CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài Với sự tăng cường nhu cầu về xe điện (EVs), việc cần các giải pháp sạc tiện lợi và hiệu quả trở nên cấp bách. Đề xuất dự án này nhằm phát triển một hệ thống sạc không dây cho các xe điện, loại bỏ việc cần kết nối vật lý và nâng cao trải nghiệm tổng thể của người dùng. Lựa chọn đề tài về sạc không dây cho xe điện xuất phát từ nhu cầu ngày càng tăng về việc giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu không tái tạo và giảm ô nhiễm môi trường. Với việc các phương tiện đốt trong đang gây ra các vấn đề liên quan đến năng lượng và môi trường, việc triển khai các phương tiện năng lượng mới (NEV) trở thành ưu tiên của nhiều quốc gia.
Trong số các NEV, xe điện được xem là một phương tiện hiệu quả để giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ và giảm ô nhiễm không khí. Với sự phát triển của công nghệ pin, việc sạc trở thành một phần không thể thiếu để cung cấp năng lượng cần thiết cho các xe điện hoạt động. Việc sạc không dây cho xe điện không chỉ giúp tối ưu hóa trải nghiệm người dùng mà còn giúp giảm sự cần thiết của các kết nối vật lý, tạo ra một cách tiện lợi và linh hoạt hơn trong việc sạc xe. Điều này không chỉ làm tăng tính tiện ích và sự thoải mái cho người dùng mà còn góp phần vào việc thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp xe điện.2 Tình hình trong và ngoài nước Trong nước Việt Nam đã phát triển được công hệ sạc không dây cho các thiết bị điện tử như: điện thoại, đồng hồ, tai nghe,…Bên cạnh đó với ngành công nghệ ô tô cũng có sự phát triển vược bật có một số nghiên cứu tại Việt Nam như: PGS.TSKH Ngô Đăng Lưu nghiên cứu mô hình trạm sạc không dây giúp ôtô tự động sạc khi đi vào làn đường có đế sạc, và có thể tự sạc khi đang duy chuyển với công suất truyền 80 kW.
Nghiên cứu của TS. Nguyễn Kiên Trung và sinh viên lab APES giới thiệu công nghệ sạc không dây động với các học sinh THPT tham gia Chương trình lab tour của Viện Điện năm 2018. 1 Đối với nước ngoài cũng có một số nghiên cứu đối với lĩnh vực ô tô như: "Dynamic Wireless Power Transfer System for Electric Vehicle Charging" - Nghiên cứu này được nghiên cứu tại Đại học Stanford vào năm 2017. Nó tập trung vào phát triển hệ thống truyền năng lượng không dây động để sạc cho pin xe điện.
"Efficient and Safe Wireless Power Transfer for Electric Vehicle Charging" - Đây là một nghiên cứu của Đại học Massachusetts Institute of Technology (MIT) vào năm 2018. Nghiên cứu này nhấn mạnh vào việc tối ưu hóa hiệu suất và an toàn trong việc truyền dẫn không dây năng lượng cho việc sạc pin xe điện. "Wireless Charging for Electric Vehicles: A Review of Recent Trends and Technical Challenges" - Nghiên cứu này, được công bố trong tạp chí "IEEE Access" vào năm 2019, tổng hợp các xu hướng và thách thức kỹ thuật trong công nghệ sạc không dây cho xe điện, từ đó đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Các mục tiêu chính của dự án nghiên cứu này là như sau: Thiết kế và phát triển một hệ thống sạc không dây có khả năng chuyển đổi công suất một cách hiệu quả từ một nền sạc đến một xe điện mà không cần đến kết nối vật lý. Tối ưu hóa hiệu suất sạc và khả năng truyền tải công suất của hệ thống sạc không dây để đảm bảo sạc nhanh và đáng tin cậy cho các xe điện.
Thực hiện các biện pháp an toàn và giao thức để bảo vệ người dùng, phương tiện và cơ sở hạ tầng sạc trong quá trình sạc không dây. Đánh giá hiệu suất và hiệu quả của hệ thống sạc không dây thông qua các bài kiểm tra và xác thực một cách kỹ lưỡng, so sánh với các phương pháp sạc có dây truyền thống.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu sẽ được thực hiện theo các bước sau: Tiến hành một cuộc đánh giá văn học toàn diện để hiểu về các công nghệ và tiêu chuẩn sạc không dây hiện có cho các xe điện, bao gồm các phương pháp sạc từ trường và sạc cộng hưởng. Thiết kế và phát triển một hệ thống sạc không dây bao gồm một nền sạc, điện tử công suất và giao diện truyền thông để cho phép truyền tải công suất và truyền thông hiệu quả giữa nền sạc và xe điện. Tối ưu hóa hiệu suất sạc bằng cách xem xét các yếu tố như sự căn chỉnh giữa nền và xe, khả năng truyền tải công suất và giao thức sạc.
Thực hiện các biện pháp an toàn như bảo vệ quá dòng, giám sát nhiệt độ và phát hiện vật thể ngoại lai để đảm bảo an toàn cho người dùng và cơ sở hạ tầng sạc. Tiến hành các bài kiểm tra và xác thực một cách kỹ lưỡng của hệ thống sạc không dây đã phát triển, đánh giá hiệu suất của nó về mặt hiệu quả sạc, khả năng truyền tải công suất và trải nghiệm của người dùng. So sánh hiệu suất của hệ thống sạc không dây với các phương pháp sạc có dây truyền thống, xem xét các yếu tố như thời gian sạc, tiện ích và sự hài lòng tổng thể của người dùng.5 Dự kiến kết quả đề tài Các kết quả dự kiến của dự án nghiên cứu này bao gồm: Phát triển một hệ thống sạc không dây hoạt động có khả năng chuyển đổi công suất một cách hiệu quả từ một nền sạc đến một xe điện mà không cần đến kết nối vật lý. Tối ưu hóa hiệu suất sạc và khả năng truyền tải công suất của hệ thống sạc không dây, đảm bảo sạc nhanh và đáng tin cậy cho các xe điện.
Thực hiện các biện pháp an toàn và giao thức để bảo vệ người dùng, phương tiện và cơ sở hạ tầng sạc trong quá trình sạc không dây. 3 Đánh giá hiệu suất của hệ thống sạc không dây thông qua các bài kiểm tra và xác thực một cách kỹ lưỡng, thể hiện tính hiệu quả so với các phương pháp sạc có dây truyền thống.6 Ý nghĩa nghiên cứu đề tài Sự nghiên cứu đề xuất mang tính quan trọng với một số lý do sau: Tiện ích và trải nghiệm người dùng: Sạc không dây loại bỏ nhu cầu kết nối vật lý, mang lại trải nghiệm sạc thuận tiện và thân thiện hơn cho chủ sở hữu xe điện. Nâng cao an toàn: Việc triển khai các biện pháp an toàn trong hệ thống sạc không dây đảm bảo bảo vệ người dùng, xe cộ và cơ sở hạ tầng sạc, giảm thiểu nguy cơ tiềm ẩn. Tính mở rộng và tương tác: Phát triển một hệ thống sạc không dây tuân thủ các tiêu chuẩn hiện có giúp tương tác với các mẫu xe điện khác nhau và tạo điều kiện cho tính mở rộng của cơ sở hạ tầng sạc.
Công nghệ mang tính tương lai: Sạc không dây là một công nghệ hứa hẹn cho tương lai của các xe điện, và nghiên cứu này đóng góp vào sự tiến bộ và hiểu biết về công nghệ này. 4 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về sạc không dây 2.1 Khái niệm về sạc không dây Sạc không dây là một công nghệ cho phép truyền tải năng lượng từ nguồn điện tới thiết bị cần sạc mà không cần dây cáp vật lý nối giữa hai thiết bị. Trong một hệ thống sạc không dây, nguồn điện thường tạo ra một trường từ điện hoặc từ trường từ, và thiết bị cần sạc có thể nhận năng lượng từ trường này và chuyển đổi thành điện năng để sạc pin hoặc pin của thiết bị. Công nghệ sạc không dây thường được sử dụng trong các thiết bị di động như điện thoại di động, đồng hồ thông minh, tai nghe không dây và bàn phím không dây.
Tuy nhiên, nó cũng có thể được áp dụng trong các lĩnh vực khác như xe điện, công nghệ y tế và gia dụng.1 Hình ảnh các thiết bị điện tử sạc không dây [6] 5 Việc loại bỏ dây cáp trong quá trình sạc mang lại nhiều lợi ích như tiện lợi, tiết kiệm thời gian và góp phần giảm thiểu rối loạn dây dẫn và hỏng hóc về cơ cấu vật lý. Tuy nhiên, công nghệ sạc không dây cũng đối diện với một số thách thức như hiệu suất sạc thấp hơn so với sạc dây, hạn chế về khoảng cách và tiêu thụ năng lượng cao hơn trong quá trình truyền tải.2 Mô quá sự truyền năng lượng không dây [6] 2.2 Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ sạc không dây Công nghệ sạc không dây, hay còn được gọi là sạc không dây qua trường từ (wireless charging), đã trải qua một quá trình phát triển dài từ khi nó được phát minh đầu tiên cho đến ngày nay. Dưới đây là một tổng quan về lịch sử hình thành của công nghệ sạc không dây: 1. Thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20: Năm 1831, nhà khoa học Michael Faraday phát hiện và nghiên cứu về nguyên tắc của trường từ điện từ (electromagnetic induction).
Faraday nghiên cứu về trường điện từ xung quanh một dây dẫn có dòng điện một chiều chạy qua. Khi nghiên cứu những vấn đề này, Faraday đã thành lập khái niệm cơ bản về trường điện từ trong vật lý từ đó mở ra cơ sở cho việc phát triển công nghệ sạc không dây. 6 Nikola Tesla, một nhà khoa học và nhà phát minh người Serbia, đã nghiên cứu và phát triển nhiều công nghệ điện từ. Trong đó, ông đã nghiên cứu về truyền tải năng lượng không dây và đề xuất các hệ thống truyền điện không dây, như Wardenclyffe Tower.
Tesla đã thực hiện nhiều thí nghiệm với sóng điện từ và từ trường, tạo điều kiện cho sự phát triển của các công nghệ không dây sau này. Các nhà khoa học khác như, James Maxwell, Oersted,. cũng đóng góp vào việc nghiên cứu và phát triển công nghệ truyền tải điện không dây. Thập kỷ 1960-1980: William C.
Brown, một nhà khoa học Mỹ, đã phát triển công nghệ truyền dẫn điện không dây sử dụng sóng vi ba. Ông đã thực hiện các thí nghiệm về khả năng truyền tải năng lượng không dây qua không gian không khí. Thập kỷ 1980 - 1990: Công nghệ sạc không dây bắt đầu thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ. Năm 1981, đăng ký bằng sáng chế đầu tiên về sạc không dây được ghi nhận.
Trong giai đoạn này, các nghiên cứu và thử nghiệm được tiến hành để phát triển các phương pháp truyền tải năng lượng không dây sử dụng trường từ điện từ.