Báo cáo chuyên Đề xe Ô tô Điện (mã học phần ot1613) nghiên cứu pin cao Áp trên xe Điện mercedes eqs

Trong chuyên đề tốt nghiệp ôtô điện và nghiên cứu về pin cao áp trên xe Mercedes EQS, chúng ta sẽ tìm hiểu về cơ chế hoạt động và thiết kế của pin cao áp trên xe điện Mercedes EQS.. Pin

BỘ LAO ĐỘNG － THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG

NGHIÊN CỨU PIN CAO ÁP TRÊN

XE ĐIỆN MERCEDES EQS

GVHD : TS Lương Văn Vạn Nhóm :10

Vĩnh Long, năm 2024

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

Vĩnh Long, ngày … tháng … năm 2024

Giảng viên hướng dẫn

Lương Văn Vạn

DANH SÁCH NHÓM 10

1 21001135 Nguy n Lê Thu n Phát ễ ậ

- So n n i dung chạ ộ ương 5

- So n n i dung t ng ạ ộ ổ

k t chế ương

- Tìm ki m tài li u và ế ệhình nhả

- So n n i dung ph n 1 ạ ộ ầ

chương 2

- Hoàn thành Powerpoint

- Báo cáo

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

THUYẾT MINH

ĐIỂM VẤN ĐÁP

1 21001135 Nguyễn Lê Thuận Phát

2 21001168 Nguyễn Tấn Lợi

3 21001186 Phạm Thanh Tâm

4 21001274 Nguyễn Minh Toàn

5 21001290 Nguyễn Tuấn Kiệt

Vĩnh Long, ngày … tháng … năm 2024

Giảng viên hướng dẫn

Lương Văn Vạn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH i

LỜI CẢM ƠN i

LỜI MỞ ĐẦU ii

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1

3 ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ TÀI 2

5 NỘI DUNG BÁO CÁO 2

PHẦN 2: NỘI DUNG 4

Chương 1: TẠI SAO LẠI PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN 4

1 TẠI SAO LẠI PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN: 4

Chương 2: TỔNG QUÁT VỀ PIN CAO ÁP TRÊN Ô TÔ ĐIỆN 5

1 PHÂN LOẠI: 5

2 PIN LITHIUM-ION: 6

Chương 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG PIN CAO ÁP TRÊN XE MERCEDES EQS 9

1 CẤU TẠO PIN CAO ÁP TRÊN XE MERCEDES EQS: 9

2 N GUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN CAO ÁP TRÊN XE MERCEDES EQS: 10

Chương 4: CÔNG DỤNG CỦA PIN CAO ÁP TRÊN XE MERCEDES EQS .14

1 CÔNG DỤNG: 14

Chương 5: HƯ HỎNG VÀ SỮA CHỮA 14

1 HƯ HỎNG: 14

2 SỬA CHỮA: 15

Chương 6: KẾT LUẬN 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 17

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Sự cạn kiệt của năng lượng hoá thạch 4

Hình 2: Khí thải từ ô tô sử dụng năng lượng truyền thống 5

Hình 3: Pin lithium-ion 6

Hình 4: Pin lithium-ion hình trụ nhỏ 7

Hình 5: Pin lithium-ion hình trụ lớn 7

Hình 6: Pin lithium-ion hình phẳng 7

Hình 7: Pin lithium-ion hình lăng trụ 8

Hình 8: Vị trí của pin cao áp 9

Hình 9: Cấu tạo pin cao áp xe Mercedes EQS 10

Hình 10: Nguyên lý hoạt động pin cao áp 11

Hình 11: Sơ đồ hoạt động bộ sạc dòng AC 11

Hình 12: Sơ đồ hoạt động bộ sạc dòng DC 12

Hình 13: Quá trình sạc cho pin cao áp 13

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: So sánh ưu, nhược điểm các loại pin cao áp trên ô tô 6Bảng 2: Ưu nhược điểm của pin Lithium 9Bảng 3: So sánh pin cao áp trên Mercedes EQS và Vinfast VF9 14

LỜI CẢM ƠN

Chuyên đề Ô tô điện nằm trong chương trình đào tạo kỹ sư của ngành Côngnghệ kỹ thuật ô tô, khoa công nghệ kỹ thuật ô tô trường Đại Học Sư Phạm KỹThuật Vĩnh Long

