Luận văn thạc sĩ nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường đại học

Các bản vẽ, đồ thị ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ : - Bản vẽ tổng thể xe ô tô điện - Bản vẽ sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ BLDC - Bản vẽ sơ đồ mạch nghịch lưu áp ba pha -

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN KẾT HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHẠY TRONG KHUÔN VIÊN TRƯỜNG ĐẠI

HỌC

Người hướng dẫn: TS PHẠM QUỐC THÁI

Sinh viên thực hiện: HUỲNH THÁI DANH

Đà Nẵng, 2020

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm các phần sau:

• Tổng quan về đề tài nghiên cứu

• Cơ sở lý thuyết

• Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ BLDC

• Thiết kế hệ thống cung cấp năng lượng

• Kết quả và hướng phát triển đề tài

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Huỳnh Thái Danh Số thẻ sinh viên: 103150237

Lớp: 15C4VA Khoa: Cơ khí Giao thông Nghành: Kỹ thuật cơ khí

1 Tên đề tài đồ án:

“Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong

khuôn viên trường Đại học”

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Theo số liệu khảo sát thực tế

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về đề tài

1.2 Tổng quan về ô nhiễm không khí

1.3 Tổng quan về ô tô điện và ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời

1.4 Kết luận chương

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lý thuyết về ô tô điện

2.2 Cở sở lý thuyết về động cơ điện một chiều

2.3 Hệ thông điều khiển động cơ

2.4 Các nguồn cung cấp năng lượng trên ô tô điện

2.5 Hệ thống năng lượng mặt trời

2.6 Hệ thống an toàn

2.7 Lý thuyết về vi điều khiển

2.8 Lý thuyết về cảm biến

Chương 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC

4.1 Lựa chọn phương pháp điều khiển động cơ BLDC

4.2 Cấu tạo bộ điều khiển động cơ BLDC

4.3 Lựa chọn bộ điều khiển động cơ

Chương 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG

LƯỢNG

5.1 Tính chọn ắc quy chính cung cấp cho động cơ

5.2 Thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời

Chương 7: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

7.1 Kết quả đạt được

7.2 Kết luận và hướng phát triển đề tài

4 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

- Bản vẽ tổng thể xe ô tô điện

- Bản vẽ sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ BLDC

- Bản vẽ sơ đồ mạch nghịch lưu áp ba pha

- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý làm việc pin năng lượng mặt trời

- Bản vẽ sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời

- Bản vẽ sơ đồ bộ sạc pin năng lượng mặt trời

5 Họ tên người hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/02/2020

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của Khoa học – Kỹ thuật thì phương tiện giao thông cũng ngày càng trở nên đa dạng Trong đó, số lượng phương tiện sử dung động

cơ đốt trong chiếm đa số Và đây chính là một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí đang ở mức báo động như hiện nay

Bên cạnh đó, nhiên liệu hóa thạch ngày càng trở nên cạn kiệt bởi sự khai thác bừa bãi của con người Để có biện pháp khắc phục những vấn đề trên đòi hỏi phải có một loại phương tiện tham gia giao thông vừa giảm phát thải ô nhiễm môi trường, vừa tiết kiệm năng lượng bền vững và lâu dài

Nắm bắt được điều này, nhóm chúng em đã cùng nhau thực hiện đề tài “Nghiên

cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học” Với đề tài này, chúng ta vừa tiết kiệm được năng lượng nhờ vận

hành bằng điện, vừa giảm được lượng phát thải ra môi trường, vừa tận dung được nguồn năng lượng tái tạo từ mặt trời Đề tài được thực hiện với các tiêu chí: tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường, gọn gàng và có tính thẩm mỹ cao

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý tận tình

của thầy TS Phạm Quốc Thái trong khoảng thời gian nhóm thực hiện đồ án Trong

suốt quá trình làm đồ án sẽ không tránh khỏi sai sót do kiến thức còn hạn chế, chúng

em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để chúng em có thể hoàn thành sản phẩm của mình tốt hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 06 năm 2020

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thái Danh

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đây là đề tài riêng của nhóm, đề tài không trùng lặp với bất kỳ đề tài đồ án tốt nghiệp nào trước đây Các thông tin, số liệu được sử dụng và tính toán đều từ các tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, theo quy định

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thái Danh

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC HÌNH x

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

I MỤC ĐÍCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1

II MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

1 Đối tượng nghiên cứu 1

2 Phạm vi nghiên cứu 1

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

1 Về lý thuyết 1

2 Về thực nghiệm 2

V CẤU TRÚC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2

VI Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 2

VII SẢN PHẨM DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC 2

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về đề tài 3

1.2 Tổng quan về ô nhiễm không khí 3

1.2.1 Ô nhiễm không khí 3

1.2.2 Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra 4

1.2.3 Xu thế phát triển của ô tô hiện nay 8

1.3 Tổng quan về ô tô điện và ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời 8

1.3.1 Giới thiệu chung về ô tô điện 8

1.3.2 Ô tô sử dụng năng lượng hoàn toàn bằng điện 9

1.3.3 Ô tô hybrid 10

1.3.4 Ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời 11

1.4 Kết luận chương 12

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

2.1 Lý thuyết về ô tô điện 13

2.2 Cơ sở lý thuyết về động cơ điện một chiều 15

2.2.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều 15

2.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 16

2.2.3 Phân loại động cơ điện một chiều 16

2.2.4 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 16

2.3 Hệ thống điều khiển động cơ 18

2.3.1 Công dụng của bộ điều khiển động cơ 18

2.3.2 Một số phương pháp điều khiển động cơ 19

2.3.3 Môđun điều khiển động cơ BLDC 22

2.3.4 Mạch nửa cầu và trình cổng điều khiển 22

2.4 Các nguồn cung cấp năng lượng trên ô tô điện 24

2.4.1 Pin điện hóa 24

2.4.2 Pin nhiên liệu (Fuel cell) 27

2.4.3 Siêu tụ điện 27

2.5 Hệ thống năng lượng mặt trời 28

2.5.1 Cấu tạo 28

2.5.2 Nguyên lý hoạt động 30

2.6 Hệ thống an toàn 32

2.6.1 Hệ thống cảnh báo va chạm sớm trên ô tô 32

2.6.2 Cơ sở lý thuyết về hệ thống chiếu sáng thông minh 34

2.7 Lý thuyết về vi điều khiển 39

2.7.1 Lý thuyết về Arduino 39

2.7.2 Lý thuyết về Arduino Mega 2560 39

2.7.3 Phần mềm 41

2.8 Lý thuyết về cảm biến 42

2.8.1 Lý thuyết về cảm biến siêu âm 42

2.8.2 Lý thuyết về cảm biến ánh sáng 46

2.8.3 Cảm biến góc đánh lái 46

Chương 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC 47

4.1 Lựa chọn phương pháp điều khiển động cơ BLDC 47

4.2 Cấu tạo bộ điều khiển động cơ BLDC 48

4.2.1 Vi điều khiển 48

4.2.2 Van MOSFET 50

4.2.3 Mạch nghịch lưu áp 3 pha 51

4.3 Lựa chọn bộ điều khiển động cơ 54

Chương 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG 56

5.1 Tính chọn ắc quy chính cung cấp cho động cơ 56

5.2 Thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời lắp trên ô tô điện 57

5.2.1 Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời 58

5.2.2 Các bước thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời 58

5.2.3 Tính toán lựa chọn bộ điều khiển sạc 62

Chương 7: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 64

7.1 Kết quả đạt được 64

7.2 Kết luận và hướng phát triển đề tài 66

7.2.1 Kết luận 66

7.2.2 Hướng phát triển đề tài: 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel 5

Bảng 2.1 Thông số các chân 40

Bảng 2.2 Bảng thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560 40

Bảng 4.1 Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay theo chiều kim đồng hồ 48

