Nghiên cứu bộ điều khiển sạc pin cho xe điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN CHÍ NHÂN NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC PIN CHO XE ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN CHÍ NHÂN NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC PIN CHO XE ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 2080614 Hướng dẫn khoa học TS: Trần Quang Thọ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Chí Nhân Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/05/1997 Nơi sinh: TP.HCM Quê quán: Cần Giờ, TP.HCM Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 763 ấp Bình An, xã Bình Khánh, huyện Cần Giờ, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0988183748 Fax: E-mail: nhan_bk97@yahoo.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 9/2015 đến 12/ 2019 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử Tên đồ án, luận án mơn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điện gió dự án Thanh Phong huyện Thạnh Phú – tỉnh Bến Tre Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 23/07/2019 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Người hướng dẫn: TS Trần Quang Thọ III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: i Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 1/2020 - Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Giáo viên ii Hình 3.10 Dạng sóng dịng điện điện áp gần kết thúc trình sạc Tại thời điểm 2300s, sau q trình sạc kết thúc, lúc cơng suất sạc giảm dần, cơng suất nguồn dịng điện nguồn kéo theo giảm theo Hình 3.11: Cơng suất nguồn, công suất sạc (a) hiệu suất mạch sạc (b) Qua hình (3.7), (3.8), (3.9) pin sạc ổn dòng mức 50A đến điện áp đạt 270V chuyển sang chế độ sạc ổn áp, lúc dòng sạc giảm dần đến chạm mốc Thời gian pin sạc đầy từ SoC 20% đến 100% vịng 2300s Cơng suất sạc 13,5kW Hiệu suất mạch sạc khảo sát lúc khoảng 93% Tiếp tục tiến hành mô mạch sạc mức công suất cao xem mạch sạc 43 đáp ứng hay khơng Dịng điện khảo sát mức 60A Tức cơng suất sạc khoảng 16.2kW trình bày đây: Hình 3.12: Dạng sóng điện áp dịng điện sạc dòng 60A Dòng điện điện áp nguồn gần đồng pha với nhau, nhờ có mạch PFC Tại thời điểm 1550s lúc dòng điện nguồn lớn so với sạc với dòng 50A Hình 3.13: Điện áp sạc sạc với dịng điện 60A Hình 3.14: Dịng điện sạc mức 60A 44 Hình 3.15: SoC sạc dịng 60A Hình 3.16: Dạng sóng dịng điện điện áp nguồn trình sạc gần kết thúc Tại thời điểm 1999s pin sạc đầy, hệ thống dừng sạc nên dịng điện nguồn giảm xuống 45 Hình 3.17: Cơng suất nguồn lưới công suất sạc (a) hiệu suất mạch sạc (b) tương ứng với dòng sạc 60A Lúc công suất sạc cao so với sạc dòng 50A, hiệu suất mức 93.5% Hình (3.13), (3.14), (3.15) thể dịng sạc 60A thời gian sạc rút ngắn 2000s so với 2300s dòng điện 50A Với dịng điện sạc cao thời gian sạc rút ngắn lại đáng kể, nhiên điều gây lượng nhiệt phát sinh lớn Ví dụ pin có dung lượng 6,25Ah với dòng sạc 1C tương tương ứng với 6,25A, nhiều dòng pin Lithium hỗ trợ dòng điện cao tương ứng 2C, 4C Tuy nhiên việc ảnh hưởng đến tuổi thọ Pin nhiệt phát sinh lớn, pin Lithium-ion có khả chịu nhiệt vượt trội ứng dụng phổ biến Tùy vào nhu cầu sạc công nghệ Pin, khả sạc khác Mạch sạc điều khiển sạc cho pin có thơng số tham khảo 37,5Ah, điện áp sạc đầy 270V Các chế độ sạc đáp ứng thông số ngõ tiêu chuẩn hình 1.2 Dịng điện điện áp trình sạc đáp ứng với tham số cài đặt tương ứng chế độ sạc với dòng điện 50A 60A Tuy nhiên hiệu suất sạc mức mơ phỏng, cần có phương pháp đánh giá khác thực nghiệm để kết khách quan 46 Chương TỔNG KẾT 4.1 Kết luận Song song với nghiên cứu cải thiện công nghệ pin dành cho xe điện, việc nghiên cứu sạc dùng cho xe điện để đảm bảo an toàn cho trình sạc giảm thời gian sạc hãng sản xuất xe điện thực mạnh mẽ nhằm tăng tính cạnh tranh thị trường Tuy nhiên, kỹ thuật công nghệ sạc hãng xe điện chưa công bố phổ biến áp lực cạnh tranh thị