cụm đèn đầu, đèn phụ và đèn báo rẽ LED phía trước .................................. 74
Hình 7.6 Cụm đèn đi, đèn phanh, đèn báo rẽ phía sau ............................................ 74

xii


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu:

Vmax

[Km/h]

Tốc độ lớn nhất của xe

Vmin

[Km/h]

Tốc độ nhỏ nhất của xe

f

[HZ]

Tần số

D

[cm]

Khoảng cách từ vật cản đến cảm biến

β

[Độ]

Góc quay vịng bánh xe

Tên viết tắt:
Ni – MH

Pin Nickel Metal Hydride

Ni – Cd

Pin Nickel Cadmium

Li – ion
Ni – Po
LFP
SRAM

Pin Lithium ion
Pin Lithium polymer
Pin lithium iron phosphate
Bộ nhớ tĩnh

GND
VCC
Do
AFS

Cực âm
Cực dương
Chân tín hiệu
Chiếu sáng thông minh

xiii

Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

MỞ ĐẦU

I. MỤC ĐÍCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Do sự phát triển kinh tế, lượng phương tiện giao thông ngày một tăng kéo theo hệ
lụy là lượng khí thải ra môi trường cũng ngày một tăng lên, điều này ảnh hưởng trực
tiếp đến sức khỏe con người, làm biến đổi khí hậu. Vì thế việc tìm ra phương án chế tạo
ơ tơ sinh thái để giảm tối thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường, tiết kiệm nhiên liệu
và dần xóa bỏ sự lệ thuộc của con người vào nguồn nhiên liệu hóa thạch là một vấn đề
thiết thực rất được quan tâm trong những năm gần đây của người dân cũng như các nhà
khoa học, kỹ sư và các tập đồn sản xuất ơ tơ trên thế giới. Trong tình hình hiện nay, ơ
tơ điện, ơ tơ lai ghép và ô tô sử dụng pin mặt trời là một giải pháp tối ưu để giải quyết
vấn đề đó.
Vì vậy, chúng em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp
nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học” làm đề tài tốt
nghiệp của mình dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Quốc Thái
II. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Nghiên cứu, thiết kế và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời
nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và giảm thiểu ô nhiễm môi trường
III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
Ơ tơ điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời.
2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về ơ tơ điện
- Tính tốn, lựa chọn động cơ cho ơ tơ điện 2 chỗ ngồi
1.

- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển động cơ trên ơ tơ điện
- Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế nguồn cung cấp năng lượng cho ô tô điện
- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống an toàn, chiếu sáng thông minh cho ô tô điện;
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.

Về lý thuyết
- Tìm kiếm tài liệu, thu thập thơng tin dựa trên các cơng trình báo cáo khoa học đã
cơng bố, tạp chí khoa học có uy tín. Lấy các thơng tin từ sách giáo khoa, tài liệu
có trong thư viện trường Đại học Bách khoa và trên Internet có liên quan đến đề
tài.
-

Sử dụng Excel để tính tốn.
Sử dụng các phần phềm thiết kế Catia, CAD để thiết kế xe.

SVTH: Ngô Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

1


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

Sử dụng phần mềm Arduino IDE để lập trình điều khiển hệ thống điện tử.
2. Về thực nghiệm
- Sau khi lên phương án thiết kế, tính tốn và đặt mua các linh kiện thì tiến hành
-

-

lắp đặt lên xe.
Chạy thử nghiệm sau khi lắp đặt.
Kiểm tra độ ổn định của các hệ thống để tiến hành điều chỉnh cho hợp lí. Đo đạc
các thơng số và tiến hành điều chỉnh chương trình để ơ tơ hoạt động ổn định.

