Tìm hiểu hệ thống quản lý năng lượng và thi công mô hình pin xe điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG VÀ THI CÔNG MƠ HÌNH PIN XE ĐIỆN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ Ngành: Giảng viên Hướng dẫn: PGS.TS Huỳnh Thanh Cơng Sinh viên thực hiện: MSSV: LỚP: Nguyễn Anh Tuấn 1811253700 18DOTC4 Trần Văn Trọng 1811250773 18DOTC4 Lê Văn Ý 1811252745 18DOTC4 TP.HCM, ngày … tháng … năm 2022 PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ THÀNH VIÊN NHÓM TT Họ tên Nhiệm vụ Nguyễn Anh Tuấn (1811253700) Chuẩn bị nội dung – – /2022 Đã -Chương 1, hồn -Thảo luận, thiết kế thi cơng thành mơ hình pin xe điện Trần Văn Trọng (1811250773) Chuẩn bị nội dung – – /2022 Đã -Chương 1, 3, hoàn -Thảo luận, thiết kế thi cơng thành mơ hình pin xe điện Lê Văn Ý (1811252745) Chuẩn bị nội dung – – /2022 Đã -Chương 2, 3, hồn -Thảo luận, thiết kế thi cơng thành mơ hình pin xe điện I Thời gian Ghi LỜI CAM ĐOAN Nhóm sinh viên cam đoan cơng trình nghiên cứu nhóm Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Đồ án có tn thủ trích dẫn tài liệu tham khảo theo quy định TP.HCM, ngày … tháng năm 2022 Nhóm sinh viên II LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, chúng em dược học hỏi lĩnh hội nhiều kiến thức quý báu từ quý thầy cô, để làm tảng cho việc nghiên cứu tiếp cận thêm nhiều tài liệu, kiến thức cách có hiệu Chúng em xin cảm ơn quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp Đại học quy đại cương chuyên ngành Cơng nghệ kỹ thuật tơ niên khóa 2018 – 2022 trang bị cho chúng em nhiều kiến thức hành trang để chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp Trong trình thực đồ án tốt nghiệp, chúng em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho chúng em theo học lớp đại học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô Chúng em xin cảm ơn thầy hướng dẫn PGS.TS Huỳnh Thanh Công chia sẻ kiến thức, thơng tin bổ ích, hướng dẫn tận tình đặc biệt lời khuyên quý báu, góp ý thầy cho chúng em thời gian làm đồ án tốt nghiệp Chúng em xin cảm ơn phản biện đóng góp ý kiến thầy để hoàn thiện đồ án tốt nghiệp cách tốt Thêm vào chúng em xin cảm ơn anh hổ trợ chúng em trình làm mơ hình đồ án Anh hổ trợ chúng em máy hàn, máy cắt, pin nhiều linh kiện mơ hình với chổ để hồn thiện mơ hình Cuối trình thực đồ án trình độ tiếng anh cịn hạn hẹp kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót, mong q thầy bỏ qua Qua chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy để chúng em hồn thiện đồ án tốt nghiệp III TÓM TẮT Trong thời gian gần đây, xu hướng phát triển ngành công nghiệp ô tô dần thay đổi từ xe (ô tô) sử dụng nhiên liệu truyền thống với động đốt sang hướng xe sử dụng điện với động điện pin nguồn lượng Vì vậy, việc tìm hiểu, tổng hợp tài liệu, phân tích xe điện nói chung hệ thống lượng xe dùng điện cần thiết phù hợp Đồ án “Tìm hiểu hệ thống quản lý lượng thi công mô hình pin xe điện” với chương cụ thể Phần chúng em giới thiệu