Ứng dụng ắc quy trên xe điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.32 MB, 121 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG ẮC QUY TRÊN XE ĐIỆN
SVTH: TRƯƠNG HUỲNH THÀNH VINH HUY
MSSV: 15145249
SVTH: ĐỖ TRỌNG NGUYỄN
MSSV: 15145303
GVHD:Th.S ĐINH TẤN NGỌC
TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Tên đề tài:
ỨNG DỤNG ẮC QUY TRÊN XE ĐIỆN
SVTH: TRƯƠNG HUỲNH THÀNH VINH HUY
MSSV: 15145249
SVTH: ĐỖ TRỌNG NGUYỄN
MSSV: 15145303
GVHD:Th.S ĐINH TẤN NGỌC
TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. TRƯƠNG HUỲNH THÀNH VINH HUY
MSSV: 15145249
2. ĐỖ TRỌNG NGUYỂN
MSSV: 15145303
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Mã ngành đào tạo: 52510205
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
Mã hệ đào tạo:
Khóa: 2015
Lớp: 151452A
1. Tên đề tài
ỨNG DỤNG ẮC QUY TRÊN XE ĐIỆN
2. Nhiệm vụ đề tài
- Tìm hiểu lịch sử ra đời của ắc quy.
- Tình hình ứng dụng của ắc quy vào xe điện trên thế giới cũng như ở Việt Nam từ trước
tới nay.
- Tìm hiểu các q trình điện hóa, nạp phóng điện, nạp phóng quá mức, hiện tượng tự
phóng của các loại ắc quy ứng dụng trên xe điện
- Tìm hiểu các phương pháp nạp điện cho ắc quy.
- Đánh giá các loại ắc quy phù hợp với các dòng xe điện hiện nay.
3. Sản phẩm của đề tài
- Power point thuyết trình
- File báo cáo, CD file mềm
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài:
2/04/2019
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/7/2019
TRƯỞNG BỘ MÔN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ mơn: Động cơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: TRƯƠNG . H . T . VINH HUY MSSV: 15145249 Hội đồng:……………
Họ và tên sinh viên: ĐỖ TRỌNG NGUYỄN
Tên đề tài:
MSSV: 15145303 Hội đồng:……………
ỨNG DỤNG ẮC QUY TRÊN XE ĐIỆN
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: ĐINH TẤN NGỌC
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN (không đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2
2.3.Kết quả đạt được:
........................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
........................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
1.
2.
Điểm
tối đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày …. tháng 7 năm 2019
Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)
3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Động cơ ô tô
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: TRƯƠNG . H . T . VINH HUY MSSV: 15145249 Hội đồng……………
Họ và tên sinh viên: ĐỖ TRỌNG NGUYỄN
MSSV: 15145303 Hội đồng……………
Tên đề tài: ỨNG DỤNG ẮC QUY TRÊN XE ĐIỆN
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV phản biện (Mã GV): …………………………………………………………..
(Mã GV:
)
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
4
5. Câu hỏi:
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
1.
2.
Điểm
tối đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày ….. tháng 07 năm 2019
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
5
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: ỨNG DỤNG ẮC QUY TRÊN XE ĐIỆN
Họ và tên Sinh viên: TRƯƠNG . H . T . VINH HUY
ĐỖ TRỌNG NGUYỄN
MSSV: 15145249
MSSV: 15145303
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh
đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:
Giảng viên hướng dẫn:
Giảng viên phản biện:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng 07 năm 2019
6
LỜI CẢM ƠN
Đề tài “ỨNG DỤNG ẮC QUY TRÊN XE ĐIỆN” là một đề tài mới lạ. Trong
khoảng thời gian ngắn với lượng kiến thức cịn hạn chế, hồn thành xong đề tài xem
như là một thành công lớn của nhóm. Để có thể hồn thành tốt đề tài cần một sự cố gắng
của cả nhóm. Và với một vai trị rất quan trọng đặc biệt đó là giáo viên hướng dẫn,
nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đinh Tấn Ngọc, người đã tận tình hướng
dẫn, chia sẻ tài liệu và đưa ra các góp ý để đề tài của nhóm có thể hồn thiện tốt hơn đề
tài. Trong q trình thực hiện đồ án, nhóm đã gặp khơng ít khó khăn cả về tài liệu tham
khảo, nhưng nhờ sự góp ý hướng dẫn quý báu của thầy mà nhóm có thể giải quyết được
vấn đề.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn thầy phản biện đã nhận xét thật cụ thể và đóng góp
những ý kiến quý báu để đồ án được hồn thiện hơn.
