Đồ án: Điều khiển công suất & nâng cao hiệu suất sạc động không dây cho ô tô điện (ĐHBK HN)

Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển công suất, nâng cao hiệu suất sạc động không dây cho ô tô điện. Giải pháp sạc hiệu quả, tối ưu năng lượng.

• Tác giả: Trịnh Sỹ Đồng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Kiên Trung
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Điều khiển công suất và nâng cao hiệu suất trong hệ thống sạc động không dây cho ô tô điện
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Công Nghệ Sạc Động Không Dây Cho Ô Tô Điện

Công nghệ sạc không dây đang trở thành giải pháp tiên tiến nhất cho vấn đề năng lượng của ô tô điện hiện đại. Khác với sạc không dây tĩnh truyền thống, sạc động không dây cho phép xe vừa di chuyển vừa được nạp năng lượng, mở ra kỷ nguyên mới cho giao thông bền vững. Theo nghiên cứu từ Đại học Bách Khoa Hà Nội, hệ thống này sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ kết hợp với cộng hưởng từ để truyền điện năng qua khoảng cách 20cm với hiệu suất truyền đạt 96%. Bộ sạc không dây động giải quyết được hạn chế về quãng đường di chuyển của xe điện, đồng thời giảm thiểu nhu cầu về dung lượng pin lớn, từ đó tiết kiệm năng lượng và chi phí sản xuất.

1.1. Nguyên Lý Hoạt Động Của Hệ Thống Sạc Động

Hệ thống sạc động không dây hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ được Michael Faraday phát hiện năm 1831. Khác với máy biến áp truyền thống, hệ thống này không sử dụng lõi sắt từ mà dựa vào cộng hưởng từ để tăng khoảng cách truyền năng lượng. Cuộn dây truyền được lắp đặt dưới mặt đường tạo ra từ trường biến thiên tần số cao 85kHz, trong khi cuộn dây nhận trên xe sẽ cảm ứng điện năng từ từ trường này. Mạch bù LCC hai phía được thiết kế để tối ưu hiệu suất sạc, giúp hệ thống đạt chuyển mạch mềm ZVS và giảm tổn thất năng lượng. Cấu trúc 3 cuộn truyền - 1 cuộn nhận đảm bảo tương thích sạc không dây ổn định khi xe di chuyển với tốc độ khác nhau.

1.2. Ưu Điểm Vượt Trội So Với Sạc Truyền Thống

Sạc nhanh không dây động mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với phương pháp sạc có dây. Thứ nhất, an toàn tuyệt đối trong mọi điều kiện thời tiết, đặc biệt trong môi trường ẩm ướt mà sạc có dây gặp khó khăn. Thứ hai, tiện lợi tối đa khi xe chỉ cần di chuyển qua làn đường sạc mà không cần dừng lại. Thứ ba, giảm chi phí hạ tầng do không cần xây dựng nhiều trạm sạc cố định. Thiết bị sạc thông minh tự động điều chỉnh công suất phù hợp với từng loại xe, từ xe nhỏ chỉ cần 1kW đến xe lớn cần 1.5kW. Hệ thống quản lý pin được tối ưu hóa giúp kéo dài tuổi thọ acquy và tăng hiệu quả sạc lên đến 96%.

II. Thách Thức Kỹ Thuật Trong Điều Khiển Sạc Động

Điều khiển sạc không dây động đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp. Vấn đề lớn nhất là hiệu suất truyền năng lượng giảm đáng kể khi xe di chuyển, do hệ số kết nối giữa cuộn truyền và cuộn nhận liên tục thay đổi. Nghiên cứu cho thấy công suất phía nhận có sự nhấp nhô lớn khi vị trí xe thay đổi, gây khó khăn cho việc điều khiển các bộ biến đổi phía nhận. Cảm biến sạc không dây phải hoạt động chính xác trong môi trường nhiễu điện từ cao, đồng thời đảm bảo tương thích với nhiều loại xe khác nhau. Việc truyền thông giữa xe và hệ thống điều khiển mặt đường cũng gặp trở ngại do tín hiệu dễ bị nhiễu và trễ.

