Tính toán thiết kế hệ thống trạm sạc xe điện sử dụng năng lượng mặt trời tại sân bay quốc tế đà nẵng

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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN LÊ KIM THỊNH

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM SẠC

XE ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

TẠI SÂN BAY QUỐC TẾ ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số : 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH TRUNG HIẾU

Đà Nẵng - Năm 2019

Các số liệu kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

NGUYỄN LÊ KIM THỊNH

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM SẠC XE ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI SÂN BAY QUỐC TẾ ĐÀ NẴNG

Học viên: Nguyễn Lê Kim Thịnh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201 - Khóa: K34.KTĐ - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Trong lĩnh vực Hàng không, tại Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung,

vấn đề sử dụng năng lượng tái tạo nhằm đa dạng hóa và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng đồng thời tiết kiệm năng lượng trong khu vực khai thác Đối với các Cảng Hàng không quốc tế tại Việt Nam, với tần suất bay như hiện nay và việc mở rộng nhà

ga mới, tiếp nhận nhiều loại máy bay, trong đó có các máy bay có sức chở lớn sẽ làm gia tăng mức độ ô nhiễm không khí và ô nhiễm tiếng ồn Vì vậy, cần thiết phải có những nghiên cứu, ứng dụng thử nghiệm phương tiện vận chuyển hàng hóa, hành khách sử dụng nguồn năng lượng điện thay thế xăng, dầu truyền thống nhằm giảm thiểu ô nhiễm Vì lý do đó, luận văn này tính toán và thiết kế trạm sạc xe điện sử dụng năng lượng mặt trời tại sân bay quốc tế Đà Nẵng kết hợp sử dụng phần mềm PV*Sol

2019 để thiết kế, tính toán và mô phỏng sự hoạt động của trạm sạc xe điện Nghiên cứu này áp dụng mô hình đề xuất cho Tổng công ty cảng hàng không Việt Nam để đánh giá về mặt kỹ thuật và tính khả thi về mặt kinh tế và đưa ra các hướng phát triển

tiếp theo

Từ khóa –Xe điện; Trạm sạc xe điện; Năng lượng mặt trời; Năng lượng tái tạo;

CALCULATION AND DESIGNING AN ELECTRIC VEHICLE CHARGING STATION SYSTEM USING THE PHOTOVOLTAIC SYSTEM AT DA NANG

INTERNATIONAL AIRPORT Abtract - In the aviation field, the world in general and Vietnam in paticular, using the

renewable energy to diversify energy sources, increasing the efficiency and saving the energy have been the problems that is very concerned For Vietnam international airports, with the cuurent flight frequency, expanding the scale of airport and receiving the new bigger aircrafts which are increasing the air and noise pollution level Therefore, it is necessary to research the new equipments, vehicles in goods and passenger transport which using renewable energy instead of gasoline and diesel oil to minimize pollution For this purpose, this thesis designs and calculates an electric vehicle charging station using the the photovoltaic system by using PV*Sol 2019 software to design, calculate and simulate the Evs Charging station operation This project applies the proposed model to Airports Corporation of Viet Nam to verify its technical and economic feasibility and perspective of the work in issue the next development

Key words –Electrical vehicle; Charging station; Photovoltaic systems; Renewable

energy; Stored in a battery

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

Dàn ý nội dung chính 2

7 Tổng quan về tài liệu nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN VÀ TRẠM SẠC XE ĐIỆN 3

1.1 Tổng quan về xe điện 3

1.1.1 Xe điện lai (HEV - Hybrid Electric Vehicles) 3

1.1.2 Xe điện hỗn hợp (PHEV - Plug-in Hybrids Electric Vehicles) 3

1.1.3 Xe điện chạy hoàn toàn bằng pin (BEV - Battery Electric Vehicles) 3

1.1.4 Xe điện có tầm xa hoạt động xa (EREV - Ex tended Range Electric Vehicles) 3

1.2 Các chế độ sạc cho trạm sạc xe điện 4

1.2.1 Sạc ở Cấp 1 – 120V AC 5

1.2.2 Sạc ở Cấp 2 – 208 VAC đến 240 VAC 6

1.2.3 Sạc ở Cấp 3 – 200 VDC đến 450 VDC 7

1.3 Trạm sạc xe điện 9

1.3.1 Thiết bị đảm bảo an toàn trong trạm sạc xe điện 10

1.3.2 Tiêu chuẩn chứng nhận thiết bị điện 10

1.4 Tiêu chuẩn thiết kế 11

1.4.1 Chuẩn SAE J1772 - sạc bằng dòng xoay chiều - AC 11

1.4.2 Chuẩn SAE J1772 –Sạc nhanh bằng dòng điện một chiều – DC 13

1.4.3 Tiêu chuẩn SAE J1772 Combo 13

1.4.4 Tiêu chuẩn CHAdeMO –Sạc nhanh ở dòng điện một chiều 14

1.4.5 Trạm sạc siêu nhanh của hãng Tesla 16

1.5 Tiêu chí lựa chọn trạm sạc xe điện 17

1.5.1 Trạm sạc công cộng 19

1.5.2 Lắp đặt nhiều trạm sạc điện 19

1.6 Sạc xe điện từ năng lượng mặt trời 23

1.6.1 Cấu trúc hệ thống EV-PV 24

1.6.2 Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới 27

1.7 Khảo sát, thống kê tiềm năng bức xạ tại sân bay quốc tế Đà Nẵng 30

1.7.1 Giới thiệu về Cảng hàng không quốc tế Đà Nẵng – Chi nhánh Tổng công ty Cảng hàng không Việt Nam – CTCP 30

1.7.2 Tiềm năng bức xạ mặt trời tại khu vực sân bay quốc tế Đà Nẵng 32

1.8 Kết luận chương 1 33

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM SẠC XE ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI SÂN BAY QUỐC TẾ ĐÀ NẴNG 34

2.1 Nhu cầu sử dụng xe điện tại sân bay quốc tế Đà Nẵng 34

2.2 Lựa chọn loại xe điện phục vụ tại sân bay quốc tế Đà Nẵng 34

2.3 Mô hình hệ thống pin mặt trời kết hợp nối lưới, vị trí lắp đặt 36

2.3.1 Lựa chọn mô hình hệ thống 36

2.3.2 Vị trí xây dựng hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới 38

2.4 Cơ sở tính toán các thông số của trạm sạc 41

2.4.1 Tính toán sản lượng điện mà phụ tải yêu cầu 41

2.4.2 Lựa chọn cung cấp đầu sạc nhanh DC và đầu sạc cấp 2 cho trạm sạc xe điện 41

2.4.3 Tính toán lượng điện năng hàng ngày dàn pin năng lượng mặt trời cung cấp cho trạm sạc xe điện 43

2.4.4 Tính công suất dàn pin mặt trời 43

2.4.5 Tính số module mắc song song và nối tiếp 44

2.4.6 Tính thông số của bộ điều phối điện năng 44

2.4.7 Điện áp làm việc của bộ điều phối điện năng 44

2.5 Chọn loại pin mặt trời và lựa chọn các thông số cụ thể của hệ thống pin năng lượng mặt trời 44

2.5.1 Chọn pin năng lượng mặt trời 44

2.5.2 Tính chọn các thông số cụ thể của hệ thống pin năng lượng mặt trời 47

2.6 Kết luận chương 2 51

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG PV*SOL 2019 TRONG MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNGMẶT TRỜI VÀ TRẠM SẠC XE ĐIỆN 52

3.1 Phần mềm PV*SOL 2019 52

3.1.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm 52

3.1.2 Các chức năng chính của phần mềm 52

3.2 Khảo sát sự hoạt động của hệ thống pin NLMT và trạm sạc xe điện 57

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AC Alternating current: Dòng điện xoay chiều

HTPMT Hệ thống pin mặt trời

DC Direct current: Dòng điện một chiều

EV Electric vehicle: Xe điện

EVSE Electric vehicle supply Equipment: Thiết bị cung cấp cho xe điện

PV Solar Photovoltaic: Pin năng lượng mặt trời

cao tốc 6

Bảng 1.4 Thời gian sạc và công suất sạc tương ứng với quãng đường di chuyển ở cấp 3 – Sạc nhanh (a) Tính trung bình trên đường thành phố và đường cao tốc 9

Bảng 1.5 Tóm tắt các đặc tính của các thiết bị cấp 1 120V AC và cấp 2 208-VAC hoặc 240-VAC ở Bắc Mỹ 11

Bảng 1.6 Tóm tắt các chi tiết kỹ thuật cho sạc ở dòng điện một chiều Cấp 1 và Cấp 2 ở Bắc Mỹ 13

Bảng 1.7 Vật tư yêu cầu cho lắp đặt trạm sạc cấp 2 20

Bảng 1.8 Bảng số liệu về bức xạ mặt trời tại các tỉnh thành ở Việt Nam 32

Bảng 1.9 Nhiệt độ không khí trung bình các tháng (ºC) tại ĐàNẵng 32

Bảng 1.10 Bảng bức xạ tổng cộng trung bình trong ngày tại thành phố Đà Nẵng (KWh/m2.ngày) 32

Bảng 1.11 Bảng bức xạ tổng cộng trung bình tháng và năm tại thành phố Đà Nẵng (KWh/m2.tháng) 32

Bảng 2.1 Lượng điện năng tiêu thụ của xe điện tại sân bay quốc tế Đà Nẵng 41

Bảng 2.2 Bảng thông số vật lý Pin mặt trời Sun Power 45

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật Pin mặt trời Sun Power hoạt động theo điều kiện nhiệt độ hoạt động thông thường của Cell 46

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của INVERTER Sunny Tripower 20000TL-US 49

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của Sunny home manager 2.0 50

Bảng 3.1 Kết quả mô phỏng đối với cả năm, chế độ sạc mặc định 62

Bảng 3.2 Kết quả mô phỏng đối với ngày nắng lớn, chế độ sạc mặc định 64

Bảng 3.3 Kết quả mô phỏng đối với ngày có cường độ bức xạ thấp, chế độ sạc mặc định 66 Bảng 3.4 Các thành phần điện năng được cung cấp từ hệ thống phát điện 68

Bảng 3.5 Chi phí đầu tư hệ thống phát điện sử dụng NLMT 69

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Xe điện chạy hoàn toàn bằng pin và xe điện hỗn hợp 4

Hình 1.2 Sơ đồ của dòng điện sạc từ lưới điện 120V AC hoặc 208/240V AC 5

Hình 1.3 Sơ đồ sạc ở cấp 2 7

Hình 1.4 Sơ đồ sạc nhanh DC ở cấp 3 8

Hình 1.5 Biểu đồ khoảng cách di chuyển xe điện tăng theo sau mỗi giờ sạc 9

Hình 1.6 Trạm sạc xe điện đơn và đôi 10

Hình 1.7 Chi tiết dầu kết nối sạc J1772 12

Hình 1.8 Chi tiết của ổ cắm sạc trên xe điện - J1772 12

Hình 1.9 Chi tiết của đầu kết nối sạc J1772 Combo 13

Hình 1.10 Chi tiết của ổ cắm sạc trên xe điện - J1772 Combo 14

Hình 1.11 Khả năng tương thích của ổ cắm Compo với các đầu sạc tiêu chuẩn và đầu sạc Compo 14

Hình 1.12 Chi tiết đầu sạc CHAdeMO 15

Hình 1.13 Chi tiết ổ các trên xe điện sử dụng tiêu chuẩn CHAdeMO 16

Hình 1.14 Chi tiết đầu sạc của hãng Tesla 16

Hình 1.15 Chi tiết ổ cắm trên xe điện của hãngTesla 17

Hình 1.1 Lưu đồ quyết định cho việc lắp đặt trạm sạc điện 18

Hình 1.17 Kết nối nguồn 600V cho 2 trạm sạc 208V 20

Hình 1.18 Phòng phân phối nguồn cho nguồn cung cấp 380/600V 21

Hình 1.19 Kết nối trạm sạc 12 kW đến nguồn 380/600V 21

Hình 1.20 Kết nối trạm sạc 20 kW đến nguồn 380/600V 21

Hình 1.21 Kết nối nguồn 600V cho 1 trạm sạc 240V 22

Hình 1.22 Kết nối trạm sạc nhanh đến nguồn 3 pha – 208V 22

Hình 1.23 PV và EV được kết nối với nhau trên nguồn DC (màu xanh lá cây) và nguồn AC (màu hồng) với lưới điện AC chỉ khi không có nguồn DC từ PV 23

Hình 1.24 Sơ đồ PV-EV cấu trúc 1 25

Hình 1.25 Sơ đồ PV-EV cấu trúc 2 25

Hình 1.2 Sơ đồ PV-EV cấu trúc 3 26

Hình 1.27 Sơ đồ PV-EV cấu trúc 4 27

Hình 1.28 Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ 27

Hình 1.29 Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ 29

Hình 1.30 Trụ sở Cảng hàng không quốc tế Đà Nẵng 30

Hình 1.31 Sơ đồ cơ cấu tổ chức của Cảng hàng không quốc tế Đà Nẵng 31

Hình 2.1 Xe điện EG6118KB cùa hãng SUZHOU EAGLE 35

Hình 2.2 Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới không có dự trữ 37

Hình 2.3 Hình ảnh thực tế nhà giữ xe hai bánh sân bay quốc tế Đà Nẵng 38

Hình 2.4 Bản vẽ mặt bằng mái nhà giữ xe hai bánh sân bay quốc tế Đà Nẵng 40

Hình 3.4 Mô hình hóa trạm sạc xe điện hoạt động từ 8 giờ sáng đến 9 giờ tối 61Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý trạm sạc xe điện mô phỏng bằng phần mềm PV*SOL 2019

61Hình 3.6 Biểu đồ phân bố năng lượng mặt trời cả năm 62Hình 3.7 Biểu đồ phân bố năng lượng mặt trời trong ngày nắng lớn vào mùa nắng lớn

64Hình 3.8 Biểu đồ phân bố năng lượng mặt trời trong ngày có cường độ bức xạ thấp 66

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

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 cá

c 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 môi 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 ô tô 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 không còn 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 toán thiết kế hệ thống trạm sạc xe điện sử dụng năng lượng mặt trời tại sân bay quốc tế Đà Nẵng” để cung cấp năng lượng sạch cho ô tô điện tại sân bay quốc tế Đà Nẵng là lý do Tôi chọn đề tài này

2 Mục tiêu nghiên cứu

Từ những lý do trên, đề tài đặt ra mục tiêu chính là Tính toán thiết kế hệ thống trạm sạc xe điện sử dụng năng lượng mặt trời tại sân bay quốc tế Đà Nẵng” nhằm góp phần thúc đẩy việc nghiên cứu và sử dụng năng lượng mặt trời và ứng dụng hệ thống

xe điện tại sân bay quốc tế Đà Nẵng từ đó có thể triển khai mở rộng các dự án điện năng lượng mặt trời ở các sân bay trên cả nước

Đề tài nghiên cứu được giới hạn trong phạm vi sân bay quốc tế Đà Nẵng, Phường Hòa Thuận Tây, Quận Hải Châu, Thành phố Đà Nẵng

5 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như sau:

- Nghiên cứu lý thuyết: các lý thuyết về cấu tạo, nguyên lý làm làm việc của hệ thống trạm sạc xe điện

