Chương 1: Tổng quan. Trình bày vấn đề và lý do chọn đề tài, mục tiêu và bố cục của đề tài. 4 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày tổng quan về ô tô điện, các loại ô tô điện, cấu hình các loại ô tô điện, các loại năng lượng trên xe ô tô điện.
Chương 3: Hệ thống điện trên xe EV Trình bày tổng quan hệ thống điện trên xe EV, động cơ điện trên xe EV, công nghệ mạch chuyển đổi công suất, kỹ thuật tối ưu hóa và thuật toán điều khiển. Chương 4: Kết luận và hướng phát triển. Trình bày kết quả đã đạt trong đề tài, nhận xét những ưu điểm và nhược điểm của xe EV và các giải pháp phát triển cho đề tài trong tương lai. 5 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Các loại xe điện EV Xe điện EV có thể chỉ chạy bằng động cơ điện hoặc có thể sử dụng kết hợp với động cơ đốt trong ICE. Pin làm nguồn năng lượng tạo thành loại EV cơ bản, nhưng cũng có những loại xe có thể sử dụng các nguồn năng lượng khác. Chúng có thể được gọi là EV kết hợp (HEVs). Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế bên lĩnh vực phương tiện điện đường bộ đã đề xuất rằng xe sử dụng hai hoặc nhiều loại nguồn năng lượng, có thể được gọi là HEV nhưng miễn là ít nhất một trong số chúng cung cấp năng lượng điện [4].
Định nghĩa này tạo ra rất nhiều sự kết hợp có thể cho các HEV như ICE và pin, pin và bánh đà, pin và tụ điện, pin và nhiên liệu ô tô. Do đó, tất cả mọi người đều bắt đầu gọi xe có ICE và HEV kết hợp động cơ điện, pin và tụ điện dưới dạng EV siêu tụ điện hỗ trợ, và những chiếc có pin và pin nhiên liệu FCEV [2-4]. Những thuật ngữ này đã được chấp nhận rộng rãi và theo tiêu chuẩn này, xe điện có thể được phân loại như sau: (1) Xe điện chạy bằng pin (BEV) (2) Xe điện lai (HEV) (3) Xe điện hybrid plug-in (PHEV) (4) Xe điện pin nhiên liệu (FCEV) 2. Xe điện chạy bằng pin (BEV) Xe điện chỉ có pin để cung cấp năng lượng cho bộ truyền động được gọi là BEV.
BEV chỉ dựa vào năng lượng được lưu trữ trong bộ pin của chúng; do đó phạm vi của những phương tiện như vậy phụ thuộc trực tiếp vào dung lượng pin. Thông thường, chúng có thể đi được 100 km – 250 km trong một lần sạc [5], trong khi các mô hình cấp cao nhất có thể đi xa hơn rất nhiều, từ 300 km đến 500 km[5]. Các phạm vi này phụ thuộc vào việc lái xe tình trạng và kiểu dáng, cấu hình xe, điều kiện đường xá, 6 khí hậu, loại pin và tuổi đời. Một lần sạc pin mất khá nhiều thời gian so với việc tiếp nhiên liệu thông thường như xe ICE [6,7].
Có thể mất đến 36 giờ để pin sạc đầy, tuy nhiên sẽ tốn ít thời gian hơn nếu chúng ta sử dụng xe ICE. Thời gian sạc phụ thuộc vào cấu hình bộ sạc, cơ sở hạ tầng và mức năng lượng hoạt động. Ưu điểm của BEV là cấu tạo, vận hành đơn giản và thuận tiện, không sản sinh ra bất kỳ khí nhà kính (GHG), không tạo ra bất kỳ tiếng ồn nào và do đó có lợi cho môi trường. Động cơ điện cung cấp mô-men xoắn cao và tức thì, ngay cả ở tốc độ thấp.