2.1. Vấn Đề Hiệu Suất Truyền Năng Lượng Biến Đổi

Hiệu suất sạc trong hệ thống động không dây bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự thay đổi vị trí tương đối giữa cuộn truyền và cuộn nhận. Khi xe di chuyển từ vị trí 0mm đến 800mm dọc theo trục cuộn truyền, hệ số kết nối từ kr thay đổi liên tục, dẫn đến công suất nhận dao động từ 1.2kW đến 1.8kW. Điện cảm hỗ cảm giữa ba cuộn truyền và cuộn nhận có giá trị khác nhau: M1=-11.937µH, M2=-20.903µH, M3=-12.474µH, tạo ra từ trường không đồng nhất. Kỹ thuật truyền năng lượng không dây cần được tối ưu hóa để duy trì hiệu suất ổn định >95% trong toàn bộ quá trình xe di chuyển qua vùng sạc.

2.2. Khó Khăn Trong Điều Khiển Công Suất Thời Gian Thực

Điều khiển công suất thời gian thực là thách thức lớn nhất của hệ thống sạc động. Việc đo đạc thông tin từ phía nhận (trên xe) và truyền về phía truyền (dưới đường) gặp nhiều khó khăn do xe di chuyển liên tục. Truyền thông không dây giữa xe và hệ thống điều khiển dễ bị nhiễu, đặc biệt trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Độ trễ tín hiệu có thể gây sai lệch trong việc ước lượng công suất thực tế, ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển. 3D điều khiển sạc yêu cầu xử lý đồng thời ba chiều không gian (x, y, z) khi xe có thể lệch trục hoặc thay đổi độ cao. Giải pháp sạc không dây nâng cao cần tích hợp thuật toán ước lượng công suất chỉ dựa vào thông tin phía truyền để giảm thiểu sự phụ thuộc vào truyền thông.

III. Phương Pháp Điều Chế Dịch Pha Nâng Cao Hiệu Suất

Điều chế dịch pha là phương pháp điều khiển tiên tiến nhất cho bộ nghịch lưu cộng hưởng trong hệ thống sạc động. Khác với điều chế PWM truyền thống, phương pháp này hoạt động tại tần số cố định 85kHz, đảm bảo hệ thống luôn làm việc ở tần số cộng hưởng tối ưu. Góc dịch pha θ được điều chỉnh từ 0° đến 180° để thay đổi biên độ điện áp đầu ra theo công thức VAB,RMS = (4VDC/√2π) × sin(θ/2). Chuyển mạch mềm ZVS được duy trì trong toàn bộ dải điều chỉnh, giúp giảm tổn thất đóng cắt và nâng cao hiệu suất lên 98%. Cấu trúc full-bridge với 4 van MOSFET được điều khiển theo logic XOR và AND, tạo ra các khoảng thời gian cả hai van trên hoặc dưới cùng dẫn để điện áp ra bằng 0.

3.1. Thiết Kế Mạch Bù LCC Hai Phía Tối Ưu

Mạch bù LCC hai phía là giải pháp tối ưu cho hệ thống sạc động không dây với cấu trúc 3 cuộn truyền - 1 cuộn nhận. Mỗi cuộn truyền có điện cảm tự cảm Li = 102µH và được bù bởi tụ điện Cfi, cuộn cảm Lfi theo cấu trúc LCC. Tần số cộng hưởng được thiết kế tại 85kHz theo tiêu chuẩn SAE J2954 cho sạc động. Điện cảm bù Lf có giá trị từ 5.02e-7F đến 4e-8F tùy theo vị trí cuộn. Tụ bù được tính toán để triệt tiêu hoàn toàn điện cảm rò, giúp mạch đạt được chuyển mạch mềm ZVS. Cấu trúc song song của các cuộn truyền mang lại linh hoạt thiết kế cho đoạn đường dài và giảm điện áp trên tụ bù, thu nhỏ kích thước hệ thống.

