Nghiên cứu xây dựng mô hình trạm sạc pin cho xe điện bằng năng lượng mặt trời utehy s 2023 87
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.4 MB, 83 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO</b>
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN</b>
<b>BÁO CÁO TỔNG KẾT</b>
<b>ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊNTHAM GIA XÉT GIẢI THƯỜNG</b>
<b>NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRẠM SẠC PIN CHO XEĐIỆN BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI</b>
<b>Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật</b>
<b>Hưng Yên, 4/2023</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2"><b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO</b>
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN</b>
<b>BÁO CÁO TỔNG KẾT</b>
<b>ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊNTHAM GIA XÉT GIẢI THƯỜNG</b>
<b>NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRẠM SẠC PIN CHO XEĐIỆN BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI</b>
<b>Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa Cơ Khí Động Lực</b>
<b>Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Thế Nam, Nữ: NamDân tộc: Kinh</b>
<b>Lớp, khoa: 121192, Cơ khí động lực Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4Ngành học:Cơ điện tử ô tô và xe chuyên dụng</b>
<b>Người hướng dẫn: Ts.Nguyễn Văn Thịnh</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><b>Hưng Yên, 4/2023</b>
<b>THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI</b>
<b>1. Thông tin chung:</b><b>- Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình trạm sạc pin cho xe điện bằng năng lượng</b>
mặt trời.
- Sinh viên thực hiện: - Bùi Văn Thế - Lê Đình Tú - Vũ Văn Tiến
- Nguyễn Hoài Nam
- Lớp: 12192 Khoa: Cơ Khí Động Lực Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4
<b>- Người hướng dẫn: Ts.Nguyễn Văn Thịnh 2. Mục tiêu đề tài: </b>
- Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của trạm sạc pin cho xe bằng năng lượng mặt trời
- Nghiên cứu các phương pháp thiết kế xây dựng mơ hình trạm sạc pin cho xe điện bằng năng lượng mặt trời
- Đánh giá kết quả thực tế, xây dựng mơ hình sản phẩm trên thực tế.
<b>3. Những nội dung nghiên cứu chính:</b>
- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống mơ hình trạm sạc pin xe điện. - Khảo sát, xây dựng phương án thiết kế hệ thống.
- Nghiện cứu thiết kế phần cứng của hệ thống. - Lập trình điều khiển hệ thống.
<b>4. Kết quả nghiên cứu:</b>
- Kết quả của đề tài là tài liệu tham khảo có thể áp dụng để phục vụ cho các vấn đề liên quan đến năng lượng.
<b>5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng vàkhả năng áp dụng của đề tài: </b>
- Đề tài tận dụng năng lượng sạch sử năng lượng mặt trời để thay thế năng lượng hóa thạch, giảm ô nhiễm môi trường
<b>6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4"><b>Sinh viên chịu trách nhiệm chính</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><b>THƠNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNHTHỰC HIỆN ĐỀ TÀI</b>
<b>I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN : </b>
Họ và tên: Bùi Văn Thế
Sinh ngày: 05 tháng 01 năm 2001
Nơi sinh: Duyên Hải - Hưng Hà - Thái Bình Lớp: 121192 Khóa: K17
Khoa: Cơ Khí Động Lực
Địa chỉ liên hệ: Yên Lịch – Dân Tiến – Khoái Châu
Điện thoại: 0358413531 Email:
Ngành học: Cơ điện tử ô tô và xe chuyên dụng Khoa: Cơ Khí Động Lực Kết quả xếp loại học tập: Giỏi
Sơ lược thành tích: Khơng
<b>* Năm thứ 3:</b>
Ngành học: Cơ điện tử ô tô và xe chuyên dụng Khoa: Cơ Khí Động Lực Kết quả xếp loại học tập: Giỏi
Sơ lược thành tích: Khơng
Ngày tháng năm
<b>Xác nhận của trường đại họcSinh viên chịu trách nhiệm chínhthực hiện đề tài</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6"><b>Mục Lục</b>
LỜI MỞ ĐẦU...1
Chương 1: TỔNG QUAN MỤC TIÊU – NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI...2
1.1 Giới Thiệu về đề tài...2
1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài...2
1.1.2 Mục đích nghiên cứu...2
1.1.3 Đối tượng nghiên cứu...3
1.1.4 Ý nghĩa của việc nghiên cứu...3
1.2 Tổng quan về trạm sạc xe điện...3
1.2.1 Khái niệm...3
1.2.2 Cấu tạo nguyên lý của trạm sạc...5
Chương 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG VỀ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG LƯU TRỮ...7
2.1 Nghiên cứu và ứng dụng pin năng lượng mặt trời cho trạm sạc xe điện...7
2.1.1 Khái niệm về pin năng lượng mặt trời...7
2.1.2 Lịch sử và sự phát triển của pin năng lượng mặt trời...8
2.1.3 Cấu tạo của Pin năng lượng mặt trời...11
2.1.4 Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời...13
2.1.5 Thuật toán điều khiển bám công suất cực đại tấm pin...18
2.1.6 Phương pháp ghép nối tiếp các module pin mặt trời...22
2.2 Nghiên cứu lý thuyết hệ thống lưu trữ điện năng và ứng dụng trong trạm sạc xe điện... 24
2.2.1 Khái niệm chung về hê thống lưu trữ năng lượng...24
2.2.2 Phương pháp lưu trữ năng lượng mặt trời...24
2.2.3 Các chế độ của bộ nguồn nạp ắc quy...28
2.2.4 Một số phương pháp sạc...28
2.2.5 Quy trình sạc tiêu chuẩn...31
2.2.6 Các sự cố cần bảo vệ ác quy chì – axit...32
2.2.7 Ứng dụng của ắc quy cho xe điện...33
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">Chương 3: KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN TRẠM XẠC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
... 34
3.1 Khảo sát, thống kê tiềm năng bức xạ tại hưng n...34
3.2 Cơ sở tính tốn các thơng số của trạm sạc XE Ô TÔ ĐIỆN...36
Chương 4: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ SẠC ĐIỆN CHO XE ĐIỆN, BỘ CHUYỂN ĐỔI ĐIỆN ÁP TRẠM SẠC ĐIỆN XE ĐIỆN...39
4.1 Nghiên cứu thiết kế hệ thống quản lý và bộ chuyển đổi điện áp trạm sạc điện xe
4.2 Nghiên cứu, thiết kế trạm sạc điện cho xe điện bằng năng lượng mặt trời...60
4.2.1 Tổng quan về hệ thống sạc năng lượng mặt trời...60
Tổng quan về sạc năng lượng mặt trời...62
4.2.2 Thiết kế mạch điều khiển và mơ hình...67
4.2.3 Hướng dẫn sử sạc năng lượng mặt trời...71
Kết Luận và Kiến Nghị...72
TÀI LIỆU THAM KHẢO...73
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8"><b>Danh Mục Hình </b>
Hình 1. 1: Hình ảnh thực tế của một trạm sạc nhỏ...4
Hình 1. 2:Sơ đồ mơ hình trạm sạc xe điện...5
Hình 1. 3: Sơ đồ nguyên lý đơn giản để biến đổi năng lượng mặt trời...6
YHình 2. 1: Hình ảnh thực tế tấm pin mặt trời...7
Hình 2. 2: Charle Fritts và những cell pin mặt trời đầu tiên trên thế giới...9
Hình 2. 3: Vệ tinh có lắp các tấm pin năng lượng đầu tiên trên thế giới...10
Hình 2. 4: Cấu tạo của pin mặt trời...11
Hình 2. 5: Cấu tạo hồn chỉnh của tấm pin mặt trời thành phẩm...11
Hình 2. 6: Nguyên lý của Pin năng lượng mặt trời...13
Hình 2. 7: Nguyên lý của Pin năng lượng mặt trời...13
Hình 2. 8: Nguyên lý hoạt động của các nguyên tố trong tấm pin...15
Hình 2. 9: Nguyên lý của các photon và silic khi có ánh sáng mặt trời tác động...16
Hình 2. 10: Nguyên lý hiện tượng quang điện...17
Hình 2. 11: Pin mặt trời mắc trực tiếp với tải...18
Hình 2. 12: Đặc tính làm việc của pin mặt trời và của tải...18
Hình 2. 13: Pin mặt trời kết nối với tải qua bộ biến đổi DC/DC...19
Hình 2. 14: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển MPPT với thuật tốn P&O...20