-Xây dựng hệ thống pin năng lượng mặt trời cung cấp cho một trạm sạc xe điện

Chương 1: Tổng quan về xe điện và trạm sạc xe điện

Chương 2: Tính toán, thiết kế hệ thống trạm sạc xe điện sử dụng năng lượng mặt trời tại sân bay quốc tế Đà Nẵng

Chương 3: Mô phỏng hoạt động của hệ thống pin năng lượng mặt trời và trạm sạc xe điện bằng phần mềm PV*SOL 2019 chuyên dụng

Kết luận, kiến nghị

7 Tổng quan về tài liệu nghiên cứu

- Các sách hướng dẫn đã được xuất bản

- Các báo cáo đã được công bố trong Hội nghị khoa học, Tạp chí khoa học trong

và ngoài nước, các đề tài khoa học các cấp, luận văn tiến sĩ, thạc sĩ,… của các tác giả

trong và ngoài nước

- Cùng một số thông tin, tài liệu trên Internet

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN VÀ TRẠM SẠC XE ĐIỆN

1.1 Tổng quan về xe điện

Xe điện (EVs) sử dụng công suất của các động cơ điện dưới dạng tích trữ điện năng trong ắc quy dùng cho hệ động lực Những xe điện này có sẵn trong các mẫu xe điện với các phạm vi khác nhau và dung lượng được cắm vào nguồn điện để nạp điện lại

Hiện nay có bốn loại xe điện chính (EV- Electric Vehicles): xe điện lai (HEV - Hybrid Electric Vehicles ), xe hybrid lai (PHEV - Plug-in Hybrids Electric Vehicles),

xe điện chạy bằng pin (BEV - Battery Electric Vehicles) và các loại xe điện có tầm hoạt động xa (EREV - Ex tended Range Electric Vehicles).Để phân biệt các loại xe điện này, dựa vào công nghệ chế tạo và động cơ mà chúng sử dụng chủ yếu trong quá trình vận hành xe

1.1.1 Xe điện lai (HEV - Hybrid Electric Vehicles)

Xe điện lai là loại xe điện sử dụng hai động cơ: động cơ đốt trong và động cơ điện Pin dự trữ của chúng nói chung có dung lượng thấp, làm giới hạn đáng kể phạm

vi và tốc độ tối đa của chúng trong chế độ chạy bằng động cơ điện Chúng cũng không thể tái nạp năng lượng điện được từ lưới điện Ví dụ: xe Toyota Prius và Honda CR-Z

1.1.2 Xe điện hỗn hợp (PHEV - Plug-in Hybrids Electric Vehicles)

PHEVs là dòng xe điện lai ghép có thể được kết nối vào lưới điện để sạc pin Nói chung, chúng có một loại pin dung lượng trung bình cho phép chiếc xe, ở chế độ vận hành hoàn toàn bằng điện, có thể chạy được quãng đường hàng chục cây số, có gia tốc

và tốc độ tối đa tương đương với các loại xe chạy bằng xăng hiện nay trên thị trường

Ví dụ: các xe Chevrolet Volt (thường được phân loại là EREV), Ford C-Max và Fusion Energi, Cadillac ELR và Toyota Prius PHEV

1.1.3 Xe điện chạy hoàn toàn bằng pin (BEV - Battery Electric Vehicles)

BEV hoạt động ở một chế độ duy nhất bằng điện được lưu trữ năng lượng trong một hệ thống pin dung lượng cao, có thể được tái nạp lại từ lưới điện Tùy thuộc vào dung lượng pin, chúng có tầm hoạt động từ 100 đến 400 km Thời gian sạc pin phụ thuộc vào dung lượng pin và khả năng của trạm sạc nhanh mà xe điện sử dụng Nó cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường xung quanh và lượng pin còn lại khi bắt đầu sạc Ví dụ: các dòng xe Nissan LEAF, Mitsubishi i-MiEV, Tesla Mẫu S và Kia Soul EV

1.1.4 Xe điện có tầm xa hoạt động xa (EREV - Ex tended Range Electric Vehicles)

EREVs là xe điện chạy bằng pin và được trang bị máy phát điện nội bộ, tạo ra năng lượng đủ để xe có thể di chuyển đến trạm sạc gần nhất khi pin đã cạn.Ví dụ: dòng xe BMW i3

Hình 1.1 Xe điện chạy hoàn toàn bằng pin và xe điện hỗn hợp [1-4]

là sơ đồ của dòng điện sạc từ lưới điện, thông qua EVSE (được tô màu cam) và kết nối vào xe thông qua ổ cắm theo tiêu chuẩn công nghiệp (J1772) [1-4].Với dòng điện xoay chiều (AC) EVSE, bộ sạc điện tử công suất trong xe sẽ biến đổi nguồn xoay chiều AC được cung cấp bởi EVSE thành dòng điện một chiều (DC) để tích điện trong ắc quy Loại sạc nhanh DC EVSE cung cấp điện áp cao (thường trên 400 V) nạp trực tiếp vào thẳng hệ thống ắc quy của xe điện

Với các tính năng an toàn EVSE tích hợp cho tất cả các loại xe mới và thiết bị sạc, EVs có thể hoạt động và sạc lại trong mọi điều kiện trong nhà/ngoài trời, như mưa, tuyết, nhiệt độ thấp và các mô trường khắc nghiệt

Hình 1.2 Sơ đồ của dòng điện sạc từ lưới điện 120V AC hoặc 208/240V AC [1-4]

Tiêu chuẩn SAE J1772 hiện tại định nghĩa có sáu mức sạc cho xe điện Tuy nhiên, phổ biến nhất là ba mức sạc hiện đang được sử dụng rộng rãi cho xe điện (xem Bảng 2.1) [1-3] Cấp 1 hoạt động ở mức 120 VAC, trong khi Cấp 2 sử dụng 208 hoặc

240 V AC và việc sạc nhanh đòi hỏi 200 đến 450 VDC Mặc dù mức sạc ở cấp 3 có ưu điểm nổi trội về thời gian sạc rất nhanh, nhưng nó không thật sự chính xác và ít được

đề nghị sử dụng trong các trạm sạc xe điện

Tiêu chuẩn duy nhất mà hiện đang đưa ra chi tiết cho mức sạc nhanh là CHAdeMO và SAE J1772 Combo [1-3] Song song với tiêu chuẩn đó, Tesla đã phát triển thành công hệ thống sạc nhanh sử dụng dòng điện điện một chiều ,"Super-charger", chỉ có thể được sử dụng bởi các xe của hãng Teslas

Bảng 1.1 Tổng quan các mức sạc trong trạm sạc xe điện [1-3]

Level 1 Level 2 Sạc nhanh

Điện áp sạc 120 V 208 hoặc 240 V 200 đến 450 V

Công suất tối đa đầu ra 1.9 kW 19.2 kW 150 kW

J1772 Combo, CHAdeMOvà Sạc siêu nhanh

a Thời gian cần thiết để việc sạc hoàn thành, lên tới 16kWh

b Thời gian sạc cần thiết để việc sạc hoàn thành 80%, lên tới12kWh Ở mức sạc nhanh, không thể sạc đầy tải

1.2.1 Sạc ở Cấp 1 – 120V AC

Tất cả các dòng xe điện đều được trang bị bộ sạc ở Cấp 1 , có thể được cắm vào

ổ cắm điện thông thường (CSA 5-15R *) [1-3] Điều này có ưu điểm là không đòi hỏi bất kỳ cài đặt nào thêm hoặc chi phí liên quan đến kết nối bộ sạc ở mức1 Bộ sạc ở mức 1 120-AC được tìm thấy ở trong tất cả các dòng xe điện hiện tại

gian sạc dài hơn [1-3]

Quãng đường di chuyển (km)

Năng lượng tiêu thụ trung bình (kWh)