3.2. Thuật Toán Ước Lượng Công Suất Phía Nhận

Công thức ước lượng công suất đầu ra được phát triển để khắc phục khó khăn trong việc đo đạc thông tin từ phía nhận. Công suất đầu ra Pout được tính theo công thức Pout = A × (Pin - B × I²pri,RMS), trong đó A và B là các hệ số cố định phụ thuộc vào thông số mạch. Dòng điện RMS trên cuộn truyền Ipri,RMS và công suất đầu vào Pin là hai thông số duy nhất cần đo ở phía truyền. Sai số ước lượng chỉ khoảng 0.44W so với công suất thực tế, đảm bảo độ chính xác cao cho việc điều khiển. Hệ số hỗ cảm tổng Ma = M1a + M2a + M3a được xác định thông qua trở kháng tương đương của mạch. Phương pháp này loại bỏ hoàn toàn nhu cầu truyền thông không dây giữa xe và hệ thống điều khiển mặt đường.

IV. Cấu Trúc Điều Khiển Vòng Kín Hai Tầng

Cấu trúc điều khiển hai vòng được đề xuất để đảm bảo ổn định công suất sạc trong hệ thống động. Vòng điều khiển ngoài (vòng công suất) có nhiệm vụ duy trì công suất phía nhận ổn định theo giá trị đặt, trong khi vòng điều khiển trong (vòng dòng điện) điều khiển dòng điện trên cuộn truyền. Bộ điều khiển PI được thiết kế theo tiêu chuẩn tối ưu độ lớn với hàm truyền Gc(s) = (250000/s) + 0.2 cho vòng dòng điện và Gc(s) = (154/s) + 0.0154 cho vòng công suất. Thời gian xác lập của hệ thống đạt 0.005s với độ quá điều chỉnh <2%. Sai lệch tĩnh được duy trì dưới 0.5%, đảm bảo chất lượng điều khiển cao trong toàn bộ quá trình xe di chuyển qua vùng sạc.

4.1. Thiết Kế Bộ Điều Khiển Dòng Điện Sơ Cấp

Vòng điều khiển dòng điện là tầng điều khiển bên trong có tốc độ đáp ứng nhanh để đảm bảo dòng điện ổn định trên cuộn truyền. Hàm truyền đối tượng được nhận dạng có dạng khâu quán tính bậc nhất với trễ: G(s) = 0.3872e^(-s×11.7646e-6)/(0.004s+1). Bộ điều khiển PI được thiết kế với Kp = 0.2 và Ki = 250000 để đảm bảo thời gian xác lập 0.005s và độ quá điều chỉnh <1%. Dòng điện đặt I*pri,RMS được tính toán từ vòng công suất bên ngoài, giúp tránh hiện tượng dòng điện đột biến khi khởi động. Góc dịch pha θ đầu ra từ bộ điều khiển được giới hạn trong khoảng 0°-180° để đảm bảo chuyển mạch mềm ZVS và tránh tổn thất năng lượng.

4.2. Tối Ưu Bộ Điều Khiển Công Suất Phía Nhận

Vòng điều khiển công suất bên ngoài đảm bảo công suất phía nhận bám theo giá trị đặt với độ chính xác cao. Hàm truyền giữa công suất phía nhận và bình phương dòng điện trên cuộn truyền có dạng: G(s) = 13.9015e^(-s×0.0001)/(0.0072s+1). Bộ điều khiển PI với Kp = 0.0154 và Ki = 154 được thiết kế để đạt thời gian xác lập 0.000942s và độ quá điều chỉnh 1.14%. Công suất ước lượng từ thuật toán được sử dụng làm tín hiệu phản hồi, loại bỏ nhu cầu đo đạc trực tiếp ở phía nhận. Dải điều chỉnh công suất từ 200W đến 1500W phù hợp với nhiều loại xe từ nhỏ đến lớn. Sai lệch điều khiển được duy trì <0.5% trong toàn bộ quá trình xe di chuyển với tốc độ khác nhau.

V. Kết Quả Thực Nghiệm Và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả thực nghiệm trên hệ thống sạc động 1.5kW cho thấy hiệu suất đạt 96% và sai lệch điều khiển <0.5%. Mô phỏng trên PSIM xác nhận tính chính xác của thiết kế với chuyển mạch mềm ZVS được duy trì trong toàn bộ dải hoạt động. Đặc tính công suất ổn định tại 1400W khi xe di chuyển từ vị trí 0mm đến 800mm, chứng minh hiệu quả của thuật toán điều khiển. Thời gian đáp ứng hệ thống đạt 0.005s với độ quá điều chỉnh <2%, đáp ứng yêu cầu khắt khe của ứng dụng thực tế. Hệ thống thực nghiệm sử dụng cuộn dây với khoảng cách sạc 20cm, tần số làm việc 85kHz và công suất định mức 1.5kW, phù hợp cho triển khai thương mại.