Để có thể thực hiện được đề tài thì kinh nghiệm tích lũy từ 4 năm Đại học rất quan
trọng, qua đó nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP. HCM và đặc biệt là các thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực đã
giúp nhóm có được kiến thức trong việc học và có thể áp dụng vào việc làm sau này.
Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè trong lớp, tuy các bạn cũng bận làm đồ án
nhưng cũng đã dành thời gian đóng góp ý kiến và giúp đỡ khi nhóm gặp khó khăn.
Xin chúc các thầy cô luôn luôn dồi dào sức khỏe, tràn đầy năng lượng, có thật nhiều
là nhiều niềm vui, hạnh phúc trong cuộc sống. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2019
Nhóm sinh viên thực hiện
-
Trương Huỳnh Thành Vinh Huy
-
Đỗ Trọng Nguyễn
i
TÓM TẮT
1. Vấn đề nghiên cứu
-
Cấu tạo các loại ắc quy.
-
Các q trình điện hóa.
-
Overcharge, overdischarge.
-
Các phương pháp nạp.
-
Hiện tượng tự phóng điện.
-
Phân loại, đánh giá.
2. Các hướng tiếp cận
-
Thơng qua sự phát triển của công nghệ ắc quy trên xe điện hiện nay, và tình hình
ứng dụng rộng rãi của các loại ắc quy trên xe điện.
-
Dựa vào tài liệu tham khảo của khóa trước cùng với sư hỗ trợ, hướng dẫn cụ thể
và cung cấp tài liệu của thầy Đinh Tấn Ngọc.
3. Cách giải quyết vấn đề
-
Tìm các tài liệu có liên quan đến ắc quy trên xe điện.
-
Tìm hiểu cụ thể các nội dung có liên quan đến đề tài.
-
Hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại ắc quy.
-
Tổng hợp các thông tin sau đó thống kê đánh giá ắc quy.
-
Tham khảo tài liệu có sẵn trên Internet, ý kiến bạn bè, sinh viên khóa trước và
đặc biệt là thầy hướng dẫn Đinh Tấn Ngọc.
4. Một số kết quả đạt được
-
Biết được lịch sử ra đời của ắc quy.
-
Ứng dụng ắc quy trên xe điện ở Việt Nam và trên thế giới từ trước đến nay.
-
Biết được các loại ắc quy trên xe điện.
-
Hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các ắc quy.
-
Đánh giá được các ưu nhược điểm các ắc quy.