Những lợi thế này, cùng với với hạn chế về phạm vi hoạt động, khiến chúng trở thành phương tiện hoàn hảo để sử dụng trong các khu vực đô thị; như được mô tả trong Hình 2. 1, lái xe trong đô thị yêu cầu chạy ở tốc độ chậm hoặc trung bình và những phạm vi này đòi hỏi rất nhiều về mômen xoắn. Nissan Leaf và Teslas là một số BEV bán chạy hiện nay, cùng với một số xe Trung Quốc. 2 cho thấy cấu hình cơ bản cho BEV: các bánh xe được dẫn động bằng các động cơ điện được chạy bằng pin thông qua một mạch chuyển đổi điện năng.
Yêu cầu về tốc độ mô-men xoắn trong lịch trình lái xe trong đô thị. Hầu hết việc lái xe được thực hiện trong dải tốc độ 2200 đến 4800 vòng/phút với 7 lượng mô-men xoắn đáng kể. Rpms thấp hơn yêu cầu mô-men xoắn trung bình khoảng 125 Nm; các phương tiện giao thông đô thị phải hoạt động thường xuyên trong khu vực này vì chúng thường xuyên phải dừng và xuất phát [4]. Cấu tạo BEV.
Nguồn DC của pin thông qua biến tần chuyển đổi thành AC để chạy động cơ [5]. Xe điện lai (HEV) HEV sử dụng cả ICE và bộ truyền động điện để cung cấp năng lượng cho xe. HEV sử dụng động cơ điện khi nhu cầu điện năng thấp. Đó là một lợi thế lớn trong điều kiện tốc độ thấp như các khu đô thị; nó cũng làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu do động cơ tắt hoàn toàn trong thời gian chạy không tải, ví dụ như tắc đường.
Tính năng này cũng làm giảm phát thải khí nhà kính. Khi tốc độ vượt mức cần thiết, HEV chuyển sang sử dụng ICE. Hệ thống truyền lực cũng có thể làm việc cùng nhau để cải thiện hiệu suất. Hệ thống động lực hỗn hợp được sử dụng rộng rãi để giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn bộ phận nén turbo trong những chiếc xe tăng áp, như Acura NSX.
ICE có thể sạc đầy pin, HEV cũng có thể lấy lại năng lượng bằng cách phanh tái tạo. Do đó, HEV chủ yếu là ô tô ICE được điều khiển kết hợp nguồn năng lượng từ accu để cải thiện quãng đường hoặc để nâng cao hiệu suất. Để đạt được những tính năng 8 này, cấu hình HEV đang được các nhà sản xuất xe hơi áp dụng rộng rãi. 3 hiển thị các dòng năng lượng trong HEV cơ bản.
Trong khi khởi động xe, ICE có thể chạy động cơ như một máy phát điện để tạo ra năng lượng và lưu trữ nó trong pin. Trong quá trình tăng tốc cà động cơ nhiệt (ICE) và động cơ điện (Power electric motor) đều cung cấp năng lượng cho ô tô. Khi cần tăng tốc độ, ICE và động cơ đều truyền động. Trong quá trình phanh, hệ thống động lực dẫn động động cơ điện hoạt động như máy phát điện để sạc pin bằng cách hãm tái sinh.
Khi hoạt động trên đường, động cơ ICE dẫn động cả ô tô và động cơ điện, lúc này động cơ điện hoạt động như một máy phát điện (sạc pin). Quá trình nạp bị dừng khi phương tiện dừng lại. 4 cho thấy một ví dụ về hệ thống quản lý năng lượng được sử dụng trong HEV. Kết quả ở đây là sự phân chia công suất giữa ICE và động cơ điện (EM) bằng cách xem xét tốc độ xe, đầu vào của người lái xe, trạng thái sạc (SOC) của pin và tốc độ động cơ đạt được tiết kiệm nhiên liệu tối đa 9 (a) Hướng của dòng điện khi khởi động và khi dừng (b) Hướng của dòng công suất trong quá trình vượt, phanh và chạy.
