Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy

Xe điện ở thời điểm hiện nay đang đứng ở vị trí thứ nhất trong danh sách các phương

tiện xanh, bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, xe điện vẫn còn một số hạn chế như quãng đường

xe đi được còn thấp, thời gian sạc còn kéo dài từ 3 đến 4h, nên chưa được người sử dụng

lựa chọn nhiều. Từ thực tế trên việc cải tiến, áp dụng công nghệ mới vào xe điện là một

bước đi quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp xe điện. Giải

pháp tác giả đưa ra là sản phẩm Xe máy điện “Future Energy” sử dụng năng lượng điện từ

nguồn pin để cung cấp cho động cơ điện kéo xe chạy. Nguồn pin sẽ được sạc từ 2 dạng

năng lượng là quang điện và dynamo phát điện. Khi vận hành ở chế độ dynamo, người dùng

chỉ phải đạp để quay dynamo phát điện chứ không phải đạp để kéo xe chạy, do vậy tốn rất ít

năng lượng khác hoàn toàn so với các sản phẩm trước giờ (vừa đạp để kéo xe chạy vừa

quay dynamo phát điện). Bên cạnh đó công nghệ nạp và xả với 2 cell pin lithium-ion sẽ giúp

xe tăng quãng đường đi lên gấp 2 lần, giúp kiểm soát và bảo vệ pin, tăng tuổi thọ của pin

hơn so với các xe điện cùng công suất. Qua những gì đã đạt được có thể thấy việc chế tạo

Xe máy điện “Future Energy” là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa lớn đối với Việt Nam và

là một loại xe siêu sạch.

Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy trang 1

Trang 1

Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy trang 2

Trang 2

Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy trang 3

Trang 3

Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy trang 4

Trang 4

Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy trang 5

Trang 5

Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy trang 6

Trang 6

Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy trang 7

Trang 7

pdf 7 trang duykhanh 15760
Bạn đang xem tài liệu "Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy

Thiết kế và thi công xe máy điện hiệu suất cao sử dụng luân phiên hai nguồn năng lượng “Future Energy
 (3) với sinα là độ dốc 
của mặt đường, độ dốc 10% (sinα = 0,1), khi 
đó FD = 1000x0,1 = 100(N). 
Lực cản gió là FG = k.s.v2 (4) trong đó: 
k là hệ số cản không khí, s là diện tích cản 
chính diện, v là vận tốc, đối với “Future 
Energy” chọn k = 0,4(N.s2/m4), s = 0,6 (m2), 
v =25(km/h) => 6,95(m/s), khi đó FG = 0,4 x 
0,6 x 6,95 x 6,95 = 11,6 (N). 
Lực FQ= M.a (5) trong đó: M là khối 
lượng toàn bộ, a là gia tốc của xe (chọn a = 
1m/s
2
), khi đó FQ = 100 x 1= 100 (N). 
Thấy rõ FM là trường hợp cực đoan của 
công suất, trong thực tế 4 lực cản này không 
xảy ra cùng lúc. Ví dụ, khi xe lên dốc chạy 
đều với vận tốc nhỏ có thể bỏ qua lực cản 
quán tính và lực cản gió hoặc khi xe đang 
chạy ở tốc độ tối đa thì xem như không tồn 
tại lực cản lên dốc và lực cản quán tính. Như 
vậy lực cần thiết của động cơ ở hai trường 
hợp này là: 
FM = FL + FD = 120 (N) và FM = FL + 
FG = 31,6 (N) cả hai trường này đều nhỏ hơn 
trường hợp tổng quát là; FM = 
FL+FG+FD+FQ = 251,6 (N), và phù hợp với 
chế độ thực tế của xe. Trường hợp xe chạy ở 
tốc độ tối đa được xem là sử dụng hết công 
suất của động cơ, trường hợp xe leo dốc tuy 
lực cản có lớn hơn nhưng nếu xe chạy với 
vận tốc thấp thì công suất phụ tải cũng nhỏ 
hơn trường hợp chạy ở tốc độ tối đa. Vậy có 
thể chọn xe đang chạy ở vận tốc tối đa để xác 
định cân bằng công suất động cơ. Ta có công 
suất cản xe lúc này là P = 34 (N) và vận tốc 
là 6,95(m/s). P là công cản của xe, và công 
suất cần thiết của động cơ để cân bằng với 
công cản của xe trong trường hợp này là. P.v 
= 34 x 6.95 = 236 (W) từ đó tác giả quyết 
định sử dụng loại động cơ 3 pha với công 
suất 250W – 36VDC. 
Hình 1. Thiết kế khung sườn xe 
Bước ba: gia công khung sườn, thiết kế vị 
trí thuận lợi cho các chi tiết, lắp Dynamo vào 
khung sườn dưới của xe. Cơ cấu truyền động 
của xe là nhông, xích với 2 bánh răng lớn 32 
răng, và 2 răng nhỏ 12 răng. Với mục đích ở 
cùng 1 vòng đạp nhưng thông qua các bánh 
răng vòng tua của Dynamo sẽ tăng lên 3 lần. 
Bước ba. Lắp pin năng lượng mặt trời 
mái che của xe. Khung có kích thước 
700x400x30 mm có thể che mát vừa vặn cho 
người lái. Pin có thể nhận và chuyển hóa toàn 
bộ nắng thành năng lượng vì nằm ở vị trí 
12 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
thuận lợi nhất. 2 tấm pin năng lượng mặt trời 
Mono cho công suất 100W. 
Hình 2. Hai tấm pin năng lượng mặt trời 
được lắp trên Future Energy. 
2.2. Áp dụng năng lượng mặt trời cho xe 
máy điện “Future Energy” 
Tề bào quang điện (pin năng lượng mặt 
trời) ngày nay đã không còn gì xa lạ với 
những chiếc xe điện đời mới, được tích hợp 
vào xe để cung cấp năng lượng cho xe khi 
vận hành. 
Do Xe máy điện “Future Energy” được 
thiết kế là một phương tiện di chuyển chuyên 
dụng với 2 bánh, nên việc chọn pin năng 
lượng mặt trời cũng phải phù hợp với tiêu chí 
thuận tiện, việc thiết kế máy che phía trên 
nhằm để gắn 2 tấm pin năng lượng mặt trời. 
Loại Pin được sử dụng trên xe là 
Monocrystaline 50W của hãng Shenzhen 
Sungold Co.,lt với thông số kỹ thuật như sau: 
Bảng 2. Thông số tấm pin Monocrystaline 
Stt Thông số kỹ 
thuật 
Đơn 
vị 
Giá trị 
1 Công suất W 50 
2 Kích thước mm 700x400x30 
3 Khối lượng kg 7,3 
4 Điện áp tối ưu V 28,5 