kiểu xe điện thị trường từ kiểu xe điện điện lai hydrid mẫu xe sử dụng toàn điện ngày Tiếp theo tụi em vào tìm hiểu loại pin phổ biến thị trường lý pin Lithium-ion sử dụng rộng rãi Pin phát triển phần thiếu cho xe điện thiết bị điện cho trương lai bên cạnh nguồn lượng Sau chúng em tiếp tục vào cấu tạo nguyên lý hoạt động kiểu xe điện EV (Electric Vehicle) phát triển rộng rãi ngày Hiện xe điện tồn khó khăn thời gian sạc dài, hạn chế quãng đường lại khả chịu nước vấn đề khắc phục hãng xe Tất hoạt động xe dẫn động điện gửi điều khiển trung tâm Tuy nhiên, tài liệu xe điện chưa phổ biến thầy hổ trợ chúng em trình tìm kiếm tài liệu Cùng với phần tài liệu nhóm chúng em chọn mơ hình xe điện đơn giản để làm mơ hình mơ cho phần tài liệu chúng em Mơ hình em chưa thể hết tất hoạt động xe điện cho người xem thấy hệ thống cần có xe điện để hoạt động từ phát triển lên Sau hồn thành đồ án ngồi kết có chúng em tích lũy cho kinh nghiệm việc làm khí hàn, cắt, khoan làm nhiều việc mà tụi em chưa trải qua Tất trình có sau làm đồ án hành trang cho chúng em trường để chúng em hồn thành tốt cơng việc Đây tóm tắt q trình kết mà chúng em có thơng qua đồ án IV ABSTRACT Recently, the development trend of the automotive industry is gradually changing from traditional fuel vehicles (cars) with bright internal combustion engines to electric vehicles with electric motors and batteries as clean energy sources Therefore, it is necessary and appropriate to learn, synthesize documents, analyze electric vehicles in general and the energy system on electric vehicles This undergraduate thesis titled "Understanding and building a demonstrated model of energy management systems of electric vehicle” with specific chapters The first part we introduce the current electric vehicles on the market from hybrid electric vehicles to today's all-electric models Next, we went to find out the popular batteries on the market and why Lithium-ion batteries are so widely used today Batteries are being developed and are an integral part of electric vehicles and electrical appliances for hybrids in addition to clean energy sources Then we continue to go into the structure and principle of operation of the electric EV (Electric Vehicle) that has been widely developed today Currently, electric vehicles still have difficulties such as quite long charging time, limited travel distance as well as poor water resistance, which are problems that are still being overcome by automakers today All vehicle activity is electrically driven and sent to the central controller However, the materials of electric vehicles had not been disseminated, he has also assisted us in the process of finding documents Along with the group documentation we also chose a simple tram model to model our simulation Although my model does not fully show all the activities on electric vehicles, it still shows viewers the necessary systems of electric vehicles so