Nghiên cứu ứng dụng công nghệ pin lithium ion trong hệ thống cung cấp năng lượng của ô tô
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC
SƠ LƯỢC LÝ LỊCH
Họ và tên: Nguyễn Hoài Ân Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/05/1990 Nơi sinh: Cần Thơ Quê quán: Xã Thạnh Tiến, Huyện Vĩnh Thạnh, TP Cần Thơ Dân tộc: Kinh Chỗ ở hoặc địa chỉ liên lạc: Ấp Phụng Phụng, Xã Thạnh Tiến, Huyện Vĩnh Thạnh, TP Cần Thơ. Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Công Nghệ Kỷ Thuật Ô Tô.
TểM TẮT
- Đối tượng nghiên cứu: hệ thống cung cấp và lưu trữ năng lượng điện trên ô tô, ắc quy axit chì, pin lithium ion. - Phạm vi nghiên cứu: Tập chung nghiên cứu các vấn đề về nguồn năng lượng hóa thạch, nguồn năng lượng mới, vấn đề ô nhiễm khí hậu do ô tô thải ra, pin lithium ion, chế tạo thành công bộ pin lithium ion thay thế cho ắc quy axit chì trên ô tô.
ABSTRACT
- Understand the structure, operating principles, charging and discharging characteristics of lead-acid batteries as well as lithium ion batteries. - Scope of research: Focusing on researching issues of fossil energy sources, new energy sources, climate pollution issues emitted by cars, lithium ion batteries, successfully manufacturing replacement lithium ion batteries replacement for lead-acid batteries in cars.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Pin Lithium- ion 1. Giới thiệu chung
Gần đây các nhà khoa học đã nghiên cứu thành công một loại pin mới có hiệu năng cao nhưng khối lượng nhỏ (Pin liti-lưu huỳnh) hứa hẹn nhiều triển vọng cho ngành công nghệ sản xuất pin. Pin liti-ion là một loại pin chứa dung dịch điện phân được tạo thành khi được nén dưới áp lực cao, chính vì thế nó dể cháy và nguy hại khi có sự cố sảy ra.
Mật độ năng lượng trọng trường. (còn được gọi là mật độ năng lượng riêng) và
Những pin vật liệu này thường được sử dụng trong các thiết bị điện y tế, nhưng hiện nay là ưu tiên hàng đầu cho pin ứng dụng trong xe chạy điện. Tụ điện chắc chắn có thể cung cấp công suất cao, nhưng họ có thể làm như vậy chỉ trong một thời gian ngắn, trong khi mật độ năng lượng của pin cao hơn.
Vòng đời của chu kỳ. Mô tả pin có thể thực hiện bao nhiêu chu kỳ cho đến khi
- Ắc quy axit chì
Lithium-ion được phát triển vào những năm 70, bởi M Stanley Whittingham ông đã phát hiện ra loại vật liệu có tên Titanium Sulphide kết hợp với liti làm cực dương, tuy nhiên vào giai đoạn này phát minh Whittingham của không được chấp thuận do đặc tính của kim loại liti có thể dẫn đến cháy nổ khi tiếp xúc trượt tiếp với không khí. Ion liti tham gia quá trình phản ứng tại cả hai điện cực, thành phần hiện nay của điện cực là các vật liệu cho phép ion lithium xâm nhập và giữa các kết cấu tinh thể mà không gây nhiễu loạn hoặc ít làm thay đổi vị trí của các nguyên tử khác trong mạng tinh thể trong quá trình xâm nhập của ion liti di chuyển ở trong cả hai điện cực trong quá trình phản ứng và ngược lại ion liti thoat khỏi cấu trúc mạng tinh thể[9]. Lúc này pin không thể nạp lại theo cách thông thường nữa mà cần phải sử dụng quy trình nạp 4 giai đoạn: Nghĩa là ngoài 2 giai đoạn nạp ổn dòng và ổn áp thông thường, còn phải thêm 2 giai đoạn nữa là nạp trước và kích hoạt được thêm vào để phục hồi lại trạng thái hoạt động của pin.
Ắc quy khô
Vào năm 1866 nhà khoa học người Pháp Georges Leclanché đã chế tạo thành công một loại Pin khô với một cực bằng kẽm, một cực bằng thang chì (graphite) và được bao quanh bởi một lớp dioxiT mangan (MnO2). Trong chiến tranh thế giới thứ nhất pin được áp dụng rộng rãi cho việc chiếu sáng, liên lạc vô tuyến và ứng dụng các vật lệu mới nên ngành công nghiệp chế tạo pin có bước phát triển nhảy vọt. Loại này có khả năng chuyển hóa ngược hydro và ô-xi thành nước làm giảm khả năng mất nước đến 95% và có tuổi thọ cao hơn rất nhiều so với loại ắc quy truyền thống.
Ắc quy sử dụng tấm hút bằng sợi thủy tinh
Quá trình nạp, dưới tác dụng của dòng điện nạp bên trong ắc quy sẽ phản ứng ngược lại so với chiều phản ứng ban đầu và quá trình nạp sẽ ngưng khi cực dương là PbO2 cực âm là Pb. Khi ắc quy phóng điện tại cực dương là PbO2 cực âm là Pb sẽ chuyến hóa thành PbSO4 và khi PbSO4 bám vào PbO2 hoặc Pb ở hai bản cực thì sau khoản thời gian chúng sẽ không tham gia quá trình phản ứng điều đó sẽ làm cho dung lượng bình giảm đi đáng kể. Khi sạc điện cho ắc quy nhiệt độ sẽ tăng tạo ra khí oxy và hydro thoát ra ngoài, loại khí này sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe thậm chí là tính mạng con người nếu tiếp xúc trực tiếp trong thời gian dài.