5 Dòng tối ưu A 5,49 
6 Hiệu suất % 18,41 
Tính toán thời gian nạp của pin năng 
lượng mặt trời: với 2 tấm pin năng lượng mặt 
trời cho ra công suất 100W (ampe 5.5 với 
điều kiện thời tiết đạt chuẩn) thời gian để sạc 
đầy cho 1 cell pin vào khoảng hơn 5h. 
2.3. Áp dụng năng lượng điện cảm ứng 
vào xe máy điện “Future Energy” 
Dòng điện cảm ứng (dynamo) có thể 
nhận thấy rằng xe máy điện “Future Enegy” 
là chiếc xe máy điện đầu tiên sử dụng dòng 
điện cảm ứng để tạo dòng điện trực tiếp cho 
xe di chuyển và nạp điện cho xe. Chọn 
dynamo cho xe: Trên Future Energy được 
trang bị dynamo phát điện 24V với công suất 
500W. Với công suất làm việc ổn định người 
sử dụng khi muốn sạc điện cho xe cần đạp 
bàn đạp với tần suất 40 – 45 vòng/phút thì 
điện áp ra vào khoảng 30V. Việc vận hành và 
làm việc của Dynamo được một đồng hồ hiển 
thị và cập nhật trực tiếp cho người sử dụng 
phương tiện biết. Và khi sạc với cơ cấu này 
người dùng mất khoảng thời gian 2 giờ 15 
phút để sạc đầy 1 cell pin. Điểm mới ở 
Future Energy là khi người dùng đạp bàn đạp 
của xe sẽ thấy rất nhẹ vì hệ thống truyền 
động đạp của xe chỉ tác động vào Dynamo để 
tạo ra dòng điện sạc vào Pin, và tách biệt ra 
khỏi phần moto của xe. Vì thế khi người sử 
dụng đạp xe bánh xe sẽ không di chuyển. 
2.4. Chọn pin cho Future Energy 
 Ắc quy chì - axít: 
Ắc quy chì - axít là một trong những 
kiểu ắc quy đầu tiên trên thế giới, nó được sử 
dụng rất phổ biến vì giá thành rẻ, vận hành 
an toàn. Tuy nhiên, loại ắc quy này có mật độ 
năng lượng thấp nên rất nặng, tuổi thọ kém 
(thường là 3 năm với điều kiện vận hành 
đúng tiêu chuẩn), nạp chậm và khó tái chế. 
 Ắc quy Lithium - ion: 
Ắc quy Lithium - Ion là dòng ắc quy 
đang được sử dụng phổ biến trong các loại ô 
tô điện đang và sắp được thương mại hóa vì 
nó có mật độ năng lượng cao nhất trong các 
loại ắc quy, khả năng nạp nhanh tốt (30 phút 
có thể nạp được 80%), tuổi thọ cao (có thể 
lên tới 10 năm). Cho đến nay, đây là loại ắc 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
13 
quy được sử dụng phổ biến nhất cho ô tô 
điện trong nghiên cứu và trong công nghiệp. 
Kết luận: với điều kiện thực tế tại Việt 
Nam và yêu cầu đặt ra đối với xe thiết kế ta 
chọn phương án sử dụng ắc quy Lithium – 
Ion là phương án tối ưu nhất. Pin được chọn 
sử dụng trên Future Energy là Loại Lithium 
ion với thông số như sau: 
Bảng 3. Thông số kỹ thuật 2 cell pin 
lithium – ion 
Model Điện áp – 
dung lượng 
Kích thước 
(CxRxD) 
Trọng 
lượng (kg) 
365-
36s15 
36V-15Ah 70x93x240 2,6 
2.5. Kết hợp hai nguồn năng lượng vào xe 
máy điện “Future Energy” 
Hình 3. Sơ đồ tổng quát cơ cấu phối hợp 
giữa 2 dạng năng lượng 
Ở cách kết hợp này người sử dụng xe có 
thể thao tác xe một cách đơn giản, như trong 
sơ đồ thể hiện ở Hình 5, khi người di chuyển 
nhận thấy rằng pin đang dần hết (đồng hồ 
báo phần trăm pin), người dùng có thể bật 
khóa K1 để sạc điện cho pin và ấn vào nút 
nhấn “N” để điều khiển role chọn sạc vào 
cell pin 1 hoặc pin 2. Và như thế người dùng 
có thể bật khóa K2 để sạc bằng năng lượng 
cảm ứng điện. 
Lý do để chọn và kết hợp hai dạng năng 
lượng này với nhau là vì: Hai dạng năng 
lượng này là năng lượng tái tạo không gây ô 
nhiễm môi trường, có tính cơ động cao, hoạt 
động ổn định trong mọi điều kiện thời tiết, 