that it can work and thereby grow After completing this project, in addition to the results obtained on us, we also accumulated experience in mechanical jobs such as welding, cutting, drilling and doing many things that we have not experienced All the process obtained after working on this project will be our luggage when we graduate so that we can complete our work well This is a significant results for us to continue the job life after finishing our undergraduate thesis V MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III TÓM TẮT IV ABSTRACT V MỤC LỤC VI DANH SÁCH CÁC BẢNG IX DANH SÁCH CÁC HÌNH X DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ KHOA HỌC XIII LỜI MỞ ĐẦU XV Chương GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Các kết dự kiến sau thực đề tài 1.6 Kết cấu đề tài Chương TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN VÀ XE HYBRID 2.1 Giới thiệu chung xe điện xe Hybrid 2.2 Xe Hybrid (HEV) 2.2.1 Xu hướng phát triển ô tô Hybrid .8 2.2.2 Phân loại ô tô Hybrid .9 2.2.2.1 Theo thời điểm phối hợp công suất 2.2.2.2 Theo cách phối hợp công suất động nhiệt động điện 2.2.3 Một số dòng xe Hybrid phổ biến .13 2.3 Xe điện Plug – in Hybrid (PHEV) 15 2.3.1 Nguồn động lực: Động đốt động điện .16 2.3.2 Các tùy chọn lái xe nhiên liệu 17 2.3.3 Phân loại dựa vào cấu hình dẫn động PHEV 17 VI 2.3.4 Các thành phần xe điện Plug – in Hybrid 17 2.3.5 Một số dòng xe Plug – in Hybrid 19 2.4 Xe điện pin nhiên liệu FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) 20 2.4.1 Nguyên lý hoạt động Pin nhiên liệu 21 2.4.2 Các thành phần tơ điện pin nhiên liệu 22 2.4.3 Một số dòng xe Fuel Cell Electric Vehicle .23 2.5 Xe điện chạy pin (ALL – Electric Vehicle, BEV) 25 2.5.1 Xe điện BEV 25 2.5.2 Cấu tạo ô tô điện 26 2.5.3 Phạm vi hoạt động 27 2.5.4 Một số dòng xe điện (BEV) 27 Chương HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG VÀ PIN 30 3.1 Lịch sử hình thành pin Lithium 30 3.2 Các loại pin thường gặp 33 3.2.1 Ắc quy axit – chì (Pb – PbO2) 33 3.2.2 Pin Natri – Niken clorua (Na –NiCl2) .35 3.2.3 Natri – Lưu huỳnh (Na – S) 35 3.2.4 Pin Lithium – Ion 36 3.2.5 Pin nhiên liệu (Fuel cell) 38 3.2.6 Siêu tụ điện 40 3.3 Tìm hiểu pin Lithium – ion 41 3.3.1 Nguyên lý hoạt động .42 3.3.2 Các phản ứng điện cực .43 3.3.3 Sự tạo thành lớp chuyển tiếp điện cực – dung dịch điện phân 43 3.3.4 Cấu tạo pin Lithium-ion 44 3.3.5 Điện cực dương .45 3.3.6 Điện cực âm .46 3.3.7 Chất điện li 47 3.3.8 Dung môi 47 3.3.9 Vật cách điện 47 3.4 Các chế độ sạc pin 48 3.5 Phích cắm sạc 50 VII 3.6 Hệ thống quản lý pin BMS (Battery Management Systems) 52 3.7 Thiết kế bố trí pin Lithium – ion xe điện 57 3.7.1 Pin Lithium – ion xe điện Chevrolet Bolt 57 3.7.2 Pin Lithium – ion xe điện Tesla Model S 59 3.8 Hệ thống quản lý lượng EMS (Energy Management Systems) .60 Chương THIẾT KẾ, THI CÔNG MƠ HÌNH 64 4.1 Thiết kế vẽ mơ hình pin 64 4.2 Giới thiệu thành phần mơ hình pin xe điện 65 4.2.1 Động