Nghiên cứu mô phỏng đặc tính ắc quy chì axit trên ô tô điện

- Chương 2: Đặc điểm và quá trình phóng của ắc quy.
- Việc sử dụng năng lượng mặt trời để nạp điện cho ắc quy là một hướng đi đáng ghi nhận, tuy vậy nó chưa thể được sử dụng cho ô tô điện.
- Hoàn toàn có thể đáp ứng tầm hoạt động dưới 500 km bằng loại ắc quy Lithium –ion.
- Có thể thu hồi năng lượng trong quá trình phanh (bằng cách chuyển động năng của xe thành năng lượng lưu giữ vào ắc quy.
- Một số loại ắc quy hoạt động kém hiệu quả khi gặp thời tiết lạnh giá.
- Tuy nhiên, loại ắc quy này có mật độ năng lượng thấp nên rất nặng, tuổi thọ kém (thường là 3 năm với điều kiện vận hành đúng tiêu chuẩn), nạp chậm và khó tái chế.
- Cho đến nay, đây là loại ắc quy được sử dụng phổ biến nhất cho ô tô điện trong nghiên cứu và trong công nghiệp.
- Tuy nhiên, giá thành cao là một trong những vấn đề không nhỏ của ắc quy Lithium.
- Do vậy, về lâu dài, ắc quy Lithium cũng không phải là nguồn năng lượng tối ưu cho ô tô điện.
- Bởi vậy, tụ điện có khả năng phóng và nạp điện rất nhanh so với ắc quy.
- Trong các hệ thống ắc quy thực tế, dung lượng phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện phóng.
- Sự khác biệt này là do sự phụ thuộc vào các phản ứng hóa học ở bên trong ắc quy.
- Khi không được sử dụng, ắc quy thể hiện các mức độ tự phóng khác nhau theo thời gian.
- Đặc điểm này khiến cho năng lượng tích lũy trong ắc quy bị tiêu hao.
- Điện trở trong của ắc quy có thể xác định được qua thực nghiệm bằng việc sử dụng mạch test hình 2.1.
- e Hình 2.1: Mn tr trong RiDC 29 Tương ứng , điện trở trong của ắc quy được xác định.
- Hiệu suất Faraday hay còn gọi là hiệu suất nạp của ắc quy xác định bởi tỉ lệ dung lượng phóng (Ah) và dung lượng nạp (Ah).
- Thông số này cho phép ước lượng hiệu suất nạp có thể đạt được của một hệ thống ắc quy cụ thể.
- Trạng thái nạp của ắc quy là một thông số không thứ nguyên thể hiện dung lượng hiện tại so với điện dung danh định của ắc quy.
- Khi ắc quy được phóng và nạp, SOC chỉ ra tỉ lệ giữa tổng năng lượng đã bị tiêu hao hoặc đã được nạp vào ắc quy.
- Trong hầu hết các phương pháp xác định SOC, dòng điện ắc quy được lấy tích phân trên toàn bộ thời gian và liên hệ với điện dung danh định.
- (2.7) Với T là chu kì trích mẫu và đủ nhỏ để giả thiết rằng dòng điện ắc quy giữ nguyên không đổi.
- Các tính toán tối ưu hóa việc nạp lại mà không tổn hại đến tuổi thọ ắc quy.
- SOC ngăn ngừa các ắc quy khi sạc đầy quá mức và ngăn ngừa xả ngẫu nhiên.
- Bằng việc kiểm soát và điều khiển theo SOC sẽ cải thiện tuổi thọ ắc quy là 5%.
- Hình 2-2 So sánh tỷ lệ tái nạp của ắc quy có điều khiển theo SOC và không có điều khiển SOC theo thời gian.
- Ngoài ra, dung lượng của ắc quy cũng được cải thiện như thể hiện trong Hình 2-3.
- SOC của ắc quy trong thực tế được ước tính mỗi khoảng thời gian một cách lặp đi lặp lại.
- Ước tính trở kháng Rint của ắc quy bằng cách nội suy trong SOC với bảng trở kháng ắc quy.Tính toán trở kháng ắc quy trung bình (Rave) cho khoảng thời gian.
- Trở kháng ắc quy Rave trung bình được thể hiện như: Rave = ½( R0 + R1.
- 2.11) R0 là trở kháng ắc quy lúc bắt đầu của khoảng thời gian đo lường SOC.
- 2.13 ) Điều chỉnh điện áp ắc quy bằng cách sử dụng phương trình V = vavg  (I ×Ravg.
- 2.15 ) Trong đó P là công suất bắt nguồn từ ắc quy và C là dung lượng Ah của ắc quy.
- Chu trình kiểm tra ắc quy (BTTF) vào năm 1988 cung cấp một mô phỏng hiệu quả quá trình phóng điện phù hợp với động lực học của xe (đối với chu kỳ kiểm tra lái xe) trong phòng thí nghiệm.
- Bắt đầu với một ắc quy được sạc đầy, ắc quy được phóng bằng cách áp dụng chu trình công suất DST.
