Sau khi hoàn thành khoảng thời gian học tập tại trường ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH dưới sự giảng dạy và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giúp chúng em được tiếp thu thêm nhiều kiến thức cũng như nhiều kinh nghiệm bổ ích cho bản thân. Những bài học của thầy cô hôm nay sẽ là hành trang quý báu cho em sau này khi bước qua ngưỡng cửa đại học. Xin gửi đến quý thầy cô lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc của em vì đã tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập, rèn luyện, tích luỹ kinh nghiệm, kiến thức cũng như kỹ năng để em thực hiện khoá luận này.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠ KHÍ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ LƯU TRỮ VÀ CÔNG NGHỆ SẠC CHO Ô TÔ ĐIỆN Ngành : Kỹ thuật ô tô Chun ngành : Cơ khí tơ 2022 Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Giao Sinh viên thực : Trần Tiến Đạt Mã số sinh viên : 18H1080119 Lớp : CO18CLCC Mã học phần : 010408602401 TP.Hồ Chí Minh, năm 2022 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Tiến Đạt Lời cảm ơn Khi hoàn thành luận văn tốt nghiệp lúc em kết thúc thời gian học tập trường Đại học Giao thơng vận tải Tp.Hồ Chí Mmin Khoảng thời gian học tập nguyên cứu trường giúp em hiểu yêu quý nơi nhiều Nhà trường thầy cô truyền đạt cho em kiến thức chuyên môn mà giáo dục em lý tưởng, đạo đức sống Đây hành trang sống nghiệp em sau Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy tận tình bảo, dẫn dắt em đến ngày hơm để vững bước đường học tập sau Luận văn tốt nghiệp để em tổng hợp lại kiến thức Đề tài em là: “nghiên cứu thiết bị lưu trữ công nghệ sạc cho ô tô điện” Trong suốt trình làm luận văn, em nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới thầy TS.Nguyễn Văn Giao hướng dẫn truyền đạt kinh nghiệm quý báu cho em suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp em, thầy trưởng môn TS.Nguyễn Thành Sa không ngừng tạo điều kiện giúp đỡ em bạn thực luận văn Em cảm ơn gia đình bạn giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Luận văn em hạn chế lực thiếu xót q trình ngun cứu Em xin lắng nghe tiếp thu ý kiến giáo viên phản biện để hoàn thiện bổ sung kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022 Sinh viên thực Trần Tiến Đạt i Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Tiến Đạt Tóm tắt luận văn Ngày xã hội ngày phát triển, nhu cầu sử dụng xe ô tô với phương tiện sử dụng loại nhiên liệu hóa thạch tăng cao Nhưng vấn đề nguồn nguyên liệu vô tận Chúng ta khai thác cách thiếu tổ chức sử dụng chưa hợp lý, đứng trước nguy ngày chúng cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch Do đó, ngày phát triển khoa học, ô tô sử dụng động điện dần trở nên phổ biến Trong tương lai không xa ô tô điện loại phương tiện di chuyển số Bố cục luận văn gồm chương sau: Chương 1: Tóm tắt, sơ lược thị trường ô tô, giới thiệu vài loại xe phổ biến thị trường Nhu cầu sử dụng xe điện