Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (35)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

Luận văn tốt nghiệp
ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÍ NĂNG LƯỢNG TRÊN XE ĐIỆN

Giảng viên hướng dẫn : Hoàng Ngọc Tân
Sinh viên thực hiện : Lê Văn Hà
Lớp

: 18OT111

MSSV

: 118000844


1

Chương I. Mở đầu
1. Vấn đề
2. Lý do chọn đề tài
3. Mục tiêu nghiên cứu

2

Mục Lục

Chương II. Khái quát chung về hệ thống
1. Khái quát chung về hệ thống

2. Mô hình hóa hệ thống
3. Tầm quan trọng của hệ thống

3

Chương III. Tính tốn và mơ phỏng
1. Tính tốn
2. Mơ phỏng Matlab Simulink kiểm nghiệm
3. Kết quả mô phỏng

4

Chương IV. Đánh giá và kết luận
1. Tính hiệu quả
2. Kết luận


1

Chương I. Mở đầu

Vấn đề

Lý do chọn đề tài

Nguồn năng lượng được coi là vấn đề lớn nhất trong ô tơ điện, nó được sự quan tâm đặc biệt
Ơ tơ điện có lịch sử lâu đời, nhưng từ khoảng 2 thập kỷ

của các nhà nghiên cứu trong cả giới hàn lâm và giới công nghiệp. Khi ô tô điện trở thành

trở lại đây mới phát triển trở lại mạnh mẽ nhằm giải

một sản phẩm thương mại thì những vấn đề liên quan đến nguồn năng lượng cũng là mối

quyết 2 vấn đề lớn của nhân loại: sự cạn kiệt dần dần

quan tâm hàng đầu của người tiêu dùng.

của nguồn nhiên liệu hóa thạch và sự ơ nhiễm mơi
trường gây ra bởi ô tô chạy xăng dầu.

Mục tiêu nghiên cứu
Trong kỹ thuật điều khiển nói chung và các vấn đề điều khiển cho ơ tơ điện nói riêng, mơ hình hóa là bước
tiên quyết và đóng vai trị đặc biệt quan trọng.

Vì vậy hiện tại các nhà sản xuất ln tích cực tìm ra các giải pháp tối ưu việc lưu trữ năng lượng.
Việc phục hồi và lưu trữ năng lượng đóng vai trị quan trọng giúp tiết kiệm nhiên liệu cho các hành trình
kế tiếp của ơ tơ chạy điện. 


2

Chương II. Khái quát chung về hệ thống

Hệ thống quản lý năng lượng (EMS): EMS là bộ não của lưới điện bên trong nhà. Nó phối hợp thông
minh xe điện, sạc tường, hệ thống sưởi, vv theo yêu cầu. Tất cả những gì chủ sở hữu xe điện sẽ phải làm
chỉ đơn giản là cắm cáp sạc.

Việc sử dụng nhiều ô tô hơn tạo ra những thách thức nghiêm trọng đối với môi trường và / cuộc sống
con người, ơ nhiễm khơng khí, sự nóng lên tồn cầu và giảm nhanh trữ lượng nhiên liệu hóa thạch trên

trái đất đang trở thành những dịch vụ. Xe điện, xe điện hybrid và xe điện chạy bằng pin nhiên liệu liên
tục được thiết kế để thay đổi các dòng xe hơi truyền thống trong những ngày tới. Hầu hết các cấu trúc
điện và hybrid sử dụng nhiều dự án lưu trữ năng lượng, một dự án có khả năng lưu trữ năng lượng ở mức
cao và dự án cịn lại có cơng suất năng lượng cao và khả năng đảo ngược, được gọi là "hệ thống lưu trữ
năng lượng có thể sạc lại".

Hệ thống quản lý năng lượng trên ô tô điện.


