Nghiên cứu quá trình nạp phanh ắc quy được sử dụng trên các loại xe ô tô điện và hybrid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN VĂN THOAN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NẠP NHANH ẮC QUY ĐƯỢC SỬ DỤNG TRÊN CÁC LOẠI XE Ô TÔ ĐIỆN VÀ HYBRID LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN VĂN THOAN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NẠP NHANH ẮC QUY ĐƯỢC SỬ DỤNG TRÊN CÁC LOẠI XE Ô TÔ ĐIỆN VÀ HYBRID CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS ĐÀM HOÀNG PHÚC Hà Nội – Năm 2013 MỤC LỤC MỤC LỤC………………………………………………………………………………….1 LỜI CAM ĐOAN ………………………………………………………………….3 LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………… DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU Ô TÔ ĐIỆN .8 1.1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN a Thời kỳ đầu b Suy yếu biến .10 c Sự trở lại phát triển 10 d Một số mẫu ô tô điện giới Việt Nam 11 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA Ô TÔ ĐIỆN 15 1.3 NĂNG LƯỢNG CHO XE ĐIỆN 19 1.3.1 MỘT SỐ LOẠI NGUỒN SỬ DỤNG CHO Ô TÔ ĐIỆN 19 1.3.2 VẤN ĐỀ NẠP ĐỐI VỚI ẮC QUY 25 CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM VÀ QUÁ TRÌNH NẠP CỦA ẮC QUY 26 2.1 CÁC THÔNG SỐ ẮC QUY .27 2.2 CÁC VẤN ĐỀ KHI NẠP ẮC QUY 35 2.2.1: SẠC ẮC QUY VLRA ĐƠN 35 2.2.2 SẠC ẮC QUY NIMH 37 2.2.3 SẠC ẮC QUY LITHIUM -ION .43 a Khái quát chung ắc quy Li-ion xe điện 43 b Vấn đề Over-charging ắc quy Lithium-ion 46 c Sạc ắc quy Li-ion bị over-discharge .47 d Vấn đề cân tế bào 49 e Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình sạc ắc quy 51 f Các yêu cầu sử dụng ắc quy Li-ion 52 2.3 SẠC NHANH XE ĐIỆN 52 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG Q TRÌNH NẠP ẮC QUY 64 3.1 MÔ PHỎNG ẮC QUY 64 a Mô ắc quy mở mạch 64 b Ắc quy mạch kín 66 c Dung lượng ắc quy 67 3.2 CÁC PHƯƠNG ÁN MÔ PHỎNG 69 3.2.1 KHẢO SÁT THEO CÁC CÔNG SUẤT NẠP 70 3.2.2 KHẢO SÁT THEO CÁC DÒNG NẠP 73 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Những nội dung trình bày luận văn thực với hướng dẫn khoa học TS Đàm Hoàng Phúc, thầy giáo, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội với giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp Nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với tên đề tài đăng ký phê duyệt Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết luận văn trung thực Tác giả Trần Văn Thoan LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế Việt Nam, đô thị lớn Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh dễ dàng nhận thấy tình trạng nhiễm khơng khí mức báo động Để tiến tới mơi trường khơng khí khu đô thị lớn, cần thiết phải sử dụng phương tiện giao thông giới không phát thải Do việc Việt Nam làm chủ công nghệ, tự sản xuất ô tô điện giải pháp tối ưu việc bảo vệ môi trường Trong giới có bước