Mở đầu: Chương này trình bày về lý do chọn, giới hạn, mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài, nhằm giải thích vì sao chủ để này lại quan trọng cần được nghiên cứu cũng như mục đích mong muốn đạt được. 2 Chương 2: Tổng quan về xe điện: Chương này trình bày về lịch sử phát triển, nguyên lý hoạt động, cấu tạo và các mức sạc của một chiếc xe điện, giúp nêu lên được sự phát triển của công nghệ xe điện cũng như là hiểu hơn về cấu tạo cách hoạt động của xe điện. Chương 3: Mô hình hóa, mô phỏng xe điện: Chương này trình sẽ giới thiệu về Matlam/Simulink, xe Tesla model 3 và cuối cùng là ứng dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô phỏng xe điện Tesla model 3. Chương 4: Kết quả mô phỏng: Chương này trình bày về các trường hợp mô phòng, các kết quả mô phỏng và nhận xét đánh giá.
Chương 5: Kết luận: Chương này trình bày về kết luận, hướng phát triển và đề nghị. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN 2.1 Sự hình thành và phát triển của xe điện Xe điện là loại phương tiện giao thông đường bộ sử dụng năng lượng điện để di chuyển thay vì sử dụng nhiên liệu như xăng hoặc dầu diesel như các loại xe truyền thống. Điều này có nghĩa là xe điện sử dụng năng lượng pin để cung cấp cho động cơ điện, giúp chúng không gây ra khí thải. Xe điện được xem là một phần của nỗ lực toàn cầu để giảm lượng khí thải và ô nhiễm từ phương tiện giao thông đường bộ, đồng thời xe điện cũng mang lại những lợi ích về tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành.
Năm 1859, nhà vật lý người Pháp Gaston Planté đã tiến hành phát minh pin sạc. Công nghệ pin này đã được sử dụng trong xe điện của Gustave Trouvé, một nhà phát minh người Pháp. Chiếc xe ba bánh của nhà sáng chế người anh James Starley được trang bị động cơ điện và pin sạc trở thành phương tiện sử dụng năng lượng điện để di chuyển đầu tiên trên thế giới. Năm 1884, chiếc xe điện đầu tiên ở London sử dụng pin có hiệu suất cao được và được thiết kế đặc biệt bởi kỹ sư Thomas Parker.
Vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, việc này đã đánh dấu sự bắt đầu của xe điện như một phương thức phổ biến tạo sự thúc đẩy. Vào những năm 1890-1891, William Morrison đã chế tạo ra một mẫu ô tô có thể đạt tốc độ 23 km/h. Khoảng 5 năm sau, nhà thiết kế người Mỹ Albert L. Ryker đã cho ra mắt chiếc xe điện ba bánh của mình .Lúc này, người Mỹ bắt đầu chú ý đến xe điện Lịch sử xe điện cho thấy tiềm năng to lớn của loại phương tiện này.
Cùng những ưu điểm vượt trội, xe điện được dự đoán sẽ là phương tiện giao thông chủ đạo trong tương lai, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát triển bền vững.2 Phân loại xe điện ❖ Tổ hợp cấu trúc xe điện hiện nay có 3 kiểu: - Xe điện - Battery Electric Vehicle (BEV) - Xe dùng pin nhiên liệu - Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) - Xe Hybrid cắm điện - Plug-in Electric Vehicle (PHEV) 4 2.1 Xe điện - Battery Electric Vehicles (BEV) Xe điện BEV (Battery Electric Vehicle) là loại xe sử dụng hoàn toàn động cơ điện, được cung cấp năng lượng từ pin tích trữ trên xe. BEV không thải ra khí thải trực tiếp, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống. Đặc điểm nổi bật của BEV là hoạt động hoàn toàn bằng điện, không sử dụng động cơ đốt trong, nạp điện từ nguồn điện bên ngoài. BEV không thải ra khí thải trực tiếp, góp phần giảm ô nhiễm môi trường và vận hành êm ái, ít tiếng ồn hơn so với xe chạy xăng.
BEV cũng có hiệu suất cao, khả năng tăng tốc nhanh. BEV được phân loại thành 3 loại: BEV cỡ nhỏ phù hợp di chuyển trong thành phố, BEV cỡ trung phù hợp cho gia đình và BEV cỡ lớn thường là SUV hoặc xe tải. 1: Vinfast VF9 BEV thường được xây dựng với một hệ thống pin lớn để lưu trữ năng lượng, có thể được sạc lại từ nguồn điện trực tiếp hoặc thông qua mạng lưới điện. Các loại pin thường sử dụng trong xe điện bao gồm pin lithium-ion, pin niken hydride và pin chì-axit.
2: Mô hình xe BEV 5 ❖ Các thành phần chính: ▪ Bộ pin - Là bộ phận quan trọng nhất, cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống xe. - Pin lithium-ion với ưu điểm dung lượng cao, tuổi thọ dài và hiệu suất tốt. - Vị trí đặt pin có thể khác nhau tùy theo thiết kế xe, thường nằm dưới sàn xe hoặc ở hai bên sườn xe. ▪ Hệ thống sạc - Có nhiều loại cổng sạc khác nhau, phổ biến nhất là CCS2 và Type 2.
- Dung lượng pin và công suất bộ sạc quyết định thời gian sạc. ▪ Động cơ điện - Cung cấp năng lượng cơ học giúp xe di chuyển. - BEV thường sử dụng động cơ điện không chổi than (brushless) với hiệu suất cao và độ ồn thấp. Số lượng động cơ điện có thể khác nhau tùy theo thiết kế xe, phổ biến là 1 hoặc 2 động cơ.
▪ Bộ điều khiển Quản lý việc cung cấp năng lượng từ pin cho động cơ điện, điều khiển tốc độ và momen xoắn của động cơ. Bộ điều khiển còn có chức năng bảo vệ pin, chống quá tải, quá nhiệt,. ▪ Bộ chuyển đổi DC/AC Dòng điện DC của pin được chuyển đổi thành dòng điện AC. Sau khi biến đổi sẽ được cấp cho động cơ điện.
Bộ chuyển đổi còn có chức năng thu hồi năng lượng phanh, giúp tái sử dụng năng lượng sinh ra khi phanh xe để sạc lại pin. ▪ Bộ chuyển đổi DC/DC Giúp chuyển đổi nguồn điện DC cao áp của pin thành nguồn điện DC áp thấp để cung cấp cho các thiết bị trên xe hoạt động cũng như sạc lại cho ắc quy phụ. ▪ Bộ chuyển đổi AC/DC Chuyển đổi điện áp AC từ nguồn điện lưới sang điện áp DC để sạc pin. ❖ Nguyên lý hoạt động: Bộ pin cấp năng lượng cho bộ chuyển đổi DC/AC sẽ biến dòng điện DC sang AC để cung cấp cho motor điện.
Motor điện sẽ dẫn động làm quay các bánh xe và giúp xe chuyển động. Tốc độ xe sẽ được điều khiển bằng cường độ dòng điện cung cấp cho motor điện, 6 điều đó được thực hiện nhờ cảm biến bàn đạp ga. Đồng thời bộ chuyển đổi DC/DC sẽ chuyển đổi điện áp cao sang áp thấp để cung cấp cho hệ thống điện trên xe. 3: Hệ thống truyền lực xe BEV ❖ Ưu điểm: - Không gây ra khí thải độc hại: Trong quá trình hoạt động, chúng không phát ra khí thải giúp giảm ô nhiễm không khí.
- Xe điện hoạt động êm ái, giúp người lái có trái nghiệm thoải mái cũng như hành khách bên trong. - Được trang bị động cơ điện mạnh mẽ, xe điện thường có khả năng tăng tốc nhanh chóng nhờ momen xoắn lớn. - Ít bảo dưỡng và chi phí vận hành thấp. ❖ Nhược điểm: - Việc sản xuất các loại xe này đòi hỏi một số lượng lớn vốn đầu tư, nghiên cứu và lắp ráp.