2

Chương II. Khái qt chung về hệ thống

1

Mơ hình hóa hệ thống

Hệ thống lưu trữ năng lượng kết hợp siêu tụ và ắc quy dẫn đến các mối quan hệ về dòng điện và điện áp trong hệ
được biểu diễn bởi:
uchop là điện áp bộ biến đổi
uSC là điện áp trên siêu tụ

ubat là điện áp và

ichop là dòng điện biến đổi

ibat là dòng điện ắc quy

iSC là dòng điện siêu tụ

itract là dòng điện DC-link

m là hệ số điều chế của bộ biến đổi

2

Mơ hình hóa siêu tụ

Trong phạm vi bài báo, siêu tụ có thể được mơ hình hóa bằng mơ hình tối

3

Mơ hình hóa ác quy

Ắc quy có thể được mơ hình hóa bằng mơ hình tối giản như sau:

giản như sau:

CCS là điện dung

VOC đại diện cho điện áp hở mạch của ắc quy

USC(0) biểu diễn trạng thái điện áp ban đầu của siêu tụ.

rbat là nội trở của ắc quy


2

Chương II. Khái quát chung về hệ thống

Kiểm soát quá trình xả pin.
Kiểm sốt sạc pin ở ơ tơ
điện.
Nhận nguồn cấp từ
pin.

Lưu trữ dữ liệu
Độ chính xác.

Tầm quan trọng của hệ thống

 

Xác định trạng thái sạc
SOC

Mạng giao tiếp.

Kiểm soát nhiệt độ pin.
Xác định trạng thái sức khỏe
SOH

Cân bằng cell pin.


3

Chương III. Tốn và mơ phỏng kiểm nghiệm

Bài tốn tối ưu trong quản lý năng lượng được đặt ra với mục đích cực tiểu hóa tổn thất trên ắc quy trong q trình hoạt động
và qua đó tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ của xe cũng như tăng tuổi thọ của ắc quy.
Dựa trên các phương trình mơ hình hóa các đối tượng trong hệ thống, phương trình trạng thái biểu diễn mối quan hệ giữa biến
trạng thái là điện áp siêu tụ U

SC

 và biến điều khiển là dòng điện ắc quy i

bat

 được xây dựng như sau:

Với mục tiêu cực tiểu hóa tổn thất trên ắc quy, hàm mục tiêu được xác định bởi:

Cấu trúc hệ năng lượng lai
Với T là thời gian hoạt động của hệ thống. Nhiệm vụ của việc giải bài toán tối ưu là xác định luật
điều khiển i*

bat

 (t) nhằm cực tiểu hóa hàm mục tiêu (6).

ắc quy và siêu tụ cho ô tô điện.


3

Chương III. Tốn và mơ phỏng kiểm nghiệm
Điều kiện áp dụng sau tính tốn, ta cần có:




Các tham số đều phải biết trước

Tên thơng số

Giá trị

Thời gian tồn chu trình

195 s

Các ràng buộc đối với các biến trạng thái và giới hạn vật lý

Quãng đường đi

0,99 km

Hàm mục tiêu (hàm tối ưu)

Tốc độ trung bình

18,26 km

Gia tốc tối đa

1,06 m/s

Gia tốc giảm tốc tối đa

-0,83 m/s

Gia tốc trung bình

0,64 m/s

Gia tốc giảm tốc trung bình

-0,75 m/s

Thời gian dừng

64 s

Số lần dừng

3

Xây dựng mơ hình đối tượng để với chu trình chạy xe là biết trước có thể xác định được tiêu thụ năng lượng trong
toàn dải của xe






Các giới hạn đối với siêu tụ:









Xác định trạng thái yêu cầu của đầu và cuối chu trình

Dịng nạp xả tối đa iSC_max:            200 A
Điện áp tối đa cho phép uSC_max:    236 VDC
Điện áp tối thiểu uSCmin:               

125VDC

Điều kiện đầu uSC(0):                 

118 VDC

Điều kiện cuối uSC(T) :                   

118 ±2 VDC

Các giới hạn đối với ắc quy:



Dòng nạp tối đa: 0 A (Nhằm mục đích tối thiểu hóa số lần nạp xả của ắc quy, một trong những yếu tố ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ ắc
quy)




Dòng xả tối đa: 40 A tương ứng với dòng xả định mức của ắc quy
Điều kiện đầu : Ắc quy đầy

Bảng các tham số của chu trình ECE


3

Chương III. Tốn và mơ phỏng kiểm nghiệm

Tổng quan về hệ thống quản lý năng lượng

Sơ đồ quản lý nguồn


3

Chương III. Tốn và mơ phỏng kiểm nghiệm


3

Chương III. Tốn và mơ phỏng kiểm nghiệm

 Dịng điện ắc quy

 Dòng điện siêu tụ.

