Đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên nghiên cứu mô phỏng hệ thống quản lý pin xe Điện

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ PIN XE ĐIỆN 2022604165... Với đề tài nghi

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

QUẢN LÝ PIN XE ĐIỆN

2022604165

-Hà

Nội-BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ PIN XE

ĐIỆN

- Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Bin Nam

Dân tộc: Kinh Năm thứ: 2/4

Lớp, Khoa: 2022DHCDOT01- K17, Khoa Cơ Khí Động Lực

Ngành: Cơ điện tử ô tô

- Sinh viên thực hiện: Mạc Văn Bảo Nam

Dân tộc: Kinh Năm thứ: 2/4

Lớp, Khoa: 2022DHCDOT01- K17, Khoa Cơ Khí Động Lực

Ngành: Cơ điện tử ô tô

- Sinh viên thực hiện: Lê Văn Chiến Nam

Dân tộc: Kinh Năm thứ: 2/4

Lớp, Khoa: 2022DHCDOT01- K17, Khoa Cơ Khí Động Lực

Ngành: Cơ điện tử ô tô

- Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đại Dương Nam

Dân tộc: Kinh Năm thứ: 2/4

Lớp, Khoa: 2022DHCDOT01- K17, Khoa Cơ Khí Động Lực

Ngành: Cơ điện tử ô tô

- Sinh viên thực hiện: Lại Hồng Quyết Nam

Dân tộc: Kinh Năm thứ: 2/4 Lớp, Khoa: 2022DHCDOT01- K17, Khoa Cơ Khí Động Lực

Ngành: Cơ điện tử ô tô

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, dưới đà ảnh hưởng của sự phát triển công nghệ hóa, hiện đại hóa Ngành công nghiệp ô tô liên tục phát triển không ngừng nghỉ để sản xuất ra những chiếc ô tô ngày càng hiện đại hơn, gắn với nó là các yêu cầu đáp ứng đầy đủ các nhu cầu thiết yếu của thị trường, đảm bảo an toàn môi trường và đảm bảo sự an toàn đối với người tiêu dùng Vì vậy, để đảm bảo các yêu cầu đó sự ra đời của các dong xe lai (hybrid) và xe điện dần đang thành xu thế cạnh tranh của ngành công nghiệp ô tô hiện nay Để đánh dấu cho sự phát triển mới của nền công nghiệp ô tô tại Việt Nam, năm

2022 Vinfast đã xuất khẩu 999 chiếc VF8 sang Mỹ Đây là sự phát triển lớn đối với ngành công nghiệp ô tô của Việt Nam nói riêng cũng như của thế giới nói chung

Với đề tài nghiên cứu khoa học là “ Nghiên cứu mô phỏng hệ thống quản lí pin

xe điện ”, với mục đích nghiên cứu về cấu tạo, kết cấu của xe điện và hệ thống quản lí

pin xe điện; Tìm hiểu sâu về công cụ quản lý pin trong Matlab/Simulink, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống quản lý pin xe điện và phân tích kết quả Việc sử dụng phần mềm để ứng dụng vào sản xuất thực tiễn trong các ngành cơ khí chế tạo là điều khá phổ biến đối với các nước phát triển Nhưng hiện nay việc sử dụng ứng dụng, phần

mềm vào thực tiễn còn khá hạn chế bởi những khó khăn đi kèm trong quá trình chuyển giao công nghệ cũng như quá trình đào tạo

Nhận thấy sự quan trọng của các vấn đề được đặt ra nên nhóm chúng em đã chọn việc nghiên cứu về hệ thống quản lí pin xe điện, tìm hiểu sâu và ứng dụng Matlab/Simulink là đề tài nghiên cứu khoa học, bởi nó phù hợp với ngành học của nhóm chúng em, cũng như xu thế phát triển công nghệ hóa, hiện đại hóa của ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam hiện nay

Được sự hướng dẫn, chỉ bảo của thầy giáo TS Lê Đức Hiếu, nhóm chúng em đã

hoàn thành đề tài nghiên cứu này Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học, tuy đã có nhiều nỗ lực và cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, nhóm chúng em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy trong khoa để bài nghiên cứu khoa học này của nhóm em được hoàn thiện hơn Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2024

MỞ ĐẦU

I Đặt vấn đề

Đề tài nghiên cứu khoa học của nhóm chúng em nhằm tìm hiểu và úng dụng phần mềm đối với ngành công nghiệp ô tô Đưa ra nhận xét về kết quả thu được khi ứng dụng phần mềm và cho thấy lợi ích của nó mang lại Từ đó mà chúng ta có thể ứng dụng rộng rãi nó trong quá trình sản xuất thực tế để có thể nâng cao độ chính xác

và hoàn thiện

II Mục tiêu của đề tài

 Nghiên cứu về cấu tạo, kết cấu của xe điện và hệ thống quản lý pin xe điện

 Tìm hiểu sâu về công cụ quản lý pin trong Matlab/Simulink

 Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống quản lý pin xe điện và phân tích kết quả đạt được

III Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu về cấu tạo và kết cấu hệ thống

 Ứng dụng phần mềm chuyên phục vụ cho việc mô phỏng hệ thống quản lí pin

 Thiết lập mô hình mô phỏng và dữ liệu đầu vào cho mô hình

 Phân tích kết quả mô phỏng.

