WPS Presentation TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ XE Ô TÔ ĐIỆN ĐỀ TÀI PIN (ẮC QUY) GVHD Nguyễn Đỗ Hoài Phong SVTH Nhóm 5 Khóa 44 5 2 CÁC LOẠI PIN 5.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ: XE Ô TÔ ĐIỆN ĐỀ TÀI: PIN (ẮC QUY) GVHD: Nguyễn Đỗ Hồi Phong SVTH: Nhóm Khóa: 44 5.1 TỔNG QUAN 5.2 CÁC LOẠI PIN 5.1.1 Phạm vi pin Pin lithium-ion dùng cho tơ điện có dung lượng từ 6kWh đến 100kWh Thế nhưng, hầu hết mẫu xe điện ngày sử dụng pin có dung lượng lớn, khoảng từ 35kWh đến 100 kWh Với mức dung lượng này, xe quãng đường từ 200km đến 500km cho lần sạc đầy Bộ pin cho Chevrolet Spark (Nguồn: General Motors) 5.1.1 Phạm vi pin Tuy nhiên - Phạm vi bị ảnh hưởng thời tiết việc sử dụng điều hòa nhiệt độ (sưởi ấm làm mát) hạng mục khác (chẳng hạn đèn) Điều hệ thống sử dụng lượng pin - Một điểm cộng EV không cần khởi động giống nhiều phương tiện ICE thông thường mùa đông - Thực tế then chốt: • • Phạm vi EV bị ảnh hưởng thời tiết lạnh việc sử dụng máy lạnh đèn chiếu sáng Các nhà sản xuất thường coi thời hạn sử dụng pin dung lượng pin giảm xuống 80% dung lượng định mức 5.1.2 Tuổi thọ tái chế pin - Các nhà sản xuất thường coi hết tuổi thọ cho pin dung lượng pin giảm xuống 80% cơng suất định mức Điều có nghĩa pin gốc có phạm vi 100 km kể từ lần sạc đầy, sau 8–10 năm sử dụng phạm vi giảm xuống 80 km Tuy nhiên, pin cung cấp lượng sử dụng bên 80% dung lượng sạc Một số phương tiện nhà sản xuất thiết kế pin để cuối đời xe - Tất nhà cung cấp pin phải tuân thủ ‘ Quy định ắc quy ắc quy thải năm 2009 ’ Đây yêu cầu bắt buộc, có nghĩa nhà sản xuất lấy lại pin từ khách hàng tái sử dụng, tái chế xử lý cách thích hợp 5.2 Các loại pin Pin axit chì Pin Lithium ion 5.2.1 Ắc quy axit-chì (Pb – Pb02) Cấu tạo ắc quy chì axit • Ắc quy chì axit gồm có cực chì có cấu trúc phẳng xít chì làm hợp kim chì antimon nhồi hạt hóa chất tích điện ngâm dung dịch axit sunfuric • Các cực liên kết với thơng qua chì, cực dương nối với cực dương, cực âm nối với cực âm Dung lượng bình ắc quy xác định thơng qua số lượng, chiều ngang, chiều dài chiều dày cực • Bản cực âm thường nhiều cực dương cực âm bố trí dày đặc phía ngồi Do cực âm có diện tích tiếp xúc cực dương nên cấu tạo chúng thường mỏng • Bình ắc quy sử dụng dung dich axit sunfuric để ngâm cực Nồng độ dung dịch axit sunfuric phụ thuộc vào tình trạng phóng nạp bình ắc quy loại ắc quy Dung lượng bình ắc quy tính Ah Tuỳ vào nhiệt độ chất điện phân, dòng điện phóng, điện cuối sau phóng tỷ trọng dung dịch mà dung lượng bình ắc quy thay đổi 5.2.1 Ắc quy axit-chì (Pb – Pb02) Ắc quy chì axit 5.2.1 Ắc quy axit-chì (Pb – Pb02) Quá trình xả sạc acquy (từ trái qua phải) Đã sạc đầy ; xả sạc ; sạc nạp khí 5.2.2 Ắc quy kiềm (Ni-Cad, Ni-Fe Ni-MH) Thành phần Pin niken-cadmium (Ni-Cad NiCad) + Bản cực dương – nickel hydrate (NiOOH) + Bản cực âm – cadmium (Cd) + Chất điện phân – kali hyđrôxit (KOH) nước (H2O) Q trình tích điện liên quan đến việc oxy di chuyển từ cực âm sang cực dương ngược lại phóng điện Khi sạc đầy, cực âm trở thành cadmium tinh khiết cực dương trở thành niken hydrat Phương trình hóa học đại diện: 2NiOOH + Cd + 2H2O +KOH 2Ni(OH)2 + CdO2 + KOH ▪ Lưu ý: Pin NiCad không sạc mức oxit cadmium chuyển thành cadimi khơng thể xảy phản ứng 5.2.7 Siêu tụ điện 5.2.7 Siêu tụ điện Một siêu tụ điện gọi tụ điện dung lượng cao tụ điện hai lớp lưu trữ lượng lớn lượng gấp gần 10 đến 100 lần lượng so với tụ điện thơng thường Nó ưa chuộng rộng rãi pin khả sạc nhanh cung cấp lượng nhanh Nó có nhiều chu kỳ sạc xả pin sạc Chúng phát triển thời đại lợi ích cơng nghiệp kinh tế Điện dung tụ điện đo Fara (F) Ưu điểm tụ điện hiệu khả lưu trữ lượng cao 5.2.7 Siêu tụ điện Nguyên lý siêu tụ điện • Tương tự tụ điện bình thường, siêu tụ điện có hai song song với diện tích lớn Nhưng khác biệt là, khoảng cách nhỏ Các tạo thành từ kim loại ngâm chất điện phân Các ngăn cách lớp mỏng gọi chất cách điện • Khi điện tích trái dấu hình thành hai phía chất cách điện, lớp điện kép hình thành tích điện Do chúng tích điện có điện dung cao Những tụ điện sử dụng để cung cấp lượng cao cho phép dòng tải cao với điện trở thấp Chi phí siêu tụ điện cao điện dung sạc xả cao 5.2.7 Siêu tụ điện Để sạc siêu tụ điện, kết nối cực dương nguồn điện áp với cực dương siêu tụ điện cực âm nguồn điện áp nối với cực âm chúng Nếu siêu tụ điện kết nối với nguồn điện áp 15V, sạc tới 15V Khi điện áp tăng lên điện áp ngưỡng, chúng bị hỏng Vì vậy, điện trở kết nối nối tiếp với nguồn điện áp tụ điện để giảm dòng điện chạy qua tụ điện khơng bị hỏng * So sánh siêu tụ điện với pin: Pin sử dụng rộng rãi với dung lượng cụ thể, có mật độ lượng tốt Các siêu tụ điện tụ điện dung lượng cao với mật độ lượng cao Khi so sánh với pin, siêu tụ điện có khả sạc nhanh, xử lý nhiệt độ thấp, độ tin cậy cao trở kháng thấp Chi phí pin thấp chi phí siêu tụ điện cao Pin có dạng pin axit-chì, Ni-MH, Li-Po, Li-ion, LMP, … Các siêu tụ điện có sẵn với chất điện phân hữu cơ, chất điện phân nước, chất lỏng ion,… Pin sử dụng để lưu trữ lượng lớn lượng siêu tụ điện sử dụng để cung cấp mật độ lượng cao * Ưu điểm siêu tụ điện Hiệu cao Khả sạc nhanh Siêu tụ điện có tuổi thọ cao pin 10 đến 15 năm Siêu tụ điện chịu nhiệt độ khoảng từ -30 đến 65 độ pin chịu từ 10 đến 40 độ C Các siêu tụ có trọng lượng nhẹ Các siêu tụ điện cài đặt khu vực hẹp có kích thước nhỏ Các siêu tụ điện có phản ứng thoáng qua nhanh * Nhược điểm siêu tụ điện – Các siêu tụ điện có lượng riêng thấp – Rất khó để tạo siêu tụ điện có cơng suất điện áp cao thời điểm tại, lý hầu hết siêu tụ điện 2.7V có sẵn thị trường – Thuộc tính điện áp phóng tuyến tính chúng bất lợi Đặc tính điện áp phóng tuyến tính có nghĩa siêu tụ phóng 50% tổng lượng dự trữ, điện áp giảm nửa Có nghĩa điện áp đầy chúng 2,7V điện áp giảm xuống 1,3V Nhưng trường hợp pin, điện áp gần với điện áp đầy chí pin xả 50% lượng – Giá