5.1. Đánh Giá Hiệu Suất Hệ Thống Tổng Thể

Hiệu suất tổng thể của hệ thống sạc động đạt 96%, trong đó hiệu suất truyền năng lượng qua cuộn dây chiếm 94% và hiệu suất bộ biến đổi đạt 98%. Tổn thất năng lượng chủ yếu tập trung tại điện trở nội của cuộn dây (R1=R2=R3=R=100mΩ, Rr=100mΩ) và tổn thất đóng cắt trên van MOSFET. Chuyển mạch mềm ZVS giúp giảm 60% tổn thất so với chuyển mạch cứng truyền thống. Hệ số chất lượng của cuộn dây Qi = Qr = ωL/R đạt giá trị tối ưu tại tần số 85kHz. Nhiệt độ hoạt động của hệ thống được duy trì dưới 60°C nhờ thiết kế tản nhiệt hiệu quả và điều khiển công suất thông minh.

5.2. Triển Khai Thương Mại Và Tương Lai Phát Triển

Ứng dụng thực tiễn của hệ thống sạc động không dây đã được triển khai thành công tại Hàn Quốc với dự án OLEV (On-Line Electric Vehicle) phục vụ xe buýt điện công cộng trên quãng đường 24km. Chi phí triển khai được ước tính khoảng 400.000 USD/km cho làn đường sạc hoàn chỉnh, bao gồm cuộn dây, mạch bù và hệ thống điều khiển. Tuổi thọ hệ thống dự kiến 15-20 năm với bảo trì định kỳ 6 tháng/lần. Tương lai phát triển hướng tới công suất sạc 3-5kW cho xe tải hạng nặng và tích hợp AI để tối ưu hóa hiệu suất theo thời gian thực. Tiêu chuẩn quốc tế SAE J2954 và ISO 19363 đang được hoàn thiện để thúc đẩy thương mại hóa rộng rãi công nghệ này trong thập kỷ tới.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Tương Lai

Công nghệ sạc động không dây đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả cao với hiệu suất 96% và sai lệch điều khiển <0.5%. Mạch bù LCC hai phía kết hợp với điều chế dịch pha tạo ra giải pháp tối ưu cho việc truyền năng lượng không dây ổn định. Thuật toán ước lượng công suất chỉ sử dụng thông tin phía truyền đã giải quyết được thách thức lớn nhất trong điều khiển hệ thống động. Cấu trúc điều khiển hai vòng đảm bảo chất lượng điều khiển cao với thời gian đáp ứng nhanh và độ ổn định tốt. Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới cho giao thông điện bền vững, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch. Triển khai thương mại trong tương lai sẽ tập trung vào giảm chi phí, tăng công suất và cải thiện độ tin cậy của hệ thống.

6.1. Đóng Góp Khoa Học Và Kỹ Thuật

Nghiên cứu đã đạt được những đóng góp khoa học quan trọng trong lĩnh vực sạc không dây cho ô tô điện. Công thức ước lượng công suất mới chỉ sử dụng thông tin phía truyền là đột phá kỹ thuật giúp loại bỏ nhu cầu truyền thông phức tạp. Thiết kế mạch bù LCC tối ưu cho cấu trúc 3 cuộn truyền - 1 cuộn nhận đạt hiệu suất cao nhất từng được báo cáo. Phương pháp điều chế dịch pha được cải tiến để duy trì chuyển mạch mềm ZVS trong toàn bộ dải điều chỉnh công suất. Cấu trúc điều khiển hai tầng với bộ điều khiển PI tối ưu đảm bảo chất lượng điều khiển vượt trội. Kết quả nghiên cứu đã được kiểm chứng qua mô phỏng PSIM và thực nghiệm, sẵn sàng cho ứng dụng công nghiệp.