Bảng 4.2 Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ 48

Bảng 4.3 Bảng phân vị trí, chức năng các chân vào ra trên vi điều khiển 50

Bảng 4.4 Bảng giá trị các điện áp và trạng thái các MOSFET 53

Bảng 4.5 Thông số bộ điều khiển động cơ 54

Bảng 5.1 Công suất tiêu thụ của các loại phụ tải trên ô tô điện 59

Bảng 5.2 Thông số tấm pin năng lượng mặt trời 61

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Nguồn khí thải từ ô tô 4

Hình 1.2 Nhiệt độ mặt đất trong 50 năm qua 7

Hình 1.3 Mẫu ô tô điện Tesla model S 10

Hình 1.4 Toyota Prius, mẫu ô tô Hybrid bán chạy nhất trên thế giới 11

Hình 1.5 Mẫu ô tô Immortus đang được nghiên cứu phát triển 12

Hình 2.1 Sơ đồ động lực cơ bản của một ô tô điện 14

Hình 2.2 Đồ thị đặc tính cơ tự nhiên 18

Hình 2.3 Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động, dòng điện pha và thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall trong chế độ quay thuận chiều kim đồng hồ 19

Hình 2.4 Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động, dòng điện pha và thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall trong chế độ quay ngược chiều kim đồng hồ 20

Hình 2.5 Giản đồ xung điều khiển PMW kênh trên 20

Hình 2.6 Giản đồ điều chế điện áp hình sin 21

Hình 2.7 Các module điều khiển động cơ BLDC 22

Hình 2.8 Nguyên lý làm việc của mạch nửa cầu 22

Hình 2.9 Các khối điều khiển động cơ BLDC phổ biến 23

Hình 2.10 Các loại mạch bảo vệ động cơ BLDC 23

Hình 2.11 Các nguồn lưu trữ năng lượng sử dụng trên ô tô điện 24

Hình 2.12 Pin Nickel – Cadmium 25

Hình 2.13 Pin Ni – MH 25

Hình 2.14 Pin Li – Ion 27

Hình 2.15 Pin Li - Po 27

Hình 2.16 Siêu tụ 27

Hình 2.17 Một cell pin mặt trời 28

Hình 2.18 Các loại cấu trúc tinh thể của pin mặt trời 29

Hình 2.19 Các vùng năng lượng 31

Hình 2.20 Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời 32

Hình 2.21 Hệ thống cảnh báo va chạm sớm được lắp đặt trên ô tô 33

Hình 2.22 Sóng siêu âm quét diện rộng phía trước ô tô 33

Hình 2.23 Ô tô được trang bị hệ thống cảnh báo va chạm sớm 34

Hình 2.24 Sóng siêu âm phát ra tín hiệu khi gặp vật cản 34

Hình 2.25 Hệ thống các đèn chiếu sáng trên xe 35

Hình 2.26 Hiệu quả chiếu sáng đối với hệ thống chiếu sáng tiên tiến (AFS) 37

Hình 2.27 Hệ thống (AFS) tắt khi đi thẳng 37

Hình 2.28 Hệ thống (AFS) sẽ bật lên có tính hiệu vào cua 37

Hình 2.29 Hệ thống (AFS) bật lên khi ôm cua ở cung đường cong 37

Hình 2.30 Bật chế độ đèn pha có thể gây nguy hiểm cho người và xe đi ngược chiều 38 Hình 2.31 Một số bo mạch Arduino thông dụng 39

Hình 2.32 Arduino Mega 2560 39

Hình 2.33 Giao diện phần mềm IDE 41

Hình 2.34 Cấu tạo của cảm biến siêu âm 42

Hình 2.35 Phương pháp phản xạ 43

Hình 2.36 Tín hiệu phản xạ 43

Hình 2.37 Phản xạ khuếch tán 43

Hình 2.38 Cách thức đo khoảng cách 44

Hình 2.39 Tầm quét của cảm biến siêu âm 45

Hình 2.40 Ứng dụng của cảm biến siêu âm 45

Hình 2.41 Cảm biến ánh sáng 46

Hình 2.42 Biến trở dùng làm cảm biến góc lái 46

Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ điều khiển động cơ một chiều không chổi than 47

Hình 4.2 Sơ đồ chân của chip ATmega 328P-AU 49

Hình 4.3 Cấu tạo Mosfet 51

Hình 4.4 Sơ đồ mạch nghịch lưu áp 3 pha 52

Hình 4.5 Các trạng thái đóng mở của các van công tắc 53

Hình 4.6 Đồ thị hiệu điện thế theo thời gian 54

Hình 4.7 Bộ điều khiển động cơ BLDC HUMI 55

Hình 5.1 Ắc quy Đồng Nai CMF 40B20R 12V/35Ah 57

Hình 5.2 Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp cho thiết bị điện thân xe 57

Hình 5.3 Sơ đồ khối hệ thống điện năng lượng mặt trời 58

Hình 5.4 Ắc quy BLOBE 12V/12Ah 60

Hình 5.5 Tấm pin năng lượng mặt trời POLY 30W 62

Hình 5.6 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời RBL 63

Hình 7.1.Ô tô điện sau khi được nghiên cứu, phát triển 64

Hình 7.2 Tấm pin mặt trời được lắp đặt trên ô tô 64

Hình 7.3 Bộ điều khiển sạc được lắp đặt trên ô tô điện 65

Hình 7.4 Cụm cảm biến siêu âm được lắp đặt phía trước và sau xe 65

Hình 7.5 Cụm đèn đầu, đèn phụ và đèn báo rẽ LED phía trước 66

Hình 7.6 Cụm đèn đuôi, đèn phanh, đèn báo rẽ phía sau 66

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu:

Pbđk [W] Công suất của bộ điều khiển động cơ

Iđm [A] Cường độ dòng điện định mức

Pmax [W] Công suất lớn nhất

Ni – MH Pin Nickel Metal Hydride

SPMSM Động cơ đồng bộ roto cực lồi

IPMPWMSM Động cơ đồng bộ roto cực ẩn

DC/DC Bộ chuyển đổi điện áp một chiều

DSP Digital Signal Processing: Xử lý tín hiệu số

IGBT Transistor có cực điều khiển cách ly

MOSFEET Transistor hiệu ứng trường Oxit Kim loại - Bán dẫn

Ni – MH Pin Nickel Metal Hydride

Li – ion Pin Lithium ion

MỞ ĐẦU

I MỤC ĐÍCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Do sự phát triển kinh tế, lượng phương tiện giao thông ngày một tăng kéo theo hệ lụy là lượng khí thải ra môi trường cũng ngày một tăng lên, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, làm biến đổi khí hậu Vì thế việc tìm ra phương án chế tạo ô tô sinh thái để giảm tối thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường, tiết kiệm nhiên liệu và dần xóa bỏ sự lệ thuộc của con người vào nguồn nhiên liệu hóa thạch là một vấn đề thiết thực rất được quan tâm trong những năm gần đây của người dân cũng như các nhà khoa học, kỹ sư và các tập đoàn sản xuất ô tô trên thế giới Trong tình hình hiện nay, ô tô điện, ô tô lai ghép và ô tô sử dụng pin mặt trời là một giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề đó

