Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (1)

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT VÀ MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẠC KHÔNG DÂY TRÊN XE ĐIỆN Sinh viên thực hiên Huỳnh Tấn Nhân Đồng nai, 06/2022 ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT VÀ MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẠC KHÔNG DÂY TRÊN XE ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học TS Hoàng Ngọc Tân Đồng nai, 06/2022 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ điện - Điện tử, trường đại học Lạc Hồng tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập thực đề tài tốt nghiệp Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy Hồng Ngọc Tân người tận tình hướng dẫn làm đề tài Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô tận tình giảng dạy, trang bị cho em kiến thức quý báu năm vừa qua Em xin chân thành cảm ơn ông bà, cha mẹ động viên ủng hộ vật chất lẫn tinh thần suốt thời gian qua Em xin cảm ơn quan tâm giúp đỡ ủng hộ anh chị bạn bè q trình thực khóa đề tài Mặc dù cố gắng hoàn thành đồ án phạm vi khả cho phép chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thơng cảm, góp ý tận tình bảo quý thầy cô nhà trường! Đồng Nai, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Huỳnh Tấn Nhân LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tôi, số liệu, kết nêu đồ án tốt nghiệp trung thực xác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực đồ án tốt nghiệp xin phép, tất thơng tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn góc Sinh viên thực Huỳnh Tấn Nhân MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Nội dung đề tài Phương pháp khảo sát Kết cấu đề tài CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN Khái niệm Lịch sử hình thành 3 Phân loại 4 Cấu tạo xe ô tô điện Cách thức hoạt động ô tô điện CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ SẠC KHÔNG DÂY TRÊN XE ĐIỆN 10 Khái niệm 10 Sạc không dây (sạc cảm ứng) 10 Nguyên lý hoạt động 11 Truyền điện không dây 12 4.1 Khái niệm 12 4.2 Nguyên tắc truyền dân công suất 13 4.3 Các phương thức truyền điện không dây 14 4.3.1 Truyền điện không dây điện dung 14 4.3.2 Truyền điện không dây bánh từ tính 15 4.3.3 Truyền điện cảm ứng 16 Liên kết bù 19 Cấu trúc liên kết biến áp không dây 25 6.1 Hình dạng cuộn dây 26 6.2 Hình dạng Ferit từ 28 Các vấn đề khác 29 Tiêu chuẩn sạc không dây cho xe điện 30 Những thách thức trở ngại triển khai công nghệ sạc không dây 32 CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG CỦA SẠC KHÔNG DÂY 33 (CẢM ỨNG) 33 Hệ thống sạc xe điện không dây tĩnh (S-WEVCS) 33 Hệ thống sạc xe điện không dây động (D-WEVCS) 35 CHƯƠNG V MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẠC KHÔNG DÂY TRÊN MATLAB 38 KẾT LUẬN 42 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Xe điện chạy pin (BVE) Hình 2 Xe điện Hybrid (HEV) Hình Xe điện nhiên liệu Hydro Hình Cấu tạo xe tơ điện Hình Điện AC DC Hình Cơng nghệ sạc xe điện 10 Hình Sạc cảm ứng 10 Hình 3 Sơ đồ khối hệ thống sạc không dây tĩnh cho xe điện 12 Hình Truyền công suất hai cuộn dây ghép nối không bù trừ 13 Hình Sơ đồ cộng hưởng mạch nối tiếp 15 Hình Sơ đồ truyền điện khơng dây bánh từ tính 16 Hình Sơ đồ truyền