Hình 2. 15: Đặc tính P-V của pin mặt trời...21
Hình 2. 16: Đường cong đặc tính P – V thay đổi khi dãy PV bị bóng che...21
Hình 2. 17: (a)-Ghép nối tiếp hai module pin mặt trời...22
Hình 2. 18: Ghép song song hai module pin mặt trời (a) và đường đặc tính V-A của các module và của cả hệ (b)...23
Hình 2. 19: Quá trình chuyển đổi năng lượng về ắc quy...24
Hình 2. 20: Các hình ảnh ắc quy thực tế...25
Hình 2. 21: Cấu tạo chung cơ bản của ắc quy axit - chì...26
Hình 2. 22: Các chê độ nạp của ắc quy...28
Hình 2. 23: Các phương pháp sạc...29
Hình 2. 24: Quy trình sạc ắc quy...31
Hình 3. 1: Nhiệt độ trung bình cao và thấp của Hưng Yên trong năm...34
Hình 3. 2: Bảng số liệu về nhiệt độ trung bình các tháng của Hưng Yên...34
Hình 3. 3 : Bảng số liệu bức xạ mặt trời ở các khu vực trong nước...35
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">Hình 3. 4: Hình ảnh thơng tin tấm pin khi chưa cấp tải vào ngày ít nắng...35
Hình 3. 5: Hình ảnh khi tấm pin có kết nối với kích điện áp...36
Hình 3. 6: Trạm sạc cho xe điện...36
Hình 3. 4: Sơ đồ dạng sóng ra của bộ kích điện...44Y Hình 4. 1: Hình ảnh thực tế của bộ chuyển đổi điện áp...39
Hình 4. 2: Ngun lý kích điện 1 bước...42
Hình 4. 3: Ngun lý làm việc của bộ chuyển đổi điện áp...42
Hình 4. 4: Sơ đồ dạng sóng ra của bộ kích điện...44
Hình 4. 5: Hình ảnh dạng song ra đo được của bộ chuyển đổi...45
Hình 4. 6: sơ đồ kết nối bộ chuyển đổi với các bộ phận khác...46
Hình 4. 7: Nguyên lý hoạt động...46
Hình 4. 8: Sơ đồ một pha có điểm trung tính và biểu đồ xung của sơ đồ cầu một pha.48 Hình 4. 9: Ảnh hưởng của điện cảm L<small>d</small> đối với chế độ làm việc của nghịch lưu...49
<i>Hình 4. 10: a) Sơ đồ thay thế của nghịch lưu dịng một pha...50</i>
Hình 4. 11: Nghịch lưu áp cầu một pha...52
Hình 4. 12: Đồ thị nghịch lưu áp cầu một pha...52
Hình 4. 13: Sơ đồ khối mạch nghịch lưu...52
Hình 4. 14: Sơ đồ nguyên lý...53
Hình 4. 15: Hình ảnh 3D Nguyên lý mạch nghịch lưu...54
Hình 4. 16: Hình ảnh mạch khi hồn thành...54
Hình 4. 17: Hình ảnh sản phẩm đang hoạt động...55
Hình 4. 18: Sơ đồ mạch cấu trúc cho bộ điều khiển sạc dựa trên cơng nghệ MPPT....61
Hình 4. 19: Nguyên Lý hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời...63
Hình 4. 20: Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời PWM...64
Hình 4. 21:Sạc pin năng lượng mặt trời MPPT...65
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10"><b>LỜI MỞ ĐẦU</b>
Ngày nay với tình hình dân số và nền cơng nghiệp phát triển không ngừng, năng lượng càng thể hiện rõ vai trị quan trọng và trở thành yếu tố khơng thể thiếu trong cuộc sống. Tuy nhiên trong khi nhu cầu sử dụng năng lượng đang ngày càng gia tăng thì các nguồn năng lượng truyền thống được khai thác sử dụng hàng ngày đang dần cạn kiệt và trở nên khan hiếm. Một số nguồn năng lượng đang được sử dụng như nguồn nguyên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá…) đang cho thấy những tác động xấu đến mơi trường, gây ơ nhiễm bầu khí quyển là một trong những nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên. Còn nguồn năng lượng thuỷ điện (vốn cũng được coi là một loại năng lượng sạch) thì cũng không đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ điện hiện nay trong khi tình trạng mức nước trong hồ chứa thường xuyên xuống dưới mực nước chết. So với những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng lượng gió, năng lượng hạt nhân… Năng lượng mặt trời được coi là một nguồn năng lượng rẻ, vô tận, là một nguồn năng lượng sạch không gây hại cho môi trường đang thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu và sẽ trở thành nguồn năng lượng tốt nhất trong tương lai. Hệ thống quang điện sử dụng năng lượng mặt trời (Hệ pin mặt trời) có nhiều ưu điểm như khơng cần ngun liệu, khơng gây ơ nhiễm mơi trường, ít phải bảo dưỡng, không gây tiếng ồn… Hiện nay năng lượng mặt trời đã được khai thác và đưa vào ứng dụng trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp dưới nhiều dạng và hình thức khác nhau, thơng thường để cấp nhiệt và điện. Ngành Công nghệ ô tô điện sử dụng năng lượng điện sẽ thay thế cho các loại ơ tơ sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch đang là xu hướng tất yếu hiện nay của con người. Hiện nay, công nghệ ô tô điện đang phát triển nhanh chóng và trong tương lai gần sẽ thay thế hồn tồn các dạng ơ tơ truyền thống.
Trong thời gian học tập em được trang bị kiến thức chuyên ngành, để đánh giá quá trình học tập và rèn luyện của bản thân. Em và một bạn cùng lớp cùng tham gia vào đề tài nghiên cứu khoa học với nội dung: “Nghiên cứu xây dựng mơ hình trạm sạc pin cho xe điện bằng năng lượng mặt trời.” cùng với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Thịnh. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với những lời đóng góp ý kiến chân thành từ các Thầy giáo cùng các bạn sinh viên, đặc biệt được sự hướng dẫn
<b>nhiệt tình của thầy Nguyễn Văn Thịnh em đã hoàn thành được đề tài với thời gian</b>
quy định. Tuy nhiên, để có được sản phẩm có tính ổn định cao, đảm bảo về chất lượng là tương đối khó khăn. Vì thời gian để hồn thành đề tài này cũng có hạn, và tầm hiểu biết của em vẫn cịn hạn chế… nên đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót, những khuyết điểm khơng mong muốn. Em rất mong có được những ý kiến đóng góp quý
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">báu, chân thành của quý thầy cô cùng các bạn sinh viên để đề tài này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
<b>Chương 1: TỔNG QUAN MỤC TIÊU – NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI</b>
<b>1.1 Giới Thiệu về đề tài </b><i><b>1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài</b></i>
Hiện nay nhu cầu sử dụng năng lượng của con người ngày càng tăng nhất là năng lượng điện. Con người cần năng lượng điện để phục vụ cho nhu cầu đời sống sinh hoạt, sản xuất. Từ những nhu cầu đơn giản như chiếu sáng sinh hoạt cho đến các dây chuyền sản xuất hiện đại. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu truyền thống đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Năng lượng mặt trời được xem là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, nó được xem là nguồn năng lượng sẵn có, sạch và miễn phí. Do vậy, với đặc điểm ưu điểm và khả năng thay thế nguồn nguyên liệu truyền thống thì hiện nay, năng lượng mặt trời đang được rất nhiều các nhà khoa học, các chuyên gia, các công ty năng lượng trên thế giới quan tâm nghiên cứu về tiềm năng năng lượng cũng như khả năng ứng dụng.
Xe điện vốn dĩ từ lâu đã được đánh giá là xu thế của ngành công nghiệp ô tô trong tương lai bởi mối lo ngại ô nhiễm mơi trường do hệ thống khí thải độc hại từ các thế hệ xe diesel. Thêm vào đó, những yêu cầu gắt gao về chất lượng khí thải của các quốc gia càng khiến ngành công nghiệp ô tô chuyển sang sử dụng ô tô điện. Đấy là chưa kể, công nghệ luôn phát triển không ngừng và điều này khiến chi phí của những chiếc xe ơ tơ điện vì thế mà cũng rẻ hơn. Với những lợi ích to lớn mà công nghệ ô tô điện mang lại cho con người, việc sử dụng ô tô điện là bước đi quan trọng để con người khơng cịn phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch mà sẽ sử dụng nguồn năng lượng sạch trong tương lai.
