TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÔN HỌC HỆ THÔNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Ô TÔ Đề tài Study on using Lithium ion battery for cranking GVHD PGS TS Đỗ Văn Dũng SVTH Nguyễn Hữu Thanh 20145720[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÔN HỌC: HỆ THÔNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Ô TÔ Đề tài: Study on using Lithium ion battery for cranking GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng SVTH: Nguyễn Hữu Thanh - 20145720 Phan Nguyễn Ngọc Duy - 21145355 Trần Minh Hưng Thịnh - 21145670 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………… MỤC LỤC Khái niệm pin Lithium ion Cấu tạo pin Lithium ion 3 Nguyên lý hoạt động 4 Ưu điểm nhược điểm pin Lithium ion 5 So sánh Pin Lithium-Ion Ắc quy chì axit Sử dụng pin Lithium ion để khởi động 1.1 Hệ thống khởi động ô tô 2.1 Pin Lithium ion thay ắc quy chì hệ thống khởi động .7 Lí chọn đề tài Do xu hướng công nghệ xe giới xe ô tô điện loại xe điện sử dụng chủ yếu loại pin pin lithium ắc quy chì Tuy nhiên ắc quy chì có nhiều mặt cịn hạn chế mơi trường nên hơm nhóm chọn đề tài nghiên cứu pin lithium ion sử dụng hệ thống khởi động ô tô xu hướng tất yếu giới sử dụng pin lithium ion thay ắc quy chì 1.1 Khái niệm pin Lithium ion Pin Lithium ion (LIB) hay gọi pin Li-ion loại pin sạc cho phép ion chuyển động từ điện cực âm sang điện cực dương xả ngược lại sạc 2.1 Cấu tạo pin Lithium ion Pin Lithium gồm: cực dương, cực âm, phân tách, chất điện phân thu dòng điện - Cực dương (Cathode): làm từ LiCoO2 LiMnO4, cấu trúc phân từ gồm phân tử Oxide Coban liên kết với ngun tử Lithium Khi có dịng điện chạy qua, nguyên tử Lithium tách khỏi cấu trúc tạo thành ion Li+ - Cực âm (Anode): làm từ than chì vật liệu Cacbon khác có chức lưu giữ ion Li+ mạng tinh thể - Bộ phân tách: gọi màng ngăn cách điện, làm nhựa PE PP Bộ phân tách có nhiều lỗ nhỏ, nằm cực dương cực âm, có chức ngăn cách cực dương cực âm cho phép ion Li+ qua - Chất điện phân: chất lỏng lấp đầy cực màng ngăn, có chứa LiPF6 dung mơi hữu Dung dịch điện phân có chức dẫn ion Li+ qua lại cực - Khung vỏ pin: Vỏ pin ithium-ion có khả chịu va đập tốt, không bị biến dạng phần hông xe phải chịu tác động mạnh từ bên xảy va chạm 3.1 Nguyên lý hoạt động Trong chế hoạt động pin Lithium ion, cực âm cực dương đóng vai trị ngun liệu cho phản ứng điện hóa Dung dịch điện phân tạo môi trường dẫn cho ion Li+ di chuyển cực âm dương Dòng điện chạy mạch pin di chuyển Quá trình thể quy trình sạc, xả Quy trình xả: ion Li+ mang điện tích dương di chuyển từ cực âm qua dung dịch điện phân sang cực dương xảy phản ứng Li+ với cực dương Mỗi ion Li+ di chuyển từ cực âm sang cực dương bên pin mạch ngồi có electron chuyển động từ cực âm sang cực dương, sinh dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm Điều tạo cân điện tích hai điện cực Quy trình sạc: ngược lại với quy trình xả, điện áp sạc, electron bị buộc chạy từ cực dương pin (lúc trở thành cực âm), ion Li+ tách khỏi cực dương chạy cực âm pin (lúc trở thành cực dương) Trong trình sạc xả pin đảo chiều dòng điện Trong chu kỳ phóng điện, nguyên tử Lithium bị ion hóa tách khỏi điện tử chúng Các ion Li+ di chuyển từ cực dương qua chất điện phân đến cực âm Tại chúng