Biến một chiếc ô tô cũ thành máy phát điện mạnh mẽ
(blog.arduino.cc)- Đây là một dự án tận dụng xe minivan Toyota Sienna có giá trị lưu thông trên đường thấp nhưng động cơ vẫn còn tốt, để biến một chiếc xe sắp bị bỏ đi thành nguồn điện off-grid
- Máy phát điện chất lượng cao có thể tốn từ vài nghìn đến vài chục nghìn USD, vì vậy động cơ ô tô cũ vẫn hoạt động bình thường có thể là một giải pháp thay thế giá rẻ
- Jake von Slatt định kết hợp đầu phát điện xoay chiều từ một máy phát Harbor Freight bị hỏng với động cơ Sienna để tạo ra đầu ra AC 60Hz
- Arduino Nano Every và H-bridge điều khiển bộ chấp hành cruise control để giữ động cơ ổn định quanh 3600rpm
- Bằng cách tái sử dụng xe cũ chuẩn phế liệu và các bộ phận máy phát cũ, dự án tạo ra một máy phát điện thực dụng có thể dùng ngoài lưới điện
Tận dụng xe sắp thành phế liệu làm động cơ cho máy phát điện
- Máy phát điện là thiết bị đắt tiền
- Các mẫu nhỏ, chất lượng thấp có thể mua với giá vài trăm USD
- Máy phát điện chất lượng cao có giá từ vài nghìn đến vài chục nghìn USD
- Ô tô cũ có thể rất rẻ, đặc biệt nếu chúng ở trong tình trạng khó lưu thông trên đường
- Jake von Slatt đã công bố một loạt video về quá trình biến một chiếc xe chuẩn phế liệu nhưng còn động cơ hoạt động thành một máy phát điện mạnh mẽ
- Động cơ của dự án này được lấy từ một xe minivan Toyota Sienna
- Bản thân chiếc xe không còn nhiều giá trị để tiếp tục chạy trên đường
- Động cơ vẫn hoạt động tốt
- Có đủ công suất để dùng cho mục đích phát điện
- Đầu phát điện xoay chiều được lấy từ một máy phát Harbor Freight có động cơ bị hỏng
Duy trì đầu ra 60Hz bằng Arduino
- Để sử dụng thiết bị gia dụng và dụng cụ điện, đầu ra điện áp AC phải duy trì 60Hz ổn định
- Hệ thống cruise control của Sienna vốn điều khiển bướm ga để giữ tốc độ bánh xe ổn định
- Trong dự án này, cùng hệ thống đó được dùng để giữ động cơ ở 3600rpm nhằm duy trì 60Hz
- Mạch điều khiển được xây dựng xoay quanh Arduino Nano Every board và H-bridge
- Arduino điều khiển mô-tơ servo của bộ chấp hành cruise control thông qua H-bridge
- Điện áp đầu ra của đầu phát xoay chiều được hạ xuống 5V để theo dõi tần số
- Nếu tần số thấp, Arduino sẽ xoay bộ chấp hành để tăng tốc độ động cơ và điều chỉnh về 60Hz
- Kết quả là một chiếc ô tô vốn sẽ bị bỏ đi cùng một máy phát điện cũ có thể được tái sử dụng thành thiết bị cung cấp điện off-grid thay vì bị thải bỏ
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Để làm kiểu này, tốt hơn nên đặt hộp số giữa động cơ và máy phát
Động cơ ô tô có thể chạy ở 3600rpm, nhưng thông thường khi tải cao, quanh 2000rpm là tiết kiệm nhiên liệu nhất. Ở tải thấp, vòng tua thấp hơn sẽ hiệu quả hơn, nhưng hệ thống làm mát của ô tô có thể không đủ lớn để chịu tải cao trong thời gian dài, nên cho động cơ chạy ở 1800rpm rồi dùng hộp số 1:2 để tạo vòng tua phù hợp cho máy phát có vẻ là một thiết kế đơn giản và “đủ gần”