Đi đôi với việc sử dụng ô tô điện, yêu cầu cấp thiết hiện nay là phải xây dựng hệ thống phân phối năng lượng điện rải khắp trên những tuyến đường, khu vực mà ô tô điện hoạt động như: sân bay, khu du lịch, cảng biển...Trong đó việc xây dựng trạm sạc ô tô điện thông minh, tự động là bước đi quan trọng nhất trong việc hình thành nên hệ thống này. Việc kết hợp hệ thống năng lượng mặt trời để cung cấp nguồn cho trạm sạc ô tô điện là một trong những bước đi đầu tiên để tiến đến sử dụng hoàn toàn năng lượng tái tạo trong tương lai. Vì vậy việc “Tính tốn Nghiên cứu và ứng dụng pin năng lượng mặt trời cho trạm sạc điện xe điện” để cung cấp năng lượng sạch cho ô tô điện tại.
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12"><i><b>1.1.2 Mục đích nghiên cứu </b></i>
Từ những lý do trên, đề tài đặt ra mục tiêu chính là “Tính tốn Nghiên cứu và ứng dụng pin năng lượng mặt trời cho trạm sạc điện xe điện” nhằm góp phần thúc đẩy việc nghiên cứu và sử dụng năng lượng mặt trời và ứng dụng hệ thống xe điện trong tương lai.
<i><b>1.1.3 Đối tượng nghiên cứu </b></i>
Đối tượng nghiên cứu là trạm sạc xe điện sử dụng năng lượng mặt trời. Phương pháp nghiên cứu :
+ Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý làm việc, Thuật tốn điều khiển bám cơng suất của tấm pin năng lượng mặt trời.
+ Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống lưu trữ điện năng.
+ Khái niệm, Cấu tạo, sơ đồ, nguyên lý, mạch sạc chuyển đổi năng lượng mặt trời sang điện năng.
+ Cấu tạo, sơ đồ, nguyên lý mạch biến tần (nghịch lưu) điện áp từ hệ thống lưu trữ thành điện áp xoay chiều.
+ Khảo sát tính tốn cơng suất thực tế của tấm pin năng lượng trời của trạm sạc.
<i><b>1.1.4 Ý nghĩa của việc nghiên cứu </b></i>
Mang đến những bước tiến vượt trội trong việc áp dụng khoa học công nghệ hiện đại vào ngành năng lượng và đặc biệt là mang lại bước tiến phát triển cho ngành công nghiệp ô tô điện đang phát triển. Việc ứng dụng các trạm sạc sử dụng năng lượng mặt trời rộng rãi trong tương lai sẽ là 1 phần lớn trong việc ngăn ngừa lượng khí thải nhà kính và ngăn cho việc cạn kiệt năng lượng hóa thạch và tận dụng triệt để lượng năng lượng mặt trời dồi dào để sử dụng.
<b>1.2 Tổng quan về trạm sạc xe điện </b>
<i><b>1.2.1 Khái niệm </b></i>
Trạm sạc xe điện là nơi cung cấp năng lượng điện cho các phương tiện giao thông vận hành bằng điện như xe ô tô điện, xe máy điện, xe buýt điện …
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">Trạm sạc xe điện có vai trị cung cấp điện năng cần thiết cho các phương tiện điện trong trường hợp cạn kiệt năng lượng trong quá trình di chuyển. Nhờ những trạm sạc này mà các phương tiện được nạp đầy pin và tránh được tình trạng gặp sự cố hết pin giữa đường trong quá trình đi lại.
<b>Hình 1. 1: Hình ảnh thực tế của một trạm sạc nhỏ</b>
Ngày nay, nhu cầu sử dụng phương tiện bằng điện ngày càng tăng cao, trong đó bao gồm cả xe máy điện và ô tô điện. Chính bởi vậy nhu cầu sử dụng trạm sạc xe điện cũng được tăng theo. Điều này thúc đẩy các hãng đầu tư và phát triển hệ thống trạm sạc.
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14"><i><b>1.2.2 Cấu tạo nguyên lý của trạm sạc </b></i>
<b>Hình 1. 2:Sơ đồ mơ hình trạm sạc xe điện</b>
Cấu tạo của một trạm sạc xe điện đơn giản gồm có: +Hệ thống pin năng lượng mặt trời
+Hệ thống pin lưu trữ năng lượng
+Các trạm sạc pin cho xe ô tô và cho xe máy điện Nguyên lý của trạm sạc xe điện sử dụng năng lượng mặt trời:
Các trạm sạc điện truyền thống sẽ sử dụng điện lưới thông qua bộ sạc chuyên dụng để sạc cho xe điện. Bất lợi của hệ thống sạc truyền thống này là tốn chi phí mua điện từ lưới và gây ra hiện tượng quá tải trong giờ cao điểm. Hệ thống sạc điện tích hợp điện năng lượng mặt trời và điện lưới sẽ khắc phục được bất lợi này. Ban ngày hệ thống sẽ sử dụng điện từ tấm pin năng lượng mặt trời để sạc cho xe trong trạm, ban đêm hoặc khi trời mua, lượng điện từ tấm pin không đủ sẽ sử dụng điện lưới để sạc. Việc kết hợp này giúp chủ các trạm sạc vừa tiết kiệm chi phí vừa có thể hoạt động vào ban đêm và trời không đủ nắng. Tuy nhiên, hệ thống này vẫn còn phụ thuộc vào điện lưới (khơng có điện thì khơng hoạt động được) nên cần đặt ở những khu vực có điện lưới ổn định. Nếu khu vực có điện lưới khơng ổn định thì các trạm sạc cần đầu tư bộ lưu trữ lớn để đảm bảo hiệu suất tối đa của hệ thống.
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15"><b>Hình 1. 3: Sơ đồ nguyên lý đơn giản để biến đổi năng lượng mặt trời</b>
Từ hình trên chúng ta sẽ tìm hiểu các phần chính là: Pin mặt trời
Hệ thống lưu trữ năng lượng (ắc quy) Bộ điều khiển năng lượng mặt trời mppt Bộ biến đổi điện áp (12vDC lên 220v AC) Khảo sát cấu tạo công suất dự kiến của trạm sạc
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16"><b>Chương 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG VỀ PINNĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG LƯU TRỮ </b>
<b>2.1 Nghiên cứu và ứng dụng pin năng lượng mặt trời cho trạm sạc xe điện </b><i><b>2.1.1 Khái niệm về pin năng lượng mặt trời.</b></i>
Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn (thường gọi là hiệu ứng quang điện trong – quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều từ ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic tinh thể. Tinh thể Silic tinh khiết là chất bán dẫn điện rất kém vì các điện tử bị giam giữ bởi liên kết mạng, khơng có điện tử tự do. Khi bị ánh sáng hay nhiệt độ kích thích, các điện tử bị bứt ra khỏi liên kết, hay là các điện tử tích điệ n âm nhảy từ vùng hố trị lên vùng dẫn và để lại một lỗ trống tích điện dương trong vùng hố trị. Lúc này chất bán dẫn mới dẫn điện.
Pin Mặt trời, tấm năng lượng mặt trời hay tấm quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng.
<b>Hình 2. 1: Hình ảnh thực tế tấm pin mặt trời</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17"><i>Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Hoạt động của pin mặt</i>
trời được chia làm ba giai đoạn:
<small></small> Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp electron-hole trong chất bán dẫn.
<small></small> Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn khác nhau (p-n junction). Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin mặt trời.
<small></small> Pin mặt trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngồi và tạo nên dịng điện. Về bản chất pin quang điện là một điốt bán dẫn bao gồm hai tấm bán dẫn loại P và loại N đặt sát cạnh nhau, khác ở chỗ pin quang điện có diện tích bề mặt rộng và có lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua. Trên bề mặt của pin quang điện có một lớp chống phản xạ vì khi chiếu ánh sáng vào pin quang điện, sẽ có một phần ánh sáng bị hấp thụ khi truyền qua lớp N và một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ ngược lại còn một p hần ánh sáng sẽ đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp electron và lỗ trống nằm trong điện trường của bề mặt giới hạn. Với các bước sóng thích hợp sẽ truyền cho electron một năng lượng đủ lớn để thoát khỏi liên kết. Khi thoát khỏi liên kết, dưới tác dụng của điện trường, electron sẽ bị kéo về phía bán dẫn loại N, cịn lỗ trống bị kéo về phía bán dẫn loại P. Khi đó nếu nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại N và P sẽ đo được một hiệu điện thế. Giá trị của hiệu điện thế này phụ thuộc vào bản chất của chất làm bán dẫn và tạp chất được hấp phụ.
<i><b>2.1.2 Lịch sử và sự phát triển của pin năng lượng mặt trời2.1.2.1 Lịch sử ra đời</b></i>
Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel lúc ông 19 tuổi khi đang làm thí nghiệm tại phịng nghiên cứu của cha. Willoughby Smith nhắc đến phát minh này trong một bài báo xuất bản ngày 20 tháng 2 năm 1873 trên tạp chí Nature. Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối, thiết bị chỉ có hiệu suất 1%. Năm 1888, nhà vật lý học người Nga Aleksandr Stoletov tạo ra tấm pin đầu tiên dựa vào hiệu ứng quang điện được phát hiện bởi Heinrich Hertz trước đó vào năm 1887.
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18"><b>Hình 2. 2: Charle Fritts và những cell pin mặt trời đầu tiên trên thế giới.</b>
+Albert Einstein đã giải thích được hiệu ứng quang điện vào năm 1905, cơng trình đã giúp ơng giành giải Nobel vật lý năm 1921.
+Vadim Lashkaryov phát hiện ra phân lớp p-n trong CuO và bạc sul-phát vào năm 1941.
+Russell Ohl được xem là người tạo ra pin năng lượng Mặt trời đầu tiên năm 1946. Sven Ason Berglund đã có phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin.
+Pin mặt trời đầu tiên có khả năng ứng dụng được ra mắt vào 25/4/1954 tại Bell Laboratories bởi Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller và Gerald Pearson.
+Pin mặt trời bắt đầu được quan tâm đặc biệt khi kết hợp với vệ tinh Vanguard I năm 1958.
<i><b>2.1.2.2 Quá trình phát triển</b></i>
Các mốc sự kiện:
+Vào cuối những năm 1950 và 1960, chương trình khơng gian của NASA đã đóng một vai trị tích cực trong sự phát triển của quang điện. “Các tế bào là nguồn năng lượng điện hoàn hảo cho vệ tinh vì chúng rất chắc chắn, nhẹ và có thể đáp ứng các yêu cầu công suất thấp đáng tin cậy.”
<b>+Năm 1958 Các tấm pin mặt trời ở ngoài vũ trụ – Một số ứng dụng đầu tiên của</b>
công nghệ năng lượng mặt trời thực sự ở ngoài vũ trụ nơi năng lượng mặt trời được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các vệ tinh.
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19"><b>Hình 2. 3: Vệ tinh có lắp các tấm pin năng lượng đầu tiên trên thế giới.+ Năm 1973 Nơi lưu trữ năng lượng mặt trời đầu tiên – Đại học Delwar chịu</b>
trách nhiệm xây dựng tòa nhà năng lượng mặt trời đầu tiên, có tên là Solar Solar One. + Năm 1981- Máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời
+Năm 1982 Nhà máy điện mặt trời đầu tiên có cơng suất 1MW được hồn thành ở Mỹ.
+Năm 1983: sản xuất pin mặt trời trên toàn thế giới vượt mức 20 MW, và doanh số bán vượt mức 250 trieu USD.
+Năm 1997: Sanyo bắt đầu sản xuất hàng loạt pin mặt trời hiệu xuất cao HIT c-Si/a-Si: H.
+Đến năm 1999 tổng công suất lắp đặt pin mặt trời trên thế giới đạt 1GW. +Năm 2002: Hội nghị Solar Silicon đầu tiên đối phó với cuộc khủng hoảng của nguyên tố Si được tổ chức bởi Photon tại Munich, Đức.
+Năm 2006: Wacker mở rộng sản xuất pin năng lượng mặt trời poly-Si tại Burghausen, Đức, Công suất lên đến 16.000 tấn / năm để trở thành công ty lớn thứ hai trong lĩnh vực này trên toàn thế giới.
+Năm 2010, tổng công suất pin mặt trời trên thế giới ước tính đạt 37,4GW (trong đó Đức có cơng suất lớn nhất với 7,6GW.).
+Dự đốn cơng suất pin mặt trời thế giới đến năm 2025.
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20"><i><b>2.1.3 Cấu tạo của Pin năng lượng mặt trời</b></i>
Một lớp tiếp xúc bán dẫn p – n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quan điện bên trong gọi là pin mặt trời. Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon (Si) có hóa trị 4.
<b>Hình 2. 4: Cấu tạo của pin mặt trời.</b>
Tấm pin năng lượng mặt trời được cấu tạo bởi 8 bộ phận chính, đó là:
<b>Hình 2. 5: Cấu tạo hồn chỉnh của tấm pin mặt trời thành phẩm.</b>
1, Khung nhôm:
Là một bộ phận có kết cấu cứng cáp để tích hợp các tế bào quang điện (solar cells) và các bộ phận khác. Tuy được thiết kế cứng cáp nhưng đồng thời vẫn đủ nhẹ để
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">có thể bảo vệ và cố định các thành phần khác trước các yếu tố từ ngoại lực tác động. Màu sắc chủ yếu của nhơm là màu bạc.
2, Kính cường lực:
Giúp bảo vệ solar cells khỏi các tác động của thời tiết như nhiệt độ, bụi, mưa đá,..và các tác động va chạm khác từ bên ngồi. Kính được thiết kế có độ dày 3m-3.5m. Để đảm bảo có thể bảo vệ nhưng vẫn giữ được độ trong suốt của kính cường lực để dễ dàng hấp thụ ánh sáng mặt trời.
<i>3, Lớp EVA (ethylene vinyl acetate)</i>
Đây là thành phần được coi là chất kết dính, là 2 lớp polymer mỏng đặt trên và dưới lớp solar cells. Nhằm kết dính lớp tế bào quang điện với kính cường lực phía trên và lớp phía dưới. Ngồi ra lớp này cịn tối ưu hóa khả năng hấp thụ và bảo vệ solar cells khỏi sự rung động, tránh bám bụi bẩn và sự tích tụ hơi nước. Là vật liệu có khả năng chịu nhiệt rất tốt và độ bền cao.
4, Lớp solar cell
Pin năng lượng mặt trời thông dụng được làm từ silic – chất bán dẫn phổ biến. Trong một tế bào (cell), tinh thể silic nằm ở giữa hai lớp dẫn điện. Một solar cells được sử dụng 2 lớp silic khác nhau.
5, Tấm nền pin
Có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và giữ độ ẩm. Tùy vào từng hãng sản xuất mà tấm nền pin sẽ có độ dày khác nhau. Màu sắc chủ yếu là màu trắng.
6, Hộp đấu dây
Hộp đấu dây có tên tiếng anh là junction box, là hộp nằm ở phía sau cùng, là nơi tập hợp và chuyển giao năng lượng điện được tạo ra từ tấm pin năng lượng mặt trời ra ngồi. Chính vì lẽ đó nên đây được coi là vị trí quan trọng nên được lắp ráp và thiết kế chắc chắn.
7, Cáp điện DC
Là loại cáp điện chuyên dụng cho điện năng mặt trời, có khả năng cách điện tốt đồng thời là khả năng chống chịu tốt từ mơi trường bên ngồi như: tia cực tím, bụi,….
8, Jack kết nối MC4
Là đầu nối để kết nối tấm pin mặt trời với nguồn điện thường dùng. Loại jack này giúp chúng ta dễ dàng kết nối tấm pin và dãy pin từ các tấm pin liền kề với nhau bằng cách gắn jack.
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><i><b>2.1.4 Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời</b></i>
Pin năng lượng mặt trời (solar panel/pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất.
Silicon được biết đến là một chất bán dẫn. Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phịng. với tính chất như vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.
<b>Hình 2. 6: Nguyên lý của Pin năng lượng mặt trời</b>
<b>Hình 2. 7: Nguyên lý của Pin năng lượng mặt trời</b>
Silicon tuy có mức dẫn điện hạn chế nhưng nó có cấu trúc tinh thể rất phù hợp cho việc tạo ra chất bán dẫn. Nguyên tử silicon cần 4 electron để trung hịa điện tích nhưng lớp vỏ bên ngồi một nguyên tử silicon chỉ có một nửa số electron cần thiết nên nó sẽ bám chặt với các nguyên tử khác để tìm cách trung hịa điện tích.