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i
TÓM TẮT....................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .....................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .................................................. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ...........................................................................................viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ xi
Chương 1: MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
1.1 Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 1
1.2 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn..................................................................... 2
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn .................................................. 2
1.4 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu ........................................................... 3
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn. ....................................................... 3
2.1 Lịch sử phát triển.................................................................................................. 4
2.1.1 Những phát minh dẫn đến sự ra đời của ắc quy............................................ 4
2.1.2 Ắc quy Axit-chì............................................................................................. 6
2.1.3 Ắc quy Niken ................................................................................................ 7
2.1.4 Ắc quy Sodium-ion ....................................................................................... 8
2.1.5 Ắc quy Lithium-ion....................................................................................... 9
2.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng, phát triển ắc quy trên xe điện trên thế giới và
ở Việt Nam. .............................................................................................................. 12
2.2.1 Trên thế giới ................................................................................................ 12
2.2.2 Ở Việt Nam. ................................................................................................ 22
Chương 3: CÁC LOẠI ẮC QUY ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRÊN XE ĐIỆN.................. 24
3.1 Ắc quy Axit-chì .................................................................................................. 24
iii
3.1.1 Giới thiệu chung.......................................................................................... 24
3.1.2 Cấu tạo ........................................................................................................ 25
3.1.3 Các q trình điện hóa trong ắc quy ........................................................... 27
3.1.4 Đặc tính phóng, nạp của ắc quy Axit-chì.................................................... 29
3.1.5 Dung lượng ắc quy Axit-chì thay đổi theo nhiệt độ ................................... 31
3.1.6 Điện áp đầu ra thay đổi trong q trình phóng ........................................... 32
3.1.7 Overcharge, Overdischarge của ắc quy Axit-chì ........................................ 33
3.1.8 Hiện tượng tự phóng điện ........................................................................... 33
3.2 Ắc quy Niken-kim loại hydrat ............................................................................ 34
3.2.1 Giới thiệu chung.......................................................................................... 34
3.2.2 Cấu tạo ........................................................................................................ 35
3.2.3 Phân loại...................................................................................................... 38
3.2.4 Các q trình điện hóa ................................................................................ 40
3.2.5 Đặc tính nạp của ắc quy NiMH .................................................................. 42
3.2.6 Đặc tính phóng của ắc quy NiMH .............................................................. 43
3.2.7 Overcharge, Overdischarge của ắc quy NiMH ........................................... 44
3.2.8 Hiện tượng tự phóng điện ........................................................................... 45
3.3 Ắc quy Natri–niken clorua ................................................................................. 47
3.3.1 Giới thiệu chung.......................................................................................... 47
3.3.2 Cấu tạo ........................................................................................................ 49
3.3.3 Các q trình điện hóa ................................................................................ 52
3.3.4 Đặc tính phóng của ắc quy Na-NiCl2 .......................................................... 54
3.3.5 Đặc tính nạp của ắc quy Na-NiCl2 .............................................................. 55
3.3.6 Overcharge, Overdischarge của ắc quy Na-NiCl2 ...................................... 55
3.3.7 Tổn thất năng lượng .................................................................................... 57
iv
3.3.8 Hệ thống ắc quy Na-NiCl2 .......................................................................... 58
3.4 Ắc quy Lithium-ion ............................................................................................ 59
3.4.1 Giới thiệu chung.......................................................................................... 59
3.4.2 Cấu tạo ........................................................................................................ 60
3.4.3 Phân loại...................................................................................................... 64
3.4.4 Các q trình điện hóa ................................................................................ 67
3.4.5 Đặc tính phóng, nạp của ắc quy Li-ion ....................................................... 71
3.4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến ắc quy Li-ion ................................................ 72
3.4.7 Overcharge, Overdischarge của ắc quy Li-ion ........................................... 72
3.4.8 Hiện tượng tự phóng điện ........................................................................... 73
4.1 Phương pháp nạp bằng hiệu điện thế không đổi ................................................ 77
4.2 Phương pháp nạp bằng dịng khơng đổi ............................................................. 78
4.3 Phương pháp nạp hai nấc ................................................................................... 79
4.4 Phương pháp nạp hỗn hợp .................................................................................. 80
Chương 5: PHÂN LOẠI, ĐÁNH GIÁ CÁC LOẠI ẮC QUY TRÊN XE ĐIỆN ....... 81
5.1 Phân loại xe điện ................................................................................................ 81
5.1.1 Micro Hybrid .............................................................................................. 81
5.1.2 Mild Hybrid ................................................................................................ 82
5.1.3 Full Hybrid .................................................................................................. 83
5.1.4 Plug-in Hybrid ............................................................................................ 83
5.1.5 EV ............................................................................................................... 84
5.2 Đánh giá các loại ắc quy trên xe điện ................................................................ 86
5.2.1 Lớp một (Micro Hybrid, Mild Hybrid, Full Hybrid) .................................. 86
5.2.2 Lớp hai (EV, Plug-in Hybrid) .................................................................... 92
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................ 98
v
6.1 Kết quả đạt được ................................................................................................ 98
6.2 Kết luận .............................................................................................................. 98
6.3 Hướng phát triển của đề tài ................................................................................ 99
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... 99
PHỤ LỤC: CÁC KHÁI NIỆM................................................................................... 101
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Ký hiệu
DEC
DMC
DoD
EA
EV
Gr
HEV
ICE
LCV
LFP
Li-ion
LISICON
LMO
LTO
MB
Na-NiCl2
NCA
NiMH
NMC
PEO
PHEV
SEI
SLI
SOC
ZEBRA
MCMB
Chú thích
Diethyl Carbonate
Dimethyl Carbonate
Độ phóng sâu (Depth-of-Discharge)
Ethyl Acetate
Xe điện (Electric vehicle)
Graphite
Hybrid-Electric Vehicle
Động cơ đốt trong (Internal Combustion
Engine)
Xe thương mại (Light Commercial Vehicles)
Lithium sắt phosphate
Lithium-ion
Lithium Super Ionic Conductor
Lithium Manganese Oxide
Lithium Titanate
Methyl Butyrate
Sodium-Nickel Chloride
Lithium Nickel-Cobalt-Aluminium Oxide
Nickel-Metal Hyrdride
Lithium Nickel-Manganese-Cobalt Oxide
Polyethylen Oxit
Xe điện cắm nạp (Plug-in Hybrid Electric
Vehicle)
Chất điện phân rắn (Solid Electrolyte
Interphase)
Hệ thống điện cơ bản (Starter, Lighting,
Ignition)
Trạng thái nạp (State of charge)
Ắc quy Na-NiCl2 (nghiên cứu bởi “Zeolite
Battery Research Africa”)
Mesocarbon Microbead
Đơn vị
%
%
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Pin của Volta (trái), pin của William Cruickshank (phải) ..................................5
Hình 2.2: Pin Daniell thực tế (1836) ....................................................................................6
Hình 2.3: Mơ phỏng cấu tạo chính của pin Daniell .............................................................6
Hình 2.4: Ắc quy của Gaston Plante ....................................................................................7
Hình 2.5: Chiếc xe điện đầu tiên........................................................................................12
Hình 2.6: Chiếc xe điện của Giáo sư Sibrandus Stratingh.................................................12
Hình 2.7: Chiếc xe điện cỡ lớn của Robert Davidson .......................................................13
Hình 2.8: Chiếc xe ba bánh chạy điện của William Ayrton & John Perry ........................13
Hình 2.9: Chiếc xe điện của Thomas Parker .....................................................................14
Hình 2.10: Chiếc xe điện của Andreas Flocken.................................................................14
Hình 2.11: Chiếc xe Hybrid đầu tiên (1889) .....................................................................15
Hình 2.12: Xe điện của William Morrison ........................................................................15
Hình 2.13: Chiếc xe điện Lohner Electric Chaise .............................................................16
