Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Khoa Cơ Khí Động Lực Tiểu Luận Môn Hệ Thống Điện Điện Tử Ô Tô Đề tài Charging Station For EV Sinh Viên Thực Hiện Tên MSSV Email SDT Nguyễn Văn Hậu 201454.
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Khoa Cơ Khí Động Lực Tiểu Luận Mơn Hệ Thống Điện-Điện Tử Ơ Tơ Đề tài : Charging Station For EV Sinh Viên Thực Hiện Tên MSSV Email SDT Nguyễn Văn Hậu 20145498 20145498@student.hcmute.edu.vn 0362341974 Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Đỗ Văn Dũng TP.Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 Mục Lục 1.Lời nói đầu 2.Cấu tạo 3.Nguyên lý hoạt động 3.1.Các thành phần mạch điện 3.2.Nguyên lí hoạt động mạch: 4.Phân loại: 10 4.1.Trạm sạc điện câp độ 10 4.2.Trạm sạc điện cấp độ 10 4.3.Trạm sạc điện cấp độ 10 Những ưu trạm sạc điện 11 6.Khuynh hướng phát triển 11 7.Kết luận 13 1.Lời nói đầu -Hiện nay, giới chuyển hướng sang phương tiện di chuyển điện để giảm lượng khí thải nhiễm phương tiện chạy nhiên liệu hóa thạch khơng thể tái sinh cung cấp thay cho nhiên liệu đắt tiền cho giao thông Nhưng xe điện, phạm vi di chuyển trình sạc hai vấn đề ảnh hưởng đến việc áp dụng so với loại xe thơng thường -Ngày nay, nước ta có nhiều hãng xe máy điện triển khai xây dựng trạm sạc xe điện tồn quốc nhằm mục đích phục vụ nhu cầu sạc điện người lái Trạm sạc xe điện thường bố trí lắp đặt khu vực: Bãi đỗ xe cơng cộng, trạm dừng nghỉ, tịa nhà chung cư, trạm đổ xăng, trung tâm thương mại, trạm xăng dầu,… -Đặc biệt, nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông điện người dân nước ta ngày tăng Điều kéo theo nhu cầu sử dụng trạm sạc xe điện tăng theo Từ đó, thúc đẩy hãng đầu tư, phát triển hệ thống trạm sạc, trạm sạc EVIDA Đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng người dân sử dụng xe giới bảo vệ môi trường -Trạm sạc xe điện nơi cung cấp nguồn lượng điện dành cho phương tiện tham gia giao thông vận hành điện gồm: Xe buýt điện, xe máy điện, xe ô tô tô điện,…Trạm sạc xe điện đời với chức cung cấp điện cần thiết để phương tiện điện bị cạn kiệt lượng trình di chuyển tiến hành nạp đầy pin Từ đó, hạn chế tối đa tình trạng bị hết pin đường di chuyển -Trạm sạc EV phần thiết bị kết nối EV bạn với nguồn điện Trạm sạc yếu tố xe điện, chúng thứ cung cấp “nhiên liệu” cho xe; giống trạm xăng làm cho phương tiện thông thường -Để xây dựng trạm sạc xe điện, hãng xe điện chọn không gian rộng phù hợp Thông thường, bãi đậu xe điện công cộng thành phố lựa chọn hàng đầu nhờ có khơng gian đậu xe sẵn đủ rộng cho phương tiện Đồng thời, lắp đặt dễ dàng trụ sạc Bên cạnh đó, hãng xe điện xây dựng trạm sạc tòa nhà cao tầng, bãi xe khu dân cư, bãi xe bến xe, trường học, tòa nhà văn phịng,… -Việc chọn khơng gian đậu xe để sạc điện phù hợp giúp hãng lắp đặt nhiều thiết bị sạc hơn, cung cấp nhu cầu sạc xe nhiều phương tiện lúc Lưu ý, cấu tạo trạm sạc xe điện cần lắp đặt điện ngầm nên, hãng cần tránh chọn vùng có khả bị ngập lụt vào mùa mưa để đảm bảo an toàn 2.Cấu tạo -Trạm sạc EV bao gồm sạc Xe điện, Lưới điện, Đồng hồ đo công suất, Bộ điều khiển lượng, Nền tảng phần mềm, Trung tâm điều hành mạng thành phần liên quan khác -Hệ thống lưu trữ lượng Trạm sạc xe điện bao gồm ba khối chính: Pin, Hệ thống chuyển đổi nguồn Phần mềm Hãy thảo luận chi tiết chúng: • Pin: Tại trạm sạc EV, pin chủ yếu pin lithium-ion, bao gồm tế bào, gói, hệ thống quản lý pin (BMS) để quản lý kiểm sốt việc sạc xả pin • Hệ thống chuyển đổi lượng: Hệ thống chuyển đổi điện cho trạm sạc EV bao gồm biến tần, vỏ quản lý nhiệt (HVAC) cho pin để trì pin nhiệt độ cụ thể • Phần mềm: Phần mềm sạc xe điện phần thiếu sở hạ tầng sạc xe điện Nó giúp nhà khai thác điểm tính phí nhà cung cấp dịch vụ di động điện tử quản lý trạm sạc xe điện khách hàng họ Phần mềm sạc EV (dựa web di động) giúp quản lý sạc EV trạm sạc Một số tính phần mềm sạc EV là: kết nối giám sát sạc, tự động phát lỗi, hiển thị đồng hồ trực tiếp, lập hóa đơn tốn, theo dõi chi phí, quản lý người dùng, bảng điều khiển tương tác, v.v 3.Nguyên lý hoạt động -Các thành phần hình bên mạch điện sơ đồ sử dụng EVCS (EV Charging Station) Arduino, điều khiển cho khn mẫu, lập trình rõ ràng điều khiển HC05, NEO 6M Relay -Hình cho thấy trình tự bước tham gia vào hoạt động EVCS với thành phần tương ứng rơ le tự động chuyển đổi nguồn điện AC nguồn lượng mặt trời 3.1.Các thành phần mạch điện +Adruino : Arduino Uno vi điều khiển mã nguồn mở dựa vi điều khiển Microchip ATmega328P phát triển Arduino Bảng Arduino trang bị chân analog kỹ thuật số giao tiếp với bảng mở rộng khác (lá chắn) mạch khác Bo mạch có 14 chân I / O kỹ thuật số (sáu chân có khả xuất PWM), chân I / O tương tự Chúng lập trình với Arduino IDE (Mơi trường phát triển tích hợp) + Bluetooth Module (HC05) : Mơ-đun Bluetooth SPP (Giao thức cổng nối tiếp) thiết kế để thiết lập kết nối nối tiếp không dây suốt Mơ-đun Bluetooth HC-05 sử dụng cấu hình Master Slave, làm cho trở thành giải pháp tuyệt vời cho giao tiếp không dây Mơ-đun SP Bluetooth có đầy đủ tiêu chuẩn Bluetooth V2.0 + EDR (Tốc độ liệu nâng cao) Điều chế 3Mbps với thu phát vô tuyến 2,4GHz hoàn chỉnh băng tần sở +Relay : Rơ le thiết bị điện hoạt động cơng tắc Nó bao gồm thiết bị đầu cuối đầu vào thiết bị đầu cuối đầu cho tín hiệu điều khiển đơn lẻ nhiều tín hiệu điều khiển đầu cuối tiếp điểm hoạt động Cơng tắc rơ le có số lượng tiếp điểm nhiều dạng tiếp điểm, chẳng hạn mạch thường mở mạch thường đóng kết hợp hai mạch Nó dễ dàng BẬT TẮT cho dịng điện qua hay khơng, rơ le điều khiển với điện áp thấp 5V kết nối với pin cung cấp chân Arduino + NEO 6M GPS Module : Mô-đun GPS NEO 6M thiết bị Định vị Vệ tinh có khả nhận thơng tin từ 24 vệ tinh GNSS quay quanh Trái đất, sau tính tốn truyền vị trí địa lý thiết bị vĩ độ kinh độ + Solar Panel :Bảng điều khiển lượng mặt trời nhóm tế bào quang điện (tế bào PV) đặt khuôn khổ để lắp đặt Các pin mặt trời lượng tái tạo dạng ánh sáng mặt trời chuyển thành điện sau lưu trữ điện pin định, sau sử dụng để cung cấp cho phụ tải điện + Solar Charge Controller: MOSFET kênh n phân cực thuận sử dụng để ngăn dòng điện từ pin đến bảng điều khiển lượng mặt trời Một diode Zener (10v) bảo vệ khỏi điện áp thấp, gửi phản hồi tích cực, bật rơle Một diode Zener (15v) bảo vệ khỏi áp, gửi phản hồi tiêu cực, làm tắt rơle Một MOSFET nchannel khác sử dụng để bảo vệ khỏi việc sạc mức pin cách tắt rơ le + Digital Energy Meter : Đồng hồ đo điện hoạt động cách liên tục đo lượng điện áp tức thời lượng dịng điện tìm sản phẩm chúng để cung cấp lượng điện tức thời, sau tích hợp với thời gian để cung cấp lượng sử dụng để sạc 3.2.Nguyên lí hoạt động mạch: -Mô-đun GPS, mô-đun Bluetooth rơ le gắn vào Arduino theo cách cụ thể Mục tiêu mơ hình cản trở thu hồi dòng điện cách sử dụng rơ le với trợ giúp giao diện Bluetooth Nguyên mẫu thiết kế để đặt đèn đường Đường điện đèn đường mang 220v, xác nhận nhà Sử dụng khái niệm này, việc sạc EV diễn bên với điện áp 220v Ngoài ra, bảng điều khiển lượng mặt trời bổ sung, sử dụng để chiết xuất lượng mặt trời chuyển đổi thành điện sử dụng Bảng điều khiển có điều khiển sạc lượng mặt trời tương ứng, điều chỉnh dòng điện áp vào pin - Phương tiện sạc thu nhỏ lại giả định loại pin 12v 10Ah Bộ điều khiển sạc lượng mặt trời trích xuất lượng từ xạ mặt trời Mặt trời, giảm điện áp cung cấp cho pin tương ứng EVCS chứa hai rơ le tự động chuyển đổi việc cung cấp điện Một cảm biến ánh sáng điều chỉnh để phát diện ánh sáng mặt trời Rơle tắt khơng có Mặt trời, Rơle hoạt động, sử dụng để cung cấp điện Vào ban ngày, ánh sáng mặt trời, người sử dụng sử dụng lượng mặt trời điện thông thường từ điện lưới Rơle diện kích hoạt dựa yêu cầu EVCS chứa Arduino kết nối với mơ-đun GPS, Rơle mơ-đun Bluetooth Hai cách giải thích sau +Trường hợp 1: Sạc lượng mặt trời - Rơ le Trong điều kiện có ánh sáng mặt trời, Rơ le hoạt động bật tắt Các xạ mặt trời chuyển đổi thành điện qua điều khiển sạc lượng mặt trời Bộ điều khiển sạc lượng mặt trời điều chỉnh điện áp dòng điện để giữ cho pin khơng bị sạc q mức q nóng Nó điều chỉnh dịng điện điện áp đến từ pin mặt trời đến pin để bảo vệ cách ngăn khỏi áp, điện áp thấp dòng ngược Rơ le bật điện tích bắt đầu chảy từ Bảng điều khiển lượng mặt trời vào pin Lúc này, Rơ le không hoạt động +Trường hợp 2: Sạc điện lưới - Rơle Điện từ cột đường trực tiếp vào Rơle (Rơle hoạt động), Rơle không hoạt động Người dùng cắm điện cho ô tô để sạc đổi nguồn nhà, điện từ đường dây 220v qua sạc cho xe Khi trình tự sạc bắt đầu, cần đảm bảo nguồn điện cung cấp từ nguồn Rơ le chịu trách nhiệm bật cụ thể Cả hai rơle bật lúc Ví dụ: Xe điện hết pin; người lái xe tìm kiếm trạm sạc gần điện thoại Các trạm sạc cung cấp thẻ vị trí định vị thông qua GPS Mô-đun NEO 6M GPS chủ động theo dõi 24-30 vệ tinh gửi tọa độ đến điện thoại Các tọa độ sau giải mã vị trí xác hiển thị đồ Xe dừng chỗ đỗ mong muốn xác định vị trí EVCS Người dùng lựa chọn sạc lượng mặt trời (miễn rơ le hoạt động có xạ mặt trời) sạc điện lưới Dây sạc cắm vào ổ cắm EVCS trường hợp sạc lượng mặt trời, dây sạc kết nối với đầu vào xe Ổ cắm cắm điện có đường 220v đấu từ đèn đường Người tiêu dùng xác thực chủ sở hữu đăng ký xe điện với sở liệu lưu trữ Thông tin đăng nhập nhập quyền truy cập cấp Bluetooth bật giao diện tạo liên kết với EVCS tương ứng, cho phép dòng sạc Việc tham gia ngắt nguồn điện thực thông qua ứng dụng dành cho thiết bị di động Sau tham gia, Arduino nhận người dùng nguồn đáng tin cậy gửi thông tin đến rơle Sau rơle đóng mạch, cung cấp dịng điện Một đồng hồ đo lượng kỹ thuật số đặt điện tiêu thụ theo dõi cách