lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
TRƯỜNG BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ
BÀI TẬP
VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô
KC409
GVHD: TS. Nguyễn Hữu Cường
Sinh viên thực hiện:
Khưu Mẫn Tiệp
B2202141
La Chí Tín
B2202142
Cần Thơ, 4/2025
lOMoARcPSD| 58504431
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
MỤC LỤC
CHƯƠNG IX Trang 1
9.0 GIỚI THIỆU CHUNG Trang 1
9.1 CƠ SỞ HẠ TẦNG TẠI NHÀ Trang 2
9.2 CƠ SỞ HẠ TẦNG CÔNG CỘNG Trang 2
9.2.1 TRẠM SẠC THÔNG THƯỜNG Trang 3
9.2.2 TRẠM SẠC KHÔNG THƯỜNG XUYÊN/ THỈNH THOẢNG( OCCASINAL
CHARGING STATIONS) Trang 3
9.2.3 TRẠM SẠC NHANH Trang 3
9.2.4 TRẠM ĐỔI PIN Trang 4
9.2.5 VÙNG DI CHUYỂN VÀ SẠC (MOVE-AND-CHARGE ZONES) Trang 5
9.2.6 HỆ THỐNG THANH TOÁN Trang 5
9.3 TIÊU CHUẨN VÀ QUY ĐỊNH Trang 6
9.3.1 TIÊU CHUẨN Trang 6
9.3.2 QUY ĐỊNH Trang 8
9.4 ĐÀO TẠO QUẢNG BÁ Trang 9
9.4.1 ĐÀO TẠO Trang 10
9.4.1 QUẢNG BÁ/KHUYẾN KHÍCH (PROMOTION) Trang 11
9.5 TÁC ĐỘNG LÊN HỆ THỐNG ĐIỆN Trang 12
9.5.1 ẢNH HƯỞNG HÀI (HARMONIC IMPACT) Trang 12
9.5.2 BÙ HÀI HÒA (HARMONIC COMPENSATION) Trang 13
9.5.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NHU CẦU DÒNG ĐIÊN (CURRENT DEMAND IMPACT)
Trang 16
9.5.4 GIẢM THIỂU NHU CẦU DÒNG ĐIỆN (CURRENT DEMAND
MINIMIZATION) Trang 16
TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 21
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
CHƯƠNG IX CƠ SỞ HẠ TẦNG XE ĐIỆN (EV)
9.0 GIỚI THIỆU CHUNG
Sự phát triển của xe điện (EV) đã tiến triển nhanh chóng trong thập kỷ qua. Các nhà nghiên
cứu và kỹ đã tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của EV thông qua những tiến bộ trong
pin, động cơ, bộ chuyển đổi, bộ điều khiển và các phụ trợ liên quan. Giờ đây, nó đã bước vào
giai đoạn thương mại hóa. Để hỗ trợ việc phổ biến xe điện, sở hạ tầng cho xe điện là nền
tảng cơ bản, bao gồm các sở vật chất và dịch vụ thiết yếu để hỗ trợ hoạt động của một số
lượng lớn xe điện (Olsen, 1996). Để phát triển một cơ sở hạ tầng EV thành công, chúng ta cần
chú ý đến các khía cạnh sau:
Sự sẵn có của các trạm sạc
Sự tiện lợi trong thanh toán sạc
Tiêu chuẩn hóa pin và sạc EV
Quy định về sạc an toàn và sạch
Hỗ trợ từ đào tạo và quảng bá
Tác động đến hệ thống điện
Việc phát triển sở hạ tầng EV một dự án lớn, không một bên nào có thể chi trtoàn
bộ chi phí và tự mình thực hiện. Hơn nữa, sở hạ tầng EV là một khoản đầu dài hạn và
chúng ta cần nhiều năm phát triển trước khi thu được bất kỳ lợi ích nào. Cả khu vực công và
nhân như chính phủ, các tổ chức, các công ty ô tô, các công ty điện lực, các nhà sản xuất
pin nên hợp tác cùng nhau để phát triển cơ sở hạ tầng EV (Muntwyler, 1996; Nowicki, 1997).
Ngày nay, hầu hết tất cả các xe điện hiện có đều được cung cấp năng lượng bởi pin có thể sạc
lại như VRLA, Ni-MH, Li-Ion. Mặc pin nhiên liệu đang trở nên khả thi đối với xe điện,
vẫn còn rất nhiều việc phải làm trước khi chúng thể khả thi về mặt kinh tế hoặc được thương
mại hóa. Chúng tôi dự đoán rằng trong tương lai gần, pin sạc lại vẫn sẽ thống trị thị trường
nguồn năng lượng cho xe điện. Do đó, việc thiết lập các hệ thống sạc để sạc lại pin EV là một
phần cấu thành chính của cơ sở hạ tầng EV.
Hệ thống sạc cho EV có chức năng tương tự như trạm xăng cho xe động cơ đốt trong (ICEV),
nhưng có một số khác biệt lớn. Thứ nhất, hệ thống sạc EV có thể là một hệ thống lắp đặt công
cộng hoặc tại nhà. Người dùng EV thể sạc xe điện của mình tại trạm sạc công cộng hoặc
thậm chí trong gara riêng của họ bằng cách cắm bộ sạc EV vào ổ cắm điện. Chắc chắn rất
hiếm khi một người lắp đặt một thùng dầu tại nhà để tiếp nhiên liệu cho chiếc ICEV của họ.
Thứ hai, người dùng EV có thể có nhiều lựa chọn khác nhau về thời gian sạc để có được mức
giá ưu đãi khi sạc vào giờ thấp điểm. Chắc chắn, điều này không xảy ra đối với việc tiếp nhiên
liệu cho ICEV vì giá dầu thường cố định trong cả ngày. Thứ ba, hệ thống sạc EV thể gây
ra những ảnh hưởng bất lợi đến hệ thống điện của chúng ta như ô nhiễm sóng hài, hệ số công
suất thấp nhu cầu dòng điện cao. Tất nhiên, một trạm xăng không có tác động đến hệ thống
điện của chúng ta.
Thiết kế của hệ thống sạc EV chủ yếu phụ thuộc vào mức dòng điện sạc để sạc pin EV. Có ba
mức dòng điện chính:
(1) Dòng sạc thông thường – pin EV thể được sạc bằng dòng điện sạc khá thấp, khoảng
15 Athời gian sạc có thể kéo dài hơn 6 giờ. Chi phí vận hành và lắp đặt của bộ sạc tương
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
ứng là tương đối thấp công suất và dòng điện định mức liên quan không phải giá trị tới
hạn. Dòng sạc này thường có lợi để tăng hiệu suất sạc và kéo dài tuổi thọ pin.
(2) Dòng sạc trung bìnhpin EVthể được sạc bằng dòng điện trung bình từ 30–60 A
thời gian sạc thể kéo dài trong vài giờ. Chi phí vận hành lắp đặt của bộ sạc tương ứng
là tương đối cao hơn so với dòng sạc thông thường do cần phải nâng cấp thiết bị sạc.
(3) Dòng sạc nhanhpin EV có thể được sạc đầy trong một thời gian ngắn dựa trên dòng
sạc cao từ 150–400 A. Ngược lại với việc sử dụng dòng sạc thông thường hoặc trung bình, bộ
sạc tương ứng cung cấp hiệu suất sạc tương đối thấp. Chắc chắn, chi phí vận hành và lắp đặt
tương ứng là cao.
Dòng sạc thông thường được áp dụng trong cả sở hạ tầng sạc tại nhà công cộng, trong
khi cả dòng sạc trung bình nhanh chỉ được tìm thấy trong cơ sở htầng sạc công cộng. Hơn
nữa, dòng sạc nhanh chỉ nên được áp dụng trong các trạm sạc công cộng chuyên dụng đó
nhu cầu dòng điện tương ứng có thể gây ra ảnh hưởng bất lợi đến hệ thống điện.
9.1 CƠ SỞ HẠ TẦNG TẠI NHÀ
Sạc tại nhà cách thuận tiện nhất để mọi người sạc xe điện của họ thể được thực
hiện bằng cách cắm bộ sạc trên xe EV vào ổ cắm được lắp đặt hoặc gần bãi đậu xe. Mọi người
thể sạc đầy xe điện của họ sau một đêm đậu xe, do đó cho phép quãng đường di chuyển
hơn 100 km. Vì pin được sạc lại từ từ, yêu cầu công suất chỉ vài kW thời gian sạc từ
5 đến 8 giờ. Nói chung, sạc tại nhà lợi cho việc sử dụng điện hiệu quxe điện thường
được sạc vào ban đêm hoặc giờ thấp điểm. Do đó, các công ty điện lực sẵn sàng áp dụng thuế
quan ưu đãi giảm giá để thu hút người dùng EV sạc xe điện của họ trong giờ thấp điểm.
Yêu cầu cơ bản của việc sạc tại nhà là sự sẵn có của gara hoặc bãi đậu xe có điện. Có hai cách
khác nhau:
Đối với những ngôi nhà gara riêng, một cắm điện trong nhà thể được lắp đặt
để sạc lại.
Đối với những căn hộ tòa nhà nhiều tầng có bãi đậu xe kèm theo, một cắm điện
ngoài trời có thể được lắp đặt. Các ổ cắm điện ngoài trời phải có mạch bảo vệ riêng
có thể được vận hành độc lập. Chỉ những cư dân được phép mới có thể truy cập các ổ
cắm điện này để sạc EV.
đồ thanh toán cho việc sạc tại nhà khá đơn giản thể áp dụng trực tiếp đồng hồ đo
doanh thu sơ đồ thuế quan hiện có. Một chiếc EV thể được coi là một thiết bị điện thông
thường. ràng, chi phí ban đầu tương ứng tương đối thấp không cần lắp đặt thêm
bất kỳ đồng hồ đo đắt tiền nào khác.
9.2 CƠ SỞ HẠ TẦNG CÔNG CỘNG
Về bản, sở hạ tầng sạc công cộng sự phân bố của các trạm sạc ng cộng người
lái xe EV thể dễ dàng tiếp cận để sạc lại xe điện của họ khi cần thiết. Việc phát triển một
hệ thống sạc công cộng khó khăn hơn nhiều so với hệ thống tại nhà vì có nhiều yếu tố như an
toàn điện, công thái học, điều kiện thời tiết, sự đa dạng của xe điện và sự sẵn có của khu vực
cho các trạm sạc cần phải được xem xét. Để đảm bảo một hệ thống sạc công cộng có thể chứa
xe điện của các nhãn hiệu kiểu dáng khác nhau, chúng ta nên thiết kế các phụ trợ EV đó
với mức độ tiêu chuẩn hóa cao. Chắc chắn, bộ sạc pin bộ phận cấu thành chính của sở
hạ tầng sạc công cộng. Ngoài khả năng sạc pin, cơ sở hạ tầng cũng cần có các khả năng khác
như xác định khách hàng được ủy quyền, thông báo dung lượng pin, đo lường thanh toán
(Menga và Savoldelli, 1996).
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
9.2.1 TRẠM SẠC THÔNG THƯỜNG
Các trạm sạc thông thường được thiết kế để sạc lại xe điện dựa trên bộ sạc trên xe của chúng
bằng dòng sạc thông thường. Các trạm sạc này thường được đặt gần khu dân cư hoặc khu vực
làm việc, nơi xe điện sẽ được đỗ trong 5–8 giờ. Các trạm sạc này thường được thiết kế trên
quy lớn để thể chứa nhiều xe điện đồng thời để sạc thông thường. Các cột sạc tương
ứng thường được thiết kế theo mô-đun, bao gồm các đầu cuối điều khiển đầu cuối phân
phối. Trong thực tế, người lái xe EV chỉ cần đỗ xe điện của họ vào các khu vực được phân bổ
của trạm sạc, sau đó kết nối cáp và bắt đầu quá trình sạc lại.
Ổ cắm điện cho các trạm sạc thông thường là loại đặc biệt để phích cắm thể được khóa lại
với sự bảo vệ trong khi sạc. Thông thường, kết nối bốn dây, bao gồm dây pha, dây trung
tính, dây nối đất và dây điều khiển, và nó lấy điện từ hệ thống một pha.
9.2.2 TRẠM SẠC KHÔNG THƯỜNG XUYÊN/ THỈNH THOẢNG( OCCASINAL
CHARGING STATIONS)
Về mặt khái niệm, xe điện dự kiến sẽ được sạc đầy vào ban đêm hoặc sau 5–8 giờ đỗ xe tại
các trạm sạc thông thường để hoạt động bình thường hàng ngày. Trên thực tế, có nhiều yếu tố
ảnh hưởng đến dung lượng khả dụng của pin EV. Ví dụ, một số xe điệnthể được sử dụng
cả ngày lẫn đêm để không có đủ thời gian để sạc đầy pin cho mỗi lần sạc, hoặc một số xe điện
thể muốn di chuyển một quãng đường dài tích lũy mỗi ngày. Sạc không thường xuyên/thỉnh
thoảng một khái niệm rằng xe điện thể được sạc lại bất ckhi nào những dịp như vậy.
Các trạm sạc này thường được đặt ở những nơi có khả năng xe điện đỗ trong nửa giờ đến vài
giờ như bãi đậu xe, sân bay, nhà ga, khách sạn, bệnh viện, trường học, trung tâm mua sắm,
siêu thị, trung tâm hội nghị và điểm du lịch. Ví dụ, việc đỗ xe điện gần nhà vệ sinh có thể kéo
dài trong khoảng nửa giờ, rạp chiếu phim khoảng 1 giờ, nhà hàng khoảng 2 giờ và trung tâm
mua sắm trong vài giờ.
Mặc dù khái niệm sạc không thường xuyên này không giới hạn ở việc sạc xe điện bằng dòng
sạc trung bình, người lái xe EV không nên luôn mong đợi sạc đầy xe điện của họ trong thời
gian đỗ xe. Thay vào đó, họ nên xem xét rằng đây một cơ hội để tăng dung lượng pin khả
dụng cho chuyến đi sắp tới hoặc đơn giản một nguồn dự trữ bổ sung. Ví dụ, quãng đường
di chuyển của xe điện có thể được kéo dài thêm khoảng 40 km cho một giờ sạc không thường
xuyên bằng dòng sạc trung bình.
9.2.3 TRẠM SẠC NHANH
Sạc nhanh còn được gọi sạc nhanh hoặc sạc khẩn cấp nhằm mục đích sạc lại pin EV trong
một khoảng thời gian ngắn, gần bằng thời gian tiếp nhiên liệu cho xe ICEV. Rõ ràng, các trạm
sạc nhanh là nơi cung cấp các phương tiện sạc nhanh cho xe điện. Chắc chắn, việc sử dụng
sạc nhanh bị chi phối bởi đặc tính sạc lại của những pin EV đó. Pin thông thường không nên
sạc nhanh chúng thể dẫn đến quá nhiệt khi nhận một lượng điện tích lớn trong một
khoảng thời gian ngắn. Thời gian cần thiết để sạc lại thực sự ngắn, khoảng 20 phút để sạc 80%
dung lượng. Khả năng như vậy tương đương với việc cho phép xe điện di chuyển thêm khoảng
8 km cho mỗi phút sạc nhanh. Do đó, tổng quãng đường di chuyển của xe điện thể được
kéo dài đáng kể, với điều kiện có đủ các trạm sạc nhanh trên đường đi.
Yếu tố quan trọng của các trạm sạc nhanh rõ ràng là mô-đun sạc nhanh ngoài xe, có thể cung
cấp công suất 35 kW hoặc thậm chí cao hơn. Điện áp dòng điện định mức tương ứng là 45–
450 V và 20–200 A, tương ứng. Vì cả công suất và dòng điện đều cao, nên ưu tiên lắp đặt các
sở sạc lại như vậy tại các trạm có người giám sát hoặc trung tâm dịch vụ. Để tránh làm quá
tải pin EV và gây ra sự cố phát nhiệt quá mức, cần có sự giao tiếp giữa mô-đun sạc nhanh của
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
trạm và mạch giám sát pin của EV để trao đổi thông tin để tình trạng pin EV có thể được theo
dõi trực tuyến và dòng điện sạc có thể được điều chỉnh trực tuyến. Không giống như các trạm
sạc thông thường, các trạm sạc nhanh sử dụng cáp bao gồm nhiều dây hơn. Thông thường,
những sợi cáp này bao gồm bảy dây, bao gồm dây dương, dây âm, dây nối đất, dây điều khiển
và kênh truyền thông ba dây.
Mặc các trạm sạc nhanh thể cung cấp khả năng xe điện quãng đường di chuyển tương
tự như ICEV, nhưng có một số nhược điểm cần được giải quyết trước khi chúng được lắp đặt
rộng rãi. Hạn chế chính tác động bất lợi của chúng đối với hệ thống điện của chúng ta, cụ
thể ô nhiễm sóng hài nhu cầu dòng điện cao chồng lên mức tiêu thụ giờ cao điểm, vi
phạm nguyên tắc quản phía cầu. Cần lưu ý rằng các công ty điện lực đã đóng một vai trò
rất tích cực để thúc đẩy thương mại hóa xe điện vì họ kỳ vọng rằng phần lớn xe điện sẽ được
sạc vào ban đêm hoặc giờ thấp điểm, do đó nâng cao hoạt động kinh doanh của các công ty
điện lực việc sử dụng thiết bị điện. Giải pháp cho những tác động bất lợi này đang được
tích cực nghiên cứu. dụ, việc sử dụng các cấu trúc liên kết mới của bộ sạc pin, bố trí sạc
pin mới lắp đặt các bộ lọc điện chủ động có thể triệt tiêu ô nhiễm sóng hài một mức độ
nhất định, trong khi thuế quan cao hơn thể được áp dụng để đắp cho việc sử dụng sạc
nhanh.