tiến dài cơng nghệ chế tạo ô tô điện, Việt Nam đứng ngồi dịng chảy xu tất yếu không muốn tụt hậu xa Nếu không nhanh chóng triển khai nghiên cứu, tiếp tục bị lệ thuộc vào giới, nhu cầu cấp bách từ thực tiễn Việc tự nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tơ điện góp phần thúc đẩy phát triển công nghiệp phụ trợ Điều hoàn toàn phù hợp với chủ trương mong muốn Chính phủ chiến lược phát triển ngành cơng nghiệp tơ Việt Nam nói chung Do em chọn đề tài: ”Nghiên cứu trình nạp nhanh ắc quy sử dụng loại xe tơ điện hybrid” nhằm đóng góp phần việc tìm hiểu, nghiên cứu tơ điện Việt nam Nội dung luận văn bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Đặc điểm trình nạp ắc quy Chương 3: Tính tốn mơ q trình nạp ắc quy Kết luận Hà Nội, ngày18 tháng 03 năm 2013 Người thực Trần Văn Thoan DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN Đơn vị TT Ký tự Giải thích ký tự BMS Hệ thống quản lý ắc quy VRLA Ắc quy chì- axit khơng bảo dưỡng US DOE Bộ lượng Mỹ USABC Hội liên hiệp Ắc quy tiên tiến EV Xe ô tô điện HEV Xe tơ hybrid điện ICV Ơ tơ trang bị động đốt Ip, In Dòng điện phóng/nạp A V bs Điện áp hệ thống ắc quy V 10 V bn Điện áp phần hệ thống ắc quy V 11 T bs Nhiệt độ hệ thống ắc quy 12 SE batt Mật độ lượng Wh/kg 13 SP batt Mật độ công suất W/kg 14 Cn Dung lượng ắc quy Ah 15 E SD Năng lượng tổn thất tự phóng ắc quy Wh 16 α SD 17 E bNorm Năng lượng danh định ắc quy Wh 18 Ri DC Điện trở ắc quy Ω 19 η batt Hiệu suất nạp ắc quy % 20 E dis Hiệu suất lượng ắc quy % 21 V oc Điện áp hở mạch V 22 Ri Điện trở Ω 23 Ib Dịng điện phóng cố định A 24 SOC Trạng thái nạp ắc quy % 25 OCV Điện áp mở mạch - 26 V ave Giá trị điện áp trung bình V 27 R ave Trở kháng ắc quy trung bình Ω 28 P Cơng suất bắt nguồn từ ắc quy Ah Hệ số tự phóng 24h C - 29 C Dung lượng Ah 30 DOD Mức độ phóng ắc quy % 31 Vc Điện áp cực ắc quy V 32 AC Điện xoay chiều - 33 DC Điện chiều - 34 E Suất điện động ắc quy V 35 Cp Dung lượng Peukert Ah 36 k Hệ số Peukert - DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG LUẬN VĂN TT Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 So sánh thuộc tính loại ắc quy 24 Bảng 2.1 Vùng nhiệt độ làm việc số loại ắc quy 51 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1 Xe taxi New York sử dụng động điện vào năm 1901 Hình 1.2 Xe đua sử dụng động điện ‘La Jamais Contente’ Hình 1.3: Lộ trình 40 năm nghiên cứu ô tô điện Mitsubishi Motors .11 Hình 1.4: Xe ô tô điện i-MiEV đưa thị trường .11 Hình 1.5: Xe điện OLEV nạp điện không dây online KAIST 12 Hình 1.6: Xe điện Tại Thượng Hải, Trung Quốc 12 Hình 1.7: Xe điện chạy thành phố Nga 13 Hình 1.8: Xe - M.GO .13 Hình 1.9: Xe Zap .14 Hình 1.10: Xe điện mui hở 15 Hình 1.11: Mức độ phát thải khí CO tương đương loại động đốt điện .16 Hình 1.12: Mức độ phát thải tương đương loại