V. CẤU TRÚC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Cấu trúc của đề tài “Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng
mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học” trong thuyết mình này bao gồm các
chương:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 6: Thiết kế hệ thống an toàn
Chương 7: Đánh giá kết quả và hướng phát triển đề tài
VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Đề tài “Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời”
có ý nghĩ khoa học thực tiễn như sau:
- Tạo ra một mẫu ô tơ điện cỡ nhỏ có thể chạy trong một khn viên nhất định.
-

Ơ tơ điện có kết cấu nhỏ gọn, vận hành đơn giản, tiết kiệm năng lượng, không
gây ô nhiễm mơi trường với chi phí rẻ.

VII. SẢN PHẨM DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
Sản phẩm là một mẫu ô tô điện cỡ nhỏ, hai chỗ ngồi.

SVTH: Ngô Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

2


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về đề tài
Sự phát triển của các loại ô tô sử dụng động cơ đốt trong là một trong những thành
tựu lớn nhất của công nghệ hiện đại. Ngành công nghiệp ô tô đã có những đóng góp to
lớn vào sự phát triển của xã hội, đáp ứng nhu cầu đi lại và vận tải trong cuộc sống hàng
ngày. Ngành công nghiệp ô tơ và các ngành cơng nghiệp phụ trợ của nó tạo thành xương
sống của nền kinh tế với việc tạo ra hàng triệu việc làm trên toàn thế giới. Tuy nhiên,
với số lượng ô tô lớn sử dụng trên khắp thế giới đã và đang gây ra các vấn đề nghiêm
trọng về mơi trường và cuộc sống của chính con người. Ơ nhiễm khơng khí, sự nóng lên
tồn cầu và sự suy giảm nhanh chóng các nguồn tài nguyên dầu mỏ của trái đất bây giờ
là vấn đề quan tâm hàng đầu. Để giải quyết được những vấn đề trên, ngành ơ tơ hiện nay
có hai phương án chính:
- Chế tạo những mẫu xe tiết kiệm nhiên liệu với những tiêu chuẩn khí thải cao
- Chế tạo những mẫu xe sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với mơi
trường.
Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm khác nhau và để thấy rõ được ưu nhược điểm
của từng phương pháp, chúng ta đi vào phân tích sự khác biệt giữa xe tiết kiệm nhiên
liệu và xe sử dụng nhiên liệu tái tạo, cụ thể ở đây là xe sử dụng năng lượng điện.
- Sự khác biệt về hệ thống năng lượng
+ Xe tiết kiệm nhiên liệu vẫn sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống:
xăng, diesel.
+ Xe điện sử dụng năng lượng tích trữ trong bình ắc quy
-

Sự khác biệt về nguồn động lực:
+ Xe tiết kiệm nhiên liệu vẫn sử dụng động cơ đốt trong với những hệ thống
được cải tiến để đảm bảo xe tiêu thụ ít nhiên liệu hơn
+ Xe điện sử dụng động cơ điện, động cơ được điều khiển bằng cách thay
đổi điện áp thông qua bộ băm điện áp.

Với những sự khác biệt trên, xe điện sẽ giải quyết được triệt để hai bài tốn: Cạn
kiệt nguồn năng lượng hóa thạch và ơ nhiễm mơi trường.
1.2. Tổng quan về ơ nhiễm khơng khí
1.2.1. Ơ nhiễm khơng khí
Ơ nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ khơng phải
riêng của một quốc gia nào. Mơi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có
ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Hàng năm con người khai thác và sử dụng
SVTH: Ngô Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

3


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng
lớn các chất thải khác nhau như: Chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí
nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng.
Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vịng hơn 130 năm qua nhiệt độ Trái Đất
tăng 0,40°C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khí hậu
học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽ tăng thêm
1,5 – 4,50°C nếu con người khơng có biện pháp hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu

ứng nhà kính. Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ôzôn
gây hậu quả xấu cho sức khoẻ của con người và các sinh vật sống trên mặt đất.
1.2.2. Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ơ nhiễm khí thải gây ra
1.2.2.1. Thành phần khí thải động cơ

