CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Với sự phát triển không ngừng của xã hội hiện đại ngày nay, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa diễn ra liên tục khiến cho không khí môi trường ngày càng ô nhiễm. Trong đó không thể không kể đến các loại phương tiện giao thông nói chung và ô tô nói riêng đã góp một phần không nhỏ vào sự ô nhiễm của không khí, làm tăng hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu. Do đó, các loại ô tô sử dụng nhiên liệu hóa thạch như xăng & diesel đang dần được thay thế bởi xe Hybrid (HEV) và xe điện (EV).
Thêm vào đó, nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt và không thể tái tạo đã khiến cho việc tìm nguồn động lực mới cho ô tô là tất yếu. Chính vì vậy, xe điện ngày càng được chú trọng và phát triển. Chúng em được sự phân công của Bộ môn Động cơ ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô Tô của khoa Đào tạo Chất lượng cao - trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và sự hướng dẫn của thầy TS Đỗ Quốc Ấm, nhóm chúng em đã nghiên cứu thực hiện đề tài: “NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ MÔ PHỎNG XE ĐIỆN TRÊN MATLAB SIMULINK”. Đề tài này có ý nghĩa rất lớn đối với việc đóng góp vào công tác giảng dạy của quý thầy cô, phục vụ cho việc nghiên cứu của sinh viên, giúp cho mọi người có cái nhìn rõ hơn về đặc tính ưu điểm hiệu quả của xe điện.2 Mục tiêu đề tài.
- Nắm vững cấu tạo, chức năng và nguyên lí hoạt động của xe điện. - Sử dụng Matlab Simulink trong mô phỏng các tiêu chí của xe: Mức tiêu thụ năng lượng của xe, thời gian tăng tốc từ 0-100km/h, trạng thái sạc. Từ đó đánh giá được bộ điều khiển có tối ưu hay chưa.3 Giới hạn đề tài. - Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng xe điện trên Matlab Simulink.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Xe điện loại 4 chỗ có công suất nhỏ - Dựa vào thông số của xe Vinfat Vfe34 1 - Sử dụng các phần mềm tính toán và mô phỏng một số thông số đặc trưng của xe điện 1.5 Phương pháp nghiên cứu. - Nghiên cứu lý thuyết - Tham khảo tài liệu - Sử dụng các phần mềm trong tính toán và mô phỏng - Tổng hợp và phân tích dữ liệu 1.6 Nội dung nghiên cứu. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết xe điện. - Mô phỏng được trạng thái sạc (SOC).
- Đánh giá kết quả mô phỏng thông qua chu trình lái thử của Matlab Simulink: Mức tiêu thụ năng lượng của xe, thời gian tăng tốc từ 0- 100km/h. 2 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ XE ĐIỆN 2.1 Lịch sử phát triển xe điện. Mô hình xe điện sơ khai: - Lịch sử phát triển xe điện bắt đầu vào năm 1828, khi Ányos Jedlik – nhà vật lý và linh mục người Hungary phát minh ra động cơ điện sơ khai gồm một động cơ một chiều, stator (phần đứng yên của động cơ), roto (phần chuyển động của động cơ) và cổ góp điện. Mô hình thô sơ này chính là nền móng cho hệ thống động cơ điện ngày nay.
- Bốn năm sau, vào năm 1832, mô hình xe điện có kích thước đầy đủ đầu tiên trên thế giới ra đời, là sáng tạo của một nhà phát minh người Scotland - Robert Anderson. Về mặt kỹ thuật, mẫu xe không có pin sạc của Robert Anderson hoàn toàn không thể đáp ứng được tiêu chuẩn xe điện khắt khe ngày nay, nhưng có một điều chắc chắn rằng, cỗ xe điện thô sơ này đã tạo ra một sự thay đổi mạnh mẽ so với những chiếc xe ngựa cùng thời. - Năm 1835, Giáo sư người Hà Lan - Sibrandus Stratingh ở Groningen và trợ lý cũng tạo ra một chiếc ô tô điện nhỏ, chạy bằng động cơ điện sơ khai nhưng không có pin sạc. 1 Ô tô điện sơ khai 3 Đầu máy xe điện đơn giản: - Đầu máy điện đầu tiên trên thế giới ra đời vào năm 1837 tại Scotland, là phát minh của nhà hóa học Robert Davidsonn.