Dung lượng được xác định lượng lớn nhất q trình sạc mà ắc quy có thể lưu trữ. Trạng thái điện lượng

Theo phân tích, các xung điện động tuy có biên độ rất lớn nhưng thời gian xuất hiện rất ngắn. Vì vậy, để lưu trữ

SOC được xác định bằng tỉ lệ giữa giá trị điện lượng trên dung lượng ban đầu. Điện lượng theo dịng

năng lượng từ các xung điện động này cần có một bộ lưu trữ năng lượng có khả năng nạp, xả rất nhanh đủ để

phóng DOC được xác định qua tỷ số điện lượng ắc quy trên dung lượng có ích, bởi vì dung lượng có

đáp ứng q trình phóng nạp của các xung điện động. Ở đây, nghiên cứu lựa chọn một hệ siêu tụ điện làm một

ích giảm khi dịng điện phóng tăng. Dung lượng của ắc quy tính bằng tích phân đơn giản theo dịng

nguồn thứ cấp để lưu trữ năng lượng dạng điện cảm từ các cuộn cảm trên hệ thống điện ô tô.

điện.


3

Chương III. Tốn và mơ phỏng kiểm nghiệm

 Đường cong sản lượng điện

 Điện áp siêu tụ

Trên đường cong mô tả quyền hạn nhiên liệu, pin, một siêu tụ điện. Trong khoảng thời gian đầu các nhiên liệu tủ

Hiện có hai phương pháp để nạp và xả hệ siêu tụ: một là nạp-xả hệ siêu tụ với điện áp không đổi theo thời

một mình quân nhu các sức mạnh theo đến các trọng tải nhu cầu. Vì vậy nó được coi là nguồn chính của hệ thống.

gian, cách cịn lại là nạp-xả hệ siêu tụ với cường độ dòng điện không đổi theo thời gian. Phương pháp nạp

Ở trong giai đoạn sau tải trọng nhu cầu được chia sẻ bởi siêu tụ điện và hệ thống phụ pin. Ba nguồn cung cấp

và xả hệ siêu tụ dùng điện áp không đổi được chú trọng triển khai trong đề tài và cho ra kết quả như đồ

chung sức mạnh để đáp ứng nhu cầu.

thị.


3

Chương III. Tốn và mơ phỏng kiểm nghiệm

 Điện áp, dòng điện và mức tiêu thụ pin nhiên liệu

 Các đường cong điện áp, dòng điện và SOC của pin

Các nhiên liệu tủ đồ thị mô tả xung quanh các số lượng của nhiên liệu tiêu thụ

Phương pháp OCV là một phương pháp đơn giản và có độ chính xác cao. Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này là

thời gian xếp hàng 3 và 4, điện áp và hiện hành xếp hạng của pin nhiên liệu.

phải mất thời gian nghỉ đủ dài để đạt được điều kiện cân bằng cho OCV. Do đó, phương pháp này chỉ áp dụng khi các phương
tiện được đặt trong bãi đỗ xe thay vì vận hành trên đường giao thơng. Khơng những thế, hình 1 thể hiện đặc tính trễ của pin dẫn
đến giá trị OCV cao hơn khi được sạc và thấp đi khi xả, do đó cần phải đo đạc cẩn thận trong trường hợp xả và sạc.


3

Chương III. Tốn và mơ phỏng kiểm nghiệm

 Điện áp của con pin nhiên liệu và pin người chuyển

 Điện áp dịng và dịng phát tải

đổi

Trong q trình sạc, điện áp của pin tăng đột ngột sau khi được sạc đầy, quá trình này được thể hiện
bằng cách thay đổi điện trở phân cực (chỉ trong quá trình sạc) như sau:

Cường độ dịng điện trong một mạch kín phụ thuộc vào tải (ở đây là giá trị cảm kháng của cuộn), người nghiên cứu tiến hành
việc mơ hình tốn hệ siêu tụ với phụ tải điện dạng điện cảm với mục đích xác định được cường độ dịng điện khi phóng qua
tải điện

Tại thời điểm t = 0, trước khi hệ siêu tụ phóng điện, dung lượng, điện áp và cường độ dòng điện ban đầu của tụ ở trạng
thái nạp đầy


3

Chương IV. Đánh giá và kết luận

Theo cơ sở, hãy xem xét rằng vào năm 2016, hiệu

 Nhìn chung, ơ tơ điện sẽ luôn hiệu quả hơn ô tô chạy

suất nhiên liệu trung bình của một ICE mới là 25

bằng khí đốt vì điện năng bị mất vào nhiệt và ma sát

MPGe. EV hiệu quả nhất trên thị trường là Dịng tiêu

ít hơn so với khi bạn dựa vào quá trình đốt cháy để

chuẩn Tesla Model 3 2020, tự hào với 141 MPGe kết

cung

hợp. Tesla gần như hiệu quả hơn 6 lần so với xe chạy

Bộ Năng lượng (DOE) , trong một EV, khoảng 59-62

xăng trung bình năm 2016, thậm chí khơng tính đến

phần trăm năng lượng điện từ lưới điện được chuyển

chi phí bảo dưỡng hoặc nhiên liệu thấp hơn. Hiệu suất

đến bánh xe, trong khi các phương tiện đốt khí chỉ

trung bình của một chiếc EV vào năm 2021 là 99

chuyển đổi khoảng 17-21 phần trăm năng lượng từ

MPGe - kém hiệu quả hơn Tesla, nhưng hiệu quả hơn

việc đốt cháy nhiên liệu thành di chuyển xe. Điều này

rất nhiều so với một chiếc ơ tơ chạy bằng khí đốt.

có nghĩa là một chiếc xe điện hiệu quả gấp ba lần một

cấp

năng

lượng

chiếc xe ICE ”( NRDC )

cho

động

cơ. “Theo 


3

Chương IV. Đánh giá và kết luận

Tối ưu hóa thời gian thực tiễn khác nhau được khuyến nghị. Chiến lược

dựa trên gamma với các hệ số được xác định trước và GBS với các hệ số
được xác định bởi thuật toán di truyền. Phương pháp đã được thử
nghiệm đạt được mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn 20% ở tốc độ
cao. Phương pháp tiếp cận Thuật toán di truyền được xác định bởi
Eldeeb và cộng sự. Mục tiêu là: giảm thiểu khối lượng, chi phí và khối
lượng của hệ thống với việc tăng tuổi thọ pin.


3

Chương IV. Đánh giá và kết luận

Tối ưu hóa thời gian thực tiễn khác nhau được khuyến nghị. Chiến lược dựa trên gamma với các hệ số được
xác định trước và GBS với các hệ số được xác định bởi thuật toán di truyền. Phương pháp đã được thử
nghiệm đạt được mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn 20% ở tốc độ cao. Phương pháp tiếp cận thuật toán di
truyền được xác định bởi Eldeeb. Mục tiêu là: giảm thiểu khối lượng, chi phí và khối lượng của hệ thống
với việc tăng tuổi thọ pin.

Tóm lại, việc nâng cao hiệu quả lưu trữ, chi phí và trọng lượng của EV là rất quan trọng đối với việc áp dụng
rộng rãi. Cần có một cách chính xác để theo dõi các đặc tính của pin. Nhiệt độ pin phải được duy trì ở một
phạm vi cụ thể trên 40°C để tránh mất dung lượng. Theo đó, siêu tụ điện mang lại nhiều ưu điểm nhưng thời
lượng pin kéo dài phải trên 50% để mọi khoản đầu tư đều có thể chấp nhận được về mặt tài chính.


Thank You