lực cảm ứng truyền thống 17 Hình Sơ đồ liên kết bù 19 Hình Liên kết bù, (a) nối tiếp – nối tiếp, (b) nối tiếp – song song, (c) song song – nối tiếp, (d) song song – song song 20 Hình 10 Dịng thứ cấp bù 23 Hình 11 Các phương - chiều đệm 26 Hình 12 Hình dạng cuộn dây 27 Hình 13 Hình dạng ferit từ 29 Hình Hệ thống sạc khơng dây tĩnh 33 Hình Sạc khơng dây động 35 Hình Sơ đồ hệ thống sạc điện không dây động 35 Hình 4 Sơ đồ hệ thống sạc điện không dây động 36 Hình Sơ đồ điều khiển sạc khơng dây (cảm ứng) 39 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Giá trị điện dung sơ cấp lượng thứ cấp C p , hệ số chất lượng sơ cấp QP hệ số chất QS 21 Bảng Tóm tắt giá trị công suất thực công suất phản kháng 24 Bảng 3 Tiêu chuẩn nội J2950 để sạc không dây xe điện 31 Bảng Bảng thông số viện nghiên cứu sạc không dây 34 Bảng Tóm tắt thơng số sạc khơng dây động số viên nghiên cứu 37 Bảng Chi tiết dựng sơ đồ sạc không dây mô matlab 38 CÁC TỪ VIẾT TẮT WPT Wireless Power Transfer Truyền nguồn không dây IPT Inductive Power Transfer Truyền điện cảm ứng EV Electric Vehicle Xe điện Alternating Current/Direct Current Dòng điện xoay chiều / AC/DC Dòng điện chiều WEVCS Wireless Electric Vehicle Hệ thống sạc xe điện không Charging System dây D-WEVCS Dynamic wireless electric vehicle S-WEVCS WPC Hệ thống sạc xe điện không charging system dây động Static wireless electric vehicle Hệ thống sạc xe điện không charging system dây tĩnh Wireless Power Consortium Tổ hợp nguồn điện không dây SS series - series Nối tiếp – nối tiếp PP Parallel-Parallel Song song – song song SP Series - Parallel Nối tiếp – song song PS Parallel- Series Song song – nối tiếp Battery Electric Vehicle Xe điện chạy pin BEV Đại học Lạc Hồng CHƯƠNG I TỔNG QUAN Phần mở đầu ta cần phải xác định rõ phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn nội dung, mức độ nghiên cứu, giới hạn thời gian, không gian kiện, điều kiện thực Vì thời gian làm tiểu luận có hạn nên cần chọn đề tài vừa sức phải đưa giới hạn phù hợp, đừng nên chọn đề tài khó, rộng Lý chọn đề tài Số lượng ngày tăng phương tiện đốt sử dụng nhiên liệu thông thường tái sử dụng gây vấn đề lượng mơi trường Do đó, nhiều quốc gia triển khai phương tiện lượng (NEV) thay cho phương tiện thông thường để giảm phụ thuộc vào dầu ô nhiễm khơng khí phương tiện thơng thường gây Để giảm phụ thuộc vào dầu mỏ ô nhiễm môi trường, việc phát triển xe điện đẩy mạnh nhiều quốc gia Việc triển khai EVs, đặc biệt xe điện chạy pin, coi giải pháp cho khủng hoảng lượng vấn đề môi trường Cùng với phát triển cơng nghệ pin sạc phần khơng thể thiếu Để đáp ứng vấn đề lượng nạp cho pin để chạy xe ô tô điện Mục tiêu đề tài  Khảo sát mô vềc công nghệ sạc không dây xe điện Nội dung đề tài  Tổng quan xe ô tô điện  Công nghệ sạc không dây (cảm ứng) Phương pháp khảo sát Dựa vào kiến thức, tài liệu nghiên cứu mạng qua báo nguồn tài liệu cộng đồng tải lên google tìm hiểu cơng nghệ sạc khơng dây xe điện Đại học Lạc Hồng truyền nhận gây từ trường rò Biên độ tần số từ trường rò cần kiểm sốt để đáp ứng u cầu an tồn Vùng an toàn cần phải xác định cho hệ thống WPT ứng dụng sạc không dây Cần phải đảm bảo mật độ từ thông đáp ứng hướng dẫn an tồn người vị trí thơng thường đứng xe ngồi xe