ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG MÔ HÌNH QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG ẮC QUY TRÊN XE HYBRID BẰNG PHẦN MỀM MATLAB
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
MỤC LỤC XÂY DỰNG MÔ HÌNH QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG ẮC QUY TRÊN XE HYBRID BẰNG PHẦN MỀM MATLAB
LỜI NÓI ĐẦU.. 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID VÀ ẮC QUY LẮP TRÊN XE HYBRID.. 6
1.1. Tổng quan công nghệ hybrid trên ô tô. 6
1.1.1. Ô tô hybrid. 6
1.1.2. Xu hướng phát triển của xe hybrid. 7
1.1.3. Tình hình nghiên cứu về ô tô hybrid. 9
1.2. Tổng quan về nghiên cứu ắc quy trên xe hybrid. 10
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. 13
CHƯƠNG II14
GIỚI THIỆU ẮC QUY VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRÊN PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK.. 14
2.1. Sơ đồ cấu tạo của xe hybrid và giới thiệu về ắc quy.14
2.1.1. Sơ đồ cấu tạo của xe hybrid. 14
2.1.2. Giới thiệu về ắc quy. 15
2.2. Lựa chọn dạng truyền động hybrid.17
2.3. Thuật toán điều khiển của ắc quy xe hybrid.18
2.4. Tính toán lựa chọn các thành phần trong hệ thống dẫn động ô tô hybrid.20
2.5. Giới thiệu tổng quan về Matlab SIMULINK.. 23
2.5.1. Giới thiệu tổng quan về Matlab.23
2.5.2. Giới thiệu tổng quan về Simulink. 24
2.5.3. Giới thiệu tổng quan về Stateflow trong matlab simulink :25
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 :42
CHƯƠNG III44
XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA ẮC QUY KHI LẮP TRÊN XE HYBRID.44
3.1. Sơ đồ điều khiển năng lượng ắc quy trên xe hybrid. 44
3.2. Xây dựng mô hình ắc quy trên xe hybrid. 45
3.3. Xây dựng mô hình bộ điều khiển ắc quy. 48
3.4. Xây dựng các thành phần khác trên xe hybrid. 53
3.4.1. Mô hình mô phỏng engine ( động cơ đốt trong )53
3.4.2. Khối động cơ điện/máy phát56
3.4.3. Bộ phân chia công suất61
3.4.4. Chọn chu trình thử nghiệm.. 63
3.5. Chạy mô hình và đánh giá kết quả. 65
3.5.2. Chu trình thử nghiệm trên xa lộ (USHC)- (Urban Cycle 2)73
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 82
KẾT LUẬN.. 82
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, vấn đề môi trường là một vấn đề đặc biệt luôn được quan tâm không chỉ trong phạm vi một quốc gia mà lan rộng ra trên toàn thế giới. Ô nhiễm do xe cơ giới đang là vấn nạn của các quốc gia, nhất là các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Nó ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người, cũng như tác xấu đến Trái Đất gây ra hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm không khí, là nguyên nhân dẫn đến nhiều mầm bệnh...
Do đó phương tiện giao thông không gây ô nhiễm luôn là mục tiêu nghiên cứu của các nhà khoa học. Nhiều giải pháp đã được đưa ra để hoàn thiện về kết cấu động cơ lẫn tìm nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu truyền thống để giảm mức độ phát thải ô nhiễm. Và một trong những giải pháp tối ưu đó là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện tạo ra một công nghệ mới cho ngành ô tô là công nghệ hybrid . Với những ưu điểm và hiệu quả, nó là lựa chọn hoàn hảo trong hiện tại và tương lai.
Với nhận thức về sự phát triển đó, đồ án tốt nghiệp của em được nhận là “ Xây dựng mô hình quản lý năng lượng của ắc quy lắp trên xe hybrid bằng phần mềm matlab simulink ”. Qua đây cũng sẽ củng cố thêm kiến thức đã học và những kiến thức cơ bản ngoài thực tế giúp sinh viên hình dung một cách dễ dàng hơn.