Hình 1.1 Nguồn khí thải từ ơ tơ
Hầu hết các ơ tô sử dụng động cơ đốt trong hoạt động dựa trên việc đốt nhiên liệu
hydrocarbon để lấy được năng lượng cần thiết cho hệ thống động lực. Quá trình đốt cháy
là phản ứng giữa nhiên liệu và khơng khí tạo ra nhiệt và các sản phẩm cháy. Nhiệt được
biến đổi nhờ các cơ cấu cơ khí tạo thành cơ năng của động cơ và các sản phẩm cháy
được phát thải vào bầu khí quyển. Hyđrocacbon là hợp chất với các phân tử được tạo
thành từ các nguyên tử cacbon và hydro. Lý tưởng nhất, đốt một hydro cacbon sản phẩm
sinh ra gồm khí carbon dioxide và nước, các sản phẩm này sẽ không gây hại cho môi
trường. Thật vậy, cây xanh hấp thụ carbon dioxide trong quá trình quang hợp, điều đó
cho thấy dioxide carbon (CO2) là một thành phần cần thiết trong đời sống của thực vật.
Trái lại, động vật không hấp thụ carbon dioxide cho sự sống của mình. Ngồi lượng khí
carbon dioxide và nước, các sản phẩm cháy chứa một lượng oxit nitơ (NOx), carbon
monoxides (CO) và hydro carbon (HC), tất cả đều độc hại đối với sức khỏe con người.
Nhìn chung chất gây ơ nhiễm mơi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau:
• Dioxyde de carbone (CO2), sản phẩm của quá trình oxi hóa hồn tồn nhiên liệu
SVTH: Ngơ Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

4


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

• Monoxyde de carbone (CO), đến từ q trình oxi hóa khơng hồn tồn nhiên liệu

• Oxyde d’azote (NOx), gồm: monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d'azote (NO2).
• Các hạt rắn, sản phẩm của các quá trình hình thành phức tạp.
• Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV-composés organiques volatils), là các hợp
chất hóa học hữu cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện bình thường có thể bay
hơi một lượng đáng kể vào khơng khí. Về thành phần COV là sự kết hợp giữa các
hydrocarbure (như alcane, alcène, aromatique…)
• Các hợp chất hữu cơ đa vịng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – HAP),
như benzoapyrene
• Dioxyde de sulfure (SO2), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu.
a. Thành phần khí thải của động cơ Diesel
Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành năng
lượng cơ học. Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong q trình cháy lý tưởng,
nó chỉ sinh ra CO2 và H2O. Trong thực tế người ta quan sát thấy một vài sản phẩm khí
và rắn khác. Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của các tạp chất chứa trong các
HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác liên quan đến sự phức tạp của các
phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy. Bảng 1 sau giới thiệu thành phần điển
hình của khí thải động cơ Diesel:
Bảng 1.1 Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel
CO2

2÷12%

H2 O

2÷12%

O2

3÷17%

NOX

50÷1000ppm

HC

20÷300 ppm

CO

10÷500 ppm

SO2

10÷30 ppm

N2 O

3 ppm

b. Các thành phần khí thải từ động cơ xăng
- HC (unburned hydro cacbon)
- CO (carbon monoxide)
- NOx (nitơ oxit)
SOx (oxit lưu huỳnh) sẽ được tạo ra khi lưu huỳnh (S) trong nhiên liệu được ràng buộc
với oxy (O) trong khơng khí do cháy, nếu nhiên liệu có chứa lưu huỳnh. Tuy nhiên, kể
từ khi xăng hiện nay là desulfurized gần như hồn tồn, Sox khơng được đánh giá là
thanh phần của lượng phát thải tự động ngay bây giờ.
SVTH: Ngô Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