động đốt điện 16 Hình 1.13: Hiệu suất lượng tương đuơng loaị động đốt điện 17 Hình 1.14: Chỉ số sử dụng lượng xe ô tô động xăng điện .18 Hình 1.15 Ngun lý hóa học tế bào nhiên liệu 22 Hình 1.16 Minh họa hệ thống tế bào nhiên liệu xe ô tô điện .22 Hình 1.17 Cấu tạo siêu tụ điện 22 Hình 1.18 Sản phẩm siêu tụ điện Maxwell Technology module tụ lớn thị trường 23 Hình 2.1 Phân loại ắc quy theo mật độ lượng 28 Hình 2.2 Quan hệ công suất lượng loại ắc quy 29 Hình 2.3 Mạch đo điện trở Ri DC .30 Hình 2.4: So sánh SOC bình thường SOC điều chỉnh 33 Hình 2.5: So sánh cơng suất ắc quy mức 50% SOC 34 Hình 2.6: Các giai đoạn nạp chuỗi ắc quy VRLA .36 Hình 2.7: Biến đổi áp suất ắc quy trình nạp 39 Hình 2.8: Cấu hình nhiệt độ nạp thấp cho ắc quy NiMH 40 Hình 2.9: Giới hạn gia tăng nhiệt độ cho ắc quy NiMH 40 Hình 2.10: Cấu hình nạp để tăng nhiệt độ 2°C/phút 41 Hình 2.11: Hệ thống ắc quy Li-ion tơ điện 43 Hình 2.12 Quy trình sạc ắc quy Li-ion 44 Hình 2.13: Các giai đoạn nạp ắc quy lithium-ion .46 Hình 2.14 Các vùng làm việc ắc quy 47 Hình 2.15: Bốn giai đoạn sạc ắc quy bị Over-discharge 48 Hình 2.16: Hệ thống cân áp thụ động .50 Hình 2.17: Cấu hình nạp nhanh cho ắc quy động lực 54 Hình 2.18: Cấu hình nạp nhanh điện áp/dịng điện cho ắc quy VRLA .55 Hình 2.19: Đặc tính máy sạc điện áp không đổi 56 Hình 2.20: Cấu hình nạp điện áp tối đa – cơng suất tối đa – dịng điện tối đa 57 Hình 2.21: Sự biến đổi dòng nạp dung lượng ắc quy .60 Hình 3.1: Mạch tương đương đơn giản .65 Hình 3.2 Mạch tương đương phần tử .65 Hình 3.3 Mạch tương đương ắc quy nối với tải 66 Hình 3.4: Mối quan hệ SoC thời gian nạp 70 Hình 3.5: Mối quan hệ cơng suất nạp thời gian nạp đầy 71 Hình 3.6: Mối quan hệ hiệu điện thời gian nạp 71 Hình 3.7: Mối quan hệ hiệu điện SoC 72 Hình 3.8 thể mối quan hệ công suất nạp hiệu suất lượng 73 Hình 3.9: Mối quan hệ SoC thời gian nạp 74 Hình 3.10: Mối quan hệ dịng nạp thời gian nạp đầy 74 Hình 3.11: Mối quan hệ hiệu điện thời gian nạp 75 Hình 3.12: Mối quan hệ hiệu điện SoC 75 Hình 3.13: Mối quan hệ công suất nạp hiệu suất lượng 76 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu ô tô Điện 1.1.1 Lịch sử phát triển ô tô Điện a Thời kỳ đầu Ô tô điện khái niệm mà thực tế có lịch sử lâu đời Từ đầu kỷ 19, xe chạy nguồn lượng điện có vị cạnh tranh tương đương với xe chạy động nước Vào khoảng năm 1832 1839, Robert Anderson người Scotland phát minh loại xe điện chuyên chở Năm 1842, hai nhà phát minh người Mỹ Thomas Davenport Scotsmen Robert Davidson trở thành người đưa ắc quy vào sử dụng cho ô tô điện Đến năm 1865, Camille Faure thành công việc nâng cao khả lưu trữ điện ắc quy, giúp cho xe điện di chuyển quãng đường dài Pháp Anh hai quốc gia đưa ô tô điện vào phát triển hệ thống giao thông vào cuối kỷ 18 [1] Vào cuối kỷ 19 với khả sản xuất hàng