Hình 2.14: Xe điện Detroit Electric được sản xuất bởi cơng ty Anderson ........................17
Hình 2.15: Rambler 1967 (trái), Amitron 1969 (phải) ......................................................17
Hình 2.16: Chevrolet S10 EV 1997 (trái), Ranger EV 1998 (phải) ..................................18
Hình 2.17: Honda Insight 1999 (trái), Toyota Prius 1999 (phải) ......................................18
Hình 2.18: Các mẫu xe điện giai đoạn từ năm 2000 – đến nay .........................................20
Hình 2.19: Xe máy điện VinFast Klara .............................................................................22
Hình 3.1: Ắc quy Axit-chì ................................................................................................25
Hình 3.2: Cấu tạo ắc quy Axit-chì .....................................................................................26
Hình 3.3: Cấu tạo chi tiết bên trong ắc quy .......................................................................27
Hình 3.4: Q trình phóng điện .........................................................................................28
Hình 3.5: Q trình nạp điện .............................................................................................29
Hình 3.6: Đặc tuyến phóng - nạp của ắc quy Axit-chì ......................................................30
Hình 3.7: Dung lượng ắc quy Axit-chì theo nhiệt độ ........................................................31
Hình 3.8: Điện áp đầu ra thay đổi trong q trình phóng ..................................................32
Hình 3.9: Ắc quy NiMH sử dụng trên xe Toyota Prius .....................................................34
Hình 3.10: Ắc quy NiMH sử dụng trên xe Honda Insight .................................................35
Hình 3.11: Mặt cắt một cell ắc quy NiMH hình lăng trụ ...................................................38
viii
Hình 3.12: Mặt cắt một cell ắc quy NiMH hình lăng trụ với vỏ là cực âm .......................39
Hình 3.13: Mặt cắt một cell ắc quy NiMH hình trụ...........................................................39
Hình 3.14: Quá trình phóng điện ắc quy NiMH ................................................................41
Hình 3.15: Q trình nạp điện ắc quy NiMH ....................................................................41
Hình 3.16: Điện áp nạp và nhiệt độ ắc quy NiMH ............................................................42
Hình 3.17: Đặc tính nạp ở nhiệt độ khác nhau ..................................................................42
Hình 3.18: Quá trình phóng của ắc quy NiMH..................................................................43
Hình 3.19: Điện áp phóng thay đổi khi nhiệt độ thay đổi..................................................43
Hình 3.20: Quá trình tạo khí ở cực dương ắc quy NiMH ..................................................45
Hình 3.21: Dung lượng ắc quy NiMH ở các nhiệt độ khác nhau ......................................47
Hình 3.22: Ắc quy Na-NiCl2 ..............................................................................................48
Hình 3.23: TH!NK City .....................................................................................................48
Hình 3.24: Cấu tạo ắc quy Na-NiCl2 .................................................................................49
Hình 3. 25: Mặt cắt ngang ắc quy Na-NiCl2 ......................................................................50
Hình 3.26: Thành phần ắc quy Na-NiCl2 ...........................................................................50
Hình 3.27: Quá trình nạp điện ...........................................................................................53
Hình 3.28: Q trình phóng điện .......................................................................................53
Hình 3.29: Đo và mơ phỏng điện áp phóng của ắc quy Na-NiCl2.....................................54
Hình 3.30: Đo và mơ phỏng điện áp phóng của ắc quy Na-NiCl2.....................................54
Hình 3.31: Đo và mô phỏng điện áp nạp của ắc quy Na-NiCl2 .........................................55
Hình 3.32: Trạng thái ắc quy lúc overcharge, overdischarge và lúc bình thường ............57
Hình 3.33: Minh họa hệ thống ắc quy Na-NiCl2 ...............................................................58
Hình 3.34: Tấm làm mát ....................................................................................................58
Hình 3.35: Ắc quy Lithium trên xe Nissan ........................................................................59
Hình 3.36: Các điện cực ắc quy Li-ion ..............................................................................60
Hình 3.37: Mặt cắt một cell Li-ion hình trụ .......................................................................65
Hình 3.38: Mặt cắt một cell Li-ion hình lăng trụ ...............................................................66
Hình 3.39: Phần đầu của cell Li-ion dạng lăng trụ ............................................................66
Hình 3.40: Mặt cắt cell Li-ion dạng túi .............................................................................67
Hình 3.41: Quá trình nạp ắc quy Li-ion .............................................................................70
Hình 3.42: Q trình phóng điện ắc quy Li-ion .................................................................70
ix
Hình 3.43: Đặc tính nạp, phóng của ắc quy Li-ion ............................................................71
Hình 3.44: Điện áp, dung lượng thay đổi khi cường độ dịng điện thay đổi .....................71
Hình 3.45: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến ắc quy Li-ion .....................................................72
Hình 3.46: Quá trình phân hủy chất điện phân ..................................................................74
Hình 3.47: Lớp điện phân rắn ngăn cảng q trình tự phóng ...........................................76
Hình 4.1: Nạp bằng hiệu điện thế khơng đổi .....................................................................77
Hình 4.2: Nạp bằng dịng điện khơng đổi ..........................................................................79
Hình 4.3: Nạp hai nấc ........................................................................................................80
Hình 4.4: Nạp hỗn hợp .......................................................................................................80
Hình 5.1: Xe Micro Hybrid ................................................................................................81
Hình 5.2: Xe Mild Hybrid .................................................................................................82
Hình 5.3: Xe Full Hybrid ...................................................................................................83
Hình 5.4: Xe Plug-in Hybrid ..............................................................................................84
Hình 5.5: Xe EV ................................................................................................................85
x
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Tóm tắt lịch sử của ắc quy.................................................................................11
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật xe máy điện VinFast Klara ..................................................23
Bảng 3.1: Thông số của hợp kim AB2 và AB5 ...................................................................37
Bảng 3.3: Thông số vật liệu cực dương ắc quy Li-ion .....................................................61
Bảng 3.4: Thông số các vật liệu làm cực âm ắc quy Li-ion ..............................................62
Bảng 3.5: Thông số ắc quy Li-ion trên các xe điện ...........................................................64
Bảng 3.6: Thông số khi xảy ra phản ứng ở cực dương ......................................................68
Bảng 3.7: Thông số Graphite khi xảy ra phản ứng ở cực âm ............................................69
Bảng 3.8: Các quá trình khi nạp quá mức..........................................................................73
Bảng 3.9: Các q trình khi phóng q mức .....................................................................73
Bảng 3.10: Ảnh hưởng các chất phụ gia đến hiện tượng tự phóng ...................................75
Bảng 5.1: Tính năng của các loại xe điện ..........................................................................85
Bảng 5.2: Thông số ắc quy ứng dụng ở phân lớp một .......................................................88
Bảng 5.3: Thông số ắc quy ứng dụng ở phân lớp hai ........................................................93
xi
Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài
Do nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, cùng với sự gia tăng về sự ô nhiễm
môi trường, bởi các phương tiện giao thông chạy bằng động cơ đốt trong. Nên đã có nhiều
quan tâm hơn đến việc nghiên cứu, phát triển, ứng dụng xe điện hay xe hybrid. Những
phương tiện này là giải pháp hiệu quả cho ngành giao thơng vận tải trong việc giảm hiệu
ứng nhà kính cũng như ơ nhiễm tiếng ồn và khơng khí.
Ngành giao thơng vận tải là một đại diện tiêu biểu trong những ngành có ảnh hưởng nhất
đến mơi trường, theo số liệu thơng kê thì 23 % lượng khí nhà kính là do các phương tiện
giao thơng. Vì lý do này, năm 2015 thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu tồn cầu đã được
195 nước thành viên Liên Hợp Quốc ( trong đó có Việt Nam ) thơng qua. Thỏa thuận này
nhằm mục tiêu giảm sự nóng lên tồn cầu với hơn hai độ. Để có thể đạt được mục tiêu này
thì xe điện phải chiếm 35% tổng số xe bán ra đến năm 2030.
Để thực hiện được những điều nói trên, thì các phương tiện điện đặc biệt là ơ tô điện
phải đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Ơ tơ điện phải có cơng suất, phạm vi di
chuyển, khả năng nạp năng lượng như một ô tô sử dụng bằng động cơ đốt trong. Trong đó,
bộ phận quan trọng nhất quyết định một ơ tơ điện có hoạt động hiệu quả khơng, đó là ắc
quy.
Ắc quy được phát minh từ rất sớm khoảng cuối thế kỉ 18 đầu thế kỉ 19. Nó là thiết bị
dùng để lưu trữ, cung cấp điện cho ô tô, bằng cách chuyển đổi hóa năng thành điện năng
và ngược lại. Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại ắc quy khác nhau cung cấp cho ơ tơ
điện như Axit-chì, NiMH, Lithium, Sodium …
Nhằm tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động các loại ắc quy trên xe điện. Để từ đó
đưa ra đánh giá về hiệu quả các loại ắc quy, cũng như đề xuất các loại ắc quy mới. Được
sự hướng dẫn của thầy Đinh Tấn Ngọc chúng em đã chọn đề tài “ Ứng Dụng Ắc Quy Trên
Xe Điện “ làm luận văn của mình, chun ngành Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ.
1
1.2 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn
Mục đích
- Tìm hiểu sự ra đời của các ắc quy, cũng như tình hình nghiên cứu, phát triển, ứng dụng
ắc quy trên xe qua từng thời kì.
- Tìm hiểu về cấu tạo, ngun lý, các q trình điện hóa, các hiện tượng khi nạp và
phóng điện trong ắc quy.
