Tài liệu đồ án nghiên cứu công nghệ hybrid trên ô tô

  • Số trang: 133 |
  • Loại file: DOCX |
  • Lượt xem: 63 |
  • Lượt tải: 0

Mô tả:

Xe hybrid là dòng xe sử dụng tổ hợp hai nguồn động lực, thường là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong (xăng, diesel, khí hóa lỏng…) với mô-tơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc quy cao áp. Mục đích chính là dùng mô-tơ điện hỗ trợ hoặc thay thế động cơ đốt trong (ĐCĐT) để kéo xe ở những thời điểm mà ĐCĐT làm việc không hiệu quả (suất tiêu hao nhiên liệu cao, phát thải lớn, gia tốc kém) như quá trình khởi động, gia tốc và tăng tốc. Hay nói cách khác là giúp cho ĐCĐT luôn làm việc trong vùng làm việc tối ưu của nó. Như trên hình 1.2 ta có thể thấy ĐCĐT làm việc tối ưu trong một vùng tương đối hẹp: ở tốc độ khoảng 2600v/ph tới 3400v/ph với suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 255 (g/kWh). Còn như thể hiện trên hình 1.1 có thể thấy rằng đặc tính của ĐCĐT khác biệt khá xa so với đặc tính lý tưởng do vậy cần phải dùng hộp số đa cấp hay hộp số tự động để có đặc tính tốt hơn như thể hiện trên hình 1.3. Điều này làm tăng kích thước, khối lượng và giá thành của hộp số.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC Đ Niên khóa: 2006-2011 ĐỒ ÁN BẢO VỆ TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VÀ MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ HYBRID TRÊN ÔTÔ Bản quyền thuộc về i Z i b o o k ★ Copyright © www.izibook.info. All rights reserved iZibook ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Động cơ đốt trong CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ HYBRID 1.1. Khái quát công nghệ hybrid trong xe hơi 1.1.1. Khái niệm chung Xe hybrid là dòng xe sử dụng tổ hợp hai nguồn động lực, thường là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong (xăng, diesel, khí hóa lỏng…) với mô-tơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc quy cao áp. Mục đích chính là dùng mô-tơ điện hỗ trợ hoặc thay thế động cơ đốt trong (ĐCĐT) để kéo xe ở những thời điểm mà ĐCĐT làm việc không hiệu quả (suất tiêu hao nhiên liệu cao, phát thải lớn, gia tốc kém) như quá trình khởi động, gia tốc và tăng tốc. Hay nói cách khác là giúp cho ĐCĐT luôn làm việc trong vùng làm việc tối ưu của nó. Như trên hình 1.2 ta có thể thấy ĐCĐT làm việc tối ưu trong một vùng tương đối hẹp: ở tốc độ khoảng 2600v/ph tới 3400v/ph với suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 255 (g/kWh). Còn như thể hiện trên hình 1.1 có thể thấy rằng đặc tính của ĐCĐT khác biệt khá xa so với đặc tính lý tưởng do vậy cần phải dùng hộp số đa cấp hay hộp số tự động để có đặc tính tốt hơn như thể hiện trên hình 1.3. Điều này làm tăng kích thước, khối lượng và giá thành của hộp số. Hình 1.1: Đặc tính lực kéo-tốc độ với công suất yêu cầu của động cơ xăng [6] SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc ĐH Bách Khoa Hà Nội www.izibook.info 2 iZibook ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Động cơ đốt trong Hình 1.2: Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của một động cơ xăng [6] Hình 1.3: Đặc tính lực kéo-tốc độ với hộp số tự động