Các xe điện thường làm thép, vật liệu che chắn từ trường tốt  Vấn đề nối lưới Với phát triển không ngừng xe điện nay, vấn đề xe điện nối lưới V2G (Vehicle to Grid) nghiên cứu tương tác sạc xe điện lưới điện chủ đề nghiên cứu nóng lĩnh vực lưới điện thơng minh với xe điện Nếu quy trình sạc cho xe điện tối ưu hóa mang nhiều lợi ích cho lưới điện Ắc quy xe điện giống kho lượng, số nguồn cung cấp lượng không ổn định lượng gió, nối với lưới điện cách dễ dàng Khi chỉnh lưu điôt phía thứ cấp thay van điều khiển, hệ thống sạc khơng dây trao đổi lượng hai chiều, điều tối ưu hóa lợi ích cho V2G Tiêu chuẩn sạc khơng dây cho xe điện Hiện có vơ số tiêu chuẩn cho ứng dụng này, chủ yếu hình thành thông qua hợp tác đối tác công nghiệp Tiêu chuẩn QI xác định Wireless Power Consortium (WPC) cho ứng dụng dải công suất từ 5–15 W Nó giới hạn chiều dài khe hở khơng khí tối đa để cung cấp điện cm dải tần hoạt động 87–205 kHz Một tiêu chuẩn khác tiêu chuẩn Rezence thiết kế Alliance Wireless Power Transfer (A4WP) Nó thiết kế để cung cấp lượng lên đến 50 W tần số 6,78 MHz Khi truyền điện, mức độ yêu cầu cho ứng dụng xe cộ cao nhiều so với ứng dụng quy mô nhỏ, khơng thể sử dụng tiêu chuẩn Tuy nhiên, người tiêu dùng nhà sản xuất lại yêu cầu tiêu chuẩn để thương mại hóa tiếp thu thị trường nhanh chóng Cho đến năm 2016, khơng có tiêu chuẩn cho sạc khơng dây xe điện Điều cản trở việc triển khai quy mô lớn 30 Đại học Lạc Hồng công nghệ WPT tơ, nhà sản xuất xe thấy rủi ro đầu tư vào công nghệ chưa sẵn sàng cho thị trường Các tiêu chuẩn đảm bảo chất lượng tối thiểu hệ thống sạc, điều kiện hoạt động an toàn cho phép so sánh nhiều hệ thống từ nhà sản xuất khác Với việc áp dụng hướng dẫn 'Truyền điện không dây cho phương tiện di chuyển nhẹ / xe điện phương pháp chỉnh' SAE J2954-2016 vào tháng năm 2016, nỗ lực thực nhằm hướng tới tiêu chuẩn hóa WPT cho xe điện Việc sử dụng hướng dẫn không bắt buộc cung cấp nhìn tổng thể tồn diện mục tiêu có loạt thuộc tính Các tiêu chí đề bao gồm khả tương tác, tương thích điện từ, yêu cầu tối thiểu hiệu suất an toàn, giao tiếp, thử nghiệm hệ thống sạc cho xe điện nhẹ Hiện tại, hướng dẫn giới hạn cho hệ thống sạc cố định ba mức công suất 3,3 kVA, 7,7 kVA 11,1 kVA DWPT WPT tĩnh với mức công suất cao dành cho xe tải xe buýt hạng nặng phần hướng dẫn tương lai Nó phân loại nhiều khoảng cách mặt đất từ 100 đến 250 mm dung sai sai lệch tối đa mà hệ thống đề xuất cần tuân thủ Giá trị lớn Bảng 3 Tiêu chuẩn nội J2950 để sạc không dây xe điện Các lớp truyền điện không dây Công suất đầu vào tối đa (kW) WPT – WPT – WPT – WPT – 3.7 7.7 11 22 Hiệu suất tối thiểu (%) > 85% Tần số hoạt động (kHz) 85 ( Tần số: 81.39 – 90) 31 Đại học Lạc Hồng Những thách thức trở ngại triển khai công nghệ sạc không dây Mặc dù sạc không dây cung cấp nhiều lợi so với sử dụng sạc có dây, thách thức liên quan đến sức khỏe an tồn, tài Các hạn chế phạm vi công suất, phát triển sở hạ tầng thời gian bảo trì cần phải khắc phục trước triển khai Sức khỏe mối quan tâm an toàn, chẳng hạn EMC, hỏa hoạn mối nguy hiểm điện Một trở ngại quan trọng khác sạc không dây giới hạn phạm vi công suất so với sạc cắm vào Để khắc phục vấn đề mạng lưới trạm sạc không dây tĩnh động tiên tiến yêu cầu cài đặt