nay, vai trò tương lai ô tô điện Chương 2: Lưu trữ lượng ô tô điện vấn đề quan trọng hàng đầu nhà sản xuất người tiêu dùng quan tâm So với nguồn lượng sơ cấp (như khí đốt dầu) điện khó có khả lưu trữ Bởi vậy, nhà nghiên cứu phát triển công nghệ lưu trữ thơng qua nhiều hệ thống cho vịng vận hành Điều góp phần tăng tuổi thọ mở rộng phạm vi vận hành xe điện, mang lại trải nghiệm hồn hảo cho hành trình Chương 3: gia tăng ô tô điện nhanh chóng dẫn đến nhu cầu điện cao để sạc cho chúng Chương tìm hiểu trình sạc xe ô tô điện diễn Chương 4: Pin Li-ion nguồn cung cấp lượng cho cách mạng điện tử kỹ thuật số Những tiến công nghệ pin li-ion tạo nhiều ứng dụng Để đáp ứng nhu cầu ngày tăng lưu trữ lượng cần phải nghiên cứu tăng cường để phát triển pin Li-ion hệ với hiệu suất cải thiện đáng kể Tuy nhiên thách thức trình phát triển pin Li-ion Chương 5: Pin có vai trị quan trọng việc phát triển loại ô tô điện Mât độ lượng, mật độ công suất, thời gian sạc, tuổi thọ chi phí thách thức cho thương mại hóa đối tượng nghiên cứu Thời gian sạc tuổi thọ pin có phụ thuộc mạnh mẽ vào đặc tính sạc pin Vì vậy, nhà sản xuất phải làm việc phát triển loại mô đun pin cho ô tô điện ii Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Tiến Đạt Mục lục Lời cảm ơn .i Tóm tắt luận văn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình ảnh vi Chương 1: Tổng quan thị trường ô tô điện .1 1.1 Nhu cầu sử dụng xe điện 1.2 Giới thiệu loại xe ô tô thị trường Chương 2: Công nghệ lưu trữ lượng 2.1 Pin điện hóa 2.1.1 Phản ứng điện hóa 2.1.2 Năng lượng riêng 10 2.1.3 Công suất riêng 11 2.1.4 Hiệu suất lượng 11 2.1.4 Công nghệ pin 12 2.2 Siêu tụ điện sử dụng ô tô điện 17 2.2.1 Lịch sử phát triển siêu tụ điện 17 2.2.2 Tính siêu tụ điện 21 2.2.3 Cấu tạo 21 2.2.4 Nguyên tắc hoạt động .26 2.2.5 Ứng dụng ô tô điện .29 2.3 Bánh đà siêu tốc 31 2.3.1 Nguyên tắc hoạt động .32 2.3.2 Công suất hệ thống bánh đà siêu tốc .33 2.3.3 Công nghệ bánh đà 34 2.4 Kết hợp công nghệ lưu trữ lượng 36 Chương 3: Công nghệ sạc ô tô điện 39 3.1 Sơ lược chung sạc xe ô tô điện 39 3.2 Quá trình sạc dòng AC .42 3.3 Q trình sạc dịng DC .47 3.4 Sạc pin li-ion .52 3.4.1 Quá trình sạc ổn dịng .54 3.4.2 Quá trình sạc ổn áp 54 iii Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Tiến Đạt 3.4.3 Over-charging (sạc mức) over-discharging (xả mức) 55 3.5 Một số nguyên tắc sạc pin lithium-ion 56 Chương 4: Cấu tạo nguyên tắc hoạt động pin Lithium-ion 60 4.1 Giới thiệu chung 60 4.2 Cấu tạo pin li-ion 61 4.3 Phân loại pin li-ion .67 4.4 Nguyên tắc hoạt động pin li-ion 69 4.5 Những thách thức pin lithium-ion 71 Chương 5: Tìm hiểu thực tế xe Tesla Model 72 Kết luận đề tài v Tài liệu tham khảo vi iv Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Tiến Đạt Danh mục bảng Bảng 2.1: Thơng số pin Axit-chì 12 Bảng 2.2: Thông số pin NiMH .14 Bảng 2.3: Thông số pin Natri-niken clorua 14 Bảng 2.4: Thông số pin Lithium 15 Bảng 2.5: Bảng tóm tắt sản phẩm có từ nhà máy