4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.3. Trạng thái sạc (SOC)
SOC là thƣớc đo năng lƣợng đƣợc lƣu trữ trong một pin. Trạng thái sạc (SOC) có thể đƣợc định nghĩa là tỷ lệ phần trăm dung lƣợng còn lại của pin xe khi đến nhà sau các chuyến đi hàng ngày. Nó tƣơng đƣơng nhiên liệu của xe động cơ đốt trong. SOC có thể đƣợc ƣớc tính dựa trên số km lái xe trong phạm vi sử dụng điện. SOC thƣờng phụ thuộc vào một số điều kiện hoạt động nhƣ nhiệt độ, các giới hạn hóa học, và dòng điện tải.
Giả định rằng một PHEV chạy trong chế độ điện cho đến khi pin cạn kiệt và sau đó chuyển sang chế độ duy trì sạc, động cơ điện và động cơ đốt trong đƣợc tối ƣu làm việc cùng nhau [2], [3], [4], [5]. Vì vậy, PHEV có thể hoạt động ở chế độ pha trộn khi động cơ đốt trong giúp động cơ điện cung cấp năng lƣợng cần thiết để chạy. Vì vậy, trong chế độ sạc cạn kiệt, phần còn lại của năng lƣợng yêu cầu đƣợc
cung cấp bởi pin. Để bao gồm tất cả các hoạt động PHEV, hệ số cho mỗi PHEV
đƣợc xác định. Hệ số này biểu diễn cho tỷ lệ phần trăm khoảng cách mà PHEV trong chế độ chạy điện. Vì thế, các SOC của một PHEV sẽ đƣợc tính:
0; (1 ); d AER SOC d d AER AER
Trong đó d là tổng khoảng cách lái xe; d là khoảng cách lái xe trong chế độ bằng điện. Pin sẽ rỗng nếu d đạt đến AER.
Trạng thái sạc (SOC) là một chỉ số cho thấy tình trạng năng lƣợng của pin. Một SOC 100% thể hiện cho một lần sạc đầy, và một SOC từ 0% thể hiện cho một xả hết. Điều này quan trọng để thông báo cho ngƣời sử dụng quản lý lƣợng pin còn lại của mình, SOC là vấn đề ngày càng quan trọng trong tất cả các ứng dụng khi sử dụng một pin. Ngoài việc sử dụng hiệu quả, SOC cũng liên quan đến sự an toàn của pin. Nhiều hệ thống rất nhạy cảm với xả sâu hoặc nạp quá vì những trạng thái của
25
SOC cực kỳ cao hay thấp có thể dẫn đến tổn hại không thể phục hồi pin. Để giữ pin ở một trạng thái tốt và an toàn cho các EV, các nhà sản xuất pin cung cấp thông tin giới hạn trên và dƣới cho tình trạng sạc pin. Các ràng buộc trên và thấp hơn giới hạn của một pin EV là khoảng 95% và 20% tƣơng ứng.
Acid chì, lithium-ion, và nickel metal hydride (NiMH) là top ba công nghệ cạnh tranh cho pin EV. Pin lithium-ion đã đƣợc đƣợc lựa chọn để đánh giá ảnh hƣởng của tải EV dựa trên các phụ tải của hệ thống điện, nó đại diện vị trí chiếm lĩnh thị trƣờng pin trong tƣơng lai. Vì vậy, giả định rằng tất cả các EV trong các kịch bản sạc có một pin lithium-ion.
Nhu cầu năng lƣợng và các SOC tƣơng ứng với thời gian sạc của pin lithium- ion đƣợc hiển thị trong hình 2.4. Những đặc tính khác nhau tùy thuộc vào loại pin. Đơn vị của năng lƣợng pin cho các EV là kWh và công suất tối đa pin đƣợc xác định bằng cách tính toán diện tích dƣới đồ thị tải sạc pin EV. Công suất lƣới của pin nhỏ hơn so với công suất tối đa nếu ranh giới liên quan đến các SOC đƣợc áp dụng. Ví dụ, các EV có pin với dung lƣợng lƣu trữ tối đa 30kWh. Điều này cho phép công suất lƣới sẵn 22,1 kWh, ít hơn công suất tối đa 73%. Ranh giới do đó có thể làm giảm hiệu quả của pin, nhƣng tăng độ ổn định (hình 2.4a).
Quá trình sạc điện của xe có thể đƣợc biểu diễn trên đồ thị theo trục thời gian chia thành 4 vùng màu chính khác nhau (hình 2.4b).
Đƣờng màu xanh (voltage) trên đồ thị biểu diễn điện áp của xe điện. Đƣờng màu đen (current) biểu diễn dòng điện.
26 a)
b)
Hình 2.4: Đặc tính sạc của pin xe điện (hình a: Nhu cầu năng lượng của một pin Lithium
hình b: Quá trình sạc của một pin xe điện)
27
ra, dòng điện lúc này bằng 25% dòng điện max. Điện áp và dòng điện bắt đầu tăng dần.
- Giai đoạn 2: Miền thời gian màu vàng cam là trƣớc quá trình chính sạc điện diễn ra, dòng điện lúc này bằng 50% dòng điện max. Điện áp và dòng điện tiếp tục tăng dần.
- Giai đoạn 3: Miền thời gian màu cam thẫm biểu diễn quá trình sạc chính của xe. Dòng điện đầy dần và điện áp tăng chậm.
- Giai đoạn 4: Miền thời gian màu ghi biểu diễn sự ổn định của điện áp không thay đổi theo thời gian. Dòng điện giảm dần về giá trị ban đầu. Do quá trình sạc kết thúc.