Báo cáo Nghiên cứu các đặc tính xe điện (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu các đặc tính xe điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH XE ĐIỆN S K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: T2011 - 24 S K C 0 0 3 6 3 5 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH XE ĐIỆN Mã số: T2011-24 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Ngọc Âu TP. HCM, 1/2012
3. MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN 3 I.1. Lịch sử xe điện 3 I.2. Lịch sử xe ô tô điện 7 I.3. Xe điện với vấn đề tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường 7 CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN CUNG CẤP CHO XE ĐIỆN . I. Tổng quát 9 II. Các thông số của ắc quy 10 III. Các loại ắc quy 12 CHƯƠNG III. NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ĐIỆN DÙNG CHO XE ĐIỆN 18 I. Tổng quan vềy động cơ dùng cho xe điện 18 II. Yêu cầu động cơ dùng cho xe điện 19 III. Động cơ một chiều kích từ độc lập 19 IV. Động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc 22 CHƯƠNG IV. CÁC BỘ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CẤP NGUỒN CUNG CẤP CHO XE ĐIỆN (BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP – CHOPPER) 28 I. Bộ biến đổi xung áp giảm áp- Loại A 28 II. Bộ biến đổi xung áp tăng áp- Loại B. . 29 III. Bộ biến đổi xung áp Loại C 30 IV. Bộ biến đổi xung áp Loại D 30 V. Bộ biến đổi xung áp Loại E . 31 CHƯƠNG V. TÍNH TOÁN CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ DUNG LƯỢNG ẮCQUY CHO XE ĐIỆN 33 I. Chọn công suất động cơ. 33 II. Chọn dung lượng ắc quy 35 III. Kết quả tính toán 35 CHƯƠNG KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO
4. Chương mở đầu CHƢƠNG MỞ ĐẦU I. Đặt vấn đề: Ngày nay, Chúng ta phải đối mặt với nạn ô nhiễm và việc nóng dần lên của trái đất. Các chất đốt hóa thạch ngày càng khan hiếm và gây ô nhiễm môi trường, tình trạng kẹt xe ở các thành phố lớn trên thế giới là một vấn nạn, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM đặc biệt quan tâm đến vấn đề tiết kiệm năng lượng và đăng cai tổ chức hội thảo quốc tế về năng lượng xanh vào năm 2012. Nhận thấy, việc sử dụng xe điện phần nào giúp giải quyết các vấn nạn trên, tuy nhiên tại Việt Nam những nghiên cứu về xe điện hiện nay chưa được nghiên cứu sâu rộng. Đề tài “Nghiên cứu đặc tính xe điện” bước đầu tìm hiểu các loại xe điện, nghiên cứu các bộ phận quan trọng của xe điện như accu, động cơ điện, bộ nguồn cấp cho động cơ ứng dụng cho xe điện, đề tài là một phần nội dung trong dự án nghiên cứu chế tạo xe điện sử dụng năng lượng mặt trời của Khoa Điện Điện Tử, ngoài Nghiên cứu đặc tính xe điện còn các đề tài khác cùng dự án như: Nghiên cứu pin năng lượng mặt trời, điều khiển cơ cấu xoay pin, bộ dò tìm công suất cực đại; Nghiên cứu hệ thống giám sát, hiển thị thông số vận hành, báo tình trạng năng lượng hiện tại, cảnh báo tình trạng làm việc không bình thường, của các bộ phận, và hệ thống hỗ trợ gồm truy cập internet, dò đường, hệ thống định vị GMS Đề tài hoàn thành góp phần chung trong định hướng của Khoa Điện Điện Tử cho việc nghiên cứu tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và sử dụng năng lượng xanh trong thời gian tới . II. Mục đích: - Tìm hiểu tổng quan về xe điện - Tìm hiểu bộ tích trữ năng lượng accu - Tìm hiểu các loại động cơ điện dùng cho xe điện - Tìm hiểu bộ biến đổi năng lượng cung cấp nguồn cho xe điện III. Nội dung: Đề tài bao gồm những nội dung chính sau: Chương mở đầu Chương 1. Nghiên cứu tổng quan về xe điện Chương 2. Nghiên cứu bộ tích trữ năng lượng accu dùng cho xe điện Chương 3. Nghiên cứu động cơ điện dùng cho xe điện Chương 4. Bộ biến đổi năng lượng cung cấp nguồn cho động cơ xe điện (Chopper) Chương 5. Tính toán chọn công suất động cơ và dung lượng ắc quy cho xe điện Chương kết luận. 1
5. Chương mở đầu IV. Kế hoạch thực hiện: Nội dung Thời gian thực hiện Chƣơng 1. Tổng quan về xe điện 04/2011-5/2011 1. Tổng quan. 2. Lịch sử xe điện 3. Xe điện với vấn đề tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường Chƣơng 2. Nghiên cứu bộ tích trữ năng lƣợng accu 06/2011 – 07/2011 dùng cho xe điện 1. Tổng quát 2. Các loại accu 3. Cấu trúc accu 4. Vấn đề nạp điện cho accu 5. Tính toán lựa chọn dung lượng accu Chƣơng 3 Nghiên cứu động cơ điện dùng cho xe điện 08/2011-9/2011 1. Tổng quát 2. Động cơ DC 3. Động cơ AC 4. Tính toán lựa chọn động cơ cho xe điện Chƣơng 4. Tìm hiểu các bộ biến đổi năng lƣợng cung 10/2011 –12/2011 cấp nguồn cho động cơ xe điện 1. Bộ biến đổi xung áp giảm áp (Chopper Class A) 2. Bộ biến đổi xung áp tăng áp (Chopper Class B) 3. Bộ biến đổi xung áp (Chopper Class C) 4. Bộ biến đổi xung áp (Chopper Class B) 5. Bộ biến đổi xung áp (chopper class D) 6. Bộ biến đổi xung áp (chopper class E) Chƣơng 5. Tính chọn công suất động cơ và dung lƣợng ắc quy xe điện 2
6. Chương 1 Tổng quan về xe điện CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN I. Lịch sử xe ô tô điện : Các tập đoàn ôtô hàng đầu thế giới ra sức cải tiến công nghệ cho phù hợp tiêu chuẩn khí thải và sự biến động của giá nhiên liệu. Xe điện trở thành một trong các hướng phát triển, bên cạnh công nghệ lai và dầu diesel sạch. Nhìn lại lịch sử phát triển của xe điện, chúng ta hãy cùng đến với 6 chiếc xe là dấu mốc quan trọng của công nghệ mới mẻ này theo bình chọn của MSNbc. 1. 1922 - Detroit Electric model 90 Xe điện đã được phát triển từ khá lâu. Thậm chí chúng còn thông dụng hơn xe chạy xăng vào thời kỳ đầu của xe hơi. Theo các nhà sử học, cũng vì được phụ nữ ưa chuộng mà xe điện trở thành kiêng kỵ đối với các quý ông, không người đàn ông nào muốn bị bắt gặp đang ngồi trên một chiếc ôtô chạy điện. Hình 1.5 Detroit Electric 1914 Có nhiều hãng sản xuất xe điện vào thời đó như Babcock Electric (1916 - 1912), Baker Electric (1899 - 1916), Ohio Electric (1908 - 1918) Detroit Electric là nhà sản xuất xe điện nổi tiếng nhất và tồn tại lâu nhất, từ 1907 đến tận 1942. Chính phu nhân của Henry Ford, Clara Ford, đã nảy sinh mâu thuẫn với chồng khi không lựa chọn sản phẩm của gia đình là Model T, thay vào đó là một chiếc Detroit Electric 1914. Bà thường dùng chiếc xe đó để đi thăm bạn bè và họ hàng. 2. 1974 - Serbing-Vanguard Citicar Trong thời kỳ xảy ra khủng hoảng năng lượng những năm 1970, Serbing- Vanguard Citicar được lựa chọn thay cho các phương tiện giao thông khác, tạo nên cơn sốt xe cỡ nhỏ. Cho tới 1977, nhà sản xuất đã bán được tới 2.300 chiếc Citicar có 3