Trong thời gian hoàn thành báo cáo, nhóm em đã nhận được sự hỗ trợ, sự giúp

đỡ tận tình của thầy Lương Văn Vạn theo từng tiến độ cũng như phần nội dung vàtrình bày bài báo cáo của nhóm em

Trước hết nhóm em xin chân thành cảm ơn đến thầy Lương Văn Vạn khoa Cơkhí động lực đã quan tâm và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình em học tại trường.Nhờ những kiến thức thầy truyền đạt cho nhóm em trong suốt quá trình học tập, đếnnay nhóm em đã hoàn thành báo cáo của mình

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên báo cáo khôngtránh khỏi những sai sót nhất định, kính mong được sự đóng góp ý kiến của thầy đểnhóm em có thể bổ sung, nâng cao kiến thức của mình và phục vụ tốt hơn vào côngviệc thực tế sau này

Cuối cùng, nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy cô, gia đình và bạn bè, đãluôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên nhóm em trong suốt quá trình họctập và hoàn thành bài báo cáo này

Nhóm em xin chân thành cảm ơn

ô tô điện đang dần trở thành xu hướng của tương lai Trong chuyên đề tốt nghiệp ô

tô điện và nghiên cứu về pin cao áp trên xe Mercedes EQS, chúng ta sẽ tìm hiểu về

cơ chế hoạt động và thiết kế của pin cao áp trên xe điện Mercedes EQS Chuyên đềtốt nghiệp này sẽ giúp các bạn hiểu sâu hơn về công nghệ pin cao áp ô tô điệnMercedes EQS Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lương Văn Vạn và cácthầy trong khoa công nghệ kỹ thuật ô tô đã giúp đỡ em hoàn thành chuyên đề này

Vĩnh Long, ngày … tháng … năm 2024

Nhóm thực hiện

Tính cấp thiết và tầm quan trọng: Nghiên cứu về pin cao áp là một phần quantrọng trong việc phát triển xe ô tô điện Pin là nguồn năng lượng cốt lõi, ảnh hưởngtrực tiếp đến hiệu suất và khả năng di chuyển của xe.

Tính hữu ích và ứng dụng thực tế: Nghiên cứu về pin cao áp giúp tối ưu hóahiệu suất, tuổi thọ và an toàn của pin trên xe ô tô điện Điều này có tác động lớn đếntrải nghiệm của người dùng và sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô

Thách thức và cơ hội: Nghiên cứu về pin cao áp đối mặt với nhiều thách thức

kỹ thuật, nhưng cũng mang lại cơ hội phát triển và đổi mới trong lĩnh vực nănglượng và xe điện

Tương quan với xu hướng phát triển: Trong bối cảnh chuyển đổi sang nănglượng sạch và xe điện, nghiên cứu về pin cao áp là một phần quan trọng của xuhướng phát triển toàn cầu

Như vậy, lựa chọn đề tài nghiên cứu pin cao áp trên xe ô tô điện không chỉ có

ý nghĩa khoa học mà còn đáp ứng nhu cầu thực tế và phát triển bền vững của ngànhcông nghiệp ô tô

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích nghiên cứu pin cao áp trên xe ô tô điện là để tối ưu hóa hiệu suất,tuổi thọ và an toàn của pin trong hệ thống năng lượng của xe Nghiên cứu này giúpcải thiện khả năng vận hành và hiệu suất của xe điện, đồng thời đáp ứng yêu cầu vềbền vững và tiết kiệm năng lượng trong ngành công nghiệp ô tô

3 ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu trong việc nghiên cứu về pin cao áp trên ô tô điện là cáckhía cạnh liên quan đến pin và hệ thống năng lượng của xe Dưới đây là một số khíacạnh cụ thể:

- Cấu tạo và chất lượng pin: Nghiên cứu về cấu tạo, chất lượng và hiệu suất củapin cao áp trên ô tô điện

- Hiệu suất và tuổi thọ pin: Xác định hiệu suất và tuổi thọ của pin trong điều kiện

sử dụng thực tế

- An toàn và bảo vệ pin: Nghiên cứu về các biện pháp bảo vệ pin, ngăn ngừa sự

cố và đảm bảo an toàn khi sử dụng

- Tối ưu hóa hệ thống pin: Tìm hiểu cách tối ưu hóa hệ thống pin để đạt đượchiệu suất tốt nhất và kéo dài tuổi thọ của pin