9.2.4 TRẠM ĐỔI PIN
Thay vì sạc pin ngay lập tức, chúng ta có một cách khác để nạp lại nguồn năng lượng cho EV
– đó là đổi pin đã xả bằng pin đã sạc đầy về mặt cơ học. Tất nhiên, tất cả những pin này phải
thuộc sở hữu của trạm dịch vụ hoặc công ty pin trong khi người lái xe EV chỉ là người mượn
pin. Nguyên hoạt động của việc đổi pin này được minh họa trong Hình 9.1. Người lái xe
EV dừng lại một khu vực cụ thể và một máy đổi pin sẽ thay thế pin đã xả. Máy này thể
là một xe nâng được đặt trên giá đỡ của nó và có đủ điều chỉnh tiến và lùi để phù hợp với vị
Hình 9.1 Nguyên lý hoán đổi pin
trí bên phải. Pin đã xsẽ được sạc tại trạm dịch vụ hoặc được thu gom và sạc tập trung. Vì quá
trình đổi pin bao gồm thay thế cơ học và sạc lại pin, đôi khi nó được gọi là tiếp nhiên liệu cơ
học hoặc sạc học. Các trạm đổi pin này kết hợp những ưu điểm của cả trạm sạc thông
thường và trạm sạc nhanh, cụ thể là sạc lại pin EV vào giờ thấp điểm trong khi tiếp nhiên liệu
cho EV trong một thời gian rất ngắn. Với việc sử dụng máy móc robot, toàn bộ quá trình đổi
pin thể mất ít hơn 10 phút, tương đương trực tiếp với chế tiếp nhiên liệu hiện cho
ICEV.
Tuy nhiên, nhiều trở ngại cần được giải quyết. Thứ nhất, chi phí ban đầu để thiết lập hệ
thống đổi pin này rất cao, liên quan đến máy móc robot đắt tiền để đổi pin một số lượng
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
lớn pin tốn kém để hoạt động cần thiết. Thứ hai, do nhu cầu lưu trữ cả pin đã xả đã sạc đầy,
không gian cần thiết để xây dựng trạm đổi pin lớn hơn nhiều so với trạm sạc thông thường
hoặc trạm sạc nhanh. Thứ ba, pin EV cần phải được tiêu chuẩn hóa về kích thước vật
thông số điện trước khi có thể thực hiện việc đổi pin tự động. Tuy nhiên, hệ thống đổi pin này
đang được triển khai ở quy mô nhỏ để đổi pin Zn/Air tự động cho một số đội xe EV.
9.2.5 VÙNG DI CHUYỂN VÀ SẠC (MOVE-AND-CHARGE ZONES)
Tình huống tưởng nhất để sạc pin EV sạc xe trong khi đang di chuyển trên đường,
được gọi di chuyển sạc (move-and-charge - MAC). Do đó, người lái xe EV không cần
phải tìm trạm sạc, đỗ xe sau đó dành thời gian để sạc lại pin. Hệ thống MAC này được
nhúng trên bề mặt của một đoạn đường, vùng sạc, không cần bất kỳ không gian bổ sung
nào.
Cả hai loại MAC dẫn điện và cảm ứng đều có thể được thực hiện. Đối với hệ thống MAC dẫn
điện, một vòng cung tiếp xúc trên xe được gắn dưới cùng của thân xe EV. Bằng cách tiếp
xúc vật lý với các phần tử sạc đã được nhúng trên mặt đường, vòng cung sẽ lấy dòng điện cao
tức thời. Vì EV đang di chuyển qua vùng MAC, quá trình sạc là một loại sạc xung. Đối với hệ
thống MAC cảm ứng, vòng cung tiếp xúc trên xe được thay thế bằng cuộn cảm ứng các
phần tử sạc nhúng được thay thế bằng cuộn dây dòng điện cao tạo ra từ trường mạnh.
ràng, vùng MAC dẫn điện tương đối không hấp dẫn vì nó bị hao mòn cơ học và các vấn đề về
định vị của vòng cung tiếp xúc. Trên thực tế, các nghiên cứu gần đây chỉ tập trung vào loại
cảm ứng không tiếp xúc học và dung sai định vị lớn. Vì chi phí của các vùng MAC
này rất đắt, chúng vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm. Tuy nhiên, khái niệm sạc này rất hứa
hẹn trong tương lai mọi người sẽ đánh giá cao một cách thuận tiện hơn để sạc lại xe điện
của họ.
9.2.6 HỆ THỐNG THANH TOÁN
Đối với các hệ thống sạc công cộng, nhiều hình thức thanh toán khthi. Một số trong số
chúng có thể kết hợp các sơ đồ thuế quan phức tạp. Bốn sơ đồ sau đây được coi là khả thi trên
thực tế:
(1) Tính phí riêng cho cả đỗ xe và sạc lại – có vẻ như công bằng nhất cho tất cả người lái
xe EV thời gian đỗ xe năng lượng sạc được tính hoặc tính phí riêng. Không thành
phần nào trong hai thành phần cần phải trợ cấp cho thành phần còn lại. Tuy nhiên, cả đồng hồ
đo thời gian đỗ xe và đồng hồ đo doanh thu đều cần thiết và chi phí quản lý liên quan là tương
đối cao.
(2) Chỉ tính phí sạc lại, đỗ xe miễn phí – nó có thể khuyến khích người lái xe EV sạc pin
EV của họ bất cứ khi nào cần thiết. Vì đỗ xe miễn phí, những người lái xe đỗ xe điện của họ
chỉ để sạc pin cần phải trợ cấp cho những người khác. đồ này đặc biệt phù hợp với các
trạm sạc công cộng đặt tại những khu vực nông thôn nơi điện đắt tiền. Nó có ưu điểm chỉ
cần đồng hồ đo doanh thu.
(3) Chỉ tính phí đỗ xe, sạc lại miễn phí – nó có thể khuyến khích người lái xe EV sạc đầy
pin EV của họ bất cứ khi nào có thể. Vì sạc lại miễn phí, những chiếc EV có dung lượng còn
lại cao cần phải trợ cấp cho những chiếc khác. đồ này đặc biệt phù hợp với các trạm sạc
công cộng đặt tại những thành phố đông dân cư nơi không gian rất đắt đỏ. có ưu điểm
chỉ cần đồng hồ đo thời gian đỗ xe.
(4) Tính phí một dòng cho cả đỗ xe và sạc lại người lái xe EV thể trả tiền cho nhãn
hàng ngày, hàng tuần hoặc hàng tháng để đỗ xe và sạc lại. Do đó, họ có thể có quyền truy cập
vào các khu vực đỗ xe dành riêng và sử dụng các phương tiện sạc đó.
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
Ngoài việc sử dụng đồng hồ đo doanh thu để đếm mức tiêu thụ điện năng, một số thiết bị điện
tử như máy tính là cần thiết để ghi lại mức tiêu thụ điện năng và do đó tính toán khoản thanh
toán cần thiết. Một phương pháp phổ biến là sdụng máy bán hàng tự động thể cung cấp
thông tin về mức tiêu thụ điện thanh toán để người lái xe EV thể thanh toán bằng tiền
mặt hoặc thẻ tín dụng. Một phương pháp khác là sử dụng thẻ thông minh có thể được sử dụng
để ghi lại mức tiêu thụ điện cũng thể thanh toán tự động. Thẻ thông minh mới nhất
một loại thẻ gần, mang các chip bán dẫn để lưu trữ danh nh người dùng vàc thông tin liên
quan.
9.3 TIÊU CHUẨN VÀ QUY ĐỊNH
Xe điện sở hạ tầng EV phải an toàn, đáng tin cậy, dễ sử dụng và chi phí thấp (Toepfer,
1997). Tất cả những yêu cầu này liên quan đến một tiêu chí rất quan trọng tiêu chuẩn hóa.
Kết quả của tiêu chuẩn hóa là các tiêu chuẩn (Bossche, 1997; Kosowski, 1997). Theo Ủy ban
Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), tiêu chuẩn là một tài liệu, được thiết lập bằng sự đồng thuận và
được phê duyệt bởi một cơ quan được công nhận, cung cấp, cho việc sử dụng chung và lặp đi
lặp lại, các quy tắc, hướng dẫn hoặc đặc tính cho các hoạt động hoặc kết quả của chúng, nhằm
đạt được mức độ trật tự tối ưu trong một bối cảnh nhất định. Trên thực tế, việc thiết lập các
tiêu chuẩn, chi phối kích thước, thông số kỹ thuật và hiệu suất của cả xe điện và cơ sở hạ tầng
EV, một trong những vấn đề quan trọng nhất đối với cnhà cung cấp người dùng xe điện.
Sau khi ban hành các tiêu chuẩn đó, cả nhà sản xuất và nhà cung cấp thể tuân theo để sản
xuất xe điện thiết lập sở hạ tầng, trong khi người lái xe thể sử dụng xe điện của họ
một cách an toàn và thuận tiện hơn.
Tiêu chuẩn và quy định khác nhau mặc chúng liên quan chặt chẽ. Nói một cách chính
xác, quy định xuất phát từ tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn mang tính tự nguyện trong khi quy định
bắt buộc. Một tiêu chuẩn thể được coi một sự thỏa hiệp giữa các lợi ích khác nhau liên
quan, được thông qua để đạt được lợi ích chung cho các bên khác nhau bao gồm nhà cung cấp,
nhà sản xuất và người dùng. Các chính phủ áp đặt các quy định và mọi người phải tuân theo.
Chắc chắn, trước khi triển khai thương mại hóa đầy đủ xe điện, một số tiêu chuẩn quy
định phải được xây dựng. Hầu hết các tiêu chuẩn liên quan đến phụ kiện sạc và hạ tầng cơ sở
của xe điện, trong khi các quy định chủ yếu liên quan đến an toàn và vận hành của xe điện.
Chúng ta có thể thấy trước rằng hầu hết các tiêu chuẩn và quy định cho xe điện đều dựa trên
các tiêu chuẩn và quy định hiện cho xe ICEV. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn quy định mới
là cần thiết do thực tế xe điện liên quan đến thiết bị điện với mức tiêu thụ điện năng cao. Thật
vậy, xe điện là một sản phẩm của công nghệ hỗn hợp một phương tiện đường bộ cũng như
một thiết bị điện. một phương tiện đường bộ, các tiêu chuẩn nên tuân theo Tổ chức Tiêu
chuẩn hóa Quốc tế (ISO); mặt khác, một thiết bị điện, phải chịu sự điều chỉnh của Ủy
ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC). Có những văn hóa khác nhau về tiêu chuẩn hóa đối với các
bên khác nhau. Trong ngành công nghiệp ô tô, tiêu chuẩn hóa không phổ biến đối với xe ICEV.
Các nhà sản xuất xe khác nhau có xu hướng sản xuất các sản phẩm độc đáo của riêng họ. Khả
năng thay thế lẫn nhau của các bộ phận linh kiện không phải là một vấn đề quan trọng. Việc
tiêu chuẩn hóa tương ứng chủ yếu được bao gồm trong các quy định về an toàn và bảo vệ môi
trường. Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp thiết bị điện, tiêu chuẩn hóa được xác định cao.
một xu hướng lớn là làm cho mọi thứ được tiêu chuẩn hóa, từ các yêu cầu về chất lượng
điện đến màu cho một đoạn dây. Để tránh sự trùng lặp công việc mâu thuẫn giữa các
bên khác nhau, chúng ta nên chú ý đến việc phân chia công việc về tiêu chuẩn hóa xe điện.
một sản phẩm hoàn chỉnh, ISO có thể xem xét xe điện như một tổng thể để tiêu chuẩn hóa.
dụ, chúng ta cần có các mẫu tiêu chuẩn để mô tả thông số kỹ thuật của xe điện, chẳng hạn như
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
khả năng leo dốc, tốc độ tăng tốc phạm vi lái xe. Mặt khác, IEC có thể áp đặt các tiêu chuẩn
về các bộ phận và linh kiện điện của xe điện, chẳng hạn như công suất định mức và thời gian
trung bình giữa các lần hỏng hóc.
9.3.1 TIÊU CHUẨN
Có hai tổ chức quốc tế quan trọng, cụ thể là ISO và IEC, tham gia vào việc tiêu chuẩn hóa xe
điện. Các tổ chức này bao gồm một số ủy ban kỹ thuật, tiểu ban nhóm công tác. Các ủy ban
kỹ thuật thường xác định phạm vi hoạt động của riêng họ. Trong trường hợp phạm vi quá rộng
hoặc bao gồm các lĩnh vực khác nhau, các tiểu ban sẽ được thành lập dưới một ủy ban kỹ
thuật. Nhiệm vụ chính của họ là chuẩn bị tài liệu kỹ thuật về các chủ đề cụ thể trong phạm vi
tương ứng của họ. Một ủy ban kỹ thuật hoặc tiểu ban thường chỉ định các chuyên gia để thành
lập các nhóm công tác để dự thảo tài liệu theo đề xuất của các tiêu chuẩn mới hoặc sửa đổi.
Thông thường, các nhóm công tác này sẽ bị giải tán sau khi hoàn thành nhiệm vụ. Bên cạnh
hai tổ chức toàn cầu trên, một số tổ chức khu vực và quốc gia cũng đóng vai trò tích cực trong
việc tiêu chuẩn hóa xe điện:
Ủy ban Tiêu chuẩn hóa Châu Âu (CEN)
Hiệp hội Kỹ sư Ô tô (SAE) và • Hiệp hội Xe điện Nhật
Bản (JEVA).
Trong ISO, Ủy ban Kỹ thuật 22 (TC22) chịu trách nhiệm về tiêu chuẩn hóa phương tiện đường
bộ. Bên trong TC22, một tiểu ban mang tên Tiểu ban 21 (SC21) được thành lập cho việc
tiêu chuẩn hóa xe điện. Trong SC21, có hai nhóm công tác đang hoạt động, cụ thể là WG1 và
WG2. WG1 làm việc van toàn, điều kiện vận hành lắp đặt hệ thống lưu trữ năng lượng
của xe điện trong khi WG2 làm việc về thuật ngữ EV bao gồm định nghĩa phương pháp đo.
Một số tiêu chuẩn đã ban hành ISO/DIS 871&1 Phương tiện đường bộ chạy điện Mức
tiêu thụ năng lượng tham khảo và phạm vi – Phần 1: Quy trình thử nghiệm cho xe chở khách
xe thương mại hạng nhẹ, và ISO/DIS 8715 Phương tiện đường bộ chạy điện – Đặc tính vận
hành trên đường.
Trong IEC, Ủy ban Kỹ thuật 69 (TC69) chịu trách nhiệm về tiêu chuẩn hóa xe điện. Bên trong
TC69, có hai nhóm công tác đang hoạt động – WG2 và WG4. WG2 chuyên về động cơ điện
hệ thống điều khiển của chúng, bao gồm định nghĩa thuật ngữ, ch hợp động cơ và bộ điều
khiển, hệ thống dây điện đầu nối, thiết bị đo đạc, chẩn đoán, tương thích điện từ (EMC),
an toàn nhân và điện trường bên trong xe. WG4 chịu trách nhiệm về bộ nguồn bộ sạc,
bao gồm kết nối xe với nguồn điện xoay chiều, kết nối xe với bộ sạc ngoài xe, cung cấp năng
lượng bên đường, EMC, an toàn chức năng, phích cắm và ổ cắm, nguồn cung cấp bổ sung cho
xe để sưởi ấm và làm mát, giao tiếp giữa pin và bộ sạc, và khớp nối cảm ứng để sạc pin.
Trong CEN, Ủy ban Kỹ thuật 301 (TC301) chuyên về các vấn đề của xe điện. ba nhóm
công tác đang hoạt động trong TC301, WG1, WG4 WG5, chịu trách nhiệm về đo lường
hiệu suất EV, liên lạc đối thoại giữa xe điện trạm sạc, cũng như an toàn các vấn đề
khác, tương ứng. Hơn nữa, Ủy ban Kỹ thuật 69X (TC69X) chuyên về tiêu chuẩn hóa xe điện.
Ba nhóm công tác đang hoạt động của nó, WG1, WG2 và WG3, chịu trách nhiệm về thiết kế
và vận hành sạc, các khía cạnh môi trường sạc và an toàn, tương ứng.
SAE là một tổ chức khoa học và giáo dục phi lợi nhuận hoạt động chặt chẽ với giới học thuật,
chính phủ, ngành công nghiệp các thành viên trên toàn thế giới. bao gồm hơn 600 ủy
ban kỹ thuật mỗi ủy ban giải quyết một chủ đcụ thể quan trọng đối với một ngành công
nghiệp liên quan đến di chuyển hoặc lĩnh vực kỹ thuật cụ thể. SAE đã ban hành một số lượng
lớn các tiêu chuẩn liên quan đến xe điện:
Thực hành Khuyến nghị về Kiểm tra Tính toàn vẹn khi Va chạm của Hệ thống Pin Xe
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
Điện và Xe Điện Hybrid;
Thực hành Khuyến nghị về Khớp nối Sạc Cảm ứng Xe Điện;
Bộ ghép nối Sạc Dẫn điện Xe Điện;
Thuật ngữ Xe Điện;
Quy trình Thử nghiệm Gia tốc, Khả năng Vượt dốc và Giảm tốc Xe Điện;
Quy trình Thử nghiệm Mức tiêu thụ Năng lượng Quãng đường di chuyển của Xe
Điện;
Đo lượng Khí Hydro Phát thải từ Xe chở Khách Xe tải Nhẹ Chạy bằng Pin Trong
Khi Sạc Pin;
Hệ thống Truyền tải Năng lượng cho Xe Điện Phần 1: Yêu cầu Chức năng Kiến
trúc Hệ thống;
Mức Hiệu suất và Phương pháp Đo Cường độ Điện trường và Từ trường từ Xe Điện,
Băng thông rộng, 9 kHz-30 MHz;
Thực hành Khuyến nghị về Đánh giá Hiệu suất của Mô-đun Pin Xe Điện;
Thực hành Khuyến nghị về Đóng gói Mô-đun Pin Xe Điện;
Mức Hiệu suất và Phương pháp Đo Khả năng Tương thích Điện từ của Xe và Thiết bị
(60 Hz-18 GHz); và • Quy trình Thử nghiệm Hệ thống Thông gió Chống Cháy của
Pin.