6.2. Định Hướng Nghiên Cứu Và Phát Triển Tiếp Theo

Hướng phát triển tương lai tập trung vào nâng cao công suất lên 3-5kW để phục vụ xe tải và xe buýt hạng nặng. Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và machine learning để tối ưu hóa hiệu suất theo thời gian thực dựa trên điều kiện giao thông và thời tiết. Nghiên cứu vật liệu mới cho cuộn dây và lõi từ nhằm giảm kích thước, trọng lượng và tăng hiệu suất. Phát triển cảm biến thông minh để nhận diện tự động loại xe và điều chỉnh công suất phù hợp. Tích hợp năng lượng tái tạo như pin mặt trời và pin gió vào hệ thống sạc để tạo ra giải pháp năng lượng xanh hoàn toàn. Chuẩn hóa quốc tế và chính sách hỗ trợ từ chính phủ sẽ là yếu tố quyết định cho việc thương mại hóa rộng rãi công nghệ này trong 5-10 năm tới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Sử dụng ô tô điên – giải pháp cho vấn đề môi trường Hiện nay, môi trường đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, hệ lụy mà nó mang lại ảnh hưởng cực kì lớn trên toàn cầu. Theo thống kê của WHO năm 2017, tiếp xúc với những chất gây ô nhiễm môi trường đã cướp đi sinh mạng của 1,7 triệu trẻ em dưới 5 tuổi mỗi năm trên toàn cầu [6]. Nguyên nhân của ô nhiễm môi trường là do rác thải và nồng độ khí 𝐶𝑂2 thải ra môi trường đang ở mức rất cao. Khí 𝐶𝑂2 con người thải ra không khí dẫn đến ô nhiễm không khí nghiêm trọng, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người.

Để khắc phục vấn đề này cần cắt giảm bớt lượng khí 𝐶𝑂2 trên toàn cầu.1 Ô nhiễm không khí tại Việt Nam Một trong những giải pháp để giảm lượng khí 𝐶𝑂2 là sử dụng các nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng điện.… để thay thế cho năng lượng hóa thạch và sử dụng các thiết bị dùng nguồn năng lượng sạch này. Ô tô điện sử dụng năng lượng điện nên không thải ra khí 𝐶𝑂2 gây ô nhiễm môi trường. Theo thống kê, tính đến năm 2017 có hơn 3,1 triệu ô tô điện tính cả xe hybrid, xe điện dùng pin. tăng 57% so với con số thống kê từng được cơ quan này công bố vào năm 2016 [7].

Do vậy, ô tô điện đang là xu thế phát triển của ngành công nghiệp ô tô trong tương lai. Tuy nhiên, ô tô điện đang còn đối mắt với nhiều vấn đề, cần nghiên cứu để có thể phổ biến hơn trong tương lai. Vấn đề sạc pin cho ô tô điện Ô tô điện có khá nhiều ưu điểm như thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng. Bên cạnh đó, ô tô điện cũng mang lại sự thoái mái cho người trên xe.

1 Tiếng động của ô tô điện gần như chỉ có thể nhận biết khi xe di chuyển với tốc độ cao. Độ ồn của động cơ, đặc biệt khi đi với vận tốc dưới 30km/h, rất khó để nhận thấy. Tuy nhiên, vấn đề hiện nay là chi phí xe ô tô điện đến từ pin chiếm tỷ lệ khá lớn. Chi phí từ pin trung bình khoảng 10-12 ngàn USD (chiếm 40% giá trị của một chiếc xe điện) [8].

Bên cạnh đó ô tô điện cũng tồn tại nhiều nhược điểm. Cơ sở hạ tầng chưa được phát triển để có thể xây dựng các trạm sạc điện. Ô tô điện với một lượng pin nhất định nên không thể đáp ứng được quãng đường dài trong khi đó mất khá nhiều thời gian để có thể sạc đầy cho acquy ô tô. Để có thể đáp ứng được quãng đường xe chạy dài hơn, phải cần một acquy dung lượng lớn hơn.

Do đó giá thành và kích thước của ô tô cũng phải tăng lên. Để có thể cạnh tranh được với động cơ đốt trong, thì cần phải khắc phục được những hạn chế trên. Đó là một thách thức lớn cho vấn đề sạc pin cho ô tô điện. Và giải pháp được đưa ra ở đây là sử dụng sạc không dây để thay thế cho sạc có dây.