Trong quá trình làm đề tài, mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn, tài liệu tham khảo vẫn còn thiếu, chưa có nhiều trải nghiệm trong thực tiễn nên đề tài không tránh khỏi có những thiếu xót. Em rất mong nhận được những góp ý của các thầy để đề tài này có thể hoàn thành trọn vẹn nhất.
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. đã giúp đỡ hết sức tận tình và tâm huyết trong quá trình em hoàn thiện đồ án của mình. Em cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo trong bộ môn ô tô và toàn thể các bạn trong lớp đã giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án vừa qua.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID VÀ ẮC QUY LẮP TRÊN XE HYBRID
1.1. Tổng quan công nghệ hybrid trên ô tô
1.1.1. Ô tô hybrid
Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, diesel...) với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc quy cao áp. Điểm đặc biệt là ắc quy được nạp điện với cơ chế nạp “ thông minh ” như khi xe phanh, xuống dốc... gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng. Nhờ vậy mà ô tô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết.
Hình 1.1 : Cấu tạo động cơ ô tô hybrid
Xuất hiện đầu những năm 1990 và cho đến nay, ô tô hybrid đã luôn được nghiên cứu và pháp triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường. Có thể nói, công nghệ hybrid là chìa khóa mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô tô, đó là không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái.
Về tính công nghệ: ô tô hybrid coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu thế phát triển ô tô sạch, đáp ứng được tính khắt khe về môi trường đô thị, tính nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu. Tuy nhiên còn nhiều hạn chế như: chỉ hoạt động trong phạm vi các thành phố, các khu du lịch, các loại đường dài bằng phẳng,... chứ không thể thay hẳn các loại khác, và cái khó nhất là nguồn dự trữ năng lượng điện cấp cho động cơ vì nếu dùng bình ắc quy thông thường thì số lượng bình rất nhiều.
Về tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm : trong điều kiện nội đô hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu xe HEV tăng rõ rệt, cụ thể là có thể tiết kiệm lên tới 45% ở vùng tốc độ thấp (dựa trên kết quả thử nghiệm trên xe Corolla Cross 1.8HV HEV). Về mức độ phát thải, lượng khí thải CO2 giảm từ 1,5 đến 2 lần so với các xe thông thường nên rất thân thiện với môi trường.
Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ô tô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ô tô trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu ô tô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ô tô này. Đặc biệt ở thị trường Việt Nam công nghệ này sẽ giúp cải thiện chất lượng không khí và góp phần giải quyết các vấn đề môi trường.
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 cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức phát thải, 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 (xăng, dầu,...) đang tràn ngập trên thị trường và trở thành 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 ô tô 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 ô tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô dùng động cơ lai (hybrid)... 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 là nhu cầu thiết yếu trong tương lai.
1.1.3. Tình hình nghiên cứu về ô tô hybrid
vCác loại xe hybrid
Xe HEV (hybrid electric vehicle) được vận hành bởi cả động cơ điện và động cơ xăng truyền thống. Nguồn năng lượng điện được sản sinh ra bởi chính hệ thống phanh của xe để nạp lại pin. Hệ thống phanh này được gọi là phanh tái sinh, một quá trình mà trong đó motor điện giúp giảm tốc độ xe và chuyển một phần năng lượng thành nhiệt bằng hệ thống phanh. Xe HEV(điện lai) sử dụng motor điện để khởi động sau đó động cơ xăng sẽ ngắt khi tải trọng hoặc tốc độ tăng. Motor được điều khiển bởi máy tính trên xe để đảm bảo xe sẽ tiết kiệm nhiên liệu nhất trong từng điều kiện.
Xe PHEV (plugin hybrid electric vehicle) có đặc điểm của một chiếc lai thông thường, có một động cơ điện và một động cơ đốt trong và một thùng dự trữ nhiên liệu cùng với một thiết bị dự trữ điện (pin sạc) nhưng không có khả năng tự phục hồi năng lượng mà cần sạc đầy bằng cách kết nối tới một nguồn điện từ bên ngoài.
HEV và PHEV (lai sạc điện) sử dụng nguồn năng lượng điện là nguồn năng lượng sạch. Năng lượng điện được cấp từ ắc quy, và có thể tái sinh được thông qua quá trình phanh hay khi xe xuống dốc, hoặc được nạp từ lưới điện bên ngoài. Hệ thống động điện ít tổn hao và hiệu suất khá cao.
Xe HHV là viết tắt của Hybrid hydraulic vehicle, là loại xe hybrid sử dụng kết hợp giữa động cơ đốt trong với mô tơ thủy lực. Các chế độ hoạt dộng cũng như vận hành của loại xe này cũng tương tự như loại sử dụng động cơ điện. Nguồn năng lượng thủy lực cũng là một trong những nguồn năng lượng sạch. Tuy nhiên hệ thống thủy lực lại tổn hao nhiều năng lượng trên đường truyền.
Trên các loại xe hybrid hiện nay, nguồn năng lượng từ động cơ đốt trong cũng có những cải tiến mới:
Hoàn thiện động cơ đốt trong: bao gồm hệ thống common rail điều khiển điện tử, xử lý khí thải trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng diesel có hàm lượng lưu huỳnh thấp. Nhiên liệu trên ôtô ngày nay còn được thay thế bằng nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng, hay dùng đồng thời (dual fuel).
Sử dụng pin nhiên liệu – pin hydrogen: là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng trong pin thành điện năng. Do không xảy ra quá trình cháy nên nhiên liệu ôtô là sạch. Tuy nhiên việc nạp hydro dưới áp suất cao vẫn rất khó khăn.
1.2. Tổng quan về nghiên cứu ắc quy trên xe hybrid
Công nghệ chế tạo nguồn điện rời (bình ắc quy và pin) đang là một trong những công nghệ quyết định đến thành công của nhiều sản phẩm công nghệ khác. Công nghệ này được áp dụng cho nhiều sản phẩm điện thoại, máy tính, xe điện, xe hybrid và nhiều sản phẩm khác. Đối với bình điện sử dụng trên các dòng xe Hybrid yêu cầu tương đối khắt khe bao gồm: tuổi bền sử dụng cao, dung lượng lớn, cung cấp điện áp cao, an toàn. Dùng phổ biến trên các xe hybrid hiện này gồm hai nhóm chính: Ắc quy hybrid Nickel – kim loại hydrua (Nickel Metal Hydride – NiMH, Nickel – Hydrogen, Nickel – Iron), và ắc qui Lithium (Lithium – Iron, Lithium-ion…). Trong hai loại trên loại ắc qui Nikel – kim loại hydrua được sử dụng rộng rãi do giá cả tương đối và tuổi bền cao. Ắc quy NiMH còn gọi là một ắc quy kiềm do việc sử dụng kali hydroxit (KOH) là chất điện phân. Bình được sử dụng cho xe hybrid rộng rãi trên thị trường vì nhiều lý do kỹ thuật quan trọng:
- Tạo ra điện áp cao đáp ứng dải tốc độ chạy xe khác nhau.
- Bình điện ở dạng kín giảm thiểu các vấn đề bảo trì và rò rỉ
- Dải làm việc trên một phạm vi tương đối rộng
- Tuổi thọ cao
- Khả năng phóng điện trong thời gian dài tương đối tốt (tùy vào thiết kế)
Ắc quy cho xe Hybrid bao gồm nhiều modul nhỏ khác nhau mắc nối tiếp nhau. Mỗi một mô dul bao gồm nhiều ngăn nhỏ (cell) điện áp chuẩn mỗi ngăn là 1,2V. Một mô dul tùy theo chuẩn điện áp có thể chứa 6 ngăn (7,2 V), 8 ngăn (9,6 V) hoặc 12 ngăn (14,4 V). Trong một ắc quy Hybrid chứa nhiều mô dul nhỏ (tùy loại có thể nhiều hoặc ít hơn) mắc nối tiếp nhau. Điện áp của ác quy Hybrid nếu chứa 28 mô dul, mỗi mô dul có điện áp chuẩn 7,2 V điện áp của nó sẽ là 28*7,2 = 201,6 (V). Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng mỗi bình ác quy bố trí tay nắm sửa chữa có nhiệm vụ chính ngắt mạch nối tiếp giúp ngắt điện áp đầu ra mỗi khi cần bảo dưỡng, sửa chữa.