sản xuất 19 Bảng 2.6: đặc tính số vật liệu composite 34 Bảng 3.1: Phân loại theo chế độ sạc 57 Bảng 4.1: Ưu điểm nhược điểm pin Li-ion 60 Bảng 4.2: Đặc trưng điện áp dung lượng vật liệu làm điện cực dương .63 Bảng 4.3: Tính chất đặc tính vật lí loại carbon 64 Bảng 5.1:Thông số kỹ thuật: 72 Bảng 5.2:Thông số pin: 72 v Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Tiến Đạt Danh mục hình ảnh Hình 1.1: Xe ô tô hybrid Hình 1.2: Xe ô tô điện .6 Hình 2.1: Các trình điện hóa q trình phóng điện sạc pin 10 Hình 2.2: Hiệu suất sạc xả pin 12 Hình 2.3: Tụ điện sử dụng điện cực cacbon xốp 18 Hình 2.4: Thiết bị lưu trữ lượng điện 18 Hình 2.5: Ảnh hưởng đường kính lỗ điện dung riêng 23 Hình 2.6: Quá trình sạc điện cực dẫn polyme 24 Hình 2.7: Cấu tạo tụ điện tĩnh điện 27 Hình 2.8: Cơ chế lưu trữ EDLC .28 Hình 2.9: Cấu tạo EDLC .29 Hình 2.10: sơ đồ xe điện sử dụng pin nhiên liệu siêu tụ điện 30 Hình 2.11: Thử nghiệm dòng điện cho pin nhiên nhiệu, siêu tụ điện biến tần .30 Hình 2.12: Mơ-đun siêu tụ điện ô tô điện nguyên mẫu 31 Hình 2.13: Cấu trúc hệ thống bánh đà siêu tốc 33 Hình 2.14: Mơmen xoắn cấu hình điện áp so với tốc độ quay 34 Hình 15: Cấu trúc hệ thống bánh đà 35 Hình 2.16: Hoạt động kết hợp nguồn lưu trữ lượng 38 Hình 3.1: Chỉ số cấp độ sạc 39 Hình 3.2: Đồ thị tốc độ sạc nhanh ô tô điện .41 Hình 3.3: Sạc dịng AC 42 Hình 3.4: Sơ đồ hoạt động sạc dòng AC 43 Hình 3.5: Đầu nối loại 44 Hình 3.6: Đầu nối loại 45 Hình 3.7: Đầu nối Tesla sử dụng US 45 Hình 3.8: Sơ đồ điều khiển hai chân tín hiệu 46 Hình 3.9: Động Renault ZOE 47 Hình 3.10: Sạc dịng DC 48 Hình 3.11: Sơ đồ hoạt động sạc dòng DC 48 Hình 3.12: Đầu nối CSS-combo .49 Hình 3.13: Đầu nối CSS-combo .49 Hình 3.14: Đầu nối Chademo 50 Hình 3.15: Đầu nối loại 51 Hình 3.16: : Đầu nối Tesla sử dụng US 51 Hình 3.17: Đầu nối tiêu chuẩn GB/T Trung Quốc 51 Hình 3.18: Tín hiệu điện áp dịng điện pin li-ion qua giai đoạn 53 Hình 3.19: Hai giai đoạn sạc pin li-ion gồm: sạc ổn dịng sạc ổn áp 53 Hình 3.20: Các đường cong tốc độ phóng điện pin 57 Hình 3.21: Chu kỳ nạp xả pin li-ion mức 1C, 2C 3C .59 Hình 4.1: Cấu tạo pin li-ion 62 Hình 4.2: Mặt cắt ngang pin Li-ion dạng trụ 68 Hình 3: Mặt cắt pin Li-ion dạng lăng trụ 68 Hình 4.4: Phác họa q trình điện hóa Pin Li-ion 70 vi Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Tiến Đạt Hình 5.1: Xe ô tô điện tesla model 2017 72 Hình 5.2: Mơ chung xe tesla model .73 Hình 5.3: Tụ điện tesla model 73 Hình 5.4:Bộ biến tần tesla model 74 Hình 5.5: Bộ chuyển đổi DC/DC .75 Hình 5.6: Bộ chỉnh lưu .76 Hình 5.7: Cuộn cảm .76 vii Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Tiến Đạt Chương 1: Tổng quan thị trường ô tô điện 1.1 Nhu cầu sử dụng xe điện 1.1.1 Giới thiệu chung Ơ tơ điện tơ cắm điện với lực đẩy có từ nhiều động điện, sử dụng lượng thường lưu trữ pin sạc cho ô tô Kể từ năm 2008, phực hưng sản xuất xe ô tô điện xảy tiến pin, lo ngại việc tăng giá dầu mong muốn giảm phát khí thải nhà kính