Bộ phận này chạy bằng loại pin tự phát (Galvanic Cell), có khả năng tạo ra năng lượng điện từ các phản ứng oxy hóa tự nhiên diễn ra bên trong các cục pin. - Sau thành công bước đầu, Davidson đã chế tạo một đầu máy xe lửa có kích thước lớn hơn tên là Galvani, trưng bày tại Triển lãm Hiệp hội Nghệ thuật Hoàng gia Scotland năm 1841. Chiếc xe có kích thước lên tới 7 tấn, gồm hai động cơ điện truyền động trực tiếp, các nam châm điện cố định trên thanh sắt và các cổ góp điện đơn giản. 2 Đầu máy xe lửa Sự xuất hiện của những chiếc xe điện đầu tiên: - Thất bại của những mô hình xe điện sơ khai nằm ở vấn đề pin không thể sạc lại, khiến cho giấc mơ về một chiếc xe điện thay thế hoàn toàn xe kéo bằng sức ngựa trở nên xa vời.
Lịch sử phát triển xe điện chỉ được viết tiếp khi nhà vật lý người Pháp Gaston Planté phát minh ra pin axit-chì – loại pin có thể sạc lại vào năm 1859. - Vào năm 1884, nhà phát minh người Anh Thomas Parker đã chế tạo chiếc ô tô điện sản xuất đầu tiên ở Wolverhampton, sử dụng pin sạc dung lượng cao. Bên cạnh đó, không thể không nhắc đến sự kiện William Morrison ra mắt một chiếc ô tô điện đơn giản đầu 4 tiên tại Mỹ vào năm 1889-1891 gây được sự chú ý và đạt được thành công vang dội. Đây được xem là hai sự kiện quan trọng đã đặt nền móng cho xu hướng và sự bùng nổ của xe điện ở những giai đoạn tiếp theo.
3 Xe điện sạc đầu tiên Thời “hoàng kim” của xe điện: - Vào cuối thế kỷ XIX, lịch sử phát triển xe điện rẽ sang một trang mới khi các xe taxi chạy bằng pin điện trở nên phổ biến. Tại London, Walter Bersey đã thành lập một đội xe taxi điện chạy trên đường phố vào năm 1897. Cùng với đó ở New York, Công ty Xe điện và Xe chở hàng của Samuel bắt đầu sử dụng 12 xe taxi chở hàng chạy bằng điện. - Năm 1912, nhiều ngôi nhà được nối dây điện, tạo điều kiện cho sự phát triển của ô tô điện, khắc phục trở ngại về cơ sở hạ tầng.
Theo thống kê, Mỹ là quốc gia sử dụng xe điện nhiều nhất trên thế giới khi có đến 33.842 chiếc xe được đăng ký lưu hành. Hầu hết các loại phương tiện thời kỳ này đều mô phỏng theo những toa tàu đồ sộ, thiết kế công phu với nội thất xa hoa, vật liệu cao cấp nhằm phục vụ tầng lớp thượng lưu. Sự bùng nổ của ô tô điện lên cao trào nhất vào năm 1910. 5 Sự “thoái trào” của ô tô điện: - Sau thành công vang dội vào đầu thế kỷ XX, xe điện bắt đầu mất dần vị thế trên thị trường ô tô và chính thức bước vào giai đoạn “thoái trào”.
Khi đó, hạ tầng đường bộ được cải tiến đòi hỏi xe phải có khả năng vận hành cao hơn. - Cũng vào thời điểm này, các mỏ xăng dầu lớn đã được phát hiện, tạo đà phát triển cho ngành công nghiệp khai thác dầu khiến giá xăng dầu giảm mạnh. Năm 1912, giá của một chiếc ô tô điện được bán cao gấp đôi một chiếc xe xăng. Chưa kể, việc sử dụng nhiên liệu xăng sẽ tiết kiệm chi phí hơn nguồn điện rất nhiều khi chạy đường dài thời bấy giờ.