IV Mục tiêu khoa học công nghệ và kinh tế xã hội

 Mục tiêu về Khoa khoa học công nghệ: nâng cao khả năng áp dụng phần mềm và khả năng nghiên cứu của sinh viên; Giúp cho sinh viên có khả năng tiếp cận với những công nghệ mới

 Mục tiêu về Kinh tế xã hội: Nâng cao khả năng tự nghiên cứu, học tập trong lĩnh vực công nghệ ô tô; Rút ngắn thời gian, giảm chi phí trong quá trình nghiên cứu thiết kế về hệ thống quản lý pin

V Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thông qua việc tìm hiểu phần mềm qua các tài liệu tiếng Anh, những video hướng dẫn xây dựng thuật toán, các công thức tính toán liên quan Các thành viên trong nhóm cùng đưa ra ý kiến để thảo luận, góp ý xây dựng mô hình làm việc hiệu quả Xây dựng hệ thống mô phỏng và so sánh với lý thuyết để đưa ra nhận xét Thiết kế mô hình khảo sát thực tế so với mô phỏng và lý thuyết và cho đánh giá chung

VI Tóm tắt nội dung của đề tài

Hiện tại, lĩnh vực công nghệ ô tô đang dịch chuyển dần sang công nghệ xe điện

để từng bước thay thế dần công nghệ xe ô tô sử dụng động cơ đốt trong Công nghệ xe điện có nhiều mảng cần quan tâm, trong đó điều khiển và quản lý hệ thống pin là rất

quan trọng, nó là trái tim của xe điện đấy chính là lý do nhóm lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống quản lý pin xe điện” Nhóm phần mềm chuyên dụng để

phục vụ cho việc mô phỏng, thiết lập mô hình và dữ liệu đầu vào cho mô hình Cuối cùng xuất kết quả và phân tích kết quả mô phỏng

Đề tài dự kiến có 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống pin trên xe điện

Chương 2: Xây dựng mô hình mô phỏng

Chương 3: Phân tích kết quả mô phỏng

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN TRÊN XE ĐIỆN

Giới thiệu chung về xe điện

Ô tô điện là loại phương tiện giao thông sử dụng năng lượng điện để hoạt động thay vì sử dụng nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu diesel Công nghệ ô tô điện đã xuất hiện từ khá lâu, nhưng chỉ trong vài năm gần đây mới thực sự trở nên phổ biến và thu hút sự quan tâm lớn từ công chúng

Động cơ điện của xe hoạt động nhờ năng lượng điện cung cấp

từ pin điện (thường được đặt dưới sàn xe) Khi cần sạc pin cho ô tô điện ta cần sử dụng bộ sạc bằng cách kết nối với nguồn điện của gia đình hoặc nguồn điện từ các trạm sạc công cộng cố định

Tính từ năm 2022 đến nay, Tesla vẫn luôn là hãng xe điện dẫn đầu thị trường với nhiều dòng sản phẩm đa dạng Tesla không chỉ thu hút người tiêu dùng bằng hiệu suất và tính năng mà còn bởi tầm nhìn và cam kết của họ trong việc thúc đẩy sang năng lược sạch và

xe tự lái Bên cạnh đó sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ xe điện ở nước ta là không thể phủ nhận Đánh dấu sự phát triển đó là mốc thời gian cuối tháng 11 năm 2022 Vinfast đã xuất khẩu 999 chiếc

VF8 sang thị trường Mỹ, đó được coi là bước đột phá mới đánh dấu cho một tương lai xe điện tại Việt Nam

Ngoài những dòng xe thuần điện, còn có những chiếc xe hybrid (dòng xe lai sử dụng cả động cơ điện và động cơ đốt trong) Xe hybrid có sự tăng trưởng nhanh chóng nhưng số lượng xe lưu thông trên đường rất ít

Cấu tạo, nguyên lý làm việc của xe điện và pin xe điện

Cấu tạo xe điện

- Accu phụ: Là nguồn để cung cấp năng lượng cho các thiết bị trên xe hoạt động

- Cổng sạc: Nơi kết nối với nguồn điện bên ngoài để nạp điện cho accu

- Bộ chuyển đổi DC/DC: Bộ chuyển đổi này chuyển nguồn DC áp cao thành nguồn DC áp thấp cần thiết để các thiết bị trên xe và sạc cho accu phụ

- Động cơ điện/Motor điện: Sử dụng năng lượng từ bộ sạc accu, motor dẫn động bánh xe Một số dòng sử dụng động cơ – máy phát thực hiện 2 chức năng truyền chuyển động và tái sinh năng lượng