trường Luận văn trình bày nguyên lý xây dựng mơ hình điều khiển sạc xe điện mực lv2 có tích hợp tính ổn dịng, ổn áp pin sạc Ngồi ra, tính PFC xem xét để đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật thiết bị sạc Kết có sử dụng phương pháp mô công cụ có tính thực tế cao, sử dụng rộng rãi phần mềm MATLAB 4.2 Định hướng cho tương lai đề tài Bộ sạc Onboard cho xe điện mức lv2 có cơng suất tối đa lên đến 19kW, mức cơng suất dịng điện sạc lớn mức điện áp 240V, nhiệt độ tõa sạc, pin đáng kể, ảnh hưởng đến linh kiện này, ảnh hưởng để phận lân cận Điều gây hỏng hóc linh kiện khác, nguy hiểm gây cháy nổ thời gian dài Vì cần có biện pháp giảm thiểu nhiệt độ tõa q trình sạc mà khơng làm ảnh hưởng nhiều đến linh kiện thời gian sạc đầy, Ngoài tương lai việc thực nghiệm mơ hình sạc có tích hợp vấn đề đc xem xét để kiểm chứng lại vẻ sở lý thuyết 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Global Carbon Project.”CO2 emissions from fossil fuels and lands ues change” https://ourworldindata.org/grapher/global-co2-fossil-plus-landuse?country=~OWID_WRL [2] Global Carbon Project (2021) Supplemental data of Global Carbon Budget 2021 (Version 1.0) [Data set] Global Carbon Project https://doi.org/10.18160/gcp-2021 [3] Phạm Minh Mận, “Nghiên cứu mơ hình sạc lượng cho xe điện phương án bố trí mơ hình đường phục vụ du lịch thành phố đà nẵng”, issn 1859-1531 - tạp chí khoa học cơng nghệ đại học đà nẵng, số 11(96).2015, [4] Texas Instruments Incorporated “Bidirectional, Dual Active Bridge Reference Design for Level Electric Vehicle Charging Stations” Bi-directional: dual active bridge reference design for level electric vehicle charging stations (electronicspecifier.com) [5] Muhammad Aziz, Takuya Oda,Simultaneous quick-charging system for electric vehicle, Energy Procedia, Volume 142, 2017, Pages 1811-1816, ISSN 1876-6102, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.12.568 [6] M Parchomiuk, A Moradewicz and H Gawiński, "An Overview of Electric Vehicles Fast Charging Infrastructure," 2019 Progress in Applied Electrical Engineering (PAEE), 2019, pp 1-5, doi: 10.1109/PAEE.2019.8788983 [7] A Alsalemi, A Al-Zubiri, Y Sadeghi and A Massoud, "Design of Ultra-Fast Electric Vehicle Battery Charger," 2021 IEEE 11th IEEE Symposium on Computer Applications & Industrial Electronics (ISCAIE), 2021, pp 191-196, doi: 10.1109/ISCAIE51753.2021.9431783 [8] Lizette Balsdon “Batery Electric Vehicle (BEV) What is it and how it work” Battery Electric Vehicle (BEV): What (nationwideautotransportation.com) 48 it is and how it works | [9] Kaylyn Bopp, Jesse Bennett, Nathan Lee, “Electric Vehicle Supply Equipment: An Overview of Technical Standards to Support Lao PDR Electric Vehicle Market Development”, National Renewable Energy Laboratory (NREL), Virtual Meeting September 18, 2020 [10] Borgaonkar, Aumkar (2015) Solid State Transformers: A Review of Technology and Applications 10.13140/RG.2.1.1491.1443 [11] On-board charger Author: Toyota Motor Europe (Licence CC BY-ND 2.0) On-Board Charger (evexpert.eu) [12] Ronanki, Deepak & Kelkar, Apoorva & Williamson, Sheldon (2019) Extreme Fast Charging Technology—Prospects to Enhance Sustainable Electric Transportation Energies 12 3721 10.3390/en12193721 [13] L Jun-Young, J Yu-Seok, and H Byung-Moon, "A Two-Stage Isolated/Bidirectional DC/DC Converter With Current Ripple Reduction Technique," Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol 59, pp 644-646, 2012 [14] M Kashif, "Bidirectional flyback DC-DC converter for hybrid electric vehicle: Utility, working and PSPICE computer model," in Microelectronics and Electronics (PrimeAsia), 2012 Asia Pacific Conference on Postgraduate Research in, 2012, pp 61-66 [15] H S H Chung, C Wai-Leung, and K S Tang, "A ZCS bidirectional flyback DC/DC converter," Power Electronics, IEEE Transactions on, vol 19, pp 1426-1434, 2004 [16] A A Aboulnaga and A Emadi, "Performance evaluation of the isolated bidirectional Cuk converter with integrated magnetics," in Power Electronics Specialists Conference, 2004 PESC 04 2004 IEEE 35th Annual, 2004, pp 1557- 1562 Vol.2 [17] Z Fanghua and Y Yangguang, "Novel Forward–Flyback Hybrid Bidirectional DC–DC Converter," Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol 56, pp 15781584, 2009 [18] X Huafeng and X Shaojun, "A ZVS Bidirectional DC–DC Converter With Phase-Shift Plus PWM Control Scheme," Power Electronics, IEEE Transactions on, vol 23, pp 813-823, 2008 49 [19] Z Zhe, O C Thomsen, and M A E Andersen, "Optimal Design of a Push-PullForward Half-Bridge (PPFHB) Bidirectional DC–DC Converter With Variable Input Voltage," Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol 59, pp 2761-2771, 2012 [20] E V de Souza and I Barbi, "Bidirectional Current-Fed Flyback-Push-Pull DC-DC Converter," in Power Electronics Conference (COBEP), 2011 Brazilian, 2011, pp 8-13 [21] C Huang-Jen and L Li-Wei, "A bidirectional DC-DC converter for fuel cell electric vehicle driving system," Power Electronics, IEEE Transactions on, vol 21, pp 950-958, 2006 [22] L Hui, P Fang Zheng, and J S Lawler, "A natural ZVS medium-power bidirectional DCDC converter with minimum number of devices," Industry Applications, IEEE Transactions on, vol 39, pp 525-535, 2003 [23] L Roggia, L Schuch, J E Baggio, C Rech, and J R Pinheiro, "Integrated FullBridgeForward DC–DC Converter for a Residential Microgrid Application," Power Electronics, IEEE Transactions on, vol 28, pp 1728-1740, 2013 [24] K Wang, C Y Lin, L Zhu, D Qu, F C Lee, and J S Lai, "Bi-directional DC to DC converters for fuel cell systems," in Power Electronics in Transportation, 1998, 1998, pp 4751 [25] A Hyunsung and C Hanju, "Second harmonic current reduction by using a resonant circuit in a single-phase battery charger," in Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2013 IEEE, 2013, pp 1409-1413 [26] K Tae-Hoon, J Jin-Beom, L Baek-Haeng, S Dong-Hyun, S Hyun-Sik, K ByoungHoon, et al., "Analytical study on low-frequency ripple effect of battery charging," in Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 2012 IEEE, 2012, pp 809-811 [27] S Bala, T Tengner, P Rosenfeld, and F Delince, "The effect of low frequency current ripple on the performance of a Lithium Iron Phosphate (LFP) battery energy storage system," in Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012 IEEE, 2012, pp 3485-3492 [28] P R Mohanty, A K Panda and D Das, "An active PFC boost converter topology for power factor correction," 2015 Annual IEEE India Conference (INDICON), 2015, pp 1-5, doi: 10.1109/INDICON.2015.7443118 [29] Texas Instruments Incorporated, “Bidirectional, Dual Active Bridge Reference Design for Level Electric Vehicle Charging Stations” 50 https://www.ti.com/lit/ug/tidues0c/tidues0c.pdf?ts=1659495366943&ref_url=https%253A%2 52F%252Fwww.google.com%252F [30] Design Guide: TIDA-010054 Bi-Directional, Dual Active Bridge Reference Design for Level Electric Vehicle Charging Stations [31] Marcos-Pastor, A (2015) Design and control of a battery charger for electric vehicles 10.13140/RG.2.1.3196.0080 51 52 53 54 55 56 S K L 0 ... điện sử dụng pin PHEV (A plug-in hybrid electric vehicle) Xe điện lai sạc điện HEV (Hybrid Vehicle) Xe điện lai Vbat Điện áp sạc pin Ibat Dòng điện sạc pin Vs Điện áp lưới Is Dịng điện lưới G_fix... lượng cho loại xe điện sạc xe điện nghiên cứu để vừa tối ưu hiệu suất cao vừa đảm bảo an tồn q trình sử dụng Tuy nhiên, nghiên cứu sạc cho xe điện chưa nhiều, đặc biệt Việt Nam Nhiệm vụ đề tài - Nghiên. .. tiễn - Tạo sạc linh hoạt nhờ có khả thay đổi dịng sạc sạc cho nhiều pin khác - Nghiên cứu sạc tạo điều kiện để phát triển tạo sản phẩm cạnh tranh Giúp mở rộng công nghệ sạc pin cho xe điện mà thông