Công suất tối thiểu của trạm sạc (kW)

Thời gian sạc (h)

Bảng 1.3 Thời gian sạc tính trên quãng đường xe điện di chuyển và công suất sạc tối

đa của trạm sạc ở Cấp 2 Tính trung bình trên đường thành phố và đường cao tốc

Loại hình

trạm sạc

Quãng đường di chuyển (km)

Năng lượng tiêu thụ dự kiến (kWh)

Công suất của trạm sạc(kW)

Thời gian sạc (h)

Cấu hình của phích sạc và ổ cắm của xe điện và giao thức truyền thông giữa trạm sạc và xe điện khác nhau giữa các tiêu chuẩn hiện hành, nhưng các nguyên tắc cơ bản

là như nhau Ví dụ, cả hai đều có cấu tạo hai chân (chân dương và âm), một chân đung

để nối đất, một chân dùng để phát hiện sự hiện diện của đầu nối trong ổ cắm và một chân để giao tiếp với trạm sạc

Trạm sạc sử dụng một thiết bị dùng để quản lý dòng điện được sạc vào xe điện,

nó cần phải biết được các thông số của pin, Giao thức truyền thông xử lý việc chia sẻ

tận dụng tối đa công suất của các trạm sạc nhanh Do đó,để tận dụng tối đa công suất này, việc quy định công suất định mức định mức của trạm sạc ở 40kW được đưa ra như là một tiêu chuẩn để thiết kế Bảng 4 cho biết thời gian để sạc pin với khoảng cách

100 km tương ứng với 80% công suất sạc đầy đủ của xe điện

Hình 1.4 Sơ đồ sạc nhanh DC ở cấp 3

Bảng 1.4 Thời gian sạc và công suất sạc tương ứng với quãng đường di chuyển ở cấp

3 – Sạc nhanh (a) Tính trung bình trên đường thành phố và đường cao tốc [1-3]

Thời gian sạc yêu cầu (min)

Thông tin chung

Một trạm sạc xe điện, còn gọi là trạm sạc EV là một phần tử trong một cơ sở hạ tầng cung cấp năng lượng điện cho xe điện, chẳng hạn như cắm vào xe điện, bao gồm

cả xe ô tô điện, khu xe điện Như vào xe điện và pin sở hữu chiếc xe điện được mở rộng, có một nhu cầu ngày càng tăng đối với các trạm sạc công cộng rộng rãi, một số trong đó hỗ trợ sạc nhanh hơn ở điện áp cao hơn và dài hơn là có sẵn từ EVSEs dân

cư Nhiều Charger là phương tiện sử dụng trên đường của các công ty cung cấp điện hoặc đặt tại các trung tâm mua sắm bán lẻ và điều hành bởi nhiều công ty tư nhân Các Charger cung cấp một hoặc một loạt các nhiệm vụ nặng nề hoặc kết nối đặc biệt mà phù hợp với sự đa dạng của các tiêu chuẩn kết nối sạc điện

Hình 1.6 Trạm sạc xe điện đơn và đôi

Một trạm sạc xe điện thường ở dạng kết nối trực tiếp với bảng phân phối điện, hoặc đôi khi với chỉ với ổ cắm điện Nó có một hoặc nhiều cáp sạc được trang bị đầu nối tương tự như vòi bơm xăng và được sử dụng theo cách tương tự như vậy.Chỉ cần kết nối với ổ cắm điện của xe điện để sạc pin Trạm có đèn báo hiệu xe điện đã được kết nối và sạc Nó cũng có thể có một nút để bắt đầu hoặc ngừng việc sạc pin Một số

có các tính năng bổ sung: đồng hồ đo năng lượng, hệ thống thanh toán điện tử, hệ thống truy cập thẻ kiểm soát, truy cập Internet, vv

1.3.1 Thiết bị đảm bảo an toàn trong trạm sạc xe điện

Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, tất cả các trạm sạc được trang bị một máy dò lỗi chạm đất để giảm nguy cơ điện giật Người sử dụng không bao giờ tiếp xúc với điện áp hoặc dòng điện nguy hiểm, vì các chân nối không được bật điện cho đến khi đầu nối được lắp đúng cách trong ổ cắm điện của xe điện và thông tin liên lạc đã được thiết lập giữa xe điện và trạm sạc Ngoài ra, đầu nối được đóng kín để bảo vệ các thành phần kết nối khỏi thời tiết bên ngoài Cuối cùng, một cơ chế khóa (chốt) ngăn ngừa tình trạng ngắt quãng kết nối từ việc vô tình kéo dây sạc

Một số trạm sạc được trang bị cơ chế tắt khẩn cấp , nhưng điều này không phải là yêu cầu bắt buộc của tiêu chuẩn quy định vì nó không thể thay thế hoàn toàn chức năng của một công tắc ngắt kết nối, mà cũng không thể khởi động lại việc sạc bị ngắt quãng trong trường hợp xảy ra sự cố Công suất đầu ra của trạm sạc quy định loại công tắc ngắt kết nối nào được lựa chọn

1.3.2 Tiêu chuẩn chứng nhận thiết bị điện

Giống như tất cả các thiết bị điện khác, các thiết bị trong trạm sạc xe điện phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn, chẳng hạn như các tiêu chuẩn ANSI/UL 2202 – Tiêu chuẩn của các thiết bị trong trạm sạc xe điện”và CSA-C22.2 No 107.1- Nguồn Cung Cấp Điện Sử Dụng cho trạm sạc xe điện"[1-3] Ngoài ra, cáp điện, các đầu nối, máy dò lỗi chạm đất và toàn bộ thiết bị khác trong trạm sạc xe điện phải tuân thủ tất cả các thông tin kỹ thuật (TIL- Technical Information Letters) do CSA công bố, bao gồm:

TIL J-39 - Dây điện phân phối trong trong trạm sạc xe điện

TIL A-35 – Dây điện phân phối và cung cấp nguồn trong trạm sạc xe điện

TIL A-34 - Đầu nối cấp nguồn / bộ ghép nối cấp nguồn trong trạm sạc xe điện

TIL D-33 – Thiết bị ngăn chặn và phát hiện chạm đất (GFCI - Ground fault circuit interrupter )

TIL I-44 - Chứng nhận thiết bị được cung cấp trong trạm sạc xe điện

Đây vẫn là các tiêu chuẩn tạm thời tại thời điểm hiện tại

1.4 Tiêu chuẩn thiết kế

Hiện tại, tất cả các trạm sạc xe điện thương mại đều cung cấp điện cho xe điện cần sạc bằng cách truyền thống, nghĩa là điện được truyền qua các dây dẫn Các trạm sạc xe điện được thiết kế bởi tiêu chuẩn SAE J1772 Các tiêu chuẩn do SAE quốc tế công bố, mặc dù được áp dụng dựa trên sự tự nguyện, nhưng thường các nhà thiết kế đều chấp nhận tiêu chuẩn hóa trạm sạc của họ theo tiêu chuẩn trên - trên thực tế, tất cả các xe điện, trừ của hãng Teslas, đều có ổ cắm sạc SAE J1772 Tiêu chuẩn này bao gồm việc sạc bằng dòng AC cũng như sạc bằng dòng DC cùng chung một thiết bị gắn trên xe

Một tiêu chuẩn nữa cho trạm sạc xe đuện là CHAdeMO, chỉ áp dụng cho trạm sạc nhanh Trong khi có nhiều loại loại trạm sạc xe điện khác nhau , Đề tài này chỉ thảo luận về hai tiêu chuẩn và mô tả ngắn gọn các trạm sạc nhanh của hãng Tesla (Tesla Supercharger)

1.4.1 Chuẩn SAE J1772 - sạc bằng dòng xoay chiều - AC

Thực tế, sạc ở cấp 1 không yêu cầu một trạm sạc đặc biệt Nó sử dụng cáp điện

sử dụng cho sạc ở Cấp 1, giống như dây cáp điện máy tính xách tay loại lớn và phích cắm vào ổ cắm chuẩn 120 V (CSA 5-15R) [1-3] Nếu ổ cắm đó được dành riêng cho việc sạc xe điện, nó phải được cung cấp bởi mạch nhánh 20-A (Dòng điện tối đa là 20A)

Sạc ở mức 2 yêu cầu một trạm sạc cố định được cung cấp bởi một mạch nhánh 208-VAC hoặc 240-VAC chuyên dụng Tất cả các xe điện bán ở Bắc Mỹ và trên thế giới đều được trang bị ổ cắm điện chuẩn J1772, ngoại trừ Teslas, cần có bộ chuyển đổi thích hợp

Bảng 1.5 Tóm tắt các đặc tính của các thiết bị cấp 1 120V AC và cấp 2 208-VAC

kết nối được phát hiện bởi trạm sạc, trạm sạc sẽ cung cấp dòng điện tối đa mà nó có thể cung cấp tới xe điện Xe điện điện gửi một tín hiệu phản hồi cho trạm sạc xe điện rằng nó đã sẵn sàng để sạc Sau khi đã được đồng bộ, đầu nối và cáp được kích hoạt và bắt đầu việc sạc điện Việc sạc điện được quản lý bởi cả bộ sạc trên xe điện và máy tính hoặc bộ quản lý phân phối dòng điện đặt trong trạm sạc

Hình 1.7 Chi tiết dầu kết nối sạc J1772[1-3]

Hình 1.8 Chi tiết của ổ cắm sạc trên xe điện - J1772[1-3]

1.4.2 Chuẩn SAE J1772 –Sạc nhanh bằng dòng điện một chiều – DC

Về cơ bản, Sạc bằng dòng điện một chiều - DC khác với việc sạc bằng dòng xoay chiều AC vì nó sử dụng bộ sạc được tích hợp sẵntrong trạm sạc xe điện thay vì bộ sạc trên xe điện và yêu cầu phải có công suất sạc cao hơn nhiều Kể từ khi trạm sạc cung cấp điện trực tiếp vào pin của xe điện, nó bắt buộc phải điều chỉnh điện áp và dòng điện sạc theo đặc tính của xe điện

Tiêu chuẩn SAE J1772 định nghĩa hai mức sạc ở dòng một chiều sử dụng bộ sạc bên ngoài Sạc ở dòng một chiều mức 1 sử dụng cùng thiết kế chân như sạc ở dòng xoay chiều Cấp 2, và cung cấp tối đa công suất sạc là 40 kW Cho đến nay, không có nhà sản xuất xe điện nào đã thực hiện theo cấu hình này, vì nó đòi hỏi phải có thiết bị

bổ sung đặc biệt trong xe và cả trong trạm sạc

Sạc ở dòng một chiều cấp 2 đòi hỏi một loại kết nối kết nối sử dụng các tiêu chuẩn về truyền thôngvà các chân nối đất như của kết nối cơ bản J1772, cộng với hai chân cung cấp dòng điện một chiều đến pin của xe điện thông qua các tiếp xúc an toàn

Bảng 1.6 Tóm tắt các chi tiết kỹ thuật cho sạc ở dòng điện một chiều Cấp 1 và Cấp 2

ở Bắc Mỹ [1-3]

Level Điện Áp(V) Dòng điện tối đa (A)

1.4.3 Tiêu chuẩn SAE J1772 Combo

Các yêu cầu cho tiêu chuẩn J1772 Combo phức tạp hơn nhiều so với các tiêu chuẩn còn lại Ví dụ, cáp điện cung cấp dòng một chiều đến xe điện phải có tính cách điện được cải tiến (tối thiểu phải có điện trở cách điện 1,25 MΩ từ khung xe) Ngoài

ra, các giao thức truyền thông xe điện với sạc trạm phải được bảo vệ khỏi các hiện tượng như ngắn mạch thoáng qua và rò rỉ điện.Ổ cắm J1772 Combo tương thích với phích cắm chuẩn J1772 (AC) và Combo (AC / DC) tiêu chuẩn [1-3]

Hình 1.9 Chi tiết của đầu kết nối sạc J1772 Combo [1-3]

Hình 1.10 Chi tiết của ổ cắm sạc trên xe điện - J1772 Combo [1-3]

Hình 1.11 Khả năng tương thích của ổ cắm Compo với các đầu sạc tiêu chuẩn và đầu

sạc Compo [1-3]

Đầu sạc nhanh Cấp 2 SAE J1772 được trang bị một phích cắm kết hợp sử dụng cách chân từ đầu nối chuẩn J1772 (AC), cộng với hai chân nguồn bổ sung cho dòng điện 200 A [1-3]

Khi phích cắm Combo được đưa vào ổ cắm trên xe điện, kết nối được phát hiện bởi trạm sạc, tư đó trạm sạc gửi tins hiệu đến xe điện, mạch nạp DC đã được thiết lập trên chân công suất cao Xe điện gửi tín hiệu phản hồi với khả năng đáp ứng với mức sạc và điện áp của hệ thống pin trên xe, cũng như khả năng của dòng điện mà nó có thể chấp nhận được Sau khi đã đồng bộ, đầu nối và cáp được kích hoạt và bắt đầu quá trình sạc Việc sạc điện được quản lý bởi cả bộ sạc trên xe điện và máy tính hoặc bộ quản lý phân phối dòng điện đặt trong trạm sạc

1.4.4 Tiêu chuẩn CHAdeMO –Sạc nhanh ở dòng điện một chiều

Tổ hợp CHAdeMO của Nhật Bản đã phát triển một tiêu chuẩn quy định về kế của ổ cắm trên xe điện và đầu sạc trong trong trạm sạc, giao thức truyền thông giữa

trạm sạc và xe điện, cũng như công suất cả trạm sạc nhanh sử dụng dòng điện một chiều.Tương tự như tiêu chuẩn SAE Combo, bộ sạc nhanh CHAdeMO DC sử dụng bộ sạc được tích hợp trong trạm sạc để chuyển trực tiếp nguồn điện một chiều sang pin xe điện và điều chỉnh điện áp và dòng điện sạc vào xe điện.Các đầu sạc tiêu chuẩn CHAdeMO có sẵn như các tùy chọn trên các dòng xe điện LEAF, i-MiEV và Soul

1.4.4.1 Tiêu chuẩn CHAdeMO

Tiêu chuẩn CHAdeMO đưa ra các yêu cầu về an toàn đơn giản nhưng nghiêm ngặt để đảm bảo không xảy ra chạm chập điện trong suốt quá trìnhsạc ở mọi thời điểm

- Truyền thông sử dụng hai loại giao thức: tín hiệu tương tự và giao thức CAN-bus

- Các cơ chế chốt được thiết kế để ngăn chặn các việc mất kết nối bất ngờ trong quá trình sạc và ngược lại cơ cấu chốt sẽ không chốt kết nối giữa ổ cắm trên xe điện và đầu sạc từ trạm nếu có bất kỳ chân nào chưa được kết nối

1.4.4.2 Cách thức vận hành của trạm sạc sử dụng tiêu chuẩn CHAdeMO

Các trạm sạc CHAdeMO sử dụng dòng điện một chiều ở Cấp 2 được trang bị một phích cắm CHAdeMO được thiết kế chỉ cho việc sạc dòng điện một chiều

Hình 1.12 Chi tiết đầu sạc CHAdeMO [1-3]

Khi phích cắm Combo được đưa vào ổ cắm trên xe điện, kết nối được phát hiện bởi trạm sạc, tư đó trạm sạc gửi tín hiệu đến xe điện, mạch nạp DC đã được thiết lập trên chân công suất cao Xe điện gửi tín hiệu phản hồi với khả năng đáp ứng với mức sạc và điện áp của hệ thống pin trên xe, cũng như khả năng của dòng điện mà nó có thể chấp nhận được Sau khi đã đồng bộ, đầu nối và cáp được kích hoạt và bắt đầu quá trình sạc.Việc sạc điện được quản lý bằng bộ điều khiển trong trạm sạc dựa vào thông

số phản hồi liên tục từ xe điện được sạc

Hình 1.13 Chi tiết ổ các trên xe điện sử dụng tiêu chuẩn CHAdeMO [1-3]

1.4.5 Trạm sạc siêu nhanh của hãng Tesla

Hiện nay không có tiêu chuẩn phổ biến cho trạm sạc siêu nhanh.Tính năng nổi trội của của các kết nối dựa trên tiêu chuẩn Tesla là chúng tự động hỗ trợ cả tính năng sạc bằng dòng xoay chiều AC và sạc bằng dòng điện một chiều DC Giống như các trạm sạc theo chuẩn được giới thiệu ở trên, các trạm sử dụng tiêu chuẩn Tesla bắt đầu việc sạc chỉ khi đầu sạc được được cắm vào ổ cắm trên xe điện và truyền thông hai chiều đã được thiết lập giữa trạm sạc và xe điện

Tesla chịu trách nhiệm về việc lắp đặt các trạm sạc siêu nhanh (Supercharger)với

tư cách là chủ sở hữu của các trạm sạc này Nhà sản xuất ô tô tuy nhiên phải tuân theo các quy định về thiết kế cơ sở trong trạm sạc xe điện

Hình 1.14 Chi tiết đầu sạc của hãng Tesla [1-3]

Hình 1.15 Chi tiết ổ cắm trên xe điện của hãngTesla [1-3]

1.5 Tiêu chí lựa chọn trạm sạc xe điện

Một loạt các mẫu được thiết kế để sử dụng khác nhau có sẵn trên thị trường Khi chọn trạm sạc theo các yếu tố sau:

+ Nguồn điện yêu cầu (Thời gian sạc, công suất của xe, giá cả)

+ Các yêu cầu giao tiếp (Kiểm soát truy cập, hệ thống thanh toán, hệ thống hỗ trợ) + Số lượng cáp và ổ cắm (Đối với các trạm truy cập công cộng)

Sơ đồ dưới đây minh họa việc lựa chọn cơ sở trạm sạc và theo trình tự

Các trạm sạc công cộng có thể cung cấp các tính năng viễn thông, điều này sẽ khác nhau tùy theo nhà sản xuất Một số mẫu có bộ phát tín hiệu tích hợp với mạng điện thoại di động và sẽ không yêu cầu cơ sở hạ tầng bổ sung, trong khi một số khác yêu cầu mạng không dây cục bộ chẳng hạn như mạng ZigBee, liên quan đến việc đặt

vị trí an toàn cho trạm sạc điện và bộ phát tín hiệu Các trạm khác giao tiếp qua dây cáp mạng, chẳng hạn như mạng cáp quang, loại phải được bao gồm trong thiết kế lắp đặt điện

Một số trạm sạc có nhiều ổ cắm và có thể sạc được nhiều xe cùng một lúc, do đó chia sẻ được công suất tối đa của trạm sạc giữ các phương tiện được kết nối

Hệ thống quản lý năng lượng quản lý một số trạm sạc có thể được điều chinh để điều chỉnh công suất mà chúng cung cấp

Hình 1.16 Lưu đồ quyết định cho việc lắp đặt trạm sạc điện [3]

1.5.1 Trạm sạc công cộng

Trạm sạc công cộng đặc biệt thích hợp cho việc lắp đặt các trạm thu phí công cộng như: bãi đỗ xe phục vụ nhà ga xe lửa, sân bay, trung tâm mua sắm, nhà hàng, khách sạn và khi nghỉ dưỡng

Sử dụng các tiêu chí sau để lựa chọn vị trí:

+ Giao thông thích hợp, khối lượng lắp đặt dựa trên số lượng dự kiến từ người sử dụng

+ Thời gian hoạt động của xe điện tại trạm sạc

+ Khu vực xung quanh xe di chuyển – xe điện dừng để sạc điện phải không cản trở giao thông

+ Sử dụng vào mùa đông – vị trí phải được dọn sạch và có thể tiếp cận trong mùa đông và không được cản trở hoạt động dọn tuyết

+ Bảo vệ chống va chạm

+ Ảnh hưởng đến giao thông giành cho người đi bộ - không được gây cản trở giao thông cho người đi bộ hoặc nằm tại vị trí mật độ số lượng người đi bộ qua khu vực cao có thể dẫn đến nguy cơ hư hỏng do liên quan đến lỗi con người

+ Truy cập vào mạng di động nếu trạm sạc được yêu cầu

+ Địa chất tại khu vực được đào để lắp đặp trạm sạc

+ Lân cận với trạm phân phối điện

+ Khả năng hiển thị của trạm sạc để khuyến khích việc sử dụng nó cho người điều khiển phương tiện

Ngoài ra, xem xét thêm các yêu cầu lắp đặt như (Vị trí gắn cặp cực,…) và chiều dài của cáp sạc liên qua đến vị trí của ổ cắm sạc điện cho EV

1.5.2 Lắp đặt nhiều trạm sạc điện

Các yêu cầu để cài đặt nhiều trạm sạc giống như đối với một trạm sạc, ngoài những cài đặt liên quan đến hạ tầng truyền thông giữa các trạm sạc kêt nối thông minh với nhau, nếu có Mỗi trạm sạc phải được cung cấp bởi một mạch nhánh chuyên dụng

và việc lắp đặt an toàn điện phải đáp ứng các yêu cầu sau đây:

+ 1 thiết bị đóng cắt cho mỗi trạm sạc

+ 1 mạch nhánh cho mỗi trạm sạc

+ Bảng điện phân phối phù hợp với công suất

Một số nhà sản xuất cung cấp các trạm sạc với nhiều dây, giúp bạn có thể sạc nhiều hơn một EV bằng các chia sẻ nguồn điện có sẵn

1.5.2.1 Lắp đặt trạm sạc cấp 2

 Thiết bị:

Việc chọn các thiết bị để lắp được xách định bởi các thông số của trạm sạc điện (Bảng 7) Trạm sạc phải được cung cấp các mạch nhánh riêng biệt, nó có thể yêu cầu thêm vào khí cụ đóng cắt tại bảng phân phối Bởi vì khí cụ điện này được coi là phục vụ tải liên tục, khu vực đầu vào của dịch vụ sạc điện phải có có khả năng hỗ trợ tải bổ sung

 Kết nối trạm sạc công c ng đến nguồn lưới điện 208V - 240V:

Đối với các trạm Cấp 2, Tiêu chuẩn J1772 cung cấp nguồn cung cấp 208V hoặc 240V Một số trạm có thiết bị bên trong (jumper hoặc switch) để chọn mức điện áp

Thiết bị cần thiết để lắp đặt trạm sạc công cộng ít nhiều giống với lắp đặt dân

dụng (xem Bảng 7) Một mạch nhánh riêng được cài đặt cho mỗi trạm, do đó phải

cung cấp CB – 2 cực cho mỗi thiết bị [3]

Hình 1.18 Kết nối nguồn 600V cho 2 trạm sạc 208V

Hình 1.17 Kết nối nguồn 600V cho 2 trạm sạc 208V [3]