<i>Để tăng độ dẫn điện của silicon, các nhà khoa học đã “tạp chất hóa” nó bằngcách kết hợp nó với các vật liệu khác. Quá trình này được gọi là “doping” và silicon</i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">pha tạp với các tạp chất tạo ra nhiều electron tự do và lỗ trống. Một chất bán dẫn silicon có hai phần, mỗi phần được pha tạp với một loại vật liệu khác. Phần đầu tiên được pha với phốt pho, phốt pho cần 5 electron để trung hịa điện tích và có đủ 5 electron trong vỏ của nó. Khi kết hợp với silicon, một electron sẽ bị dư ra. Electron đặc trưng cho điện tích âm nên phần này sẽ được gọi là silicon loại N (điện cực N). Để tạo ra silicon loại P (điện cực P), các nhà khoa học kết hợp silicon với boron. Boron chỉ cần 3 electron để trung hịa điện tích và khi kết hợp với silicon sẽ tạo ra những lỗ trống cần được lấp đầy bởi electron.
Khi 2 lớp bán dẫn p và n tiếp xúc nhau, do sự chênh lệch về mật độ các hạt dẫn nên các điện tử sẽ khuếch tán từ bán dẫn n sang p, lỗ trống khuếch tán ngược lại từ bán dẫn p sang n. Sự khuếch tán này làm cho pần bán dẫn n sát lớp tiếp xúc lúc này hình thành điện trường hướng từ bán dẫn n sang p. Khi chiếu sáng lớp tiếp xúc p-n, cặp điện tử-lỗ trống được tạo thành, bị tách ra dưới tác dụng của điện trường tiếp xúc và bị gia tốc về phía đối diện tạo thành một sức điện động quang điện. sức điện động quang điện phụ thuộc vào bản chất bán dẫn, nhiệt độ lớp tiếp xúc, bước sóng và cường độ ánh sáng tới.
Một pin mặt trời bao gồm một lớp silicon loại P được đặt bên cạnh một lớp silicon loại N. Ở lớp loại N chứa electron, còn ở lớp loại P thừa lỗ trống mang điện dương (là những chỗ trống do thiếu electron hoá trị). Gần chỗ tiếp giáp của hai lớp, các electron ở một bên của lớp tiếp giáp (lớp loại N) di chuyển vào các lỗ trống ở phía bên kia của lớp tiếp xúc (lớp loại P). Điều này tạo ra một vùng xung quanh đường giao nhau, được gọi là vùng suy giảm, trong đó các điện tử lấp đầy các lỗ trống.
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24"><b>Hình 2. 8: Nguyên lý hoạt động của các nguyên tố trong tấm pin</b>
Khi tất cả các lỗ trống được lấp đầy bởi các điện tử trong vùng suy giảm, thì mặt loại P của vùng suy giảm bây giờ chứa các ion mang điện tích âm và mặt loại N của vùng suy giảm bây giờ chứa các ion mang điện tích dương. Sự có mặt của các ion mang điện trái dấu này tạo ra điện trường bên trong ngăn cản các electron ở lớp N lấp đầy các lỗ trống ở lớp P.
Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào pin mặt trời, các điện tử trong silicon bị đẩy ra, dẫn đến hình thành các "lỗ" (chỗ trống do các điện tử thoát ra để lại). Nếu điều này xảy ra trong điện trường, điện trường sẽ chuyển các electron đến lớp loại N và các lỗ trống đến lớp loại P. Nếu chúng ta nối một một sợi dây kim loại giữa hai lớp, các electron sẽ đi từ lớp loại N sang lớp loại P bằng cách băng qua vùng suy giảm sau đó đi qua dây bên ngồi tạo ra một dịng điện.
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25"><b>Hình 2. 9: Nguyên lý của các photon và silic khi có ánh sáng mặt trời tác động</b>
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
1. Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.
2. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các ngun tử lân cận vì thế khơng thể di chuyển xa. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn.
Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là “lỗ trống”. Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ trống”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống”. Cứ tiếp tục như vậy “lỗ trống” di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn
Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng lượng đủ để kích thích electron lớp ngồi cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của Mặt trời thường tương đương 6000°K,
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">vì thế nên phần lớn năng lượng Mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng Mặt trời có tác dụng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được.
khi chiếu sáng vào vật rắn, điện tử ở vùng hoá trị hấp thụ năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử – lỗ trống e<small>-</small> - h<small>+</small>, tức là tạo ra một điện thế.Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang điện bên trong.Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc p-n.
<b>Hình 2. 10: Nguyên lý hiện tượng quang điện</b>
<i>Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Hoạt động của pin mặt</i>
trời được chia làm ba giai đoạn:
<small></small> Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp electron-hole trong chất bán dẫn.
<small></small> Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn khác nhau (p-n junction). Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin mặt trời.
Pin mặt trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngồi và tạo nên dòng điện.
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27"><i><b>2.1.5 Thuật tốn điều khiển bám cơng suất cực đại tấm pin2.1.5.1 Tổng quan</b></i>
<b>Hình 2. 11: Pin mặt trời mắc trực tiếp với tải</b>
Ứng với mỗi điều kiện thời tiết nhất định sẽ có một đường đặc tính về cơng suất khác nhau và trong đường đặc tính ấy sẽ có một điểm công suất lớn nhất. Như vậy nhiệm vụ là cần phải tìm ra điểm này và giữ hệ thống làm việc tại đó. Bộ điều khiển bám cơng suất cực đại (MPPT) sẽ thực hiện nhiệm vụ đó thơng qua việc điều khiển đóng mở van đóng cắt của bộ biến đổi DC/DC. Giả sử tấm PMT được mắc trực tiếp vào một tải thuần trở có thể thay đổi giá trị như Hình 2.12. Khi đó điểm làm việc của PMT là giao điểm giữa đường đặc tính I–V của PMT và đường đặc tính I–V của tải. Xét tải thuần trở nên đường đặc tính tải là một đường thẳng với độ dốc là 1/R. Giả sử có 3 giá trị của tải là R<small>1</small>, R<small>2</small>, R<small>3</small> thì 3 đường đặc tính I-V tương ứng sẽ có độ dốc lần lượt là 1/R<small>1</small>, 1/R<small>2</small>, 1/R<small>3</small>. Trong số đó chỉ có đường đặc tính tải tương ứng R<small>2</small> là cắt đường đặc tính I-V của PMT tại điểm MPP như Hình 2.12.
<b>Hình 2. 12: Đặc tính làm việc của pin mặt trời và của tải</b>
Như vậy ứng với tải có giá trị R<small>2</small> thì PMT sẽ làm việc tại điểm có cơng suất cực đại MPP, tuy nhiên điều này chỉ xảy ra một cách hết sức ngẫu nhiên. Khi điều kiện
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">thời tiết thay đổi hoặc tải biến động, để pin mặt trời vẫn hoạt động ở điểm MPP ta cần bộ MPPT hoạt động theo nguyên lý dung hợp tải.
<i><b>2.1.5.2 Nguyên lý dung hợp tải</b></i>
Như đã nói ở trên, khi PMT được mắc trực tiếp với một tải, điểm làm việc của PMT sẽ do đặc tính tải xác định. Điện trở tải được xác định như sau:
<i>R<sub>t</sub></i>=<i>V</i><sub>0</sub> <i>I<sub>o</sub></i>
Trong đó: Vo là điện áp ra, Io là dòng điện ra.
Tải ứng điểm làm việc lớn nhất của PMT được xác định như sau:
<i>R<sub>opt</sub></i>=<i>V (MPP)I (MPP)</i>
Trong đó: V(MPP) và I(MPP) là điện áp và dịng điện tại điểm có cơng suất cực đại. Khi giá trị của tải lớn nhất khớp với giá trị R<small>opt</small> thì cơng suất truyền từ PMT đến tải sẽ là công suất lớn nhất. Tuy nhiên, điều này thường độc lập và hiếm khi khớp với thực tế. Mục đích của MPPT là phối hợp trở kháng của tải với trở kháng lớn nhất của PMT đây cũng chính là ngun lý dung hợp tải.