5


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

- Đối với bồ hóng, bồ hóng chỉ khơng mà cịn vi hạt (PM), mà thậm chí cịn nhỏ
hơn bồ hóng, được quy định cho động cơ diesel, tuy nhiên, chúng khơng quy định cho
động cơ xăng. Bồ hóng có thể là những thải từ động cơ xăng là tốt, nó là một trong
những thành phần mà khơng được kiểm sốt. Ngồi ra, cịn có các thành phần thải từ
động cơ xăng.
- Ngoài các thành phần quy định trong phát thải tự động như HC, CO, NOx và PM
(cho động cơ diesel), các thành phần nhỏ, mà không được quy định nhưng có thể có hại
cho cơ thể con người. Ví dụ, toluen, benzen, formaldehyde, acetaldehyde, 1,3-butadien,
SO2, formic acid, N2O, vv. Đây sẽ là một tiêu chuẩn tương ứng với PRTR (Nhật Bản),
trong đó có thể điều chỉnh các thành phần phụ trong phát thải tự động trong tương lai.
1.2.2.2. Những tác hại do ơ nhiễm khí thải gây ra
a. Đối với sức khỏe con người
Khơng khí ơ nhiễm có thể giết chết nhiều cơ thể sống trong đó có con người. Ơ
nhiễm khơng khí trong nhà và ngồi môi trường tại Việt Nam là rất cao, điều này được
lý giải bằng việc bệnh lý có liên quan đến ơ nhiễm khơng khí ngày càng gia tăng. Ơ
nhiễm khơng khí gây bệnh đường hơ hấp, bệnh tim mạch, viêm vùng họng, đau ngực,
tức thở. Ơ nhiễm khơng khí khơng những gây nên các bệnh lý ở đường hô hấp, mà còn
ảnh hưởng lên sự phát triển của thai nhi, là nguyên nhân làm chậm phát triển hệ thần
kinh, trí não và tâm thần vận động ở trẻ em.
- CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, sinh ra
do ơ xy hố khơng hồn tồn cacbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxy. CO
ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị
thiếu oxy. Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO

trong khơng khí lớn hơn 1000ppm). Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm
lâu dài đối với con người: Khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng
mặt, buồn nơn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng
mạnh.
- NOx: NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx được hình
thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt q 11000C). Monoxyde nitơ
(x=1) khơng nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ (x=2). NO2 là
chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong
khơng khí đạt khoảng 0,12ppm. NO2 là chất khó hịa tan, do đó nó có thể theo đường hơ
hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hơ hấp.
- Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do q trình cháy khơng
hồn tồn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy khơng bình thường. Chúng gây
tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm. Từ lâu người ta
SVTH: Ngô Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

6


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng
3

độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m , đơi
khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan.
- SO2: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hịa tan vào nước mũi,
bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi.
Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của

các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.
- Bồ hóng: Bồ hóng là chất ơ nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ Diesel.
Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3mm nên rất dễ
xâm nhập sâu vào phổi. Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngồi việc gây trở ngại cho cơ quan
hơ hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong khơng khí, nó còn là nguyên
nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề
mặt của chúng trong qua trình hình thành.
- Chì: Chì có mặt trong khí xả do Thétrắtyl chì Pb(C2H5)4 được pha vào xăng để
tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu. Sự pha trộn chất phụ gia này vào xăng hiện nay
vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học. Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới dạng
những hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc theo đường
hô hấp. Sự hiện hiện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não, gây trở ngại cho sự tổng
hợp enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa, nó tác động lên hệ thần kinh
làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Chì gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ
của nó trong máu vượt q 200 đến 250mg/lít.
b. Đối với mơi trường

Hình 1.2 Nhiệt độ mặt đất trong 50 năm qua
❖ Thay đổi nhiệt độ khí quyển:
Sự hiện diện của các chất ơ nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà
kính, trong khơng khí trước hết ảnh hưởng đến q trình cân bằng nhiệt của bầu khí
SVTH: Ngơ Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