Vì vậy, chúng em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết

hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học” làm đề tài

tốt nghiệp của mình dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Quốc Thái

II MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Nghiên cứu, thiết kế và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và giảm thiểu ô nhiễm môi trường

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời

- Nghiên cứu tổng quan về ô tô điện

- Tính toán, lựa chọn động cơ cho ô tô điện 2 chỗ ngồi

- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô điện

- Nghiên cứu, tính toán, thiết kế nguồn cung cấp năng lượng cho ô tô điện

- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống an toàn, chiếu sáng thông minh cho ô tô điện;

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tìm kiếm tài liệu, thu thập thông tin dựa trên các công trình báo cáo khoa học

đã công bố, tạp chí khoa học có uy tín Lấy các thông tin từ sách giáo khoa, tài liệu có trong thư viện trường Đại học Bách khoa và trên Internet có liên quan đến đề tài

- Sử dụng Excel để tính toán

- Sử dụng các phần phềm thiết kế Catia, CAD để thiết kế xe

- Sử dụng phần mềm Arduino IDE để lập trình điều khiển hệ thống điện tử

- Sau khi lên phương án thiết kế, tính toán và đặt mua các linh kiện thì tiến hành

lắp đặt lên xe

- Chạy thử nghiệm sau khi lắp đặt

- Kiểm tra độ ổn định của các hệ thống để tiến hành điều chỉnh cho hợp lí Đo đạc các thông số và tiến hành điều chỉnh chương trình để ô tô hoạt động ổn định

V CẤU TRÚC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cấu trúc của đề tài “Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời chạy trong khuôn viên trường Đại học” trong thuyết mình này bao gồm các chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Thiết kế và lựa chọn bộ điều khiển động cơ

Chương 5: Tính toán và thiết kế hệ thống cung cấp năng lượng

Chương 7: Đánh giá kết quả và hướng phát triển đề tài

VI Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Đề tài “Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt

trời” có ý nghĩ khoa học thực tiễn như sau:

- Tạo ra một mẫu ô tô điện cỡ nhỏ có thể chạy trong một khuôn viên nhất định

- Ô tô điện có kết cấu nhỏ gọn, vận hành đơn giản, tiết kiệm năng lượng, không gây ô nhiễm môi trường với chi phí rẻ

VII SẢN PHẨM DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

Sản phẩm là một mẫu ô tô điện cỡ nhỏ, hai chỗ ngồi

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về đề tài

Sự phát triển của các loại ô tô sử dụng động cơ đốt trong là một trong những thành tựu lớn nhất của công nghệ hiện đại Ngành công nghiệp ô tô đã có những đóng góp to lớn vào sự phát triển của xã hội, đáp ứng nhu cầu đi lại và vận tải trong cuộc sống hàng ngày Ngành công nghiệp ô tô và các ngành công nghiệp phụ trợ của nó tạo thành xương sống của nền kinh tế với việc tạo ra hàng triệu việc làm trên toàn thế giới Tuy nhiên, với số lượng ô tô lớn sử dụng trên khắp thế giới đã và đang gây ra các vấn

đề nghiêm trọng về môi trường và cuộc sống của chính con người Ô nhiễm không khí,

sự nóng lên toàn cầu và sự suy giảm nhanh chóng các nguồn tài nguyên dầu mỏ của trái đất bây giờ là vấn đề quan tâm hàng đầu Để giải quyết được những vấn đề trên, ngành ô tô hiện nay có hai phương án chính:

- Chế tạo những mẫu xe tiết kiệm nhiên liệu với những tiêu chuẩn khí thải cao

- Chế tạo những mẫu xe sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường

Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm khác nhau và để thấy rõ được ưu nhược điểm của từng phương pháp, chúng ta đi vào phân tích sự khác biệt giữa xe tiết kiệm nhiên liệu và xe sử dụng nhiên liệu tái tạo, cụ thể ở đây là xe sử dụng năng lượng điện

- Sự khác biệt về hệ thống năng lượng

+ Xe tiết kiệm nhiên liệu vẫn sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống: xăng, diesel

+ Xe điện sử dụng năng lượng tích trữ trong bình ắc quy

dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt Đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: Chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng

Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ Trái Đất tăng 0,40°C Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽ tăng thêm 1,5 – 4,50°C nếu con người không có biện pháp hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ôzôn gây hậu quả xấu cho sức khoẻ của con người và các sinh vật sống trên mặt đất

1.2.2 Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra

1.2.2.1 Thành phần khí thải động cơ

Hình 1.1 Nguồn khí thải từ ô tô

Hầu hết các ô tô sử dụng động cơ đốt trong hoạt động dựa trên việc đốt nhiên liệu hydrocarbon để lấy được năng lượng cần thiết cho hệ thống động lực Quá trình đốt cháy là phản ứng giữa nhiên liệu và không khí tạo ra nhiệt và các sản phẩm cháy Nhiệt được biến đổi nhờ các cơ cấu cơ khí tạo thành cơ năng của động cơ và các sản phẩm cháy được phát thải vào bầu khí quyển Hyđrocacbon là hợp chất với các phân

tử được tạo thành từ các nguyên tử cacbon và hydro Lý tưởng nhất, đốt một hydro cacbon sản phẩm sinh ra gồm khí carbon dioxide và nước, các sản phẩm này sẽ không gây hại cho môi trường Thật vậy, cây xanh hấp thụ carbon dioxide trong quá trình quang hợp, điều đó cho thấy dioxide carbon (CO2) là một thành phần cần thiết trong đời sống của thực vật Trái lại, động vật không hấp thụ carbon dioxide cho sự sống của mình Ngoài lượng khí carbon dioxide và nước, các sản phẩm cháy chứa một lượng oxit nitơ (NOx), carbon monoxides (CO) và hydro carbon (HC), tất cả đều độc hại đối với sức khỏe con người

Nhìn chung chất gây ô nhiễm môi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau:

• Dioxyde de carbone (CO2), sản phẩm của quá trình oxi hóa hoàn toàn nhiên liệu

• Monoxyde de carbone (CO), đến từ quá trình oxi hóa không hoàn toàn nhiên liệu

• Oxyde d’azote (NOx), gồm: monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d'azote (NO2)

• Các hạt rắn, sản phẩm của các quá trình hình thành phức tạp

• Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV-composés organiques volatils), là các hợp chất hóa học hữu cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện bình thường có thể bay hơi một lượng đáng kể vào không khí Về thành phần COV là sự kết hợp giữa các hydrocarbure (như alcane, alcène, aromatique…)

• Các hợp chất hữu cơ đa vòng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – HAP), như benzoapyrene

• Dioxyde de sulfure (SO2), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu

a Thành phần khí thải của động cơ Diesel

Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành năng lượng cơ học Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong quá trình cháy lý tưởng, nó chỉ sinh ra CO2 và H2O Trong thực tế người ta quan sát thấy một vài sản phẩm khí và rắn khác Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của các tạp chất chứa trong các HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác liên quan đến sự phức tạp của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy Bảng 1 sau giới thiệu thành phần điển hình của khí thải động cơ Diesel:

Bảng 1.1 Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel

b Các thành phần khí thải từ động cơ xăng

- HC (unburned hydro cacbon)

- CO (carbon monoxide)

- NOx (nitơ oxit)

SOx (oxit lưu huỳnh) sẽ được tạo ra khi lưu huỳnh (S) trong nhiên liệu được ràng buộc với oxy (O) trong không khí do cháy, nếu nhiên liệu có chứa lưu huỳnh Tuy nhiên, kể

từ khi xăng hiện nay là desulfurized gần như hoàn toàn, Sox không được đánh giá là thanh phần của lượng phát thải tự động ngay bây giờ

- Đối với bồ hóng, bồ hóng chỉ không mà còn vi hạt (PM), mà thậm chí còn nhỏ hơn bồ hóng, được quy định cho động cơ diesel, tuy nhiên, chúng không quy định cho động cơ xăng Bồ hóng có thể là những thải từ động cơ xăng là tốt, nó là một trong những thành phần mà không được kiểm soát Ngoài ra, còn có các thành phần thải từ động cơ xăng

- Ngoài các thành phần quy định trong phát thải tự động như HC, CO, NOx và PM (cho động cơ diesel), các thành phần nhỏ, mà không được quy định nhưng có thể có hại cho cơ thể con người Ví dụ, toluen, benzen, formaldehyde, acetaldehyde, 1,3-butadien, SO2, formic acid, N2O, vv Đây sẽ là một tiêu chuẩn tương ứng với PRTR (Nhật Bản), trong đó có thể điều chỉnh các thành phần phụ trong phát thải tự động

trong tương lai

1.2.2.2 Những tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra

a Đối với sức khỏe con người

Không khí ô nhiễm có thể giết chết nhiều cơ thể sống trong đó có con người Ô nhiễm không khí trong nhà và ngoài môi trường tại Việt Nam là rất cao, điều này được

lý giải bằng việc bệnh lý có liên quan đến ô nhiễm không khí ngày càng gia tăng Ô nhiễm không khí gây bệnh đường hô hấp, bệnh tim mạch, viêm vùng họng, đau ngực, tức thở Ô nhiễm không khí không những gây nên các bệnh lý ở đường hô hấp, mà còn ảnh hưởng lên sự phát triển của thai nhi, là nguyên nhân làm chậm phát triển hệ thần kinh, trí não và tâm thần vận động ở trẻ em

- CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị, sinh ra

do ô xy hoá không hoàn toàn cacbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxy CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxy Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm) Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: Khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh

- NO x: NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 11000C) Monoxyde nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ (x=2) NO2

là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường

hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp

- Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không

hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm Từ lâu người ta

đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng

độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m3

, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan

- SO 2: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân

- Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ

Diesel Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí,

nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong qua trình hình thành

- Chì: Chì có mặt trong khí xả do Thétraétyl chì Pb(C2H5)4 được pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu Sự pha trộn chất phụ gia này vào xăng hiện nay vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới dạng những hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc theo đường hô hấp Sự hiện hiện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não, gây trở ngại cho sự tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa, nó tác động lên

hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ Chì gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của nó trong máu vượt quá 200 đến 250mg/lít

b Đối với môi trường

Hình 1.2 Nhiệt độ mặt đất trong 50 năm qua

❖ Thay đổi nhiệt độ khí quyển:

Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí cacbonic CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa

thành phần carbon

❖ Ảnh hưởng đến sinh thái:

Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxyde nitơ N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp Ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát

xạ từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống Mặt khác, các chất khí có tính acide như SO2, NO2, bị oxy hóa thành acide sulfuric, acide nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù làm hủy hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa acide), gây ăn mòn các công trình kim loại

1.2.3 Xu thế phát triển của ô tô hiện nay

Chúng ta biết rằng sự phát triển của ô tô truyền thống đã có những tiến bộ vượt bậc so với thời kỳ khai sinh của mình, nó cũng cho thấy một cái nhìn khá lạc quan về chiếc ô

tô dùng động cơ đốt trong có thể trang bị những công nghệ hiện đại nhất, đáp ứng tất

cả các tiêu chuẩn khắt khe và các yêu cầu khó tính của người tiêu dùng Nhưng tất cả vẫn chưa đủ, với ảnh hưởng là sự hạn chế các nguồn năng lượng hóa thạch và các vấn

đề ô nhiễm môi trường, nó vẫn còn cách xa so với một chiếc ô tô sinh thái mà các quốc gia trên thế giới kỳ vọng hướng tới Vì vậy, cuộc cách mạng mới đã thực sự bắt đầu, với ưu điểm vượt trội, ô tô chạy điện, ô tô chạy bằng nguồn năng lượng mặt trời nhanh chóng trở thành xu hướng phát triển các hệ thống truyền động trên ô tô hơi vào ngày nay

1.3 Tổng quan về ô tô điện và ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt trời

1.3.1 Giới thiệu chung về ô tô điện

Những chiếc ô tô điện đầu tiên được xây dựng bởi người Pháp Gustave Trouve vào năm 1881 Nó là một chiếc ô tô ba bánh với nguồn động lực là mô tơ điện có công suất 0.1Hp, được cấp nguồn bởi một ắc quy chì – axit Toàn bộ ô tô và trình điều khiển của nó nặng khoảng 160 kg Một chiếc ô tô tương tự được thiết kế vào năm 1883 bởi hai giáo sư người Anh Nhưng phát hiện đầu tiên này đã không thu hút nhiều sự chú ý

từ công chúng Những chiếc ô tô điện đầu tiên đã không đủ sức để cạnh tranh với những chiếc ô tô ngựa kéo Nhưng kết quả của cuộc đua năm 1864 Paris - Touen đã thay đổi suy nghĩ của công chúng Ô tô điện có thể chạy 135 km trong vòng 48 giờ 53 phút với tốc độ 23,3 km/h Từ kết quả này, công chúng đã bắt đầu quan tâm về ô tô mà

không có ngựa kéo hoặc tự động di chuyển mà ngày nay chúng ta gọi ô tô ô tô Tiến

bộ kỹ thuật quan trọng nhất của ô tô điện là việc áp dụng phương pháp phanh tái tạo, được phát minh năm 1897 Phương pháp này cho phép ô tô hồi phục động năng trong khi phanh một cách đáng kể làm tăng quãng đường đi được của xe Đây là một trong những đóng góp quan trọng nhất đối với công nghệ ô tô điện vì nó góp phần tiết kiệm năng lượng hơn so với bất kỳ giải pháp nào khi ô tô hoạt động trong khu vực đô thị Tốc độ của ô tô điện đã cải thiện rõ rệt Đáng chú ý nhất vào năm 1899 tại Pháp, chiếc

ô tô điện La Jamais Contente, chiếc ô tô điện đầu tiên để đạt được tốc độ 100 km/h

Những tiến bộ nhanh chóng của động cơ nhiệt đã giúp động cơ xăng có công suất lớn, hoạt động linh hoạt, dễ sử dụng và khoảng cách hoạt động độc lập lớn hơn nhiều

so với ô tô điện Ô tô điện biến mất dần dần và đến năm 1905, dường như không ô tô điện thương mại nào được tìm thấy trên thị trường Đến thập niên 1960 và 1970, vấn

đề môi trường và nghiên cứu cho thấy rằng các giới hạn của các nguồn nhiên liệu hóa thạch đã khởi động lại các nghiên cứu của ô tô điện Đến ngày nay ô tô điện vẫn còn một số hạn chế, là cạn kiệt nguồn nhiên liệu nhưng có thể thấy rằng ô tô điện đang là giải pháp tối ưu cho cả hai vấn đề lớn hóa thạch và ô nhiễm môi trường Đó là lý do tại sao ô tô điện đã trở thành một mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỷ 20