quán Thông tin người tiêu dùng ghi lại lưu trữ máy chủ, số lượng đơn vị tiêu thụ với chi phí đơn vị tính tốn Khi q trình sạc hoàn tất, mạch ngắt rơle tắt dòng điện Máy đo lượng theo dõi mức tiêu thụ điện lưu trữ liệu, liệu sau gửi đến điện thoại người tiêu dùng Sau ngắt nguồn cung cấp hồn thành phí, cổng tốn mở giao dịch thực Điều hoàn thành toàn trình sạc EV Việc sạc EV thực dễ dàng, khơng rắc rối an tồn Nó đảm bảo điện không bị đánh cắp sử dụng để sạc EV tương ứng 4.Phân loại 4.1.Trạm sạc điện câp độ -Loại cịn có tên gọi khác loại sạc cấp 1, loại trạm sạc đơn giản Trạm sạc sử dụng chủ yếu dịng điện 120v 240v, có cường độ giao động từ 12 –> 16 A Với thiết kế đơn giản dễ sử dụng, người dùng cần cắm trực tiếp ổ cắm rắc cắm vào ổ cắm tường Rắc cắm sử dụng dạng e chấu thơng thường Từ đó, EV có tác dụng tích hợp lại phần chuyển đổi từ dịng điện AC -> DC cho ô tô -Mặc dù loại trạm mạnh chi phí thấp Tuy nhiên, thời gian sạc đầy pin diễn chậm Đơn cử, với xe chạy tối đa 332km đủ nguyên liệu thời gian sạc chúng rơi vào độ 50 tiếng sạc trạm sạc cấp Vì thế, loại trạm đa phần lắp đặt địa điểm công cộng 4.2.Trạm sạc điện cấp độ -Về bản, loại trạm sạc tơ cấp có phần tương tự với trạm cấp Nhưng trạm điện tích hợp điện áp xoay chiều lớn ( 108 – 240v) Cường độ dòng điện giao động từ 15 – 80A Loại trạm thường lắp đặt ln nhà Tuy nhiên để có dịng điện ổn định bạn nên lắp thêm đường cáp điện 208 – 240V tới khu để xe -Có thể thấy qua vài thông tin bản, ta thấy việc lắp đặt loại trạm rắc rối, phát sinh nhiều cho phí Tuy nhiên, chúng lại có ưu điểm sạc nhanh nhiều so với trạm sách ô tô điện cấp -Với tơ có phạm vi di chuyển 322km cần sạc 12 tiếng đầy Vì thế, trường hợp tơ báo động mức pin yếu nên sử dụng loại trạm 4.3.Trạm sạc điện cấp độ -Đây loại trạm sạc thiết kế phục vụ mục đích thương mại Chúng cung cấp đường day DC có điện áp cao, tối ưu thời gian sạc cho thiết bị Tỷ lệ thuận với ưu điểm vượt trội chi phí đầu tư lớn Bởi điện áp sử dụng cho trạm 600 – 800A, cường độ dòng điện 400A -Điểm ưu việt trạm sạc cấp độ sạc siêu nhanh, đồng hồ pin đầy, chưa kể nhanh Vì thế, đa phần trạm sạc cấp thường lắp đặt trung tâm thương mại, khu độ thi thành phố phát triển Những ưu trạm sạc điện -Cung cấp nhiên liệu kịp thời +Khác với loại xe khác xe điện cần phải xe điện chạy Mà đường khơng thể đảm bảo điện không bị hết chừng Cho nên xuất trạm xe giúp cho người dùng xe điện khơng cịn lo lắng việc hết nhiên liệu đường -Có mặt hầu hết khắp nơi +Nếu sử dụng xe điện xa đến thành phố khác khơng cần q lo lắng.Hiện địa phương có trạm sạc xe điện để phục vụ nhu cầu người dân Chỉ cần có đầy đủ thơng tin cần thiết để truy cập vào hệ thống sạc xe dễ dàng sạc đầy điện cho xe đổi bình cách nhanh chóng -Tiết kiệm thời gian +Trạm sạc xe điện xuất hoạt động tập trung, thay sạc điện nhà vừa khơng có kỹ vừa tiêu tốn nhiều không gian, tiền điện để sạc xe bạn nhanh chóng đến địa điểm trạm sạc đổi bình ắc quy cách nhanh chóng Như người dung tiết kiệm thời gian tiền điện bỏ để sạc xe -Bảo đảm bình sạc sạc đủ +Ngồi bạn người khơng có nhiều kỹ thiết bị điện.Việc tự sạc điện nhà gây nguy hiểm chí cháy nổ Cho nên việc đến trạm sạc xe mang đến an tồn cho bạn