JEVA được thành lập vào năm 1976, với mục tiêu thúc đẩy việc sử dụng xe phát thải thấp.
được hỗ trợ bởi một số lượng lớn các tổ chức thương mại bao gồm nhà sản xuất ô tô, công ty
điện lực nhà cung cấp pin. Để thúc đẩy việc thử nghiệm, nghiên cứu và ng dụng thực tế
xe điện, JEVA tích cực tham gia vào các triển lãm, trưng bày nhiều skiện khác. JEVA
cũng tích cực ban hành các tiêu chuẩn bao gồm nhiều khía cạnh khác nhau của xe điện, được
gọi là Tiêu chuẩn Xe Điện Nhật Bản (JEVS). Trong trường hợp việc thu thập và xác minh dữ
liệu chưa hoàn thành và các cuộc thảo luận chưa chín muồi để đưa ra các tiêu chuẩn, JEVA sẽ
tạm thời ban hành hướng dẫn kỹ thuật. Các JEVS đã ban hành chủ yếu bao gồm kích thước,
cấu trúc và quy trình thử nghiệm cho pin axit-chì, đo lường hiệu suất EV, ký hiệu cho bộ điều
khiển, đèn báo và đèn tín hiệu, hệ thống sạc và mẫu tiêu chuẩn về thông số kỹ thuật (Shimizu,
1997).
Cho đến nay, chúng ta chưa có bất kỳ tiêu chuẩn thống nhất nào về điện áp đầu vào và thông
số dòng điện định mức của xe điện. Với sự tiến bộ trong công nghệ pin, nhu cầu dòng điện
của pin thay đổi dễ dàng khiến khó đạt được bất kỳ thỏa thuận chín muồi nào về thông số điện
áp và dòng điện định mức cho việc sạc. Tuy nhiên, chúng ta có thể giảm bớt vấn đề này bằng
cách sử dụng công nghệ điện tử công suất mới nhất. bộ chuyển đổi công suất thể dễ
dàng cung cấp dải điện áp và dòng điện rộng, thông số sạc thể được xác định bằng giao tiếp
giữa bộ sạc và xe điện.
Ký hiệu tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi trong thiết bị công nghiệp vì chúng rất quan trọng
đối với giao diện người dùng. Chúng thể vượt qua rào cản ngôn ngữ để cho phép người
dùng nhận biết chức năng và vận hành của thiết bị. JEVS do JEVA ban hành đã xác định một
số ký hiệu tiêu chuẩn cho bộ điều khiển, đèn tín hiệu và đèn báo của xe điện như trong Hình
9.2.
9.3.2 QUY ĐỊNH
Sự phát triển của xe điện đang bước vào kỷ nguyên thương mại hóa. Cho đến nay, chúng ta
chưa có quy định chuyên biệt để chi phối việc sử dụng xe điện. Tuy nhiên, có một số quy định
về khí thải sóng hài ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của xe điện. Điều trước một trong
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
những động lực chính cho sự phát triển của xe điện, trong khi điều sau một trong những sản
phẩm phụ bất lợi do sự ra đời của xe điện.
Dưới đây là bản dịch các từ trong hình:
Biểu tượng
Chức năng
Biểu tượng
Chức năng
Trạng thái sạc của pin chính
Kết nối sạc
Mức chất lỏng của pin chính
Phanh điện
Trạng thái sạc của pin phụ trợ
Sẵn sàng vận hành
Động cơ quá nóng
Lỗi hệ thống
Trạng thái hệ thống phanh chân
không
Giảm công suất
Hình 9.2. hiệu JEVS cho bộ điều khiển, đèn báo đèn tín hiệu của xe điện Đạo
luật Không khí Sạch (Clean Air Act) lần đầu tiên được thông qua vào năm 1970, với mục tiêu
cải thiện chất lượng không khí tại Hoa Kỳ. Theo đạo luật này, Cơ quan Bảo vệ Môi trường
(EPA) trách nhiệm đặt ra các giới hạn về lượng chất ô nhiễm trong không khí. Nguồn gây
ô nhiễm thể nguồn cố định (như nhà máy, trạm điện) hoặc nguồn di động (như ô tô, xe
tải).
Năm 1990, Hội đồng i nguyên Không khí California (California Air Resources Board -
CARB) ban hành quy định yêu cầu 2% số xe bán ra tại bang trong giai đoạn 1998-2002 phải
không phát thải, đến năm 2003, 10% số xe trên thị trường phải mức phát thải bằng 0.
Tuy nhiên, đến năm 1996, do ngành công nghiệp ô tô không thể đáp ứng thời hạn này, CARB
quyết định bãi bỏ quy định 2% nhưng vẫn giữ quy định 10% xe không phát thải vào năm 2003,
với kế hoạch xem xét lại vào năm 2001. Xe điện (EVs) được xác định công nghệ khả thi
nhất để đáp ứng tiêu chí không phát thải này.
Những ràng buộc về sóng hài áp dụng cho tất cả các thiết bị điện, bao gồm bộ sạc pin cho xe
điện. Một trong những tiêu chuẩn quan trọng nhất IEEE Standard 519-1992, đưa ra các
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
khuyến nghị yêu cầu về kiểm soát sóng hài trong hệ thống điện. Ngoài ra, nhiều khu vực
quốc gia cũng những bộ quy tắc tương tự để giới hạn sự méo dạng dòng điện do c
mạch điện tạo ra (Arseneau et al., 1997).
9.4 ĐÀO TẠO VÀ QUẢNG BÁ
Nói chung, nghiên cứu và phát triển về công nghệ EV là tối quan trọng để cải thiện hiệu suất
của EV, trong khi đào tạo quảng bá cũng quan trọng không kém đối với việc phổ biến
thương mại hóa EV. Đào tạo và quảng bá có chức năng giáo dục người dùng (người lái xe) về
EV, nhân viên (kỹ thuật viên và kỹ công nghệ) về EV, và công chúng nói chung liên quan
đến EV.
9.4.1 ĐÀO TẠO
các kỹ thuật lái xe và điều khiển cho xe điện thể hơi khác so với xe động cơ đốt trong
(ICEV), chúng ta nên cung cấp một khóa đào tạo cơ bản cho người dùng EV, ngay cả khi họ
những người lái xe ICEV lành nghề. Họ nên biết hoạt động bản của xe điện các
phương tiện sạc của chúng, các vấn đề an toàn khi lái xe điện cũng như bảo trì và hiệu suất cơ
bản của xe điện. Để trở thành một người lái xe EV cao cấp, người ta cũng nên biết công nghệ
và hoạt động của các bộ phận chính của EV. Hơn nữa, sẽ tốt hơn nếu người lái xe EV có thể
nhận ra các yếu tố ảnh hưởng đến quãng đường di chuyển của xe điện thói quen lái xe tốt
thể tối đa a quãng đường di chuyển tương ứng. Chắc chắn, những người thợ lành nghề
nên sẵn sàng để bảo trì và sửa chữa xe điện, cũng như cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho người lái
xe điện. Chương trình đào tạo đa cấp là cần thiết cho một đội ngũ kỹ thuật viên và kỹ sư công
nghệ EV có trình độ. Các kỹ thuật viên EV của đội ngũ nên được chuẩn bị tốt để xác định
khắc phục các sự cố thường gặp có thể tìm thấy xe điện. Các kỹ công nghệ của đội ngũ
nên có kiến thức kỹ thuật tiên tiến về công nghệ EV, chẳng hạn như hiểu biết thấu đáo về cấu
trúc và hoạt động của xe điện.
Dựa trên các yêu cầu đã nói trên, các khóa đào tạo có thể được cung cấp với các cấp độ
khác nhau – sơ cấp, trung cấp và cao cấp. Cấp độ sơ cấp là giới thiệu về công nghệ EV và kỹ
năng lái xe bản, dành cho những người lái xe EV mới. Nội dung khóa học bao gồm các vấn
đề bản của EV, chẳng hạn như kỹ thuật vận hành, biện pháp phòng ngừa an toàn quy
trình sạc. Các cấp độ trung cấp và cao cấp chủ yếu dành cho các kỹ thuật viên và kỹ công
nghệ của các dịch vụ hỗ trợ EV, tương ứng. Cấp độ trung cấp cung cấp các kỹ thuật cơ bản để
xử sự cố sửa chữa EV. Nội dung tương ứng bao gồm vận hành hiệu suất của các bộ
phận EV khác nhau, quy trình xử sự cố, thay thế bộ phận bị lỗi, kiểm tra chức năng xử
vật liệu nguy hiểm. Mục tiêu của cấp độ ng cao cung cấp kỹ năng kiến thức cập
nhật cho các kỹ công nghệ EV. Nội dung khóa học bao gồm công nghệ EV cập nhật, các
mẫu xe điện mới và các bộ phận EV mới (Kosak, 1997).
Bên cạnh các khóa đào tạo tại chức nói trên, các trường đại học nên đóng vai trò tích cực
trong giáo dục kỹ thuật về xe điện. Khoa Kỹ thuật Điện và Điện tử tại Đại học Hồng Kông
gần đây đã giới thiệu khóa học 'Công nghệ Xe điện' cho sinh viên kỹ thuật điện. Khóa học này
nhằm mục đích cung cấp cho những sinh viên đó kiến thức cập nhật và toàn diện về công nghệ
EV. Do đó, sinh viên thể sẵn sàng phục vụ ngành công nghiệp EV mới ra đời nhưng đang
phát triển nhanh chóng, thể một nền tảng tốt để nghiên cứu sâu hơn về công nghệ
này. Như được trình bày trong Bảng 9.1, giáo trình khóa học được thiết kế để bao gồm một
phạm vi kiến thức rộng chứ không phải tập trung vào các chủ đề chuyên biệt về công nghệ
EV.
Bảng 9.1 Giáo trình khóa học EV
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
Chủ đề
Chi tiết
Khái niệm và
tác động
Quá khứ, hiện tại tương lai; lợi ích năng lượng môi trường; khía cạnh
kinh tế và xã hội.
Các cân nhắc
về hệ thống
Cấu hình hệ thống, thông số và thông số kỹ thuật; hệ thống thuần điện và
hybrid; thiết kế chuyển đổi và thiết kế từ đầu (ground-up design).
Hệ thống
truyền động
điện
Các loại đặc tính của hệ truyền động động EV; tiêu chí lựa chọn;
truyền động một động nhiều động cơ; hộp số một cấp và nhiều cấp;
bánh xe có động cơ.
Hệ thống
nguồn năng
lượng
Các loại và đặc tính của pin EV, pin nhiên liệu, siêu tụ điện và bánh đà tốc
độ cực cao; tiêu chí lựa chọn; nguồn năng lượng đơn lẻ và lai.
Hệ thống phụ
trợ
Các bộ phận và phụ kiện điện và điện tử; bộ sạc pin; điều hòa không khí;
bộ phận trợ lực lái; nguồn điện phụ trợ; hệ thống quản lý năng lượng.
9.4.1 QUẢNG BÁ/KHUYẾN KHÍCH (PROMOTION)
Các chính phủ đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy nghiên cứu, phát triển
thương mại hóa xe điện (EV). Họ đã thiết lập một số quy định và chính sách:
Quy định rằng một số xe được bán ra trong những năm tới phải không phát thải (zero
emission);
Chính sách miễn thuế trước bạ cho xe điện;
Chính sách khuyến khích rằng giá điện để sạc lại xe điện là đặc biệt thấp;
Các hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D) về xe điện được khuyến khích cao và
được hỗ trợ tài chính;
Cơ sở hạ tầng của các trạm sạc EV được hỗ trợ đầy đủ.
Ngoài các chính phủ, một số tổ chức phi lợi nhuận đã tích cực tham gia vào việc quảng
bá xe điện:
Hiệp hội Xe điện Thế giới (World Electric Vehicle Association - WEVA)
Hiệp hội Xe điện Châu Mỹ (Electric Vehicle Association of the Americas - EVAA)
Hiệp hội Xe điện Đường bộ Châu Âu (European Electric Road Vehicle Association -
AVERE) và
Hiệp hội Xe điện Châu Á Thái Bình Dương (Electric Vehicle Association of Asia
Pacific - EVAAP).
WEVA được thành lập vào ngày 3 tháng 12 năm 1990 trong Hội nghị chuyên đề về Xe điện
Quốc tế lần thứ 10 (10th International Electric Vehicle Symposium) tại Hồng Kông, nơi C.C.
Chan giữ chức Chủ tịch. Nó là một tổ chức quốc tế phi lợi nhuận nhằm mục đích thúc đẩy sự
phát triển ứng dụng của xe điện và xe điện lai (hybrid electric vehicles - HEV) trên toàn
thế giới, để khuyến khích tạo điều kiện trao đổi thông tin giữa các thành viên, cũng như
điều phối việc lên lịch của Hội nghị chuyên đề EV Quốc tế (International EV Symposium -
EVS) được tổ chức luân phiên bởi các thành viên để thúc đẩy các mục đích của Hiệp hội. Bất
kỳ tổ chức quốc tế nào dành riêng cho các mục tiêu mục đích của WEVA được công
nhận là đại diện duy nhất của một khu vực trên thế giới đều thể liên kết với tư cách thành
viên. Hiện tại, ba thành viên: EVAA đại diện cho Châu Mỹ (Bắc và Nam), AVERE đại diện
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
cho Châu Âu Châu Phi, EVAAP đại diện cho Châu Á Thái Bình Dương. EVAA
một hiệp hội công nghiệp làm việc để thúc đẩy thương mại hóa xe điện ở Hoa Kỳ, Canada và
Châu Mỹ Latinh. Các thành viên của EVAA bao gồm các công ty ô lớn, các công ty điện
lực, các công ty vận tải, các nhà sản xuất pin và các bộ phận EV khác, các trường đại học, Bộ
Năng lượng Hoa Kỳ (US Department of Energy) và các hiệp hội công nghiệp EV quốc gia
các quốc gia khác châu Mỹ. Hiệp hội đóng vai trò nguồn thông tin trung tâm của ngành
về xe điện. Thông tin cập nhật và các hoạt động EV ở châu Mỹ có sẵn trên trang web của nó,
http://www.evaa.org/.
AVERE được thành lập vào năm 1978 như một mạng lưới châu Âu của các nhà sản xuất công
nghiệp và nhà cung cấp cho xe điện. Nó là một hiệp hội phi lợi nhuận được thành lập dưới s
bảo trợ của Cộng đồng Châu Âu. Với hơn 500 thành viên, AVERE bao gồm 14 đại diện quốc
gia. Mục tiêu của hợp hóa những nỗ lực của các công ty thành viên trong việc phát
triển khoa học công nghệ xe điện, cũng như trong phát triển thị trường do đó thúc đẩy
việc sử dụng EV. cung cấp cho các thành viên của mình kinh nghiệm mạng lưới rộng
lớn để phổ biến kết quả hoạt động của họ và bất kỳ thông tin nào khác liên quan đến EV.
Tương tự như EVAA, AVERE đã ra mắt một trang web hữu ích, http://www.avere.org/, quảng
bá và cung cấp thông tin về EV ở Châu Âu. Hơn nữa, cứ hai tháng, AVERE xuất bản tạp chí
'Mobile' để quảng bá và cung cấp thông tin về EV cho cả công chúng và các công ty.
EVAAP được thành lập vào năm 1990 trong Hội nghị chuyên đề EV quốc tế lần thứ 10 được
tổ chức tại Hồng Kông. Mục tiêu của nó là hoạt động như một hiệp hội chuyên nghiệp phi lợi
nhuận để thúc đẩy xe điện hoặc HEV ở khu vực Châu Á - Thái Bình Dương. Các thành viên
của EVAAP bao gồm các tổ chức tham gia vào các hoạt động liên quan đến phát triển, sản
xuất ứng dụng xe điện hoặc công nghệ hoặc sản phẩm liên quan từ các quốc gia địa điểm
ở Châu Á Thái Bình Dương, bao gồm Úc, Trung Quốc, Hồng Kông, Hàn Quốc, Ấn Độ, Nhật
Bản và Singapore. Để đạt được các mục tiêu của nh, EVAAP khuyến khích trao đổi thông
tin liên quan giữa các thành viên và với các tổ chức quốc tế có mục đích tương tự, hợp tác với
các tổ chức quốc tế khác trong các hoạt động mục đích tương tự, cũng như nỗ lực hoạt động
như một nguồn thông tin liên quan để phổ biến công khai, giáo dụccác cơ quan chính phủ.