- Onboard charger: Chuyển đổi nguồn điện AC thành nguồn DC để nạp điện cho accu Thiết bị này theo dõi các thông số của accu

- Bộ điều khiển điện tử công suất: Bộ phận quản lý dòng năng lượng được cung cấp bởi accu, điều khiển tốc độ motor điện và momen xoắn tạo ra

- Hệ thống làm mát: Duy trì nhiệt độ động cơ/motor điện và các bộ phận khác ở mức thích hợp

- Bộ accu kéo: Lưu trữ điện để cung cấp cho accu

- Truyền động điện

Nguyên lí làm việc của xe điện

Xe ô tô điện sử dụng động cơ điện cho nên việc sử dụng xăng, dầu được thay thế bằng pin điện Lithium-ion có thể sạc lại để tạo nguồn điện Pin được đặt dưới sàn xe gồm nhiều viên pin được xếp thành từng nhóm – gọi là gói pin

Các gói pin cung cấp điện năng tới một động cơ điện cảm ứng Động cơ này gồm

2 phần chính là: stator (phần đứng yên – phần tĩnh) và rotor (phần quay – phần động) Khi stator được cấp điện sẽ tạo ra từ trường và cung cấp năng lượng làm quay rotor quanh trục, từ đó khiến các bánh xe chuyển động

Xe ô tô điện không gây ồn ào, không có khí thải (CO2), tiết kiệm được năng lượng Bảo trì, bảo dưỡng ít hơn do số lượng bộ phận hoạt động ít hơn so với động cơ đốt trong

Tuy nhiên, pin Lithium-ion cũng là nguyên nhân gián tiếp gây ô nhiễm môi trường Việc khai thác Lithium gây tác động tới môi trường xung quanh và gây ô nhiễm nguồn nước Chi phi sản xuất pin Lithium-ion rất tốn kém, khó tái chế

Pin xe điện

Khái niệm

Pin xe ô tô điện là nguồn cấp năng lượng chính để vận hành các phương tiện điện Chúng là thành phần cực kỳ quan trọng trong hệ thống điện của xe, cung cấp năng lượng cho động cơ điện hoạt động Khác với xe chạy bằng động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu như xăng hoặc dầu diesel, xe điện sử dụng pin để lưu trữ và cung cấp năng lượng

Cấu trúc của pin xe điện thường là một chuỗi các ô điện hóa, được kết hợp lại với nhau để tạo ra một nguồn cung cấp điện ổn định Các loại pin phổ biến được sử dụng trong xe điện bao gồm pin lithium-ion và pin polymer

Phân loại

Pin xe điện có 4 loại được sử dụng phổ biến hiện nay

a) Pin Lithium-ion:

Đây là loại pin được dùng trong hầu hết các loại xe điện hiện nay Công nghệ pin Lithium-ion (hay Li-ion) cũng chính là công nghệ pin được dùng cho các dòng điện thoại thông minh hay máy tính xách tay trên thị trường

Pin Lithium-ion gồm 2 cực: Cực dương sử dụng hợp chất oxit kim loại chuyển tiếp (Mn, Co, Ni) cùng với Liti (hợp kim Lithium

(nguyên tố Liti với kí hiệu hóa học Li); cực âm dùng Graphite và sử dụng chất điện li dạng lỏng

Ưu điểm nổi bật nhất của pin Lithium-ion đó chính là tốc độ tự

xả thấp và mật độ năng lượng cao Do đó, đây là loại pin được ưu tiên sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất pin cho ô tô điện

b) Pin Hydride nickel – kim loại:

Đây là loại pin sạc được sử dụng trong các dòng xe hybrid, hay được gọi tắt là NiMH Pin hydride nickel-kim loại tương tự như pin nickel cadmi (NiCd) song thay cadmi - một kim loại nặng độc hại bằng hỗn hợp hấp thu hidrua cho cực âm (a-nốt) Không chỉ không gây ô nhiễm cho môi trường mà 1 pin NiMH có thể có điện dung lớn gấp 2-3 lần so với pin NiCd cùng kích thước Tuổi thọ khá cao, cao hơn pin axit Tuy nhiên, pin NiMH có tốc độ tự xả cao hơn hẳn so với pin Lithium-ion cũng như hiệu suất sạc pin thấp nên ít được dùng cho các loại pin ô tô điện trên thị trường hiện nay

- Steel-plate positive cover: Nắp cực dương bằng thép mạ.

- Cathode: Cực dương

- Separator (nonwoven fabric, electrolyte): Bộ phân tách (vải dệt thoi, chất điện phân)

- Metal washer/Metal Spur: Vòng đệm kim loại

- Brass rivet: Đinh tán bằng đồng

- Steel-plated negative cover: Vỏ cực âm bằng thép mạ

- Inner cell cover: Vỏ trong pin

- Seal: Dấu (nilon)

- Anode gel: Gel cực âm

- Steel can: Thép hộp.

- Metallized polyvinyl chloride (PVC) label: nhãn bằng nhựa dẻo PVC