4 Sự bùng nổ của nhiên liệu xăng Sự “hồi sinh” của ô tô điện: - Niềm hy vọng về ô tô điện nhen nhóm trở lại khi tập đoàn American Motors Corporation (AMC) và Sonotone Corporation công bố nghiên cứu sản xuất một chiếc ô tô điện chạy bằng pin tự sạc vào năm 1959. Loại pin này có thể sạc lại nhanh chóng, trọng lượng nhẹ hơn so với pin axit – chì truyền thống. - Tính đến tháng 7 năm 2006, có khoảng 60.000 chiếc xe NEV được sử dụng ở Hoa Kỳ, tăng 56.000 chiếc so với năm 2004. Mẫu xe điện tốc độ thấp được bán chạy nhất là Global Electric Motorcars (GEM) với hơn 50.000 chiếc được bán ra toàn cầu 6 vào năm 2014.
Hai thị trường xe điện NEV lớn nhất thế giới trong năm 2011 là Mỹ với 14.737 chiếc và Pháp với 2. 5 Xe điện Global Electric Motorcars 2.2 Ưu điểm và nhược điểm của xe điện. Ưu điểm Nhược điểm Xe chạy điện không sản sinh ra khí thải Giá xe điện thường mắc hơn các dòng xe truyền độc hại như các dòng xe sử dụng động cơ thống. Người lái phải tốn phí ban đầu nhiều hơn trước đốt trong thông thường.
khi nhận thấy lợi ích từ việc không tốn tiền xăng. Người lái loại bỏ được nhu cầu đổ xăng, Xe điện khó có thể đi xa vì có mức năng lượng hạn tiết kiệm phần lớn chi phí nhiên liệu do chế. chuyển sang sử dụng điện năng. Xe điện thường có chi phí bảo trì định kỳ Thời gian sạc, nạp điện cho xe cũng là một điểm bất thấp hơn xe truyền thống hoặc xe hybrid lợi đáng chú ý.
(không cần thay dầu, vệ sinh ống xả. Chủ xe có thể nhận được giá ưu đãi do Xe điện vẫn chưa có mạng lưới sạc mở rộng, số giảm thuế, khuyến mãi nhằm khuyến lượng các trạm sạc đang phát triển nhưng vẫn còn hạn khích người dùng chuyển sang các dòng chế. xe thân thiện với môi trường. 1 Bảng so sánh Ưu/Nhược điểm của xe điện 7 2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe điện.
6 Cấu tạo của xe ô tô điện - Ắc quy phụ: Trong một chiếc xe truyền động điện, nguồn pin phụ cung cấp năng lượng cho các thiết bị trên xe hoạt động. - Cổng sạc: Cổng sạc cho phép phương tiện kết nối với nguồn điện bên ngoài để sạc ắc- quy - Bộ chuyển đổi DC/DC: Thiết bị này chuyển đổi nguồn DC áp cao từ ắc quy thành nguồn DC áp thấp cần thiết để các thiết bị trên xe hoạt động & sạc lại cho ắc quy phụ. - Động cơ điện/Motor điện: Sử dụng năng lượng từ bộ nguồn ắc qui, motor này dẫn động các bánh xe. Vài phương tiện còn sử dụng tổ hợp động cơ – máy phát (motor generators) thực hiện cả 2 chức năng truyền động và tái sinh/hồi phục năng lượng.
- Onboard charger: Lấy nguồn điện AC được cung cấp qua cổng sạc và biến đổi chúng thành nguồn DC để sạc cho ắc quy. Bộ phận này theo dõi các thông số của ắc quy như điện áp, dòng, nhiệt độ và trạng thái sạc. 8 - Bộ điều khiển điện tử công suất (Power electronics controller): Bộ phận này quản lý dòng năng lượng điện được cung cấp bởi ắc quy, điều khiển tốc độ của motor điện và momen xoắn mà nó tạo.