đường Mạng đòi hỏi phát triển sở hạ tầng không tương thích với đường cong Điều dẫn đến yêu cầu tài bổ sung tổ chức phủ chi phí, Vì khoản đầu tư tốn kém, trì nguyên trạng cấu trúc quan trọng để tránh tổn thất lớn xử lý không cách, hao mịn hạn chế nước ngồi 32 Đại học Lạc Hồng CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG CỦA SẠC KHÔNG DÂY (CẢM ỨNG) Tùy thuộc vào ứng dụng họ, sạc xe điện không dây Hệ thống sạc tách thành hai hệ thống quan trọng sau để truyền lượng từ nguồn sang pin dự phịng vào tơ Hệ thống sạc xe điện không dây tĩnh (S-WEVCS) WEVCS mở cánh cửa khác để cung cấp môi trường thân thiện với người dùng cho người tiêu dùng (và để tránh vấn đề liên quan đến an toàn với sạc cắm vào) WEVCS tĩnh dễ dàng thay sạc với tham gia trình điều khiển tối thiểu giải vấn đề an toàn nguy hiểm lại điện giật Hình Hệ thống sạc khơng dây tĩnh Từ hình cho thấy xếp WEVCS tĩnh Cuộn sơ cấp lắp đặt bên đường mặt đất với nguồn điện bổ sung chuyển đổi mạch điện Cuộn dây thu, cuộn dây thứ cấp, thường cài đặt bên EV trước, sau trung tâm Các lượng nhận chuyển đổi từ AC sang DC cách sử dụng nguồn con-verter chuyển sang pin dự phòng Để tránh 33 Đại học Lạc Hồng vấn đề an toàn, hệ thống kiểm soát điện quản lý pin trang bị mạng truyền thông không dây để nhận nguồn cấp liệu Thời gian sạc phụ thuộc vào mức lượng nguồn, kích thước bệ sạc khoảng cách khe hở khơng khí hai đầu cuộn dây Khoảng cách trung bình ánh sáng trọng lượng xe khoảng 150–300 mm WEVCS tĩnh lắp đặt khu vực đậu xe, bãi đậu xe, nhà ở, thương mại Bảng Bảng thông số viện nghiên cứu sạc không dây Loại phương Vị trí đặt Khoảng Tần số Cơng suất tiện sạc tĩnh cách khe hở hoạt (kW) khơng khí động (mm) (kHz) Xe chở Mặt trước 20 khách 3,3 Hiệu (%) 90 3,6 7.2 100 – 250 Xe du lịch 85 SUV 3,6 > 90 7,7 11 Xe thể thao Trung tâm 160 – 220 85 xe 3,6 > 90 6,6 Xe búyt Trung tâm, trước 300 TBA 200 TBA 30 sau 34 Đại học Lạc Hồng Hệ thống sạc xe điện không dây động (D-WEVCS) Hình Sạc khơng dây động Để tăng phạm vi, EV yêu cầu sạc thường xuyên để lắp pin lớn (mà dẫn đến vấn đề bổ sung chi phí trọng lượng) Ngồi ra, khơng tiết kiệm sạc xe thường xuyên Hệ thống sạc xe điện không dây (DWEVCS) khuyến khích, làm giảm vấn đề liên quan đến phạm vi chi phí EV Nó giải pháp cho tự động hóa tương lai EV Hình Sơ đồ hệ thống sạc điện không dây động 35 Đại học Lạc Hồng Hình 4 Sơ đồ hệ thống sạc điện không dây động Như thể trong, cuộn dây sơ cấp đặt vào bê tông đường khoảng cách định với điện áp, nguồn xoay chiều tần số cao mạch bù để lưới vi mô / RES Giống WEVCS tĩnh, cuộn dây thứ cấp gắn bên xe Khi EV qua máy phát, nhận từ trường qua cuộn dây thu chuyển thành điện chiều để sạc pin cách sử dụng chuyển đổi điện hệ thống quản lý pin (BMS) Việc sạc thường xuyên EVs làm giảm tổng lượng pin yêu cầu khoảng 20% so với EVs Đối với động-WEVCS, đệm máy phát nguồn phân đoạn cần cài đặt vị trí cụ thể xác định trước tuyến đường Các phân đoạn cung cấp điện hầu hết chia thành sơ đồ tần số điện tập trung riêng Trong sơ đồ cung cấp điện tập trung, lượng lớn cuộn dây (khoảng 5–10 m) lắp đặt mặt đường, nơi đa miếng sạc nhỏ sử dụng Nhìn chung, việc cài đặt sở hạ tầng ban đầu cho việc công nghệ tốn Với trợ giúp xe tự lái trong tương lai, giúp tạo liên