Dòng công suất giữa các khối cơ bản của HEV trong các giai đoạn khác nhau của chu kỳ truyền động [8]. Ví dụ về chiến lược quản lý năng lượng được sử dụng trong HEV. Bộ điều khiển phân chia nguồn điện giữa ICE và động cơ bằng cách xem xét các thông số đầu vào khác nhau [8] 2. Xe điện hybrid plug-in (PHEV) Khái niệm PHEV hình thành để mở rộng phạm vi toàn diện của HEV [9-14].
Nó sử dụng cả ICE và hệ thống truyền lực, giống như HEV, nhưng sự khác biệt giữa chúng là PHEV sử dụng điện là nguồn năng lượng chính, vì vậy những phương tiện này yêu cầu dung lượng pin lớn hơn HEV. PHEV bắt đầu ở chế độ "tất cả dùng điện", 10 chạy bằng điện và khi pin sắp hết, nó sẽ báo hiệu trên ICE để sạc pin. ICE được sử dụng ở đây để mở rộng phạm vi. PHEV có thể sạc pin trực tiếp từ lưới điện (mà HEV không thể); PHEV cũng có cơ sở để sử dụng phanh tái tạo.
Khả năng của PHEV chỉ chạy bằng điện trong hầu hết các thời gian làm cho lượng khí thải carbon của nó nhỏ hơn HEV. Chúng cũng tiêu thụ ít nhiên liệu hơn và do đó giảm chi phí liên quan. Thị trường xe hiện nay khá đông khách hàng, Chevrolet Volt và doanh số Toyota Prius cũng cho thấy mức độ phổ biến của chúng. Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV) FCEV còn có tên là Xe chạy bằng pin nhiên liệu (FCV).
Chúng có tên như vậy bởi vì phương tiện là pin nhiên liệu sử dụng các phản ứng hóa học để sản xuất ra điện [15]. Hydro là nhiên liệu của sự lựa chọn cho các FCV để thực hiện phản ứng này, vì vậy chúng thường được gọi là xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro. FCV mang hydro trong các bình áp suất cao đặc biệt, một thành phần khác để sản xuất ra điện là oxy, mà nó thu được từ không khí hút vào từ môi trường. Điện lực được tạo ra từ các tế bào nhiên liệu đi đến một động cơ điện dẫn động các bánh xe.
Năng lượng dư thừa được lưu trữ trong hệ thống lưu trữ như pin hoặc siêu tụ điện. Các FCV có sẵn trên thị trường như Toyota Mirai hoặc Honda Clarity sử dụng pin cho mục đích này [2,3,16-18]. FCVs chỉ tạo ra nước dưới dạng sản phẩm phụ của quá trình tạo ra năng lượng được đẩy ra khỏi ô tô qua các ống xả. Các cấu hình của một FCV được thể hiện trong Hình 2.
Một lợi thế của những phương tiện như vậy là chúng có thể sản xuất điện riêng của chúng mà không thải ra carbon. Một ưu điểm chính khác của chúng là việc đổ đầy nhiên liệu cho những chiếc xe này mất cùng khoảng thời gian cần thiết để đổ xăng cho một chiếc xe sử dụng xăng thông thường. Điều này làm cho việc áp dụng những phương tiện này có nhiều khả năng hơn trong tương lai gần[2-4,19]. Một trở ngại chính trong việc áp dụng công nghệ này là sự khan hiếm của các trạm nhiên liệu hydro.
Một báo cáo cho Hoa Kỳ Bộ Năng lượng (DOE) chỉ ra một nhược điểm 11 khác là chi phí pin nhiên liệu cao, chi phí hơn 200 đô la cho mỗi kW, cao hơn nhiều so với ICE (dưới 50 đô la cho mỗi kW)[20,21]. Đây cũng là những mối quan tâm liên quan đến an toàn trong trường hợp hydro dễ cháy rò rỉ ra khỏi các bồn chứa. Nếu những vấn đề đó được giải quyết, FCV thực sự có thể đại diện cho những chiếc xe ô tô trong tương lai. Các khả năng sử dụng công nghệ này trong siêu xe được thể hiện qua Pininfarina’s H2 Speed (Hình 2.