<b>Hình 2. 13: Pin mặt trời kết nối với tải qua bộ biến đổi DC/DC</b>
Từ hình vẽ 2.13 trở kháng do PMT tạo ra là trở kháng vào R<small>t</small> cho bộ biến đổi. Bằng cách điều chỉnh tỉ lệ làm việc D, giá trị của R<small>t</small> được điều chỉnh giá trị phù hợp với R<small>opt</small>. Vì vậy, trở kháng của tải khơng cần phải quan tâm nhiều miễn là tỉ lệ làm việc của khoá điện tử trong bộ biến đổi được điều chỉnh đúng quy tắc hợp lý.
Có nhiều thuật tốn MPPT đã được tìm ra trong đó có 2 thuật tốn thơng dụng nhất là thuật toán: gây nhiễu loạn và quan sát (P&O), điện dẫn gia tăng (INC). Đồ án này chỉ tập trung vào phương pháp gây nhiễu loạn và quan sát.
<i><b>2.1.5.3 Thuật toán nhiễu loạn và quan sát (P&O)</b></i>
Phương pháp thực hiện nhiễu loạn và quan sát (P&O) cũng giống như cái tên của nó, thuật tốn dựa vào việc quan sát công suất đầu ra và dịch chuyển công suất dựa
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">vào tăng hoặc giảm điện áp hay dòng điện tham chiếu. Việc tăng hay giảm tín hiệu tham chiếu phụ thuộc vào cơng suất trích mẫu trước đó.
Hình 2.14 mơ tả cấu trúc bộ điều khiển MPPT với thuật tốn P&O. Trong đó tín hiệu dòng điện, điện áp ra của PMT được xử lý nhờ thuật tốn P&O, sau khi tính tốn, thuật tốn dưa ra tín hiệu điện áp tham chiếu V<small>ref</small>. Đây là điện áp cần bám để có thể dị điểm công suất cực đại. Hệ thống cần thêm bộ điều khiển để việc bám này thực hiện đạt hiệu quả cao.
<b>Hình 2. 14: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển MPPT với thuật tốn P&O</b>
Từ đồ thị đặc tính P-V (Hình 2.15) dưới đây, ta thấy rằng: Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 1 tức DP > 0 và DV > 0 thì tăng điện áp để kéo điểm hoạt động về điểm công suất cực đại MPP. Nếu điểm hoạt động đang di chuyển theo hướng 2 tức DP < 0 và DV < 0 thì tăng điện áp để kéo điểm hoạt động ngược trở về điểm công suất cực đại MPP. Nếu điểm hoạt động đang di chuyển theo hướng 3 tức DP > 0 và DV < 0 cần giảm điện áp để kéo điểm hoạt động về điểm công suất cực đại MPP. Cuối cùng điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 4 tức DP < 0 và DV > 0 thì cần giảm điện áp để kéo điểm hoạt động trở về điểm cơng suất cực đại MPP.
<i>Từ những phân tích trên đây suy ra lưu đồ thuật tốn P&O như Hình 2.14.</i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30"><b>Hình 2. 15: Đặc tính P-V của pin mặt trời.+Nhược điểm của các nghiên cứu khoa học.</b>
<b>Nhược điểm của nghiên cứu P&O.</b>
Thuật tốn P&O sẽ khơng đáp ứng được nếu môi trường thay đổi quá nhanh, hoặc cường độ chiếu sáng khơng đều trên dãy PV.
<b>Hình 2. 16: Đường cong đặc tính P – V thay đổi khi dãy PV bị bóng che</b>
Trong điều kiện mơi trường không thay đổi ( cường độ bức xạ đồng nhất): đường cong P<small>1</small> không đổi, điểm hoạt động của dãy PV dưới giải thuật P&O sẽ dao động xung quanh điểm cực đại A.
Khi dãy PV bị bóng che một phần (ví dụ có đám mây bay qua), đường cong P<small>1</small> trở thành P<small>2</small> ( do cường độ bức xạ khơng đồng nhất), thuật tốn P&O sẽ hoạt động chưa chính xác: điểm hoạt động sẽ bị lệch từ A sang A’, và thuật tốn P&O sẽ dị ra điểm cực đại là điểm B, nhưng điểm B chưa phải là điểm có cơng suất lớn nhất (điểm
<b>có công suất lớn nhất là điểm C). </b>
<b>+Nhược điểm của nghiên cứu P&O Under Partially Shaded Conditions.</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">Nhược điểm của phương pháp này là mạch điều khiển phức tạp. Tuy nhiên ngày nay với sự xuất hiện của nhiều phần mềm hay các bộ vi xử lý thì nhược điểm này có thể khắc phục phần nào.
<i><b>2.1.6 Phương pháp ghép nối tiếp các module pin mặt trời</b></i>
<b>Hình 2. 17: (a)-Ghép nối tiếp hai module pin mặt trời (b) -Đường đặc tính V-A của từng module và của cả hệ </b>
Giả sử, các module đều giống hệt nhau, có đường đặc tính V-A giống hệt nhau, các thơng số như: dòng ngắn mạch I<small>sc</small>, điện áp hở mạch V<small>oc</small> bằng nhau. Giả sử rằng, cường độ chiếu sáng trên các tấm là đồng đều nhau.
Khi ghép nối tiếp, các module này thì ta có:
I, P, V : là dịng điện, cơng suất và hiệu điện thế của cả hệ.
<i>I<sub>i</sub>, V<sub>i</sub>, P<sub>i</sub></i>: là dịng điện, cơng suất, hiệu điện thế của module thứ i trong hệ.
<i>I<sub>opi</sub>, V<sub>opi</sub>, P<sub>opi</sub></i>: là dòng điện làm việc tối ưu, điện thế làm việc tối ưu, công suất làm việc tối ưu của các module thứ i trong hệ.
<i>I<sub>op</sub>, V<sub>op</sub>, P<sub>op</sub></i>: là dòng điện làm việc tối ưu, điện thế làm việc tối ưu, công suất làm việc tối ưu của hệ.
</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">Khi tải có giá trị 0 < R <<i>∞</i>, các module làm việc như các máy phát tương đương. Đường đặc tính V-A của hệ, bằng tổng hình học các đường đặc tính của các module thành phần.
+Phương pháp ghép song song các module pin mặt trời:
Ta cũng giả sử, các module đều giống hệt nhau, có đường đặc tính V-A giống hệt nhau, các thơng số dịng ngắn mạch I<small>sc</small>, điện áp hở mạch V<small>oc</small> bằng nhau. Giả sử rằng, cường độ chiếu sáng trên các tấm là đồng đều nhau.
<b>Hình 2. 18: Ghép song song hai module pin mặt trời (a) và đường đặc tính V-Acủa các module và của cả hệ (b)</b>
Đường đặc tính V-A của hệ cũng được suy ra bằng cách, cộng các giá trị dòng điện I ứng với các giá trị điện thế V không đổi. Trong trường hợp này, các pin cũng làm việc như các máy phát điện khi tải có giá trị 0 < R <
.</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33"><b>2.2 Nghiên cứu lý thuyết hệ thống lưu trữ điện năng và ứng dụng trong trạm sạcxe điện </b>
<i><b>2.2.1 Khái niệm chung về hê thống lưu trữ năng lượng</b></i>
Hệ thồng lưu trữ năng lượng là hệ thống cung cấp , truyền tải và phân phối điện nó liên quan đến việc thu năng lương được tạo ra ở 1 thời điểm và lưu trữ nó trong một phương pháp như pin, ắc quy,... để lấy và sử dụng khi cần.
<b>Hình 2. 19: Quá trình chuyển đổi năng lượng về ắc quy</b>
Sự cần thiết và vai trò của hệ thồng lưu trữ năng lượng là đem lại nhiều lợi ích khi năng lương được lưu trữ, nó là một phần khơng thể thiếu của hệ thồng cung cấp, truyền tải và phân phối điện .
Tích trữ năng lượng là giải pháp quan trọng giúp bổ sung nguồn điện bị thiếu. Từ đó, tiết kiệm chi phí cho người tiêu dùng , cải thiện độ tin cậy và khả năng phục hồi, tích hợp các nguồn phát điện và giúp giảm thiểu các tác động của môi trường.
<i><b>2.2.2 Phương pháp lưu trữ năng lượng mặt trời </b></i>
Gồm 2 phương pháp: Lưu trữ bằng ác quy chì hoặc ác quy kiềm
Ắc quy kiềm: Là loại ắc quy sử dụng kiềm làm chất điện phân. Ắc quy chì: Khi dùng axit làm chất điện phân được gọi là ắc quy axit.
