TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3

TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 3

Loạt Ơ tơ điện – Bài 11/11/2011 — Bảo Huy Bài đăng Tạp chí Tự động hóa Ngày số 129, tháng 8/2011 Đây thứ ba tổng số tác giả chủ đề Nguồn lượng cho ô tô điện Nguyễn Bảo Huy, Tạ Cao Minh Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Sáng tạo Công nghệ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong ô tô điện, vấn đề dự trữ quản lý dòng lượng vấn đề phức tạp, gây hạn chế tính xe Các nghiên cứu giới đặt mục tiêu hệ thống nguồn tăng khả lưu trữ lượng, giảm kích thước trọng lượng đồng thời phải có linh hoạt khả quản lý, phân phối điều khiển dòng lượng chế độ hoạt động xe Trên thực tế, nguồn lượng vấn đề quan tâm hàng đầu, lĩnh vực đầu tư lớn nghiên cứu ô tô điện Trong báo này, trước tiên tác giả trình bày vai trò hệ thống nguồn lượng, vấn đề tồn số hướng nghiên cứu điển hình giới; tiếp đó, báo giới thiệu số loại nguồn sử dụng cho ô tô điện Tầm quan trọng Nguồn lượng coi vấn đề lớn tơ điện, quan tâm đặc biệt nhà nghiên cứu giới hàn lâm giới công nghiệp Khi ô tô điện trở thành sản phẩm thương mại vấn đề liên quan đến nguồn lượng mối quan tâm hàng đầu người tiêu dùng Hình Nguồn lượng vấn đề lớn ô tô điện (nguồn: internet) Một số hướng nghiên cứu thành tựu điển hình giới Những nghiên cứu hệ thống nguồn lượng giới đa dạng phong phú, khó trình bày cách đầy đủ khuôn khổ báo Trong phần này, số hướng nghiên cứu thành tựu bật giới điểm qua để bạn đọc có nhìn bao quát với hướng nghiên cứu khác Riêng vấn đề biến đổi điện tử cơng suất trình bày báo đăng số sau tạp chí a Ứng dụng công nghệ nano giảm thời gian nạp ắc quy Thời gian nạp ắc quy mối quan tâm lớn nhà khoa học, nhà sản xuất người sử dụng ô tô điện Loại ắc quy sử dụng nhiều cho ô tô điện ắc quy Lithium (sẽ đề cập tới phần sau), loại với pin máy tính xách tay điện thoại di động mà hay sử dụng Ta thấy rằng, thời gian để nạp đầy pin cho điện thoại hay máy tính từ 30 phút tới tiếng đồng hồ Với ô tô điện, thời gian nạp trung bình giờ, lâu so sánh với thời gian đổ đầy bình xăng vốn khoảng ba phút Đây rõ ràng điểm yếu lớn ô tô điện cần phải khắc phục Có nhiều nghiên cứu nạp thân ắc quy nhằm giảm thời gian nạp, cơng trình gây tiếng vang lớn gần nghiên cứu nhà khoa học Viện Công nghệ Massachusetts sử dụng công nghệ nano để cải tiến vật liệu chế tạo ắc quy Lithium Cơng trình này, theo tác giả, nâng mật độ cơng suất (nói cách khác khả phóng – nạp) ắc quy Lithium lên ngang với siêu tụ điện (sẽ đề cập tới phần sau) [1] Hình Công nghệ vật liệu nano làm giảm thời gian nạp ắc quy Lithium-ion (Nguồn: Boston.com) b Công nghệ nạp điện khơng dây Nạp điện khơng dây (Wireless Power Transfer), biết đến với tên gọi nạp điện cảm ứng (Inductive Charging) công nghệ mẻ Công nghệ ứng dụng để nạp điện cho số thiết bị điện tử cầm tay điện thoại di động Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ để nạp điện cho ô tô nhiều vấn đề cần nghiên cứu Về mặt nguyên lý truyền tải lượng, nạp điện không dây không khác bếp từ trở nên phổ biến nhiều gia đình Thiết bị gồm cuộn sơ cấp nối với nguồn cuộn thứ cấp nối với tải Cuộn sơ cấp cấp điện xoay chiều tần số cao, tần số cao hiệu suất truyền tải lớn Dòng điện xoay chiều sinh từ trường biến thiên, cảm ứng qua cuộn thứ cấp sinh dòng điện chạy cuộn thứ cấp Vấn đề an toàn, nhiễu điện từ, khoảng cách hiệu suất nạp không dây đặt sử dụng công suất lớn cho ô tô điện Những thí nghiệm ban đầu Trung tâm nghiên cứu giáo sư Hori Đại học Tokyo, Nhật Bản (Hori-lab) cho thấy khoảng cách lớn, với tần số cao, nạp khơng dây có hiệu suất tốt [2] Những vấn đề an toàn nhiễu nghiên cứu Hình Thí nghiệm truyền điện khơng dây Hori-lab [2] Ứng dụng nạp không dây cho ô tơ điện tiếng kể dự án OnLine Electric Vehicles – OLEV Viện Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đề cập tới loạt (số tháng 05/2011) Cấu tạo hệ thống minh họa hình Hình Xe điện OLEV nạp điện không dây online KAIST [2] c Phát triển sở hạ tầng cho trạm nạp ắc quy Ô tô điện phương tiện giao thông, ta phải nghiên cứu không thân xe mà phải nghiên cứu phát triển đồng sở hạ tầng, cụ thể hệ thống trạm nạp Một dự án điển hình The EV Project Hoa Kỳ năm 2009 với tổng vốn đầu tư 230 triệu Đô-la Mục tiêu dự án xây dựng 15.000 trạm nạp 16 thành phố lớn sáu bang Hoa Kỳ Công ty ô tô Nissan Bắc Mỹ General Motors / Chevrolet đối tác dự án [3] Hình The EV Project – dự án phát triển sở hạ tầng hệ thống trạm nạp Hoa Kỳ [3] Một số loại nguồn sử dụng cho ô tô điện a Nguồn hỗn hợp cho xe hybrid Ô tô hybrid loại xe sử dụng nguồn lượng hỗn hợp xăng điện Loại ô tô tương đối thông dụng thị trường xuất nhiều Việt Nam Toyota Prius, Ford Escape Hybrid hay Lexus GS Hybrid mẫu xe quen thuộc đường phố nước ta Xe hybrid sử dụng hai hệ thống truyền động động đốt động điện với hai nguồn lượng riêng xăng ắc quy Hai hệ truyền động nối với cấu khí (coupling), động đốt hoạt động đóng vai trò động sơ cấp kéo máy phát điện nạp cho ắc quy minh họa hình Xe hybrid coi bước chuyển tiếp xe xăng xe điện Mặc dù hệ thống nguồn hỗn hợp nhiều triển vọng phát triển, tương lai khơng xa, hoàn toàn bị thay nguồn điện túy Hình Minh họa cấu trúc hệ truyền động nguồn lượng xe ô tô hybrid (nguồn: internet) b Ắc quy chì – axít Ắc quy chì – axít kiểu ắc quy giới, sử dụng phổ biến giá thành rẻ, vận hành an tồn (do khơng có nguy cháy nổ) Tuy nhiên, loại ắc quy có mật độ lượng thấp nên nặng, tuổi thọ (thường năm với điều kiện vận hành tiêu chuẩn), nạp chậm khó tái chế Hơn nữa, chì chất có hại sức khỏe nên sau hết thời hạn sử dụng, không thu gom cách tái chế ắc quy chì trở thành thảm họa môi trường Mặc dù ắc quy chì – axít tồn nhiều nhược điểm chiếm đến phần lớn thị phần ắc quy giá thành rẻ, sử dụng đơn giản quen thuộc c Ắc quy Lithium – ion Ắc quy Lithium – Ion dòng ắc quy sử dụng phổ biến loại ô tô điện thương mại hóa có mật độ lượng cao loại ắc quy, khả nạp nhanh tốt (30 phút nạp 80%), tuổi thọ cao (có thể lên tới 10 năm) Cho đến nay, loại ắc quy sử dụng phổ biến cho ô tô điện nghiên cứu công nghiệp Như đề cập phần trước, nghiên cứu công nghệ vật liệu khiến loại ắc quy ngày trở nên hấp dẫn với mật độ công suất ngày lớn Tuy nhiên, giá thành cao vấn đề không nhỏ ắc quy Lithium Nguyên nhân giá thành cao công nghệ chế tạo phức tạp khan nguyên liệu Ta biết rằng, Lithium kim loại hiếm, nguồn tài nguyên có hạn Do vậy, lâu dài, ắc quy Lithium nguồn lượng tối ưu cho tơ điện Trước mắt nguồn lượng chính, tương lai xa bị thay d Pin nhiên liệu – Fuel Cell Ở chương trình hóa học phổ thơng, ta quen với phản ứng điện phân: dòng điện làm điện phân nước thành oxy hydro Trên phương diện hóa học, Fuel Cell cấu tạo dựa nguyên lý ngược lại: oxy hydro phản ứng tạo nước giải phóng điện Hình minh họa q trình hóa học Hình Ngun lý hóa học Fuel Cell (nguồn: Wikipedia) Theo đánh giá, Fuel Cell loại nguồn có mật độ lượng cao sử dụng cho tơ điện Hình minh họa hệ thống Fuel Cell ô tô điện Với nhiều ưu điểm mật độ lượng sử dụng nguyên liệu nguồn khí tự nhiên vô tận (oxy hydro), Fuel Cell quan tâm nghiên cứu từ nhiều năm Tuy vậy, công nghệ đến chưa thực chín muồi để đưa vào sản phẩm thương mại Một vấn đề quan trọng tính an tồn Rõ ràng cần phải đặt câu hỏi tính an tồn cho việc chở xe bình khí hydro lớn, phản ứng với oxy tạo điện Nếu xảy cố, nổ khơng khác bom thực Hình Minh họa hệ thống Fuel Cell xe ô tô điện (nguồn: Wikipedia) e Siêu tụ điện – Ultra-Capacitor Những người làm lĩnh vực điện điện tử thường quen thuộc với tụ điện có đơn vị pico (một phần nghìn tỷ), nano (một phần tỷ) micro (một phần triệu) Fara hẳn ngạc nhiên nghe nói đến tụ điện có điện dung lên tới hàng nghìn Fara Đó tụ điện chế tạo theo công nghệ lớp kép (Double Layer), gọi Siêu tụ điện (Ultra-Capacitor hay Super-Capacitor) Hình Cấu tạo siêu tụ điện [4] Hình 10 Sự khác biệt cấu tạo siêu tụ điện tụ điện thông thường [5] Tụ điện tích trữ điện khơng phải phản ứng hóa học ắc quy mà tương tác vật lý điện cực điện tích Bởi vậy, tụ điện có khả phóng nạp điện nhanh so với ắc quy Siêu tụ, chất tụ điện, giữ đặc tính này, siêu tụ có mật độ cơng suất lớn Bên cạnh đó, điện dung lớn tới hàng nghìn Fara cho phép siêu tụ tích trữ lượng điện lớn, điều cho phép siêu tụ hoạt động nguồn chứa lượng tụ điện thơng thường có vai trò phần tử phóng – nạp q trình trao đổi lượng Tuy nhiên, siêu tụ có điện dung hàng nghìn Fara thị trường có mức điện áp khoảng vài volt, lý lớp cách điện siêu tụ không chịu điện áp cao Khi muốn sử dụng với điện áp cao, chẳng hạn vài trăm volt ô tô điện, siêu tụ phải mắc nối tiếp thành module Ta biết mắc nối tiếp, điện dung siêu tụ nhỏ Do đó, thị trường nay, module có điện áp lớn (125 V) có điện dung 63 F theo danh mục sản phẩm công ty Maxwell Technology, nhà sản xuất siêu tụ hàng đầu giới Với công nghệ thời điểm tại, siêu tụ điện chưa đủ khả cung cấp nguồn cho ô tô điện chạy quãng đường dài ắc quy hay fuel cell Nó dùng nguồn phụ, đặc biệt hữu dụng q trình hãm tái sinh lượng có khả nạp nhanh Hình 11 Siêu tụ điện Maxwell Technology module tụ lớn thị trường [6] Mặc dù tồn vấn đề mật độ lượng giá thành cao, siêu tụ điện loại nguồn hứa hẹn cho ô tơ điện Theo đánh giá GS Hori siêu tụ ba công nghệ làm nên ô tô điện tương lai [2] Kết luận Trong báo này, tác giả trình bày vấn đề lớn ô tô điện nguồn lượng Bài báo cung cấp thông tin hướng nghiên cứu nhất, công nghệ đại áp dụng cho hệ thống nguồn lượng xe ô tô điện Tài liệu tham khảo [1] Byoungwoo Kang, Gerbrand Ceder, “Battery materials for ultrafast charging and discharging”, Nature, Vol 458, 12 March 2009 [2] Y Hori, “Motor / Capacitors / Wireless for Future EV Society”, Presentation (unpublished), 2010 [3] The EV Project Online: http://www.theevproject.com/ [4] Glenn Zorptte, “Super Charged”, IEEE Spectrum, January 2005, pp 32-37 [5] Joel Schindall, “The Charge of The Ultra-Capacitors”, IEEE Spectrum, November 2007, pp 42-46 [6] Maxwell Technology Co., BMOD0063 Ultracapacitor Module Datasheet, http://www.maxwell.com ... cao, siêu tụ điện loại nguồn hứa hẹn cho ô tô điện Theo đánh giá GS Hori siêu tụ ba công nghệ làm nên ô tô điện tương lai [2] Kết luận Trong báo này, tác giả trình bày vấn đề lớn ô tô điện nguồn... thống trạm nạp Hoa Kỳ [3] Một số loại nguồn sử dụng cho ô tô điện a Nguồn hỗn hợp cho xe hybrid Ơ tơ hybrid loại xe sử dụng nguồn lượng hỗn hợp xăng điện Loại ô tô tương đối thông dụng thị trường... ứng với oxy tạo điện Nếu xảy cố, nổ khơng khác bom thực Hình Minh họa hệ thống Fuel Cell xe ô tô điện (nguồn: Wikipedia) e Siêu tụ điện – Ultra-Capacitor Những người làm lĩnh vực điện điện tử thường