Một vài thông số của bình điện Hybrid do hãng xe Toyota và Lexus sản xuất:
- Cụm bình acquy Camry hybrid có điện áp 245(V), Số lượng mô dul trong bình 34 môdul, Điện áp môdul 7,2(V), Khối lượng môdul 1 (kg), Kích thước tổng thể bình ác quy 8×34*495 (mm), Khối lượng ác quy HV 51 (kg).
- Cụm bình acquy LS 600H có điện áp 288(V), Số lượng mô dul trong bình 20 mô dul, Điện áp môdul 14,4(V, Khối lượng môdul 2,2(kg), Kích thước tổng thể bình ắc quy 515×842*257 (mm). Khối lượng ắc quy HV 67 (kg).
Năm 2012, sinh viên Nguyễn Đức Quý dưới sự hướng dẫn của TS. Lâm Mai Long trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh đã hoàn thành luận văn đề tài “Nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid”. Với đề tài nghiên cứu vấn đề đánh giá tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid, tác giả dựa vào các cơ sở lí thuyết đã được trình bày để phân tích các vấn đề liên quan đến sự tiêu hao nhiên liệu trên xe Hybrid. Đề tài này không đề cập đến thiết kế hay chế tạo các bộ phận của hệ thống.
Ngoài ra đa số các nghiên cứu trong nước chỉ đề cập đến vấn đề thiết kế, mô phỏng, chế tạo xe Hybrid là chủ yếu.Ví dụ như Thiết kế chế tạo hệ thống động lực của ô tô lai (hybrid) điện - nhiệt hai chỗ ngồi của GSTKKH. Bùi Văn Ga. Chưa có nhiều nghiên cứu nào nghiên cứu về ắc quy xe hybrid.
Một số nghiên cứu đề tài như :
- So sánh các công nghệ pin dành cho xe điện lai và xe điện lai plug-in của Ajay Babu và S. Ashok tại Khoa Kỹ thuật Điện, Viện Công nghệ Quốc gia, Calicut, Ấn Độ . Nghiên cứu đang được thực hiện hướng tới việc tận dụng những tiềm năng chưa được sử dụng của hiện đại và các công nghệ pin tiên tiến như Lithium , pin ion hoặc các biến thể của nó.
- Tạp chí Hiệp hội Xe điện Thế giới, Vol. 1 năm 2007. Công việc Nghiên cứu và Phát triển về Pin Lithium-ion cho phương tiện thân thiện với môi trường của Osamu Shimamura, Takaaki Abe. Nội dung chính là các nỗ lực nghiên cứu và phát triển đang được tiến hành để đưa các phương tiện thân thiện môi trường ra thị trường. Trong số các vấn đề về hệ thống truyền lực phải được giải quyết khi kết nối với những phương tiện tiên tiến này đảm bảo đủ sản lượng điện để đáp ứng hiệu suất điện năng yêu cầu của xe và để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mức cao nhất có thể. Đến cuối cùng, hiệu suất của các thành phần hệ thống truyền lực phải tăng cường và các tổn thất phải được giảm triệt để, cũng như tăng độ bền.
