Giáo trình công nghệ xe ô tô điện

GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM CÔNG NGHỆ XE ĐIỆN Chữ viết tắt AC CARB Alternating current : dòng điện xoay chiều California air resources board: Hội đồng quản trị nguồn tài ngun khơng khí California Combined cycle gas turbine: Tua bin khí chu trình hỗn hợp Compressed natural gas: khí nén tự nhiên Catalytic partial oxidation:Xúc tác q trình oxy hóa khơng hồn tồn Continuously variable transmission: truyền biến đổi liên tục Direct current: dòng điện chiều Direct methanol fuel cell: Pin nhiên liệu methanol Electronically controlled continuous variable transmission: hộp số tự CCGT CNG CPO CVT DC DMFC ECCVT động ECM Electronically commutated motor: Mạch điện tử có động EMF Electromotive force: Sức điện động EPA Environmental protection agency: Cơ quan bảo vệ môi trường EPS Electric power steering: trợ lực lái điện ETSU Energy technology support unit (a government organisation in the UK): tổ chức hỗ trợ công nghệ lượng (một tổ chức phủ Vương quốc Anh) EV Electric vehicle: Xe điện FCV Fuel cell vehicle: Pin nhiên liệu xe FHDS Federal highway driving schedule: lịch trình đường cao tốc liên bang FUDS Federal urban driving schedule: lịch trình đường thị liên bang GM General Motors: hãng xe GM GM EV1 General Motors electric vehicle 1: xe điện đời thứ I General Motors GTO Gate turn off : Cổng tắt HEV Hybrid electric vehicle: xe lai HHV Higher heating value: Nhiệt trị cao IC Internal combustion: Đốt ICE Internal combustion engine: động đốt IEC International Electrotechnical Commission: Uỷ ban Điện tử quốc tế IGBT Insulated gate bipolar transistor: Tranzito lưỡng cực cách điện KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM kph Kilometres per hour: Kilômét LHV Lower heating value: nhiệt trị thấp/ công suất tỏa nhiệt LH2 Liquid (cryogenic) hydrogen: hydro (đông lạnh) dạng lỏng LPG Liquid petroleum gas: khí gas hóa lỏng LSV Low speed vehicle: Xe tốc độ thấp MeOH Methanol mph Miles per hour: Dặm / MEA Membrane electrode assembly: Lắp ráp điện cực màng MOSFET Metal oxide semiconductor field effect transistor: tranzito hiệu ứng trường oxit kim loại bán dẫn NASA National Aeronautics and Space Administration: quan Quản trị hàng không không gian quốc gia NiCad Nickel cadmium (battery): pin Niken-camit NiMH Nickel metal hydride (battery): ắc quy Nike-kim loại hydrua NL Normal litre, litre at NTP: lít chuẩn, lít NTP NTP Normal temperature and pressure (200C and atm or 1.01325 bar): nhiệt độ áp suất chuẩn ( 200C atm hay 1.01325 bar) NOX Nitrous oxides: oxit Nitơ OCV Open circuit voltage: điện áp hở mạch PEM Proton exchange membrane or polymer electrolyte membrane: different names for the same thing which fortunately have the same abbreviation Màng trao đổi proton màng điện phân polymer: tên khác cho điều mà chúng có chữ viết tắt PEMFC Proton exchange membrane fuel cell or polymer electrolyte membrane fuel cell: pin nhiên liệu kiểu màng trao đổi proton pin nhiên liệu kiểu màng điện polymer PM Permanent magnet or particulate matter: nam châm vĩnh cửu vật chất dạng hạt POX Partial oxidation Q trình oxy hóa khơng hồn toàn ppb Parts per billion: Phần tỷ ppm Parts per million: Phần triệu PROX Preferential oxidation: q trình oxy hóa ưu tiên PWM Pulse width modulation: điều biến độ rộng xung PZEV Partial zero emission vehicle Một phần không khí thải SAE Society of Automotive Engineers: Hiệp hội kỹ sư ô tô SFUDS Simplified federal urban driving schedule Đơn giản hóa lịch lái xe thị liên bang SL SOFC Standard litre, litre at STP: lít tiêu chuẩn, lít STP Solid oxide fuel cell: Pin nhiên liệu oxit rắn KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM SRM Switched reluctance motor STP Standard temperature and pressure (= SRS): Nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn (= SRS) SULEV Super ultra low emission vehicles: siêu xe có khí thải cực thấp TEM Transmission electron microscope: Kính hiển vi điện tử truyền qua ULEV Ultra low emission vehicle: xe có khí thải cực thấp VOC Volatile organic compounds: Các hợp chất hữu dễ bay VRLA Valve regulated (sealed) lead acid (battery): Valve điều chỉnh (đóng kín) chì axit (ắc quy) WTT Well to tank: khoang để bình WTW Well to wheel: khoang để bánh xe WOT Wide open throttle: Mở rộng bướm ga ZEBRA Zero emissions battery research association: hiệp hội nghiên cứu pin khơng phát khí thải ZEV Zero emission vehicle: khí thải khơng Ký hiệu Các kí tự sử dụng để biểu trưng cho biến, chẳng hạn khối lượng, biểu tượng hóa học phương trình hóa học Có phân biệt rõ ràng bối cảnh, thường sử dụng cho biến, văn thông thường cho ký hiệu hóa học, đó, H viết tắt cho entanpy, H viết tắt hydro Trong trường hợp kí tự biểu trưng cho hai nhiều biến, bối cảnh phải luôn rõ ràng a Acceleration: gia tốc A Area: Diện tích B Magnetic field strength: Cường độ từ trường Cd Drag coefficient Hệ số cản/kéo C Amphour capacity of a battery OR capacitance of a capacitor: điện pin điện dung tụ điện C3 Amphour capacity of a battery if discharged in hours, the ‘3 hour rate’: công suất pin thải giờ, ‘suất giờ’ Cp Peukert capacity of a battery, the same as the Amphour capacity if discharged at a current of Amp Peukert: công suất pin, giống lượng tạo từ dịng điện có cường độ 1Ampe CR Charge removed from a battery, usually in Amphours: Sạc xả pin, thường Amphours CS Charge supplied to a battery, usually in Amphours: sạc cung cấp cho pin, thường Amphours KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM d Separation of the plates of a capacitor OR distance traveled: khoảng cách tụ điện khoảng di chuyển DoD Depth of discharge, a ratio changing from (fully charged) to (empty): hệ số sạc, tỷ số thay đổi từ (sạc đầy) tới (trống) E Energy, or Young’s modulus, or EMF (voltage) Năng lượng, môđun Yong, EMF (điện áp) Eb Back EMF (voltage) of an electric motor in motion: Back EMF (điện áp) động điện chuyển động Es Supplied EMF (voltage) to an electric motor: Cung cấp EMF (điện áp) cho động điện e Magnitude of the charge on one electron, 1.602 × 10−19 Coulombs: độ lớn điện tử, 1,602 × 10-19 Coulombs f Frequency: Tần số, tần suất F Force or Faraday constant, the charge on one mole of electrons, 96 485 Coulombs: Lực hắng số Faraday, điện tích mol phân tử , 96485 Coulombs Frr Force needed to overcome the rolling resistance of a vehicle: Lực cần cung cấp để vượt qua lực cản lăn xe Fad Force needed to overcome the wind resistance on a vehicle: Lực cần cung cấp để vượt qua lực cản gió xe Fla Force needed to give linear acceleration to a vehicle: Lực cần thiết để cung cấp cho gia tốc tuyến tính để xe tăng tốc Fhc Force needed to overcome the gravitational force of a vehicle down a hill: Lực cần cung cấp để thắng lực hấp dẫn xe xuống đồi Fωa Force at the wheel needed to give rotational acceleration to the rotating parts of a vehicle: Lực bánh xe cần để cung cấp cho gia tốc quay với phận quay xe Fte Tractive effort, the forward driving force on the wheels: lực kéo, lực dẫn động bánh xe trước g Acceleration due to gravity: gia tốc trọng trường G Gear ratio OR rigidity modulus OR Gibbs free energy (negative thermodynamic potential): tỉ số truyền hệ số cứng tỷ lệ lượng tự Gibbs (thế nhiệt động âm) H Enthalpy I Current, OR moment of inertia, OR second moment of area, the context makes it clear: cường độ dòng điện, mơmen qn tính, mơ men thứ hai khu vực, thuộc tính làm rõ ràng Im Motor current: cường độ dòng điện động J Polar second moment of area: mô men cực thứ hai KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM kc Copper losses coefficient for an electric motor: hệ số tổn hao đồng cho động điện ki Iron losses coefficient for an electric motor: hệ số tổn hao kim loại sắt động điện kw Windage losses coefficient for an electric motor: hệ số tổn hao quạt gió động điện KE Kinetic energy: Động Km Motor constant: Động không đổi k Peukert coefficient: hệ số Peukert L Length: Chiều dài m Mass: khối lượng m Mass flow rate: Lưu lượng chất mb Mass of batteries: Khối lượng pin N Avogadro’s number, 6.022 × 1023 OR revolutions per second: số Avogadro số vòng / giây n Number of cells in a battery, OR a fuel cell stack, OR the number of moles of substance Số lượng phần tử pin, khối pin nhiên liệu, số mol chất P Power OR pressure: Công suất áp lực Padw Power at the wheels needed to overcome the wind resistance on a vehicle: Công suất bánh xe cần để vượt qua lực cản gió xe Padb Power from the battery needed to overcome the wind resistance on a vehicle: Năng lượng từ pin cần để vượt qua lực cản gió xe Phc Power needed to overcome the gravitational force of a vehicle down a hill: Năng lượng cần thiết để vượt qua lực hấp dẫn xe xuống đồi Pmot-in Electrical power supplied to an electric motor: lượng điện cung cấp cho động điện Pmot-out Mechanical power given out by an electrical motor: lượng học cung cấp động điện Prr Power needed to overcome the rolling resistance of a vehicle: Năng lượng cần thiết để vượt qua lực cản lăn xe Pte Power supplied at the wheels of a vehicle: Công suất cung cấp bánh xe xe Q Charge, e.g in a capacitor: Điện lượng,ví dụ: tụ điện q Sheer stress: độ cong, uốn KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM R Electrical resistance, OR the molar gas constant 8.314 JK −1 mol−1: Điện trở, số phân tử khí 8,314 JK-1 mol-1 Ra Armature resistance of a motor or generator: điện trở phần ứng động máy phát điện RL Resistance of a load: điện trở tải r Radius, of wheel, axle, OR the rotor of a motor, etc Bán kính, bánh xe, trục, cánh quạt động cơ, v.v ri , ro Inner and outer radius of a hollow tube: bán kính ngồi trụ rỗng S Entropy SE Specific energy: Năng lượng riêng T Temperature, OR Torque, OR the discharge time of a battery in hours: Nhiệt độ, Mô men, thời gian xả pin vài T1 , T2 Temperatures at different stages in a process: Nhiệt độ giai đoạn khác quy trình Tf Frictional torque, e.g in an electrical motor: Mô-men quay ma sát, ví dụ: động điện ton , toff On and off times for a chopper circuit: thời gian tắt, mở đảo mạch dòng điện v Velocity: Vận tốc V Voltage: Điện áp W Work done: Công việc thực z Number of electrons transferred in a reaction: Số lượng electron chuyển phản ứng Total magnetic flux: Tổng số từ thông δ Deflection: Độ lệch, độ uốn δt Time step in an iterative process: khoảng thời gian trình lặp lặp lại Change in , e.g = change in enthalpy: Thay đổi ., Ví dụ: = Thay đổi entanpy σ Bending stress: ứng suất uốn ε Electrical permittivity: số điện môi η Efficiency Hiệu suất ηc Efficiency of a DC/DC converter: Hiệu suất chuyển đổi DC/DC ηfc Efficiency of a fuel cell: Hiệu suất pin ηm Efficiency of an electric motor: Hiệu suất động điện KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM ηg Efficiency of a gearbox: Hiệu suất truyền hộp số η0 Overall efficiency of a drive system: hiệu suất truyền chung hệ thống dẫn động θ Angle of deflection or bend: Góc lệch bẻ cong λ Stoichiometric ratio: Tỷ lệ cân hóa học μrr Coefficient of rolling resistance: Hệ số cán kháng ρ Density: Mật độ ψ Angle of slope or hill: Góc dốc đồi ω Angular velocity: Vận tốc góc I GIỚI THIỆU Các trình diễn xe điện thực thập niên 1830, xe điện thương mại có mặt vào cuối kỷ 19 Những xe điện bước vào kỷ thứ ba sản phẩm thương mại có sẵn nhiều thành công, nhiều ý tưởng kỹ thuật khác đến, tồn Tuy nhiên, xe điện không hưởng thành công to lớn động đốt (IC) động xe thơng thường có phạm vi dài nhiều dễ dàng để tiếp nhiên liệu Hôm mối quan tâm môi trường, đặc biệt tiếng ồn khí thải, với phát triển pin pin nhiên liệu đưa cân trở lại lợi ích điện xe Do đó, quan trọng nguyên tắc thiết kế xe điện, cơng nghệ mơi trường, vấn đề có liên quan cần hiểu rõ 1.1 LỊCH SỬ TÓM TẮT 1.1.1 Những ngày đầu: Những xe điện thập niên 1830 sử dụng pin sạc lại Nửa kỷ trôi qua trước pin phát triển đầy đủ để sử dụng thương mại điện xe Đến cuối kỷ 19, với sản xuất hàng loạt pin sạc, xe điện sử dụng phổ biến Xe ô tô tư nhân, hiếm, trang bị điện, phương tiện khác taxi Một taxi điện xuất New York từ 1901, với Lily Langtree bên cạnh hình 1.1 Thật vậy, thực yêu cầu, xe điện ưa thích động đốt họ hỗ trợ đối thủ Hình 1.2 xe đạt tốc độ 60mph (dặm giờ) tay đua Bỉ Camille Jenatzy, lái xe xe điện gọi 'La Jamais KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Contente ', lập kỷ lục tốc độ mặt đất 106 km/giờ (65.7mph) Điều có nghĩa xe vượt 100 km / Hình 1.1 New York Taxi Cab khoảng năm 1901, xe pin điện (Người phụ nữ ảnh Lillie Langtry là, nữ diễn viên, người tình Vua Edward VII) ( Ảnh: Bảo tàng quốc gia Motor Beaulieu.) Vào đầu kỷ 20 xe điện phải ý đến đối thủ mạnh lĩnh vực vận tải đường tương lai Những xe điện tương đối đáng tin cậy bắt đầu sử dụng lập tức, loại xe động đốt vào thời điểm khơng đáng tin cậy, có mùi cần tay quay để khởi động Các đối thủ khác, xe động nước, cần lửa hiệu suất nhiệt động tương đối thấp Đến năm 1920 hàng trăm ngàn xe điện sản xuất để sử dụng xe hơi, xe tải, taxi, xe giao hàng xe buýt Tuy nhiên, bất chấp triển vọng đầu xe điện, dầu giá rẻ phổ biến rộng rãi dùng khởi động cho động KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Hình 1.2 Camille Jenatzy 'La Jamais Contente Xe điện giữ kỉ lục giới vận tốc mặt đất vào năm 1899, xe vượt 60mph 100 km / đốt (phát minh năm 1911) đến, động đốt chứng minh lựa chọn hấp dẫn cho phương tiện cung cấp lượng Trớ trêu thay, thị trường cho pin sạc có kể từ động đốt bắt đầu 1.1.2 Sự suy giảm tương đối xe điện sau năm 1910 Những lý cho thành công ngày lớn loại xe động IC dễ hiểu so sánh cụ thể lượng nhiên liệu dầu khí pin Cụ thể lượng từ nhiên liệu động IC khác nhau, vào khoảng 9000 Whkg-1, lượng pin axít chì khoảng 30 Whkg -1 Một hiệu suất động IC, hộp số truyền dẫn (thường khoảng 20%) động xăng theo tính tốn, có nghĩa 1800 Whkg-1 lượng hữu ích (tại trục hộp số) đạt Với động điện có hiệu suất 90% có 27Whkg-1 lượng hữu ích (tại trục động cơ) Để minh họa rõ điều này, 4.5 lít (tương đương gallon) xăng dầu có khối lượng khoảng kg cung cấp cho động xe điển hình phạm vi 50 km Để lưu trữ lượng điện hữu ích địi hỏi axit chì pin phải có khối lượng khoảng 270 kg Để tăng gấp đôi lượng lưu trữ phạm vi xe động xăng cần 4,5 lít nhiên liệu, với khối lượng khoảng kg, làm với xe pin axít chì u cầu cần phải bổ sung khối lượng pin khoảng 270 kg KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Điều minh họa hình 1.3 Trên thực tế điều không tăng gấp đôi phạm vi hoạt động xe điện, số lượng đáng kể lượng bổ sung KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 10 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Bây tất nhiên tế bào nhiên liệu không có, chúng tơi phần cuối khơng được, 100% hiệu Các tế bào nhiên liệu thực tế điện áp giá trị thấp hơn, mà gọi Vc Kể từ điện áp điện lượng trực tỷ lệ, rõ ràng là: Rõ ràng dễ dàng để đo điện áp tế bào nhiên liệu Trong trường hợp chồng nhiều tế bào, nhớ điện áp quan tâm điện áp trung bình tế bào, hệ thống điện áp nên chia cho số lượng tế bào hiệu tìm thấy dễ dàng Điều đáng lưu ý qua điện áp tối đa tế bào nhiên liệu xảy 100% lượng tự Gibbs chuyển đổi thành lượng điện Như có "em gái" phương trình (4.4), cho tế bào có điện áp tối đa nhiên liệu: Đây phương trình tế bào nhiên liệu quan trọng, sử dụng để tìm số cột thứ tư Bảng 4.3 4.3.3 Điện áp thực pin nhiên liệu Phương trình (4.7) cung cấp cho điện áp tối đa đạt từ loại nhiên liệu tế bào Trong thực tế điện áp tế bào thực thấp Bây khóa học áp dụng cho pin thông thường quá, rút tế bào điện điện áp rơi, kháng nội Tuy nhiên, với tế bào nhiên liệu hiệu ứng đánh dấu nhiều so với tất loại tế bào thơng thường Hình 4.10 cho thấy điện áp điển hình / mật độ dịng đường cho tế bào nhiên liệu tốt PEM Có thể thấy điện áp ln ln hơn, thường nhiều, so với 1.18V mà có tất lượng Gibbs đượcchuyển đổi thành lượng điện Có ba lý cho thất điện áp, chi tiết KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 101 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Hình 4.10 Điện áp pin PEM hoạt động nhiệt độ khơng khí 800C • Năng lượng cần thiết để lái xe phản ứng điện cực, thường gọi kích hoạt lượng, nguyên nhân gây giảm điện áp Điều đặc biệt vấn đề cực âm khơng khí, cho thấy giọt điện áp tương đối ổn định Điều giải thích mùa thu điện áp dòng chảy thấp • Các kháng điện điện cực gây giảm điện áp mà hơn-orless sau luật Ohm, gây sụp đổ điện áp ổn định phạm vi dòng Điều thường gọi tổn thất điện áp ohmic • Tại dịng cao, khơng khí bị cạn kiệt oxy, nitơ cịn sót lại cách cung cấp oxy tươi kết rơi vào điện áp, điện cực ngắn tác chất Vấn đề gây sụp đổ nhanh điện áp dòng cao hơn, gọi chuyển giao khối lượng điện áp tập trung Một kết nỗ lực lớn phát triển tế bào nhiên liệu mười năm qua hay có kết cải tiến lớn việc thực tế bào nhiên liệu, giảm tất tổn thất điện áp Một tế bào nhiên liệu thông thường hoạt động điện áp trung bình tế bào 0,65-0,70 V, dòng tiếp cận 1A cm2 Điều thể hiệu khoảng 50% (đối với HHV), đáng kể tốt so với động IC, số lượng điện sử dụng hết lái xe thiết bị pin nhiên liệu phụ trợ thảo luận phần KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 102 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Chúng ta phải hệ hiệu điện cao dòng tế bào thấp mà hiệu cao dòng thấp Đây tương phản rõ rệt với động IC, nơi mà hiệu đặc biệt nghèo ở, quyền hạn thấp Trong phần mở đầu chương tế bào nhiên liệu so sánh với động IC chạy nhiên liệu hydro, cho ô nhiễm hạn chế Phần tế bào nhiên liệu làm có tiềm để có cách đáng kể hiệu cao so với xe vi mạch, họ sẽ, tất thứ khác nhau, ưa thích Vấn đề tất thứ khác không Tại thời điểm tế bào nhiên liệu bao la đắt so với xe vi mạch, điều cịn để thời gian Đó khơng có có nghĩa rõ ràng tế bào nhiên liệu lựa chọn tốt Một hydro cung cấp động IC đào tạo lái xe hybrid không xa sau tế bào nhiên liệu hiệu quả, ưu điểm chứng minh có sẵn cơng nghệ đảo ngược cân chống lại hiệu cao chí nhiễm Thời gian cho 4.3.4 Ảnh hưởng áp suất nồng độ khí Các giá trị cho thay đổi lượng tự Gibbs đưa bảng 4.2 4.3 tất mối quan tâm nguyên chất hydro oxy, áp suất tiêu chuẩn, 100 kPa Tuy nhiên, thay đổi với nhiệt độ, bảng, lượng Gibbs thay đổi với áp lực tập trung Một điều trị đầy đủ vấn đề sách này, dễ dàng tìm thấy nơi khác (ví dụ Chương Larminie Dicks 2003) Đủ để nói mối quan hệ cho phương trình tế bào quan trọng nhiên liệu có nguồn gốc từ cơng việc Nernst Nó thể nhiều hình thức khác nhau, phụ thuộc vào vấn đề để phân tích Ví dụ, việc thay đổi hệ thống áp lực vấn đề, sau Nernst phương trình có dạng: Trường hợp V gia tăng điện áp thay đổi áp lực từ P1 tới P2 Các nguyên nhân thay đổi điện áp giảm điện áp gây cách sử dụng khơng khí thay oxy tinh khiết Việc sử dụng nhiên liệu hydro trộn với lượng khí carbon dioxide, thu từ ‘reforming’ loại nhiên liệu methanol, xăng khí mêtan (như mô tả chương 5), nguyên nhân giảm nhỏ điện áp Đối với pin nhiên liệu nhiệt độ cao, phương trình Nernst dự đốn tốt điện áp thay đổi Tuy nhiên, với tế bào nhiệt độ thấp hơn, chẳng hạn sử dụng xe điện, thay đổi gần luôn lớn đáng kể so với phương trình Nernst dự đốn Đây điện áp kích hoạt giảm đề cập KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 103 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM phần cuối mạnh mẽ bị ảnh hưởng vấn đề nồng độ khí áp suất Điều đặc biệt trường hợp cực âm khơng khí Ví dụ, phương trình (4.8) dự đoán tế bào nhiên liệu PEM làm việc 80A-| C, tăng điện áp thu từ tăng gấp đôi hệ thống áp lực là: Tuy nhiên, thực tế việc tăng điện áp thông thường khoảng 0,04 V, gần mười lần nhiều Mặc dù vậy, nên lưu ý tăng khơng lớn, có chi phí lượng đáng kể việc điều hành hệ thống áp suất cao Thật vậy, thể nơi khác (ví dụ Larminie Dicks năm 2003, Chương 4) lượng thu từ điện áp cao khó lớn mát lượng bơm khơng khí cao áp lực Tuy nhiên, trường hợp mà hầu hết tế bào nhiên liệu PEM ứng dụng chạy xe áp lực rõ rệt áp suất khơng khí, thơng thường từ 1,5 2.0 Những lý chủ yếu điện áp tăng tế bào Thay vào đó, họ làm cho cân nước tế bào nhiên liệu PEM dễ dàng nhiều để trì Điều phức tạp vấn đề giải thích Phần 4.5 4.4 NỐI PIN - MẢNG LƯỠNG CỰC Như phần trước, điện áp tế bào nhiên liệu làm việc nhỏ, thường khoảng 0.7V vẽ hữu ích Điều có nghĩa để sản xuất áp dụng tế bào nhiều người kết nối loạt Như sưu tập tế bào nhiên liệu phim biết đến "đống" Cách rõ ràng để làm điều cần kết nối cạnh cực dương đến cực âm tế bào sau, tất dịng, hình 4.11 (Để đơn giản, sơ đồ bỏ qua vấn đề cung cấp khí đốt cho điện cực.) Vấn đề với phương pháp điện tử có dịng chảy khn mặt điện cực đến điểm thu gom cạnh Các điện cực tốt dây dẫn, tế bào hoạt động khoảng 0.7V, chí thả điện áp nhỏ quan trọng Trừ dòng điện thấp, điện cực đặc biệt tốt dẫn, nhỏ, phương pháp không sử dụng Phương pháp kết nối với tế bào nhất, tất bề mặt điện cực, đồng thời cho ăn hydro vào cực dương ôxy đến cực âm, thể Hình 4,12 Các có rãnh làm dây dẫn tốt than chì khơng thép gỉ Ý tưởng sau mở rộng để "tấm lưỡng cực" hiển thị hình 4.13 Những thực kết nối tất bề mặt cathode anode pin (vì 'Lưỡng cực') Đồng thời lưỡng cực phục vụ phương tiện để nuôi dưỡng khí cực âm hydro để cực KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 104 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM dương Một kết nối tốt điện phải thực hai điện cực, hai nguồn cung cấp khí phải tách đúng, khơng hỗn hợp hydro/oxy nguy hiểm sản xuất Hình 4.11 Cách nối tiếp pin đơn giản KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 105 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Hình 4.12 Pin đơn, nối với cực, cung cấp khí cho điện cực KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 106 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Hình 4.13 Thiết kế đơn giản hai lưỡng cực Có rãnh ngang mặt đường rãnh dọc mặt khác Tuy nhiên, loại đơn giản lưỡng cực thể hình 4.13 khơng làm cho PEM nhiên liệu Bởi điện cực phải xốp (để cho phép khí vào), chúng cho phép khí bị rị rỉ cạnh chúng Kết cạnh điện cực phải làm kín Điều thực cách làm cho chất điện phân lớn so với điện cực, lắp đặt miếng đệm kín xung quanh điện cực, hình 4.14 Thay cung cấp khí cạnh, hình 4.12 4.13, hệ thống mạng đường ống nội sử dụng với pin nhiên liệu PEM Sự xếp đòi hỏi nhiều phức tạp lưỡng cực, thể hình 4.15 Các làm tương đối lớn so với điện cực, có thêm kênh qua ngăn để cung cấp nhiên liệu oxy cho điện cực lỗ Cẩn thận đặt thức ăn chất phản ứng vào kênh chạy bề mặt điện cực Kết pin nhiên liệu ngăn xếp có xuất khối vững chắc, với chất khí phản ứng cuối, nơi kết nối cực âm cực dương thực Hình 4.16 cho thấy hệ thống điện PEM nhiên liệu có lượng cao Nó bao gồm bốn ngăn xếp thực mơ tả trên, khối hình vng Hình 4.14 Cấu trúc anode/chất điện phân/cụm âm cực với cạnh làm kín Chúng ngăn chặn khí thoát khỏi cạnh điện cực xốp KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 107 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Hình 4.15 Một lưỡng cực đơn giản vớimạng ống bên trong, thường sử dụng nhiên liệu PEM Các khí chất phản ứng cung cấp tới điện cực thông qua ống nội KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 108 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Hình 4.16 Một ví dụ hệ thống PEM lớn Bốn ngăn xếp pin nhiên liệu nhìn thấy Mỗi stack gồm 160 pin nối tiếp Một biến chứng lưỡng cực phải kết hợp kênh để chúng cho nước làm mát khơng khí qua, pin nhiên liệu 100% lượng nhiệt tạo điện Bây rõ ràng lưỡng cực mục phức tạp Một ngăn xếp nhiên liệu, chẳng hạn hình 4.16, có tới 80 pin nối tiếp, đó, số lượng lớn cần thiết Nó mục phức tạp để làm, câu hỏi vật liệu thường khó khăn Graphite, ví dụ, sử dụng, lại khó khăn để làm việc giịn Thép khơng rỉ sử dụng, lại bị ăn mòn số loại pin nhiên liệu Tạo đường ống dẫn khí, tạo nhanh chóng với chi phí thấp, nhựa lý tưởng Tuy nhiên, lưỡng cực rõ ràng phải có chất dẫn điện tốt, khó khăn lớn cho chất dẻo Tình hình khơng hồn tồn thỏa đáng cách làm mặt hàng chưa phát triển, nhiều hứa hẹn lựa chọn thảo luận nơi khác, chẳng hạn Ruge Buchi (2001) Đó chắn trường hợp bây giờ, nhiều năm, mà lưỡng cực có đóng góp vào chi phí pin nhiên liệu, kích thước trọng lượng KIM SOM BƠ - MSSV :0851130005 109 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Bất sản xuất pin nhiên liệu biết rò rỉ vấn đề lớn Nếu đường hydro thông qua ngăn xếp cách sử dụng hệ thống ống bên (như hình 4.15) tưởng tượng, khả cho khí nhiều Các khí phải tới cạnh điện cực xốp, đó, tồn cạnh điện cực lối có thể, cạnh Các điểm rắc rối gia nhập lưỡng cực Ngồi ra, có lỗ nhỏ chất điện phân, rò rỉ nghiêm trọng định Kết pin nhiên liệu hệ thống khó khăn để sản xuất, địi hỏi phận phức tạp để tạo nhanh chóng rẻ Lắp ráp cẩn thận cần thiết, ngăn xếp pin nhiên liệu bao gồm số lượng lớn thành phần Hệ thống đòi hỏi dung sai thấp 4.5 QUẢN LÍ NƯỚC Ở CÁC PIN NHIÊN LIỆU PEM 4.5.1 Giới thiệu vấn đề nước Chúng ta nhìn thấy Hình 4.3 phản ứng điện cực khác pin nhiên liệu Nhìn lại biểu đồ lúc này, bạn thấy sản phẩm nước từ phản ứng hóa học thực điện cực dương, nơi khơng khí cung cấp Điều thuận tiện Nó có nghĩa khơng khí cung cấp cho điện cực này, thổi qua, cung cấp oxy cần thiết, bốc khỏi nước sản phẩm mang đi, tế bào nhiên liệu Điều thực xảy ra, nguyên tắc, pin nhiên liệu PEM Tuy nhiên, khơng may chi tiết phức tạp nhiều nhiều khó khăn để quản lý Những lý cho việc yêu cầu hiểu chi tiết số hoạt động chất điện phân PEM 4.5.2 Các chất điện phân pin nhiên liệu PEM Các công ty khác sản xuất màng điện phân polymer có cơng nghệ đặc biệt riêng mình, chủ yếu độc quyền Tuy nhiên, chủ đề chung sử dụng sunfonat hóa fluoropolymers, thường fluoroethylene Vật liệu chất điện phân gây tranh luận với gọi 'tiêu chuẩn công nghiệp’ Những chất điện phận polime khác tương tự KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 110 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Hình 4.17 Cấu trúc polyethylene Hình 4.18 Cấu trúc PTFE 4.6 QUẢN LÍ NHIỆT CỦA PIN PEM Có thể coi vấn đề làm mát pin nhiên liệu đơn giản so với động IC Vì hiệu suất cao hơn, tạo nhiệt hơn, có nhiệt để xử lý Tuy nhiên thật không may, trường hợp Đúng có nhiệt tạo Một hệ thống pin nhiên liệu thường có hiệu suất khoảng 40%, so với 20% động IC Tuy nhiên, động IC, tỷ lệ cao nhiệt thải đơn giản rời khỏi hệ thống khí thải Với pin nhiên liệu cạn kiệt oxy chống sốc làm pin bị đốt nóng đến khoảng 85◦C, mang theo lượng Ngồi ra, so với IC động cơ, bề mặt bên coi lạnh hơn, nhiệt độ xạ tiến hành qua tuyến đường Kết hệ thống làm mát để loại bỏ nhiệt nhiều với IC động cơ, thường đáng kể Trong tế bào nhiên liệu nhỏ nhiệt thải gỡ bỏ khơng khí thừa qua khơng khí âm cực khơng khí sau cung cấp oxy, mang nước sản phẩm, làm mát tế bào Tuy nhiên, hiển thị điều với tế bào nhiên liệu lượng lên đến khoảng 100 W Ở lượng cao dịng khơng khí cần thiết lớn nhiều nước bốc hơi, chất điện phân ngừng hoạt động, lý nêu phần trước Như tế bào nhiên liệu nhỏ có sử dụng với tay thiết bị điện tử, không áp dụng xe điện KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 111 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Giai đoạn có hai luồng khơng khí thơng qua tế bào nhiên liệu Một tác chất khơng khí ' chảy qua pin nhiên liệu Điều thường với tốc độ gấp đôi cần thiết cung cấp oxy, khơng trở nên oxy cạn kiệt, không khô tế bào nhiều Thứ hai 'không khí làm mát "này Điều thường thổi qua kênh lưỡng cực, hình 4,21 xếp làm việc tốt tế bào nhiên liệu lượng lên đến kW Như nhiên liệu tế bào ngày tìm thấy sử dụng xe tay ga điện Tuy nhiên, tế bào lượng cao sử dụng xe xe buýt khó khăn để đảm bảo lưu lượng khơng khí cần thiết chí thơng qua hệ thống Trong trường hợp chất lỏng làm mát cần phải sử dụng Nước phổ biến nhất, có đặc tính tốt làm mát, giá rẻ, lưỡng cực có trường hợp làm chất liệu chống ăn mịn Các kênh làm mát thêm cho nước (hoặc không khí) thường đưa vào lưỡng cực cách làm cho hai nửa Các kênh lưu lượng khí thể hình 4.21 thực Hình 4.21 Ba pin từ pin nhiên liệu PEM nơi lưỡng cực mạ lắp vào để làm mát khơng khí, thêm vào kênh cho khơng khí phản ứng điện cực KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 112 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Hình 4.22 Cánh kim loại làm mát mặt bên xe điện trình diễn GM Hy-wire mặt, với kênh nước làm mát mặt khác Hai nửa sau gia nhập với nhau, tạo cho kênh làm mát chất lỏng chảy qua hoàn thành lưỡng cực Các nước làm mát sau cần phải bơm qua nhiệt thơng thường trao đổi 'tản nhiệt, với động IC Sự khác biệt cần xử lý gấp đơi lượng nhiệt với kích thước tương đương với với động IC Vì pin hiên liệu cần tản nhiệt lớn hơn, ý tưởng cần thiết thiết kế vị trí chúng Trong thiết kế phanh tái sinh General Motors Hywire, thấy hình 4.1, quạt làm mát lớn thêm vào thành bên xe, thể hình 4.22 4.7 MỘT HỆ THỐNG PIN NHIÊN LIỆU HỒN CHỈNH Trong Phần 4.2, chúng tơi giải thích làm pin nhiên liệu làm việc Chúng tơi thấy rằng, chất, đơn giản Hydrogen cung cấp cho điện cực, oxy cực khác, điện sản xuất Nước tinh khiết sản phẩm phụ Tuy nhiên, phần sau cho thấy thực tế pin nhiên liệu hệ thống phức tạp Chúng có khó khăn để thực Các cân nước nhiệt độ cần kiểm soát cẩn thận Chúng bao gồm nhiều điện cực chất điện phân Các "phần mở rộng"đôi gọi cân máy (BOP) KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 113 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Trên tất cả, pin nhiên liệu nhỏ khơng khí nhiên liệu cần phải lưu thông qua dàn ngăn xếp sử dụng máy bơm máy thổi Trong xe máy nén sử dụng, liên kết với hệ thống ẩm (mục 4.5) Để giữ làm việc cách, có cần phải phục hồi hệ thống nước Một hệ thống làm lạnh cần thiết (mục 4.6) DC đầu pin nhiên liệu ngăn xếp phù hợp với kết nối trực tiếp đến điện tải, số loại điều hoà lượng gần ln ln cần thiết Điều đơn giản điều chỉnh điện áp, chuyển đổi DC/DC Động điện gần luôn phần quan trọng hệ thống tế bào nhiên liệu, xe máy bơm, máy thổi máy nén đề cập Van điều khiển khác cần thiết, điều chỉnh áp lực Van điều khiển điện tử cần thiết để phối hợp phận hệ thống Một vấn đề đặc biệt hệ thống điều khiển phải giải khởi động tắt pin nhiên liệu hệ thống, điều trình phức tạp Ý tưởng quan trọng cân hệ thống minh họa hình 4.23, pin nhiên liệu từ động xe Nó sử dụng nhiên liệu hydro, nhiệt thải sử dụng để làm ấm nội thất xe Các ngăn chứa pin nhiên liệu xếp khối hình chữ nhật bên trái hình ảnh Phần cịn lại (máy bơm, độ ẩm, điện tử, điện, máy nén) chiếm nửa khối lượng toàn hệ thống Sự diện cân có ý nghĩa quan trọng hiệu hệ thống pin nhiên liệu, gần đòi hỏi tất lượng để chạy Quay trở lại mục 4.3.2 thấy hiệu pin nhiên liệu tăng lên đáng kể dịng điện giảm, tỷ lệ thuận với điện áp hoạt động Tuy nhiên, tính đến cân bằng, tác động phần lớn bị xóa sổ Công suất tiêu thụ phụ tải thường không giảm tương ứng với dòng điện, số trường hợp, tương đối ổn định Kết phạm vi rộng hoạt động, công suất hiệu hệ thống pin nhiên liệu nhất, chẳng hạn hình 4.23, nhiều hay khơng đổi Một khía cạnh pin nhiên liệu mà không giải câu hỏi quan trọng 'đâu hydro đến từ đâu? "Đây chủ đề quan trọng rộng, khám phá chương KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 114 GVHD : Th.S CAO ĐÀO NAM Hình 4.23 Ví dụ hệ thống pin nhiên liệu 75 kW dùng Mercedes Class A thể hình 1.14 KIM SOM BÔ - MSSV :0851130005 115 ... loạt xe điện loại hình có sẵn thị trường Đơn giản xe đạp điện xe ba bánh nhỏ xe lại nhỏ Trong thị trường giải trí có xe đẩy điện sân golf Có loạt đầy đủ kích thước xe điện, bao gồm xe điện, xe. .. ảnh hưởng xe điện Các xe Toyota Prius (như hình 1.11) xe lai đại, người ta nói, tăng gấp đôi số lượng xe ô tô điện tuyến đường Điều hứa hẹn tiềm đáng kể cho phát triển xe lai ý tưởng xe lai tương... trở lại lợi ích điện xe Do đó, quan trọng ngun tắc thiết kế xe điện, công nghệ môi trường, vấn đề có liên quan cần hiểu rõ 1.1 LỊCH SỬ TÓM TẮT 1.1.1 Những ngày đầu: Những xe điện thập niên 1830