Với sạc có dây (Hình 1.2), thiết kế bộ sạc không quá phức tạp mà vẫn đạt được hiệu suất sạc cao. Tuy nhiên nó vẫn tồn tại nhiều nhược điểm. Các trạm sạc ở những nơi công cộng hay bị hỏng hóc ở các đầu sạc và cáp sạc, gây nguy hiểm cho người sử dụng. Ngoài ra chúng kém an toàn nhất là trong môi trường ẩm ướt và dễ gây vấp ngã, bất tiện.2 Sạc pin có dây cho ô tô điện Sạc không dây có thể khắc phục được những hạn chế nêu trên của sạc có dây.

Được truyền điện theo nguyên lý cảm ứng điện từ, nên hệ thống sạc không dây rất an toàn và tiện lợi cho người sử dụng. Ở một mức độ cao hơn, quá trình sạc có thể diễn ra một cách tự động, chỉ cần đỗ xe vào bãi đỗ xe là xe có thể tự động được sạc. Sạc không dây có 2 loại: Sạc không dây tĩnh (Hình 1.3) và sạc không dây động (Hình 1. Loại sạc không dây tĩnh, là loại sạc được gắn cố định ở mặt đất, ô tô cần phải đỗ đúng vị trí trên bộ sạc thì mới được sạc điện.

Loại này hiện nay đã được nghiên cứu rất nhiều trên thế giới và đã đưa ra thương mại hóa. Tuy nhiên nhược điểm của loại sạc này là quãng đường di chuyển của xe trong một lần sạc không được cao, và muốn xe đi được quãng đường dài hơn thì cần một dung lượng acquy lớn, dẫn tới giá thành xe tăng lên. Loại thứ hai là loại sạc không dây động, là loại sạc được bố trí trên mặt đường, khi ô tô di chuyển qua đoạn đường này thì ô tô sẽ tự động được sạc. Cho nên quãng đường xe chạy được 2 xa hơn và xe chỉ cần một dung lượng pin nhỏ cũng có thể đi được một quãng đường dài.

Tuy nhiên, nhược điểm của sạc không dây động là hiệu suất truyền thấp hơn sao với sạc tĩnh, và xe di chuyển liên tục trong quá trình sạc nên việc điều khiển quá trình sạc gặp nhiều khó khăn. Đây chính là hai vấn đề cần được khắc phục, hạn chế và cũng là nội dung nghiên cứu chính trong quyển đồ án này.3 Sạc không dây tĩnh Hình 1.4 Sạc không dây động 1.2 Nội dung nghiên cứu của đồ án Cấu trúc và nguyên lý làm việc của hệ thống sạc không dây Năm 1831, Michael Faraday đã dùng thực nghiệm để chứng tỏ được rằng khi có một từ trường biến thiên đi qua một vòng dây kín sẽ sinh ra dòng điện trong vòng dây đó, hiện tượng này được gọi là cảm ứng điện từ. Theo đó, khi có một dòng điện biến thiên trong cuộn dây thì sẽ sinh ra một từ trường biến thiên. Từ trường này sẽ được móc vòng sang cuộn dây thứ hai thông qua một lõi thép dẫn từ.

Từ trường này sẽ tạo một dòng điện cảm ứng trong cuộn dây thứ hai. Hai cuộn dây này được gọi là cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Hệ thống sạc không dây trong ô tô điện cũng sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để truyền năng lượng. Điểm khác của công nghệ sạc không dây là không sử dụng lõi thép kỹ thuật để dẫn từ thông.

Hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tách 3 rời nhau. Gần giống như ứng dụng trong công nghệ bếp từ, cuộn dây thứ cấp là vật liệu cần nung nóng. Cuộn dây sơ cấp tạo ra dòng điện biến thiên tần số cao để tạo ra từ trường biến thiên, từ trường biến thiên này sinh ra một dòng điện ngắn mạch cao tần và làm nóng vật liệu (dòng điện Fuco). Nhược điểm lớn nhất của công nghệ trong bếp từ này là hiệu suất sẽ giảm đi rất nhanh khi tăng khoảng cách giữa hai cuộn dây do từ trường tác động vào bên thứ cấp sẽ yếu đi dẫn tới dòng điện cảm ứng khó được tạo ra, khoảng cách truyền có thể thực hiện ở đây cỡ khoảng vài milimet đến vài centimet.