- Đánh giá điện áp hoạt động, mật độ năng lượng, hiệu suất phóng, hiệu suất nạp, tuổi
thọ và độ an tồn của ắc quy.
- Đưa ra các lời khuyên đề nghị cho người tiêu dùng, cũng như đề xuất các loại ắc quy
mới trên xe điện.
Nhiệm vụ
Để đạt được những mục đích nêu trên, luận văn cần thực hiện một số nhiệm vụ cụ thể
như sau:
- Trình bày một cách logic về lịch sử ra đời cũng như phát triển của ắc quy và xe điện.
- Cho cái nhìn tổng quan về nhu cầu xe điện cũng như là ắc quy trên thế giới và ở Việt
Nam.
- Nêu được cấu tạo, nguyên lý, các quá trình hiện tượng xảy ra khi nạp và phóng ắc quy.
- Đưa ra số liệu, biểu đồ dẫn chứng cho tính hiểu quả của từng loại ắc quy.
- Có những đề xuất cho người tiêu dùng trong việc lựa chọn ắc quy trên xe điện.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn
Đối tượng nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu những nội dung cơ bản về ắc quy, luận văn đi sâu vào nghiên cứu
các vấn đề có thể làm ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của ắc quy, để từ đó đưa ra những
đánh giá.
Phạm vi nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu các loại ắc quy trên ơ tơ điện có hiệu suất, phạm vi hoạt
động tốt nhất hiện nay.
2
1.4 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý luận
Luận văn được nghiên cứu dựa trên những kiến thức về hóa học, tốn thống kê, phương
pháp phân tích về biểu đồ, điện ơ tơ được tìm hiểu ở sách chuyên ngành về ắc quy trong
và ngoài nước.
Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em được thầy hướng dẫn tìm các tài tiệu, sau đó
phân tích, tổng hợp, so sánh, chứng minh tính hiệu quả của các ắc quy.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn.
Luận văn góp phần làm rõ hơn về các loại ắc quy phổ biến trên xe điện hiện nay. Đánh
giá được hiệu suất của từng loại ắc quy.
Vì vậy luận văn có thể là tài liệu hữu ích để tham khảo về các loại ắc quy trên xe điện
hiện đại ngày nay.
3
Chương 2 : TỔNG QUAN
2.1 Lịch sử phát triển
2.1.1 Những phát minh dẫn đến sự ra đời của ắc quy
Ngày 6 tháng 11 năm 1787, giáo sư cơ thể học Luigi Galvani (1737-1798) tại trường đại
học Bologna, Italy, trong một thí nghiệm ngẫu nhiên ơng, đã phát hiện ra rằng nếu đặt dây
sắt vào cơ, và dây đồng vào dây thần kinh của một con ếch sẽ làm cho cơ thể ếch bị co giật.
Ông suy nghĩ để cố lý giải cho hiện tượng kỳ lạ này, và một ý tưởng đã lóe lên trong
đầu ơng: điện. Galvani kết luận rằng điện có trong mơ sinh vật. Ơng đặt tên cho loại điện
này là "điện của sinh vật", và công bố phát hiện của mình trên một bài báo khiến cho giới
khoa học châu Âu hết sức sững sốt với loại điện mới này.
Ngày nay, chúng ta đều biết rằng Galvani đã nhầm lẫn khi cho rằng đó là điện của sinh
vật, và ông chỉ dừng lại ở hiện tượng mà khơng tìm hiểu ngun nhân sinh ra điện. Tuy
nhiên, phát hiện trên của Galvani đã tiến rất gần tới những nguyên lý mở đường cho việc
chế tạo ắc quy sau này.
Từ khi Galvani phổ biến các phát hiện của mình về "điện của sinh vật" vào năm 1791,
tại nhiều phịng thí nghiệm lớn tại châu Âu, hàng loạt các nhà khoa học đã thực hiện các
thí nghiệm với cơ thể ếch. Các nhà khoa học bắt đầu nghi ngờ về giả thuyết "điện sinh vật"
của Galvani, trong số đó có Alessandro Volta.
Volta cho rằng mơ ếch khơng sinh ra điện mà chỉ truyền một dòng điện chạy giữa hai
kim loại. Điện sinh ra ở đây theo ông là do phản ứng hóa học giữa các kim loại và dung
dịch muối có trong cơ thể ếch.
