Nguồn năng lượng cho Ô TÔ điện

Power Supply Systems for Electric Vehicles Theo dự báo của tạp chí Discovery, ô tô điện là 1 trong 5 công nghệ bùng nổ trong năm 2011. Ban biên tập xin giới thiệu với bạn đọc loạt bài viết về ô tô điện. Dưới đây là bài báo thứ ba, hai bài trước được in trong tạp chí số tháng 05 và tháng 06/2011.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nguồn năng lượng cho Ô TÔ điện Nguồn năng lượng cho Ô TÔ điệnPower Supply Systems for Electric VehiclesTheo dự báo của tạp chí Discovery, ô tô điện là 1 trong 5 công nghệ bùng nổ trong năm2011. Ban biên tập xin giới thiệu với bạn đọc loạt bài viết về ô tô điện. Dưới đây là bàibáo thứ ba, hai bài trước được in trong tạp chí số tháng 05 và tháng 06/2011.Trong ô tô điện, vấn đề dự trữ và quản lý dòng năng lượng luôn là vấn đề phức tạp, gâyhạn chế các tính năng của xe. Các nghiên cứu trên thế giới đặt ra mục tiêu đối với hệthống nguồn là tăng khả năng lưu trữ năng lượng, giảm kích thước và trọng lượng đồngthời phải có sự linh hoạt trong khả năng quản lý, phân phối và điều khiển dòng nănglượng trong các chế độ hoạt động của xe. Trên thực tế, nguồn năng lượng là vấn đề đượcquan tâm hàng đầu, cũng là lĩnh vực được đầu tư lớn nhất trong những nghiên cứu về ô tôđiện hiện nay. Trong bài báo này, trước tiên các tác giả sẽ trình bày về vai trò của hệthống nguồn năng lượng, những vấn đề tồn tại và một số hướng nghiên cứu điển hình trênthế giới; tiếp đó, bài báo lần lượt giới thiệu một số loại nguồn được sử dụng cho ô tôđiện.1. Tầm quan trọngNguồn năng lượng được coi là vấn đề lớn nhất trong ô tôđiện, nó được sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứutrong cả giới hàn lâm và giới công nghiệp. Khi ô tô điện trởthành một sản phẩm thương mại thì những vấn đề liên quanđến nguồn năng lượng cũng là mối quan tâm hàng đầu củangười tiêu dùng.2. Một số hướng nghiên cứu và thành tựu điển hình trênthế giới Hình 1. Nguồn năng lượngNhững nghiên cứu về hệ thống nguồn năng lượng trên thế là vấn đề lớn nhất của ô tôgiới rất đa dạng và phong phú, khó có thể được trình bày điện.một cách đầy đủ trong khuôn khổ một bài báo. Trong phầnnày, một số hướng nghiên cứu và thành tựu nổi bật trên thế giới sẽ được điểm qua để bạnđọc có được cái nhìn bao quát với những hướng nghiên cứu khác nhau. Riêng vấn đề vềcác bộ biến đổi điện tử công suất sẽ được trình bày trong bài báo đăng trên số sau của tạpchí này.a. Ứng dụng công nghệ nano giảm thời gian nạp ắc quyThời gian nạp ắc quy là một trong những mối quan tâm lớn nhất của cả nhà khoa học, nhàsản xuất và người sử dụng ô tô điện. Loại ắc quy được sử dụng nhiều nhất cho ô tô điệnhiện nay là ắc quy Lithium (sẽ được đề cập tới ở phần sau), cùng loại với pin máy tínhxách tay và điện thoại di động mà chúng ta hay sử dụng. Ta thấy rằng, thời gian để nạpđầy pin cho một chiếc điện thoại hay máy tính mất từ 30 phút tới hơn một tiếng đồng hồ.Với một chiếc ô tô điện, thời gian nạp trung bình 8 giờ, quá lâu khi so sánh với thời gianđổ đầy một bình xăng vốn chỉ khoảng ba phút. Đây rõ ràng là một điểm yếu lớn của ô tôđiện cần phải được khắc phục. Hình 2. Công nghệ vật liệu nano làm giảm thời gian nạp ắc quy Lithium-ion (Nguồn: Boston.com).Có nhiều nghiên cứu về bộ nạp và bản thân ắc quy nhằm giảm thời gian nạp, một trongnhững công trình gây tiếng vang lớn gần đây là nghiên cứu của các nhà khoa học tại ViệnCông nghệ Massachusetts sử dụng công nghệ nano để cải tiến vật liệu chế tạo ắc quyLithium. Công trình này, theo các tác giả, đã nâng mật độ công suất (nói cách khác là khảnăng phóng – nạp) của ắc quy Lithium lên ngang bằng với siêu tụ điện (sẽ được đề cậptới ở phần sau) [1].b. Công nghệ nạp điện không dâyNạp điện không dây (Wireless Power Transfer), cònđược biết đến với tên gọi nạp điện cảm ứng(Inductive Charging) không phải là một công nghệquá mới mẻ. Công nghệ này đã được ứng dụng đểnạp điện cho một số thiết bị điện tử cầm tay nhưđiện thoại di động. Tuy nhiên, việc ứng dụng côngnghệ này để nạp điện cho ô tô vẫn còn nhiều vấn đề Hình 3. Thí nghiệm truyền điệncần nghiên cứu. không dây tại Hori-lab [2].Về mặt nguyên lý truyền tải năng lượng, nạp điệnkhông dây không khác gì chiếc bếp từ đã trở nên phổ biến trong nhiều gia đình. Thiết bịgồm cuộn sơ cấp nối với nguồn và cuộn thứ cấp nối với tải. Cuộn sơ cấp được cấp điệnxoay chiều tần số cao, tần số này càng cao thì hiệu suất truyền tải càng lớn. Dòng điệnxoay chiều sinh ra từ trường biến thiên, cảm ứng qua cuộn thứ cấp và sinh ra dòng điệnchạy trong cuộn thứ cấp.Vấn đề an toàn, nhiễu điện từ, khoảng cách và hiệu suất của nạp không dây được đặt rakhi sử dụng ở công suất lớn cho ô tô điện. Những thí nghiệm ban đầu tại Trung tâmnghiên cứu của giáo sư Hori tại Đại học Tokyo, Nhật Bản (Hori-lab) cho thấy tại khoảngcách lớn, với tần số cao, nạp không dây vẫn có hiệu suất tốt [2]. Những vấn đề về an toànvà nhiễu vẫn đang được nghiên cứu.Ứng dụng nạp không dây cho ô tô điện nổi tiếng nhất có thể kể ra là dự án OnLineElectric Vehicles – OLEV ở Viện Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đã được đềcập tới ở bài đầu tiên của loạt bài này (số tháng 05/2011). Cấu tạo của hệ thống đượcminh họa trên hình 4. Hình 4. Xe điện OLEV nạp điện không dây online tại KAIST [2].c. Phát triển cơ sở hạ tầng cho các trạm nạp ắc quyÔ tô điện là phương tiện giao thông, bởi vậy ta phải nghiên cứu không chỉ bản thân chiếcxe mà còn phải nghiên cứu phát triển đồng bộ cơ sở hạ tầng, cụ thể là hệ thống các trạmnạp. Một dự án điển hình là The EV Project ở Hoa Kỳ bắt đầu từ năm 2009 với tổng vốnđầu tư là 230 triệu Đô-la. Mục tiêu của dự án là xây dựng 15.000 trạm nạp ở 16 thànhphố lớn tại sáu bang của Hoa Kỳ. Công ty ô tô Nissan Bắc Mỹ và General Motors /Chevrolet là những đối tác chính của dự án này [3].Hình 5. The EV Project – dự án phát triển cơ sở hạ tầng hệ thống trạm nạp tại Hoa Kỳ[3].3. Một số loại nguồn sử dụng cho ô tô điệna. Nguồn hỗn hợp cho xe hybridÔ tô hybrid là loại xe sử dụng nguồn năng lượnghỗn hợp xăng và ...