tái kết hợp với điện tử trung hòa điện 4.1 5.1 Ưu điểm nhược điểm pin Lithium ion Ưu điểm Nhược điểm Dung lượng lớn - Sử dụng sai cách Sạc nhanh gây cháy nổ làm giảm Tuổi thọ cao tuổi thọ Chi phí sản xuất thấp nên - Chất lượng pin bị giảm giá thành rẻ không sử Trọng lượng nhẹ dụng So sánh Pin Lithium-Ion Ắc quy chì axit: So sánh Pin Lithium-Ion Ắc quy chì axit Độ bền Mật độ lượng sạc – xả Khối lượng Khả chống nước Khả chống cháy nổ Thời gian sạc Ảnh hưởng môi trường Khoảng – năm 20 Wh/kg, chịu dòng xả lớn dạng xung (trong thời gian ngắn) chịu tải cao Nhẹ, khoảng – 4kg Có Khoảng – năm 32 Wh/kg, chịu dòng xả nhỏ khả chịu tải Cao Thấp Khá nặng, 12 – 15 kg Không - Chậm, – tiếng - Nếu bị xả q 50% mà khơng sạc đầy, ắn quy dễ bị hỏng sau – tháng sử dụng - Nếu bị xả tới tận đáy xuất PbSO4 gây hỏng cực chết Ít, cấu tạo Nhiều, cấu tạo cell rắn lithium, chì axit khơng có chì axit - Nhanh, – tiếng, chí vài phút - Sử dụng hết pin (gọi xả), không lo bị hỏng pin sau thời gian sử dụng 6.1 Sử dụng pin Lithium ion để khởi động 7.1 Hệ thống khởi động ô tô Trên động đốt trong, hệ thống khởi động truyền cho trục khuỷu mơ men với số vịng quay định để khởi động động Hiện ô tô chủ yếu sử dụng động điện chiều để khởi động Yêu cầu hệ thống khởi động: - Máy khởi động phải tác dụng lực lên trục khuỷu động với tốc độ thấp mà động nổ máy - Mơ men truyền động đủ lớn để động khởi động phải khởi động nhiều lần - Nhiệt độ làm việc không vượt giá trị cho phép - Tỷ số truyền bánh máy khởi động bánh bánh đà phải nằm giới hạn từ – 18 - Chiều dài, điện trở dây dẫn nối từ ắc quy đến máy khởi động m 8.1 Pin Lithium ion thay ắc quy chì hệ thống khởi động So với ắc quy axit chì, pin Lithium ion nhẹ hơn, sạc nhanh chịu chu kỳ sạc, xả cao hơn, tuổi thọ cao (gấp – lần ắc quy chì) tái chế tốt Hiệu suất làm việc pin Lithium ion đảm bảo (trên 90%) hoạt động điều kiện khắc nghiệt Vì vậy, pin Lithium ion hồn tồn đủ khả thay cho ắc quy chì khởi động xe Tuy nhiên pin Li-ion nhạy cảm với điều kiện vận hành gây hư hỏng pin Để khai thác hết khả pin Lithium ion giúp tránh hư hỏng vận hành, ta cần có Hệ thống quản lí pin (BMS – Battery Management System) giúp bảo vệ pin trường hợp: - Quá áp thấp áp: BMS giúp bảo vệ khỏi việc pin bị sạc mức (quá áp) hay bị xả cạn (thấp áp), tranh làm giảm tuổi thọ pin - Quá nhiệt: BMS theo dõi nhiệt độ pin điều khiển quạt làm mát cho pin ngưng hoạt động phát tình nhiệt độ pin vượt mức báo động, tránh tượng nứt vỡ pin, rò rỉ dung dịch điện phân gay cháy nổ - Ngắn mạch: BMS bảo vệ pin khỏi tượng ngắn mạch, tránh gây hư hỏng pin - Cân cell (cell-balancing): Cân cell pin mắc nối tiếp Dung lượng cell không đồng sai số chế tạo hay thối hóa khơng đồng qua trình sử dụng - Điều khiển tình trạng nạp (SoC – State of Charge): cho phép nạp pin hết, ngắt nạp đầy - Giám sát đánh giá tình trạng pin: đánh giá dung lượng pin, quãng đường tối đa xe chạy Tài liệu tham khảo https://vinfastauto.com/vn_vi/tim-hieu-ve-pin-lithium-ioncau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong https://otomydinhthc.com/tim-hieu-ve-he-thong-khoi-dongmay-de-tren-xe-o-to/ https://lithaco.vn/he-thong-quan-ly-pin-lithium-la-gi/ https://news.oto-hui.com/pin-lithium-ion-tren-xe-dien-lieuban-da-biet-het-ve-no/