điện DC có chổi than 65 4.2.2 Relay điều khiển động 69 4.2.3 Cảm biến bàn đạp ga .70 4.2.4 Pin Lithium – ion .70 4.2.5 Cầu dẫn động 71 4.2.6 Bộ điều khiển cho động điện chiều Curtis 1520 71 4.3 Thi cơng mơ hình pin xe điện 72 4.3.1 Thi cơng phần sa bàn cho mơ hình 72 4.3.2 Thi công mơ hình pin Lithium – ion .75 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 5.1 Kết luận 81 5.2 Hướng phát triển đồ án 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 VIII DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 3.1: Ưu-Nhược điểm Pin Li – ion [6] .37 Bảng 3.1: Đặc trưng vật liệu làm điện cực dương [6] 46 Bảng 3.1: Đặc trưng loại carbon [6] 47 IX 4.2.3 Cảm biến bàn đạp ga Hình 4.9: Cảm biến bàn đạp ga Khi đạp chân ga thông qua biến trở cảm biến điện áp thay đổi gửi tín hiệu hộp điều khiển để điều khiển tốc độ động theo mức tăng tốc người lái Cảm biến bàn đạp ga thường có hai chiết áp khác để đảm bảo thơng tin từ cảm biến vị trí xác Hai chiết áp thay đổi điện áp đầu vào cảm biến module để điều khiển góc trục cảm biến vị trí 4.2.4 Pin Lithium – ion * Thông số kỹ thuật pin Lithium mơ hình Hình 4.10: Một Pin Li - ion ô tô điện tiêu biểu 70 Chức quản lý bảo vệ pin BMS: giám sát quản lý điện áp cell pin, giám sát quản lý dịng sạc xả, cân cell pin, có đèn báo lỗi cố, có chức bảo vệ phần mềm phần cứng pack pin Lithium 4.2.5 Cầu dẫn động Hình 4.11: Cầu dẫn động Cầu dẫn động sử dụng mơ hình có cấu vi sai, bánh bán trục ăn khớp với 4.2.6 Bộ điều khiển cho động điện chiều Curtis 1520 Hình 4.12: Bộ điều khiển Curtis 1520 * Tính điều khiển Curtis 1520 − Điều khiển động điện êm an toàn; − Cho phép điều chỉnh tham số để tối ưu hóa tốc độ, mơ – men phanh; − Bộ điều khiển kích từ độc lập phanh hãm động tái sinh lượng; 71 − Giới hạn tốc độ đổ đèo; − Chống trôi ngược xe dừng ngang dốc; − Cung cấp nhiều chế độ vận hành; − Tự động chẩn đoán lỗi hiển thị mã lỗi LED; − Phù hợp với nhiều kiểu chân ga dạng điện trở, cảm biến Hall, … − Bảo vệ động tải, áp, dịng q nhiệt 4.3 Thi cơng mơ hình pin xe điện 4.3.1 Thi công phần sa bàn cho mô hình • Dùng thước dây đo kích thước chiều dài, chiều rộng, chiều cao cho khung sa bàn theo thứ tự 160x60x80 (cm) Hình 4.13: Dùng thước dây đo kích thước cho khung sa bàn • Dùng máy cắt lớn cắt sắt vuông đoạn theo kích thước đo Hình 4.14: Q trình gia cơng dọc ngang mơ hình 72 • Hàn nối sắt cắt lại với Hình 4.15: Q trình gia cơng dọc ngang mơ hình • Sau hàn thu khung bề mặt sa bàn Hình 4.16: Khung bề mặt sa bàm • Mài nhẵn bóng bề mặt hàn, kiểm tra lại chỗ bị hở, bị rổ Đánh dấu sau hàn lần cho khung chắn Hình 4.17: Mài bề mặt mối hàn 73 • Hồn thành khung sa bàn Hình 4.18: Khung sa bàn • Lắp bánh xe vào phần chân khung sa bàn thuận tiện cho việc di chuyển Hình 4.19: Lắp bánh xe • Sa bàn sau hàn, mài nhẵn hồn thiện chi tiết Hình 4.20: Sa bàn sau hoàn thiện chi tiết 74 • Sử dụng máy bắn vít, bắn vít lên gỗ nhằm cố định gỗ vào bề mặt khung sa bàn Bây lắp ráp chi tiết