của một xe [6] Còn với mô-tơ điện, đặc tính được thể hiện trên hình 1.4. Có thể thấy rằng mô-tơ điện có đặc tính gần sát với đặc tính lý tưởng. Thông thường mô-tơ điện khởi động từ tốc độ bằng 0. Khi tăng tới tốc độ cơ sở của nó, điện áp tăng theo trong khi dòng không đổi. Khi tốc độ cao hơn tốc độ cơ bản thì điện áp không đổi còn dòng thì yếu đi. Kết quả này cho công suất đầu ra không đổi trong khi mô- men giảm theo đường hyperbol theo tốc độ. Do đó một hệ dẫn động đơn cấp hay hai cấp có thể sử dụng để thỏa mãn lực kéo yêu cầu của xe. SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc ĐH Bách Khoa Hà Nội www.izibook.info iZibook ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Động cơ đốt trong Hình 1.4: Đặc tính của một mô-tơ điện [6] Hình 1.5: Lực kéo của xe có động cơ xăng với hộp số 4 cấp và mô-tơ điện với hệ dẫn động 1 cấp [6] SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc ĐH Bách Khoa Hà Nội www.izibook.info 4 Hình 1.5 cho thấy sự so sánh cụ thể của một mô-tơ điện và một ĐCĐT. Để có đặc tính sát với lý tưởng thì ĐCĐT cần hộp số 4 cấp còn mô-tơ điện chỉ cần hộp số 1 cấp.. Ngoài vai trò giúp cho ĐCĐT có thể hoạt động ở vùng tối ưu môtơ điện trong xe hybrid có một vai trò quan trọng thứ hai là nó có thể thu hồi lại năng lượng (động năng) cho xe để nạp lại vào ắc quy trong quá trình xe giảm tốc hay phanh, chức năng “phanh tái sinh”. Khi kết hợp hai nguồn động lực như vậy kết quả đầu ra sẽ cho đặc tính như thể hiện trên hình 1.6: Hình 1.6: Đặc tính lực kéo, cản – tốc độ của xe trên đường dốc [6]. 1.1.2. Xu hướng phát triển của xe hybrid Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về nồng độ phát thải khí thải của xe , nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến và chế tạo ra loại ôtô mà mức phát thải và ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó càng trở nên cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ hiện nay ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể. Các xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch đều đang tràn ngập trên thị trường và là một trong số những tác nhân lớn gây ô nhiễm môi trường , làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi. Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ôtô nói riêng và mọi người nói chung. Ôtô sạch không gây ô nhiễm là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, như hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô dùng động cơ lai (hybrid)... Trong số những giải pháp công nghệ trên thì xe sử dụng công nghệ hybrid đang được ứng dụng ngày càng phổ biến và cho hiệu quả cao. 1.1.3. Ôtô hybrid Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường. Có thể nói, công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ôtô, đó là ôtô hạn chế tối đa việc gây ô nhiễm môi trường, giảm tiêu hao nhiên liệu tối thiểu hay còn gọi là ôtô “sinh thái” mà vẫn sử dụng ĐCĐT, loại động cơ chưa thể thay thế trong nhiều năm tới. Hình 1.7: Mô hình một xe hybrid. Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ôtô này. Ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô chạy bằng năng lượng mặt trời mặt trời... cho đến nay đều tồn tại một số nhược điểm nhất định, chưa dễ thực hiện với thực trạng như đất nước ta. Trong bối cảnh đó thì ôtô hybrid (nhiệt - điện) kết hợp giữa ĐCĐT và mô-tơ điện được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu thế phát triển ôtô “sạch”, nhằm đáp ứng yêu cầu khắt khe về môi trường đô thị và nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid hoạt động trong phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại đường dài hàng trăm kilômet tương đối bằng phẳng... Chứ không thể sử dụng ôtô hybrid thay hẳn các loại ôtô khác vì khả năng hoạt động trong các điều kiện khác nhau và tính công nghệ còn nhiều hạn chế, trong đó cái khó nhất của vấn đề này là nguồn dự trữ năng lượng điện để cấp cho mô-tơ điện, vì nếu dùng loại ắc quy thông thường thì số lượng bình rất nhiều, kích thước và khối lượng rất lớn. Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này chúng em chỉ tìm hiểu nghiên cứu dòng ôtô hybrid (nhiệt-điện) kết hợp giữa ĐCĐT và mô-tơ điện là loại ôtô hybrid thông dụng nhất hiện nay. 1.2. Tìm hiều một số dạng dẫn động hybrid. 1.2.1. Hệ thống hybrid nối tiếp 1.2.1.1. Khái niệm. Hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp (Series hybrid electric drive train) là hệ thống dẫn động cho xe hybrid trong đó xe chỉ được kéo bởi mô-tơ điện. Mô-tơ điện này được cung cấp năng lượng từ hai nguồn là: Ắc quy và máy phát điện được dẫn động bởi ĐCĐT. Hệ thống dẫn động nối tiếp đơn giản nhất như hình 1.8. Hình 1.8: Sơ đồ một hệ dẫn động hybrid nối tiếp Bánh xe được kéo bởi một mô tơ điện. Mô-tơ điện lấy năng lượng từ nguồn ắcqui hoặc máy phát được dẫn động bởi ĐCĐT. Cụm ĐCĐT/máy phát (ĐCĐT/MP) có nhiệm vụ giúp ắc quy bổ sung năng lượng cho mô-tơ kéo khi công suất tải yêu cầu lớn hoặc nạp cho ắc quy khi công suất tải yêu cầu nhỏ và dung lượng ắc quy thấp. Bộ điều khiển mô-tơ để điều khiển mô-tơ kéo sinh ra năng lượng phù hợp với yêu cầu của xe. Sự hoạt động của xe (gia tốc, khả năng leo dốc, tốc độ lớn nhất) được quyết định hoàn toàn bởi kích thước và đặc tính của mô-tơ kéo dẫn động. Với sơ đồ kết nối như vậy thì đặc tính của xe hybrid có dạng như ví dụ của một mô-tơ điện thể hiện trên hình 1.3. Hình 1.9: Đặc tính tốc độ - mômen và công suất – mômen của một mô-tơ điện [6] 1.2.1.2. Nguyên lý hoạt động. Trong hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp, cụm ĐCĐT/MP là phần cơ khí được tách rời với trục bánh xe. Tốc độ và mô-men của ĐCĐT không phụ thuộc vào tốc độ và mômen kéo yêu cầu của xe, nó có thể được điều khiển ở bất kì điểm làm việc nào trên vùng tốc độ - mômen của nó. Thông thường động cơ đốt trong sẽ được điều khiển ở vùng làm việc tối ưu của nó, ở vùng mà nhiên liệu tiêu thụ và khí thải phát ra của động cơ là nhỏ nhất, thể hiện trong hình 1.4. Lí do tách rời phần cơ khí của ĐCĐT với trục bánh xe nhằm để ĐCĐT có thể làm việc ở vùng tối ưu và đặc tính của ĐCĐT được thay bằng đặc tính của mô-tơ điện. Tuy nhiên, nó phụ thuộc nhiều vào các chế độ làm việc của động cơ và điều khiển chiến lược của hệ dẫn động. Hình 1.10: Đặc tính ĐCĐT và các vùng hoạt động [6] a/ Chế độ kéo hỗn hợp Khi cần yêu cầu một