loạt lớn ắc quy có khả sạc lại, xe điện bắt đầu sử dụng rộng rãi Vào năm 1901, hãng taxi New York sử dụng xe tơ điện (hình 1.1) Vào thời điểm với ưu vượt trội so với động đốt động nước, xe ô tô điện sử dụng rộng rãi Chiếc xe đua mang tên ‘La Jamais Contente’ dẫn động động điện đạt vận tốc cực đại 106 km/h ( Hình 1.2) xe vượt qua tốc độ 100 km/h lịch sử ngành công nghiệp chế tạo ô tô [1] Vào năm 1920 hàng trăm nghìn xe ô tô điện sản xuất nhiều chủng loại khác nhau: xe con, xe tải thùng kín (van), xe bt… CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG Q TRÌNH NẠP ẮC QUY 3.1 Mơ ắc quy Việc mô hệ thống kỹ thuật luôn quan trọng hữu ích, cho phép tìm hiểu ảnh hưởng tham số điều kiện làm việc tới hoạt động hệ thống Ví dụ, xây dựng mơ hình ắc quy cho phép dự đốn ảnh hưởng thay đổi độ dày lớp oxit chì điện cực âm ắc quy axít chì kín Các mơ hình sử dụng quan hệ vật lý hóa học kết hợp với sức mạnh máy tính cho phép mơ thực với khả đoán trước tốt Một số loại khác xây dựng để mô làm việc ắc quy điều kiện làm việc khác Loại mơ hình sử dụng để dự đốn tính làm việc ắc quy toàn hệ thống điên xe điện Loại mơ hình dựa phân tích liệu hoạt động thực tế khác với mơ hình dựa quan hệ vật lý hóa học Trong phần quan tâm tới mơ hình có khả mơ tính hoạt động ắc quy hệ thống điện xe điện Tuy nhiên việc xây dựng mô hình ắc quy phức tạp khó khăn, độ tin cậy không cao Sự làm việc ắc quy phụ thuộc vào số liệu đo lường được, ví dụ nhiệt độ, điện áp, SOC… Tuy nhiên, phụ thuộc thơng số khó xác định cách xác, tuổi tác cách ắc quy sử dụng trước Sai số sản xuất chênh lệch tế bào khác ắc quy tác động lớn tính sử dụng ắc quy Những vấn đề nhiệm vụ việc mô mơ hình hóa ắc quy a Mơ ắc quy mở mạch Nhiệm vụ việc mô làm việc ắc quy xây dựng mạch tương đương Hình 3-1 mạch tương đương đơn giản cho ắc quy Một hạn chế loại hình mạch khơng giải thích q trình q độ Ví dụ, tải kết nối với ắc quy, điện áp thay đổi 64 (thấp hơn) giá trị Trong thực tế, điều không điện áp cần có thời gian để xuống giá trị Hình 3.1: Mạch tương đương đơn giản Hình 3.2 Mạch tương đương phần tử Hình 3-2 cho thấy mạch tương đương phức hợp mô q trình q độ Do vậy, sử dụng mơ hình mơ làm việc ắc quy xác Tuy nhiên mục đích mô ắc quy ô tô điện để dự đốn tính làm việc xe điện: tốc độ, gia tốc, quãng đường Trong mô này, trình độ ắc quy nhỏ sử dụng mơ hình ắc quy với mạch tương đương hình 3-1.Tốc độ xe thay đổi chậm, trình độ ắc quy nhỏ so với q trình Do mơ ắc quy, sử dụng mạch tương đương hình 3-1 Chúng ta hiểu giá trị tham số mạch (E R) số Suất điện động E ắc quy quan trọng cần phải thiết lập thay đổi theo trạng thái ắc quy.Trong trường hợp ắc quy chì axit kín, thấy suất điện động E tỷ lệ thuận với mức độ phóng ắc quy (DOD = ắc quy phóng hết, DOD = ắc quy nạp đầy) Suất điện động ắc quy chì tính theo