- Điểm xả cuối cùng dựa trên dung lượng ắc quy được lấy ra (tổng Ah phóng- Ah tái sinh).
- Ngoài ra, các kiểm tra DST cung cấp cái nhìn sâu sắc vào sự thay đổi điện trở trong của ắc quy trong điều kiện mô phỏng sự chuyển động của xe điện (Ev).
- Ngoài ra, để thực hiện được cách này ở điều kiện nhiệt độ trong phòng khác nhau cũng ảnh hưởng của nhiệt độ của bình ắc quy .
- Ta thử nghiệm nhiệt độ của bình ắc quy ở 3 nhiệt độ khác nhau như 10°C, 25°C, và 50°C 34 Bng 2.
- Điện áp kết thúc thử nghiệm DST khi điện áp ắc quy đạt đến 9 volt.
- Nguyên nhân chính của các gói ắc quy hỏng là do việc phóng và nạp lặp đi lặp lại các tế bào không đều.
- Cả hai việc nạp và phóng của ắc quy phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ.
- Do có sự chênh lệch về nhiệt độ trên các cạnh bên ngoài của các gói ắc quy và bên trong của gói ắc quy.
- Nhiệt độ trên các cạnh bên ngoài của gói ắc quy thấp hơn nhiệt độ ở bên trong của các gói ắc quy.
- Do có sự khác nhau về nhiệt độ nên có một sự thay đổi tương ứng dung lượng phóng của ắc quy.
- 36 Các gói ắc quy có điểm cắt thường được xác định bởi một điện áp tổng gói ắc quy.
- Khi ắc quy phóng điện, các ắc quy đơn có nhiệt độ thấp thì có dung lượng thấp hơn dung lượng của các ắc quy đơn có nhiệt độ cao.
- Dần dần các quá trình trên được lặp đi lặp lại sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc quy.
- Dung lượng thực của từng tế bào ắc quy được tính toán như sau CT = C T Với T là nhiệt độ tính theo oF C30 là dung lượng của ắc quy tại dòng phóng 30A Hình 2.6 :Bii cn áp khi ng i.
- Độ sâu xả Tải điện áp 37 Ngoài ra, biến đổi của nhiệt độ và ảnh hưởng của nó tới dung lượng của ắc quy cho ắc quy có dung lượng 85 Ah dung lương giảm xuống thấp hơn 40 Ah ở 0 ° C.
- Hình 2-6 Minh họa sự biến đổi của dung lượng ắc quy hữu ích và điện áp ắc quy với thay đổi dòng điện phóng ở mức 80 ° F.
- Thời gian này phụ thuộc vào điện trở trong và điện dung trong của ắc quy.
- 38 Giá trị điện áp của ắc quy NiMH bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng quá độ, nhiệt độ phóng và mức độ phóng.
- Trong mọi điều kiện, khi ắc quy phóng quá 80% SOC thì điện áp sụt giảm nhanh chóng thể hiện trên hình 2-8.
- 39 Trên hình 2.9 ta thấy khi lái xe trong các điều kiện khác nhau ta thấy sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng phóng của ắc quy như sau.
- Ở nhiệt độ -20oC dung lượng phóng của ắc quy chỉ đạt được 20%, khi ở nhiệt độ - 10oC dung lượng phóng của ắc quy là 50%, khi ở nhiệt độ 0oC dung lượng phóng của ắc quy là 80.
- khi ở nhiệt độ 20oC dung lượng phóng của ắc quy là 100% giá trị danh nghĩa, khi ở nhiệt độ trên 25oC dung lượng phóng của ắc quy khoảng 90% cho đến 80% giá trị danh nghĩa.
- Do đó cần phải duy trì nhiệt độ của ắc quy ở nhiệt độ khoảng 20- 25oC để dung lượng phóng của ắc quy đạt 80 đến 90% dung lượng danh nghĩa.
- Trên Hình 2.10 khi ắc quy đầy bình điện áp là 2v, nếu phóng với điện áp là 2v thì dung lượng phóng của ắc quy là 25%, dung lượng còn lại của ắc quy là 75%.
- (n –1)] 200 mV ( 2.17 ) Trong đó EODV là điện áp cuối phóng của một ắc quy đơn.
- MPV là điện áp điểm giữa duy nhất ở mức độ phóng và n là số lượng các ắc quy đơn trong một gói ắc quy.
- Mỗi module ắc quy Li-ion được trang bị với một bộ mô-đun điều khiển điện tử.
- Với mật độ năng lượng ắc quy theo trọng lượng và thể tích cao phù hợp cho các ứng dụng xe thuần điện.
- Tuy nhiên, khả năng tỷ lệ dòng điện của hệ thống ắc quy Li-ion là không đủ cho các ứng dụng xe hybrid điện.
- Trong thực tế thì năng lượng riêng của ắc quy cũng chỉ đạt tối đa là 80(Whr/kg.