7. Chương 1 Tổng quan về xe điện tầm hoạt động 80 km và tốc độ tối đa 45 km/h. Khách hàng cũng có thể lựa chọn nâng cấp từ phiên bản 3,5 mã lực lên 5 mã lực với tốc độ tối đa lên khoảng 60 km/h. Hình 1.5 Hình một xe điện thiết kế nhỏ gọn Đến 1976, số lượng Citicar tiêu thụ đã đưa Serbing - Vanguard lên vị trí thứ 6 tại Mỹ sau GM, Ford, Chrysler, AMC và Checker. Sau đó, tập đoàn Commuter Vehicles đã mua lại thiết kế Citicar và đổi tên là Commuta - Car. Phiên bản nâng cấp được tiếp tục sản xuất vào năm 1979, có khoảng 2 nghìn chiếc Comuta-car và Comuta-van đã được xuất xưởng. Với 4.300 chiếc, Citicar hay Comuta-car hiện đang giữ kỷ lục về lượng xe điện sản xuất trong lịch sử ngành ôtô. 3. 1996 - General Motor EV1 Những năm đầu thập kỷ 90, GM đã đổ hàng tỷ USD vào nghiên cứu xe điện và cho ra đời mẫu xe điện đầu tiên của hãng EV1. Thế hệ đầu tiên của EV1 gắn ắc quy chì- axit, giới hạn chạy từ 120 đến 160 km. Thế hệ thứ 2 thay bằng ắc quy niken hydrua nâng giới hạn chạy lên 120 đến 240 km nhưng vẫn không đáp ứng được nhu cầu của người dùng khi đó. Mặc dù được coi là chiếc xe điện tốt nhất thế giới nhưng EV1 vẫn không thể so sánh với các mẫu xe sử dụng động cơ đốt trong. 4
8. Chương 1 Tổng quan về xe điện Hình 1.6 Mẫu xe của GM General Motor EV1 1996 Một vấn đề nữa là giá của chiếc xe, GM chỉ cho phép thuê EV1 trong 3 năm hoặc 48 nghìn km với giá từ 34 nghìn đến 44 nghìn USD. Giải pháp duy nhất cho EV1 là ngừng sản xuất do không thể hòa vốn. 4. 2002 - Ford Th!nk City Cháu trai của Henry Ford, Bill Ford, đã mạo hiểm đưa tập đoàn của mình vào nghiên cứu công nghệ xe sạch sau khi ông lên làm chủ tịch kiêm Tổng Giám Đốc Ford. Khởi đầu bằng việc mua lại hãng sản xuất xe điện Nauy- Th!nk. Th!nk từng nổi tiếng từ trước đó với những chiếc xe sân gôn đáng tự hào, nhưng với City, thương hiệu này mới có được một chiếc xe thực thụ. Th!nk City là chiếc xe điện đầu tiên trên thế giới vượt qua kiểm tra va đập và đủ chất lượng chạy đường cao tốc năm 2008. Tốc độ tối đa 105 km/h và giới hạn chạy 210 km/1 lần sạc, tăng tốc 50 km/h trong 6,5 giây và 80 km/h trong 16 giây. Hình 1.7 Mẫu Ford Th!nk City năm 2002 5
9. Chương 1 Tổng quan về xe điện Tuy nhiên, vào năm 2002, khi Th!nk City vẫn còn trong tay Ford, Th!nk City từng bị thu hồi rất nhiều do các lỗi kỹ thuật. Ford đã quyết định dừng chiến dịch quảng bá cho Th!nk City và bán lại cho một tập đoàn sản xuất xe điện của Thụy Sĩ, những chiếc Th!nk City được xuất khẩu ngược lại Nauy do nhu cầu xe điện tại đây đang cao. Th!nk City được sản xuất tiếp vào năm 2007. 5. 2008 - GEM e4 Chrysler đã đầu tư vào hãng sản xuất xe điện Global Electric Motocar họ nhận thấy tiềm năng của thị trường xe điện tốc độ thấp hay còn gọi là NEV (Neighborhood electric vehicle). Mặc dù chỉ có vận tốc tối đa 40 km/h và giới hạn chạy 48 km nhưng những chiếc xe của GEM được ứng dụng khá rộng rãi và phù hợp yêu cầu của nhiều loại hình công việc. Sáu mẫu xe cơ bản của GEM là e2 (2 chỗ), e4 (4 chỗ), e6 (6 chỗ), eS, eL, eL XD (thêm giá chở hàng phía sau) được sử dụng hàng ngày trong các mục đích như đi dạo, tuần tra đường phố hoặc công viên, chở khách du lịch, bán hàng lưu động, sử dụng trong bệnh viện, sân bay hay sân gôn Đến nay, hơn 35 nghìn chiếc GEM đã được sản xuất và tiêu thụ và tiềm năng của GEM vẫn còn rất lớn. Hình 1.8 Mẫu xe GEM của hãng Global Electric Motocar 2008 6. 2011 - Chevrolet Volt Bước phát triển tiếp theo của ngành công nghiệp xe điện được trông chờ vào Chevrolet Volt, hứa hẹn sẽ được đưa ra thị trường với phiên bản 2011. Mặc dù được Hiệp hội kỹ sư ngành ôtô xếp loại vào xe plug-in hybrid (hybrid sạc điện gia dụng), nhưng nhà sản xuất lại tránh dùng từ “hybrid” để chỉ chiếc xe của họ. 6