- Một trong những yếu điểm của xe điện là vấn đề về năng lượng lưu trữ của pin. Xe điện cần có thêm nhiều điểm sạc để đáp ứng được nhu cầu hiện nay, không như xe sử dụng động cơ đốt trong có thể dễ dàng tìm thấy các trạm bơm xăng. Vì những lý do trên nên xe điện vẫn còn nhiều hạn chế chưa được phổ biến. - Việc nghiên cứu và chế tạo pin cũng như các bộ phận của xe thường gây ra ô nhiễm, đặc biệt là trong quá trình khai thác và chế biến nguyên liệu.
- Sửa chữa xe điện có thể đối mặt với nguy cơ nguy hiểm do pin có điện áp cao. Ngoài ra chi phí sửa chữa và bảo dưỡng, bảo trì khá cao. - Chi phí sở hữu cao, khó tiếp cận với người dùng.2 Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu - Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (Fuel Cell Electric Vehicle - FCEV) không chỉ là một phát minh công nghệ, mà còn là một biểu tượng của sự tiến bộ trong lĩnh vực vận tải sạch và bền vững. Với khả năng sản xuất điện năng sạch từ tế bào nhiên liệu hydro, FCEV không chỉ giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn khí thải độc hại, mà còn mang lại một loạt các lợi ích cho môi trường và con người.
FCEV không chỉ nằm ở việc sử dụng hydro và oxy từ không khí để tạo ra năng lượng, mà còn ở việc sản xuất nước sạch như một sản phẩm phụ trong quá trình hoạt động. Điều này có nghĩa là FCEV không chỉ đóng góp vào việc giảm thiểu tác động đến môi trường, mà còn góp phần vào việc tạo ra nguồn nước sạch, một tài nguyên quý báu đối với cuộc sống trên Trái Đất. Với khả năng tiếp tục vận hành mà không cần phải sạc lại như các xe điện thông thường, FCEV cung cấp một phương tiện di chuyển linh hoạt và thuận tiện. Nó giúp giảm bớt lo lắng về tình trạng pin hết điện và thời gian chờ đợi để sạc pin, tạo ra một trải nghiệm lái xe thoải mái và tiện lợi hơn cho người dùng.
4: Toyota Mirai Bên cạnh đó, FCEV cũng đóng vai trò quan trọng trong việc khuyến khích phát triển hệ thống cơ sở hạ tầng sạc hydro. Mặc dù hiện nay vẫn còn hạn chế nhưng sự đầu tư, sản xuất và tiềm năng phát triển từ cơ quan chính phủ có thể tạo ra một môi trường thân thiện hơn cho FCEV và giúp chúng trở thành một phần không thể thiếu của tương lai giao thông sạch. Với sự tiềm năng lớn và ưu điểm vượt trội về môi trường, hiệu suất và tiện ích, FCEV không chỉ là một phương tiện di chuyển tiên tiến, mà còn là một biểu tượng của sự tiến bộ và phát triển trong tương lai. 5: Mô hình xe FCEV ❖ Các thành phần chính ▪ Bình chứa Hydro Lưu trữ khí hydro ở trên xe khi pin nhiên liệu cần để sử dụng.
Bình chứa hydro được làm bằng vật liệu composite chắc chắn và nhẹ để lưu trữ hydro ở áp suất cao. ▪ Pin nhiên liệu (FCEV) Pin nhiên liệu được tạo thành từ nhiều tế bào nhiên liệu được kết nối với nhau. Mỗi tế bào nhiên liệu có hai điện cực gồm điện cực dương và điện cực âm. Chúng được ngăn cách bởi một màng điện giải.
Khi hydro được đưa vào điện cực dương và oxy được đưa vào điện cực âm, các ion hydro đi qua tấm phân cách điện giải và phản ứng với oxy tạo ra nước, đồng thời giải phóng electron.