![Hình 2.12. Điện áp khi không phát dòng [9]](https://media.store123doc.com/figures/003/387/hinh-dien-ap-phat-dong-3387488.webp)
Các bộ nạp điều khiển dòng và áp
- Quá Trình Xả Của Ắc Quy Axit chì
- Dòng điện trong hệ thống nạp
- Nguyên lý điều chỉnh
Từ sơ đồ Hình 1.35, khi công tắc ở vị trí khởi động (start): dòng điện sẽ đi từ dương ắc quy hộp điều khiển động cơ đến công tắc đến hộp cầu chì thông minh đến công tắc vị trí số lúc này nếu đang ở vị trí số là P hoặc N thì dòng điện sẽ đi qua rơ le khởi động trong hợp cầu chì đông thời gửi tính hiệu về cho hộp PCM. Hộp PCM sẽ cho dòng điện về âm đóng tiếp điểm cho dòng điện từ bình ắc quy đi qua hộp điều khiển động cơ đến máy khởi động về âm để tạo lực từ hút tiếp điểm cho dòng điện đi từ dương ắc quy đến rơ le khởi động trên máy khởi động đến mô tẻ khởi động về âm. Mặt khác, độ dốc nhiệt độ giữa các pin Bởi vì trong một loạt kết nối của pin lithium-ion, tế bào xấu nhất quyết định tổng hiệu suất của chuỗi pin và do tác động cao của thời gian nhiệt độ, Đồng thời, hệ thống quản lý nhiệt phải nhẹ và hiệu quả nhất có thể.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Khi sạc thì luôn có trường hợp 1 hoặc nhiều khối pin đạt mức quá nạp trước những khối còn lại, vì vậy lúc này vi điều khiển đọc giá trị điện áp từng khối dựa vào các cầu phân áp và xác định xem khối nào đang bị tình trạng quá nạp, từ đó vi điều khiển sẽ điều khiển các MOSFET dẫn làm cho dòng điện đi qua điện trở xả để xả bớt điện áp dư này. Số cell lắp đặt: 4 cell Li-ion hoặc 4 cặp cell (8 cell) Li-ion mắc nối tiếp, thậm chí nhiều hơn nữa (12, 16 cell,..), Có thể lắp đặt nhiều cell song song hơn trong vỏ pin để đạt được công suất và dòng tải pin lớn hơn, phụ thuộc vào diện tích và nhu cầu sử dụng. Pin lithium LiFePo4 có những ưu điểm vượt trội như: công suất cao và ổn định điện áp phóng điện, thời gian dài làm việc với hiệu suất cao, ánh sáng trọng lượng với kích thước nhỏ gọn, nổi bật hơn là dòng xả cao và nội trở nhỏ, không có hiệu ứng nhớ và có thể sạc lại pin lên tới 2200 lần gấp hơn 10 lần ắc quy axit chì.
THỰC NGHIỆM
- Cách Sử Dụng Máy Kiểm Tra Ắc Quy 1 Kết nối máy kiểm tra với bình ắc-quy
- THỰC NGHIỆM TRÊN BỘ PIN
Về hình dáng của vỏ pin không khác gì với loại ắc quy axit chì nhưng có thêm phần đồng hồ led đề có thể xem điện áp pin lúc cần giúp chúng ta có thể bảo dưỡng cũng như kiểm soát được mức điện áp tránh hiện tượng pin xả quá mức. Để kiểm tra được các thông số của pin ta cần lấy một giá trị CCA định mức (Cường độ dòng mà ắc quy cung cấp trong vòng 30s ở độ F hoặt -17,7 độ C) không đổi là 360 CCA: Lấy giá trị tham chiếu bình ắc quy axit chỉ trên các dòng xe như Kia Morning, Huynhdai I10, Toyota Wigo,. - Cường độ dòng điện sau khi khởi động giao động từ (10- 20A) chứng tỏ rằng sau khởi động bộ pin chỉ cung cấp cho 1 sô hệ thống ví dụ như hệ thống âm thanh, hệ thống diều hòa và một số hệ thống cần nguồn để duy trì trạng thái hoạt động.
BATTERIES IN AUTOMOBILES
- Tính toán, thiết kế hệ thống
- Thực nghiệm
Với kết quả của các nghiên cứu: “Nghiên cứu tổng hợp đánh giá về Pin xe điện công nghệ các mô hình và mô phỏng tính toán các hiệu suất pin trên xe GM EV1” [2] đã chứng minh rằng pin NiMH và pin Li-ion có những ưu điểm vượt trội về hiệu suất và mật độ năng lượng, do đó rất thích hợp để sử dụng để cung cấp nguồn điện cho các lọai xe điện hiện nay. Để cân bằng điện tích giữa 2 điện cực, cứ mỗi ion dịch chuyển từ cực âm sang cực dương bên trong pin, thì ở mạch ngoài lại có 1 electron di chuyển từ cực âm sang cực dương, kết quả là sinh ra dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm. - Cường độ dòng điện trước khi khởi động giao động từ (1-2A) cho ta thấy khi bật khóa sẽ có dòng đi từ bộ pin ra các thiết bị nhưng không đáng kể, lưu ý lúc này trên xe không sử dụng các thiết bị tiêu thụ điện cũng như cac hệ thống tiêu thụ điện.
