Nghiên cứu hiệu năng lượng của ô tô điện trong các điều kiện hoạt động khác nhau

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu hiệu lượng ô tô điện điều kiện hoạt động khác BÙI ĐỨC NAM nam.bdcb190254@sis.hust.edu.vn Ngành Quản Lý Công Nghiệp Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Đàm Hoàng Phúc Chữ ký GVHD Viện: - Cơ khí Động lực Kinh Tế Quản Lý HÀ NỘI, 01/2022 ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Họ tên học viên : Bùi Đức Nam SHHV : CB190254 Chuyên ngành : Kỹ thuật ô tô Lớp : QL KT-CN Người hướng dẫn : PGS.TS Đàm Hoàng Phúc Tên đề tài: Nghiên cứu hiệu lượng ô tô điện điều kiện hoạt động khác Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Ơ tơ điện nghên cứu phát triển đưa vào sử dụng thực tế vấn đề tiêu thụ lượng điện điều kiện sử dụng khác quan tâm Đề tài nghiên cứu hiệu lượng ô tô điện điều kiện hoạt động khác Mục đích đề tài (các kết cần đạt được): So sánh mức tiêu thụ lượng ô tô điện điều kiện hoạt động khác Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Xây dựng mơ hình tính tốn lượng tiêu hao - Thu thập số liệu chu trình lái nội cao tốc - Tính tốn so sánh mức tiêu thụ lượng ô tô điện với chu trình lái khác Hà Nội, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn Học viên (Ký ghi rõ họ tên) năm 2022 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu Viện Cơ Khí Động Lực trường Đại học Bách khoa Hà Nội, dạy bảo, hướng dẫn tận tình thầy giáo trường, hỗ trợ Viện Cơ Khí Động Lực bạn bè đồng nghiệp Với nỗ lực từ thân, em hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Quản lý kỹ thuật- Công nghệ với nội dung “Nghiên cứu hiệu lượng ô tô điện điều kiện hoạt động khác nhau” Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Đàm Hoàng Phúc tận tình hướng dẫn, bảo cho em kiến thức quý báu để em hoàn thành luận văn này.Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy giáo mơn Ơ tơ Xe Chun Dụng - Viện Cơ Khí Động Lực, thầy giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội, bạn bè, đồng nghiệp nhiều lĩnh vực chuyên môn cung cấp tài liệu tạo điều kiện thuận lợi suốt trình học tập nghên cứu đề tài Do điều kiện thời gian trình độ cịn hạn chế nên q trình thực luận văn khơng tránh khỏi khiếm khuyết, mong nhận ý kiến đóng góp, bảo từ thầy giáo, bạn bè, đồng nghiệp để luận văn em hoàn thiện Hà Nội, tháng 01 năm 2022 TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Luận văn “Nghiên cứu hiệu lượng ô tô điện điều kiện hoạt động khác nhau” thực hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Đàm Hoàng Phúc thầy mơn Ơ tơ xe chun dụng trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nội dung luận văn gồm chương đó: Chương I: Tổng quan giới thiệu ô tô điện bao gồm lịch sử, tình hình nghiên cứu xe điện giới Xu hướng phát triển xe điện tương lai Chương II: Xây dựng mơ hình tính tốn lượng tiêu hao ô tô điện Giới thiệu mơ hình PAMVEC, mơ hình sử dụng để phân tích ảnh hưởng nhân tố đến tiêu hao lượng xe điện điều kiện vận hành khác Lựa chọn tham số để tính tốn cơng suất hoạt động xe từ công suất đầu bánh xe đến công suất hệ thống truyền động tính lượng tiêu hao dựa vào cơng suất Tham khảo chu trình lái nghiên cứu sẵn áp dụng vào cho xe nghiên cứu đề tài Chương III: Tính tốn mức tiêu thụ lượng so sánh mức tiêu hao lượng tơ điện chu trình lái khác Trình bày mục tiêu việc khảo sát, lựa chọn đối tượng khảo sát, tính tốn lượng tiêu hao cho các chu trình lái nội cao tốc, qua tính tốn chi phí cho cần sạc ắc-quy xe hoạt động chu trình khác HỌC VIÊN (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC KÍ HIỆU LỜI NÓI ĐẦU 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 11 1.1 Giới thiệu ô tô điện 11 1.1.1 Sơ lược lịch sử ô tô điện 11 1.1.2 Tình hình nghiên cứu phát triển ô tô điện giới 12 1.1.3 Xu hướng phát triển loại xe chạy điện giới tính đến 2021 18 1.1.4 Tình hình Việt Nam 22 1.1.5 Ưu, nhược điểm sử dụng ô tô điện 26 1.2 Cấu tạo chung hệ thống phận ô tô điện 27 1.2.1 Các hệ thống động điện 27 1.2.2 Các phận chủ yếu xe điện 30 1.3 Nguồn động lực học ô tô 31 1.3.1 Yêu cầu động cho ô tô điện 31 1.3.2 Các loại động điện dùng cho ô tô điện 32 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN NĂNG LƯỢNG TIÊU HAO CỦA Ô TÔ ĐIỆN 38 2.2 Tham số phương trình cân cơng suất bánh xe 41 2.2.1 Công suất tải trung bình bánh xe 41 2.2.2 Tổn thất trung bình phanh 43 2.3 Các thơng số chu trình lái 46 2.4 Hệ thống truyền lực loại xe điện 50 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN MỨC TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG CỦA Ơ TƠ ĐIỆN TRONG CÁC CHU TRÌNH KHÁC NHAU 52 3.1 Đánh giá mơ hình PAMVEC 52 3.1.1 Kiểm nghiệm tính xác mơ hình với thơng số vận tốc trung bình bậc vận tốc trung bình bậc ba 52 3.1.2 Kiểm nghiệm tính xác mơ hình với thơng số gia tốc đặc trưng 54 3.2 Tính tốn so sánh mức tiêu thụ lượng tơ điện với chu trình lái khác 56 3.2.1 Thông số xe VF-e34 56 3.2.2 Đối với chu trình lái đường nội NEDC 58 3.2.3 Đối với chu trình lái đường cao tốc HFWET 61 3.2.3 Đối với chu trình lái NYDC 62 3.2.4 Đối với chu trình lái US06 63 3.2.4 Đối với chu trình lái UDDS 64 3.2.5 So sánh mức tiêu thụ lượng VF-e34 chu trình khác 65 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Ơ tơ điện thời kỳ đầu 11 Hình 1.2: Phân bổ khoản đầu tư cho nghiên cứu ô tô điện Hoa Kỳ từ năm 2009 13 Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống cụm xe điện 13 Hình 1.4: Xe tơ điện i-MiEV đưa thị trường 14 Hình 1.5: Ơ tơ bus điện hàn quốc 15 Hình 1.6: Trạm cung cấp nhiên liệu cho xe điện Singapo 16 Hình 1.7: Thị trường xe điện tồn cầu 2010-2020 18 Hình 1.8: Tỷ lệ đăng ký bán xe điện số quốc gia khu vực 2015-2020 19 Hình 1.9: Thông báo nhà sản xuất xe liên quan đến xe chạy đèn điện 21 Hình 1.10: Biểu đồ tính xe điện 22 Hình 1.11: Thơng số kỹ thuật xe Vinfast E34 23 Hình 12: Các dạng EV dựa động lực điện nguồn lượng 29 Hình 1.13: Cấu tạo xe điện 30 Hình 14: Đặc tính tơ điện 32 Hình 1.15: Động chiều ( DC motor) 33 Hình 1.16: Động không đồng 33 Hình 1.17: Cấu trúc động từ trở đồng - SynRM so sánh rotor động