- Đề tài pin hỗn hợp Mg-Li có thể sạc lại: tình trạng và thách thức của Yingwen Cheng và Hee Jung Chang tại Bộ phận Quy trình & Vật liệu Năng lượng, Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, Richland, WA 99352, Hoa Kỳ. (Năm 2016) Pin lai magiê-liti (Mg – Li) bao gồm cực dương kim loại Mg, cực âm xen kẽ Li1 và chất điện phân muối kép có cả ion Mg21 và Li1. Việc chứng minh công nghệ này đã xuất hiện trong tài liệu trong vài năm và những tiến bộ lớn đã đạt được về chất điện phân, các cực âm Li khác nhau và kiến trúc tế bào. Mặc dù có hiệu suất pin tuyệt vời bao gồm tuổi thọ chu kỳ dài, tốc độ sạc / xả nhanh và hiệu suất Coulombic cao, nghiên cứu tổng thể về công nghệ pin lai Mg-Li vẫn đang ở giai đoạn đầu và cũng đã gây ra một số tranh luận về các ứng dụng thực tế của nó.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Phát triển ô tô hybrid được xem là một trong những giải pháp quá độ nhằm tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm môi trường so với ô tô truyền thống.
Trong tương lai nếu được tiếp tục phát triển và nghiên cứu một cách phù hợp thì ô tô hybrid hứa hẹn sẽ là một phương tiện thiết thực, hiệu quả, giảm thiểu tối đa lượng khí thải ra môi trường. Do đó có thể kết luận rằng các khái niệm này và các khái niệm tương tự tiếp theo, với hiệu suất và tỷ lệ tốt hơn, sẽ đảm bảo cho nguồn nhiên liệu hóa thạch đang thiếu hụt trầm trọng ngày nay.
Tuy nhiên, để cung cấp thêm cơ sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm nhằm lựa chọn tối ưu các thông số kết cấu thì việc nghiên cứu lý thuyết đặc biệt là nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng rất cần thiết.
Từ những phân tích ở chương 1, trong chương 2 sẽ tiếp tục phân tích kỹ hơn cơ sở lý thuyết việc kết hợp công suất và phân tích lựa chọn phương án, công cụ mô phỏng để nghiên cứu sự kết hợp các nguồn động lực trên ô tô hybrid kiểu hỗn hợp.
CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU ẮC QUY VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRÊN PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK
2.1. Sơ đồ cấu tạo của xe hybrid và giới thiệu về ắc quy.
2.1.1. Sơ đồ cấu tạo của xe hybrid
Hình 2.1 : Mô hình tổng quát của ô tô hybrid
Cấu tạo của một chiếc xe ô tô hybrid gồm :
- Động cơ đốt trong : Là nguồn động lực chính của xe, ở ô tô hybrid có thể dùng động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ hydro, khí hóa lỏng hoặc pin nhiên liệu.
- Motor điện và máy phát : có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc quy, khởi động động cơ chính của xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh. Ngoài ra, nó dẫn động cho các bánh xe chủ động tiến hoặc lùi xe. Trong suốt quá trình giảm tốc và phanh xe, hấp thụ động năng chuyển thành điện năng để nạp lại cho ắc quy điện áp cao. Ưu điểm: mômen dẫn động được cải thiện và công suất được tăng lên, kích thước gọn, nhẹ, dòng điện xoay chiều hiệu quả cao.
- Ắc quy : là một bộ phận không thể thiếu động cơ hybrid, nó đảm bảo các yêu cầu như tạo dòng lớn, cho phép nạp điện trong quá trình phanh, độ bền cao. Hiện nay thường sử dụng ắc quy Nickel Metal Hybrid thay thế cho ắc quy chì axit thông thường. Với những ưu điểm như : tuổi thọ cao, trọng lượng nhỏ, phù hợp cả khi sử dụng ở vùng công suất cao và nhiệt độ thấp, loại ắc quy này đang được sử dụng rộng rãi trên ô tô điện và hybrid hiện nay. Một số loại khác như: pin Lithinum-ion và Lithinum-polyme cũng có nhiều triển vọng áp dụng trong tương lai.Ngoài ra, ở phía sau xe còn được bố trí thêm một ắc quy phụ để duy trì và cung cấp dòng điện một chiều ổn định cho các thiết bị như: đèn xe, hệ thống âm thanh, các ECU điều khiển...
- Bộ phận điều khiển : điều khiển các chế độ hoạt động và sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện.
- Hộp số : truyền và biến đổi mômen, tốc độ giữa 2 nguồn động lực .Với ô tô hybrid có thể dùng nhiều loại hộp số khác nhau. Bốn loại hộp số thường dùng là: hộp số vô cấp, hộp số sang số tự động, hộp số tay, hộp số tự động thông thường với bộ chuyển đổi mô-men.
2.1.2. Giới thiệu về ắc quy
Hình 2.2 : Ắc quy cell
Ắc quy cell xe hybrid làm nhiệm vụ xử lý nhanh dòng điện ở mức cao và quan trọng là cung cấp nguồn năng lượng lớn để động cơ làm việc cũng như các bộ phận dùng điện khác.
Các dòng xe ô tô hybrid sử dụng ắc quy điện được thiết kế khá công phu, do đặc tính sản phẩm đòi hỏi yêu cầu về kĩ thuật tương đối khắt khe. Một trong những yêu cầu tiên quyết là độ an toàn, tiếp đến là tuổi thọ, sau cùng là cung cấp điện áp cao với dung lượng lớn.
vCấu tạo cơ bản:
Hình 2.3 : Module pin
Ắc quy hybrid bao gồm nhiều cell được mắc nối tiếp và được đóng trong một hộp chứa (nhựa hoặc kim loại). Hộp chứa cell này thường được gọi là mô-đun pin hybrid – mỗi mô-đun pin bao gồm 4-8 cell pin hybrid và hình dạng của chúng có thể là hình trụ hoặc hình hộp tuỳ thuộc vào từng hãng xe.
Khi tập hợp nhiều mô-đun được đóng gói thành một bộ ắc quy hoàn chỉnh và có nhiều hệ thống hỗ trợ đi kèm như hệ thống làm mát, sưởi ấm, quản lý điện áp và cường độ dòng điện, phát hiện rò rỉ điện áp cao và rơle được thêm vào để đảm bảo tuổi thọ lâu dài và an toàn.
Khi để ở trạng thái đã sạc 100% sẽ xả với tốc độ nhanh hơn pin ở trạng thái 40%. Dung lượng pin còn lại càng thấp, các phản ứng hóa học của chúng cũng sẽ kéo dài, vì vậy các phản ứng hóa học càng chậm lại. Khi nhiệt độ sẽ giảm làm chậm các phản ứng hóa học và tốc độ tự phóng điện của pin. vì vậy nhiệt độ lạnh hơn sẽ tốt hơn cho việc bảo quản so với nhiệt độ ấm hơn.
2.2. Lựa chọn dạng truyền động hybrid.
Về phương diện cấu tạo ô tô truyền thống và ô tô hybrid chỉ khác nhau cơ bản ở hệ thống động lực. hệ thống động lực của ô tô hybrid (sau đây gọi tắt là hệ động lực hybrid) phổ biến hiên nay được cấu thành từ một ICE và một hoặc nhiều EM. Trong các ấn phẩm chuyên ngành bằng tiếng anh, các thuật ngữ: “hybrid car”, “hybrid vehicle”, “hybrid road vehicle” và “hybrid electric vehicle” thường được sử dụng để chỉ loại ô tô hybrid có hệ thống động lực như vậy. Trong đồ án này, thuật ngữ “xe hybrid” và “ô tô hybrid” được hiểu là có nội hàm tương đương.
Căn cứ vào cách thức liên kết giữa ICE và EM, tỷ lệ công suất của ICE và của EM được sử dụng để dẫn động bánh xe chủ động, sự phân công về thời gian làm việc của ICE và của EM trong quá trình vận hành; ô tô hybrid hiện đại phân thành 3 nhóm: ô tô hybrid kiểu nối tiếp, ô tô hybrid kiểu song song và ô tô hybrid kiểu hỗn hợp. Nhưng phổ biến hơn cả là ô tô kiểu hỗn hợp
Ưu điểm :
- Hệ thống này có thể hoạt động như hệ thống nối tiếp hay song song hoặc cả hai tùy thuộc điều kiện lái xe. Ở tốc độ cao hệ thống hoạt động ở chế độ song song , công suất truyền trực tiếp từ động cơ đến bánh xe , lúc này động cơ có thể chạy gần như với hiệu quả cao nhất của nó.Ở điều kiện chạy chậm hay dừng xe , hệ thống sẽ chạy ở chế độ nối tiếp, công suất truyền từ động cơ đến máy phát tới mô tơ, để cho phép nó chạy với hiệu suất cao nhất của nó.