9.5 TÁC ĐỘNG LÊN HỆ THỐNG ĐIỆN
Xe điện (EV) mang lại cả ảnh hưởng tốt xấu đến hệ thống điện. Về mặt tích cực, pin của
xe điện có thể được sạc vào giờ thấp điểm hoặc vào ban đêm, nhờ đó tổng nhu cầu điện năng
thể được cân bằng và khả năng tận dụng các trang thiết bị, hạ tầng của hệ thống điện có thể
được cải thiện. Về mặt tiêu cực, bộ sạc pin EV là các thiết bị phi tuyến tạo ra nhiễu hài cho hệ
thống điện của chúng ta, trong khi việc nạp lại pin của xe điện vào giờ bình thường hoặc giờ
cao điểm tạo ra gánh nặng nhu cầu dòng điện bổ sung cho hệ thống điện của chúng ta.
9.5.1 ẢNH HƯỞNG HÀI (HARMONIC IMPACT)
Trong quá trình nạp lại pin EV, dòng điện nạp đầu vào bị méo dạng nghiêm trọng, dẫn đến
việc tạo ra các dòng điện hài đáng kể. Vì các dòng điện hài khác nhau tạo ra sụt áp khác nhau
trên các trở kháng tương ứng của chúng, dạng sóng điện áp tương ứng cũng bị méo dạng, dẫn
đến một loạt các điện áp hài. Các tác động bất lợi do cả dòng điện hài điện áp hài gây ra
được tóm tắt dưới đây (Arseneau et al., 1997; Arrillaga et al., 1998; Brener et al., 1997):
Vì các thiết bị đo lường thông thường, chẳng hạn như ampe kế, vôn kế, oát kế và công
tơ điện, được hiệu chuẩn ở một tần số cố định (50 hoặc 60 Hz) và thường có đáp ứng
tần số kém, dòng điện hài và điện áp hài có thể làm giảm độ chính xác của chúng trong
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
việc ghi lại dòng điện thực tế, điện áp, công suất mức tiêu thụ năng lượng, tương
ứng.
Vì các tụ bù lớn thường được lắp đặt trong hệ thống điện của chúng ta để cải thiện hệ
số công suất tổng thể, chúng có thể bị hư hỏng do dòng điện hài quá mức.
Khi dòng điện hài bậc ba (triplen harmonic current) chạy qua dây trung tính của h
thống điện ba pha bốn dây, dây dẫn trung nh thể bị quá tải, gây ra các vấn đvề
nhiệt độ quá mức. Ngoài ra, nhiễu common mode (điện áp giữa trung tính và đất)
thể xảy ra tại điểm trung tính và điện áp pha-trung tính có thể bị ảnh hưởng.
Khi dòng điện hài chạy qua máy biến áp với kết nối hình tam giác (delta connection),
thành phần hài bậc ba thể tuần hoàn bên trong vòng delta, gây ra các vấn đề về nhiệt
độ quá mức.
Khi có mặt dòng điện hài và điện áp hài, các thiết bị bảo vệ quá dòng, quá áp và thấp
áp có thể bị báo động giả hoặc nhảy (trip) không chính xác.
9.5.2 BÙ HÀI HÒA (HARMONIC COMPENSATION)
Để bù đắp cho tình trạng ô nhiễm sóng hài trên hệ thống điện của chúng ta, có nhiều biện pháp
khả thi được các nhà nghiên cứu kỹ sư đề xuất. Về cơ bản, các biện pháp này thể được
phân loại thành hai nhóm cấp độ thiết bị cấp độ hệ thống. cấp độ thiết bị, nhiều cấu
trúc liên kết mới của bộ sạc pin đang được đề xuất theo cách độ méo dòng điện hài đầu
vào được giảm thiểu. Những phương pháp này dựa vào việc phát minh ra các bộ sạc pin mới
với mức độ ô nhiễm sóng hài tối thiểu và khả thi về mặt kinh tế. Ở cấp độ hệ thống, nó có thể
được chia thành hai nhóm nhỏ – bộ lọc thụ động và bộ lọc chủ động. Các bộ lọc thụ động
thể đơn giản là máy biến áp dịch pha để triệt tiêu một số sóng hài tần số thấp hoặc các tổ hợp
khác nhau của cuộn cảm-tụ điện để giảm các sóng hài không mong muốn đó. Mặt khác, các
bộ lọc chủ động các hệ thống điện tử công suất tiên tiến thể đo chẩn đoán sóng hài
của hệ thống trực tuyến để chúng có thể tạo ra các sóng hài có cùng độ lớn nhưng ngược pha
ngay lập tức để hiệu hóa hàm lượng sóng hài của hệ thống. Như dự kiến, các bộ lọc chủ
động này cần nguồn điện bổ sung và công nghệ điều khiển thời gian thực phức tạp.
Gần đây, một phương pháp mới để bù sóng hài do bộ sạc EV tạo ra đã được đề xuất
(Staats et al., 1997; Chan et al., 1998). Nó không dựa trên việc phát minh ra bộ sạc EV mới
(cấp độ thiết bị) cũng như không áp dụng bộ lọc mới (cấp độ hệ thống). Thay vì thêm một cái
gì đó vào hệ thống điện của chúng ta, ý tưởng cơ bản là chỉ cần phối hợp số lượng bộ sạc EV
trên mỗi trạm sạc. Vì góc pha của những dòng điện hài do một bộ sạc EV tạo ra thường khác
với những dòng điện do một bộ sạc EV khác tạo ra, nên có một hiệu ứng tự nhiên sóng
hài hoặc thậm chí triệt tiêu có thể xảy ra. Càng nhiều bộ sạc được sử dụng trên mỗi trạm, khả
năng các dòng điện i tổng thể chạy đến trạm sạc đó càng cao. Tuy nhiên, có một giới hạn
thực tế về số lượng bộ sạc EV trên mỗi trạm do sự sẵn có của không gian.
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
Hình 9.3. Nhiều xe điện tại một trạm sạc.
Như minh họa trong Hình 9.3, dòng điện sóng hài tổng được đưa vào hệ thống điện từ một
trạm sạc với k xe điện (EVs) được nghiên cứu. Chúng ta gán k số ngẫu nhiên để biểu diễn
trạng thái sạc (SOC) của các xe điện này và biểu diễn điện áp pin tương ứng bằng V₁, V₂, ...,
Vₖ. Tại bất kỳ thời điểm nào, một xe điện trong trạm có thể ở trạng thái xả hoàn toàn, xả một
phần hoặc đã được sạc đầy (sau một thời gian sạc). Do đó, SOC có thể được mô tả bằng một
số ngẫu nhiên có hàm mật độ xác suất (PDF) đồng đều trải dài từ trạng thái xả hoàn toàn đến
sạc đầy. Giả sử rằng điện áp pin có quan hệ tuyến tính với SOC, tất cả các điện áp pin của xe
điện thể được tả bằng một PDF đồng đều (ví dụ: từ 218V đến 300V), như được minh
họa trong Hình 9.4.Dòng điện sạc I yêu cầu bởi mỗi xe điện thể được mô tả bằng một chuỗi
Fourier: Bạn đang trích dẫn một phần tả về chuỗi Fourier của dòng điện sạc EV,
trong đó:
β₁, β ₂, β ₃, ..., β ₖ là góc dẫn (conduction angles) của bộ sạc EV.
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
n là bậc của sóng hài (harmonics order).
Công thức có thể được viết lại theo một dạng khác để thuận tiện hơn cho việc phân tích toán
học và kỹ thuật.
đây, cn = dn pn=tan
−1
(bn/an) lần lượt độ lớn góc pha của các thành phần sóng hài
bậc n. Đối với các mức điện áp pin khác nhau, các góc dẫn β1, β 2, β 3 và β4 cũng khác nhau.
Do đó, cả cnφn đều khác nhau đối với các bộ sạc EV trong cùng một trạm. Bằng cách tổng
hợp tất cả các sóng hài được tạo ra trong miền số phức, có thể đạt được sự bù sóng hài ở một
số bậc nhất định.Dựa trên phương pháp Monte Carlo (Hammersley Handscomb, 1979;
Sobol, 1994), giá trị kỳ vọng của tổng méo hài (THD) của dòng điện đầu vào chảy vào toàn
bộ trạm sạc có thể được biểu diễn như sau:
đây, N tổng số lần tính toán trong quá trình Monte Carlo, Vi,j điện áp pin của xe điện
thứ ii tại lần tính toán thứ j, f(Vi,j) g(Vi,j) lần lượt hàm mật độ xác suất (PDF) tổng
méo hài (THD) tương ứng.Do đó, giá trị kỳ vọng của THD theo số lượng xe điện đang sạc
trong cùng một trạm được tính toán như trong Hình 9.5. ràng, khi giá trị NN tăng lên (tương
đương với việc tăng số mẫu tính toán), độ gợn sóng giảm đi (tương đương với độ chính xác
cao hơn). Tuy nhiên, do thời gian tính toán tăng đáng kể khi NN lớn, nên chọn N=100N = 100
là đủ để đảm bảo độ chính xác.Dễ dàng nhận thấy rằng giá trị kỳ vọng của THD giảm khi số
lượng xe điện tăng lên. Mặc giá trị kỳ vọng của THD thể được giảm thiểu bằng cách
tăng số lượng xe điện sạc tại cùng một trạm lên hạn. Tuy nhiên, một số lượng hữu hạn
khoảng 10 xe điện là lựa chọn tối ưu, vì THD tương ứng gần đạt mức tối thiểu, đồng thời khả
năng xử lý khoảng 10 xe điện mỗi trạm sạc là thực tế.Cần lưu ý rằng ví dụ số ở trên dựa trên
một bộ sạc EV điển hình (bộ sạc chỉnh lưu cầu diode kết hợp bộ chuyển đổi DC với thuật toán
sạc dòng điện không đổi dành cho pin VRLA). Khi các xe điện sử dụng các loại bộ sạc và pin
khác nhau, số lượng xe điện tối ưu tại mỗi trạm sạc có thể thay đổi.
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
9.5.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NHU CẦU DÒNG ĐIÊN (CURRENT DEMAND
IMPACT)
Trong quá trình sạc lại xe điện vào các giờ không phải cao điểm, nhu cầu dòng điện bổ sung
chắc chắn tạo ra gánh nặng cho hệ thống điện hiện có. Những gánh nặng này được tóm tắt
dưới đây:
(1) Trong trường hợp hệ thống điện hiện tại đã được sử dụng hết công suất, nhu cầu dòng
điện bổ sung do sạc lại EV vào các giờ không phải cao điểm chắc chắn sẽ m quá tải hệ thống.
Mặt khác, các nhà máy điện mạng lưới truyền tải bổ sung là cần thiết để đáp ứng nhu cầu
dòng điện bổ sung đó.
(2) Dựa trên phương pháp dự trữ công suất (reserve margin approach) (Berrie, 1983), tích
của công suất của một nhà máy điện đáng tin cậy và số lượng nhà máy điện phải lớn hơn hoặc
bằng nhu cầu cao điểm cộng với dự trữ công suất, thường 20%. Nhu cầu dòng điện cao
điểm càng cao, công suất phát và truyền tải càng cao. Do đó, nhu cầu dòng điện cao điểm chi
phối việc định cỡ các nhà máy điện và mạng lưới truyền tải, do đó ảnh hưởng đến chi phí đầu
tư của hệ thống điện.
(3) Trong trường hợp nhu cầu dòng điện quá mức, các máy phát điện thời gian khởi
động ngắn nên được khởi động để chia sẻ tải thêm hoặc dự phòng nóng (spinning reserve) nên
được tăng lên để đáp ứng yêu cầu tối đa. Tuy nhiên, máy phát điện cần thời gian để chạy
vào trạng thái ổn định, chúng nên được khởi động trước khi nhu cầu cao điểm xảy ra nhưng
vẫn hoạt động ngay cả khi tải cao điểm đã qua, do đó gây lãng phí năng lượng được tạo ra.
Tương tự, dự phòng nóng cao cũng khiến các nhà máy điện hoạt động chế độ hiệu suất thấp.
Do đó, nhu cầu dòng điện cao điểm làm tăng đáng kể chi phí vận hành của hệ thống điện.
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
9.5.4 GIẢM THIỂU NHU CẦU DÒNG ĐIỆN (CURRENT DEMAND
MINIMIZATION)
Để giảm nhu cầu dòng điện cao điểm do sạc lại xe điện, khái niệm điều phối sạc (charging
coordination) gần đây đã được đề xuất (Chan et al., 1999; Chau et al., 2000). Điểm mấu chốt
của khái niệm như vậy là dựa trên sự phối hợp giữa dòng điện sạc và thời gian sạc để sạc một
nhóm xe điện tại cùng một trạm sạc, do đó giảm tổng nhu cầu dòng điện tối đa, sạc pin càng
sớm càng tốt và đạt được biên dạng tải phẳng nhất có thể. Về cơ bản, có hai loại phương pháp
phối hợp:
Phối hợp phân tán (distributive coordination) và
Phối hợp tập trung (centralized coordination).
Trong trường hợp phối hợp phân tán, mỗi xe điện cần lắp đặt một bộ điều khiển phối hợp phân
tán chức năng tối đa hóa dòng sạc riêng của với điều kiện tổng nhu cầu dòng điện của
toàn bộ trạm sạc nằm trong giới hạn quy định. Bất cứ khi nào bất kỳ ng điện nào do
sạc đầy hoặc rời đi của một chiếc xe điện cụ thể, dòng điện không sử dụng này sẽ được một
chiếc xe điện khác lấy dựa trên sự phân xử đến trước được phục vụ trước (first-come-firstserve
- FCFS). mỗi xe điện chỉ biết tổng nhu cầu dòng điện mục đích nắm bắt dòng điện không
sử dụng để rút ngắn thời gian sạc riêng, phương pháp này ưu điểm là đơn giản chi phí
thực hiện thấp. Tuy nhiên, việc phân xử FCFS không thể phân phối lại dòng điện còn lại cho
các xe điện khác một cách cân bằng, do đó thời gian sạc của những chiếc xe điện đó trải rộng
ra. Ngoài ra, vì mỗi bộ sạc EV chỉ biết tổng nhu cầu dòng điện của trạm sạc và không biết
về tình trạng của các bộ sạc EV khác, một số thuật toán điều khiển phức tạp không thể áp dụng
cho phương pháp như vậy.
Trong trường hợp phối hợp tập trung, trạm sạc cần lắp đặt một máy tính trung tâm thu thập
thông tin cần thiết, chẳng hạn như dung lượng pin, SOC, dòng điện và điện áp định mức cũng
như thời gian sạc dự kiến, từ tất cả các bộ sạc EV. Do đó, việc phân xử thông minh do máy
tính trung tâm thực hiện được áp dụng để tổng nhu cầu dòng điện thể được giảm thiểu trong
khi thời gian sạc EV có thể được cân bằng càng nhiều càng tốt. Phương pháp phối hợp trung
tâm này ưu điểm so với đối tác phân tán sự biến động nhu cầu dòng điện thể được
giảm thiểu, sự chênh lệch thời gian sạc thể được tối ưu hóa các thuật toán điều khiển
phức tạp đó có thể được thực hiện. Hạn chế là sự gia tăng độ phức tạp và chi phí thực hiện, có
thể được bù đắp bằng những lợi thế liên quan.
Cấu hình của một trạm sạc EV sử dụng phương pháp điều phối tập trung được minh họa trong
Hình 9.6. Dựa trên thông tin thu thập được, một bộ điều khiển mờ (fuzzy controller) được sử
dụng để xác định tất cả các dòng sạc cho các xe điện đang sạc tại trạm.sNhư minh họa trong
Hình 9.7, bộ điều khiển này được triển khai bằng phần mềm. Cơ chế phân bổ trình tự được sử
dụng để xác định mức độ ưu tiên của các xe điện trong việc phân bổ dòng điện, sao cho xe
dòng sạc thấp hơn sẽ được ưu tiên cao hơn trong quá trình cạnh tranh.Cơ chế lặp (iteration
mechanism) có chức năng tránh sự dao động lớn của nhu cầu dòng điện. Có hai bộ quy tắc mờ
để xác định sự thay đổi của dòng sạc ΔIC , cụ thể:Bộ quy tắc 1 (Rule Set 1): Xác định sự thay
đổi dòng điện ΔIC1 để đáp ứng nhu cầu dòng điện cực đại của trạm sạc EV.Bộ quy tắc 2 (Rule
Set 2): Xác định sự thay đổi dòng điện ΔIC2 để cân bằng dòng sạc giữa các xe điện.Các bộ
quy tắc này có thể được mô tả bằng các quan hệ mờ R1 và R2 như được định nghĩa sau đây:
lOMoARcPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô GVHD:Nguyễn Hữu Cường
Ở đây:
Id1 là độ lệch của tổng dòng sạc so với nhu cầu dòng điện cực đại kỳ vọng.
Id2 là độ lệch của dòng sạc từng xe so với dòng sạc trung bình.
TL là thời gian còn lại để sạc.
SOC là trạng thái sạc sscủa pin (state-of-charge).