- Những đặc điểm phóng này làm cho ắc quy Li-ion là một ứng cử viên thích hợp cho thiết kế ứng dụng xe điện.
- mô hình ắc quy.
- Battery:khối mô phỏng hoạt động của ắc quy trong quá trình phóng điện.
- Mô hình động cơ điện cũng tính toán cường độ dòng điện yêu cầu cung cấp thông qua điện áp thực tế của ắc quy.
- 3.1.3 Mô hình mô phng c quy chì - axit Nhiệm vụ đầu tiên trong việc mô phỏng sự làm việc của ắc quy là xây dựng một mạch tương đương.
- Mạch tương này không mô hình hóa trực tiếp các đặc tính hóa học bên trong bình ắc quy chì – axit.
- mạch tương đương được thiết lập theo kinh nghiệm gần đúng với hoạt động của ắc quy.
- Hình 3.9: M c quy I Im Ip [Nhánh chính] [Nhánh kí sinh] 53 Mạch tương đương mô tả một ngăn pin trong ắc quy.
- Do đó, suất điện động này chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và trạng thái nạp SOC của ắc quy.
- Em0: Điện thế mạch hở khi ắc quy được sạc đầy [V].
- SOC: Trạng thái nạp ắc quy.
- Hình 3.11: Mô hình mô phn tr u cc n tr nhánh chính R1 Phương trình (3.9) tính toán điện trở trong nhánh chính của ắc quy.
- Giá trị điện trở phụ thuộc vào điện lượng dòng điện phóng DOC - là một thông số điều chỉnh điện lượng ắc quy cho dòng phóng.
- Điện trở này tăng theo hàm mũ khi ắc quy trong quá trình phóng điện.
- Hình 3.12: Mô hình mô phn tr nhánh chính khi phóng n ký sinh Phương trình (3.10) tính toán dòng điện ký sinh tổn hao khi ắc quy được sạc.
- Dòng điện này phụ thuộc vào nhiệt độ dung dịch ắc quy và điện thế tại nhánh ký sinh.
- Dòng điện này rất nhỏ trong hầu hết các điều kiện, ngoại trừ trong trường hợp ắc quy ở trạng thái nạp SOC cao.
- Nhiệt dung dịch bình ắc quy [°C.
- Dung lượng được xác định lượng lớn nhất quá trình sạc mà ắc quy có thể lưu trữ.
- Điện lượng theo dòng phóng DOC được xác định qua tỷ số điện lượng ắc quy trên dung lượng có ích, bởi vì dung lượng có ích giảm khi dòng điện phóng tăng.
- ng phóng Phương trình (3.11) theo điện lượng thoát ra trong quá trình ắc quy hoạt động.
- Dung lượng của ắc quy tính bằng tích phân đơn giản theo dòng điện.
- T ng C Phương trình (3.12) tính toán dung lượng ắc quy dựa trên dòng điện phóng và nhiệt dung dịch bình ắc quy.
- Ắc quy ô tô được kiểm tra trong suốt một phạm vi rộng nhiệt môi trường.
- Các kết quả thí nghiệm trên toàn bộ phạm vi kiểm tra dòng cho thấy dung lượng ắc quy đã bắt đầu giảm tại nhiệt độ trên khoảng 60°C.
- Bảng tra cứu (LUT) biến số Kt trong phương trình (3.12) được sử dụng để thực nghiệm mô hình phụ thuộc nhiệt độ của dung lượng ắc quy.
- Tr ng theo dòng phóng DOC Phương trình (3.13) tính toán SOC và DOC bằng tỷ số của biến điện lượng trên tổng dung lượng ắc quy.
- Cường độ dòng phóng lớn hơn làm điện lượng của ắc quy hao hụt nhanh hơn, vì vậy DOC luôn nhỏ hơn hoặc bằng SOC.
- 59 Hình ng c quy 3.1.3.6 Mô hình nhit Khối “Themal Model” trong Hình 3.15 theo dõi nhiệt độ dung dịch bình ắc quy.
- Nhiệt độ bình ắc quy [°C].
- Từ phương trình (3.15) sử dụng phần mềm Matlab-Simulink, ta xây dựng được mô hình nhiệt độ ắc quy như trên Hình 3.15.
- Sử dụng phần mềm Matlab-Simulink, ta xây dựng được mô hình nhiệt độ ắc quy như trên Hình 3.16.
- 61 Hình 3.16: Mô hình khi tính toán mch Sơ đồ cấu trúc tổng thể mô hình ắc quy được thể hiện trên Hình 3.17, bao gồm 7 khối chính đã được trình bày ở các phần trên.
- Tín hiệu đầu ra gồm: điện áp ắc quy (Votage), nhiệt độ bình ắc quy (temp battery) và các trạng thái điện lượng của ắc quy (DOC_SOC).
- 69 Từ đồ thị SOC ở dạng step, ta thấy lượng ắc quy còn lại ở các mức đạp ga là tương đương nhau ở các chế độ bàn đạp ga

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt