đồ án khoa điện điện tử tìm hiểu các loại nguồn điện sử dụng trong xe ô tô điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 TÌM HIỂU CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG XE Ô TÔ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 TÌM HIỂU CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG XE Ô TÔ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Văn Minh Người hướng dẫn: Th.S Đinh Thế Nam HẢI PHỊNG - 2020 Cộng Hồ Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Văn Minh – MSV : 1512102048 Lớp : ĐC1901- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Tìm hiểu loại nguồn điện sử dụng xe ô tô điện NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đinh Thế Nam Thạc sĩ Trường Đại học dân lập Hải Phịng Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2019 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .năm 2020 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Nguyễn Văn Minh Th.S Đinh Thế Nam Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Nội dung hướng dẫn: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Khơng bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phịng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp em kết thúc thời gian học tập trường Đại học Dân lập Hải Phòng Khoảng thời gian học tập nghiên cứu trường giúp em hiểu yêu quý nơi nhiều Nhà trường Thầy Cô truyền đạt cho em kiến thức chun mơn mà cịn giáo dục cho em lý tưởng, đạo đức sống Đây hành trang thiếu cho sống nghiệp em sau Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất Quý Thầy Cô tận tình bảo, dẫn dắt em đến ngày hơm để vững bước đường học tập làm việc sau Đồ án tốt nghiệp đánh dấu việc hoàn thành năm tháng miệt mài học tập em Và đồ án đánh dấu trưởng thành đường học tập em Qua em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè ln động viên tạo điều kiện để nhóm hồn thành khóa học Cuối cùng, em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy Đinh Thế Nam với nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi định hướng đắn kịp thời Thầy giúp em nhiều trình thực đồ án Sinh viên thực Nguyễn Văn Minh Mục lục Chương 1: Tổng quan ô tô điện 11 I.Sự phát triển ô tô điện giới Việt Nam 12 1.Ơ Tơ Chạy Bằng Điện 13 Ơtơ chạy pile nhiên liệu 13 Ơtơ hybrid ( ơtơ lai ) - 13 II Giới thiệu ô tô điện - 14 1.Giới thiệu chung - 14 Nhu cầu sử dụng ô tô điện phục vụ du lịch sử dụng sở y tế - 14 a.Các phương tiện cá nhân - 14 b.Các phương tiện công cộng 16 c,Các phương tiện dùng chuyên biệt lĩnh vực giải trí thể thao, lĩnh vực công nghiệp, loại xe chuyên dùng ngành - 17 d Các loại phương tiện dùng lĩnh vực chuyên dùng, vận chuyển, nâng chuyển hàng hóa, phục vụ cho người tàn tật - 19 III Các hệ thống ô tô điện 19 Chương 2: Điện tử công suất động truyền động xe điện, xe điện lai xe điện có ổ cắm - 23 I Giới thiệu 23 II Ô tô điện 23 Ơ tơ điện lai - 25 Ơ tơ điện lai song song 26 Lắp ráp hệ thống ISG kiểu kiểu tay quay - 26 Mặt nối ISG - 28 III Ơ tơ điện lai có cấp điện từ ngồi (có dây cắm ) 30 IV Ơ tơ pin nhiên liệu - 31 1.Hệ thống đẩy bánh xe dùng pin nhiên liệu - 31 2.