Các giá trị ngôn ngữ (linguistic variables) của Id1, Id2, ΔIc1và ΔIc2 bao gồm:
Negative big (NB)Âm lớn
g

Preview text:

lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô TRƯỜNG BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ BÀI TẬP
HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ KC409
GVHD: TS. Nguyễn Hữu Cường
Sinh viên thực hiện: Khưu Mẫn Tiệp
B2202141
La Chí Tín B2202142 Cần Thơ, 4/2025 lOMoAR cPSD| 58504431
GVHD:Nguyễn Hữu Cường MỤC LỤC CHƯƠNG IX Trang 1 9.0 GIỚI THIỆU CHUNG Trang 1
9.1 CƠ SỞ HẠ TẦNG TẠI NHÀ Trang 2
9.2 CƠ SỞ HẠ TẦNG CÔNG CỘNG Trang 2
9.2.1 TRẠM SẠC THÔNG THƯỜNG Trang 3
9.2.2 TRẠM SẠC KHÔNG THƯỜNG XUYÊN/ THỈNH THOẢNG( OCCASINAL CHARGING STATIONS) Trang 3 9.2.3 TRẠM SẠC NHANH Trang 3 9.2.4 TRẠM ĐỔI PIN Trang 4
9.2.5 VÙNG DI CHUYỂN VÀ SẠC (MOVE-AND-CHARGE ZONES) Trang 5
9.2.6 HỆ THỐNG THANH TOÁN Trang 5
9.3 TIÊU CHUẨN VÀ QUY ĐỊNH Trang 6 9.3.1 TIÊU CHUẨN Trang 6 9.3.2 QUY ĐỊNH Trang 8
9.4 ĐÀO TẠO VÀ QUẢNG BÁ Trang 9 9.4.1 ĐÀO TẠO Trang 10
9.4.1 QUẢNG BÁ/KHUYẾN KHÍCH (PROMOTION) Trang 11
9.5 TÁC ĐỘNG LÊN HỆ THỐNG ĐIỆN Trang 12
9.5.1 ẢNH HƯỞNG HÀI (HARMONIC IMPACT) Trang 12
9.5.2 BÙ HÀI HÒA (HARMONIC COMPENSATION) Trang 13
9.5.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NHU CẦU DÒNG ĐIÊN (CURRENT DEMAND IMPACT) Trang 16
9.5.4 GIẢM THIỂU NHU CẦU DÒNG ĐIỆN (CURRENT DEMAND MINIMIZATION) Trang 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 21 lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
CHƯƠNG IX CƠ SỞ HẠ TẦNG XE ĐIỆN (EV) 9.0 GIỚI THIỆU CHUNG
Sự phát triển của xe điện (EV) đã tiến triển nhanh chóng trong thập kỷ qua. Các nhà nghiên
cứu và kỹ sư đã tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của EV thông qua những tiến bộ trong
pin, động cơ, bộ chuyển đổi, bộ điều khiển và các phụ trợ liên quan. Giờ đây, nó đã bước vào
giai đoạn thương mại hóa. Để hỗ trợ việc phổ biến xe điện, cơ sở hạ tầng cho xe điện là nền
tảng cơ bản, bao gồm các cơ sở vật chất và dịch vụ thiết yếu để hỗ trợ hoạt động của một số
lượng lớn xe điện (Olsen, 1996). Để phát triển một cơ sở hạ tầng EV thành công, chúng ta cần
chú ý đến các khía cạnh sau: •
Sự sẵn có của các trạm sạc •
Sự tiện lợi trong thanh toán sạc •
Tiêu chuẩn hóa pin và sạc EV •
Quy định về sạc an toàn và sạch •
Hỗ trợ từ đào tạo và quảng bá •
Tác động đến hệ thống điện
Việc phát triển cơ sở hạ tầng EV là một dự án lớn, và không một bên nào có thể chi trả toàn
bộ chi phí và tự mình thực hiện. Hơn nữa, cơ sở hạ tầng EV là một khoản đầu tư dài hạn và
chúng ta cần nhiều năm phát triển trước khi thu được bất kỳ lợi ích nào. Cả khu vực công và
tư nhân như chính phủ, các tổ chức, các công ty ô tô, các công ty điện lực, các nhà sản xuất
pin nên hợp tác cùng nhau để phát triển cơ sở hạ tầng EV (Muntwyler, 1996; Nowicki, 1997).
Ngày nay, hầu hết tất cả các xe điện hiện có đều được cung cấp năng lượng bởi pin có thể sạc
lại như VRLA, Ni-MH, Li-Ion. Mặc dù pin nhiên liệu đang trở nên khả thi đối với xe điện,
vẫn còn rất nhiều việc phải làm trước khi chúng có thể khả thi về mặt kinh tế hoặc được thương
mại hóa. Chúng tôi dự đoán rằng trong tương lai gần, pin sạc lại vẫn sẽ thống trị thị trường
nguồn năng lượng cho xe điện. Do đó, việc thiết lập các hệ thống sạc để sạc lại pin EV là một
phần cấu thành chính của cơ sở hạ tầng EV.
Hệ thống sạc cho EV có chức năng tương tự như trạm xăng cho xe động cơ đốt trong (ICEV),
nhưng có một số khác biệt lớn. Thứ nhất, hệ thống sạc EV có thể là một hệ thống lắp đặt công
cộng hoặc tại nhà. Người dùng EV có thể sạc xe điện của mình tại trạm sạc công cộng hoặc
thậm chí trong gara riêng của họ bằng cách cắm bộ sạc EV vào ổ cắm điện. Chắc chắn là rất
hiếm khi một người lắp đặt một thùng dầu tại nhà để tiếp nhiên liệu cho chiếc ICEV của họ.
Thứ hai, người dùng EV có thể có nhiều lựa chọn khác nhau về thời gian sạc để có được mức
giá ưu đãi khi sạc vào giờ thấp điểm. Chắc chắn, điều này không xảy ra đối với việc tiếp nhiên
liệu cho ICEV vì giá dầu thường cố định trong cả ngày. Thứ ba, hệ thống sạc EV có thể gây
ra những ảnh hưởng bất lợi đến hệ thống điện của chúng ta như ô nhiễm sóng hài, hệ số công
suất thấp và nhu cầu dòng điện cao. Tất nhiên, một trạm xăng không có tác động đến hệ thống điện của chúng ta.
Thiết kế của hệ thống sạc EV chủ yếu phụ thuộc vào mức dòng điện sạc để sạc pin EV. Có ba mức dòng điện chính: (1)
Dòng sạc thông thường – pin EV có thể được sạc bằng dòng điện sạc khá thấp, khoảng
15 A và thời gian sạc có thể kéo dài hơn 6 giờ. Chi phí vận hành và lắp đặt của bộ sạc tương lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
ứng là tương đối thấp vì công suất và dòng điện định mức liên quan không phải là giá trị tới
hạn. Dòng sạc này thường có lợi để tăng hiệu suất sạc và kéo dài tuổi thọ pin. (2)
Dòng sạc trung bình – pin EV có thể được sạc bằng dòng điện trung bình từ 30–60 A
và thời gian sạc có thể kéo dài trong vài giờ. Chi phí vận hành và lắp đặt của bộ sạc tương ứng
là tương đối cao hơn so với dòng sạc thông thường do cần phải nâng cấp thiết bị sạc. (3)
Dòng sạc nhanh – pin EV có thể được sạc đầy trong một thời gian ngắn dựa trên dòng
sạc cao từ 150–400 A. Ngược lại với việc sử dụng dòng sạc thông thường hoặc trung bình, bộ
sạc tương ứng cung cấp hiệu suất sạc tương đối thấp. Chắc chắn, chi phí vận hành và lắp đặt tương ứng là cao.
Dòng sạc thông thường được áp dụng trong cả cơ sở hạ tầng sạc tại nhà và công cộng, trong
khi cả dòng sạc trung bình và nhanh chỉ được tìm thấy trong cơ sở hạ tầng sạc công cộng. Hơn
nữa, dòng sạc nhanh chỉ nên được áp dụng trong các trạm sạc công cộng chuyên dụng đó vì
nhu cầu dòng điện tương ứng có thể gây ra ảnh hưởng bất lợi đến hệ thống điện.
9.1 CƠ SỞ HẠ TẦNG TẠI NHÀ
Sạc tại nhà là cách thuận tiện nhất để mọi người sạc xe điện của họ vì nó có thể được thực
hiện bằng cách cắm bộ sạc trên xe EV vào ổ cắm được lắp đặt hoặc gần bãi đậu xe. Mọi người
có thể sạc đầy xe điện của họ sau một đêm đậu xe, do đó cho phép quãng đường di chuyển
hơn 100 km. Vì pin được sạc lại từ từ, yêu cầu công suất chỉ là vài kW và thời gian sạc là từ
5 đến 8 giờ. Nói chung, sạc tại nhà có lợi cho việc sử dụng điện hiệu quả vì xe điện thường
được sạc vào ban đêm hoặc giờ thấp điểm. Do đó, các công ty điện lực sẵn sàng áp dụng thuế
quan ưu đãi và giảm giá để thu hút người dùng EV sạc xe điện của họ trong giờ thấp điểm.
Yêu cầu cơ bản của việc sạc tại nhà là sự sẵn có của gara hoặc bãi đậu xe có điện. Có hai cách khác nhau: •
Đối với những ngôi nhà có gara riêng, một ổ cắm điện trong nhà có thể được lắp đặt để sạc lại. •
Đối với những căn hộ và tòa nhà nhiều tầng có bãi đậu xe kèm theo, một ổ cắm điện
ngoài trời có thể được lắp đặt. Các ổ cắm điện ngoài trời phải có mạch bảo vệ riêng và
có thể được vận hành độc lập. Chỉ những cư dân được phép mới có thể truy cập các ổ
cắm điện này để sạc EV.
Sơ đồ thanh toán cho việc sạc tại nhà khá đơn giản vì có thể áp dụng trực tiếp đồng hồ đo
doanh thu và sơ đồ thuế quan hiện có. Một chiếc EV có thể được coi là một thiết bị điện thông
thường. Rõ ràng, chi phí ban đầu tương ứng là tương đối thấp vì không cần lắp đặt thêm và
bất kỳ đồng hồ đo đắt tiền nào khác.
9.2 CƠ SỞ HẠ TẦNG CÔNG CỘNG
Về cơ bản, cơ sở hạ tầng sạc công cộng là sự phân bố của các trạm sạc công cộng mà người
lái xe EV có thể dễ dàng tiếp cận để sạc lại xe điện của họ khi cần thiết. Việc phát triển một
hệ thống sạc công cộng khó khăn hơn nhiều so với hệ thống tại nhà vì có nhiều yếu tố như an
toàn điện, công thái học, điều kiện thời tiết, sự đa dạng của xe điện và sự sẵn có của khu vực
cho các trạm sạc cần phải được xem xét. Để đảm bảo một hệ thống sạc công cộng có thể chứa
xe điện của các nhãn hiệu và kiểu dáng khác nhau, chúng ta nên thiết kế các phụ trợ EV đó
với mức độ tiêu chuẩn hóa cao. Chắc chắn, bộ sạc pin là bộ phận cấu thành chính của cơ sở
hạ tầng sạc công cộng. Ngoài khả năng sạc pin, cơ sở hạ tầng cũng cần có các khả năng khác
như xác định khách hàng được ủy quyền, thông báo dung lượng pin, đo lường và thanh toán (Menga và Savoldelli, 1996). lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
9.2.1 TRẠM SẠC THÔNG THƯỜNG
Các trạm sạc thông thường được thiết kế để sạc lại xe điện dựa trên bộ sạc trên xe của chúng
bằng dòng sạc thông thường. Các trạm sạc này thường được đặt gần khu dân cư hoặc khu vực
làm việc, nơi xe điện sẽ được đỗ trong 5–8 giờ. Các trạm sạc này thường được thiết kế trên
quy mô lớn để có thể chứa nhiều xe điện đồng thời để sạc thông thường. Các cột sạc tương
ứng thường được thiết kế theo mô-đun, bao gồm các đầu cuối điều khiển và đầu cuối phân
phối. Trong thực tế, người lái xe EV chỉ cần đỗ xe điện của họ vào các khu vực được phân bổ
của trạm sạc, sau đó kết nối cáp và bắt đầu quá trình sạc lại.
Ổ cắm điện cho các trạm sạc thông thường là loại đặc biệt để phích cắm có thể được khóa lại
với sự bảo vệ trong khi sạc. Thông thường, kết nối là bốn dây, bao gồm dây pha, dây trung
tính, dây nối đất và dây điều khiển, và nó lấy điện từ hệ thống một pha.
9.2.2 TRẠM SẠC KHÔNG THƯỜNG XUYÊN/ THỈNH THOẢNG( OCCASINAL CHARGING STATIONS)
Về mặt khái niệm, xe điện dự kiến sẽ được sạc đầy vào ban đêm hoặc sau 5–8 giờ đỗ xe tại
các trạm sạc thông thường để hoạt động bình thường hàng ngày. Trên thực tế, có nhiều yếu tố
ảnh hưởng đến dung lượng khả dụng của pin EV. Ví dụ, một số xe điện có thể được sử dụng
cả ngày lẫn đêm để không có đủ thời gian để sạc đầy pin cho mỗi lần sạc, hoặc một số xe điện
có thể muốn di chuyển một quãng đường dài tích lũy mỗi ngày. Sạc không thường xuyên/thỉnh
thoảng là một khái niệm rằng xe điện có thể được sạc lại bất cứ khi nào có những dịp như vậy.
Các trạm sạc này thường được đặt ở những nơi có khả năng xe điện đỗ trong nửa giờ đến vài
giờ như bãi đậu xe, sân bay, nhà ga, khách sạn, bệnh viện, trường học, trung tâm mua sắm,
siêu thị, trung tâm hội nghị và điểm du lịch. Ví dụ, việc đỗ xe điện gần nhà vệ sinh có thể kéo
dài trong khoảng nửa giờ, rạp chiếu phim khoảng 1 giờ, nhà hàng khoảng 2 giờ và trung tâm mua sắm trong vài giờ.
Mặc dù khái niệm sạc không thường xuyên này không giới hạn ở việc sạc xe điện bằng dòng
sạc trung bình, người lái xe EV không nên luôn mong đợi sạc đầy xe điện của họ trong thời
gian đỗ xe. Thay vào đó, họ nên xem xét rằng đây là một cơ hội để tăng dung lượng pin khả
dụng cho chuyến đi sắp tới hoặc đơn giản là một nguồn dự trữ bổ sung. Ví dụ, quãng đường
di chuyển của xe điện có thể được kéo dài thêm khoảng 40 km cho một giờ sạc không thường
xuyên bằng dòng sạc trung bình. 9.2.3 TRẠM SẠC NHANH
Sạc nhanh còn được gọi là sạc nhanh hoặc sạc khẩn cấp nhằm mục đích sạc lại pin EV trong
một khoảng thời gian ngắn, gần bằng thời gian tiếp nhiên liệu cho xe ICEV. Rõ ràng, các trạm
sạc nhanh là nơi cung cấp các phương tiện sạc nhanh cho xe điện. Chắc chắn, việc sử dụng
sạc nhanh bị chi phối bởi đặc tính sạc lại của những pin EV đó. Pin thông thường không nên
sạc nhanh vì chúng có thể dẫn đến quá nhiệt khi nhận một lượng điện tích lớn trong một
khoảng thời gian ngắn. Thời gian cần thiết để sạc lại thực sự ngắn, khoảng 20 phút để sạc 80%
dung lượng. Khả năng như vậy tương đương với việc cho phép xe điện di chuyển thêm khoảng
8 km cho mỗi phút sạc nhanh. Do đó, tổng quãng đường di chuyển của xe điện có thể được
kéo dài đáng kể, với điều kiện có đủ các trạm sạc nhanh trên đường đi.
Yếu tố quan trọng của các trạm sạc nhanh rõ ràng là mô-đun sạc nhanh ngoài xe, có thể cung
cấp công suất 35 kW hoặc thậm chí cao hơn. Điện áp và dòng điện định mức tương ứng là 45–
450 V và 20–200 A, tương ứng. Vì cả công suất và dòng điện đều cao, nên ưu tiên lắp đặt các
cơ sở sạc lại như vậy tại các trạm có người giám sát hoặc trung tâm dịch vụ. Để tránh làm quá
tải pin EV và gây ra sự cố phát nhiệt quá mức, cần có sự giao tiếp giữa mô-đun sạc nhanh của lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
trạm và mạch giám sát pin của EV để trao đổi thông tin để tình trạng pin EV có thể được theo
dõi trực tuyến và dòng điện sạc có thể được điều chỉnh trực tuyến. Không giống như các trạm
sạc thông thường, các trạm sạc nhanh sử dụng cáp bao gồm nhiều dây hơn. Thông thường,
những sợi cáp này bao gồm bảy dây, bao gồm dây dương, dây âm, dây nối đất, dây điều khiển
và kênh truyền thông ba dây.