1.3.2 Ô tô sử dụng năng lượng hoàn toàn bằng điện

Ô tô chạy điện về nguyên tắc là ôtô sạch tuyệt đối (Zero emission) đối với môi trường không khí trong thành phố Nhưng ô tô chạy bằng năng lượng điện gặp phải khó khăn vấn đề cung cấp điện năng, nếu như tất cả các loại ôtô đều chạy bằng điện thì

ít hay nhiều còn phụ thuộc loại nhiên liệu dùng trong sản xuất điện năng So với nhiên liệu truyền thống, mức độ có lợi tính theo CO2 tương đương trên 1Km lên 90% đối với điện sản xuất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản xuất điện bằng nhiên liệu và gần như không có lợi gì khi sản xuất bằng than Ngoài ra, việc đầu tư cơ

sở hạ tầng để phục vụ việc vận hành và sạc điện cũng rất lớn, đòi hỏi tính đồng bộ cao nên chỉ phổ biến ở những nước phát triển

Về mặt kỹ thuật thì ôtô chạy bằng điện có hai nhược điểm quan trọng đó là năng lượng dữ trữ thấp (Khoảng 100 lần so với ôtô dùng động cơ nhiệt truyền thống) và giá thành ban đầu cao hơn (30-40% cao hơn so với ôtô dùng động cơ nhiệt) Những chướng ngại khác cần được giải quyết để đưa ôtô chạy điện vào ứng dụng thực tế một cách đại trà là khả năng gia tốc, thời gian nạp điện, vấn đề sưởi và điều hòa không khí trong ôtô

Về mặt xã hội ô tô chạy điện trong giai đoạn đầu sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề tâm lý xã hội Thật vậy, sự hạn chế tính năng kỹ thuật cũng như bán kính hoạt động của ôtô, trở ngại trong vấn đề nạp điện, khả năng sử dụng các dịch vụ tự phục vụ

sẽ góp phần làm thay đổi thói quen của người dùng và dần dần làm thay đổi cách sống Mặt khác khi chuyển ôtô chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang ôtô chạy bằng điện hoàn toàn sẽ gây ra trở ngại về mặt bố trí các trạm nạp điện cho ắc quy Tuy nhiên những lợi ích mà ô tô chạy bằng điện mang lại cho xã hội là không nhỏ Vì vậy ô tô chạy bằng điện chắc chắn vẫn là sự lựa chọn số một của nhân loại vào những năm tới của thế kỷ 21 mà sự phát triển của nó đi theo những sự cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng về công nghệ nhưng hiện tại sự phát triển của ô tô này cũng không cho phép giải quyết một cách nhanh chóng vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị vì không thể xây dựng toàn bộ cơ cấu hạ tầng cơ sở phục vụ trong một thời gian ngắn

Hiện nay trên thế giới đã phát triển công nghệ ô tô điện khắc phục những nhược điểm trên như khả năng dự trữ năng lượng, khả năng tăng tốc, quảng đường di chuyển của xe Tiêu biểu trong số đó là mẫu Tesla model S Mẫu ô tô này ô tô sử dụng pin công suất 85 kWh, tích hợp tính năng tăng áp, có khả năng tăng tốc từ 0 - 100 km/h trong 3,5 giây và đi được 320km cho một lần sạc

Hình 1.3 Mẫu ô tô điện Tesla model S

1.3.3 Ô tô hybrid

Ô tô hybrid, thường được gọi là ô tô lai hay ô tô lai điện, là loại ô tô sử dụng hai nguồn động lực: Động cơ đốt trong và động cơ điện Sự hoạt động của ô tô này là sự kết hợp hoạt động giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sao cho tối ưu Một bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và khi nào cả hai cùng hoạt động Hiện nay có các dòng ô tô Hybrid như sau:

Plug in Hybrid Vehicle (PHV) là dòng ô tô sử dụng phần lớn năng lượng từ động

cơ đốt trong Khi cần thiết, công suất được đẩy lên mạnh mẽ hơn khi có sự tham gia thêm của động cơ điện Năng lượng điện được sinh ra và dự trữ trong ắc qui mỗi khi ô

tô hoạt động, vì thế nó không phải được sạc từ bất kì nguồn điện nào

Dòng ô tô Plug in Hybrid Electrical Vehicle (PHEV): PHEV tương tự như PHV, các ô tô plug-in hybrid cũng chạy kết hợp động cơ đốt trong với một hoặc hơn một

động cơ điện Nhưng khác PHV ở chỗ, loại ô tô hybrid này chạy nhờ sử dụng phần lớn năng lượng từ động cơ điện Nói cách khác động cơ điện là chính, trong khi động cơ đốt trong lại là phụ Động cơ xăng được tối ưu hóa nó cho nhiệm vụ sạc pin, nó chỉ hỗ trợ 2 động cơ điện khi cần thiết chứ không làm nhiệm vụ dẫn động chính như các loại

ô tô Hybrid xăng-điện khác

Hình 1.4 Toyota Prius, mẫu ô tô Hybrid bán chạy nhất trên thế giới

1.3.4 Ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời

Đó là ô tô điện sử dụng điện năng do các tấm pin năng lượng mặt trời cung cấp, các tấm pin này thường được bố trí trên trần hoặc thân ô tô để có thể hấp thụ bức xạ mặt trời tốt nhất Các tấm pin chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng để cung cấp cho động cơ điện và các hệ thống trên xe Tuy nhiên, hiện vẫn chưa có mẫu ô tô nào được thương mại hóa, vẫn đang trong quá trình nghiên cứu phát triển để hoàn thiện vì những nhược điểm lớn như chỉ có thể cung cấp không quá nhiều năng lượng điện cho

xe, chi phí cao, quãng đường cho mỗi lần sạc tương đối ngắn trong khi thời gian sạc lại khá lâu Nhưng tiềm năng phát triển rất lớn, nhất là những nước nhiệt đới có số giờ nắng và bức xạ lớn vì ô tô có thể vừa sạc vừa di chuyển, qua đó có thể hướng tới 1 chiếc ô tô tương lai có khả năng chạy quãng đường vô hạn mà không cần phải dừng lại

để nạp nhiên liệu hoặc sạc điện như những mẫu ô tô như hiện nay

Tại Việt Nam, các nghiên cứu và sáng chế về ô tô sử dụng năng lượng mặt trời đang ngày càng được chú ý Những mẫu ô tô này thường nhỏ gọn, thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm cũng như ồn ào khi vận hành Trong số đó, có một kĩ sư người Việt đang nghiên cứu phát minh ra mẫu ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời

có tên EVX Ventures Immortus có khả năng vận hành ấn tượng, di chuyển được quãng đường 550km với tốc độ 85km/h nhờ khối lượng chỉ 550kg cùng với pin có dung lượng lên đến 10kW

Hình 1.5 Mẫu ô tô Immortus đang được nghiên cứu phát triển

1.4 Kết luận chương

Hiện nay, các hãng ô tô lớn trên thế giới đã phát triển các mẫu ô tô điện của riêng mình Các thành phố lớn cũng đang có xu hướng sử dụng ô tô điện cá nhân với những