Ô to với pin nhiên liệu loại APU 33 V Yêu cầu điện tử công suất. - 35 VI Cơng nghệ đóng gói thiết bị đóng ngắt - 36 VII Kết Luận - 38 Chương 3: Giới thiệu loại nguồn điện ô tô điện - 40 I Nguồn hỗn hợp cho xe hybrid 40 II Ắc quy chì – axít 40 Cấu tạo ắc quy chì - axit 41 Nguyên lý hoạt động ắc quy chì - axit 43 III Ắc quy Lithium – ion - 45 Nguyên lý hoạt động battery Li-ion - 46 Tổng quan trình sạc pin Lithium-ion 48 Vấn đề Over-charging ắc quy Lithium-ion 50 Sự ảnh hưởng nhiệt độ đến trình sạc pin Lithium ion - 52 Các yêu cầu sử dụng pin Li-ion 53 IV.Ứng dụng 55 1.Ứng dụng công nghệ nano giảm thời gian nạp ắc quy - 55 Công nghệ nạp điện không dây - 55 Phát triển sở hạ tầng cho trạm nạp ắc quy 56 *Kết luận - 57 Hình 3.3 Cấu tạo cell quy chì - axit Điện cực (anode + cathode) chất điện phân - Cực âm: anode (bản cực làm từ chì – lead - Pb) - Cực dương: cathode (Bản cực làm từ oxit chì - lead dioxide- PbO2) - Thông thường cực dương, âm battery không - Tấm ngăn cách điện điện cực phải có độ thẩm thấu lớn Một mặt phẳng hướng phí cực âm, mặt cịn lại có hình sóng gồ hướng cực dương - Nước cất + H2SO4 pha chế theo nồng độ quy định phụ thuộc vào điều kiện khí hậu mùa vật liệu làm ngăn Nồng độ ắc quy từ 1,21g/cm3 đến 1,31g/ cm3 Đặc biệt khơng để:  Nồng độ cao + khí hậu nóng  Nồng độ thấp + ôn đới Nguyên lý hoạt động ắc quy chì - axit Nguyên lý ắc quy chì - axit Phóng điện Hình 3.4 Ngun lý phóng điện ắc quy chì - axit - Tại cực âm: Pb > Pb dd điện phân > Pb2+ + 2e- (cọc âm có nhiều e) - Tại cực dương: PbO2 > PbO2 + H20 > Pb4+ +4OH- (nhiễm điện dương) - Cực âm dư e, cực dương thiếu e Nếu nối dây dẫn qua cực qua bóng đèn> tạo dịng điện, bóng đèn phát sáng >> Khi đó: Battery phóng điện chì sunfat hình thành hai điện cực + tạo nước > nồng độ dung dịch + sức điện động ắc quy giảm dần Nạp điện - Có khí từ hai điện cực Hình 3.5: Nguyên lý nạp điện ắc quy chì - axit - Bản cực dương nối với nguồn điện có PbO2, cực cịn lại có Pb, đồng thời gây hụt nước khí > thêm nước cất III 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 Những 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 ô tô điện Trước mắt nguồn lượng chính, tương lai xa bị thay Hình 3.6: Ngun lý hóa học Fuel Cell Hình 3.7: Minh họa hệ thống Fuel Cell xe ô tô điện Nguyên lý hoạt động battery Li-ion Trong cấu tạo chung battery Li-ion bao gồm : cực dương, cực âm dung dịch dung mơi hình : HÌnh 3.8: Cấu tạo battery Li-ion cấu trúc tinh thể điện cực Với điện cực tạo thành cặp chất ơxy hóa/khử nên theo nguyên tắc xảy phản ứng trao đổi ion cặp điện cực (cực dương có điện cao cực âm) giải phóng electron (e-) Việc lựa chọn cặp chất oxy hóa/khử yếu tố then chốt ảnh hưởng đến hiệu suất battery chất phù hơp để lấy làm cực dương cực âm Theo đó, cực âm dương phải có khả hoạt động bọt biển có tác dụng hút lưu giữ ion Li+ sau có khả giải phóng ion trở lại mơi trường Khi phản ứng xảy ra, thởi