mơ hình bề mặt sa bàn 4.3.2 Thi cơng mơ hình pin Lithium – ion • Tạo khung để lắp đặt cầu dẫn động cho mơ hình bề mặt sa bàn Hình 4.21: Tạo khung lắp đặt cầu dẫn động • Lắp cầu dẫn động vào khung tạo sẵn bề mặt sa bàn Hình 4.22: Cầu dẫn động sau lắp vào sa bàn 75 • Hàn chì cảm biến để nối với dây điện chuẩn bị cho trình đấu dây theo sơ đồ mạch điện mơ hình Hình 4.23: Hàn chì giắc cảm biến với dây điện • Thực q trình đấu dây theo sơ đồ mạch điện Hình 4.24: Đấu dây theo sơ đồ mạch điện 76 • Mơ hình hồn thành sau bố trí thành phần mơ hình giống với sơ đồ khối đấu dây theo sơ đồ mạch điện thiết kế Hình 4.25: Hồn thiện mơ hình pin xe điện • Mơ hình pin xe điện sau hồn thành hoản chỉnh Hình 4.26: Mơ hình pin hồn chỉnh 77 * Ngun lý hoạt động mơ hình Khi OFF chìa nguồn từ pin vào chân số để nuôi hộp lưu trữ liệu, ON nguồn từ pin qua công tắc vào chân số hộp cung cấp nguồn dương để hộp nuôi cảm biến cấu chấp hành Khi nhận tín hiệu từ cơng tắc chân ga công tắc tiến lùi, hộp xuất mass chân 17 làm dòng điện qua cuộn dây đóng tiếp điểm relay, nguồn từ pin vào chân B+ làm động quay Khi nhận thêm tín hiệu từ cảm biến chân ga hộp xuất tín hiệu điều khiển tốc độ động theo tín hiệu từ chân ga * Thơng số kỹ thuật chi tiết mơ hình pin Thơng số kỹ thuật motor bao gồm: − Điện áp đầu vào: 36 V; − Có thể đảo chiều quay motor; − Chiều dài: 245 mm; − Đường kính trục: 34,4 mm; − Đường kính motor: 169 mm; − Trọng lượng: 20,55 kg − Thông số kỹ thuật relay − Điện áp: 48 V; − Dòng điện: 150 A; − Trọng lượng: 0,45 kg; − Model: club car SW80S – 1494S; Thông số kỹ thuật hộp điều khiển bao gồm: − Điện áp: 48 V; − Dòng điện: 500 A; − Chiều dài: 198 mm; − Chiều rộng: 144 mm; − Chiều cao: 68 mm; − Model: 1520 – 5501; 78 − Nhiệt độ làm việc: 40 – 50 độ C; Thông số kỹ thuật pin Lithium – ion mơ hình bao gồm − Điện áp bình thường: 48 – 50 V; − Công suất: 200 Ah; − Dung lượng: 9,6 kWh; − Điện áp sạc: 53,5 – 55,5 V; − Dòng điện sạc, xả Max: 100 A; − Dòng sạc yêu cầu: 20 A; − Dòng xả yêu cầu: 50 A Nhằm tính tốn sơ cơng suất động điện cho Mơ hình Đồ án, nhóm lựa chọn sử dụng loại động điện pha Cơng suất động ước lượng sau: P=U*I*µ*ŋ Trong đó, P: Cơng suất động điện U: điện áp vào động điện (58 điện áp pin) I: cường độ dòng điện qua động điện ( 18 dịng điện đo ) µ: hiệu suất động ŋ: hệ số công suất Với thông số cụ thể trên, công suất động ước lượng cho mơ hình là: P = 58 * 18 * 0,8 * 0,85 = 709,92 W = 0,95 HP 79 80 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Đồ án tốt nghiệp “Tìm hiểu hệ thống quản lý lượng thi công mơ hình pin xe điện” hồn thành với nội dung trọng tâm trình bày bốn chương Nhóm thực tổng hợp, phân tích tài liệu có liên quan đến phương tiện giao thơng quan tâm xe dùng điện Trên sở tìm hiểu hệ thống quản lý lượng liên, nhóm thiết kế sơ bộ, thiết kế bố trí chung thi cơng mơ hình minh chứng hoạt động hệ thống lượng tiêu biểu xe điện Mơ hình hoạt động tốt cho phép giới thiệu sơ đồ, nguyên lý cấu