Nhược điểm :
- Hệ thống này phức tạp hơn và chi phí cao hơn. Bắt buộc phải có một máy phát điện, và cần thêm vào một hệ thống khớp nối cơ khí như một vi sai.
Dựa trên các ưu nhược điểm em lựa chọn phương án thiết kế: “Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe Hybrid mắc theo sơ đồ nối ghép hỗn hợp (song song - nối tiếp).
Hình 2.4 : Sơ đồ phương án thiết kế theo kiểu hỗn hợp.
Dạng ghép nối này có thể kết nối mô-men hoặc tốc độ của các thành phần như (động cơ, mô-tơ, máy phát), do đó các thành phần trong hệ động lực có thể được lựa chọn để hoạt động ở chế độ tối ưu của nó.
2.3. Thuật toán điều khiển của ắc quy xe hybrid.
vSơ đồ thuật toán điều khiển:
Hình 2.5 : Sơ đồ thuật toán
- Chế độ ĐCĐ làm việc: Tốc độ xe thấp hơn giá trị được đặt trước Veb là tốc độ thấp mà động cơ không thể hoạt động ổn định được. Trong trường hợp này, ĐCĐ một mình phân phối công suất đến các bánh xe chủ động, trong khi động cơ không hoạt động hoặc chạy cầm chừng.
- Chế độ chạy kết hợp: Yêu cầu công suất tải lớn hơn công suất của ĐCĐT có thể phát ra, cả ĐCĐT và ĐCĐ đều phân phối công suất đến các bánh xe chủ động cùng lúc.
- Chế độ nạp ắc quy: Khi công suất tải yêu cầu thấp hơn công suất động cơ phát ra khi động cơ hoạt động trên đường hoạt động tối ưu pe-tu,. Trong trường hợp này, máy phát điện được điều khiển bởi bộ điều khiển làm cho nó hoạt động, nó được dẫn động từ phần công suất còn lại của động cơ.
- Chế độ ĐCĐT làm việc: Khi công suất tải yêu cầu thấp hơn công suất động cơ có thể phát ra khi nó hoạt động tối ưu và hệ thống nạp ắc quy không làm việc. Trong trường hợp này, hệ thống điện ngưng hoạt động và ĐCĐT hoạt động để cung cấp công suất đáp ứng công suất tải yêu cầu.
- Chế độ phanh nạp: Khi xe phanh và công suất phanh thấp hơn công suất phanh nạp cực đại, công suất mà hệ thống điện có thể cung cấp thì ĐCĐ được điều khiển có chức năng như một máy phát điện để cung cấp một công suất phanh bằng với công suất phanh yêu cầu.
- Chế độ phanh kết hợp: Khi công suất phanh yêu cầu lớn hơn công suất phanh nạp cực đại, công suất mà hệ thống điện có thể cung cấp thì phanh cơ khí phải được hoạt động. Trong trường hợp này, mô-tơ điện sẽ được điều khiển để cung cấp công suất phanh nạp cực đại và hệ thống phanh cơ khí sẽ giải quyết phần còn lại.
2.4. Tính toán lựa chọn các thành phần trong hệ thống dẫn động ô tô hybrid.
vTính chọn các thành phần trong hệ dẫn động hybrid cho xe
a) Xác định công suất cần thiết.
Bảng 2.1: Các thông số đầu vào khi tính toán cho xe
|
Khối lượng xe, Mv (kg) |
1400 |
|
Hệ số cản lăn fo |
0,015 |
|
Gia tốc trọng trường, g (m/s2) |
9,8 |
|
Giá trị trung bình của hệ số cản không khí K(Ns2/m4) |
0,4 |
|
Bán kính ô tô r (m) |
0,2794 |
|
Hiệu suất truyền động từ động cơ tới các bánh ô tô |