công suất lớn (khi lái xe đạp sâu chân ga) lúc này năng lượng của cả cụm ĐCĐT/MP và nguồn năng lượng từ ắc quy cùng cấp năng lượng cho mô-tơ điện hoạt động. Trong trường hợp này, động cơ đốt trong sẽ được điều khiển để làm việc ở vùng tối ưu của nó. Nguồn năng lượng từ ắc quy cung cấp công suất thêm để đáp ứng công suất kéo yêu cầu. Dạng hoạt động này có thể được biểu diễn như sau: Pyc = Pđcđt/mp + Paq(PPS) (1.1) Ở đó, Pyc là công suất yêu cầu bởi người lái (đạp chân ga) Pđcđt/mp là công suất của cụm ĐCĐT/MP Paq là công suất nguồn ắc quy. b/ Chế độ chỉ có nguồn năng lượng của ắc quy cung cấp cho mô-tơ điện. Trong trường hợp này, chỉ có nguồn ắc quy cung cấp công suất của nó để đáp ứng với công suất yêu cầu, thường là trong giai đoạn khởi động và gia tốc từ khởi động tới khi xe đạt tới tốc độ cơ bản. Pyc = Paq (1.2) c/ Chế độ chỉ có nguồn năng lượng của cụm ĐCĐT/MPcung cấp cho mô-tơ điện. Trong trường hợp này, chỉ có cụm ĐCĐT/MP cung cấp công suất của nó để đáp ứng công suất yêu cầu, giai đoạn xe chạy ở tốc độ ổn định, chế độ lái bình thường. Năng lượng điện được kết nối trực tiếp từ cụm ĐCĐT/MP tới mô-tơ kéo. Pyc = Pđcđt/mp (1.3) d/ Chế độ ắc quy nạp năng lượng cho ắc quy từ cụm ĐCĐT/MP Khi năng lượng của ắc quy giảm xuống dưới một mức qui định nào đó thì ắc quy phải được nạp. Ắc quy có thể được nạp từ máy phát hay quá trình phanh tái sinh (regenerative braking). Thường thì máy phát nạp khi phanh tái sinh nạp không đủ. Trong trường hợp này, công suất của động cơ đốt trong được chia làm hai phần: một để kéo xe, phần còn lại để dẫn động máy phát nạp điện cho ắc quy. Pyc = Pđc/mp – Paq (1.4) Dạng hoạt động này chỉ có hiệu quả khi năng lượng của cụm ĐCĐT/MP sinh ra lớn hơn công suất tải yêu cầu. e/ Chế độ phanh tái sinh Khi xe phanh, mô-tơ kéo có chức năng như một máy phát điện, biến đổi phần động năng của xe thành năng lượng điện để nạp cho ắc quy. Như trình bày trong hình1.8, bộ điều khiển xe điều khiển hoạt động của mỗi bộ phận thùy theo công suất kéo yêu cầu từ người lái, tín hiệu phản hồi từ mỗi bộ phận, và điều khiển chiến lược cài đặt trước của hệ thống dẫn động. Những bộ phận được điều khiển để phù hợp với công suất yêu cầu của người lái xe, hoạt động của mỗi bộ phận với hiệu suất tối ưu, thu lại năng lượng phanh càng nhiều càng tốt, duy trì trạng thái nạp cho ắc quy. 1.2.1.3. Các chiến lược điều khiển. Đây là quy tắc điều khiển được cài đặt trước trong bộ điều khiển xe, nó ra lệnh hoạt động cho mỗi bộ phận. Bộ điều khiển xe nhận những lệnh hoạt động từ lái xe và tín hiệu phản hồi từ hệ thống dẫn động (HTDĐ) cùng tất cả các bộ phận sau đó đưa ra các quyết định để sử dụng dạng hoạt động phù hợp. Tất nhiên, đặc SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc ĐH Bách Khoa Hà Nội www.izibook.info 10 tính của HTDĐ phụ thuộc chủ yếu chất lượng điều khiển, trong đó điều khiển chiến lược giữ vai trò quyết định. Trong thực tế, đó là một dải của bộ chiến lược điều khiển mà có thể được sử dụng trong những chiếc xe với các yêu cầu nhiệm vụ khác nhau. Ở đây chỉ xét đến hai kiểu chiến lược điều khiển đặc trưng của động cơ: Trạng thái nạp lớn nhất cho ắc