Mặc dù các trạm sạc nhanh có thể cung cấp khả năng xe điện có quãng đường di chuyển tương
tự như ICEV, nhưng có một số nhược điểm cần được giải quyết trước khi chúng được lắp đặt
rộng rãi. Hạn chế chính là tác động bất lợi của chúng đối với hệ thống điện của chúng ta, cụ
thể là ô nhiễm sóng hài và nhu cầu dòng điện cao chồng lên mức tiêu thụ giờ cao điểm, vi
phạm nguyên tắc quản lý phía cầu. Cần lưu ý rằng các công ty điện lực đã đóng một vai trò
rất tích cực để thúc đẩy thương mại hóa xe điện vì họ kỳ vọng rằng phần lớn xe điện sẽ được
sạc vào ban đêm hoặc giờ thấp điểm, do đó nâng cao hoạt động kinh doanh của các công ty
điện lực và việc sử dụng thiết bị điện. Giải pháp cho những tác động bất lợi này đang được
tích cực nghiên cứu. Ví dụ, việc sử dụng các cấu trúc liên kết mới của bộ sạc pin, bố trí sạc
pin mới và lắp đặt các bộ lọc điện chủ động có thể triệt tiêu ô nhiễm sóng hài ở một mức độ
nhất định, trong khi thuế quan cao hơn có thể được áp dụng để bù đắp cho việc sử dụng sạc nhanh. 9.2.4 TRẠM ĐỔI PIN
Thay vì sạc pin ngay lập tức, chúng ta có một cách khác để nạp lại nguồn năng lượng cho EV
– đó là đổi pin đã xả bằng pin đã sạc đầy về mặt cơ học. Tất nhiên, tất cả những pin này phải
thuộc sở hữu của trạm dịch vụ hoặc công ty pin trong khi người lái xe EV chỉ là người mượn
pin. Nguyên lý hoạt động của việc đổi pin này được minh họa trong Hình 9.1. Người lái xe
EV dừng lại ở một khu vực cụ thể và một máy đổi pin sẽ thay thế pin đã xả. Máy này có thể
là một xe nâng được đặt trên giá đỡ của nó và có đủ điều chỉnh tiến và lùi để phù hợp với vị
Hình 9.1 Nguyên lý hoán đổi pin
trí bên phải. Pin đã xả sẽ được sạc tại trạm dịch vụ hoặc được thu gom và sạc tập trung. Vì quá
trình đổi pin bao gồm thay thế cơ học và sạc lại pin, đôi khi nó được gọi là tiếp nhiên liệu cơ
học hoặc sạc cơ học. Các trạm đổi pin này kết hợp những ưu điểm của cả trạm sạc thông
thường và trạm sạc nhanh, cụ thể là sạc lại pin EV vào giờ thấp điểm trong khi tiếp nhiên liệu
cho EV trong một thời gian rất ngắn. Với việc sử dụng máy móc robot, toàn bộ quá trình đổi
pin có thể mất ít hơn 10 phút, tương đương trực tiếp với cơ chế tiếp nhiên liệu hiện có cho ICEV.
Tuy nhiên, có nhiều trở ngại cần được giải quyết. Thứ nhất, chi phí ban đầu để thiết lập hệ
thống đổi pin này rất cao, liên quan đến máy móc robot đắt tiền để đổi pin và một số lượng lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
lớn pin tốn kém để hoạt động cần thiết. Thứ hai, do nhu cầu lưu trữ cả pin đã xả và đã sạc đầy,
không gian cần thiết để xây dựng trạm đổi pin lớn hơn nhiều so với trạm sạc thông thường
hoặc trạm sạc nhanh. Thứ ba, pin EV cần phải được tiêu chuẩn hóa về kích thước vật lý và
thông số điện trước khi có thể thực hiện việc đổi pin tự động. Tuy nhiên, hệ thống đổi pin này
đang được triển khai ở quy mô nhỏ để đổi pin Zn/Air tự động cho một số đội xe EV.
9.2.5 VÙNG DI CHUYỂN VÀ SẠC (MOVE-AND-CHARGE ZONES)
Tình huống lý tưởng nhất để sạc pin EV là sạc xe trong khi nó đang di chuyển trên đường,
được gọi là di chuyển và sạc (move-and-charge - MAC). Do đó, người lái xe EV không cần
phải tìm trạm sạc, đỗ xe và sau đó dành thời gian để sạc lại pin. Hệ thống MAC này được
nhúng trên bề mặt của một đoạn đường, vùng sạc, và không cần bất kỳ không gian bổ sung nào.
Cả hai loại MAC dẫn điện và cảm ứng đều có thể được thực hiện. Đối với hệ thống MAC dẫn
điện, một vòng cung tiếp xúc trên xe được gắn ở dưới cùng của thân xe EV. Bằng cách tiếp
xúc vật lý với các phần tử sạc đã được nhúng trên mặt đường, vòng cung sẽ lấy dòng điện cao
tức thời. Vì EV đang di chuyển qua vùng MAC, quá trình sạc là một loại sạc xung. Đối với hệ
thống MAC cảm ứng, vòng cung tiếp xúc trên xe được thay thế bằng cuộn cảm ứng và các
phần tử sạc nhúng được thay thế bằng cuộn dây có dòng điện cao tạo ra từ trường mạnh. Rõ
ràng, vùng MAC dẫn điện tương đối không hấp dẫn vì nó bị hao mòn cơ học và các vấn đề về
định vị của vòng cung tiếp xúc. Trên thực tế, các nghiên cứu gần đây chỉ tập trung vào loại
cảm ứng vì không có tiếp xúc cơ học và dung sai định vị lớn. Vì chi phí của các vùng MAC
này rất đắt, chúng vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm. Tuy nhiên, khái niệm sạc này rất hứa
hẹn trong tương lai vì mọi người sẽ đánh giá cao một cách thuận tiện hơn để sạc lại xe điện của họ.
9.2.6 HỆ THỐNG THANH TOÁN
Đối với các hệ thống sạc công cộng, có nhiều hình thức thanh toán khả thi. Một số trong số
chúng có thể kết hợp các sơ đồ thuế quan phức tạp. Bốn sơ đồ sau đây được coi là khả thi trên thực tế: (1)
Tính phí riêng cho cả đỗ xe và sạc lại – có vẻ như công bằng nhất cho tất cả người lái
xe EV vì thời gian đỗ xe và năng lượng sạc được tính hoặc tính phí riêng. Không có thành
phần nào trong hai thành phần cần phải trợ cấp cho thành phần còn lại. Tuy nhiên, cả đồng hồ
đo thời gian đỗ xe và đồng hồ đo doanh thu đều cần thiết và chi phí quản lý liên quan là tương đối cao. (2)
Chỉ tính phí sạc lại, đỗ xe miễn phí – nó có thể khuyến khích người lái xe EV sạc pin
EV của họ bất cứ khi nào cần thiết. Vì đỗ xe miễn phí, những người lái xe đỗ xe điện của họ
chỉ để sạc pin cần phải trợ cấp cho những người khác. Sơ đồ này đặc biệt phù hợp với các
trạm sạc công cộng đặt tại những khu vực nông thôn nơi điện đắt tiền. Nó có ưu điểm là chỉ
cần đồng hồ đo doanh thu. (3)
Chỉ tính phí đỗ xe, sạc lại miễn phí – nó có thể khuyến khích người lái xe EV sạc đầy
pin EV của họ bất cứ khi nào có thể. Vì sạc lại miễn phí, những chiếc EV có dung lượng còn
lại cao cần phải trợ cấp cho những chiếc khác. Sơ đồ này đặc biệt phù hợp với các trạm sạc
công cộng đặt tại những thành phố đông dân cư nơi không gian rất đắt đỏ. Nó có ưu điểm là
chỉ cần đồng hồ đo thời gian đỗ xe. (4)
Tính phí một dòng cho cả đỗ xe và sạc lại – người lái xe EV có thể trả tiền cho nhãn
hàng ngày, hàng tuần hoặc hàng tháng để đỗ xe và sạc lại. Do đó, họ có thể có quyền truy cập
vào các khu vực đỗ xe dành riêng và sử dụng các phương tiện sạc đó. lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
Ngoài việc sử dụng đồng hồ đo doanh thu để đếm mức tiêu thụ điện năng, một số thiết bị điện
tử như máy tính là cần thiết để ghi lại mức tiêu thụ điện năng và do đó tính toán khoản thanh
toán cần thiết. Một phương pháp phổ biến là sử dụng máy bán hàng tự động có thể cung cấp
thông tin về mức tiêu thụ điện và thanh toán để người lái xe EV có thể thanh toán bằng tiền
mặt hoặc thẻ tín dụng. Một phương pháp khác là sử dụng thẻ thông minh có thể được sử dụng
để ghi lại mức tiêu thụ điện và cũng có thể thanh toán tự động. Thẻ thông minh mới nhất là
một loại thẻ gần, mang các chip bán dẫn để lưu trữ danh tính người dùng và các thông tin liên quan.
9.3 TIÊU CHUẨN VÀ QUY ĐỊNH
Xe điện và cơ sở hạ tầng EV phải an toàn, đáng tin cậy, dễ sử dụng và chi phí thấp (Toepfer,
1997). Tất cả những yêu cầu này liên quan đến một tiêu chí rất quan trọng – tiêu chuẩn hóa.
Kết quả của tiêu chuẩn hóa là các tiêu chuẩn (Bossche, 1997; Kosowski, 1997). Theo Ủy ban
Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), tiêu chuẩn là một tài liệu, được thiết lập bằng sự đồng thuận và
được phê duyệt bởi một cơ quan được công nhận, cung cấp, cho việc sử dụng chung và lặp đi
lặp lại, các quy tắc, hướng dẫn hoặc đặc tính cho các hoạt động hoặc kết quả của chúng, nhằm
đạt được mức độ trật tự tối ưu trong một bối cảnh nhất định. Trên thực tế, việc thiết lập các
tiêu chuẩn, chi phối kích thước, thông số kỹ thuật và hiệu suất của cả xe điện và cơ sở hạ tầng
EV, là một trong những vấn đề quan trọng nhất đối với cả nhà cung cấp và người dùng xe điện.
Sau khi ban hành các tiêu chuẩn đó, cả nhà sản xuất và nhà cung cấp có thể tuân theo để sản
xuất xe điện và thiết lập cơ sở hạ tầng, trong khi người lái xe có thể sử dụng xe điện của họ
một cách an toàn và thuận tiện hơn.
Tiêu chuẩn và quy định là khác nhau mặc dù chúng có liên quan chặt chẽ. Nói một cách chính
xác, quy định xuất phát từ tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn mang tính tự nguyện trong khi quy định là
bắt buộc. Một tiêu chuẩn có thể được coi là một sự thỏa hiệp giữa các lợi ích khác nhau liên
quan, được thông qua để đạt được lợi ích chung cho các bên khác nhau bao gồm nhà cung cấp,
nhà sản xuất và người dùng. Các chính phủ áp đặt các quy định và mọi người phải tuân theo.
Chắc chắn, trước khi triển khai và thương mại hóa đầy đủ xe điện, một số tiêu chuẩn và quy
định phải được xây dựng. Hầu hết các tiêu chuẩn liên quan đến phụ kiện sạc và hạ tầng cơ sở
của xe điện, trong khi các quy định chủ yếu liên quan đến an toàn và vận hành của xe điện.
Chúng ta có thể thấy trước rằng hầu hết các tiêu chuẩn và quy định cho xe điện đều dựa trên
các tiêu chuẩn và quy định hiện có cho xe ICEV. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn và quy định mới
là cần thiết do thực tế xe điện liên quan đến thiết bị điện với mức tiêu thụ điện năng cao. Thật
vậy, xe điện là một sản phẩm của công nghệ hỗn hợp – một phương tiện đường bộ cũng như
một thiết bị điện. Là một phương tiện đường bộ, các tiêu chuẩn nên tuân theo Tổ chức Tiêu
chuẩn hóa Quốc tế (ISO); mặt khác, là một thiết bị điện, nó phải chịu sự điều chỉnh của Ủy
ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC). Có những văn hóa khác nhau về tiêu chuẩn hóa đối với các
bên khác nhau. Trong ngành công nghiệp ô tô, tiêu chuẩn hóa không phổ biến đối với xe ICEV.
Các nhà sản xuất xe khác nhau có xu hướng sản xuất các sản phẩm độc đáo của riêng họ. Khả
năng thay thế lẫn nhau của các bộ phận và linh kiện không phải là một vấn đề quan trọng. Việc
tiêu chuẩn hóa tương ứng chủ yếu được bao gồm trong các quy định về an toàn và bảo vệ môi
trường. Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp thiết bị điện, tiêu chuẩn hóa được xác định cao.
Có một xu hướng lớn là làm cho mọi thứ được tiêu chuẩn hóa, từ các yêu cầu về chất lượng
điện đến mã màu cho một đoạn dây. Để tránh sự trùng lặp công việc và mâu thuẫn giữa các
bên khác nhau, chúng ta nên chú ý đến việc phân chia công việc về tiêu chuẩn hóa xe điện. Là
một sản phẩm hoàn chỉnh, ISO có thể xem xét xe điện như một tổng thể để tiêu chuẩn hóa. Ví
dụ, chúng ta cần có các mẫu tiêu chuẩn để mô tả thông số kỹ thuật của xe điện, chẳng hạn như lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
khả năng leo dốc, tốc độ tăng tốc và phạm vi lái xe. Mặt khác, IEC có thể áp đặt các tiêu chuẩn
về các bộ phận và linh kiện điện của xe điện, chẳng hạn như công suất định mức và thời gian
trung bình giữa các lần hỏng hóc. 9.3.1 TIÊU CHUẨN
Có hai tổ chức quốc tế quan trọng, cụ thể là ISO và IEC, tham gia vào việc tiêu chuẩn hóa xe
điện. Các tổ chức này bao gồm một số ủy ban kỹ thuật, tiểu ban và nhóm công tác. Các ủy ban
kỹ thuật thường xác định phạm vi hoạt động của riêng họ. Trong trường hợp phạm vi quá rộng
hoặc bao gồm các lĩnh vực khác nhau, các tiểu ban sẽ được thành lập dưới một ủy ban kỹ
thuật. Nhiệm vụ chính của họ là chuẩn bị tài liệu kỹ thuật về các chủ đề cụ thể trong phạm vi
tương ứng của họ. Một ủy ban kỹ thuật hoặc tiểu ban thường chỉ định các chuyên gia để thành
lập các nhóm công tác để dự thảo tài liệu theo đề xuất của các tiêu chuẩn mới hoặc sửa đổi.
Thông thường, các nhóm công tác này sẽ bị giải tán sau khi hoàn thành nhiệm vụ. Bên cạnh
hai tổ chức toàn cầu trên, một số tổ chức khu vực và quốc gia cũng đóng vai trò tích cực trong
việc tiêu chuẩn hóa xe điện: •
Ủy ban Tiêu chuẩn hóa Châu Âu (CEN) •
Hiệp hội Kỹ sư Ô tô (SAE) và •
Hiệp hội Xe điện Nhật Bản (JEVA).
Trong ISO, Ủy ban Kỹ thuật 22 (TC22) chịu trách nhiệm về tiêu chuẩn hóa phương tiện đường
bộ. Bên trong TC22, có một tiểu ban mang tên Tiểu ban 21 (SC21) được thành lập cho việc
tiêu chuẩn hóa xe điện. Trong SC21, có hai nhóm công tác đang hoạt động, cụ thể là WG1 và
WG2. WG1 làm việc về an toàn, điều kiện vận hành và lắp đặt hệ thống lưu trữ năng lượng
của xe điện trong khi WG2 làm việc về thuật ngữ EV bao gồm định nghĩa và phương pháp đo.
Một số tiêu chuẩn đã ban hành là ISO/DIS 871&1 Phương tiện đường bộ chạy điện – Mức
tiêu thụ năng lượng tham khảo và phạm vi – Phần 1: Quy trình thử nghiệm cho xe chở khách
và xe thương mại hạng nhẹ, và ISO/DIS 8715 Phương tiện đường bộ chạy điện – Đặc tính vận hành trên đường.
Trong IEC, Ủy ban Kỹ thuật 69 (TC69) chịu trách nhiệm về tiêu chuẩn hóa xe điện. Bên trong
TC69, có hai nhóm công tác đang hoạt động – WG2 và WG4. WG2 chuyên về động cơ điện
và hệ thống điều khiển của chúng, bao gồm định nghĩa thuật ngữ, tích hợp động cơ và bộ điều
khiển, hệ thống dây điện và đầu nối, thiết bị đo đạc, chẩn đoán, tương thích điện từ (EMC),
an toàn cá nhân và điện trường bên trong xe. WG4 chịu trách nhiệm về bộ nguồn và bộ sạc,
bao gồm kết nối xe với nguồn điện xoay chiều, kết nối xe với bộ sạc ngoài xe, cung cấp năng
lượng bên đường, EMC, an toàn chức năng, phích cắm và ổ cắm, nguồn cung cấp bổ sung cho
xe để sưởi ấm và làm mát, giao tiếp giữa pin và bộ sạc, và khớp nối cảm ứng để sạc pin.
Trong CEN, Ủy ban Kỹ thuật 301 (TC301) chuyên về các vấn đề của xe điện. Có ba nhóm
công tác đang hoạt động trong TC301, WG1, WG4 và WG5, chịu trách nhiệm về đo lường
hiệu suất EV, liên lạc và đối thoại giữa xe điện và trạm sạc, cũng như an toàn và các vấn đề
khác, tương ứng. Hơn nữa, Ủy ban Kỹ thuật 69X (TC69X) chuyên về tiêu chuẩn hóa xe điện.
Ba nhóm công tác đang hoạt động của nó, WG1, WG2 và WG3, chịu trách nhiệm về thiết kế
và vận hành sạc, các khía cạnh môi trường sạc và an toàn, tương ứng.
SAE là một tổ chức khoa học và giáo dục phi lợi nhuận hoạt động chặt chẽ với giới học thuật,
chính phủ, ngành công nghiệp và các thành viên trên toàn thế giới. Nó bao gồm hơn 600 ủy
ban kỹ thuật và mỗi ủy ban giải quyết một chủ đề cụ thể quan trọng đối với một ngành công
nghiệp liên quan đến di chuyển hoặc lĩnh vực kỹ thuật cụ thể. SAE đã ban hành một số lượng
lớn các tiêu chuẩn liên quan đến xe điện: •
Thực hành Khuyến nghị về Kiểm tra Tính toàn vẹn khi Va chạm của Hệ thống Pin Xe lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
Điện và Xe Điện Hybrid; •
Thực hành Khuyến nghị về Khớp nối Sạc Cảm ứng Xe Điện; •
Bộ ghép nối Sạc Dẫn điện Xe Điện; • Thuật ngữ Xe Điện; •
Quy trình Thử nghiệm Gia tốc, Khả năng Vượt dốc và Giảm tốc Xe Điện; •
Quy trình Thử nghiệm Mức tiêu thụ Năng lượng và Quãng đường di chuyển của Xe Điện; •
Đo lượng Khí Hydro Phát thải từ Xe chở Khách và Xe tải Nhẹ Chạy bằng Pin Trong Khi Sạc Pin; •
Hệ thống Truyền tải Năng lượng cho Xe Điện – Phần 1: Yêu cầu Chức năng và Kiến trúc Hệ thống; •
Mức Hiệu suất và Phương pháp Đo Cường độ Điện trường và Từ trường từ Xe Điện,
Băng thông rộng, 9 kHz-30 MHz; •
Thực hành Khuyến nghị về Đánh giá Hiệu suất của Mô-đun Pin Xe Điện; •
Thực hành Khuyến nghị về Đóng gói Mô-đun Pin Xe Điện; •
Mức Hiệu suất và Phương pháp Đo Khả năng Tương thích Điện từ của Xe và Thiết bị
(60 Hz-18 GHz); và • Quy trình Thử nghiệm Hệ thống Thông gió Chống Cháy của Pin.