</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34"><b>Hình 2. 20: Các hình ảnh ắc quy thực tế</b>
<i><b>2.2.2.1 Tổng quan về ắc quy</b></i>
Ắc quy là thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại. Khi ắc quy được sạc, năng lượng điệu được tích trữ dưới dạng hóa năng và khi ắc quy xả (kết nối với tải) thì hóa năng đàn dần chuyển đổi thành điện năng. Các kiểu ắc quy hiện nay có trên thị trường gồm có ắc quy axit chì, lithium, nickel meltal hydride và nickel cadmium.
a, Ắc quy axit chì
Ắc quy chì - axit Ác chì - axit có cấu tạo điện cực dương là điơxit chì PbO2, điện cực âm là chì quy xốp Pb, dung dịch dùng là axit sulfuric H,SO4. Khi nối cực ác với mạch tải dung quy dịch sẽ biến đổi thành sulfat chì PbSO4.
Trong q trình làm việc của ắc quy, có nhiều phản ứng hố học xảy ra. Trong q trình nạp, sunfat chì ở cực dương biến đổi thành chì điơxit. Cịn khi ắc quy phóng hết điện, các chất tích cực trên điện cực dương PbO, và trên điện cực âm Pb biến thành PbSO4, Còn axit sunfuric H,SO4 biến hết thành nước.. Trong một ác quy được nạp đến đầy dung lượng, thông thường dung dịch chứa khoảng 36% tỉ trọng axit, hay là 25% thể tích, cịn lại là nước.
Tỷ lệ giữa mật độ axit trong dung dịch so với mật độ nước gọi là tỷ trọng đặc trưng, là một trong những thông số quan trọng của ắc quy, xác định điểm nhiệt độ hoá rắn của dung dịch khi ắc quy phóng hết. Điểm nhiệt độ hố rắn của dung dịch lại xác định khả năng làm việc của ắc quy tại các môi trường nhiệt độ khác nhau. ở môi trường nhiệt độ càng thấp càng yêu cầu tỷ trọng đặc trưng của ắc quy phải cao. Tỷ trọng đặc trưng khi ác quy nạp đầy thường trong phạm vi 1,250 đến 1,280 ở nhiệt độ 27°C, nghĩa là mật độ dung dịch lớn hơn nước sạch 1,25 đến 1,28 lần. Khi ắc quy
</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">phóng hết điện, tỷ trọng đặc trưng sẽ giảm dần về 1. Điện áp định mức của một ngăn ắc quy chỉ là khoảng 2,1 V. Loai ác quy này có tuổi thọ cao, dung lượng lớn. Ác quy chì - axit được sử dụng phổ biến trong hệ quang điện làm việc độc lập vì nó có giá thành hợp lý, tính tiện dụng và khả năng lưu giữ điện năng từ vài tiếng đồng hồ đến vài ngày.
<b>Hình 2. 21: Cấu tạo chung cơ bản của ắc quy axit - chì</b>
<b> Bình ắc quy được chia thành nhiều ngăn, thơng thường là 6 ngăn. Mỗi ngăn ắc</b>
quy đơn cho điện áp đầu ra là 2V. Do đó, điện áp danh định ở đầu cực ắc quy sẽ là 12V. Vỏ bình ắc quy được chế tạo bằng vật liệu cứng có tính chịu axit, chịu nhiệt, do đó mà người ta đúc bằng nhựa cứng hoặc ebonite. Phía trong vỏ bình có các vách ngăn để tạo thành các ngăn riêng biệt, mỗi ngăn riêng biệt gọi là một ắc quy đơn. Bản cực được làm từ hợp kim chì và antimon, trên mặt bản cực có gắn các xương dọc và xương ngang để tăng độ cứng vững và tạo ra các ơ cho chất hoạt tính bám trên bản cực. Phần nắp của ắc quy để che kín những bộ phận bên trong bình, ngăn ngừa bụi và các vật khác từ bên ngồi rơi vào bên trong bình, đồng thời giữ cho dung dịch điện phân không bị tràn ra ngoài. Dung dịch điện phân là axit sulfuric H<small>2</small>SO<small>4</small> được pha chế từ axit nguyên chất và nước cất với nồng độ tùy thuộc vào thời tiết và điều kiện khí hậu.
b, Ắc quy kiềm
Ví dụ loại nikel cadmium, sử dụng dung dịch là KOH, điện cực dương là hyđroxit nikel và cực âm là cadmium Cd. Khi phóng điện hyđroxit nikel chuyển thành Ni(OH), và cadmium thành Cd(OH)2. Mật độ chất điện ly khơng thay đổi, vì vậy điểm hố rắn rất thấp. Tuy nhiên loại ắc quy này có giá thành cao hơn loại ắc quy chì - axit. Điện áp định mức của một ngăn ắc quy kiềm là 1,2 V. Điện áp trên các ngăn ắc quy kiềm được giữ ổn định cho đến khi ngăn phóng điện gần hết, khi đó điện áp trên ngăn
</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">bằng dung lượng của ắc quy và có thể được nạp tiếp tục lâu dài với dịng nạp có giá trị đến 1/15 giá trị dung lượng của ắc quy.
<i><b>2.2.2.2 Các đặc tính của ắc quy. </b></i>
a. Dung lượng: (ký hiệu là C)
Thường được đo bằng Ampe – giờ (Ah), xác định năng lượng điện mà ắc quy phóng ra với một giá trị dòng điện nhất định trong một khoảng thời gian nhất định. Khoảng thời gian thường dùng để xác định dung lượng là 5 giờ, 10 giờ và 20 giờ. Tương ứng có ký hiệu dung lượng là C5, C10, C20. Giá trị dòng điện đo được khi xác định dung lượng thường bằng 10% hoặc 20%C.
Ví dụ: ắc quy có dung lượng C = 100Ah sẽ cung cấp cho tải 10A trong 10 h hoặc 20A trong 5h
b. Điện áp ngưỡng thấp nhất: Là giá trị điện áp thấp nhất cho phép trong quá trình vận hành ắc quy, xác định dung lượng bằng không (ắc quy đã phóng hết điện) tại giá trị dịng phóng nào đó. Nếu dịng phóng lớn hơn thì điện áp ắc quy sẽ giảm đến mức thấp hơn. Đây là giá trị do nhà sản xuất cung cấp.
c. Điện áp hở mạch: Điện áp giữa hai cực của ắc quy khi khơng trong q trình phóng cũng như q trình nạp. Điện áp hở mạch của ắc quy chì - axit phụ thuộc vào nhiệt độ, tỷ trọng đặc trưng, thưởng có giá trị khoảng 2,1 V. Do tỷ trọng của ắc quy phụ thuộc vào dung lượng mà ắc ác quy đang có. Khi ắc quy phóng điện, dung lượng giảm đi nên điện áp khi hở mạch quy cũng giảm theo.
<i><b>2.2.2.3 Chế độ làm việc của ắc quy2.2.2.4 Nạp ắc quy : </b></i>
Có nhiều chế độ ác nap quy thiên và chế độ nạp cân bằng, khác nhau: Chế độ nạp bình thường, chế độ nạp hồn thiện và chế độ nạp cân bằng.
a.Chế độ nạp bình thường có thể bắt đầu bất cứ lúc nào, với dịng nạp nào, miễn là không làm cho điện áp ắc quy vượt quá mức điện áp sinh hơi. Chế độ đem lại 80 đến 90% dung lượng ắc quy.
b.Chế độ nạp hoàn thiện bắt đầu khi ắc quy đã nạp gần đầy, phần lớn các chất tích cực trong nap ác đã trở về dạng ban đầu của nó. Khi đó sẽ cần phải tăng giá trị điện áp quy và dòng điện sẽ suy giảm dần về đến không.
c.Chế độ nạp cân bằng được sử dụng theo chu kỳ, sau vài tuần đến 2 tháng, với mục đích là làm cho các ngăn ắc quy có độ đồng đều. Chế độ này yêu cầu điện áp nạp cao hơn so với nạp hồn thiện và dịng điện nạp phải được giữ ổn định, trong vài giờ. Thông thường, sau khi ắc quy phóng kiệt cũng cần đến chế độ nạp này.