điểm ion Li+ trao đổi, có số lượng electron (e-) tương ứng di chuyển cực thông qua mạch điện bên ngồi để đạt cân điện hóa Đây q trình tạo dịng điện Cịn lại, dung dịch dung mơi có nhiệm vụ tạo mơi trường dẫn ion (chứ electron) giúp ion Li+ di chuyển qua lại cực thâm nhập sâu vào bên cấu trúc tinh thể cực (do cấu tạo điện cực có nhiều lỗ trống lấp đầy dung môi trình hoạt động) Để đảm bảo quy trình phản ứng oxy hóa/khử xảy cần phải có chênh lệch điện cặp điện cực dương âm Trên lý thuyết, chênh lệch điện lớn, lượng lượng tích trữ đơn vị battery lớn Đó lý để tìm cơng nghệ battery đáp ứng nhu cầu ngày cao lượng người, nhà hóa học thường hướng tới kết hợp hợp chất có điện cực thấp hợp chất có điện cực cao (so với điện Li/Li+) nhằm tạo chênh lệch điện lớn Một phương án khác đáp ứng yêu cầu lượng đặt chọn cặp chất có dung tích lớn Có thể thấy hình trên, hợp chất LiMn2O4 (LMO) có điện trung bình cao (4.1V) so với hợp chất LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA) (3.8V) xét đến dung tích riêng hợp chất NCA lại tỏ vượt trội Đến đây, thấy việc tìm phương án tối ưu cho loại battery đáp ứng đầy đủ yêu cầu người sử dụng việc không dễ dàng : nên chọn hợp chất có điện lớn hay dung tích lớn ? Nhìn cách tổng thể, để tìm cơng nghệ battery tối ưu, nhà khoa học phải giải phương trình gồm nhiều ẩn : cặp oxy hóa/khử tối ưu, dung môi phù hợp nhất, làm để giải vấn đề tuổi thọ battery, v.v… Đó lý khoảng 30 năm nay, thành tựu lĩnh vực tích trữ lượng chưa đáp ứng kỳ vọng giới khoa học Tổng quan q trình sạc pin Lithium-ion Sạc ổn dịng: Trong q trình sạc ổn dịng, dịng điện giữ khơng đổi, thơng thường C/2-C (trong đó, C dung lượng [Ah] ắc quy) Dòng điện sạc lớn, q trình sạc ổn dịng ngắn q trình sạc ổn áp dài; vậy, tổng thời gian sạc giai đoạn thường không 3h Đồng thời, dòng điện lớn làm tăng nhiệt độ pin Trong trình sạc cần theo dõi nhiệt độ sát nhiệt độ q cao làm cho ắc quy bốc cháy phát nổ Thông thường, nhiệt độ không nên vượt 450C Một số pin Li-ion sử dụng cơng nghệ Lithium-Ferro-Phophat (LiFePO4) đẩy nhiệt độ sạc lên đến 600C Nếu sử dụng sạc nhanh (quick charge) thực bơm dòng ổn định vào ắc quy (sạc ổn dòng) đó, giới hạn nhiệt độ lớn đồng nghĩa với việc dòng điện sạc lớn hay thời gian sạc nhanh ngắn Hình 3.9: Quy trình sạc pin li-ion Sạc ổn áp: Trong chế độ sạc ổn áp, điện áp sạc thường giữ không đổi 4,2V/cell Do dung lượng pin phục hồi dần, sức điện động tăng lên làm cho dịng điện giảm dần Khi dòng điện giảm nhỏ 3%C, chế độ sạc ổn áp kết thúc Lúc này, dung lượng pin đạt khoảng 99%.Trong trình sạc ổn dòng, điện áp đầu cực ắc quy tăng dần Khi điện áp đạt sức điện động pin lúc đầy, sạc kết thúc trình sạc ổn dòng chuyển sạc chế độ sạc ổn áp Tồn thời gian sạc ổn dịng thường kéo dài tối đa khoảng 1h (tùy thuộc vào dung lượng lại ban đầu pin) Kết thúc trình sạc ổn dòng, dung lượng pin phục hồi khoảng 70% Trong nhiều trường hợp (quick-charge) người ta đem sử dụng (phương pháp “charge-and-run”) Điều làm giảm bớt thời gian sạc đồng thời làm cho thiết kế sạc đơn giản nhiều mặt khác làm giảm tuổi thọ pin Để đảm bảo tuổi thọ pin theo thông số nhà sản xuất đưa ra, người ta thường phải tiến hành giai đoạn sạc ổn áp – thường thời gian nhiều so với giai đoạn sạc ổn dịng Khác với pin nikel acid-chì, pin Li-ion khơng cần khơng phép trì áp sạc sau pin đầy (dòng điện sạc giảm nhỏ 3%C) tính chất Lithium-ion khơng cho phép over-charge; cố over-charge làm nóng ắc quy gây nổ Ngồi ra, theo chuyên gia, không nên sạc pin Li-ion vượt 100% dung lượng làm giảm tuổi thọ ắc quy Nếu pin sạc đầy, sau ngừng sạc, điện áp hở mạch pin giảm dần mức ổn định khoảng 3,6 – 3,9V/cell Trái lại, sạc nhanh (sạc ổn dòng) sau ngừng sạc, điện áp pin giảm sâu khoảng 3,3 – 3,5V Do pin Lithium-ion có tính chất tự phóng điện khơng sử dụng (self-discharge) nên số trường hợp, để điền đầy pin, ngồi việc sử dụng q trình ổn dịng, ổn áp, người ta thường kết hợp thêm kỹ thuật sạc xung ngắn Chẳng hạn, áp ắc quy đạt 4,2V/cell, trình sạc dừng Lúc này, điện áp pin giảm dần; điện áp pin giảm cịn 4,05V/cell hệ thống sạc lại tiếp tục đóng áp sạc 4,2V/cell vào để tiếp tục trình sạc áp Việc đóng cắt diễn liên tục Nhờ vậy, điện áp pin giữ ổn định khoảng 4,05 – 4,2V/cell, đó, làm pin nạp sâu hơn, tránh tượng over-charging kéo dài tuổi thọ pin Vấn đề Over-charging ắc quy Lithium-ion Thông thường, pin Li-ion nên hoạt động (sạc/xả) vùng điện áp thiết kế (dưới 4,2V/cell) Tuy nhiên, số trường hợp, pin đầy mà bơm dòng điện vào, điện áp pin dâng lên cao 4,3V Lúc này, ắc quy gọi bị over-charging Khi điện áp pin nằm vùng làm việc an toàn (trên 4,2V/cell 2,5V/cell) hoạt động trở nên khơng ổn định Các lớp Lithium Metallic hình thành cực dương cực âm bị oxi hóa mạnh làm giảm tính ổn định sản sinh khí CO2 bên pin làm áp suất pin tăng lên Thơng thường, để an tồn, sạc cần phải ngừng sạc áp suất cell đạt 200psi Nếu sạc khơng có chức theo dõi bảo vệ áp suất lớn, khí CO2 khơng ngừng sinh ra, áp suất pin tiếp tục tăng, đồng thời nhiệt độ pin tăng nhanh Khi áp suất đạt khoảng 500psi, lúc nhiệt độ pin đạt khoảng 130 độ- 150 độ, lớp màng an toàn ngăn cách cell bị đánh thủng pin bắt đầu bốc cháy chí gây nổ Vì vậy, trình sạc, cần tuyệt đối tuân thủ yêu cầu nhiệt độ điện áp cell Pin Li-ion nói chung khơng nên khơng phép xả sâu (overdischarge) Khi điện áp pin giảm xuống 3,0V/cell, tốt nên cắt pin khỏi mạch Nếu để điện áp pin giảm xuống 2,7V/cell hệ thống mạch bảo vệ thân pin tự động chuyển pin sang chế độ sleep Lúc này, pin sạc lại theo cách thông thường mà cần phải sử dụng chu trình sạc giai đoạn theo sơ đồ hình 2.3 Xả pin Li-ion bị over-discharge Trong chu trình sạc giai đoạn, ngồi giai đoạn sạc ổn dịng, ổn áp giống quy trình sạc pin Li-ion thường, giai đoạn Pre-charge Activation thêm vào để khôi phục lại hoạt động pin Trước tiên, giai đoạn Pre-charge, pin bơm vào dịng điện nhỏ (5-15%C) sau điện áp pin giám sát Nếu sau khoảng thời gian xác định (testing time), điện áp pin không tăng tăng q chậm pin coi khơng thể phục hồi Trái lại điện áp tăng lên 2,8V pin gọi cịn tốt tiếp tục sạc Lúc này, sạc chuyển sang sạc pin chế độ Activation để kích hoạt trở lại hoạt động pin Trong chế độ Activation, dịng điện 5-15%C tiếp tục trì điện áp pin tăng lên 3V Lúc sạc lại chuyển sang hoạt động chế độ sạc ổn dịng ổn áp bình thường Khi nhà sản xuất bán pin, họ thường sạc sẵn pin đến 40% dung lượng Tuy nhiên, sau thời gian, thượng tự xả (self-discharge) dung lượng pin giảm dần, đồng nghĩa với việc điện áp pin giảm Vì vậy, để tránh tượng over-discharge,pin nên bảo trì định kỳ cách sạc lại sau để không dùng thời gian dài Mỗi cell pin Li-ion thường có điện áp hở mạch khoảng 3,5V Trong hệ thống xe điện, để cấp điện cho động truyền lực thiết bị điện khác xe, cell thường mắc song song nối tiếp đạt điện áp DC-Bus khoảng 200VDC trở lên.4 Vấn đề cân cell (cell balancing) Những nguyên nhân thông số cell nhà sản xuất cung cấp có sai số định; trình hoạt động, nhiệt độ ảnh hưởng lên cell không hay ảnh hưởng tuổi thọ khiến tính chất cell khơng đồng Có cell có điện áp cao chút, có cell có điện áp thấp chút so với cell khác, hay nói cách khác, cell không cân với Trong trình sạc, cell có điện áp cao đầy trước số cell lại chưa đầy Nếu tiếp tục sạc, cell bị overcharge khiến nhiệt độ áp suất tăng cao (như phân tích trên) làm giảm tuổi thọ pin chí phá hỏng cell Ngược lại, q trình xả, cell có điện áp thấp chóng cạn Nếu tiếp tục xả sâu, cell bị over-discharge, làm giảm tuổi thọ pin Khi cell bị hỏng, thông thường ta phải thay toàn hệ thống pin, lẽ, thay cell bị hỏng (có thể số trường hợp) cell có tính chất khác so với cell lại, nghĩa nguy cân (unbalance) xảy Càng nhiều cell mắc nối tiếp, nguy xảy cân cao độ tin cậy giảm Các nghiên cứu rằng, hệ thống pin ghép nối n cell, xác suất xảy cân tăng lên gấp n lần so với cell hoạt động độc lập Để hạn chế vấn đề này, có số cách xem xét Trước tiên, người ta cố gắng chọn cell có thơng số tương đối đồng để ghép nối với Các cell sau ghép nối song song nối tiếp với thay ghép nối tiếp vậy, dòng vòng chạy cell giúp cân cell với (self-balacing) Sau đó, q trình sử dụng, nhiệt độ phải giám sát chặt chẽ để đảm bảo phân bố cell Tuy vậy, để giải triệt để việc cân áp pin Li-ion, xe điện, hệ thống quản lý pin (Battery Management System – BMS) cần giám sát chặt chẽ dung lượng cell (State of Charge – SOC) Nếu phát có cân bằng, hệ thống BMS cần thực biện pháp định nhằm đưa cell trạng thái cân với Có hai cách để thực việc cân chủ động cân thụ động Phương pháp cân chủ động chuyển bớt lượng từ cell có dung lượng cao vào cell có dung lượng thấp Phương pháp có ưu điểm giúp hệ thống cân áp khơng có tổn hao lượng ln chuyển lẫn cell Tuy nhiên, thiết kế cho cell nguồn sạc độc lập không thực tế Việc cân áp thực cho một nhóm cell Do đó, để sạc đầy pin cần thời gian lớn Phương pháp cân thụ động đơn giản phương pháp cân chủ động gây tổn hao điện trở Bộ sạc cần ngắt sạc cell đầy Sau đó, cell đầy xả qua điện trở cell thấp Sau đó, sạc tiếp tục đóng điện trở lại chu trình lại lặp lại tất cell đầy Như vậy, q trình sạc, ngồi việc tn thủ quy trình sạc, sạc cần phối hợp chặt chẽ với hệ thống BMS để thực kỹ thuật cell balancing nhằm điền đầy cell, chống cân cell, qua kéo dài tuổi thọ ắc quy Sự ảnh hưởng nhiệt độ đến trình sạc pin Lithium ion Như nói mục trên, hoạt động nạp xả pin phụ thuộc lớn vào nhiệt độ Nói chung, tất loại pin hoạt động dải nhiệt độ rộng Đối với ắc quy Li-ion, dải nhiệt độ từ 0C – 45C chế độ sạc 0C – 60C chế độ xả Một số pin dựa Lithium đời Lithi-Ferro – Phophat (LiFePO4) Li-Polimer cho phép mở rộng vùng nhiệt độ làm việc chút Trong vùng này, tính chất pin ổn định, hiệu suất sử dụng lượng cao Nhưng ngồi vùng nhiệt độ đó, nhiệt độ thấp cao, hoạt động pin bị ảnh hưởng mạnh, phản ứng hóa học bên pin diễn chậm lại, đồng nghĩa với dòng điện ắc quy sinh hấp thu giảm so với hoạt động Đối với pin Li-ion nói chung, người ta chứng minh dải nhiệt độ từ 5C – 45C dải nhiệt độ hoạt động tối ưu Dưới 5C dòng sạc cần phải giảm xuống nhiệt độ giảm xuống 0C (nhiệt độ đóng băng) cần dừng trình sạc Ngược lại, nhiệt độ cao 45C hoạt động pin trở nên mạnh mẽ hơn, nghĩa có phóng nạp dịng điện lớn dòng danh định (C) Tuy nhiên, trường hợp (nhiệt độ thấp nhiệt độ cao) làm tăng nội trở pin, đó, cố gắng sạc làm giảm tuổi thọ pin Các yêu cầu sử dụng pin Li-ion - Tắt tất thiết bị nuôi ắc quy cần sạc Khi đó, hệ thống đo dịng, áp sạc cho kết xác, phản ánh thơng số q trình sạc - Khơng nên sạc nhiệt độ môi trường thấp cao - Dừng sạc nhiệt độ pin tăng cao bất thường - Dừng sạc dung lượng pin đạt khoảng 90 – 99% Như tốt cho pin sạc đến 100% Thơng thường, sạc có đèn báo dung lượng tự cắt dung lượng đạt mức 90 – 99% Nếu không, người dùng cần theo dõi để cắt sạc Điều làm tăng tuổi thọ pin - Trước lưu trữ pin không sử dụng thời gian dài, nên sạc trước cho đến khoảng 40-50% dung lượng để tránh tượng overdischarge pin bị self-dischage - Khơng nên cố sạc pin có sức điện động 2,7V/cell (đã bị overdischarge) sạc thơng thường (chỉ có chế độ ổn dịng ổn áp) mà phải dùng sạc chuyên dụng (hỗ trợ đầy đủ chế độ: Precharge, Activation, Constant Current, Constant Voltage)  So sánh pin lithium-ion ắc quy chì Cả pin lithium-ion ắc quy chì chế tạo nhằm mục đích cung cấp lượng cho xe, nhiên cấu tạo nguyên liệu chế tạo khác mà hai loại có ưu nhược điểm khác - Năng lượng sạc xả Pin lithium ion có mật độ lượng lên tới 120Wh/kg, chịu dòng xả lớn dạng xung thời gian ngắn, khả chịu tải cao thích hợp với xe máy, tơ điện Trong ắc quy chì 32Wh/kg, mật độ lượng thấp dòng xả nhỏ dẫn đến khả chịu tải không phù hợp với xe máy hay ô tô điện - Tái tạo lượng Ắc quy chì có khả tái tạo lượng chậm hàng đồng hồ, bị xả 50% mà không sạc đầy ắc quy hỏng sau 1-2 tháng sử dụng Nếu bị xả tới tận đáy xuất PbSO4 gây hỏng cực chết ắc quy Pin lithium-ion có tốc độ tái tạo lượng nhanh sau vài phút xe chạy, xả tới tận đáy mà khơng lo bị hỏng pin sau thời gian sử dụng - Chống chịu thời tiết Dải nhiệt hoạt động ắc quy chì từ 00-500C, nhiệt độ 500C tuổi thọ ắc quy khoảng năm Với pin lithium-ion dải nhiệt hoạt động rộng từ -300C đến 600C, 600C pin lithium ion có tuổi thọ năm - Khối lượng độ bền Pin lithium-ion khối lượng nhẹ 3-4kg, tuổi thọ lên tới 4-5 năm sử dụng, ắc quy chì dung lượng điện áp khối lượng lên tới 12-15kg, tuổi thọ thấp độ năm - Thân thiện mơi trường Do cấu tạo chì axit nên ắc quy gây ô nhiễm nghiêm trọng với môi trường sức khỏe người, đặc biệt gây han gỉ đầu cực dẫn tới cháy nổ Pin lithium-ion ngược lại khơng gây tác hại tới môi trường sức khỏe người cấu tạo cell rắn lithium, khơng có chì axit - Hiệu kinh tế Nhờ có hiệu suất sử dụng 90% nội trở thấp giúp sạc nhanh, giảm tải cho phận nạp điện cho xe tiết kiệm nhiên liệu, pin lithium-ion có tuổi thọ tới 4-5 năm Trong ắc quy chì tuổi thọ khoảng năm hiệu suất sử dụng thấp, nội trở cao làm cho tốn nhiên liệu vận hành, giảm tuổi thọ động xe Chi phí để trang bị ắc quy ban đầu rẻ so với pin lithium-ion theo thời gian chi phí tăng lên trình sử dụng IV.Ứng dụng 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 công suất (nói cách khác khả phóng – nạp) ắc quy Lithium lên ngang với siêu tụ điện Công nghệ nạp điện không dây Nạp điện không 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 tơ cịn nhiều vấn đề cần nghiên cứu Về mặt nguyên lý truyền tải lượng, nạp điện khơng dây khơng 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 Dịng 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 tơ 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 không dây có hiệu suất tốt [2] Những vấn đề an toàn nhiễu nghiên cứu Ứng dụng nạp không dây cho ô tô điện tiếng kể dự án OnLine Electric Vehicles – OLEV Viện Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) Phát triển sở hạ tầng cho trạm nạp ắc quy Ơ tơ 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 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian thực đề tài tốt nghiệp, với giúp đỡ tận tình thầy giáo, bạn bè, đến em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong đề tài em tìm hiểu thực yêu cầu sau: Tìm hiểu nguồn điện sử dụng xe Ơ tơ điện Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ kinh nghiệm thân hạn chế nên đề tài thực nhiều thiếu sót Em mong nhận bảo, sửa chữa đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án hoàn thiện Một lần em xin cảm ơn bảo, hướng dẫn tận tình thầy Đinh Nam, thầy khoa q trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! ... điện : xe điện sử dụng nguồn điện acqui, dùng lượng mặt trời Các loại xe ứng dụng ô tô cá nhân, ô tô tải, ô tô tải phục vụ cơng cộng Hình 1.1: Ơ tơ điện hãng Nissan Hình 1.2: Ơ tơ điện sử dụng. .. sử dụng động đốt ô tô điện, chẳng hạn sử dụng bồn chứa xăng so với nguồn pin, động đốt so với động điện, khác yêu cầu truyền dẫn Nhu cầu sử dụng ô tô điện phục vụ du lịch sử dụng sở y tế Xe điện. .. ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 TÌM HIỂU CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG XE Ô TÔ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Văn Minh Người