Một số quốc gia trợ cấp để thúc đẩy việc giới thiệu áp dụng thị trường loại xe điện So với xe chạy động đốt trong, xe điện êm khơng có khí thải xe, thường tạo lượng khí thải thấp nói chung 1.1.2 Lịch sử phát triển ô tô điện Xe điện bắt đầu vào năm 1820, xe ngựa trở nên phổ biến giới tìm giải pháp để thay điều Vào kỷ 20, tơ điện trở nên phổ biến Trên thực tế, gần phần ba tổng số ô tô đường xe EV đời đầu Mãi sản xuất hàng loạt Ford Model T chạy xăng, xe điện rơi vào tình phải nhường chỗ cho loại xe sử dụng động đốt (ICEV) Vào đầu năm 1930, khơng cịn xe điện đường Công nghệ EV bị suy yếu năm 1970, giá xăng tăng cao kỷ lục nhà sản xuất ô tô hàng đầu bắt đầu khám phá phương pháp lượng thay Nhưng chi phí cao, thiếu phạm vi hoạt động sở hạ tầng sạc bị hạn chế xe điện nên hạn chế quan tâm người tiêu dùng Năm 2003, Martin Eberhard Marc Tarpenning thành lập công ty tên Testla Motors, Inc Trong vòng thập kỉ kể từ thành lập, Tesla cách mạng hóa thị trường xe điện, kiểm soát 60% thị trường xe điện Những tiến công nghệ xe điện dần hồn thiện: + Cơng nghệ pin – hệ thống để giữ cho xe điện hoạt động an toàn hiệu suất động điện yếu tố hạn chế chống lại trình sản xuất xe điện kỷ 20 Những đổi liên tục công nghệ này, chẳng hạn Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Tiến Đạt phát minh pin lithium-ion mở đường cho phát triển mạnh mẽ sản xuất xe điện chấp nhận người tiêu dùng + Tính khả dụng trạm sạc – sở hạ tầng trạm sạc điện liên tục phát triển Các tối ưu hóa cơng nghệ khác bảo vệ dịng điện cao áp, cách ly tín hiệu công nghệ quản lý pin liên tục thúc đẩy hiệu suất tơ điện 1.1.3 Vì lựa chọn sử dụng xe điện? Trước tình hình nguyên liệu chất đốt nguồn dầu khí ngày cạn kiệt nhu cầu sử dụng nguồn nhiên liệu để thay nguồn nhiên liệu sử dụng thời việc vận hành loại phương tiện vận chuyển nhu cầu cấp thiết Năng lượng điện lên dạng lượng phù hợp để thay cho loại nguyên liệu hóa thạch gây nhiều vấn để xấu cho mơi trường Ví dụ lượng khí thải độc hại thải môi trường loại phương tiện vận chuyển dùng lượng điện thấp nhiều, gần không đáng kể so với loại phương tiện sử dụng nhiên liệu xăng, dầu, khí đốt gây Vì xe hệ thống điện đời ngày phát triển giới Hầu hết nhà sản xuất tập trung phát triển hệ thống xe điện phương tiện phổ biến như: xe ô tô điện, xe mô tô điện, xe đạp điện Công nghệ ngày phát triển đại lĩnh vực thiết kế điều khiển với nhiều tính cho xe điện, tạo nhiều thuận tiện cho việc điều khiển thích ứng với phương tiện sử dụng nguồn nhiên liệu 1.1.4 Đối tượng sử dụng xe điện Xe điện sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp máy bốc hàng, máy xếp dỡ hàng phương tiện giao thông lại ô tô điện, xe máy điện - Phương tiện cá nhân: + Xe ô tô điện: xe ô tô điện sử dụng nguồn điện ắc quy, pin, dùng lượng mặt trời Các loại xe ứng dụng ô tô cá nhân, ô tô tải + Xe máy điện xe đạp điện: Là phương tiện nhiều người ưa thích phát triển mạnh mẽ thời gian gần - Các phương tiện công cộng: