Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế và Mô Phỏng Hệ Thống Pin Ô Tô Điện Bằng MATLAB/SIMULINK

• Tác giả: Trần Nhật Duy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Mạnh Cường
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Thiết Kế Và Mô Phỏng Hệ Thống Pin Trên Ô Tô Điện Bằng Phần Mềm MATLAB/SIMULINK
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Vấn đề ô nhiễm môi trường và tiêu chuẩn khí thải
• 1.2. Thực trạng ô nhiễm không khí
• 1.3. Các thành phần độc hại
• 1.4. Tiêu chuẩn khí thải
• 1.5. Năng lượng sạch
• 1.5.1. Năng lượng sạch là gì?
• 1.5.2. Các nguồn năng lượng sạch
• 1.5.3. Lợi ích của các nguồn năng lượng sạch
• 1.5.4. Thực trạng nguồn năng lượng sạch tại Việt Nam
• 1.6. Xe ô tô điện – Giải pháp mới cho môi trường
• 1.7. Lịch sử hình thành và phát triển của pin
• 1.8. Các khái niệm cơ bản về pin
• 1.9. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của pin
• 1.9.1. Quá trình sạc
• 1.9.2. Quá trình xả
• 1.10. Phân loại các loại pin
• 1.10.1. Pin Axit – Chì (Lead – Acid)
• 1.10.1.1. Cấu tạo của pin Axit – Chì
• 1.10.1.2. Nguyên lý hoạt động
• 1.10.1.3. Đặc tính sạc và xả của pin Axit – Chì
• 1.10.1.4. Ưu và nhược điểm của pin Axit – Chì
• 1.10.1.5. Ứng dụng pin Axit – Chì
• 1.10.2. Pin Niken Cadmium (NiCd)
• 1.10.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin NiCd
• 1.10.2.2. Đặc tính sạc và xả của pin NiCd
• 1.10.2.3. Ưu và nhược điểm của pin NiCd
• 1.10.2.4. Ứng dụng pin NiCd
• 1.10.3. Pin Niken Hydride Kim loại (NiMH)
• 1.10.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin NiMH
• 1.10.3.2. Đặc tính sạc và xả của pin NiMH
• 1.10.3.3. Ưu và nhược điểm của pin NiMH
• 1.10.3.4. Ứng dụng pin NiMH
• 1.10.4. Pin Lithium ion
• 1.10.4.1. Cấu tạo của pin Lithium ion
• 1.10.4.2. Nguyên lý hoạt động của pin Lithium ion
• 1.10.4.3. Đặc tính sạc và xả của pin Lithium ion
• 1.10.4.4. Phân loại pin Lithium ion
• 1.10.4.4.1. Lithium Cobalt Oxit (LiCoO2) – LCO
• 1.10.4.4.2. Lithium Mangan Oxit (LiMn2O4) – LMO
• 1.10.4.4.3. Lithium Sắt Phosphate (LiFePO4) – LFP
• 1.10.4.4.4. Lithium Niken Mangan Cobalt Oxit (LiNiMnCoO2) – NMC
• 1.10.4.4.5. Oxit Nhôm Lithium Niken Cobalt (LiNiCoAlO2) – NCA
• 1.10.4.4.6. Lithium Titanat (Li2TiO) – LTO
• 1.10.4.5. Ưu và nhược điểm của pin Lithium ion
• 1.10.4.6. Ứng dụng pin Lithium ion
• 1.10.5. Pin nhiên liệu
• 1.10.6. So sánh pin NiCd, NiMH và Lithium ion
• 2. THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG
• 2.1. Giới thiệu phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink
• 2.2. Mô hình hóa pin Lithium
• 2.2.1. Mô hình hộp trắng: Mô hình điện hóa
• 2.2.2. Mô hình hộp đen: Mô hình phân tích dữ liệu
• 2.2.3. Mô hình hộp xám: Mô hình mạch tương đương
• 2.2.4. Mô hình điện trở trong Rint
• 2.2.5. Mô hình điện trở - tụ điện RC
• 2.2.6. Mô hình Thevenin
• 2.2.7. Mô hình PNGV
• 2.2.8. Mô hình GNL
• 2.2.9. So sánh các phương pháp
• 2.3. Hệ số sạc của pin SOC
• 2.4. Các phương pháp tính SOC
• 2.4.1. Phương pháp đếm Coloum
• 2.4.2. Phương pháp điện áp mạch hở
• 2.4.3. Bộ lọc Kalman mở rộng (Extended Kalman Filter – EKF)
• 2.4.4. So sánh các phương pháp tính SOC
• 2.5. Lựa chọn phương pháp
• 2.6. Phương pháp mô hình hóa
• 2.7. Phương pháp tính SOC
• 2.8. Cách kết nối các cell trong hệ thống pin
• 2.9. Tính toán pin
• 2.9.1. Tính toán tổng năng lượng tiêu tốn trung bình Eavg (Wh/km)
• 2.9.2. Tính toán các thông số của cell pin
• 2.9.3. Tính toán các thông số của hệ thống pin
• 2.10. Mô phỏng hệ thống pin
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• 4.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Hệ Thống Pin Ô Tô Điện

Hệ thống pin ô tô điện là một phần quan trọng trong việc phát triển xe điện. Nó không chỉ cung cấp năng lượng cho động cơ mà còn ảnh hưởng đến hiệu suất và độ an toàn của xe. Việc thiết kế và mô phỏng hệ thống pin bằng phần mềm MATLAB/SIMULINK giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu rủi ro. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các công nghệ pin hiện đại và cách thức hoạt động của chúng.

1.1. Ứng Dụng Của MATLAB SIMULINK Trong Mô Phỏng Hệ Thống Pin

MATLAB/SIMULINK là công cụ mạnh mẽ cho việc mô phỏng hệ thống pin ô tô điện. Nó cho phép người dùng tạo ra các mô hình chính xác và kiểm tra hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện khác nhau.

1.2. Các Thành Phần Chính Của Hệ Thống Pin Ô Tô Điện

Hệ thống pin ô tô điện bao gồm nhiều thành phần như cell pin, bộ quản lý pin (BMS) và các mạch điện. Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và an toàn cho xe.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Môi Trường Và Giải Pháp Từ Xe Điện

Ô nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu. Xe điện được xem là một giải pháp tiềm năng để giảm thiểu khí thải và bảo vệ môi trường. Việc chuyển đổi từ xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch sang xe điện không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí nhiên liệu.

2.1. Tác Động Của Ô Nhiễm Không Khí Đến Sức Khỏe

Ô nhiễm không khí gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như bệnh hô hấp và tim mạch. Việc sử dụng xe điện có thể giúp giảm thiểu các tác động này.

2.2. Lợi Ích Của Năng Lượng Sạch Trong Giao Thông

Năng lượng sạch từ xe điện không chỉ giảm thiểu khí thải mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Sử dụng năng lượng tái tạo cho xe điện là một bước tiến quan trọng trong việc giảm ô nhiễm.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Pin Ô Tô Điện

Thiết kế hệ thống pin ô tô điện yêu cầu sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Các phương pháp thiết kế hiện đại bao gồm việc sử dụng các mô hình điện hóa và mô hình mạch tương đương để tối ưu hóa hiệu suất của pin.

3.1. Mô Hình Hóa Pin Lithium Bằng MATLAB SIMULINK

Mô hình hóa pin lithium giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của pin. Việc sử dụng MATLAB/SIMULINK cho phép mô phỏng các đặc tính sạc và xả của pin một cách chính xác.

3.2. Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Pin Qua Mô Phỏng

Mô phỏng hệ thống pin giúp phát hiện các vấn đề tiềm ẩn và tối ưu hóa hiệu suất. Các thông số như SOC và SOH cần được theo dõi để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Hệ Thống Pin Ô Tô Điện

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc thiết kế và mô phỏng hệ thống pin ô tô điện bằng MATLAB/SIMULINK mang lại nhiều lợi ích. Hệ thống pin được tối ưu hóa giúp tăng cường hiệu suất và độ an toàn cho xe điện.

4.1. Phân Tích Dữ Liệu Từ Mô Phỏng

Phân tích dữ liệu từ mô phỏng giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất của hệ thống pin. Các thông số như điện áp, dòng điện và công suất cần được theo dõi để đánh giá hiệu quả.

4.2. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Thống Pin

Hệ thống pin ô tô điện có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc tối ưu hóa hệ thống pin không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí vận hành.

V. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Tương Lai

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy rằng thiết kế và mô phỏng hệ thống pin ô tô điện là một lĩnh vực quan trọng cần được phát triển. Hướng phát triển tương lai sẽ tập trung vào việc cải tiến công nghệ pin và tối ưu hóa hiệu suất.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ Pin

Công nghệ pin đang phát triển nhanh chóng với nhiều cải tiến về dung lượng và hiệu suất. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ pin mới sẽ là chìa khóa cho tương lai của xe điện.

5.2. Tương Lai Của Xe Điện Trong Giao Thông

Xe điện sẽ trở thành xu hướng chính trong giao thông trong tương lai gần. Việc tối ưu hóa hệ thống pin sẽ giúp xe điện trở nên phổ biến hơn và thân thiện với môi trường.