Tiếp tục nghiên cứu, năm 1800, Volta đã thực hiện thử nghiệm dùng kẽm làm tấm tích
điện âm và đồng như một tấm tích điện dương. Sau đó, ơng xếp các tấm trái cực xen kẽ với
nhau, ngăn cách bởi miếng giấy xốp tẩm dung dịch muối (NaCl). Cuối cùng, ông nối điểm
đầu với điểm cuối với một sợi dây dẫn, và nhận thấy có 1 dịng điện chạy qua. Đây chính
là pin đầu tiên của nhân loại, tiền đề để phát minh ra ắc quy sau này. Để tưởng nhớ ơng
người ta cịn đặt tên ơng cho đơn vị lực điện động của dịng điện.
4
Hình 2.1: Pin của Volta (trái), pin của William Cruickshank (phải)
Pin của Volta bao gồm các tấm xốp ngâm nước muối được kẹp giữa các tấm kẽm và
đồng sau đó xếp thành một chồng. Điều này dẫn đến rò rỉ chất điện phân vì trọng lượng
của các tấm điện cực chồng lên tấm xốp làm chất điện phân ra khỏi tấm xốp. Từ đó William
Cruickshank là một bác sĩ phẫu thuật và là nhà hóa học người Scotland, đồng thời là giáo
sư hóa học tại Học viện Qn sự Hồng gia Woolwich đã đề xuất phương pháp dùng các
tấm kẽm và đồng có cùng kích thước, xếp xen kẽ với nhau, đặt vào một hộp gỗ dài hình
chữ nhật. Bên trong hộp có các rãnh để giữ cố định các tấm kim loại, và chứa axit
sulfuric loãng để làm chất điện phân. Thiết kế này có ưu điểm so với mơ hình ban đầu của
Volta là khơng bị khơ ( kéo dài tuổi thọ ), có thể cung cấp được dòng điện mạnh hơn nhưng
chưa giải quyết được vấn đề khí H2 hình thành bám vào điện cực của ắc quy làm rút ngắn
tuổi thọ của ắc quy .
Đến năm 1836, nhà hóa học người Anh, John F. Daniell đã phát triển một phiên bản
hoàn thiện hơn với hiệu suất được cải thiện và tạo ra dòng điện ổn định hơn so với nguyên
bản ban đầu của Volta hay Cruickshank. Với ý tưởng là tách 2 cực kẽm và đồng ra, đặt
kẽm vào dung dịch ZnSO4, cịn đồng thì đặt vào dung dịch đồng (II) sulfat CuSO4, và 2
dung dịch nối với nhau bởi cầu muối thường là kali nitrat dùng để trung hịa điện tích lúc
phóng điện, sáng kiến này nhằm hạn chế hình thành khí H2 ở cực dương của đồng khắc
phục nhược điểm pin của Volta và Cruickshank. Pin cung cấp điện áp khoảng 1,1 Volt.
5
Hình 2.2: Pin Daniell thực tế (1836)
Hình 2.3: Mơ phỏng cấu tạo chính của pin Daniell
Nhìn chung pin thời kì bấy giờ có điện áp thấp, thời gian hoạt động ngắn vấn đề an toàn
khi sử dụng chưa được quan tâm, toàn bộ đều là pin sơ cấp, nghĩa là chỉ dùng được 1 lần
và không thể nạp để tái sử dụng được. Nhưng cũng đã hình những cơ sở lý thuyết quan
trọng để phát triển ắc quy về sau.
2.1.2 Ắc quy Axit-chì
Vào năm 1859, nhà vật lí người Pháp Gaston Planté đã phát minh ra ắc quy sạc đầu tiên.
Mơ hình ắc quy đầu tiên của ơng gồm hai tấm chì được phân tách bởi cao su và cuộn thành
hình xoắn ốc ngâm trong dung dịch axit sunfuric. Kết quả là nó được ứng dụng thành cơng
để cung cấp năng lượng cho đèn trong toa tàu khi dừng tại một nhà ga.
6