Như vậy, đối tượng nghiên cứu trong lĩnh vực này tập trung vào các khía cạnh liên quan đến pin cao áp và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất và an toàn của ô tô điện

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu pin cao áp trên ô tô điện làrất quan trọng và có sự tương quan mật thiết với phát triển của ngành công nghiệp ô

tô điện Dưới đây là chi tiết về ý nghĩa của đề tài:

- Đánh giá kiến thức: Nghiên cứu về pin cao áp trên ô tô điện giúp củng cố

kiến thức và nâng cao nhận thức của các nhà nghiên cứu về công nghệ pin và hệ thống năng lượng của xe điện

- Phát triển công nghệ: Nghiên cứu này giúp tạo ra kiến thức cơ bản và nền tảng cho việc phát triển và cải tiến công nghệ pin cao áp trên ô tô điện

- Ứng dụng thực tế: Kết quả nghiên cứu hỗ trợ các nhà sản xuất ô tô và các

chuyên gia trong việc thiết kế, phát triển và tối ưu hóa hệ thống pin trên ô tô điện.Như vậy, việc nghiên cứu pin cao áp trên ô tô điện không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn đáp ứng nhu cầu thực tiễn và bảo vệ môi trường

5 NỘI DUNG BÁO CÁO

Chương 1: TẠI SAO LẠI PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN.

Chương 2: TỔNG QUÁT VỀ PIN CAO ÁP TRÊN Ô TÔ ĐIỆN.

PHẦN 2: NỘI DUNG Chương 1: TẠI SAO LẠI PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN

1 TẠI SAO LẠI PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN:

Bắt đầu từ thập niên 60, 70 của thế kỷ trước, thế giới phải đối mặt với hai vấn

đề lớn mang tính toàn cầu:

- Vấn đề năng lượng: các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đákhông phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo được Cácphương tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng này (xăng, dầu) chắcchắn sẽ không tồn tại trong tương lai Trong khi đó, điện năng là loại năng lượng rấtlinh hoạt, nó có thể được chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lượng khác, trong đó cócác nguồn năng lượng tái tạo vô tận như năng lượng gió, mặt trời, sóng biển, v.v

Do vậy, các phương tiện sử dụng điện là phương tiện của tương lai

Hình 1: Sự cạn kiệt của năng lượng hoá thạch

- Vấn đề môi trường: không khó để nhận ra rằng môi trường hiện nay đang bị

ô nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ cácphương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô Ô tô điện là lời giải triệt để cho vấn đề này

do nó hoàn toàn không có khí thải

Hình 2: Khí thải từ ô tô sử dụng năng lượng truyền thống

Như vậy, ta thấy rằng ô tô điện là giải pháp tối ưu cho cả hai vấn đề lớn, đó là

lý do khiến nó trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỉ 20 trở lại đây, vàcàng ngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhàkhoa học trên toàn thế giới

Chương 2: TỔNG QUÁT VỀ PIN CAO ÁP TRÊN Ô TÔ ĐIỆN

1 PHÂN LOẠI:

Hiện nay, có bốn loại pin được sử dụng phổ biến cho các loại xe ô tô điện:

- Pin axit chì (Lead-Acid Battery)

- Pin niken hidrua kim loại (NiMH)

- Pin lithium-ion (Li-ion)

- Pin Solid-State ( đang được phát triển và có tiềm năng trong tương lai)

Ưu và nhược điểm các loại pin trên như sau:

Pin axit chì Giá thành thấp hơn so với

Dung lượng trung bình.Tuổi thọ ngắn hơn so với pin lithium-ion

Trọng lượng và kíchthước lớn hơn.