 Kết nối trạm sạc công c ng đến nguồn 3 pha lưới điện 380/600V

Đối với kết nối trạm sạc công cộng đến nguồn điên lưới 380/600V phải được

thiết kế với bộ chuyển đổi đặt sau công tơ kế Do đó, nếu sử dụng nhiều hơn 01 công

tơ kế thì phải lắp số lượng bộ chuyển đổi tương đương với nhau

Hình 1.18 Phòng phân phối nguồn cho nguồn cung cấp 380/600V [3]

Ngoài các thiết bị cần thiết cho cài đặt 208V hoặc 240V, loại cài đặt này cho một trạm hay nhiều trạm có những yêu cầu các thiết bị sau:

- Máy biến áp ba pha, wye 600V/208V hoặc máy biến áp 600V/240V một pha với một vòi trung tâm

- Bảng điện phân phối 208V thích hợp, được kết nối

- CB - hai cực chuyên dụng cho mỗi trạm sạc trên 12 kW

Hình 1.19 Kết nối trạm sạc 12 kW đến nguồn 380/600V [3]

Hình 1.20 Kết nối trạm sạc 20 kW đến nguồn 380/600V [3]

Hình 1.21 Kết nối nguồn 600V cho 1 trạm sạc 240V [3]

1.5.2.2 Lắp đặt trạm sạc nhanh DC

 Thiết bị:

Hiện nay, các trạm sạc nhanh có công suất 50kW và điện áp ba pha định mức là

208V, hoặc 480V, các trạm sạc này được xem như tải liên tục cho các mục đích lắp đặt

điện Các thiết bị điện cần thiết khác nhau tùy theo model và số lượng trạm sạc và các

trang bị điện gần đó

Nếu nguồn cấp ba pha không có sẵn hoặc nếu nguồn điện từ các khu vực hạ tầng

không đủ cho tải thì có thể xem xét những tiêu chí sau:

- Lắp đặt nguồn cấp ba pha

- Thay đổi công suất của một hoặc nhiều máy biến áp

- Tăng kích cỡ của các đường dây dẫn nguồn cung cấp chính

Hình 1.22 sơ đồ kết nối của một trạm sạc nhanh duy nhất với lưới điện Mặc dù

các tiêu chuẩn sạc nhanh (xem Phần 3.5 và 3.6) chỉ định công suất liên tục tối đa là

62 kW trên mỗi trạm, nhưng trên thực tế, các nhà sản xuất giới hạn công suất ở mức

50 kW [4]

Hình 1.22 Kết nối trạm sạc nhanh đến nguồn 3 pha – 208V [3]

Trong trường hợp cài đặt đơn một trạm sạc nhanh DC, việc đặt các trang bị điện

gần trạm sạc sẽ làm giảm số lượng các thành phần thiết bị, công tắc ngắt kết nối được

yêu cầu cho người sử dụng Công tắc ngắt kết nối phải được lắp đặt ở độ cao tối đa 1,7m so với mặt đất Mục đích chính của việc ngắt kết nối được mô tả ở trên là đảm bảo thiết bị được ngắt nguồn điện trước khi có các công việc liên quan đến kiểm tra, bảo dưỡng điện, nhưng nó có thể phục vụ các mục đích khác Ví dụ: nó có thể hoạt động như công tắc dừng khẩn cấp nếu bản thân trạm sạc không có và nó có thể khởi động lại trạm sạc

1.6 Sạc xe điện từ năng lượng mặt trời

Có hai lợi ích chính của việc sạc EV từ các hệ thống pin năng lượng mặt trời, đó

là tính bền vững và kinh tế Từ việc sử dụng nhiên liệu và tuổi thọ thiết bị, sạc EV từ năng lượng mặt trời mang lại hiệu quả năng lượng cao hơn nhiều và lượng khí thải tác động môi trường thấp hơn nhiều Thứ hai, do chi phí đầu tư của hệ thống điện mặt trời ngày càng rẻ và tổng chi phí sở hữu một chiếc EV đã thấp hơn một chiếc xe động cơ đốt trong tương đương Cuối cùng việc tính phí EV từ PV làm tăng mức tụ tiêu thụ của

PV và đảm bảo hoàn vốn đầu tư cho hệ thống PV Tất cả các yếu tố này làm cho sạc năng lượng mặt trời của EV thuận lợi từ môi trường, tính bền vững và chi phí

Hình 1.23 PV và EV được kết nối với nhau trên nguồn DC (màu xanh lá cây) và nguồn AC (màu hồng) với lưới điện AC chỉ khi không có nguồn DC từ PV [5]

Việc sử dụng các tấm pin quang điện mặt trời để sạc EV là một lựa chọn hấp dẫn

do một số lý do:

Điện mặt trời có khả nẳng tiếp cận cao đối với người dùng EV vì các mô đun điện mặt trời có thể được cài đặt trên các mái nhà và bãi đỗ xe sử dụng năng lượng mặt trời (Như hình 1.24) Tiềm năng điện mặt trời của các mái nhà hoặc nơi đỗ xe phần lớn chưa được tận dụng ngày nay, và điều này có thể được khai thác trong tương lai

Có cả hai nhu cầu giảm thiểu điện năng trên lưới diện bởi vì sạc EV là sạc theo

coi như là miễn phí

Từ đó, việc sạc EV từ các tấm pin năng lượng mặt trời có thể khiến EVs thật sự

ổn định, bền vững và giảm chi phí ròng cho cơ sở hạ tầng sạc Hệ thống kết nối với dòng điện lưới (AC) được cung cấp để cấp nguồn cho nguồn điện mặt trời hoặc cấp nguồn sạc cho EV nếu nguồn điện mặt trời không đủ Điều này đảm bảo rằng nguồn điện mặt trời cung cấp cho sạc EV không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết

1.6.1 Cấu trúc hệ thống EV-PV

Để sạc EV từ năng lượng mặt trời, các hệ thống có thiết kế khác nhau đã được sử dụng Trong mọi trường hơp, hệ thống sạc EV-PV tích hợp các tấm pin mặt trời kết nối với nhau theo từng cụm PV, thiết bị cung cấp cho xe điện (EVSE) và lưới điện AC nguồn chủ yếu sạc trực tiếp EVs từ nguồn PV Có hai loại bộ chuyển đổi được sử dụng

để tích hợp PV, EV và lưới:

1 Một bộ chuyển đổi nhiều cổng (MPC) tích hợp lưới, PV và EV

2 Bộ chuyển đổi nguồn riêng biệt cho lưới điện, PV và EV được liên kết với nhau trên một kết nối chung Các bộ chuyển đổi nguồn có thể được kết nối với nhau bằng cách sử dụng kết nối AC hoặc DC Sự kết nối giữa các bộ chuyển đổi nguồn được sử dụng để chia sẻ nguồn PV giữa các EVs khác nhau và nguồn trao đổi giữa EV

và lưới điện Sử dụng hai loại bộ chuyển đổi nguồn được đề cập ở trên, cấu trúc hệ thống có thể có bốn loại dựa trên nút liên kết là AC ( Lưới 1 Pha 230V 50Hz hoặc Lưới 3 Pha 400V 50Hz) hay DC:

Cấu trúc 1: Các bộ chuyển đổi riêng biệt cho PV, EV được liên kết với nhau trên AC

Hình (1.24) cho thấy sơ đồ của cấu trúc 1 Các bộ chuyển đổi nguồn riêng biệt được sử dụng cho các tấm PV và cho EV sạc / xả Bộ chuyển đổi nguồn PV là biến tần DC/AC kết hợp theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) và bộ sạc EV là bộ chuyển đổi AC/DC Lưới AC 50Hz hiện tại là cốt yếu trong cấu trúc này, tất cả công suất được truyền thông qua lưới điện Điểm bất lợi là nguồn PV không thể được sử dụng trực tiếp ở dạng DC để sạc EV Điều này dẫn đến chuyển đổi không cần thiết từ DC sang AC trong biến tần PV và ngược lại từ AC sang DC trong bộ sạc EV [5]