7


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

quyển. Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí
cacbonic CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa
thành phần carbon.
❖ Ảnh hưởng đến sinh thái:
Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxyde nitơ N2O có nguy cơ làm gia tăng sự
hủy hoại lớp Ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ
từ mặt trời. Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến
sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống. Mặt
khác, các chất khí có tính acide như SO2, NO2, bị oxy hóa thành acide sulfuric, acide
nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù... làm hủy hoại thảm thực vật trên
mặt đất (mưa acide), gây ăn mịn các cơng trình kim loại.
1.2.3. Xu thế phát triển của ô tô hiện nay
Chúng ta biết rằng sự phát triển của ô tô truyền thống đã có những tiến bộ vượt bậc so
với thời kỳ khai sinh của mình, nó cũng cho thấy một cái nhìn khá lạc quan về chiếc ơ
tơ dùng động cơ đốt trong có thể trang bị những cơng nghệ hiện đại nhất, đáp ứng tất cả
các tiêu chuẩn khắt khe và các u cầu khó tính của người tiêu dùng. Nhưng tất cả vẫn
chưa đủ, với ảnh hưởng là sự hạn chế các nguồn năng lượng hóa thạch và các vấn đề ơ
nhiễm mơi trường, nó vẫn cịn cách xa so với một chiếc ô tô sinh thái mà các quốc gia
trên thế giới kỳ vọng hướng tới. Vì vậy, cuộc cách mạng mới đã thực sự bắt đầu, với ưu
điểm vượt trội, ô tô chạy điện, ô tô chạy bằng nguồn năng lượng mặt trời nhanh chóng
trở thành xu hướng phát triển các hệ thống truyền động trên ô tô hơi vào ngày nay.
1.3. Tổng quan về ô tô điện và ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời
1.3.1. Giới thiệu chung về ô tô điện
Những chiếc ô tô điện đầu tiên được xây dựng bởi người Pháp Gustave Trouve
vào năm 1881. Nó là một chiếc ơ tô ba bánh với nguồn động lực là mô tơ điện có cơng
suất 0.1Hp, được cấp nguồn bởi một ắc quy chì – axit. Tồn bộ ơ tơ và trình điều khiển
của nó nặng khoảng 160 kg. Một chiếc ơ tô tương tự được thiết kế vào năm 1883 bởi
hai giáo sư người Anh. Nhưng phát hiện đầu tiên này đã không thu hút nhiều sự chú ý
từ công chúng. Những chiếc ô tô điện đầu tiên đã không đủ sức để cạnh tranh với những
chiếc ô tô ngựa kéo. Nhưng kết quả của cuộc đua năm 1864 Paris - Touen đã thay đổi

suy nghĩ của cơng chúng. Ơ tơ điện có thể chạy 135 km trong vịng 48 giờ 53 phút với
tốc độ 23,3 km/h. Từ kết quả này, công chúng đã bắt đầu quan tâm về ô tô mà khơng có
ngựa kéo hoặc tự động di chuyển mà ngày nay chúng ta gọi ô tô ô tô. Tiến bộ kỹ thuật
quan trọng nhất của ô tô điện là việc áp dụng phương pháp phanh tái tạo, được phát
minh năm 1897. Phương pháp này cho phép ô tô hồi phục động năng trong khi phanh
một cách đáng kể làm tăng quãng đường đi được của xe. Đây là một trong những đóng
SVTH: Ngơ Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

8


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

góp quan trọng nhất đối với cơng nghệ ơ tơ điện vì nó góp phần tiết kiệm năng lượng
hơn so với bất kỳ giải pháp nào khi ô tô hoạt động trong khu vực đô thị. Tốc độ của ô tô
điện đã cải thiện rõ rệt. Đáng chú ý nhất vào năm 1899 tại Pháp, chiếc ô tô điện La
Jamais Contente, chiếc ô tô điện đầu tiên để đạt được tốc độ 100 km/h.
Những tiến bộ nhanh chóng của động cơ nhiệt đã giúp động cơ xăng có cơng suất
lớn, hoạt động linh hoạt, dễ sử dụng và khoảng cách hoạt động độc lập lớn hơn nhiều so
với ô tơ điện. Ơ tơ điện biến mất dần dần và đến năm 1905, dường như không ô tô điện
thương mại nào được tìm thấy trên thị trường. Đến thập niên 1960 và 1970, vấn đề môi
trường và nghiên cứu cho thấy rằng các giới hạn của các nguồn nhiên liệu hóa thạch đã
khởi động lại các nghiên cứu của ơ tơ điện. Đến ngày nay ơ tơ điện vẫn cịn một số hạn
chế, là cạn kiệt nguồn nhiên liệu nhưng có thể thấy rằng ơ tơ điện đang là giải pháp tối
ưu cho cả hai vấn đề lớn hóa thạch và ơ nhiễm mơi trường. Đó là lý do tại sao ô tô điện
đã trở thành một mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỷ 20
1.3.2. Ơ tơ sử dụng năng lượng hồn tồn bằng điện
Ơ tơ chạy điện về nguyên tắc là ôtô sạch tuyệt đối (Zero emission) đối với mơi

trường khơng khí trong thành phố. Nhưng ô tô chạy bằng năng lượng điện gặp phải khó
khăn vấn đề cung cấp điện năng, nếu như tất cả các loại ơtơ đều chạy bằng điện thì ít
hay nhiều còn phụ thuộc loại nhiên liệu dùng trong sản xuất điện năng. So với nhiên liệu
truyền thống, mức độ có lợi tính theo CO2 tương đương trên 1Km lên 90% đối với điện
sản xuất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản xuất điện bằng nhiên liệu và
gần như khơng có lợi gì khi sản xuất bằng than. Ngồi ra, việc đầu tư cơ sở hạ tầng để
phục vụ việc vận hành và sạc điện cũng rất lớn, đòi hỏi tính đồng bộ cao nên chỉ phổ
biến ở những nước phát triển.
Về mặt kỹ thuật thì ơtơ chạy bằng điện có hai nhược điểm quan trọng đó là năng
lượng dữ trữ thấp (Khoảng 100 lần so với ôtô dùng động cơ nhiệt truyền thống) và giá
thành ban đầu cao hơn (30-40% cao hơn so với ôtô dùng động cơ nhiệt). Những chướng
ngại khác cần được giải quyết để đưa ôtô chạy điện vào ứng dụng thực tế một cách đại
trà là khả năng gia tốc, thời gian nạp điện, vấn đề sưởi và điều hịa khơng khí trong ơtơ.
Về mặt xã hội ô tô chạy điện trong giai đoạn đầu sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến
vấn đề tâm lý xã hội. Thật vậy, sự hạn chế tính năng kỹ thuật cũng như bán kính hoạt
động của ơtơ, trở ngại trong vấn đề nạp điện, khả năng sử dụng các dịch vụ tự phục vụ
sẽ góp phần làm thay đổi thói quen của người dùng và dần dần làm thay đổi cách sống.
Mặt khác khi chuyển ôtô chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang ơtơ chạy bằng điện
hồn tồn sẽ gây ra trở ngại về mặt bố trí các trạm nạp điện cho ắc quy. Tuy nhiên những
lợi ích mà ô tô chạy bằng điện mang lại cho xã hội là khơng nhỏ. Vì vậy ơ tơ chạy bằng
điện chắc chắn vẫn là sự lựa chọn số một của nhân loại vào những năm tới của thế kỷ
SVTH: Ngô Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

9


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

21 mà sự phát triển của nó đi theo những sự cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan
trọng về công nghệ nhưng hiện tại sự phát triển của ô tô này cũng không cho phép giải
quyết một cách nhanh chóng vấn đề ơ nhiễm mơi trường đơ thị vì khơng thể xây dựng
tồn bộ cơ cấu hạ tầng cơ sở phục vụ trong một thời gian ngắn.
Hiện nay trên thế giới đã phát triển công nghệ ô tô điện khắc phục những nhược
điểm trên như khả năng dự trữ năng lượng, khả năng tăng tốc, quảng đường di chuyển
của xe. Tiêu biểu trong số đó là mẫu Tesla model S. Mẫu ô tô này ô tô sử dụng pin cơng
suất 85 kWh, tích hợp tính năng tăng áp, có khả năng tăng tốc từ 0 - 100 km/h trong 3,5
giây và đi được 320km cho một lần sạc.

Hình 1.3 Mẫu ơ tơ điện Tesla model S
1.3.3. Ơ tơ hybrid
Ơ tơ hybrid, thường được gọi là ơ tơ lai hay ô tô lai điện, là loại ô tô sử dụng hai
nguồn động lực: Động cơ đốt trong và động cơ điện. Sự hoạt động của ô tô này là sự kết
hợp hoạt động giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sao cho tối ưu. Một bộ điều khiển
sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và
khi nào cả hai cùng hoạt động. Hiện nay có các dịng ô tô Hybrid như sau:
Plug in Hybrid Vehicle (PHV) là dịng ơ tơ sử dụng phần lớn năng lượng từ động
cơ đốt trong. Khi cần thiết, công suất được đẩy lên mạnh mẽ hơn khi có sự tham gia
thêm của động cơ điện. Năng lượng điện được sinh ra và dự trữ trong ắc qui mỗi khi ô
tô hoạt động, vì thế nó khơng phải được sạc từ bất kì nguồn điện nào.
Dịng ơ tơ Plug in Hybrid Electrical Vehicle (PHEV): PHEV tương tự như PHV,
các ô tô plug-in hybrid cũng chạy kết hợp động cơ đốt trong với một hoặc hơn một động
cơ điện. Nhưng khác PHV ở chỗ, loại ô tô hybrid này chạy nhờ sử dụng phần lớn năng
lượng từ động cơ điện. Nói cách khác động cơ điện là chính, trong khi động cơ đốt trong
lại là phụ. Động cơ xăng được tối ưu hóa nó cho nhiệm vụ sạc pin, nó chỉ hỗ trợ 2 động
cơ điện khi cần thiết chứ không làm nhiệm vụ dẫn động chính như các loại ơ tơ Hybrid
xăng-điện khác.
SVTH: Ngô Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

10


Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học

Hình 1.4 Toyota Prius, mẫu ơ tơ Hybrid bán chạy nhất trên thế giới
1.3.4. Ơ tơ chạy bằng năng lượng mặt trời
Đó là ơ tơ điện sử dụng điện năng do các tấm pin năng lượng mặt trời cung cấp,
các tấm pin này thường được bố trí trên trần hoặc thân ơ tơ để có thể hấp thụ bức xạ mặt
trời tốt nhất. Các tấm pin chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng để cung cấp cho
động cơ điện và các hệ thống trên xe. Tuy nhiên, hiện vẫn chưa có mẫu ơ tơ nào được
thương mại hóa, vẫn đang trong q trình nghiên cứu phát triển để hồn thiện vì những
nhược điểm lớn như chỉ có thể cung cấp không quá nhiều năng lượng điện cho xe, chi
phí cao, quãng đường cho mỗi lần sạc tương đối ngắn trong khi thời gian sạc lại khá lâu.
Nhưng tiềm năng phát triển rất lớn, nhất là những nước nhiệt đới có số giờ nắng và bức
xạ lớn vì ô tô có thể vừa sạc vừa di chuyển, qua đó có thể hướng tới 1 chiếc ơ tơ tương
lai có khả năng chạy qng đường vơ hạn mà khơng cần phải dừng lại để nạp nhiên liệu
hoặc sạc điện như những mẫu ô tô như hiện nay.
Tại Việt Nam, các nghiên cứu và sáng chế về ô tô sử dụng năng lượng mặt trời
đang ngày càng được chú ý. Những mẫu ô tô này thường nhỏ gọn, thân thiện với môi
trường, không gây ô nhiễm cũng như ồn ào khi vận hành. Trong số đó, có một kĩ sư
người Việt đang nghiên cứu phát minh ra mẫu ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời
có tên EVX Ventures Immortus có khả năng vận hành ấn tượng, di chuyển được quãng
đường 550km với tốc độ 85km/h nhờ khối lượng chỉ 550kg cùng với pin có dung lượng
lên đến 10kW.

SVTH: Ngô Đức Thọ

Hướng dẫn: TS.Phạm Quốc Thái

11