ưu điểm của ô tô điện, thân thiện và dễ sử dụng

Đề tài “Nghiên cứu và phát triển ô tô điện kết hợp nguồn năng lượng mặt

trời chạy trong khuôn viên trường Đại học” là một đề tài nhằm mục đích thiết kế,

chế tạo ra một mẫu ô tô điện cơ nhỏ chạy hoàn bằng năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường với chi phí rẻ

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lý thuyết về ô tô điện

Ô tô điện ra đời từ những năm 1834 có lịch sử phát triển lâu đời, nhưng do những hạn chế về ắc quy và đặc biệt là sự tiến bộ vượt bậc của động cơ đốt trong nên ô tô điện dần bị thay thế Tuy nhiên vài thập niên trở lại đây mới phát triển mạnh mẽ, để giải quyết 2 vấn đề cách bách hiện nay, đó là: cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải của các loại ô tô sử dụng xăng dầu gây ra

- Ưu điểm:

+ Ô tô điện không tạo ra khí thải ô nhiễm môi trường

+ Điện năng có ở bất cứ đâu và dễ dàng cung cấp

+ Ô tô điện không gây ồn

+ Ô tô điện có cấu trúc đơn giản và dễ dàng lắp ráp

+ Người dùng dễ điều khiển

+ Người sử dụng sẽ dụng ô tô điện sẽ ít phải bảo dưỡng ô tô hơn và sẽ tiết kiệm các chi phí bảo dưỡng như thay thế phụ tùng, thay dầu

+ Ô tô điện có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn so với các ô tô sử dụng động cơ đốt trong Do đó, về mặt nào đó sử dụng ô tô điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn

và giảm ô nhiễm môi trường

- Nhược điểm:

+ Giá thành pin cao

+ Ô tô điện không thể đáp ứng được cho các chuyến hành trình dài hơn 200km + Sạc điện khó khăn

+ Cơ sở hạ tầng cho ô tô điện còn chưa phát triển, có rất ít các trạm nạp điện dành cho ô tô điện

+ Ô tô điện không tạo ra khí thải ô nhiễm môi trường

+ Điện năng có ở bất cứ đâu và dễ dàng cung cấp

+ Ô tô điện không gây ồn

+ Ô tô điện có cấu trúc đơn giản và dễ dàng lắp ráp

+ Người sử dụng sẽ dụng ô tô điện sẽ ít phải bảo dưỡng ô tô hơn và sẽ tiết kiệm các chi phí bảo dưỡng như thay thế phụ tùng, thay dầu

+ Ô tô điện có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn so với các ô tô sử dụng động cơ đốt trong Do đó, về mặt nào đó sử dụng ô tô điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn

và giảm ô nhiễm môi trường

Bộ phận quan trọng nhất của ô tô điện đó là động cơ điện và acquy chính, quyết

định tính năng cũng như quãng đường mà ô tô điện Nên sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu

về 2 bộ phận này

Sơ đồ một ô tô điện hiện đại được minh họa trên hình 2.1 Hệ thống động lực của

ô tô bao gồm ba bộ phận chính : động cơ điện tạo sức kéo, nguồn năng lượng cung cấp cho động cơ điện và các bộ phận phụ trợ Hệ thống tạo lực kéo bao giồm bộ điều khiển, bộ chuyển đổi điện tử công suất, động cơ điện, cơ cấu truyền lực, bánh ô tô chủ động Hệ thống cung cấp năng lượng bao gồm nguồn năng lượng, hệ thống quản lý năng lượng và các bộ phận nạp năng lượng Hệ thống phụ trợ bao gồm bộ phận trợ lực tay lái, hệ thống điều hòa không khí…

Hình 2.1 Sơ đồ động lực cơ bản của một ô tô điện

❖ Tính năng của ô tô điện: Tính năng cơ bản của ô tô điện bao gồm tốc độ tối đa,

khả năng leo dốc và gia tốc

- Tốc độ tối đa của ô tô được xác định bởi giao điểm của đường cong lực kéo với đường cong lực cản trên biểu đồ lực kéo theo tốc độ của xe Nhưng giao điểm này lại không tồn tại ở một số thiết kế trong đó sử dụng động cơ kéo lớn hay tỉ số truyền lớn Trong trường hợp này, tốc độ tối đa của ô tô được xác định bởi tốc độ tối đa của động

cơ theo biểu thức:

min 0

max max

30

.

g

m b

i i

N r

- Khả năng leo dốc của ô tô bởi lực kéo của xe Ở tốc độ trung bình và cao thì khả năng leo dốc của ô tô kém hơn so với ở tốc độ thấp Mức độ tối đa mà ô tô có thể vượt qua ở tốc độ nhất định có thể được tính toán bằng biểu thức:

g M

F F F g M

F i

v

w r t

v

net t

.

) (

2.2 Cơ sở lý thuyết về động cơ điện một chiều

2.2.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện 1 chiều chia làm ba phần chính:

a Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ

- Lõi sắt cực từ làm bằng sắc kỹ thuật điện dày 0.5-1 mm ép lại và tán chặt

- Dây quấn kích từ được làm từ dây đồng quấn cách điện Trong các máy công suất nhỏ cực từ chính là một nam châm vĩnh cửu Trong các máy trung bình và lớn cực

từ chính là nam châm điện

b Cực từ phụ: đặc giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm việc của máy

điện và đổi chiều

- Lõi thép cực từ phụ có thể là một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá thép tùy theo chế độ làm việc Xung quanh cực từ phụ được đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ được nối với dây quấn phần ứng

- Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy

c Phần quay (rotor): Bao gồm các bộ phận chính sau:

- Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên

- Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rotor

- Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện

- Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn

Trong máy điện công suất vừa và lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ nhật

- Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cơ cấu chổi than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài

2.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụng làm cho rotor quay

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau, do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động

cơ có chiều quay không đổi

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sức điện động Eư Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức điện đông Eư còn được gọi là sức phản diện

Phương trình điện áp là:

2.2.3 Phân loại động cơ điện một chiều

Cũng như máy phát, động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ thành các động cơ điện sau:

- Động cơ điện kích từ độc lập: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng

- Động cơ kích từ nối tiếp: Động cơ kích từ mắc nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng

- Động cơ kích từ hỗn hợp: Động cơ kích từ hỗn hợp gồm hai cuộn dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu

2.2.4 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Tùy theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau Trong các đặc tính đó, quan trọng nhất là đặc tính cơ Đặc tính cơ dùng để xác định điểm làm việc xác lập hoặc là khảo sát điểm làm việc ổn định trong hệ thống truyền động điện

❖ Phương trình đặc tính cơ:

Khi động cơ làm việc, rotor mang cuộn ứng quay trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn ứng lại xuất hiện một sức phản điện động có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Phương trình điện áp ở mạch phần ứng động cơ:

+ N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

+ a: số đôi mạch nhánh song song

M I

K

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì Mcơ = Mđt = M

Từ các phương trình trên ta có: đặc tính cơ của động cơ điện một chiều như

sau:

2 M ( )

Khi toàn bộ các thông số điện của động cơ là định mức và không mắc thêm điện

trở phụ vào mạch điện trở thì phương trình đặc tính cơ là:

2 M ( )

Đặc tính cơ của phương trình này gọi là đặc tính cơ tự nhiên

Tốc độ ωo = Uư/k.Φ là tốc độ không tải lý tưởng

Khi phụ tải tăng dần từ Mc = 0 đến Mc = Mđm thì tốc độ động cơ giảm dần từ ω0

xuống ωdm nên phương trình đặc tính cơ có dạng: ω = ω0 – Δω

2.3 Hệ thống điều khiển động cơ

2.3.1 Công dụng của bộ điều khiển động cơ

- Điều khiển quá trình khởi động, thay đổi tốc độ và mômen của động cơ trong quá trình hoạt động của xe đáp ứng yêu cầu của người lái

- Kiểm soát dòng điện, điện áp, tốc độ động cơ

- Chuẩn đoán các hư hỏng, giúp động cơ hoạt động trong điều kiện tốt nhất

❖ Nguyên lý điều khiển:

Bộ điều khiển động cơ nhận tín hiệu từ bộ điều khiển trung tâm của xe kết hợp với các tín hiệu phản hồi từ điều kiện hoạt động của động cơ Qua đó, điều khiển quá trình hoạt động của bộ biến tần, làm thay đổi tốc độ và mômen của động cơ đúng với yêu cầu của người lái

Để điều khiển động cơ BLDC có hai phương pháp chính: phương pháp dùng cảm biến vị trí Hall (hoặc Encoder) và phương pháp điều khiển không cảm biến (Sensorless Control) Trong đó ta có hai phương pháp điều chế điện áp ra từ bộ điều khiển đó là điện áp dạng sóng hình thang và dạng sóng hình sin Cả hai phương pháp hình thang

và hình sin đều có thể sử dụng cho điều khiển có cảm biến Hall và không cảm biến, trong khi phương pháp không cảm biến chỉ dùng phương pháp điện áp dạng sóng hình thang Sau đây ta sẽ tập trung đi vào điều khiển động cơ BLDC bằng phương pháp

dùng cảm biến vị trí Hall sensor kết hợp với băm xung PWM để đóng mở các van bán dẫn cấp điện cho các pha của động cơ dựa theo tín hiệu Hall sensor gửi về

2.3.2 Một số phương pháp điều khiển động cơ

2.3.2.1 Phương pháp điều khiển bằng tín hiệu Hall - phương pháp 6 bước

Cứ mỗi khi quay được 600 điện, một cảm biến Hall lại thay đổi trạng thái Như vậy, có thể thấy, nó cần 6 bước để hoàn thành một chu kỳ điện Đồng thời, cứ mỗi 600

điện, chuyển mạch dòng điện pha cần được cập nhật Tuy nhiên, cũng chú ý là một chu kì điện có thể không tương ứng với một vòng quay của rotor về cơ khí Số lượng chu kỳ điện cần lặp lại để hoàn thành một vòng quay của động cơ được xác định bởi số cặp cực của rotor Một chu kỳ điện được xác đinh bởi một cặp cực rotor Do đó số lượng chu kỳ điện trên một chu kỳ cơ bằng số cặp cực rotor

Không giống như các loại động cơ thông thường như động cơ một chiều và động

cơ đồng bộ thì động cơ BLDC có đường sức phản điện động là hình thang còn dòng điện chảy trong các pha là dạng hình chữ nhật Đặc tính sức phản điện động của ba cuộn dây lệch nhau 2π/3 do các cuộn dây stator được đặt lệch nhau 2π/3 và góc chuyển mạch của sức phản điện động là π/3 vì thế trong thời gian này thì không cấp dòng cho cuộn dây stator tương ứng Căn cứ vào dạng dòng điện của 3 pha của động cơ theo vị trí của cảm biến Hall để xác định được sơ đồ mở van cho bộ nghịch lưu Do một chu

kỳ có 6 lần cảm biến Hall thay đổi vị trí nên sẽ có 6 trạng thái mở van

Hình 2.3 Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động, dòng điện pha và thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall trong chế độ quay thuận chiều kim

đồng hồ

Hình 2.4 Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động, dòng điện pha và thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall trong chế độ quay ngược chiều kim

đồng hồ

2.3.2.2 Điều khiển bằng phương pháp PMW

Trên cơ sở điều khiển tốc độ động cơ BLDC bằng phương pháp điều chỉnh điện

áp vào ta có thể áp dụng kĩ thuật PMW để điều khiển tốc độ động cơ Đây cũng là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong điều khiển điện áp hiện nay Với phương pháp này điện áp cung cấp cho bộ khóa công suất không đổi, tuy nhiên điện áp ra khỏi

bộ khóa đến động cơ thay đổi theo thuật toán điều khiển Phương pháp PMW có thể dùng cho khóa trên, khóa dưới hay đồng thời cả hai khóa trên và dưới cùng lúc

Hình 2.5 Giản đồ xung điều khiển PMW kênh trên

2.3.2.3 Điều khiển điện áp hình sin

Kĩ thuật này còn được gọi là kiểu AC không chổi than (Brushless AC) Kĩ thuật này làm giảm tiếng ồn có thể nghe thấy được, giảm gợn sóng mômen do dạng sóng điện áp và dòng điện ra ít bị gợn sóng

Hình 2.6 Giản đồ điều chế điện áp hình sin

2.3.2.4 Điều khiển động cơ BLDC không sử dụng cảm biến (Sensorless Control)

Đây là phương pháp sử dụng các ước lượng từ thông rotor để điều khiển các khóa đóng cắt thay cho cảm biến Hall truyền thống Do đó phương pháp này được gọi

là phương pháp điều khiển không cảm biến (Sensorless Control) Cơ sở chính của điều khiển không cảm biến đối với động cơ BLDC là dựa vào thời điểm qua zezo của sức điện động cảm ứng trên các pha của động cơ Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng được phương pháp điện áp hình thang

Về cơ bản có hai kĩ thuật điều khiển không cảm biến:

+ Một là xác định vị trí rotor dựa vào sức điện động của động cơ, phương pháp này đơn giản, dễ dàng thực hiện và giá thành rẻ

+ Hai là ước lượng vị trí dùng các thông số của động cơ, các giá trị điện áp và dòng điện trên động cơ Phương pháp này tính toán phức tạp, khó điều khiển, giá thành cao

Phương pháp ước lượng vị trí rotor dựa vào thời điểm qua zezo của sức điện động đòi chúng ta tạo ra môt điểm trung tính để có thể đo và bắt điểm qua zezo của sức điện động Điểm trung tính có thể là trung tính hoặc trung tính ảo

Điểm trung tính ảo trên lí thuyết có cùng điện thế với trung tính thật của các cuộn dây đấu hình Y Tuy nhiên điểm trung tính không phải là điểm cố định Điện áp của điểm trung tính có thể thay đổi từ 0 đến gần điện áp DC của nguồn Trong khi điều chế

PMW, tín hiệu PMW chồng chất lên điện áp trung tính, gây ra nhiễu rất lớn trên tín hiệu cảm biến, điều này gây trì hoãn không cần thiết cho tín hiệu cảm biến

2.3.3 Môđun điều khiển động cơ BLDC

Mạch cần thiết để điều khiển động cơ BLDC bao gồm 5 môđun Khối điều khiển, ba mạch nửa cầu cung cấp điện trực tiếp cho động cơ, trình điều khiển cổng cho phép khối điều khiển được kết nối với mạch nửa cầu, phản hồi cảm biến vị trí Rotor động cơ để xác định giao hoán và các mạch bảo vệ