</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37"><i><b>2.2.2.5 Ắc quy phóng:</b></i>
a. Độ sâu phóng điện: Thể hiện bởi tỷ lệ phần trăm năng lượng điện đã cấp cho tải bên ngoài so với dung lượng ắc quy. Độ sâu phóng điện, với một giá trị dịng phóng nào đó, bị hạn chế bởi điện áp ngưỡng thấp nhất, thường chỉ cho phép đến 15 lượng ắc quy. 25% dung lượng của ắc quy.
b.Mức độ tự phỏng điện: Khi ắc quy ở chế độ hở mạch dung lượng ắc quy bị suy giảm chậm do dịng rị phía cực hoặc do cấu tạo của bản thân trong phóng của ắc quy tăng theo nhiệt độ, có thể đạt đến 10 đến 15%.
<i><b>2.2.3 Các chế độ của bộ nguồn nạp ắc quy</b></i>
Gồm 3 chế độ sau đây: nạp với dòng không đổi, nạp với áp không đổi và nạp nổi Lựa chọn chế độ nạp nào cho ắc quy cịn tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng của ắc quy (hoạt động thường xuyên theo chu kỳ hay chỉ hoạt động theo nhu cầu), tính kinh tế, thời gian nạp lai, giữ gìn tuổi thọ của ắc quy. Mục đích của các phương pháp nạp yếu là điều kiển dịng điện nạp ở cuối q trình nạp ắc quy.
<b>Hình 2. 22: Các chê độ nạp của ắc quy</b>
<i><b>2.2.4 Một số phương pháp sạc</b></i>
Gồm 3 phương pháp: nạp dịng khơng đổi, Nạp với áp không đổi, Nạp nổi
</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38"><b>Hình 2. 23: Các phương pháp sạc</b>
a.Phương pháp nạp dịng khơng đổi
Là phương pháp nạp ắc quy sao cho trong q trình nạp giữ ổn định dịng nạp ở một giá trị không đổi. Phương pháp nạp này cho phép chọn được dịng nạp thích hợp với mọi ắc quy, để sạc nhanh ắc quy.
Đây là chế độ nạp bình thường của ắc quy, sẽ đưa dung lượng của ắc quy lên 80 đến 90% dung lượng đầy. Với ắc quy chì - axit dòng nạp thường lấy là C/10. Chế độ này được duy trì nếu điện áp ắc quy ở trong khoảng 1,8V<U,<2,1V. (Khoảng 1 và khoảng 7 ).
Chế độ nạp với dịng khơng đổi này cũng được áp dụng trong chế độ nạp cân bằng, khi điện áp trên ngăn nhỏ hơn 1,8 – 1,9V. Chế độ nạp cân bằng thực hiện với dòng lớn hơn, thường là C/5. Sau chế độ nạp cân bằng thường chuyển chế độ nạp bình sang thường với dịng C/10 (Khoảng số 6 trên hình vẽ 4.1). Khi điện áp ắc quy đạt đến 2,1 V thì chuyển sang chế độ nạp với điện áp không đổi.
Chế độ nạp với dòng không đổi này phù hợp với những trường hợp dung lượng phóng của chu kỳ phóng trước đó có thể biết được. Thời gian nạp và dung lượng nạp có thể dễ dàng tính tốn được. Tuy nhiên để duy trì được dịng điện nạp chính xác và ổn định thì cần phải có một mạch nạp có giá thành cao. Việc điều khiển điện áp nạp hay giới hạn thời gian nạp là cần thiết để tránh trường hợp nạp quá.
Nhận xét:
– Ưu điểm: Thời gian sạc ngắn, đảm bảo tuổi thọ ắc quy. – Nhược điểm: Sạc không no.
</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">– Khắc phục nhược điểm: Có thể nạp theo 2 mức để giảm thời gian nạp. Lúc đầu nạp với dòng khoảng 0,3-0,6C. Sau khi bắt đầu sơi nạp với dịng 0,1C
b. Nạp với áp khơng đổi
Khi điện áp ắc quy đạt đến giá trị định mức 2,1 V chuyển chế độ nạp với áp sang không đổi, là quá trình nạp hồn thiện nhằm đưa dung lượng củ a ắc đến 100%. Điện áp nạp giữ ổn định ở mức cao, từ 2,4 đến 2,45V. Trong quá trình này dòng nạp sẽ giám về đến 0 (Khoảng 2 trên hình vẽ 4.1). Khi dịng nạp rất gần (chuyển sang chế độ nạp noi.
Tuỳ thuộc vào từng loại ắc quy sử dụng mà có thể áp dụng chế độ nạp này một cách liên tục hay gián đoạn. Chế độ nạp nổi liên tục có thể được áp dụng đối với trường hợp cần nguồn dự trữ để hoạt động khi nguồn xoay chiều có thể bị gián đoạn. Chế độ nạp theo chu kỳ khơng liên tục có thể áp dụng đối với các thiết bị di động địi hỏi chế độ nạp khơng liên tục thích hợp.
Cả hai phương pháp nạp trên đều tạo cho điện áp ổn định và giới hạn dòng nạp ban đầu của ắc quy. Đặc điểm này là cần thiết để xác định giá trị điện áp nạp dựa trên các đặc tính nạp và nhiệt độ. Việc xác định điện áp nạp khơng chính xác có thể gây ra sự cố nạp quá hoặc nạp thiếu. Hai phương pháp này đều có thể sử dụng cho cả thiết bị dự phòng và thiết bị làm việc theo chu kỳ.
Nhận xét:
– Ưu điểm: Thời gian sạc ngắn, đảm bảo tuổi thọ ắc quy. – Nhược điểm: Sạc không no.
– Khắc phục nhược điểm: Có thể nạp theo 2 mức để giảm thời gian nạp. Lúc đầu nạp với dịng khoảng 0,3-0,6C. Sau khi bắt đầu sơi nạp với dòng 0,1C
c. Nạp nổi:
Đây thực chất là khơng nạp gì mà giữ điện áp ổn định ở mức 2,25 – 2,3 V, thấp hơn so với chế độ nạp với điện áp không đổi. Trong chế độ này ắc quy đã nạp no và khơng có tải, dịng vào ắc quy bằng 0. Điện áp của bộ nguồn chi có tác dụng bù lại phần nào dòng dò của ắc quy nếu chế độ không tải này tồn tại lâu dài.
Khi ắc quy mang tải, ở khoảng 4 trên hình vẽ 4.1, nếu cuối giai đoạn này ắc quy phóng gần hết, chỉ cịn 5 đến 10% dung lượng, thể hiện ở điện áp trên ngăn xuống dưới mức 1,8 – 1,95 V, phải ngắt tải ra khỏi ắc quy và sau đó thực hiện nạp cân bằng với dòng lớn bằng C/5.
Đối với ắc quy kiềm, quá trình xảy ra cũng tương tự, nhưng với các mốc điện áp và dòng điện tương ứng khác nhau:
</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">- Nạp với dòng khơng đổi, chế độ bình thường, I b = C/5, khi 0,8V <U,< 1,2V. - Nạp với áp không đổi, chế độ hoàn thiện, Ub = 1,5 – 1,6V.
- Nạp nổi, không tải, Ub= 1,4 – 1,5V.
- Nạp cân bằng, dịng khơng đổi, I = C/2 –C/1,5. Nhận xét:
Phương pháp nạp theo dòng áp khắc phục được các nhược điểm của 2 phương chế độ nạp bám theo đường đặc tính có tác dụng nạp no, thời gian nạp ngắn.
<i><b>2.2.5 Quy trình sạc tiêu chuẩn</b></i>
Ở trên cho thấy trong 3 phương pháp sạc ắc quy axit chì, phương pháp sạc nạp dịng áp tỏ ra ưu việt nhất. Quy trình này khi đó sẽ tn thủ theo trình tự mơ tả Quy trình sạc ắc quy
<b>Hình 2. 24: Quy trình sạc ắc quy</b>
Quy trình sạc gồm 4 giai đoạn:
Giai đoạn sạc mồi: Dùng khi dung lượng ắc quy cạn về gần 0%. Lúc này khơng thể cấp ngay dịng điện lớn vào ắc quy nếu không sẽ làm hỏng ắc quy.
Giai đoạn sạc dòng lớn: Đưa dòng điện lớn ổn định vào ắc quy để làm tăng tốc độ các phản ứng hóa học bên trong ắc quy làm tăng nhanh dung lượng ắc quy. Trong giai đoạn này khoảng 80% dung lượng ắc quy được nạp và điện áp trên hai đầu ắc quy sẽ tăng dần, đến một áp cho phép thì sẽ chuyển qua giai đoạn tiếp theo.
</div>