cơng thức sau E = n × (2.15 - DoD × (2.15 - 2,00)) Trong trường hợp ắc quy NiCad là: 65 (3.1) (3.2) E=n E: Suất điện động ắc quy DOD: Trạng thái xả ắc quy n: Số lượng tế bào ắc quy Điện trở cần tính tốn bị ảnh hưởng trạng thái nạp nhiệt độ Điện trở ắc quy axít chì NiCad đưa phương trình (3.3) (3.4) R=n (3.3) R=n (3.4) b Ắc quy mạch kín Hình 3.3 Mạch tương đương ắc quy nối với tải Khi xe tốc độ định, theo cơng suất định u cầu từ động địi hỏi cơng suất điện định từ ắc quy Do cần thiết để mô hoạt động ắc quy mức lượng định, khơng phải dịng điện Bước để tìm phương trình cho dịng điện từ ắc quy hoạt động công suất P (W) Chúng ta biết rằng: P=V×I (3.5) 66 Trong q trình nạp dịng điện vào ắc quy nên điện áp hai cực ắc quy: V = E + IR (3.6) Nếu ta kết hợp phương trình (3.6) với cơng thức cơng suất ta có: P = V × I = (E + IR) × I = EI + RI (3.7) Nghiệm cho phương trình bậc hai là: (3.8) I= Có hai nghiệm cho phương trình bậc hai Đối với nghiệm có giá trị tuyệt đối lớn, có nghĩa dịng điện lớn làm sụt áp lớn dẫn đến cơng suất bị tổn hao lớn ta không dùng giá trị nghiệm này, mà ta dùng nghiệm có giá trị thấp Giá trị R, điện trở tế bào, thông thường khác nạp phóng Khi chạy mơ phỏng, phải nhớ công suất dương phương trình (3.8) cho dịng điện vào ắc quy c Dung lượng ắc quy Dung lượng ắc quy giảm mạnh dịng phóng tăng Việc phóng với dịng 1A 10 khơng phóng với dịng 10 A Hiện tượng đặc biệt quan trọng cho xe điện có dịng thường cao, dẫn tới dung lượng Để để dự đốn tác động dịng điện tới dung lượng, thiết kế xe thực đo dung lượng lại ắc quy, đồng hồ đo dung lượng lại ắc quy xe Độ sâu phóng ắc quy (DOD) cần thiết cho việc xác định điện áp mạch mở cách sử dụng phương trình (3.1) (3.2) Cách tốt để làm điều sử dụng mơ hình Peukert Với mơ hình tính xác khơng cao dịng điện thấp, lại xác dịng điện cao phù hợp với việc mơ xe điện có dịng điện lớn Điểm khởi đầu mơ hình dung lượng Peukert, số, cho phương trình: Cp = Ik T (3.9) 67 k số gọi hệ số peukert Dung lương peukert tương đương với dung lượng bình thường (Ah) cho ắc quy chế độ dịng phóng 1A Giả sử ắc quy có dung lượng danh nghĩa 40 Ah mức 5h Điều có nghĩa có dung lượng 40Ah xả dòng điện: = 8A I= (3.10) Nếu hệ số peukert 1,2 dung lượng peukert là: Cp = 81,2 × = 60,6 Ah (3.11) Biến đổi phương trình (3.9) thời gian ắc phóng hết điện dịng là: (3.12) T= Từ phương trình (3.9) (3.12) dịng điện I phóng từ ắc quy, theo quan điểm dung lượng ắc quy, xuất dịng điện phóng ắc quy Ik (A) Với I k lớn 1.0, Ik lớn I Chúng ta sử dụng điều mô ắc quy thực tế, để quan sát thay đổi điện áp ắc quy trình nạp Điều thực theo phương thức mơ step-by-step, tính tốn lượng nạp bước Bước thời gian tính tốn δt Nếu dòng điện nạp I (A), dung lượng nạp khoảng thời gian là: δt × Ik (3.13) Tổng dung lượng nạp bước thứ n là: = [Ah] (3.14) Độ sâu xả ắc quy, bước thứ n mô step-by-step là: (3.15) * Tính tốn hệ số Peukert Làm để tìm hệ số peukert xuất bảng đặc điểm kỹ thuật ắc quy Tuy nhiên ln có đầy đủ thơng tin để tính giá trị dung lượng ắc quy hai lần xả khác Phương pháp tìm kiếm hệ số peukert từ hai định mức Ah sau 68 Giả sử ta có hai dung lượng khác C C với hai dòng điện khác I I2: (3.16) Chúng ta có hai phương trình cho cơng suất Peukert, phương trình (3.9): (3.17) Tuy nhiên, hệ số Peukert không đổi, bên phải phương trình (3.17) nhau, đó: = = Giả ta được: k= Phương trình tính hệ số peukert k cho ắc quy, ta có hai giá trị cho cơng suất hai T lần xả khác Lấy ví dụ ắc quy danh nghĩa 42 Ah, phương trình (3.16) trở thành: = = 4.2 A = = 33.6 A Từ ta có: = 1.107 k= Tính tốn thực với ắc quy nào, theo nguyên tắc chung hệ số peukert thấp, ắc quy tốt.[1] 3.2 Các phương án mô Tiến hành mô ắc quy Nicad với thông số sau: Loại ắc quy Nicad Số cell 100 Dung lượng 50 Ahr 69 Hằng số Peukerts k=1.045 Điên trở R=0,012 Ω Nhiệt độ 250 C + Khảo sát theo công suất nạp: P [W] P [W] P [W] P [W] P [W] P [W] P [W] P [W] P [W] 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 + Khảo sát theo dòng nạp: I [A] I [A] I [A] I [A] I [A] I [A] 10 15 20 25 30 3.2.1 Khảo sát theo công suất nạp * Tốc độ nạp 0.9 0.8 SOC 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 P=500W P=3500W 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 P=1500W P=4500W 40000 P=2500W 45000 50000 Thời gian (s) Hình 3.4: Mối quan hệ SoC thời gian nạp Từ đồ thị 3.4 ta thấy tăng cơng suất nạp thời gian nạp đầy ắc quy (SOC) = nhanh Tại P=500W thời gian nạp đầy 44.930 giây 70 Tại P=1500W thời gian nạp đầy 14.150 giây Tại P=2500W thời gian nạp đầy 8.230 giây Tại P=3500W thời gian nạp đầy 5.740 giây Tại P=4500W thời gian nạp đầy 4.380 giây Hình 3.5: Mối quan hệ công suất nạp thời gian nạp đầy Với cơng suất nạp lớn thời gian nạp đầy ngắn ngược lại Hình 3.5 thể thời gian nạp giảm tỷ lệ nghịch với công suất nạp theo quy luật Hypecbol y=45152.x-1.0594 * Sự biến đổi điện áp 140 135 Hiệu điện (V) 130 125 120 115 110 105 P=500W P=3500W 100 10000 20000 30000 Thời gian (s) P=1500W P=4500W 40000 Hình 3.6: Mối quan hệ hiệu điện thời gian nạp 71 P=2500W 50000 Từ hình 3.6 ta thấy: Sự biến thiên phi tuyến điện áp tập trung vào giai đoạn đầu cuối q trình nạp Với cơng suất nhỏ độ phi tuyến giảm ngược lại 140 Hiệu điện (V) 135 130 125 120 115 110 105 P=500W P=3500W 100 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 SoC 0.6 0.7 P=1500W P=4500W 0.8 P=2500W 0.9 Hình 3.7: Mối quan hệ hiệu điện SoC Từ hình 3.7 ta thấy đường thể mối quan hệ hiệu điện SOC gần song song với Quy luật V SOC giống với P khác với cơng suất nạp nhỏ có hiệu điện cao điều tốt cho ắc quy nạp no Mặc dù với công suất nạp khác nhau, trình phi tuyến điện