Để tăng khoảng cách truyền, hiện tượng cộng hưởng từ được sử dụng kết với hiện tượng cảm ứng điện từ. Chính vì thế dù cho cuộn dây thứ cấp đặt trong một từ trường yếu thì vẫn dễ dàng duy trì được dòng điện cảm ứng do đó khoảng cách truyền sẽ tăng lên đáng kể. Nguyên lý hoạt động được thể hiện như Hình 1.5 Nguyên lý truyền điện không dây kết hợp cộng hưởng từ Từ Hình 1.6 ta có thể thấy được một hệ thống sạc điện không dây cho ô tô điện bao gồm những phần chính sau: - Cuộn dây truyền và cuộn dây nhận tách biệt nhau - Mạch bù - Các bộ biến đổi điện tử công suất Đầu tiên dòng điện lưới AC được chuyển đổi thành dòng một chiều DC qua bộ biến đổi AC/DC với một bộ điều chỉnh hệ số công suất PFC (power factor correction). Sau đó dòng điện một chiều DC được chuyển thành dòng điện xoay chiều AC tần số cao để truyền vào cuộn dây thông qua mạch bù sơ cấp.

Dòng điện tần số cao trong cuộn dây tạo ra một từ trường xen kẽ, gây ra một điện áp AC trên cuộn dây nhận dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Dòng điện đi qua một mạch bù ở bên thứ cấp. Nhờ mạch bù cả bên sơ cấp và thứ cấp mà công suất truyền và hiệu suất hệ thống được cải thiện đáng kể. Cuối cùng, dòng điện AC được chỉnh lưu để sạc Pin cho ô tô điện.6 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống sạc không dây cho ô tô điện Để nâng cao được hiệu suất của hệ thống sạc không dây, cần nâng cao được hiệu suất của từng bộ biến đổi và nâng cao hiệu suất truyền của hệ thống (Hình 1.

Trong bài báo cáo này, em sẽ trình bày về phần mạch bù LCC hai phía để nâng cao hiệu suất của hệ thống và điều khiển ổn định công suất sạc cho xe.7 Hiệu suất của hệ thống Mạch bù LCC Trong một hệ thống sạc điện không dây, năng lượng được truyền theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Bản thân hai cuộn dây, do không có lõi sát từ như máy biến áp, nên giữa hai cuộn dây có hệ số kết nối rất nhỏ, điện cảm rò lớn. Khi cho dòng điện tần số cao chạy qua các cuộn dây, trở kháng rò lúc này là rất lớn. Cho nên không thể truyền được công suất từ bên truyền sang bên nhận.

Giải pháp đưa ra là sử dụng mạch bù để có thể cộng hưởng được với giá trị điện cảm rò đó. Mục tiêu của mạch bù là triệt tiêu được ảnh hưởng của điện cảm rò, giúp cho mạch dễ dàng đạt được chuyển mạch mềm ZVS ([1],[2]) từ đó nâng cao được hiệu suất của hệ thống. Với nhiều ưu điểm, báo cáo này phân tích, tính toán và đưa ra cấu trúc mạch bù LCC hai phía với cấu trúc 3 cuộn truyền 1 cuộn nhận cho hệ thống sạc không dây động như Hình 1.8 và được trình bày ở Chương II.8 Mạch bù LCC hai phía trong hệ thống sạc không dây Điều khiển ổn định công suất đầu ra Đối với một hệ thống sạc không dây động, trên làn đường sạc sẽ có nhiều loại ô tô di chuyển vào làn đường sạc này. Mỗi ô tô đi vào làn đường sạc sẽ có các công suất sạc khác nhau.

Xe ô tô nhỏ, chỉ cần công suất sạc nhỏ, xe lớn hơn cần công suất sạc lớn hơn. Đặt ra bài toán là hệ thống của mình phải điều khiển đươc công suất sạc phù hợp với nhu cầu sạc của từng loại xe.