Dung lượng trung bình.Tuổi thọ ngắn hơn so với pin lithium-ion

Pin lithium-ion Mật độ năng lượng cao

hơn

Nhẹ hơn và nhỏ hơn so với pin axit chì

Thời gian sạc nhanh hơn

Giá thành cao hơn so với pin axit chì

Pin Solid-state An toàn hơn do không sử

dụng chất lỏng

Tuổi thọ dài hơn

Hiệu suất tốt

Cần công nghệ sản xuất phức tạp

Giá thành cao hơn so vớipin lithium-ion

Bảng 1: So sánh ưu, nhược điểm các loại pin cao áp trên ô tô

Với những ưu điểm đó pin lithium-ion đang được sử dụng và dần trở nên phổ biến trên các dòng xe điện của các hãng trong đó có Mercedes

2 PIN LITHIUM-ION:

Pin Lithium ion hay còn gọi là pin li-on, viết tắt là LIB Đây là công nghệ pin tiên tiến có ion lithium là thành phần chính, điều đặc biệt là loại pin này có thể sạc được

Hình 3: Pin lithium-ion

Pin Lithium thường dùng cho các thiết bị như: Điện thoại, máy tính, máy chụphình… Hiện nay, pin lithium còn được chú trọng phát triển trên những ứng dụngphương tiện di chuyển chạy bằng điện như: Xe đạp điện, xe máy điện, ô tô điện hoặc kỹ thuật ở các ngành quân đội, hàng không

Pin lithium-ion bắt đầu được thương mại hóa bởi Sony Energytec năm 1991.Ngày nay lithium đã trở thành loại pin thống trị trên thị trường dành cho các thiết bị

di động, thiết bị lưu trữ điện UPS trên toàn thế giới, đặc biệt là ô tô điện

Hình 7: Pin lithium-ion hình lăng trụ

Cấu tạo của pin Lithium-ion:

- Cực dương (Cathode): Vật liệu được sử dụng để làm điện cực dương là LiCoO₂

và LiMnO₂, có cấu trúc phân tử gồm Oxide Coban liên kết với nguyên tử Lithium

- Cực âm (Anode): Dùng cho điện cực âm là graphite

Nguyên tắc hoạt động của pin li-ion dựa vào sự tách các ion Li+ từ vật liệu điệncực dương đi vào các khoảng trống ở vật liệu điện cực âm Các vật liệu dùng làmđiện cực thường được quét lên bộ góp bằng đồng (với vật liệu điện cực âm) hoặcbằng nhôm (với vật liệu điện cực dương) tạo thành các điện cực cho pin li-ion, cáccực này được đặt cách điện để đảm bảo an toàn và tránh bị tiếp xúc dẫn đến hiệntượng đoản mạch

Trong quá trình nạp, vật liệu điện cực dương đóng vai trò là chất oxi hóa còn vậtliệu điện cực âm đóng vai trò là chất khử, tại cực dương, các ion Li+ được tách ra

và đi vào giữa các lớp graphite carbon

Trong quá trình phóng thì quá trình xảy ra ngược lại, ion Li+ tách ra từ cực âm

và đi vào những khoảng trống giữa các lớp oxi trong vật liệu điện cực dương Cácquá trình phóng và nạp của pin li-ion không làm thay đổi cấu trúc của các vật liệudùng làm điện cực

độ và công suất cao

- Hiệu quả năng lượng điện

lượng cao

- Năng lượng riêng và mật độ

năng lượng cao

- Giá trung bình ban đầu cao

- Giảm khả năng khi nhiệt độCao

- Cần phải bảo vệ hệ thốngmạch điện

- Dung lượng bị giảm hoặcnóng lên khi bị quá tải

- Bị thủng và có thể bị tỏa nhiệtkhi ép

Bảng 2: Ưu nhược điểm của pin Lithium

Chương 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG PIN CAO ÁP

TRÊN XE MERCEDES EQS

1 CẤU TẠO PIN CAO ÁP TRÊN XE MERCEDES EQS:

Vị trí pin ô tô điện Mercedes EQS được đặt nằm ngang và phủ kín gầm xe Điềunày giúp hạ thấp trọng tâm xe và cân đối hơn so với xe có động cơ đốt trong Do đó,

xe ô tô điện vận hành ổn định, giảm thiểu nguy cơ lật khi đi vào cua hay phanh gấp;đồng thời giúp xe có được độ đầm chắc trên đường, ít rung lắc và cho tốc độ caohơn

Hình 8: Vị trí của pin cao áp

- Khối lượng pin:

Pin EQS có khối lượng lên tới 700 kg Cấu tạo pin từ Lithium-ion và được liênkết bởi 12 cụm modun với dung lượng chính xác là 107.8 kWh, hoạt động ở điện áp400V Giúp cho xe có thể di chuyển quãng đường lên đến 770km