áp diễn SOC < 0,2 SOC > 0,8 72 * Hiệu suất lượng ắc quy Hình 3.8 Mối quan hệ cơng suất nạp hiệu suất lượng Trên đồ thị 3.8 ta nhận thấy: Nếu tăng công suất nạp thời gian nạp đầy ngắn lại nhiên hiệu suất lượng lại thấp ắc quy không nạp sâu Sự suy giảm hiệu suất lượng theo công suất nạp tuân theo quy luật hàm bậc y= -0,64x +100 Từ nhận xét ta thấy rằng, để tăng tốc độ nạp mà đảm bảo tuổi thọ ắc quy ta cần nạp nhanh đến 80% SOC (nạp với công suất lớn tới đạt 80% SOC) Sau nạp với cơng suất nhỏ Do vấn đề đặt phương thức xác định SOC trình nạp ắc quy nhanh hiệu Vấn đề tiếp tục giải phần với việc khảo sát SOC theo giá trị dòng nạp 3.2.2 Khảo sát theo dòng nạp * Tốc độ nạp 73 0.8 SOC 0.6 0.4 0.2 0 5000 10000 15000 20000 I=5A I=10A I=20A I=25A 25000 30000 I=15A 35000 Thời gian (s) Hình 3.9: Mối quan hệ SoC thời gian nạp Từ đồ thị 3.9 ta thấy tăng dòng nạp thời gian nạp đầy ắc quy (SOC = 1) nhanh việc tăng công suất nạp Hình 3.10: Mối quan hệ dịng nạp thời gian nạp đầy Với dịng nạp lớn thời gian nạp đầy ngắn ngược lại Hình 3.10 cho thấy thời gian nạp giảm tỷ lệ nghịch với cường độ dòng điện nạp theo quy luật Hypecbol y=32612.x-1.054 74 * Sự biến đổi điện áp 140 Hiệu điện (V) 135 130 125 120 115 110 105 I=5A I=20A I=10A I=25A I=15A 100 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Thời gian (s) Hình 3.11: Mối quan hệ hiệu điện thời gian nạp 140 135 Hiệu điện (V) 130 125 120 115 110 105 100 0.2 0.4 SOC 0.6 I=5A I=10A I=20A I=25A 0.8 I=15A Hình 3.12: Mối quan hệ hiệu điện SoC Từ hình 3.11 3.12 ta nhận thấy quy luật biến thiên điện áp với dòng nạp khác giống với công suất nạp khác Quy luật 75 V SOC giống với I khác với dịng nạp nhỏ hiệu điện cao Trên sở ta hoàn toàn xác định giá trị SOC việc đo thông số điện áp ắc quy V dịng điện nạp I Từ tạo điều kiện quản lý trình điều khiển nạp nhanh * Hiệu suất lượng ắc quy Hình 3.13: Mối quan hệ công suất nạp hiệu suất lượng Nếu tăng dịng nạp thời gian nạp đầy ngắn lại nhiên hiệu suất lượng lại thấp ắc quy không nạp sâu Sự suy giảm hiệu suất nạp theo cường độ dòng điện nạp tuân theo quy luật hàm bậc y= -0.8501x +99.963 76 KẾT LUẬN Trong khuôn khổ luận văn cao học, đề tài giải vấn đề sau: - Nghiên cứu, tìm hiểu cách tổng quan phát triển ô tô điện giới Việt Nam Tổng kết lại số nghiên cứu đánh giá ưu nhược điểm khả ứng dụng ô tô điện tương lai - Đi sâu nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình nạp ắc quy Tìm hiểu thông số số để đánh giá ắc quy xe điện, quy trình yếu tố ảnh hưởng tới trình nạp điện số loại ắc quy - Trên sở đề tài tính tốn mơ yếu tố q trình nạp ắc quy Nicad từ phân tích ảnh hưởng phương pháp nạp khác tới tốc độ nạp, điện áp ắc quy hiệu suất lượng ắc quy đưa nhận xét sau: + Thời gian nạp giảm tỷ lệ nghịch với công suất nạp + Mặc dù với cơng suất nạp khác nhau, q trình phi tuyến điện áp diễn SOC 0,8 + Để tăng tốc độ nạp mà đảm bảo tuổi thọ ắc quy ta cần nạp nhanh đến 80% SOC (nạp với công suất lớn tới đạt 80% SOC), sau nạp với cơng suất nhỏ + Có thể xác định giá trị SOC việc đo thông số điện áp ắc quy V dòng điện nạp I Từ tạo điều kiện quản lý q trình điều khiển nạp nhanh Q trình thực đề tài có nhiều khó khăn, nhiên tác giả giúp đỡ tận tình thầy TS.