Luận văn Mô phỏng, thử nghiệm và đánh giá thiết bị thu hồi năng lượng điện cảm trên hệ thống điện ô tô (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Mô phỏng, thử nghiệm và đánh giá thiết bị thu hồi năng lượng điện cảm trên hệ thống điện ô tô (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỖ MINH TRIẾT MÔ PHỎNG, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GiÁ THIẾT BỊ THU HỒI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN Ô TÔ NGÀNH:KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 S K C0 0 5 2 3 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỖ MINH TRIẾT MÔ PHỎNG, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ THU HỒI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN Ô TÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2016
3. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Đỗ Minh Triết Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1991 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Phú Yên Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 17/82 Lý Tự Trọng, phường 7, TP.Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: nguyendominh.triet@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: 09/2009 đến 09/2013 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. Ngành học: Cơ khí động lực. Tên đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, chế tạo thiết bị thu hồi năng lượng điện cảm trên hệ thống điện ô tô. Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 20/07/2013 tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: ThS Phan Nguyễn Quí Tâm. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 01/04/2014 Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long Giảng viên i
4. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 ii
5. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM LỜI CẢM TẠ Với khoảng thời gian học cao học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, được sự giảng dạy nhiệt tình của quí Thầy trong ngành Kỹ thuật cơ khí động lực, tôi đã tiếp thu được nhiều kiến thức quý báu làm cơ sở và nền tảng trong việc nghiên cứu và tiếp cận thêm tài liệu mới từ đó giúp tôi hoàn thiện thêm trên rất nhiều lĩnh vực nhất là về lĩnh vực chuyên môn. Đầu tiên, tôi xin dành lời cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS.TS Đỗ Văn Dũng, người thầy đã hết lòng tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Phan Nguyễn Quí Tâm và quý Thầy đang công tác tại khoa Cơ khí động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong công việc thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi tham gia khóa học. Dù tôi đã hoàn thành luận văn nhưng chắc sẽ còn thiếu sót, mong nhận được ý kiến đóng góp của quý Thầy Cô để luận văn được hoàn thiện tốt hơn. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành và gửi lời chúc sức khỏe đến quý Thầy cô, gia đình và mọi người. Học viên thực hiện iii
6. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Đề tài “Mô phỏng, thử nghiệm và đánh giá thiết bị thu hồi năng lượng điện cảm trên hệ thống điện ô tô” mô phỏng, thử nghiệm, đánh giá nguồn năng lượng thu được từ xung suất điện động tự cảm phát ra từ kim phun, bô bin và đánh giá hiệu suất năng lượng thu hồi từ thiết bị bô bin, kim phun. Đề tài mô phỏng nguồn năng lượng thu được từ các xung suất điện động tự cảm ở các tốc độ động cơ khác nhau. Đồng thời thực nghiệm thu hồi năng lượng, đo kiểm nguồn năng lượng thu được vào thiết bị lưu trữ siêu tụ điện, từ đó so sánh kết quả từ thực nghiệm và mô phỏng. Kết quả hiệu suất thu hồi năng lượng từ các xung suất điện động tự cảm đạt được 11,81÷15,6% trong mô phỏng và hiệu suất thu được từ thực nghiệm là 10,42÷13,32 %. Đề tài góp phần hoàn thiện bộ thu hồi năng lượng điện cảm trên hệ thống điện ô tô. Tuy nguồn năng lượng thu được là không lớn, nhưng nó góp phần giảm tiêu hao nhiên liệu của ô tô, tăng tuổi thọ của các thiết bị điện tử trên ô tô. Từ khóa: Suất điện động tự cảm, thu hồi năng lượng, siêu tụ điện. iv
7. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM ABSTRACT Thesis "Simulating, experiment and evaluating energy recovery devices from coil inductance in automotive electrical systems" presents simulation, tests and evaluation obtained energy resources of pulse electromotive force generating from the coils such as injectors, ignition coils, assess obtained energy efficiency from the ignition coils, injector. Simulation an calculation of obtained energy for various engine speeds. Provide experiment result to collect energy, measurement of obtained energy on supercapacitors and compared the results from experiments and simulations. The energy recovery from coil inductance reached 11.81÷15.6% in simulation and from experiments 10.42÷13.32%. Thesis is a foundation to make the perfect inductive energy recovery in automotive electrical systems. The obtained energy is not big, however, it contributes to reduce fuel consumption of automobiles, increases the life circle of electronic devices in vehicles. Keywords: electromotive inductance, energy recovery, supercapacitor. v
8. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM TẠ ii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xiv Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Lý do chọn đề tài 1 1.2. Các kết quả nghiên cứu 1 1.2.1. Trong nước 1 1.2.2. Ngoài nước 2 1.3. Mục đích đề tài 3 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 1.5. Phương pháp nghiên cứu 4 1.6. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 4 1.7. Giới hạn của đề tài 5 1.8. Kết quả dự kiến đạt được 5 1.9. Bố cục dự kiến của luận văn 5 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Giới thiệu mô đun Siêu tụ điện Maxwell và động cơ 4S-FE 6 2.1.1. Siêu tụ điện là gì? 6 2.1.2. Cấu tạo siêu tụ 7 2.1.3. So sánh siêu tụ điện với các thiết bị lưu trữ năng lượng điện khác 7 2.1.4. Ứng dụng siêu tụ điện vào việc tích trữ nguồn năng lượng điện thu được từ các xung suất điện động tự cảm 10 vi
9. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 2.1.5. Thông số kỹ thuật mô hình động cơ 4S-FE 12 2.2. Giới thiệu phần mềm MATLAB Simulink. Lập mô hình toán, mô phỏng nạp điện cho siêu tụ 13 2.2.1. Giới thiệu phần mềm MATLAB Simulink 13 2.2.2. Ứng dụng MATLAB Simulink mô phỏng nạp điện cho siêu tụ 13 2.3. Các thông số xử lý số liệu thực nghiệm 16 Chương 3: MÔ PHỎNG NĂNG LƯỢNG THU ĐƯỢC TỪ BÔ BIN, KIM PHUN NẠP VÀO SIÊU TỤ 3.1. Giới thiệu bộ thu hồi năng lượng điện cảm và năng lượng sử dụng cho thiết bị bô bin, kim phun 21 3.1.1. Mạch thu hồi năng lượng đối với kim phun 22 3.1.2. Mạch thu năng lượng tự cảm đối với bô bin 24 3.2. Sử dụng MATLAB Simulink mô phỏng nạp điện cho siêu tụ 26 3.2.1. Năng lượng thu được ở tốc độ động cơ 900 vòng/phút 28 3.2.2. Năng lượng thu được ở tốc độ động cơ 1200 vòng/phút 36 3.2.3. Năng lượng thu được ở tốc độ động cơ 1500 vòng/phút 38 3.2.4. Năng lượng thu được ở tốc độ động cơ 1800 vòng/phút 41 3.2.5. Năng lượng thu được ở tốc độ động cơ 2100 vòng/phút 44 Chương 4: THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ THU HỒI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CẢM 4.1. Quy trình kết nối thiết bị 48 4.2. Kết quả thu hồi năng lượng bằng thực nghiệm 49 4.2.1. Kết quả với tốc độ 900 vòng / phút 49 4.2.2. Kết quả với tốc độ 1200 vòng/phút 49 4.2.3. Kết quả với tốc độ 1500 vòng/phút 50 4.2.4. Kết quả với tốc độ 1800 vòng/phút 51 4.2.5. Kết quả với tốc độ 2100 vòng/phút 52 4.2.6. Xử lý số liệu thực nghiệm 53 vii
10. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 4.3. Tính gần đúng đối với năng lượng cung cấp cho hệ thống phun xăng, đánh lửa ở các tốc độ khác nhau 54 4.3.1. Tốc độ động cơ 900 vòng/phút 55 4.3.2. Tốc độ động cơ 1.200 vòng/phút 56 4.3.3. Tốc độ động cơ 1.500 vòng/phút 57 4.3.4. Tốc độ động cơ 1.800 vòng/phút 58 4.3.5. Tốc độ động cơ 2.100 vòng/phút 59 4.4. So sánh, đánh giá kết quả từ thực nghiệm và mô phỏng 60 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận 62 5.2. Kiến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC viii
11. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của bộ thu hồi năng lượng điện cảm 2 Hình 1.2: Mô hình mạch điện của siêu tụ 3 Hình 2.1: Biểu đồ thể hiện năng lượng riêng của một số thiết bị lưu trữ năng lượng điện 6 Hình 2.2: Siêu tụ điện hai lớp 7 Hình 2.3: Vật liệu carbon xốp 7 Hình 2.4: Siêu tụ Maxwell BCAP 0350. 10 Hình 2.5: Hình ảnh mô đun siêu tụ điện thực tế 12 Hình 2.6 : Sơ đồ mạch điện dùng để mô phỏng quá trình phóng nạp của siêu tụ điện. 13 Hình 2.7: Mô phỏng nạp siêu tụ với dòng điện 3 A có độ rộng xung 10 % 14 Hình 2.8: Kết quả mô phỏng với dòng điện nạp 10 % 15 Hình 2.9: Dòng điện nạp được phóng to 15 Hình 2.10: Mô hình mô phỏng năng lượng nạp vào Siêu tụ 16 Hình 2.11: Kết quả mô phỏng tăng trưởng năng lượng tích trữ trong siêu tụ 16 Hình 3.1: Xung tự cảm phát ra từ bô bin và xung điện áp nạp nào siêu tụ. 22 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồi năng lượng cho kim phun. 22 Hình 3.3: Bộ thu hồi năng lượng kim phun 23 Hình 3.4: Đo xung tự cảm phát ra từ kim phun và xung điện áp nạp nào siêu tụ 24 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồi năng lượng đối với bô bin 24 Hình 3.6: Bộ thu hồi năng lượng đối với bô bin 25 Hình 3.7: Bộ điều khiển 26 Hình 3.8: Sơ đồ mạch điện dùng để mô phỏng quá trình phóng nạp của Siêu tụ điện 26 Hình 3.9: Xung điện áp, dòng điện phát ra từ âm bô bin, kim phun 28 Hình 3.10: Kết quả đo dòng điện và điện áp của xung nạp từ kim phun 28 ix
12. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Hình 3.11: Dòng điện nạp thực tế vào Siêu tụ thu được từ kim phun và bobine 29 Hình 3.12: Mô hình mô phỏng dòng điện thu được từ bô bin nạp vào cho siêu tụ. 30 Hình 3.13: Khai báo thông số dòng điện nạp tốc độ động cơ 900 vòng/phút 30 Hình 3.14: Dòng điện nạp được phóng to 31 Hình 3.15: Mô phỏng ST được nạp với điều kiện dòng điện nạp từ bô bin thực tế với tốc độ động cơ 900 vòng/phút 31 Hình 3.16: Mô hình mô phỏng dòng điện thu được từ kim phun nạp vào cho siêu tụ. 32 Hình 3.17: Khai báo thông số dòng điện nạp tốc độ động cơ 900 vòng / phút 32 Hình 3.18: Dòng điện nạp được phóng to 32 Hình 3.19: Mô phỏng siêu tụ được nạp với dòng điện phát ra từ kim phun ở điều kiện thực tế với tốc độ động cơ 900 vòng/phút 33 Hình 3.20: Mô hình mô phỏng xung suất điện động tự cảm thu được từ bô bin và kim phun nạp vào cho siêu tụ. 34 Hình 3.21: Khai báo thông số dòng điện nạp tốc độ động cơ 900 vòng / phút 34 Hình 3.22: Sự biến thiên điện áp, năng lượng tích trữ của siêu tụ được nạp liên tục với dòng điện phát ra từ kim phun và bô bin ở điều kiện thực tế 35 Hình 3.23: Dòng điện nạp siêu tụ từ kim phun, bô bin tốc độ 1200 vòng/phút 36 Hình 3.24: Mô hình mô phỏng điện áp, năng lượng thu được từ bô bin và kim phun nạp vào cho siêu tụ. 37 Hình 3.25: Khai báo thông số dòng điện nạp ở tốc độ động cơ 1200 vòng/phút 37 Hình 3.26: Mô phỏng siêu tụ được nạp liên tục với dòng điện phát ra từ kim phun và bô bin ở điều kiện thực tế với tốc độ động cơ 1200 vòng/phút 37 Hình 3.27: Kết quả mô phỏng ở 25,8 giây 38 x
13. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Hình 3.28: Xung điện áp, dòng điện phát ra từ âm bô bin, kim phun ở tốc độ động cơ 1500 vòng/phút 38 Hình 3.29: Dòng điện nạp cho mô đun siêu tụ từ kim phun, bô bin ở tốc độ 1500 vòng/phút. 39 Hình 3.30: Mô hình mô phỏng điện áp, năng lượng thu được từ bô bin và kim phun nạp vào cho siêu tụ. 39 Hình 3.31: Khai báo thông số dòng điện nạp ở tốc độ động cơ 1500 vòng/phút 40 Hình 3.32: Mô phỏng siêu tụ được nạp liên tục với dòng điện phát ra từ kim phun và bô bin ở điều kiện thực tế ở tốc độ động cơ 1500 vòng/phút 40 Hình 3.33: Kết quả mô phỏng ở 31,5 giây 41 Hình 3.34: Dòng điện nạp cho mô đun siêu tụ từ kim phun, bô bin ở tốc độ 1800 vòng/phút 41 Hình 3.35: Mô hình mô phỏng điện áp, năng lượng thu được từ bô bin và kim phun nạp vào cho siêu tụ. 42 Hình 3.36: Khai báo thông số dòng điện nạp với tốc độ động cơ 1800 vòng/phút 42 Hình 3.37: Mô phỏng siêu tụ được nạp liên tục với dòng điện phát ra từ kim phun và bô bin ở điều kiện thực tế với tốc độ động cơ 1800 vòng/phút 43 Hình 3.38: Kết quả mô phỏng ở 35,1 giây 44 Hình 3.39: Dòng điện nạp cho mô đun siêu tụ từ kim phun, bô bin ở tốc độ 2100 vòng/phút 44 Hình 3.40: Mô hình mô phỏng điện áp, năng lượng thu được từ bô bin và kim phun nạp vào cho siêu tụ. 45 Hình 3.41: Khai báo thông số dòng điện nạp với tốc độ 2100 vòng/phút 45 Hình 3.42: Mô phỏng siêu tụ được nạp liên tục với dòng điện phát ra từ kim phun và bô bin ở điều kiện thực tế với tốc độ 2100 vòng/phút 46 Hình 3.43: Kết quả mô phỏng ở 37,8 giây 47 Hình 4.1: Bố trí thử nghiệm 49 xi
14. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Hình 4.2: Kết quả đo điện áp hiển thị bằng chương trình PicoScope 6 Automotive 50 Hình 4.3: Kết quả đo điện áp hiển thị bằng chương trình PicoScope 6 Automotive 51 Hình 4.4: Kết quả đo điện áp hiển thị bằng chương trình PicoScope 6 52 Hình 4.5: Kết quả đo điện áp hiển thị bằng chương trình PicoScope 6 53 Hình 4.6: Xung dòng điện phát ra từ bô bin, kim phun và số liệu thu được khi tốc độ động cơ 900 vòng/phút 56 Hình 4.7: Xung dòng điện phát ra từ bô bin, kim phun và số liệu thu được khi tốc độ động cơ 1200 vòng/phút 57 Hình 4.8: Xung dòng điện phát ra từ bô bin, kim phun và số liệu thu được khi tốc độ động cơ 1500 vòng/phút 58 Hình 4.9: Xung dòng điện phát ra từ bô bin, kim phun và số liệu thu được khi tốc độ động cơ 1.800 vòng/phút 59 Hình 4.10: Xung dòng điện phát ra từ bô bin, kim phun và số liệu thu được khi tốc độ động cơ 2100 vòng/phút 60 xii
15. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: So sánh các thông số kỹ thuật của siêu tụ với các thiết bị lưu trữ khác 17 Bảng 2.2: Thống kê một số siêu tụ của các hãng. 18 Bảng 2.3 : Thông số kỹ thuật của siêu tụ Maxwell BCAP 0350. 20 Bảng 2.4: Thông số mô đun siêu tụ 16,2V – 116F. 21 Bảng 4.1: Thực nghiệm đối với tốc độ 900 v/ph 49 Bảng 4.2: Kết quả thử nghiệm đối với tốc độ 1200 v/ph 50 Bảng 4.3: Kết quả thử nghiệm đối với tốc độ 1500 v/ph 51 Bảng 4.4: Kết quả thử nghiệm đối với tốc độ 1800 v/ph 52 Bảng 4.5: Kết quả thử nghiệm đối với tốc độ 2100 v/ph 53 Bảng 4.6: Kết quả xử lý số liệu thực nghiệm bằng phần mềm R 53 Bảng 4.7: Thống kê và so sánh nguồn năng lượng thu được và năng lượng tiêu hao. 61 xiii
16. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT EDLC : Electrochemical Double Layer Capacitors FET : Field-Effect Transistor ST : Siêu tụ v/ph : vòng/phút s : giây ms : mili giây MATLAB : matrix laboratory xiv
17. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 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. Với sự phát triển của công nghệ siêu tụ điện, giảng viên và sinh viên khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã và đang chế tạo thiết bị thu hồi năng lượng điện cảm trên hệ thống điện ô tô nhằm thu hồi xung điện áp cao phát ra từ các thiết bị có kết cấu là cuộn cảm như bô bin, kim phun, rơ le . Và góp phần tăng tuổi thọ của các thiết bị điện tử trên ô tô. Nhưng chưa có ai thử nghiệm, mô phỏng và đánh giá năng lượng sẽ thu được từ bộ thu năng lượng điện cảm này. Qua quá trình tìm hiểu, tôi quyết định thực hiện đề tài:“Mô phỏng, thử nghiệm và đánh giá thiết bị thu hồi năng lượng điện cảm trên hệ thống điện ô tô”, nhằm đánh giá nguồn năng lượng thu được từ các xung tự cảm và hiệu suất của bộ thu hồi năng lượng điện cảm. 1.2. Các kết quả nghiên cứu 1.2.1. Trong nước  Bài báo “ Nghiên cứu, thi công hệ thống tích lũy năng lượng điện dạng cảm kháng trên hệ thống điện ô tô” của nhóm tác giả Phan Nguyễn Quí Tâm, Đỗ Văn Dũng, Đỗ Quốc Ấm, Nguyễn Bá Hải đăng trên tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật số 32. Nhóm tác giả đã thiết kế, thi công thiết bị thu hồi năng lượng tự cảm, thiết bị điều khiển và lưu trữ năng lượng thu được vào siêu tụ điện. Trang 1
18. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của bộ thu hồi năng lượng điện cảm  Bài báo “Tính toán sức điện động tự cảm trên hệ thống đánh lửa lai” của nhóm tác giả Đỗ Quốc Ấm, Đỗ Văn Dũng, Phan Nguyễn Quí Tâm, Lê Khánh Tân đăng ở tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật số 32. Từ các thông số của hệ thống đánh lửa tác giả đã mô phỏng được sự tăng trưởng của dòng điện sơ cấp và suất điện động tự cảm phát ra từ cuộn sơ cấp của bô bin. 1.2.2. Ngoài nước  Công nghệ thu hồi năng lượng phanh i-ELoop (Intelligent Energy Loop) của hảng ô tô Mazda – Nhật Bảnđược ứng dụng trong điều kiện lái xe phải thường xuyên tăng tốc và phanh. Hãng Mazda đã thử nghiệm trên xe Mazda 6, khi dùng hệ thống i- ELoop thì lên cao tốc chạy được40 mpg (5,88 lít/100km) còn khi không sử dụng i- ELoop được 38 mpg (6,19 lít/100km).  Luận văn thạc sĩ “Tích trữ năng lượng bằng ắc quy và siêu tụ điện” của nhóm tác giả Martin Hadartz và Martin Julanderđã sử dụng mạch Buck – Boost để chuyển đổi điện áp DC-DC nạp cho siêu tụ điện, đồng thời cũng biến đổi điện áp của siêu tụ ra để cung cấp cho các tải điện.  Luận văn “So sánh các chương trình mô phỏng cho siêu tụ điện” của nhóm tác giả Patrik Johansson và Bjorn Anderssonđã sử dụng các phần mềm Simulink, SimPowerSystems, OrCAD Capture, PSCAD, Saber, PLECS và Dymola mô phỏng Trang 2
19. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM và đưa ra kết quả điện áp phóng nạp của siêu tụ điện, năng lượng tích trữ trong siêu tụ với sơ đồ mạch điện như hình 2. Trong đó trừ Simulink thì các chương trình khác thì các mô hình điện đều có sẵn trong thư viện, còn khi dùng Simulink các mô hình phức tạp được mô hình hóa từ các hàm cơ bản, phù hợp cho các tín hiệu đầu vào hoặc các linh kiện có đặc tính phi tuyến. Hình 1.2: Mô hình mạch điện của siêu tụ C: đại diện cho siêu tụ R2: đại diện cho hiện tượng tự xả của tụ R1: đại diện cho tổn thất trong quá trình nạp xả R3: bảo vệ tránh điện áp nạp lớn hơn điện áp của tụ Cp: đại diện cho tụ điện kí sinh  Trong quá trình hiểu về suất điện động tự cảm tác giả đã tìm hiểu được một số mạch điện liên quan đến suất điện động tự cảm như chuyển đổi điện áp boost-buck, chuyển đổi Flyback ứng dụng làm tăng hoặc giảm điện áp. Hay triệt tiêu suất điện động tự cảm với mạch Snubber bằng các linh kiện như điện trở, đi ốt, tụ điện. 1.3. Mục đích đề tài  Mô phỏng bằng MATLAB năng lượng điện cảm phát ra từ kim phun, bô bin thu được vào siêu tụ điện. Trang 3
20. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM  Tiến hành thử nghiệm, hiệu chỉnh để thu hồi được nhiều năng lượng nhấtvà động cơ thử nghiệm có trạng thái hoạt động ổn định đối với mô hình động cơ Toyota 4S-FE.  Đánh giá sự phù hợp của bộ thu hồi năng lượng điện cảm đối với động cơ. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu - Sử dụng động cơ 4S-FE; - Nghiên cứu bộ thu hồi năng lượng điện cảm; - Ứng dụng phần mềm MATLAB Simulink. - Thiết bị đo xung và thiết bị thử nghiệm động cơ.  Phạm vi nghiên cứu - Tìm hiểu thông số của các thiết bị trên động cơ 4S-FE phục vụ cho mô phỏng MATLAB; - Nghiên cứu lắp đặt thiết bị thu hồi năng lượng điện cảm lên mô hình động cơ Toyota 4S-FE. 1.5. Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu tài liệu, thu thập các thông tin liên quan đến đề tài, học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè;  Phương pháp thực nghiệm;  Phương pháp tính toán, phân tích, so sánh kết quả đạt được. 1.6. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài Đề tài “Mô phỏng, thử nghiệm và đánh giá thiết bị thu hồi năng lượng điện cảm trên hệ thống điện ô tô” giúp đánh giá được hiệu suất tốt nhất của bộ thu hồi năng lượng điện cảm, nguồn năng lượng thu hồi được từ các xung suất điện động tự cảm phát ra từ bô bin và kim phun, nhằm góp phần bảo vệ thiết bị điện tránh hư hỏng bởi các xung điện áp cao và giảm lượng nhiệt sinh ra cho các thiết bị điện. Sử dụng nguồn năng lượng này để cung cấp cho một số phụ tải trên xe hoạt động, giảm tiêu hao nhiên liệu. Trang 4
21. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 1.7. Giới hạn của đề tài  Năng lượng của một xung tự cảm rất nhỏ nên chỉ thu hồi ở thiết bị hoạt động liên tục như bô bin và kim phun.  Bộ thu hồi năng lượng điện cảm chỉ lắp đặt và hiệu chỉnh đúng với mô hình động cơ Toyota 4S-FE. 1.8. Kết quả dự kiến đạt được  Mô phỏng quá trình tăng dòng điện tự cảm, năng lượng tự cảm phát ra từ bô bin và kim phun và năng lượng được nạp cho siêu tụ điện;  Dùng máy đo xung thu kết quả dòng điện tăng trưởng điện áp trong siêu tụ, từ đó tính được năng lượng nạp vào siêu tụ, so sánh với kết quả mô phỏng;  Kết luận và đánh giá khả năng ứng dụng vào thực tiễn. 1.9. Bố cục dự kiến của luận văn Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Mô phỏng năng lượng thu được từ bô bin, kim phun nạp vào siêu tụ. Chương 4: Thử nghiệm, đánh giá thiết bị thu hồi năng lượngđiện cảm. Chương 5: Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. Phụ lục. Trang 5
22. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mục tiêu: - Giới thiệu siêu tụ, các thông số xử lý số liệu thực nghiệm. - Giới thiệu phần mềm MATLAB, mô phỏng nạp dòng điện cho siêu tụ - Giới thiệu các thông số xử lý số liệu thực nghiệm và phần mềm R. 2.1. Giới thiệu mô đun Siêu tụ điện Maxwell và động cơ 4S-FE 2.1.1. Siêu tụ điện là gì? Siêu tụ điện còn được biết với các tên như Supercapacitor, Electrochemical Double Layer Capacitors (EDLC) hoặc Ultracapacitor. Siêu tụ là thiết bị tích trữ năng lượng, nó có mật độ năng lượng cao giúp cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện yêu cầu khả năng cung cấp năng lượng nhanh, ta có một tụ điện nhôm tích trữ được khoảng 100 đến 300 Wh/kg trong khi đó một bình ắc quy chì - axit tích trữ được khoảng 30 đến 40 Wh/kg và hiện đại hơn nữa là những loại pin lithium-ion tích trữ được từ 100 đến 265 Wh/kg. Các siêu tụ điện tích trữ gấp 10 lần so với ắc quy. Hình 2.1: Biểu đồ thể hiện năng lượng riêng của một số thiết bị lưu trữ năng lượng điện Trang 6
23. S K L 0 0 2 1 5 4