Với động cơ hiện đại hơn, nhờ cải tiến công nghệ, hiệu suất tối đa có thể nằm quanh 3000rpm. Tuy nhiên trong trường hợp này, chênh lệch giữa công suất động cơ và công suất tối đa của máy phát quá lớn nên có lẽ không có nhiều ý nghĩa. Máy phát này là 5500W, tức khoảng 7,4 mã lực, và kể cả tính đến hiệu suất máy phát thì tải tối đa cũng chỉ khoảng 8 mã lực. Động cơ Toyota Sienna có công suất tối đa khoảng 200 mã lực, nên so với việc điều hòa ô tô ngốn khoảng 4 mã lực, máy phát này còn chưa tới gấp đôi tải của điều hòa. Rốt cuộc, một cấu hình puli để động cơ chạy gần mức không tải nhằm giảm tổn thất bên trong động cơ có vẻ hợp lý hơn
Đặt toàn bộ lên một pallet đã gia cố là xong. Cấu hình này khó có thể cấp điện ổn định suốt nhiều tháng cho nhu cầu của một hộ gia đình thông thường ở Bắc Mỹ, nhưng nhiều khả năng nó hoàn toàn làm được những việc mà động cơ 150cc đáng ngờ của máy phát điện rẻ tiền từng làm trước khi hỏng
Cấu hình hay đấy. Tôi từng sống trên du thuyền một thời gian; nếu trời âm u nhiều ngày liền thì rất khó sạc đầy pin bằng năng lượng mặt trời
Động cơ diesel M35 Universal nhỏ mà tôi dùng có nhiều mô-men xoắn, và dùng mô-men đó để quay máy phát 110V 120A. Nó sạc pin giống máy phát điện ô tô, nhưng trong trường hợp của tôi là sạc 6 bộ pin lithium sắt phosphate 12V 200Ah. Với các pin này, tôi chạy được các thiết bị “trong nhà” như inverter 120V 3000W, điều hòa, tủ lạnh, máy pha cà phê, máy lọc nước ngọt, bếp điện, đèn, thiết bị hàng hải, bộ đàm, Starlink, Xbox trong nhiều ngày. Nếu không thích hình dáng chiếc xe, chỉ cần đặt riêng động cơ lên giá đỡ và đấu dây như trong video; những thứ cần để động cơ chạy chỉ là đường nhiên liệu, đánh lửa và nén
Vì sau khi đèn chuyển xanh, chỉ mất vài giây để đạt tốc độ, rồi sau đó chỉ cần công suất thấp hơn nhiều. Du thuyền thì về cơ bản có thể làm mát bằng nguồn nước biển gần như vô hạn. Và động cơ nhiều khả năng cũng cần máy tính, khi đó sẽ cần cả hệ thống điện
Trong lĩnh vực phát điện bán DIY, động cơ Lister và các bản sao của nó là Listeroid cũng đáng xem
Chạy bằng diesel thì đó là một động cơ khá hiệu quả để kéo hệ thống dây đai bạn muốn, và cũng có thể đổi tải từ máy phát sang máy xay hoặc bơm nước. Hầu hết các nhiên liệu thay thế như biodiesel hoặc dầu thải cũng dùng được, và nhờ kết cấu đơn giản, vòng tua thấp nên bền và dễ bảo trì
http://www.justliveoffgrid.com/InstallationGuide.html
https://diesel-bike.com/Lister_Gen/Lister1.html
Tôi không chắc bản độ này hợp lý đến mức nào. Ban đầu đó là một máy phát bị thải bỏ vì động cơ gốc đã hỏng, và có thể gắn một động cơ 4 kỳ bán sẵn với giá dưới 1000 đô la
Thay vào đó họ mang về một chiếc xe mà ngay cả ở tình trạng phế thải cũng có thể đáng giá khoảng một nửa giá động cơ mới, rồi còn tốn diện tích chiếc xe chiếm chỗ, thiết bị điện tử và chi phí chế tạo, để rồi kết quả là dùng một động cơ xe phế thải gần 200 mã lực kéo một máy phát chỉ dùng được tối đa khoảng 10 mã lực. Bản chế tạo ứng biến thì xuất sắc, nhưng rất khó tưởng tượng có lý do gì để làm y hệt lần thứ hai
Họ nói rằng nếu nhả ly hợp cruise control thì xe vẫn chạy được, và còn dùng để chở đồ hoặc hàn nữa
Có thể là một câu hỏi ngớ ngẩn, nhưng vì các xe hybrid như Prius vốn được thiết kế để dùng như một dạng máy phát điện, nên tôi nghĩ một chiếc Prius cũ có khi là lựa chọn tốt hơn để làm máy phát cố định?