kết hoàn hảo cuộn dây máy phát máy thu cải thiện đáng kể hiệu suất truyền tải điện tổng thể WEVCS động dễ dàng kết hợp 36 Đại học Lạc Hồng nhiều ứng dụng vận chuyển EV, chẳng hạn xe tải nhẹ, xe buýt, đường sắt vận tải nhanh Bảng Tóm tắt thông số sạc không dây động số viên nghiên cứu Công suất Tần số Khe hở không Hiệu (kW) (kHz) khí (%) (mm) 20 22-23 125-175 90 20-30 12.9 500 85 50 10 7.5 TBA 20 10 72-80 25-100 20 200 85 80 20 100 88-90 90 100 > 90 37 Đại học Lạc Hồng CHƯƠNG V MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẠC KHÔNG DÂY TRÊN MATLAB Bảng Chi tiết dựng sơ đồ sạc không dây mô matlab Tên Số lượng Mutual Inductance IGBT/Diode Diode 4 Serise RLC Branch Powergui Scope Pulse Generator DC Voltage Source Logical Operator 10 Current Measurement 11 Gain 12 Display 13 Mux 38 Đại học Lạc Hồng Hình Sơ đồ điều khiển sạc khơng dây (sạc động) Hình Dịng điện cuộn sơ cấp Lp 39 Đại học Lạc Hồng Hình Dịng điện cuộn sơ cấp Lp Hình Dịng điện cuộn thứ cấp Ls 40 Đại học Lạc Hồng Hình 5 Cơng suất tần số cuộn sơ cấp thứ cấp 41 Đại học Lạc Hồng KẾT LUẬN Bài luận văn tốt nghiệp “khảo sát mô công nghệ sạc không dây” trình bày về: Các phương pháp truyền điện cho sạc không dây như: Truyền điện cảm ứng truyền điện bánh từ tính, truyền điện khơng dây điện dung, mạng liên kết bù ứng dụng cho công nghệ sạc khơng dây Một loạt hình dạng lõi ferit, sử dụng thiết kế đế sạc không dây Các vấn đề sức khỏe an toàn Những phát triển tiêu chuẩn quốc tế cho sạc không dây ứng dụng cho cơng nghệ sạc khơng dây động tĩnh Tiêu chuẩn đặt sử dụng cho sạc không dây Những thách thức triển khai công nghệ sạc không dây Sử dụng Matlab để mô công nghệ sạc không dây:  Chạy ứng dụng Matlab cho sơ đồ công nghệ sạc không dây tĩnh  Sau hiển thị đồ thị dịng điện, cuộn sơ cấp thứ cấp truyền điện không dây Vì điều kiện thời gian có hạn, trình độ kinh nghiệm cịn bị hạn chế mà khối lượng cơng việc lớn chất lượng đồ án hạn chế, cịn nhiều thiếu sót phần tính tốn kết cấu chưa hợp lý Rất mong đóng góp ý kiến thầy mơn để đồ án em hoàn chỉnh 42 Đại học Lạc Hồng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Xe ô tô điện gì? Tìm hiểu cấu tạo, cách thức hoạt động chi tiết Thegioididong.com [2] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221509861830154X [3] https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9216415 [4] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032119300383 [5] https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6861764 [6] https://www.thegioididong.com/hoi-dap/o-to-dien-co-nhung-loai-nao-tim-hieuve-4-loai-xe-o-to-1384968 43 Đại học Lạc Hồng 44 ... Đại học Lạc Hồng Hình Sơ đồ điều khiển sạc khơng dây (sạc động) Hình Dòng điện cuộn sơ cấp Lp 39 Đại học Lạc Hồng Hình Dịng điện cuộn sơ cấp Lp Hình Dịng điện cuộn thứ cấp Ls 40 Đại học Lạc Hồng. ..ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT VÀ MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẠC KHÔNG DÂY TRÊN XE ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học TS Hoàng Ngọc Tân Đồng nai,... điện không dây điện dung Chi phí thấp tính đơn giản cơng nghệ CWPT, sử dụng cấu trúc hình học học tiên tiến khớp nối tụ điện, hữu ích cho ứng dụng công suất thấp 14 Đại học Lạc Hồng Hình Sơ đồ