JEVA được thành lập vào năm 1976, với mục tiêu thúc đẩy việc sử dụng xe phát thải thấp. Nó
được hỗ trợ bởi một số lượng lớn các tổ chức thương mại bao gồm nhà sản xuất ô tô, công ty
điện lực và nhà cung cấp pin. Để thúc đẩy việc thử nghiệm, nghiên cứu và ứng dụng thực tế
xe điện, JEVA tích cực tham gia vào các triển lãm, trưng bày và nhiều sự kiện khác. JEVA
cũng tích cực ban hành các tiêu chuẩn bao gồm nhiều khía cạnh khác nhau của xe điện, được
gọi là Tiêu chuẩn Xe Điện Nhật Bản (JEVS). Trong trường hợp việc thu thập và xác minh dữ
liệu chưa hoàn thành và các cuộc thảo luận chưa chín muồi để đưa ra các tiêu chuẩn, JEVA sẽ
tạm thời ban hành hướng dẫn kỹ thuật. Các JEVS đã ban hành chủ yếu bao gồm kích thước,
cấu trúc và quy trình thử nghiệm cho pin axit-chì, đo lường hiệu suất EV, ký hiệu cho bộ điều
khiển, đèn báo và đèn tín hiệu, hệ thống sạc và mẫu tiêu chuẩn về thông số kỹ thuật (Shimizu, 1997).
Cho đến nay, chúng ta chưa có bất kỳ tiêu chuẩn thống nhất nào về điện áp đầu vào và thông
số dòng điện định mức của xe điện. Với sự tiến bộ trong công nghệ pin, nhu cầu dòng điện
của pin thay đổi dễ dàng khiến khó đạt được bất kỳ thỏa thuận chín muồi nào về thông số điện
áp và dòng điện định mức cho việc sạc. Tuy nhiên, chúng ta có thể giảm bớt vấn đề này bằng
cách sử dụng công nghệ điện tử công suất mới nhất. Vì bộ chuyển đổi công suất có thể dễ
dàng cung cấp dải điện áp và dòng điện rộng, thông số sạc có thể được xác định bằng giao tiếp
giữa bộ sạc và xe điện.
Ký hiệu tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi trong thiết bị công nghiệp vì chúng rất quan trọng
đối với giao diện người dùng. Chúng có thể vượt qua rào cản ngôn ngữ để cho phép người
dùng nhận biết chức năng và vận hành của thiết bị. JEVS do JEVA ban hành đã xác định một
số ký hiệu tiêu chuẩn cho bộ điều khiển, đèn tín hiệu và đèn báo của xe điện như trong Hình 9.2. 9.3.2 QUY ĐỊNH
Sự phát triển của xe điện đang bước vào kỷ nguyên thương mại hóa. Cho đến nay, chúng ta
chưa có quy định chuyên biệt để chi phối việc sử dụng xe điện. Tuy nhiên, có một số quy định
về khí thải và sóng hài có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của xe điện. Điều trước là một trong lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
những động lực chính cho sự phát triển của xe điện, trong khi điều sau là một trong những sản
phẩm phụ bất lợi do sự ra đời của xe điện.
Dưới đây là bản dịch các từ trong hình: Biểu tượng Chức năng Biểu tượng Chức năng
Trạng thái sạc của pin chính Kết nối sạc
Mức chất lỏng của pin chính Phanh điện
Trạng thái sạc của pin phụ trợ Sẵn sàng vận hành Động cơ quá nóng Lỗi hệ thống
Trạng thái hệ thống phanh chân Giảm công suất không
Hình 9.2. Ký hiệu JEVS cho bộ điều khiển, đèn báo và đèn tín hiệu của xe điện Đạo
luật Không khí Sạch (Clean Air Act) lần đầu tiên được thông qua vào năm 1970, với mục tiêu
cải thiện chất lượng không khí tại Hoa Kỳ. Theo đạo luật này, Cơ quan Bảo vệ Môi trường
(EPA) có trách nhiệm đặt ra các giới hạn về lượng chất ô nhiễm trong không khí. Nguồn gây
ô nhiễm có thể là nguồn cố định (như nhà máy, trạm điện) hoặc nguồn di động (như ô tô, xe tải).
Năm 1990, Hội đồng Tài nguyên Không khí California (California Air Resources Board -
CARB) ban hành quy định yêu cầu 2% số xe bán ra tại bang trong giai đoạn 1998-2002 phải
không phát thải, và đến năm 2003, 10% số xe trên thị trường phải có mức phát thải bằng 0.
Tuy nhiên, đến năm 1996, do ngành công nghiệp ô tô không thể đáp ứng thời hạn này, CARB
quyết định bãi bỏ quy định 2% nhưng vẫn giữ quy định 10% xe không phát thải vào năm 2003,
với kế hoạch xem xét lại vào năm 2001. Xe điện (EVs) được xác định là công nghệ khả thi
nhất để đáp ứng tiêu chí không phát thải này.
Những ràng buộc về sóng hài áp dụng cho tất cả các thiết bị điện, bao gồm bộ sạc pin cho xe
điện. Một trong những tiêu chuẩn quan trọng nhất là IEEE Standard 519-1992, đưa ra các lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
khuyến nghị và yêu cầu về kiểm soát sóng hài trong hệ thống điện. Ngoài ra, nhiều khu vực
và quốc gia cũng có những bộ quy tắc tương tự để giới hạn sự méo dạng dòng điện do các
mạch điện tạo ra (Arseneau et al., 1997).
9.4 ĐÀO TẠO VÀ QUẢNG BÁ
Nói chung, nghiên cứu và phát triển về công nghệ EV là tối quan trọng để cải thiện hiệu suất
của EV, trong khi đào tạo và quảng bá cũng quan trọng không kém đối với việc phổ biến và
thương mại hóa EV. Đào tạo và quảng bá có chức năng giáo dục người dùng (người lái xe) về
EV, nhân viên (kỹ thuật viên và kỹ sư công nghệ) về EV, và công chúng nói chung liên quan đến EV. 9.4.1 ĐÀO TẠO
Vì các kỹ thuật lái xe và điều khiển cho xe điện có thể hơi khác so với xe động cơ đốt trong
(ICEV), chúng ta nên cung cấp một khóa đào tạo cơ bản cho người dùng EV, ngay cả khi họ
là những người lái xe ICEV lành nghề. Họ nên biết hoạt động cơ bản của xe điện và các
phương tiện sạc của chúng, các vấn đề an toàn khi lái xe điện cũng như bảo trì và hiệu suất cơ
bản của xe điện. Để trở thành một người lái xe EV cao cấp, người ta cũng nên biết công nghệ
và hoạt động của các bộ phận chính của EV. Hơn nữa, sẽ tốt hơn nếu người lái xe EV có thể
nhận ra các yếu tố ảnh hưởng đến quãng đường di chuyển của xe điện vì thói quen lái xe tốt
có thể tối đa hóa quãng đường di chuyển tương ứng. Chắc chắn, những người thợ lành nghề
nên sẵn sàng để bảo trì và sửa chữa xe điện, cũng như cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho người lái
xe điện. Chương trình đào tạo đa cấp là cần thiết cho một đội ngũ kỹ thuật viên và kỹ sư công
nghệ EV có trình độ. Các kỹ thuật viên EV của đội ngũ nên được chuẩn bị tốt để xác định và
khắc phục các sự cố thường gặp có thể tìm thấy ở xe điện. Các kỹ sư công nghệ của đội ngũ
nên có kiến thức kỹ thuật tiên tiến về công nghệ EV, chẳng hạn như hiểu biết thấu đáo về cấu
trúc và hoạt động của xe điện.
Dựa trên các yêu cầu đã nói ở trên, các khóa đào tạo có thể được cung cấp với các cấp độ
khác nhau – sơ cấp, trung cấp và cao cấp. Cấp độ sơ cấp là giới thiệu về công nghệ EV và kỹ
năng lái xe cơ bản, dành cho những người lái xe EV mới. Nội dung khóa học bao gồm các vấn
đề cơ bản của EV, chẳng hạn như kỹ thuật vận hành, biện pháp phòng ngừa an toàn và quy
trình sạc. Các cấp độ trung cấp và cao cấp chủ yếu dành cho các kỹ thuật viên và kỹ sư công
nghệ của các dịch vụ hỗ trợ EV, tương ứng. Cấp độ trung cấp cung cấp các kỹ thuật cơ bản để
xử lý sự cố và sửa chữa EV. Nội dung tương ứng bao gồm vận hành và hiệu suất của các bộ
phận EV khác nhau, quy trình xử lý sự cố, thay thế bộ phận bị lỗi, kiểm tra chức năng và xử
lý vật liệu nguy hiểm. Mục tiêu của cấp độ nâng cao là cung cấp kỹ năng và kiến thức cập
nhật cho các kỹ sư công nghệ EV. Nội dung khóa học bao gồm công nghệ EV cập nhật, các
mẫu xe điện mới và các bộ phận EV mới (Kosak, 1997).
Bên cạnh các khóa đào tạo tại chức nói trên, các trường đại học nên đóng vai trò tích cực
trong giáo dục kỹ thuật về xe điện. Khoa Kỹ thuật Điện và Điện tử tại Đại học Hồng Kông
gần đây đã giới thiệu khóa học 'Công nghệ Xe điện' cho sinh viên kỹ thuật điện. Khóa học này
nhằm mục đích cung cấp cho những sinh viên đó kiến thức cập nhật và toàn diện về công nghệ
EV. Do đó, sinh viên có thể sẵn sàng phục vụ ngành công nghiệp EV mới ra đời nhưng đang
phát triển nhanh chóng, và có thể có một nền tảng tốt để nghiên cứu sâu hơn về công nghệ
này. Như được trình bày trong Bảng 9.1, giáo trình khóa học được thiết kế để bao gồm một
phạm vi kiến thức rộng chứ không phải tập trung vào các chủ đề chuyên biệt về công nghệ EV.
Bảng 9.1 Giáo trình khóa học EV lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường Chủ đề Chi tiết Khái niệm và
Quá khứ, hiện tại và tương lai; lợi ích năng lượng và môi trường; khía cạnh tác động kinh tế và xã hội. Các cân nhắc
Cấu hình hệ thống, thông số và thông số kỹ thuật; hệ thống thuần điện và về hệ thống
hybrid; thiết kế chuyển đổi và thiết kế từ đầu (ground-up design). Hệ thống
Các loại và đặc tính của hệ truyền động động cơ EV; tiêu chí lựa chọn; truyền động
truyền động một động cơ và nhiều động cơ; hộp số một cấp và nhiều cấp; điện bánh xe có động cơ. Hệ thống
Các loại và đặc tính của pin EV, pin nhiên liệu, siêu tụ điện và bánh đà tốc nguồn năng
độ cực cao; tiêu chí lựa chọn; nguồn năng lượng đơn lẻ và lai. lượng
Hệ thống phụ Các bộ phận và phụ kiện điện và điện tử; bộ sạc pin; điều hòa không khí; trợ
bộ phận trợ lực lái; nguồn điện phụ trợ; hệ thống quản lý năng lượng.
9.4.1 QUẢNG BÁ/KHUYẾN KHÍCH (PROMOTION)
Các chính phủ đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy nghiên cứu, phát triển và
thương mại hóa xe điện (EV). Họ đã thiết lập một số quy định và chính sách: •
Quy định rằng một số xe được bán ra trong những năm tới phải không phát thải (zero emission); •
Chính sách miễn thuế trước bạ cho xe điện; •
Chính sách khuyến khích rằng giá điện để sạc lại xe điện là đặc biệt thấp; •
Các hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D) về xe điện được khuyến khích cao và
được hỗ trợ tài chính; •
Cơ sở hạ tầng của các trạm sạc EV được hỗ trợ đầy đủ.
Ngoài các chính phủ, có một số tổ chức phi lợi nhuận đã tích cực tham gia vào việc quảng bá xe điện: •
Hiệp hội Xe điện Thế giới (World Electric Vehicle Association - WEVA) •
Hiệp hội Xe điện Châu Mỹ (Electric Vehicle Association of the Americas - EVAA) •
Hiệp hội Xe điện Đường bộ Châu Âu (European Electric Road Vehicle Association - AVERE) và •
Hiệp hội Xe điện Châu Á Thái Bình Dương (Electric Vehicle Association of Asia Pacific - EVAAP).
WEVA được thành lập vào ngày 3 tháng 12 năm 1990 trong Hội nghị chuyên đề về Xe điện
Quốc tế lần thứ 10 (10th International Electric Vehicle Symposium) tại Hồng Kông, nơi C.C.
Chan giữ chức Chủ tịch. Nó là một tổ chức quốc tế phi lợi nhuận nhằm mục đích thúc đẩy sự
phát triển và ứng dụng của xe điện và xe điện lai (hybrid electric vehicles - HEV) trên toàn
thế giới, để khuyến khích và tạo điều kiện trao đổi thông tin giữa các thành viên, cũng như
điều phối việc lên lịch của Hội nghị chuyên đề EV Quốc tế (International EV Symposium -
EVS) được tổ chức luân phiên bởi các thành viên để thúc đẩy các mục đích của Hiệp hội. Bất
kỳ tổ chức quốc tế nào dành riêng cho các mục tiêu và mục đích của WEVA và được công
nhận là đại diện duy nhất của một khu vực trên thế giới đều có thể liên kết với tư cách là thành
viên. Hiện tại, có ba thành viên: EVAA đại diện cho Châu Mỹ (Bắc và Nam), AVERE đại diện lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
cho Châu Âu và Châu Phi, và EVAAP đại diện cho Châu Á và Thái Bình Dương. EVAA là
một hiệp hội công nghiệp làm việc để thúc đẩy thương mại hóa xe điện ở Hoa Kỳ, Canada và
Châu Mỹ Latinh. Các thành viên của EVAA bao gồm các công ty ô tô lớn, các công ty điện
lực, các công ty vận tải, các nhà sản xuất pin và các bộ phận EV khác, các trường đại học, Bộ
Năng lượng Hoa Kỳ (US Department of Energy) và các hiệp hội công nghiệp EV quốc gia ở
các quốc gia khác ở châu Mỹ. Hiệp hội đóng vai trò là nguồn thông tin trung tâm của ngành
về xe điện. Thông tin cập nhật và các hoạt động EV ở châu Mỹ có sẵn trên trang web của nó, http://www.evaa.org/.
AVERE được thành lập vào năm 1978 như một mạng lưới châu Âu của các nhà sản xuất công
nghiệp và nhà cung cấp cho xe điện. Nó là một hiệp hội phi lợi nhuận được thành lập dưới sự
bảo trợ của Cộng đồng Châu Âu. Với hơn 500 thành viên, AVERE bao gồm 14 đại diện quốc
gia. Mục tiêu của nó là hợp lý hóa những nỗ lực của các công ty thành viên trong việc phát
triển khoa học và công nghệ xe điện, cũng như trong phát triển thị trường và do đó thúc đẩy
việc sử dụng EV. Nó cung cấp cho các thành viên của mình kinh nghiệm và mạng lưới rộng
lớn để phổ biến kết quả hoạt động của họ và bất kỳ thông tin nào khác liên quan đến EV.
Tương tự như EVAA, AVERE đã ra mắt một trang web hữu ích, http://www.avere.org/, quảng
bá và cung cấp thông tin về EV ở Châu Âu. Hơn nữa, cứ hai tháng, AVERE xuất bản tạp chí
'Mobile' để quảng bá và cung cấp thông tin về EV cho cả công chúng và các công ty.
EVAAP được thành lập vào năm 1990 trong Hội nghị chuyên đề EV quốc tế lần thứ 10 được
tổ chức tại Hồng Kông. Mục tiêu của nó là hoạt động như một hiệp hội chuyên nghiệp phi lợi
nhuận để thúc đẩy xe điện hoặc HEV ở khu vực Châu Á - Thái Bình Dương. Các thành viên
của EVAAP bao gồm các tổ chức tham gia vào các hoạt động liên quan đến phát triển, sản
xuất và ứng dụng xe điện hoặc công nghệ hoặc sản phẩm liên quan từ các quốc gia và địa điểm
ở Châu Á Thái Bình Dương, bao gồm Úc, Trung Quốc, Hồng Kông, Hàn Quốc, Ấn Độ, Nhật
Bản và Singapore. Để đạt được các mục tiêu của mình, EVAAP khuyến khích trao đổi thông
tin liên quan giữa các thành viên và với các tổ chức quốc tế có mục đích tương tự, hợp tác với
các tổ chức quốc tế khác trong các hoạt động có mục đích tương tự, cũng như nỗ lực hoạt động
như một nguồn thông tin liên quan để phổ biến công khai, giáo dục và các cơ quan chính phủ.