khơng làm ảnh hưởng đến bình xe bạn 6.Khuynh hướng phát triển -Trong năm gần đây, tình trạng khai thác nguồn nhiên liệu hóa thạch (than đá, xăng, dầu…) tình trạng nhiễm mơi trường ngày gia tăng việc sử dụng lượng tiết kiệm, hiệu phát triển nguồn lượng sạch, lượng tái tạo xu hướng toàn giới, kể Việt Nam quan tâm khuyến khích đầu tư phát triển Trong lĩnh vực giao thông vận tải, xe điện nói chung tơ điện nói riêng tương lai ngành công nghiệp chế tạo xe giới phát triển phương tiện lại tồn giới ưu điểm vượt trội loại xe mệnh danh xe xanh mang lại so với loại xe khác -Đáng phải kể đến, việc tiết kiệm nguyên liệu - tài nguyên, bảo vệ môi trường (không ô nhiễm khơng khí tiếng ồn), đặc biệt an tồn cho người sử dụng với vụ tai nạn giao thông xe điện gây không cháy nổ nhiều phương tiện dùng xăng/dầu diesel -Cùng với việc công nghệ pin lưu trữ ngày phát triển giá thành pin ngày thấp, xe điện dần trở trở thành phương tiện giao thông chủ đạo tương lai không xa Cũng giống ô tô chạy động đốt cần nhiều trạm xăng, dầu xe ô tô điện (EV) cần nhiều trạm sạc điện công cộng Việc triển khai trạm sạc cho xe ô tơ điện gặp nhiều khó khăn, phụ thuộc vào chiến lược phát triển các doanh nghiệp, nhiên hội tạo điều kiện thuận lợi -Để tối ưu hóa việc triển khai nhiều trạm sạc cho xe ô tô điện cơng nghệ trạm sạc phải vừa phù hợp với nhu cầu, vừa tiện lợi, kinh tế, an toàn, bảo mật tốn tiện ích kèm Một vấn đề cần quan tâm việc triển khai sở hạ tầng trạm sạc cho xe ô tô điện đáp ứng cho trường hợp di chuyển quảng đường ngắn nội thành mà phải hỗ trợ việc sạc nhanh so với sạc nhà để giảm thiểu thời gian sạc cho trường hợp sử dụng pin có dung lượng cao xe ô tô điện -Đề án Đề xuất vị trí xây dựng trạm sạc tơ điện, chế khuyến khích phát triển xe ô tô điện, trạm sạc ô tô điện địa bàn thành phố Đà Nẵng phê duyệt sở để khẳng định vai trò tiên phong thành phố Đà Nẵng việc xác định mục tiêu, định hướng phát triển xe điện, trạm sạc ô tô điện lĩnh vực hạ tầng giao thông, thể quan tâm tầm nhìn Lãnh đạo thành phố hướng tới mục tiêu phát triển bền vững, xây dựng hình ảnh thành phố động, đại, xanh, sạch, đẹp - thân thiện với môi trường 7.Kết luận -Ngành công nghiệp kỳ vọng cung cấp giải pháp di động điện tử không giới hạn ô tô phát triển khả để cung cấp lượng cho tuyến đường cao tốc, đội xe công nghiệp, doanh nghiệp, thành phố tiện ích chúng tơi có sở hạ tầng cho xe điện Là đối tác trọn gói việc thiết kế phát triển sạc xe điện hệ tiếp theo, PIWIN ENERGY giúp khách hàng thiết kế phần cứng, phát triển phần sụn, phần mềm, kết nối thử nghiệm cho loại sạc điện phức tạp ... sơ đồ sử dụng EVCS (EV Charging Station) Arduino, điều khiển cho khn mẫu, lập trình rõ ràng điều khiển HC05, NEO 6M Relay -Hình cho thấy trình tự bước tham gia vào hoạt động EVCS với thành... điện tử quản lý trạm sạc xe điện khách hàng họ Phần mềm sạc EV (dựa web di động) giúp quản lý sạc EV trạm sạc Một số tính phần mềm sạc EV là: kết nối giám sát sạc, tự động phát lỗi, hiển thị đồng... giao dịch thực Điều hoàn thành toàn trình sạc EV Việc sạc EV thực dễ dàng, khơng rắc rối an tồn Nó đảm bảo điện không bị đánh cắp sử dụng để sạc EV tương ứng 4.Phân loại 4.1.Trạm sạc điện câp