Giờ nguồn xe cũng nhiều và giá đã khá rẻ. Sau khi sống trong cảnh mất điện 5 ngày sau trận derecho ở Iowa tháng 8/2020, tôi mới hiểu hoàn toàn nguồn điện khẩn cấp quan trọng đến mức nào. Không thể mua được máy phát điện, thậm chí máy phát ngoài sân của một trại cứu hộ động vật cũng bị trộm mất. Xăng và đá cũng khó kiếm, bếp điện nên nấu nướng rất khó. Lò nướng pellet cũng chạy điện nên không dùng được, và sau 3 ngày thì phải vứt hết đồ ăn trong tủ lạnh và tủ đông
Motor-máy phát của Prius gần như đạt trên 90%. Dù motor-máy phát có thể không chạy liên tục ở duty cycle 100%, công suất tối đa của nó là hàng chục kW nên cần tải khá lớn mới đáng kể. Nhiều máy phát trên ô tô không chịu được tải tối đa trong thời gian dài và chỉ cho được khoảng 2kW, nên có rủi ro. Cuộn dây hoặc bộ điều áp có thể quá nhiệt; đôi khi có bảo vệ nhiệt nhưng không phải lúc nào cũng có. Gắn thêm làm mát cưỡng bức để hỗ trợ quạt ly tâm thì có thể dùng như giải pháp tạm
https://fridge0.branchable.com/
https://fridge0.branchable.com/thermal_mass/
Công suất có hạn, nhưng khi mất điện vì bão tuyết mùa đông, nó đủ chạy hệ thống sưởi dầu và Internet trong vài ngày. Vì động cơ chỉ chạy khi cần sạc pin hybrid nên hiệu quả hơn nhiều so với máy phát thông thường. Nếu gắn inverter phù hợp với pin hybrid 140V thì có thể lấy được nhiều điện hơn, nhưng cách này nhanh và dễ. Tôi đã thử nối tủ lạnh thay cho hệ thống sưởi, nhưng inverter bị ngắt vì vấn đề nối đất. May là ngoài trời lạnh nên vẫn trụ được. Kế hoạch khôi phục sau thảm họa chưa thật sự hoàn tất cho đến khi được kiểm thử đến cùng
Vì pin truyền động không đặc biệt lớn, nếu không ghép với pack lớn hơn thì có lẽ động cơ sẽ phải chạy khá thường xuyên. Cũng có người độ hệ thống hybrid NiMH để đánh lừa nó dùng cell LiFePO4, bằng cách gắn bộ điều khiển sạc riêng cho từng cell. Rốt cuộc hệ thống điều khiển của xe chỉ nhìn thấy điện áp cell mà thôi
Thuật toán điều khiển cơ bản của anh ta có vẻ còn rất nhiều chỗ để cải thiện. Chỉ cần dùng một bộ điều khiển PID đơn giản cũng có thể phản ứng nhanh hơn nhiều với thay đổi tải và hội tụ về vị trí bướm ga phù hợp
Nhìn controller bò chậm chạp như vậy hơi bực
“Tôi đã nghĩ đến chuyện đó và thấy đó là ý hay. Khi kỹ năng lập trình của tôi khá hơn, có lẽ tôi sẽ quay lại dự án này. Tôi đã để sẵn cáp USB nối với Arduino nên cập nhật code sẽ rất dễ!”
Thậm chí có thể hack luôn cruise control để đặt “tốc độ” ở 60Hz
3600rpm là khá cao. Thiết bị này có vẻ sẽ ăn nhiều nhiên liệu
Cần tính xem nó có thật sự tiết kiệm tiền hơn một máy phát dân dụng tử tế hay không. Tôi cũng lo về độ tin cậy của tổ hợp linh kiện mà người dùng tự tích hợp hơn là bản thân động cơ
Bản thân anh ta rõ ràng cũng biết đây là kiểu Mad Max “làm từ đống đồ linh tinh nhặt được” cho một vấn đề vốn đã có lời giải. Về mặt ý tưởng thì hay, nhưng phạm vi sử dụng rất hẹp và khách quan mà nói không phải ý tưởng tốt. Nếu dùng động cơ có quạt ly hợp lớn và két nước được che chắn tốt thì có thể giải quyết phần nào chuyện làm mát; còn muốn tiết kiệm nhiên liệu thì tốt hơn nên dùng hệ thống điều khiển không tải của động cơ ở vòng tua thấp hơn. Dù vậy vẫn là tô son cho lợn, và ra Harbour Freight thì có thể mua được một con lợn trông đẹp hơn
Những việc kiểu này thường nằm ngoài phạm vi trải nghiệm hoặc hiểu biết của độc giả HN trung bình, nhưng thú vị là ở đây mọi người lại đặc biệt nhìn nhận khắt khe hơn
Cấu hình này hoàn toàn không lý tưởng, nhưng những người thích cơ khí thường thích mày mò mấy thứ như vậy. Tôi cũng nằm trong số đó
Bản thân việc DIY thì thú vị, nhưng nếu muốn nghĩ ở quy mô lớn hơn thì tài liệu này đáng xem
https://academiccommons.columbia.edu/doi/10.7916/D81N8CPF
Phần tóm tắt nhấn mạnh giá trị của việc cải hoán và đưa các động cơ piston đốt trong cỡ nhỏ, sản xuất hàng loạt vào thiết kế hệ thống không phải ô tô. Xuất phát điểm là quan sát rằng nếu chuẩn hóa theo công suất, động cơ đốt trong rẻ hơn 100 lần so với các nhà máy điện lớn truyền thống. Ngoài ra, phần lớn nhất của bài báo nói về việc mô hình hóa, thiết kế, cải hoán và thử nghiệm động cơ piston tịnh tiến như một máy nén. Tận dụng việc động cơ ở dạng hiện có về bản chất là máy nén tịnh tiến, bài viết xem xét liệu có thể cải hoán chúng một cách hiệu quả về chi phí thành máy nén khí quy mô nhỏ hay không
Nếu dùng làm nguồn dự phòng khẩn cấp hoặc cho mục đích công suất dự phòng như bài báo nói thì ổn, nhưng dùng để phát điện thông thường thì chi phí vận hành rất đắt. Ý tưởng mô-đun hóa thì hay, nhưng đó cũng là khái niệm đã có trong các nhà máy điện ảo (VPP) hiện đang được xây dựng
Máy phát 2 cực đó là loại dành cho động cơ xăng một xi-lanh gào lên ở 3600rpm
Máy phát lớn hơn là loại 4 cực nên có thể chạy ở 1800rpm với 60Hz, hoặc 1500rpm với 50Hz. 5500W cũng không phải là mạnh lắm, chỉ ở mức đầu phát của máy phát điện xăng di động tiêu chuẩn. Động cơ ô tô có công suất quá dư và nhiều khả năng không vận hành gần điểm có hiệu suất tốt. Tốc độ của động cơ điện xoay chiều hoặc máy phát điện là RPM = 120f/p, trong đó f là Hz, còn p là số cực