9.5 TÁC ĐỘNG LÊN HỆ THỐNG ĐIỆN
Xe điện (EV) mang lại cả ảnh hưởng tốt và xấu đến hệ thống điện. Về mặt tích cực, pin của
xe điện có thể được sạc vào giờ thấp điểm hoặc vào ban đêm, nhờ đó tổng nhu cầu điện năng
có thể được cân bằng và khả năng tận dụng các trang thiết bị, hạ tầng của hệ thống điện có thể
được cải thiện. Về mặt tiêu cực, bộ sạc pin EV là các thiết bị phi tuyến tạo ra nhiễu hài cho hệ
thống điện của chúng ta, trong khi việc nạp lại pin của xe điện vào giờ bình thường hoặc giờ
cao điểm tạo ra gánh nặng nhu cầu dòng điện bổ sung cho hệ thống điện của chúng ta.
9.5.1 ẢNH HƯỞNG HÀI (HARMONIC IMPACT)
Trong quá trình nạp lại pin EV, dòng điện nạp đầu vào bị méo dạng nghiêm trọng, dẫn đến
việc tạo ra các dòng điện hài đáng kể. Vì các dòng điện hài khác nhau tạo ra sụt áp khác nhau
trên các trở kháng tương ứng của chúng, dạng sóng điện áp tương ứng cũng bị méo dạng, dẫn
đến một loạt các điện áp hài. Các tác động bất lợi do cả dòng điện hài và điện áp hài gây ra
được tóm tắt dưới đây (Arseneau et al., 1997; Arrillaga et al., 1998; Brener et al., 1997): •
Vì các thiết bị đo lường thông thường, chẳng hạn như ampe kế, vôn kế, oát kế và công
tơ điện, được hiệu chuẩn ở một tần số cố định (50 hoặc 60 Hz) và thường có đáp ứng
tần số kém, dòng điện hài và điện áp hài có thể làm giảm độ chính xác của chúng trong lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
việc ghi lại dòng điện thực tế, điện áp, công suất và mức tiêu thụ năng lượng, tương ứng. •
Vì các tụ bù lớn thường được lắp đặt trong hệ thống điện của chúng ta để cải thiện hệ
số công suất tổng thể, chúng có thể bị hư hỏng do dòng điện hài quá mức. •
Khi dòng điện hài bậc ba (triplen harmonic current) chạy qua dây trung tính của hệ
thống điện ba pha bốn dây, dây dẫn trung tính có thể bị quá tải, gây ra các vấn đề về
nhiệt độ quá mức. Ngoài ra, nhiễu common mode (điện áp giữa trung tính và đất) có
thể xảy ra tại điểm trung tính và điện áp pha-trung tính có thể bị ảnh hưởng. •
Khi dòng điện hài chạy qua máy biến áp với kết nối hình tam giác (delta connection),
thành phần hài bậc ba có thể tuần hoàn bên trong vòng delta, gây ra các vấn đề về nhiệt độ quá mức. •
Khi có mặt dòng điện hài và điện áp hài, các thiết bị bảo vệ quá dòng, quá áp và thấp
áp có thể bị báo động giả hoặc nhảy (trip) không chính xác.
9.5.2 BÙ HÀI HÒA (HARMONIC COMPENSATION)
Để bù đắp cho tình trạng ô nhiễm sóng hài trên hệ thống điện của chúng ta, có nhiều biện pháp
khả thi được các nhà nghiên cứu và kỹ sư đề xuất. Về cơ bản, các biện pháp này có thể được
phân loại thành hai nhóm – cấp độ thiết bị và cấp độ hệ thống. Ở cấp độ thiết bị, nhiều cấu
trúc liên kết mới của bộ sạc pin đang được đề xuất theo cách mà độ méo dòng điện hài đầu
vào được giảm thiểu. Những phương pháp này dựa vào việc phát minh ra các bộ sạc pin mới
với mức độ ô nhiễm sóng hài tối thiểu và khả thi về mặt kinh tế. Ở cấp độ hệ thống, nó có thể
được chia thành hai nhóm nhỏ – bộ lọc thụ động và bộ lọc chủ động. Các bộ lọc thụ động có
thể đơn giản là máy biến áp dịch pha để triệt tiêu một số sóng hài tần số thấp hoặc các tổ hợp
khác nhau của cuộn cảm-tụ điện để giảm các sóng hài không mong muốn đó. Mặt khác, các
bộ lọc chủ động là các hệ thống điện tử công suất tiên tiến có thể đo và chẩn đoán sóng hài
của hệ thống trực tuyến để chúng có thể tạo ra các sóng hài có cùng độ lớn nhưng ngược pha
ngay lập tức để vô hiệu hóa hàm lượng sóng hài của hệ thống. Như dự kiến, các bộ lọc chủ
động này cần nguồn điện bổ sung và công nghệ điều khiển thời gian thực phức tạp.
Gần đây, một phương pháp mới để bù sóng hài do bộ sạc EV tạo ra đã được đề xuất
(Staats et al., 1997; Chan et al., 1998). Nó không dựa trên việc phát minh ra bộ sạc EV mới
(cấp độ thiết bị) cũng như không áp dụng bộ lọc mới (cấp độ hệ thống). Thay vì thêm một cái
gì đó vào hệ thống điện của chúng ta, ý tưởng cơ bản là chỉ cần phối hợp số lượng bộ sạc EV
trên mỗi trạm sạc. Vì góc pha của những dòng điện hài do một bộ sạc EV tạo ra thường khác
với những dòng điện do một bộ sạc EV khác tạo ra, nên có một hiệu ứng tự nhiên là bù sóng
hài hoặc thậm chí triệt tiêu có thể xảy ra. Càng nhiều bộ sạc được sử dụng trên mỗi trạm, khả
năng bù các dòng điện hài tổng thể chạy đến trạm sạc đó càng cao. Tuy nhiên, có một giới hạn
thực tế về số lượng bộ sạc EV trên mỗi trạm do sự sẵn có của không gian. lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
Hình 9.3. Nhiều xe điện tại một trạm sạc.
Như minh họa trong Hình 9.3, dòng điện sóng hài tổng được đưa vào hệ thống điện từ một
trạm sạc với k xe điện (EVs) được nghiên cứu. Chúng ta gán k số ngẫu nhiên để biểu diễn
trạng thái sạc (SOC) của các xe điện này và biểu diễn điện áp pin tương ứng bằng V₁, V₂, ...,
Vₖ. Tại bất kỳ thời điểm nào, một xe điện trong trạm có thể ở trạng thái xả hoàn toàn, xả một
phần hoặc đã được sạc đầy (sau một thời gian sạc). Do đó, SOC có thể được mô tả bằng một
số ngẫu nhiên có hàm mật độ xác suất (PDF) đồng đều trải dài từ trạng thái xả hoàn toàn đến
sạc đầy. Giả sử rằng điện áp pin có quan hệ tuyến tính với SOC, tất cả các điện áp pin của xe
điện có thể được mô tả bằng một PDF đồng đều (ví dụ: từ 218V đến 300V), như được minh
họa trong Hình 9.4.Dòng điện sạc I yêu cầu bởi mỗi xe điện có thể được mô tả bằng một chuỗi
Fourier: Bạn đang trích dẫn một phần mô tả về chuỗi Fourier của dòng điện sạc EV, trong đó: •
β₁, β ₂, β ₃, ..., β ₖ là góc dẫn (conduction angles) của bộ sạc EV. lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
n là bậc của sóng hài (harmonics order).
Công thức có thể được viết lại theo một dạng khác để thuận tiện hơn cho việc phân tích toán học và kỹ thuật.
Ở đây, cn = dn và pn=tan−1(bn/an) lần lượt là độ lớn và góc pha của các thành phần sóng hài
bậc n. Đối với các mức điện áp pin khác nhau, các góc dẫn β1, β 2, β 3 và β4 cũng khác nhau.
Do đó, cả cn và φn đều khác nhau đối với các bộ sạc EV trong cùng một trạm. Bằng cách tổng
hợp tất cả các sóng hài được tạo ra trong miền số phức, có thể đạt được sự bù sóng hài ở một
số bậc nhất định.Dựa trên phương pháp Monte Carlo (Hammersley và Handscomb, 1979;
Sobol, 1994), giá trị kỳ vọng của tổng méo hài (THD) của dòng điện đầu vào chảy vào toàn
bộ trạm sạc có thể được biểu diễn như sau:
Ở đây, N là tổng số lần tính toán trong quá trình Monte Carlo, Vi,j là điện áp pin của xe điện
thứ ii tại lần tính toán thứ j, f(Vi,j) và g(Vi,j) lần lượt là hàm mật độ xác suất (PDF) và tổng
méo hài (THD) tương ứng.Do đó, giá trị kỳ vọng của THD theo số lượng xe điện đang sạc
trong cùng một trạm được tính toán như trong Hình 9.5. Rõ ràng, khi giá trị NN tăng lên (tương
đương với việc tăng số mẫu tính toán), độ gợn sóng giảm đi (tương đương với độ chính xác
cao hơn). Tuy nhiên, do thời gian tính toán tăng đáng kể khi NN lớn, nên chọn N=100N = 100
là đủ để đảm bảo độ chính xác.Dễ dàng nhận thấy rằng giá trị kỳ vọng của THD giảm khi số
lượng xe điện tăng lên. Mặc dù giá trị kỳ vọng của THD có thể được giảm thiểu bằng cách
tăng số lượng xe điện sạc tại cùng một trạm lên vô hạn. Tuy nhiên, một số lượng hữu hạn
khoảng 10 xe điện là lựa chọn tối ưu, vì THD tương ứng gần đạt mức tối thiểu, đồng thời khả
năng xử lý khoảng 10 xe điện mỗi trạm sạc là thực tế.Cần lưu ý rằng ví dụ số ở trên dựa trên
một bộ sạc EV điển hình (bộ sạc chỉnh lưu cầu diode kết hợp bộ chuyển đổi DC với thuật toán
sạc dòng điện không đổi dành cho pin VRLA). Khi các xe điện sử dụng các loại bộ sạc và pin
khác nhau, số lượng xe điện tối ưu tại mỗi trạm sạc có thể thay đổi. lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
9.5.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NHU CẦU DÒNG ĐIÊN (CURRENT DEMAND IMPACT)
Trong quá trình sạc lại xe điện vào các giờ không phải cao điểm, nhu cầu dòng điện bổ sung
chắc chắn tạo ra gánh nặng cho hệ thống điện hiện có. Những gánh nặng này được tóm tắt dưới đây: (1)
Trong trường hợp hệ thống điện hiện tại đã được sử dụng hết công suất, nhu cầu dòng
điện bổ sung do sạc lại EV vào các giờ không phải cao điểm chắc chắn sẽ làm quá tải hệ thống.
Mặt khác, các nhà máy điện và mạng lưới truyền tải bổ sung là cần thiết để đáp ứng nhu cầu dòng điện bổ sung đó. (2)
Dựa trên phương pháp dự trữ công suất (reserve margin approach) (Berrie, 1983), tích
của công suất của một nhà máy điện đáng tin cậy và số lượng nhà máy điện phải lớn hơn hoặc
bằng nhu cầu cao điểm cộng với dự trữ công suất, thường là 20%. Nhu cầu dòng điện cao
điểm càng cao, công suất phát và truyền tải càng cao. Do đó, nhu cầu dòng điện cao điểm chi
phối việc định cỡ các nhà máy điện và mạng lưới truyền tải, do đó ảnh hưởng đến chi phí đầu
tư của hệ thống điện. (3)
Trong trường hợp nhu cầu dòng điện quá mức, các máy phát điện có thời gian khởi
động ngắn nên được khởi động để chia sẻ tải thêm hoặc dự phòng nóng (spinning reserve) nên
được tăng lên để đáp ứng yêu cầu tối đa. Tuy nhiên, vì máy phát điện cần thời gian để chạy
vào trạng thái ổn định, chúng nên được khởi động trước khi nhu cầu cao điểm xảy ra nhưng
vẫn hoạt động ngay cả khi tải cao điểm đã qua, do đó gây lãng phí năng lượng được tạo ra.
Tương tự, dự phòng nóng cao cũng khiến các nhà máy điện hoạt động ở chế độ hiệu suất thấp.
Do đó, nhu cầu dòng điện cao điểm làm tăng đáng kể chi phí vận hành của hệ thống điện. lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường
9.5.4 GIẢM THIỂU NHU CẦU DÒNG ĐIỆN (CURRENT DEMAND MINIMIZATION)
Để giảm nhu cầu dòng điện cao điểm do sạc lại xe điện, khái niệm điều phối sạc (charging
coordination) gần đây đã được đề xuất (Chan et al., 1999; Chau et al., 2000). Điểm mấu chốt
của khái niệm như vậy là dựa trên sự phối hợp giữa dòng điện sạc và thời gian sạc để sạc một
nhóm xe điện tại cùng một trạm sạc, do đó giảm tổng nhu cầu dòng điện tối đa, sạc pin càng
sớm càng tốt và đạt được biên dạng tải phẳng nhất có thể. Về cơ bản, có hai loại phương pháp phối hợp:
Phối hợp phân tán (distributive coordination) và
Phối hợp tập trung (centralized coordination).
Trong trường hợp phối hợp phân tán, mỗi xe điện cần lắp đặt một bộ điều khiển phối hợp phân
tán có chức năng tối đa hóa dòng sạc riêng của nó với điều kiện tổng nhu cầu dòng điện của
toàn bộ trạm sạc nằm trong giới hạn quy định. Bất cứ khi nào có bất kỳ dòng điện dư nào do
sạc đầy hoặc rời đi của một chiếc xe điện cụ thể, dòng điện không sử dụng này sẽ được một
chiếc xe điện khác lấy dựa trên sự phân xử đến trước được phục vụ trước (first-come-firstserve
- FCFS). Vì mỗi xe điện chỉ biết tổng nhu cầu dòng điện và mục đích nắm bắt dòng điện không
sử dụng để rút ngắn thời gian sạc riêng, phương pháp này có ưu điểm là đơn giản và chi phí
thực hiện thấp. Tuy nhiên, việc phân xử FCFS không thể phân phối lại dòng điện còn lại cho
các xe điện khác một cách cân bằng, do đó thời gian sạc của những chiếc xe điện đó trải rộng
ra. Ngoài ra, vì mỗi bộ sạc EV chỉ biết tổng nhu cầu dòng điện của trạm sạc và không biết gì
về tình trạng của các bộ sạc EV khác, một số thuật toán điều khiển phức tạp không thể áp dụng
cho phương pháp như vậy.
Trong trường hợp phối hợp tập trung, trạm sạc cần lắp đặt một máy tính trung tâm thu thập
thông tin cần thiết, chẳng hạn như dung lượng pin, SOC, dòng điện và điện áp định mức cũng
như thời gian sạc dự kiến, từ tất cả các bộ sạc EV. Do đó, việc phân xử thông minh do máy
tính trung tâm thực hiện được áp dụng để tổng nhu cầu dòng điện có thể được giảm thiểu trong
khi thời gian sạc EV có thể được cân bằng càng nhiều càng tốt. Phương pháp phối hợp trung
tâm này có ưu điểm so với đối tác phân tán là sự biến động nhu cầu dòng điện có thể được
giảm thiểu, sự chênh lệch thời gian sạc có thể được tối ưu hóa và các thuật toán điều khiển
phức tạp đó có thể được thực hiện. Hạn chế là sự gia tăng độ phức tạp và chi phí thực hiện, có
thể được bù đắp bằng những lợi thế liên quan.
Cấu hình của một trạm sạc EV sử dụng phương pháp điều phối tập trung được minh họa trong
Hình 9.6. Dựa trên thông tin thu thập được, một bộ điều khiển mờ (fuzzy controller) được sử
dụng để xác định tất cả các dòng sạc cho các xe điện đang sạc tại trạm.sNhư minh họa trong
Hình 9.7, bộ điều khiển này được triển khai bằng phần mềm. Cơ chế phân bổ trình tự được sử
dụng để xác định mức độ ưu tiên của các xe điện trong việc phân bổ dòng điện, sao cho xe có
dòng sạc thấp hơn sẽ được ưu tiên cao hơn trong quá trình cạnh tranh.Cơ chế lặp (iteration
mechanism) có chức năng tránh sự dao động lớn của nhu cầu dòng điện. Có hai bộ quy tắc mờ
để xác định sự thay đổi của dòng sạc ΔIC , cụ thể:Bộ quy tắc 1 (Rule Set 1): Xác định sự thay
đổi dòng điện ΔIC1 để đáp ứng nhu cầu dòng điện cực đại của trạm sạc EV.Bộ quy tắc 2 (Rule
Set 2): Xác định sự thay đổi dòng điện ΔIC2 để cân bằng dòng sạc giữa các xe điện.Các bộ
quy tắc này có thể được mô tả bằng các quan hệ mờ R1 và R2 như được định nghĩa sau đây: lOMoAR cPSD| 58504431
HP Hệ thống điện tử
và điều khiển tự động trên ô tô
GVHD:Nguyễn Hữu Cường g Ở đây: •
Id1 là độ lệch của tổng dòng sạc so với nhu cầu dòng điện cực đại kỳ vọng. •
Id2 là độ lệch của dòng sạc từng xe so với dòng sạc trung bình. •
TL là thời gian còn lại để sạc. •
SOC là trạng thái sạc sscủa pin (state-of-charge).
Các giá trị ngôn ngữ (linguistic variables) của Id1, Id2, ΔIc1và ΔIc2 bao gồm: •
Negative big (NB)Âm lớn