Hình 1.24 Sơ đồ PV-EV cấu trúc 1 [5]

Cấu trúc 2 – Các bộ chuyển đổi riêng biệt cho PV, EV được liên kết với nhau trên DC

Hình (1.25) cho thấy cấu trúc 2, sử dụng kết nối DC để kết nối các bộ chuyển đổi cho các tấm pin PV, EV, và lưới điện Bộ chuyển đổi PV và EV là cả hai bộ chuyển đổi DC/DC có điều khiển MPPT và điều khiển sạc tương ứng Kết nối DC tạo điều kiện cho việc sử dụng trực tiếp nguồn DC của PV để sạc DC của EV, kết quả là hiệu quả sẽ cao hơn Biến tần trung tâm kết nối của kết nối DC với lưới AC Biến tần trung tâm rất quan trọng đối với việc kết nối phương tiện lên lưới và cho phép nạp / xả nguồn do sự chênh lệch giữa nguồn PV và nhu cầu sạc EV Tùy thuộc vào đánh giá công suất của số lượng kết nối DC và số lượng nguồn và tải kết nối với nó, kết nối DC

có thể được mở rộng đến một mạng lưới DC nhỏ hơn Điểm bất lợi của cấu trúc 2 là kết nối DC phải được xây dựng một cách riêng biệt thay vì sử dụng cơ sở hạ tầng lưới

AC hiện có Điều khiển và bảo vệ kết nối DC phải được thực hiện tùy thuộc vào số lượng, công suất định mực và công suất biến đổi có thể [5]

Hình 1.25 Sơ đồ PV-EV cấu trúc 2 [5]

sử dụng để sạc EV của một MPC khác mà không cần chuyển đổi sang AC [5]

Hình 1.26 Sơ đồ PV-EV cấu trúc 3 [5]

Cấu trúc 4 – Bộ chuyển đổi nhiều cổng cho PV, EV, lưới điện được liên kết với nhau trên DC

Hình (1.27) cho thấy sơ đồ của cấu trúc 4 là sự kết hợp của cấu trúc 2 và 3 Nó sử dụng một bộ chuyển đổi nhiều cổng (như trong hình (b) để tích hợp các bộ chuyển đổi cho cụm PV và EV Nhiều MPC được kết nối với nhau sử dụng kết nối DC Một biến tần trung tâm công suất cao được sử dụng để kết nối với lưới điện AC Biến tần trung tâm này là tốt hơn so với sử dụng một số biến tấn nhỏ được cài MPC như trong cấu trúc 3 Tương tự cấu trúc 2, kết nối DC có thể được mở rộng đến mạng lưới nhỏ DC phụ thuộc vào công suất định mức và các nguồn, tải khác được kết nối [5]

Hình1.27 Sơ đồ PV-EV cấu trúc 4 [5]

1.6.2 Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới

a Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ

Hình 1.28 Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ [1]

Hệ thống bao gồm:

1: Hệ thống pin NLMT (Solar Panels)

2: Bộ nghịch lưu (Inverter/Charger)

3: Bảng điện phân phối chính (Main Distribution Panel)

4: Công tơ đếm từ lưới điện (Utility Meter)

5: Lưới điện (Utility Grid)

6: Bộ giám sát (Monitoring of your system and data logging)

Không sử dụng bình acquy: giảm được đáng kể chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho

Ứng dụng rộng rãi cho mọi nơi như: các hộ dân, cơ quan, đơn vị đang có điện lưới quốc gia

Việc lắp đặt và sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp, gần như bằng không, nên thời gian thu hồi vốn được rút ngắn tối đa và chắc chắn theo dự tính đầu tư ban đầu

Hệ thống này đặc biệt thích hợp để đầu tư cho các đơn vị là văn phòng, khách sạn, siêu thị hoặc các trạm sạc xe điện công cộng … có nhu cầu sử dụng điện cao vào các giờ cao điểm từ 7 giờ sáng đến 5 giờ chiều

- Nhược điểm:

Hiện nay do hệ thống quản lý điện lực của nước ta là chưa chấp nhận mua điện từ các nhà máy điện mặt trời, điện gió (Đồng hồ điện không thể quay ngược để giảm chỉ số) nên khi hệ thống điện mặt trời nối lưới của chúng ta cung cấp nhiều hơn tải sử dụng thì điện năng thừa trên khi phải gửi” lên lưới sẽ tạm thời bị coi là phí uổng” Tuy nhiên, vẫn có lựa chọn hợp pháp và khôn khéo trong lúc này là chỉ lắp đặt công suất của hệ nối lưới là nhỏ hơn hoặc bằng công suất của tải sử dụng nhằm giảm chỉ số điện năng tiêu thụ từ lưới Thực chất là ta vẫn phải mua điện từ lưới nhưng sẽ mua ít đi

b Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ

Hình 1.29 Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ [1]

Hệ thống bao gồm:

1: Hệ thống pin NLMT (Solar Panels)

2: Bộ ngắt dòng DC (DC Disconnect)

3:Bộ quản lý sạc ( Solar Charge Controller)

4: Hệ thống Ắc –quy (Battery Bank)

5: Bộ nghịch lưu (Inverter/Charger)

6: Bộ giám sát (Monitoring of your system and data logging)

7: Bộ phân bố công suất – điều phối điện năng (Critical Load Distribution Panel) 8: Bảng điện phân phối chính (Main Distribution Panel)

9: Công tơ đếm từ lưới điện (Utility Meter)

10: Lưới điện (Utility Grid)

11: Trạm sạc xe điện (EV Charging Station)

- Nguyên lý hoạt động:

Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm:

Hệ thống on - grid (hệ thống nối lưới): Sản xuất điện năng từ các tấm pin mặt trời thành điện 220V AC /50Hz để hòa vào điện lưới [1]

Hệ thống off - grid (hệ thống độc lập): Lưu trữ điện năng từ các tấm pin mặt trời vào Acquy để sẵn sàng biến đổi thành điện 220VAC/50Hz để cung cấp cho tải khi không có điện lưới [1]

Khi khởi động hệ thống, Acquy luôn được ưu tiên nạp điện từ Mặt trời cho đến khi đầy Lúc này hệ thống On Grid chưa làm việc

Khi acquy đầy, hệ thống sẽ tự động biến đổi điện DC từ PMT thành điện AC 220V để hòa với điện lưới (Điện áp ra của hệ thống có tần số, pha trùng với điện lưới

có thể là 1 pha hoặc 3 pha)

Airports Corporation of Vietnam - Viết tắt: ACV) là công ty cổ phần hoạt động theo

mô hình Công ty mẹ - Công ty con, được chuyển đổi từ Công ty TNHH Một thành viên do nhà nước nắm giữ 100% vốn điều lệ thành công ty cổ phần do nhà nước nắm giữ cổ phần chi phối theo Quyết định số 1710/QĐ-TTg ngày 0 tháng 10 năm 2015 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt phương án cổ phần hóa Công ty mẹ - Tổng công

ty Cảng hàng không Việt Nam ACV hiện đang quản lý, đầu tư, khai thác khai thác hệ thống 22 Cảng hàng không trong cả nước, bao gồm 09 Cảng hàng không quốc tế: Tân Sơn Nhất, Nội Bài, Đà Nẵng, Vinh, Cát Bi, Phú Bài, Cam Ranh, Phú Quốc, Cần Thơ

và 13 Cảng hàng không nội địa: Buôn Ma Thuột, Liên Khương, Rạch Giá, Cà Mau, Côn Đảo, Phù Cát, Pleiku, Tuy Hòa, Chu Lai, Đồng Hới, Nà Sản, Điện Biên và Thọ Xuân; góp vốn vào các công ty con và công ty liên doanh, liên kết