tạo pin, nguồn động lực xe điện tiêu biểu Mơ hình hệ thống quản lý truyền lượng xe điện hoạt động tốt, đáp ứng tiêu chí đặt Thơng qua đồ án, nhóm biết cách tổng hợp vận dụng kiến thức bổ ích học tập lớp để triển khai vào toán kỹ thuật thực tiễn Sự kết hợp lý thuyết từ tài liệu có với thực hành giúp chúng em nắm tổng qt mơ hình xe điện phát triển Thơng qua mơ hình chúng em thể sơ đồ hệ thống quản lý lượng xe điện thể cách trực quan thông qua sa bàn Do đó, mơ hình chúng em phục vụ tốt công tác giảng dạy học tập tạo điều kiện sinh viên khóa sau tiếp cận với thực tế mơ hình Đồng thời, thành viên nhóm học tập kỹ phương pháp làm việc nhóm để áp dụng làm việc sau 5.2 Hướng phát triển đồ án Trong phạm vi đồ án, thời gian kinh phí hạn chế, nhóm chưa triển khai đầy đủ hệ thống quản lý hồn chỉnh xe dùng điện mà mơ tả sơ cụm, chi tiết tổng thành hệ thống Hy vọng giai đoạn tiếp theo, nhóm bổ sung thêm vào hệ thống hệ hiển thị giá trị lượng tức thời chi tiết dùng điện; thông số pin điện nhằm góp phần đánh giá hiệu hệ thống xe điện Từ đó, góp phần đánh giá theo chu trình lái 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thượng Lưu, Đỗ Nhật Trường Sách “Ơ tơ điện, Hybrid Fuel Cell”, Đại học Công Nghệ TP.HCM, 2021; [2] Enge Per, Enge Nick, Zoepf Stephen Book “Electric Vehicle Engineering”, Mc Graw Hill, 2021; [3] Tom Denton Book “Electric and Hybrid Vehicles”, Routledge, 2020; [4] D.Rimpas, S.D.Kaminaris, I.Aldarraji et al “Energy management and storage systems on electric vehicles: A comprehensive review”, Scienderect, 2021; [5] Glenn Zorptte Book “Super Charged”, IEEE Spectrum, 2005; [6] Lê Trung Hiếu “Khóa luận tốt nghiệp đại học – Điện tự động công nghiệp”, Đại học Quản Lý Cơng Nghệ Hải Phịng, 2020; [7] https://en.wikipedia.org/wiki/General_Motors_EV1; [8] https://www.kbb.com/nissan/leaf/2011/; [9]https://vi.m.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp_tin:Ford_Focus_Electric_wit h_badging_WAS_2011_924.jpg; [10] https://vnexpress.net/nhung-oto-Hybrid-dang-ban-tai-viet-nam-4479641.html; [11]https://www.xecov.com/articles/xe-dien-plug-in-Hybrid-la-gi-tong-quan-ve-xedien-phev; [12]https://www.xecov.com/articles/xe-dien-pin-nhien-lieu-fcev-fuel-cell-electricvehicle-la-gi; [13]http://oto-xemay.vn/tin-tuc/honda-clarity-fuel-cell mau-xe-chay-pin-nhienlieu-da-co-gia-ban-4449842.html; [14]https://tinhte.vn/thread/bmw-tiet-lo-ve-i8-va-5-series-gt-chay-pin-nhien-lieuhydro.2478717/; [15]https://www.xecov.com/articles/xe-dien-chay-bang-pin-all-electric-vehicle-bevla-gi; [16] https://anycar.vn/xe-o-to-dien-t236661.html; 82 [17]https://genk.vn/kham-pha-lich-su-hinh-thanh-va-phat-trien-cua-pin20140520234829463.chn; [18] https://news.oto-hui.com/o-to-dien-tu-a-z-tong-quan-ve-xe-dien-hyundai-phan1/;; [19]https://news.oto-hui.com/tai-sao-o-to-dien-can-he-thong-quan-ly-pin-Lithiumbms/; [20]https://news.oto-hui.com/pin-Lithium-ion-tren-xe-dien-lieu-ban-da-biet-het-veno/ 83 PHỤ LỤC 84