Đàm Hồng Phúc tồn thể thầy Khoa Cơ khí động lực để hồn thành luận văn Tuy nhiên, q trình thực đề tài khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong đóng góp ý kiến q thầy để đề tài hồn thiện tốt 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO C Mi, B Li, D Buck, and N Ota, “Advanced Electro-Thermal Modeling of Lithium-Ion Battery System for Hybrid Electric Vehicle Application,” 2007, pp 107-111 H He, R Xiong, X Zang, F Sun, “State-of-Charge Estimation of the LithiumIon Battery Using an Adaptive Extended Kalman Filter Based on an Improved Thevenin Model” IEEE Trans Veh Technol., vol 60, no 4, May 2011, pp 14611469 http://olev.kaist.ac.kr/en/index.php Maxwell Technology Co., BMOD0063 Ultracapacitor Module Datasheet, http://www.maxwell.com Joel Schindall, “The Charge of The Ultra-Capacitors”, IEEE Spectrum, November 2007, pp 42-46 The EV Project Online: http://www.theevproject.com/ [1] James Larminie and John Lowry, “Electric Vehicle Technology Explained”, ISBN 0-470-85163-5, 2003 [2] http://i.mitsubishicars.com/ [3] http://olev.kaist.ac.kr/en/index.php [4] http://www.motorauthority.com/news/1030359_microcar-releases-the-m-goelectric-city-car [5] http://www.zapworld.com/ [6] Joel Schindall, “The Charge of The Ultra-Capacitors”, IEEE Spectrum, November 2007, pp 42-46 [7] Leon C Rosario, PhD Thesis “Power and Energy Management of Multiple Energy Storage Systems in Electronic Vehicle”, June 2007 [8] Sandeep Dhameja, Electric Vehicle Battery Systems, 2002 [9] Kazuma Kumai, Hajime Miyashiro, Yo Kobayashi, Katsuhito Takei, Rikio Ishikawa, “Gas generation mechanism due to electrolyte decomposition in commercial lithium-ion cell”, Journal of Power Sources, Volumes 81–82, September 1999, Pages 715-719 78 ... người sử dụng ô tô điện Loại ắc quy sử dụng nhiều cho ô tô điện ắc quy Lithium loại với ắc quy máy tính xách tay điện thoại di động mà hay sử dụng Ta thấy rằng, thời gian để nạp đầy ắc quy cho điện. .. Việt Nam nói chung Do em chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu trình nạp nhanh ắc quy sử dụng loại xe ô tô điện hybrid? ?? nhằm đóng góp phần việc tìm hiểu, nghiên cứu ô tô điện Việt nam Nội dung luận văn bao gồm... triển công nghệ loại ắc quy này, đặc biệt ứng dụng EV HEV 20 * Ắc quy Lithium – ion Ắc quy Lithium – Ion dòng ắc quy sử dụng phổ biến loại ô tô điện thương mại hóa có mật độ lượng cao loại ắc quy,