quy và điều khiển đóng ngắt động cơ đốt trong. Hình 1.11: Các điểm làm việc trong hoạt động của xe hybrid nối tiếp. Trong đó: A – Dạng kéo kết hợp Pyc – Công suất yêu cầu. Paq – Công suất ắc quy. Pđc/mp – Công suất cụm động cơ/máy phát. B – Dạng chỉ có ĐCĐT kéo hoặc dạng nạp ắc quy. Pn-aq – Công suất nạp cho ắc quy. C – Dạng phanh kết hợp. Pph,ts – Công suất phanh tái sinh. Pph,ck – Công suất phanh cơ khí. D – Dạng phanh tái sinh. a) Chiến lược điều khiển trạng thái nạp lớn nhất cho ắc quy. Mục đích của điều khiển là thỏa mãn công suất yêu cầu được yêu cầu bởi lái xe đồng thời duy trì trạng thái nạp cho ắc quy ở một mức cao nhất. Chiến lược điều khiển này được tính toán để phù hợp thiết kế cho các xe hoạt động chủ yếu dựa vào nguồn năng lượng của ắc quy. Một trạng thái nạp ở mức độ cao sẽ đảm bảo sự hoạt động cao của xe ở mọi thời điểm. Chiến lược điều khiển tình trạng nạp lớn nhất cho ắc quy được mô tả như hình 1.11. Các điểm A, B, C, D thể hiện công suất yêu cầu mà điều khiển chiến lược yêu cầu trong chế độ kéo hay phanh. Điểm A cho thấy yêu cầu công suất kéo lớn hơn công suất mà cụm ĐCĐT/MP sinh ra. Trong trường hợp này, nguồn năng lượng của ắc quy phải đưa ra năng lượng của nó bù đắp cho năng lượng thiếu hụt của ĐCĐT/MP. Điểm B cho thấy năng lượng được yêu cầu nhỏ hơn năng lượng ĐCĐT/MP sinh ra khi nó làm việc trong vùng làm việc tối ưu của nó. Trong trường hợp này, hai dạng năng lượng được sử dụng phụ thuộc vào chế độ nạp ắc quy. Nếu như độ sụt năng lượng của ắc quy thấp hơn mức của nó thì ắc quy được nạp tức là ĐCĐT vừa kéo xe vừa nạp. Mặt khác nếu ắcqui đã được nạp đầy thì động cơ chỉ kéo máy phát và được điều chỉnh để công sất sinh ra bằng công suất yêu cầu còn ắc quy làm việc ở chế độ chờ. Điểm C mô tả công suất phanh cần theo yêu cầu từ người lái lớn hơn công suất phanh mà mô-tơ điện sinh ra (năng lượng phanh tái sinh lớn nhất). Trong trường hợp này, dạng phanh hỗn hợp được sử dụng và mô-tơ điện sinh ra năng lượng phanh lớn nhất của nó và phanh cơ khí bù đắp phần công suất cần thiết còn lại. Điểm D mô tả công suất phanh cần thiết nhỏ hơn công suất phanh lớn nhất mà mô-tơ điện sinh ra, trong trường hợp này chỉ có phanh tái sinh làm việc. Sơ đồ điều khiển logic minh họa ở hình 1.12. b) Chiến lược điều khiển đóng - ngắt ĐCĐT. Chiến lược điều khiển ở chế độ nạp lớn nhất của ắc quy chú trọng đến trạng thái nạp cho ắc quy ở mức cao. Tuy nhiên, trong một vài điều kiện lái như thời gian kéo dài với tải trọng thấp như khi lái xe trên đường cao tốc. Tốc độ vòng quay lớn, ổn định thì ắc quy có thể dễ dàng được nạp đầy và cụm ĐCĐT/MP buộc phải làm việc với một năng lượng sinh ra nhỏ hơn trong điều kiện làm việc tối ưu của nó. Hơn nữa, hiệu suất của hệ dẫn động bị giảm. Trong trường hợp này, ĐCĐT được đóng-ngắt hoặc điều khiển nhiệt phải phù hợp. Chiến lược điều khiển này được minh họa ở hình 1.13. Hình1.12: Sơ đồ điều khiển logic hoạt động của xe hybrid nối tiếp Hoạt động của cụm ĐCĐT/MP được điều khiển hoàn toàn bởi tình trạng nạp của ắc quy. Khi tình trạng nạp của ắc quytrong phạm vi trên mức cần phải nạp thì ĐCĐT ngừng hoạt động, khi tình trạng nạp