Hình 9: Cấu tạo pin cao áp xe Mercedes EQS

- Hệ thống làm mát pin: EQS sử dụng hệ thống nguồn nước làm mát pin độc lậpgiúp ổn định nhiệt độ làm việc trong bất kì môi trường nào

- Sẽ có một hệ thống quản lý nhiệt để đảm bảo pin luôn ở trong nhiệt độ làm việctối ưu Nếu có lỗi xảy ra hoặc khi có tai nạn (VD bung túi khí), pin sẽ tự ngắt đểđảm bảo an toàn

- Pin Lithium-ion trên xe được nghiên cứu và phát triển nghiêm ngặt, có khảnăng chịu đựng được môi trường khắc nghiệt tốt, đạt tiêu chuẩn IP67 với khả năngchống nước tốt Pin có khả năng chịu nhiệt trung bình từ -20 độ đến 45 độ

2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN CAO ÁP TRÊN

XE MERCEDES EQS:

Nguyên lý hoạt động của pin cao áp trên xe Mercedes EQS dựa trên nguyên lýhoạt động của pin lithium-ion

- Trong quá trình nạp, ion Lithium được giải phóng khỏi điện cực dương Lúcnày, ion Lithium sử dụng chất điện phân làm môi trường truyền dẫn, thẩm thấuxuyên qua lớp ngăn cách và gắn vào bản cực âm

- Trong quá trình xả, ion Lithium được giải phóng ra khỏi bản cực âm và quay vềlại bản cực dương

Hình 10: Nguyên lý hoạt động pin cao áp

Quá trình sạc pin của xe: Cũng như các loại ô tô điện khác trên thị trườngMercedes EQS có thể sạc pin cao áp bằng dòng AC và DC

- Quá trình sạc dòng AC:

Sạc dòng AC cho phép ô ô điện được sạc bằng cách cung cấp nguồn AC trực tiếp

từ lưới điện tới ô tô Sạc AC có thể là một pha hoặc ba pha, các mức độ điện áp vàtần số lưới điện có thể khác nhau Sạc AC sử dụng bo mạch để có thể chuyển đổinguồn điện xoay chiều từ lưới điện thành dòng điện một chiều hoặc nguồn điện mộtchiều để sạc pin

Hình 11: Sơ đồ hoạt động bộ sạc dòng AC

Khi nguồn AC được cung cấp cho xe, bộ sạc trên bo mạch có bộ chỉnh lưuchuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC Sau đó, bộ điều khiển nguồn sẽ điềuchỉnh thích hợp điện áp và dòng điện của bộ chuyển đổi DC/DC để điều khiểnnguồn sạc được cung cấp cho pin

Bộ điều khiển điện lần lượt nhận được đầu vào từ hệ thống quản lý pin (BMS)

để kiểm soát sạc pin BMS theo dõi các thông số pin như nhiệt độ dòng điện áp, sau

đó nó cung cấp đầu vào cho bộ điều khiển điện để kiểm soát công suất sạc đượccung cấp bởi bộ chuyển đổi DC / DC

Ngoài ra, có một mạch bảo vệ bên trong bo mạch của bộ sạc BMS kích hoạtcác mạch bảo vệ nếu vượt quá giới hạn hoạt động của pin và cô lập pin nếu cần thiếtcho sự an toàn

- Quá trình sạc dòng DC:

Sạc DC trên ô tô điện, còn được gọi là sạc nhanh DC, là một phương thức sạcpin xe điện bằng dòng điện một chiều (DC) Dòng điện xoay chiều từ lưới điệnđược chuyển đổi thành dòng điện một chiều bên trong trong trụ sạc và cung cấp trựctiếp cho pin cao áp trên xe

Hình 12: Sơ đồ hoạt động bộ sạc dòng DC

Trong bước đầu tiên, dòng điện xoay chiều do lưới điện xoay chiều cung cấpđược chuyển đổi thành dòng điện một chiều bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu bên trong trạm sạc DC

Sau đó, bộ điều khiển nguồn sẽ điều chỉnh thích hợp điện áp và dòng điện của

bộ chuyển đổi DC / DC bên trong trạm sạc để điều khiển nguồn DC được cung cấp

để sạc pin

Có các mạch bảo vệ và khóa an toàn được sử dụng để ngắt nguồn điện đầu nối