SynRM với động IM ABB 34 Hình 1.18: Động từ trở thay đổi – SRM 35 Hình 1.19: Cấu trúc động BLDC cảm biến Hall 36 Hình 1.20: Nguyên lý điều khiển động BLDC 36 Hình 1.21: So sánh cấu trúc động SPM IPM 37 Hình 1.22: Đặc tính sinh mômen động IPM 37 Hình 2.1: Mơ hình PAMVEC 40 Hình 2.2: PAMVEC phân chia cơng suất tải thành thành phần cản lăn cản quán tính để ước lượng tổn thất phanh 46 Hình 2.3: Mơ hình lái giả thiết với giá trị thông số sau: 𝑣𝑎𝑣𝑔=10(m/s), Λ=1.1 ã=0.1m/s2 48 Hình 2.4: Chu kì lái giả thiết với giá trị thơng số sau: 𝑣𝑎𝑣𝑔=10.5m/s ( tăng lên 5%) , Λ=1.1 ã=0.1m/s2 48 Hình 2.5: Chu kì lái giả thiết với giá trị thông số sau: 𝑣𝑎𝑣𝑔=10m/s , Λ=1.155 ( tăng lên 5%) ã=0.1m/s2 49 Hình 2.6: Chu kì lái giả thiết với giá trị thông số sau: 𝑣𝑎𝑣𝑔=10m/s , Λ=1.1và ã=0.105m/s2 (tăng lên 5%) 49 Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống truyền lực xe điện 50 Hình 3.1: Chu trình lái mẫu giả thiết 52 Hình 3.2: Đồ thị vận tốc cơng suất theo thời gian 52 Hình 3.3: Đồ thị vận tốc cơng suất theo thời gian 54 Hình 3.4: Đồ thị vận tốc cơng suất theo thời gian 55 Hình 3.5: Hình ảnh thiết kế xe VF-e34 57 Hình 3.6: Hình vận tốc theo thời gian chu trình lái NEDC 58 Hình 3.7: Tính tốn lượng battery chu trình lái NEDC (W) 60 Hình 3.8: Biểu đồ vận tốc chu trình lái đường cao tốc (Highway fuel economy test – HWFET 61 Hình 9: Tính tốn lượng battery chu trình lái HFWET (W) 62 Hình 3.10: Tính tốn lượng battery chu trình lái NYDC (W) 63 Hình 3.11: Tính tốn lượng battery chu trình lái US06 (W 64 Hình 3.12: Tính tốn lượng battery chu trình lái UDDS (W) 65 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số số chu trình lái khảo sát thực tế 50 Bảng 1: Thông số xe VF-e34 56 Bảng 3.2: Thơng số chu trình lái NEDC 58 Bảng 3.3: Bảng tổng hợp lượng tiêu thụ lượng chu trình NEDC 60 Bảng 4: Thơng số chu trình lái cao tốc HFWET tính phương pháp PAMVEC 61 Bảng 3.5: Thơng số chu trình lái NYDC tính phương pháp PAMVEC 62 Bảng 3.6: Thơng số chu trình lái US06 tính tốn phương pháp PAMVEC 63 Bảng 3.7: Thơng số chu trình lái UDDS tính tốn phương pháp PAMVEC 64 Bảng 3.8: Bảng tổng hợp VF-e34 chu trình khác 65 Bảng 3.9: Bảng tổng hợp thơng số chu trình lái khảo sát 66 Biểu đồ 3.1: Năng lượng trung bình (KW) 67 Biểu đồ 3.2: Điện trung bình 100 km (KWh) 67 Biểu đồ 3.3: Số tiền trung bình cần trả 100km 68 DANH MỤC KÍ HIỆU Ý nghĩa Kí hiệu ρ tỉ trọng khơng khí (1,2kg/𝑚3 ) 𝐶𝐷 hệ số cản khơng khí A diện tích cản xe (𝑚2 ) 𝐶𝑅𝑅 hệ số cản lăn g gia tốc trọng trường (9,81 m/𝑠 ) Z độ cản dốc (%) 𝑘𝑚 hệ số kể đến quán tính quay 𝑣 vận tốc xe (m/s) 𝑣𝑎𝑣𝑔 vận tốc trung bình 𝑣𝑟𝑚𝑐 vận tốc trung bình bậc Λ tỉ lệ vận tốc 𝑎 gia tốc xe (m/𝑣 ) 𝑃𝑟𝑜𝑎𝑑 công suất tải (W) 𝑃𝑎𝑒𝑟𝑜 cơng suất cản khí động (W) 𝑃𝑟𝑜𝑙𝑙 công suất cản lăn (W) 𝑃𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 công suất tăng tốc (W) 𝑃𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 công suất cản dốc (W) Vậy sử dụng thơng số ã để tính tốn cơng suất qn tính trung bình phương pháp PAMVEC ta thu kết có sai số tương đối nhỏ (