của ắc quy ở mức cần nạp thì ĐCĐT được bật cho hoạt động. Ắc quy được nạp năng lượng từ cụm ĐCĐT/MP. Với cách này, động cơ không phải lúc nào cũng được làm việc trong vùng tối ưu của nó. Hình 1.13: Minh họa về điều khiển đóng-ngắt động cơ [6] 1.2.1.4.Tính toán thông số các thành phần chính. Các bộ phận chính trong hệ dẫn động hybrid nối tiếp bao gồm: mô-tơ kéo, cụm ĐCĐT/MP và ắc quy. Thiết kế công suất định mức của những thành phần này là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong việc thiết kế toàn bộ hệ thống. Khi thiết kế các thành phần này, bắt buộc phải tính đến các vấn đề bao gồm: khả năng gia tốc của xe, khả năng leo dốc, điều kiện lái trên đường cao tốc, trong đô thị và cân bằng năng lượng trong ắc quy. a)Tính toán công suất định mức của mô-tơ kéo. Công suất này phụ thuộc vào yêu cầu về khả năng gia tốc của xe, đặc điểm của mô-tơ điện, đặc điểm của hệ truyền động. Đầu tiên khi tính toán, công suất định mức của động cơ dẫn động có thể được ước lượng, tùy theo quá trình thực hiện gia tốc (thời gian tăng tốc của xe từ tốc độ 0 tới tốc độ ước tính). Sử dụng công thức tính toán dưới đây:  .Mv 2 .g. f (1.5) 1 P . V 2  V 2  .V   .C .A .V 3 f .M  t Trong đó : 2.ta  b r 3 v f 5 a D f f Mv: là tổng khối lượng của xe (kg). t f : Thời gian gia tốc dự kiến (s). Vb : Vận tốc của xe tương đương với tốc độ cơ bản của mô-tơ điện (m/s). Vf : Vận tốc cuối cùng của xe sau khi gia tốc (m/s). 2 g: gia tốc trọng trường g = 9,8 (m/s ) fr : Hệ số cản lăn của lốp xe. 3 a : khối lượng riêng của không khí = 1,202 (kg/m ) 2 Af : Diện tích mặt trước của xe (m ) CD : Hệ số cản khí động. Số hạng đầu của phương trình (1.5) đại diện cho công suất được sử dụng để gia tốc xe, số hạng thứ hai đại diện cho công suất để thắng sức cản lăn và số hạng thứ ba đại diện cho công suất để thắng lực cản khí động. Hình 1.14 thể hiện khả năng kéo và công suất kéo với tốc độ xe được có một bộ truyền động hai cấp. Trong quá trình gia tốc, bắt đầu từ bánh răng cấp 1, lực kéo thể hiện theo đường a-b-d-e và Vb  Vb1 . Khi bộ dẫn động một bánh răng được sử dụng thì khả năng kéo thể hiện theo đường c-d-e và Vb  Vb 2 Hình 1.15 trình bày một ví dụ cho công suất định mức của một mô-tơ điện với nhiều tỷ lệ tốc độ. Cần chú ý, công suất ước lượng của mô-tơ được xác định qua (1.5) chỉ là ước lượng để phù hợp với quá trình gia tốc. Hình1.14: Đặc tính của mô-tơ điện [6] Hình 1.15: Công suất và tỷ lệ vận tốc của hệ dẫn động [6] b) Thiết kế công suất định mức cho cụm ĐCĐT/MP. Trong thiết kế cụm ĐCĐT/MP hai điều kiện dẫn động được chú ý: (a) Dẫn động trong thời gian dài với vận tốc không đổi (đường cao tốc) và (b) trạng thái xe thường xuyên dừng-đi (trong thành phố). Với kiểu dẫn động (a), cụm ĐCĐT/MP và hệ thống truyền động hoạt động không dựa vào năng lượng của ắc quy, ĐCĐT/MP đã có đủ khả năng phát ra công suất để cung cấp cho mô-tơ. Với chế độ thường xuyên dừng-đi (b) ĐCĐT/MP phải tạo ra đủ công suất để duy trì năng lượng dự trữ cho ắc quy. Việc tiêu thụ năng lựơng ắc quy liên quan chặt chẽ với vấn đề điều khiển chiến lược đã trình bày ở trên. Tại tốc độ không đổi trên đường bằng phẳng công suất tạo ra từ nguồn công suất gồm cụm ĐCĐT/MP có thể được tính như sau: (1.6)  M .g. f  1  .C .A .V 2   kW P  V  đcđt/mp 1000. .  