gọn nhẹ dễ dàng thiết kế và lắp đặt vào xe. 
3. HỆ THỐNG NẠP XẢ VÀ THỜI 
GIAN TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG 
3.1 Hệ thống nạp và xả của “Future 
Energy” 
Xe máy điện Future Energy được trang 
bị 2 cell pin Lithium, mỗi cell 36V – 15Ah 
để cung cấp cũng như lưu trữ năng lượng cho 
xe. 2 cell pin được lắp đặt và hoạt động độc 
lập tách biệt nhau. Cell pin 1 được lắp ở phía 
trước khung sườn xe, cell pin 2 được lắp phía 
sau yên xe. Với cơ cấu hoạt động như sau: 
Khi 2 cell pin đã được sạc đầy chúng ta 
chọn 1 trong 2 cell pin để sử dụng, lúc mới 
chạy chúng ta có thể sạc bằng năng lượng 
mặt trời và năng lượng điện cảm ứng thông 
qua cách đạp xe hoặc không. Trong khoảng 
thời gian sử dụng người dùng có thể biết mức 
độ pin trong cell 1 còn bao nhiêu phần trăm 
(%) thông qua 2 đồng hồ led báo dung lượng 
và điện áp của pin, để có thể thay đổi cell 
pin. Trường hợp cell pin 1 hết người sử dụng 
sẽ chuyển qua cell pin 2 để sử dụng thông 
qua công tắc “số 2” trên đồng hồ xe. Và đồng 
thời đóng công tắc “số 1” lại. 
Trong lúc di chuyển với cell pin 1 đã hết 
người sử dụng bật chế độ sạc bằng năng lượng 
mặt trời hoặc bật chế độ sạc điện cảm ứng, khi 
bật chế độ này người lái xe sẽ phải đạp bàn 
đạp kéo Dynamo tạo ra dòng điện nạp vào xe, 
do bàn đạp chỉ kéo Dynamo nên việc đạp xe 
không gây khó khăn gì cho người sử dụng cả 
(nhẹ đạp). Hoặc có thể sử dụng cơ chế sạc 
song song cả 2 nguồn năng lượng. Do Future 
Energy được chế tạo có chức năng tự tạo ra 
năng lượng cho nó vận hành, nên việc sạc 
điện dân dụng thường ít sử dụng đến. 
3.2 Nghiên cứu thời gian tiêu thụ năng 
lượng và quãng đường xe đi được 
Xe máy điện “Future Energy” sử dụng 
động cơ điện có công suất 250W 36V DC. 
Một Dynamo phát điện 500W và 2 cell pin 
Lithium 36V - 15Ah.2 tấm pin năng lượng 
mặt trời với công suất là 100W. Với những 
thông số thiết bị đưa ra, tạm tính toán như sau: 
14 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Một động cơ điện 250W sẽ tiêu thụ 
250Wh trong một giờ, từ đó suy ra một cell 
pin hoạt động sẽ đáp ứng cho xe 2 giờ hoạt 
động liên tục, tương đương với quãng đường 
đi là 50km với tốc độ 25 – 30km/h. Ta có 2 
cell pin, nếu sạc đầy thì quãng đường Future 
Energy đi được là 100km. Và khi tiến hành 
chế tạo Future Energy thành công và đưa vào 
chạy thử nghiệm: 
Bảng 4. Kết quả thử nghiệm của Future Energy ở các chế độ 
TT Chế độ thử nghiệm (2 cell pin đầy) Tốc độ 
(km/h) 
Thời gian xe hoạt 
động (giờ) 
Số người 
lái 
1 Di chuyển trên đường nhựa phẳng. 24 3,45 1 
2 Di chuyển trên dường có độ dốc 100 16 3,00 1 
TT Chế độ thử nghiệm vừa di chuyển 
vừa sạc (2 cell pin đầy) 
Tốc độ 
(km/h) 
Thời gian hoạt 
động (giờ) 
Số người 
lái 
1 Di chuyển trên đường nhựa phẳng 24 4,08 1 
2 Di chuyển trên dường có độ dốc 100 16 3,20 1 
Sau nhiều lần thử nghiệm, chạy trên 
nhiều dạng địa hình khác nhau, Future 
Energy đã cho thấy những ưu điểm tuyệt vời 
với quãng đường xe đi được lên đến 95km. 
Bên cạnh đó thứ nhất khi điều kiện có nắng 
xe sẽ được nạp lại 20 – 25% pin mà xe sử 
dụng nhờ 2 tấm pin năng lượng mặt trời trên 
mái xe. Thứ hai khi đạp bàn đạp trên xe 
Dynamo tạo ra dòng điện và nạp lại vào xe từ 
30 – 35% pin mà xe đang sử dụng. Tùy theo 
tốc độ đạp xe mà năng lượng được phục hồi 
tương ứng. 
4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 
Future Energy là chiếc xe máy điện đầu 
tiên tại Việt Nam sử dụng công nghệ lai giữa 
năng lượng điện cảm ứng và năng lượng mặt 
trời, vận hành hoàn toàn độc lập mà không 
cần phải sạc điện sau 6 – 8h hoạt động vì xe 
có thể tự tạo ra năng lượng trong quá trình 
vận hành và công nghệ nạp – xả với 2 cell 
pin độc lập, giúp tăng quãng đường xe đi 
được, tăng tuổi thọ pin. Giúp người sử dụng 
di chuyển tốt mà không cần phải lo lắng gì về 
vấn đề hết pin, mất thời gian sạc, ... 
Với sơ đồ khái quát về cơ cấu hoạt động 
của xe và giúp người sử dụng tương tác với 
xe một cách dễ dàng, các hệ thống của xe đều 
được lắp khóa K tách biệt khác nhau, để 
người dùng có thể tương tác thuận lợi mà 
không bị nhầm lẫn. Khi vận hành khóa K1 và 
khóa K2 được sử dụng để chuyển đổi cell pin 
1 và cell pin 2 lần lượt cung cấp điện năng 
cho động cơ xe hoạt động, K3 là khóa K để 
nạp điện vào cell pin 1 và K4 là khóa K để 
nạp điện vào cell pin 2. Khóa K5 là khóa K 
điều khiển cho điện từ năng lượng mặt trời 
vào pin, còn lại khóa K6 là cho dòng điện từ 
Dynamo vào pin. Bên cạnh đó trên đồng hồ 
của xe có một công tắc ON – OFF, công tắc 
đóng vai trò là chìa khóa của xe, khi người sử 
dụng muốn di chuyển phải bật công tắc trên 
trước khi điều khiển xe. 
Hình 4. Sơ đồ tổng quát về hệ thống hoạt 
động của Future Energy 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
15 
Khi vận hành ở chế độ dynamo, người 
dùng chỉ phải đạp để quay dynamo phát điện 
chứ không phải đạp để kéo xe chạy, do vậy 
tốn rất ít năng lượng khác hoàn toàn so với 
các sản phẩm trước giờ (vừa đạp để kéo xe 
chạy vừa quay dynamo phát điện. 
Hình 5. Xe máy điện “Future Energy” 
Xe máy điện “Future Energy” là một 
chiếc xe điện lai đầu tiên tại Việt Nam sử 
dụng năng lượng mặt trời và năng lượng điện 
cảm ứng để cung cấp toàn bộ năng lượng cho 
xe hoạt động của xe, đáp ứng được nhu cầu 
đi lại của người sử dụng trên quãng đường 
trung bình. Và yếu tố hàng đầu là tiết kiệm 
và thân thiện với môi trường, sử dụng những 
công nghệ mới để đáp ứng mọi nhu cầu của 
người sử dụng. Có những ưu điểm vượt trội 
hẳn so với các xe điện cùng công suất. 
LỜI CẢM ƠN 
Để hoàn thành bài báo khoa học cũng 
như đề tài nghiên cứu khoa học trên tác giả 
xin được chân thành cảm ơn giáo viên 
hướng dẫn PGS.TS Lê Chí Kiên đã tận tình 
hướng dẫn và đóng góp ý kiến và cảm ơn 
các bạn học đã giúp đỡ trong quá trình thực 
hiện đề tài. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Nhóm Nano.1 với chiếc xe năng lượng mặt trời, Đổi mới sáng tạo, Tạp chí Tia Sáng 
(29/07/2013). 
[2] GS.TSKH. Bùi Văn Ga, Th.S. Nguyễn Quân: Xe gắn máy hybrid điện-gas. Tạp chí 
Giao thông Vận tải số 1+2/2008, pp. 49-51 và 68. 
[3] Bùi Văn Ga, Nguyễn Quân, Nguyễn Hương, Nguyễn Việt Hải: Giải pháp phối hợp công 
suất cho xe gắn máy hybrid. Tuyển tập Hội Nghị Cơ Học Thuỷ Khí toàn quốc 2009, pp. 
157-164, Đà Nẵng 22-25/7/2009. 
[4] J,Arai, “Lithium Secondary Batteries for Hybrid Electric Vehicle”, Material Stage, 
p.19(Mar.2003) in Japanese. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
Nguyễn Hữu Trung 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM 
Email: 17142337@student.hcmute.edu.vn 

File đính kèm:

  • pdfthiet_ke_va_thi_cong_xe_may_dien_hieu_suat_cao_su_dung_luan.pdf