siêu tụ điện cao pin Li-ion dung lượng – Siêu tụ điện xả nhanh pin không kết nối với tải nói cách khác, đặc tính tự xả siêu tụ bất lợi * Một số ứng dụng đáng ý siêu tụ điện mà thấy như: – Các siêu tụ chủ yếu sử dụng nơi cần sạc xả nhanh – Chúng sử dụng máy ảnh kỹ thuật số để nhấp nháy ánh sáng – Chúng sử dụng xe điện cấu hãm tái sinh sử dụng để sạc siêu tụ điện Phanh tái tạo giúp sạc thời gian ngắn Để khởi động điện hệ thống start-stop 5.2.8 Bánh đà Hệ thống phanh tái sinh RBS với kiểu tích trữ lượng dạng bánh đà: - Năng lượng tích trữ vào bánh đà tính theo cơng thức: E=1/2 J* ω2 - Năng lượng tỷ lệ với bình phương tốc độ quay tăng tốc độ lên tích trữ lượng nhiều Do bánh đà sử dụng thiết bị tích trữ lượng phải quay với tốc độ cao phải đặt môi trường chân không để giảm lực cản gió - Hiện giới có hãng sản xuất bánh đà siêu tốc dựa công nghệ KERS (Kinetic Energy Recovery System) lần áp dụng xe đua F1 hãng Flybrid Williams Hybrid Power 5.2.8 Bánh đà Dòng Flybrid KERS Volvo S60 Sơ đồ hệ thống tích trữ lượng phanh bánh đà 5.2.8 Bánh đà Ngược lại với Flybird, hệ thống Williams Hybrid Power (WHP) sử dụng điện để tích rút điện khỏi bánh đà, lợi dụng composite từ tính (MLC) để đạt hiệu suất chuyển đổi cao Do có giá thành cao hơn, hệ thống ứng dụng cho xe cao cấp Chiếc xe đua 918 RS R Hybrid Porsche sử dụng hệ thống WHP, hoạt động thơng qua mơtơ điện đặt bánh trước Bánh đà tích điện xe Porches 918 RSR concept 5.2.8 Bánh đà Theo nghiên cứu bánh đà sợi carbon KERS hãng Volvo trang bị cho cầu sau Nó nặng kg đường kính 20 cm, có khả quay với tốc độ 60.000 vịng/phút Với cơng suất tăng thêm 80 mã lực, xe tăng tốc lên 100 km/h 5.5 giây Hệ thống bánh đà tích trữ lượng xe Volvo 5.2.8 Bánh đà Tóm lại: Bánh đà thường sử dụng để cung cấp lượng liên tục cho nơi mà động lực cung cấp bị ngắt quãng Khi phanh xe, bánh đà có tác dụng thu hồi lượng, sau “góp” động với động xe tăng tốc, điều làm giảm tiêu hao 25% nhiên liệu 5.2.9 Tóm tắt Điện áp mật độ lượng pin thiết bị lưu trữ (Nguồn chính: Larminie Lowry 2012) Loại pin Năng lượng riêng Mật độ lượng ( Wh/kg) ( Wh/1) Công xuất riêng (W/kg) Điện áp tế bào danh nghĩa (V) Axit-chì 20-35 54-95 250 2,1 Ni-Cad 40-55 70-90 125 1,35 Ni-MH 65 150 200 1,2 Lithium-ion 140 250-620 300-1500 3,5 Siêu tụ điện 1-10 1000-10000 Bánh đà 1-10 1000-10000 ... nguồn điện áp tụ điện để giảm dòng điện chạy qua tụ điện khơng bị hỏng * So sánh siêu tụ điện với pin: Pin sử dụng rộng rãi với dung lượng cụ thể, có mật độ lượng tốt Các siêu tụ điện tụ điện. .. xuống cịn 1,3V Nhưng trường hợp pin, điện áp gần với điện áp đầy chí pin xả 50% lượng – Giá siêu tụ điện cao pin Li-ion dung lượng – Siêu tụ điện xả nhanh pin không kết nối với tải nói cách khác,... loại ngâm chất điện phân Các ngăn cách lớp mỏng gọi chất cách điện • Khi điện tích trái dấu hình thành hai phía chất cách điện, lớp điện kép hình thành tích điện Do chúng tích điện có điện dung cao