t m v r  2 a D f   t vàm là hiệu suất của hệ thống dẫn động và mô-tơ kéo. Hình 1.10 là một ví dụ cho công suất phụ tải (không bao gồm phần uốn  và  do t m ) cho xe có khối lượng 1500kg. Nó cho thấy công suất yêu cầu tại một tốc độ không đổi nhỏ hơn nhiều so với công suất cần cho sự gia tốc như phương trình (1.6) thể hiện. Hình 1.16: Công suất phụ tải của xe có khối lượng 1500kg tại tốc độ không đổi [6] Khi xe đang chạy ở kiều dừng-đi trong thành phố, công suất mà cụm ĐCĐT/MP sinh ra có thể bằng hoặc lớn hơn công suất tải trung bình để mà duy trì sự cân bằng với năng lượng của ắc quy. Công suất tải trung bình được tính theo CT sau: P  tb 1 T  2 .A .V 1 M .g. f   .C T   0 v r 2 a D f dV .dt Vdt  1 T M   T 0  v (1.7) dt Số hạng thứ nhất là công suất trung bình thắng cản lăn và cản khí động. Số hạng thứ hai là công suất trung bình khi tăng tốc và giảm tốc. Khi xe có thể thu hồi năng lượng động năng của xe, kết quả là công suất trung bình của quá trình tăng, giảm tốc độ bằng 0, thể hiện trong hình 1.17. Hình 1.17: Công suất tiêu thụ trung bình khi phanh tái sinh hoàn toàn, một phần và không phanh tái sinh [6] Hình 1.18: Công suất tức thời, công suất trung bình với quá trình phanh tái sinh hoàn toàn và không phanh tái sinh trong một vài chu trình lái điển hình [6] Trong việc tính toán cụm ĐCĐT/MP, công suất dự trữ sẽ lớn hơn hoặc bằng công suất cần thiết cấp cho xe khi vận hành với tốc độ không đổi trên đường cao tốc hay công suất trung bình khi xe chạy trên đường phố. Trong thiết kế thực tế, tính toán công suất trung bình của xe sử dụng một số dạng đồ thị điển hình như hình 1.18. c) Tính toán ắc quy. Ắc quy phải có khả năng cung cấp đủ công suất cho mô-tơ kéo ở mọi thời điểm. Đồng thời, ắc quy cũng phải dự trữ đủ năng lượng để ngăn ngừa việc không cung cấp đủ năng lượng khi diễn ra tình trạng không được nạp kéo dài.  Công xuất dự trữ của ắc quy. Để sử dụng hoàn toàn công suất của mô-tơ điện thì công suất tổng của ắc quy và ĐCĐT/MP phải lớn hơn hoặc bằng công suất định mức lớn nhất của môtơ điện. Theo đó, công suất dự trữ của ắc quycó thể được xác định như sau: (1.8) P m,max   P P aq   đcđt /mp m Năng lượng dự trữ của ắc quy. Trong một vài điều kiện vận hành, kiểu vận hành thường xuyên tăng giảm tốc độ sẽ cho kết quả là một tình trạng nạp thấp cho ắc quy. Năng lượng biến đổi của ắc quycó thể được xác định như sau: T E   Paq dt (1.9) 0 Trong đó, Paq là công suất của ắc quy Giá trị dương của Paq khi ắc quy được nạp và âm khi ắc quy phóng điện. Hình 1.19 mô tả năng lượng biến đổi theo thời gian của ắc quy, cho thấy năng lượng biến đổi tối đa trong toàn bộ chu trình lái. Quá trình nạp cho ắc quy được duy trì nếu ắc quy làm việc giữa trạng thái nạp (SOC) lớn nhất và nhỏ nhất. Năng lượng dự trữ của ắc quycó thể tính toán theo công thức dưới đây: Eaq SOCtrvà  Emax SOCtr  SOCd (1.10) SOC là trạng thái nạp cao nhất và thấp nhất. Hiệu quả nạp tối ưu d trong khoảng (0,4  0,7) và giới hạn biến đổi năng lượng trong vùng (0,8  1).
- Xem thêm -