Hình 2.7 Các module điều khiển động cơ BLDC

2.3.4 Mạch nửa cầu và trình cổng điều khiển

Hình 2.8 Nguyên lý làm việc của mạch nửa cầu

Mỗi mạch nửa cầu gồm hai MOSFET được kết nối nối tiếp và được nối với một trong ba pha động cơ Mạch nửa cầu có thể kết nối dây pha của động cơ với Vcc hoặc nối đất, và truyền dòng điện trong cuộn dây stator như đường màu đỏ đứt nét Việc thực hiện giao hoán phụ thuộc vào khả năng của mạch nửa cầu để chuyển pha và kích

thích của cuộn dây stator, tạo từ trường chuyển động và xoay động cơ BLDC Trình điều khiển cổng là một mạch được kết nối với các cổng của MOSFET và được sử dụng để bật hoặc tắt các MOSFET trong các mạch nửa cầu đê kết nối với Vcc hoặc nối đất

2.3.4.1 Khối điều khiển

Hình 2.9 Các khối điều khiển động cơ BLDC phổ biến

Do việc chuyển đổi động cơ BLDC không được thực hiện tự động bằng thiết kế

cơ học, nên cần có một khối điều khiển để chỉ ra sự chuyển mạch và điều khiển trình điều khiển cổng Khối điều khiển có thể có nhiều dạng, bao gồm MCU, FPGA, DSP, máy trạng thái kỹ thuật số, …

2.3.4.2 Mạch bảo vệ động cơ

Trong quá trình vận hành của động cơ, có nhiều tình huống có thể làm hỏng động

cơ, vì vậy việc trang bị mạch bảo vệ là rất quan trọng

Hình 2.10 Các loại mạch bảo vệ động cơ BLDC

- Mạch bảo vệ quá dòng (OCP) ngăn dòng điện động cơ vượt quá giới hạn định mức

- Các mạch phát hiện khóa khóa mạch khi xác định khi động cơ bị đình trệ

- Khóa điện áp thấp (UVLO) bảo vệ mạch điều khiển động cơ khỏi điện áp nguồn cung cấp nằm dưới phạm vi hoạt động

- Nếu ổ đĩa động cơ vượt quá nhiệt độ định mức của nó, bộ bảo vệ nhiệt sẽ tắt máy và dừng động cơ

- Mạch bảo vệ sự cố giúp ngăn chặn hai MOSFET trong mạch nửa cầu không bật cùng lúc, dẫn đến đoản mạch hiện tại

- Bảo vệ chống tăng điện áp (AVS) giúp ngăn động cơ truyền năng lượng vào nguồn điện hệ thống, gây ra điện áp vượt quá giới hạn định mức

2.4 Các nguồn cung cấp năng lượng trên ô tô điện

Hiện nay, trên ô tô điện người ta sử dụng 3 nguồn cung cấp năng lượng chính là pin nhiên liệu, pin điện hóa và siêu tụ

Hình 2.11 Các nguồn lưu trữ năng lượng sử dụng trên ô tô điện

2.4.1 Pin điện hóa

2.4.1.2 Pin Nickel Cadmium (Ni – Cd)

Pin Nikel Cadmium được làm từ hai hợp chất chính là Nickelic Hydroxide (NiO(OH))

và Cadmium Cực âm sử dụng kim loại Cadmium, cực dương là hợp chất của Nickel (NiO(OH)) cùng dung môi Kali Hydroxide (KOH)

Hình 2.12 Pin Nickel – Cadmium

- Ưu điểm

+ Hiệu suất cao hơn pin chì – axit

- Nhược điểm

+ Điện thế giảm đột ngột ở cuối chu kỳ xả

+ Hiệu ứng nhớ làm giảm tuổi thọ của pin

+ Kim loại Cadmium gây hại cho môi trường

2.4.1.3 Pin Nickel Metal Hydride (Ni – MH)

Hình 2.13 Pin Ni – MH

Pin Nickel Metal Hydride (Ni-MH), là một kiểu pin sạc tương tự như pin Nickel Cadmium (Ni - Cd) nhưng sử dụng hỗn hợp hấp thụ hiđrua cho anốt thay cho Cadmium Ở cực dương của pin, ta có hợp chất Nickel Dihydroxide (Ni(OH)2) Ở cực

âm là hợp chất kim loại MHx, trong đó M có thể là một hợp chất kim loại có dạng AB5 ví dụ như LaNi5 (LaNi5Hx) Dung môi sử dụng vẫn là KOH

- Ưu điểm:

+ Pin Ni - MH có thể có điện dung lớn gấp hai đến ba lần so với pin Ni - Cd cùng kích thước và hiệu ứng nhớ cũng nhỏ hơn

+ Thân thiện với môi trường hơn so với pin Ni – Cd

- Nhược điểm:

+ Chi phí lớn, tuổi thọ thấp

2.4.1.4 Pin Lithium ion (Li – Ion)

Pin Lithium - ion (Li – Ion) là nguồn năng lượng đang được sử dụng phổ biến trong các loại ô tô điện đang và sắp được thương mại hóa vì nó có mật độ năng lượng cao, khả năng nạp nhanh tốt (30 phút có thể nạp được 80%), tuổi thọ cao (có thể lên tới 10 năm) Pin Li - ion thường sử dụng điện cực là các hợp chất mà cấu trúc tinh thể của chúng có dạng lớp Trong quá trình sạc và xả, các ion Li+ sẽ xâm nhập và điền đầy khoảng trống giữa các lớp này, nhờ đó phản ứng hóa học xảy ra

- Ưu điểm

+ Mật độ năng lượng cao, ít bị tự xả

+ Khối lượng và kích thước nhỏ

+ Có số chu kỳ nạp - xả lớn, khoảng 500-1000 lần

+ Pin có tuổi thọ cao

+ Dòng xả, dòng nạp lớn, do đó có thể sạc trong thời gian ngắn

+ Đa dạng về chủng loại

- Nhược điểm

+ Dễ bị ảnh hưởng về tuổi thọ pin khi sạc quá dòng, nhiệt độ cao

+ Rất nhạy cảm và dễ hư hỏng bởi nhiệt, chỉ nên dùng pin ở nhiệt độ < 600C + Pin có hiệu ứng tự xả, khoảng 5-10%/tháng

+ Khi điện áp pin thấp dưới 3V hoặc cao quá 4,2V có thể làm hỏng pin

+ Có giá thành tương đối cao

Một nhược điểm lớn nhất của pin Li- Ion là chúng rất nhạy cảm với nhiệt độ cao, nhiệt làm cho pin bị xuống cấp nhanh và dễ gây ra cháy nổ Do đó, để quản lý các hoạt động và bảo vệ pin trong quá trình sử dụng, người ta sử dụng thêm bộ quản lý pin BMS

2.4.1.5 Pin Lithium polymer (Li – Po)

Pin Li - Ion và Li - Po có điểm chung cơ bản nhất là cả hai loại pin này đều có thể

sử dụng "sạc đi sạc lại nhiều lần", được tạo thành từ các thành phần hóa học chính tương tự nhau Điểm khác nhau chính giữa hai loại pin này là cách các cell được chế tạo và loại chất điện phân được sử dụng trong mỗi loại pin Pin Li – Po sử dụng chất điện phân dạng khô thay vì dạng lỏng như pin Li – ion Pin Li – Po có thể chế tạo nhiều kiểu dáng khác nhau, chi phí sản xuất cao nên thường được sử dụng trên các phương tiện nhỏ có tính cơ động cao Tuy nhiên, tuổi thọ của loại pin này thấp hơn loại Li – ion