TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ TIỂU LUẬN HỌC PHẦN Ô TÔ CÔNG NGHỆ MỚI Tên đề tài Tính toán nguồn động lực và hệ thống truyền lực ô tô điện Loại ô tô ô tô điện Tải trọngSố chỗ ngồi 375kg 5 chỗ Vận tốc chuyển động cực đại 230 kmh Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất ψmax = 0,4 Thời gian tăng tốc đến 100 kmh 5,5 s Xe tham khảo Tesla Model S 2016 Họ và tên Nguyễn Văn Tuân Mã sinh viên 181311968 Lớp KSTN Cơ khí ô tô Hệ Chính quy Khóa 59 GV hướng dẫn PGS TS Trần.
TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN
Ô tô điện hoạt động bằng động cơ điện và được cung cấp năng lượng từ acquy hoặc pin nhiên liệu, mang lại nhiều ưu điểm so với ô tô sử dụng động cơ đốt trong như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất cao và hoạt động yên tĩnh Mặc dù nguyên tắc hoạt động giữa hai loại phương tiện này tương tự, nhưng ô tô điện khác biệt ở chỗ sử dụng pin thay vì bồn chứa xăng và động cơ điện thay cho động cơ đốt trong Ô tô điện được xem là ô tô sạch tuyệt đối với không khí trong thành phố, nhưng vấn đề cung cấp điện năng vẫn là thách thức, bởi nếu tất cả ô tô đều chạy bằng điện, chúng sẽ phụ thuộc vào nguồn năng lượng sản xuất điện So với nhiên liệu truyền thống, ô tô điện có thể giảm phát thải CO2 lên đến 90% khi điện được sản xuất từ năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi từ nhiên liệu và gần như không có lợi khi sản xuất bằng than.
Ô tô chạy bằng điện gặp hai nhược điểm chính: năng lượng lưu trữ thấp, chỉ khoảng 100 lần so với ô tô động cơ nhiệt truyền thống, và giá thành ban đầu cao hơn từ 30-40% Để ô tô điện có thể được áp dụng rộng rãi, cần khắc phục các vấn đề như khả năng gia tốc, thời gian nạp điện, cũng như hệ thống sưởi và điều hòa không khí.
Nếu ô tô điện thay thế hoàn toàn ô tô chạy bằng động cơ nhiệt, nhưng động cơ nhiệt được cải tiến công nghệ để xử lý ô nhiễm triệt để, thì lợi ích về mặt ô nhiễm từ ô tô điện sẽ không đáng kể Thực tế, việc thay thế ô tô cũ bằng ô tô mới với động cơ nhiệt đã được cải thiện về ô nhiễm có thể mang lại lợi ích lớn hơn.
Ô tô chạy điện đang dần ảnh hưởng đến tâm lý xã hội, đặc biệt trong giai đoạn đầu khi tính năng kỹ thuật và bán kính hoạt động còn hạn chế Những trở ngại như việc nạp điện và khả năng sử dụng dịch vụ tự phục vụ sẽ thay đổi thói quen và cách sống của người dùng Chuyển từ ô tô chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang ô tô điện cũng gặp khó khăn trong việc bố trí các trạm nạp điện Tuy nhiên, lợi ích mà xe điện mang lại cho xã hội là đáng kể, và chúng chắc chắn sẽ trở thành lựa chọn hàng đầu trong thế kỷ 21 Mặc dù sự phát triển của ô tô điện phụ thuộc vào các cải tiến công nghệ quan trọng, nhưng hiện tại, việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị vẫn cần thời gian để xây dựng cơ sở hạ tầng cần thiết.
GIỚI THIỆU XE THAM KHẢO VÀ LỰA CHỌN CẤU HÌNH Ô TÔ ĐIỆN
Giới thiệu ô tô tham khảo (xe Tesla Model S 2016)
Model S 2016 là mẫu xe sedan cao cấp của hãng xe điện Tesla, tính đến thời điểm
2016 thì đây là chiếc xe có phạm vi hoạt động xa nhất có thể lên đến 435km
Tesla Model S 2016 sở hữu thiết kế mui xe fastback cổ điển với đường roofline dốc về phía sau, giúp tối ưu hóa hiệu suất khí động học Hình dáng gọn nhẹ của xe không chỉ giảm lực cản mà còn nâng cao tính năng vận hành Đặc biệt, tay nắm cửa thông minh tự động mở khi chủ sở hữu đến gần và trượt vào trong cửa, tạo sự liền mạch và tinh tế khi xe di chuyển.
Tesla Model S sở hữu không gian nội thất đơn giản với màu sắc cơ bản, ghế da và bề mặt nhựa mềm mại Nội thất của Model S 2016 được đánh giá có nhiều đường cong gợi cảm và chất liệu phong phú hơn so với Mercedes-Benz Một trong những điểm nhấn nổi bật là màn hình cảm ứng 17-inch dạng đứng, cho phép điều khiển hầu hết các chức năng của xe.
Các tiện ích tích hợp:
Tesla Model S 2016 tiêu chuẩn được trang bị màn hình cảm ứng 17 inch, hệ thống định vị, âm thanh 7 loa, Bluetooth, hai cổng USB và HD Radio Ngoài ra, xe còn có tùy chọn hệ thống âm thanh cao cấp 12 loa và radio vệ tinh.
Trong hai năm qua, Tesla đã nâng cấp công nghệ ô tô với các hệ thống giám sát và cảnh báo an toàn điện tử tiên tiến, bao gồm điều khiển hành trình thích ứng, cảnh báo làn đường và cảnh báo va chạm phía trước Model S 2016 sẽ được trang bị cảm biến đỗ xe, hỗ trợ đỗ xe, camera chiếu hậu tiêu chuẩn và tám túi khí Đặc biệt, phần mềm Autopilot cho phép xe tự lái trong những tình huống nhất định, dựa vào dữ liệu từ cảm biến xung quanh và cơ sở dữ liệu định vị lớn.
Tesla Model S 2016 phiên bản dẫn động cầu sau đã nhận được xếp hạng an toàn cao nhất với năm sao từ Cục An toàn Giao thông Quốc gia Mỹ (NHTSA) Trong khi đó, phiên bản 'D' dẫn động 4 bánh mới ra mắt trong những năm gần đây vẫn chưa được NHTSA và Viện Bảo hiểm An toàn Xa lộ Mỹ (IIHS) đánh giá về mức độ an toàn.
Tesla cung cấp ba kích thước gói pin lithium-ion cho Model S phiên bản 2016, bao gồm 70, 85 và 90 kWh Theo đánh giá của EPA, phạm vi hoạt động của mẫu xe này dao động từ 386 đến 435 km khi chạy kết hợp, tuy nhiên, quãng đường thực tế có thể ngắn hơn từ 10-25%.
Xe Model S được trang bị động cơ 362 mã lực với dẫn động cầu sau tiêu chuẩn, trong khi phiên bản 'D' có dẫn động 4 bánh và công suất 259 mã lực Gói hiệu suất 'P' nâng công suất động cơ phía sau lên 503 mã lực, cho phép xe tăng tốc từ 0-96 km/h chỉ trong khoảng 3 giây, tương đương với siêu xe McLaren F1 Đây là một thành tích ấn tượng cho một mẫu sedan hạng sang 5 hành khách, vượt trội hơn so với các mẫu BMW M Series hay Mercedes-Benz AMG hiện tại Khách hàng Model S cũng có thể tận dụng mạng lưới trạm sạc nhanh DC của Tesla, chỉ cần dừng xe 20-30 phút để nạp pin đến 80%.
Trọng lượng bản thân 2267 Kg
Tải trọng cho phép 403 Kg
Trọng lượng toàn tải 2670 Kg
Chiều dài cơ sở 2960 mm
Khoảng sáng gầm xe 144 mm
Kích thước lốp (trước, sau) 245/35R21
Loại động cơ Asynchronous Motor
Lượng khí thải CO2 0 G/km
Quãng đường đi được trong 1 lần sạc 550 km
Thời gian tăng tốc từ 0-100 km/h 5,5 s
Tốc độ tối đa 230 km/h
Lựa chọn cấu hình xe
Trước đây, xe điện chủ yếu được chuyển đổi từ ô tô thông thường bằng cách thay thế động cơ đốt trong và thùng nhiên liệu bằng động cơ điện và pin, nhưng điều này dẫn đến khối lượng lớn, tính linh hoạt kém và hiệu suất thấp, gây khó khăn cho việc áp dụng rộng rãi Hiện nay, ô tô hiện đại được thiết kế riêng với khung sườn và thân xe tối ưu, giúp đáp ứng yêu cầu cấu trúc độc đáo và cho phép sử dụng linh hoạt hơn các nguồn động lực điện.
Hình 2-1 Ô tô điện cổ điển
Một ô tô điện cơ bản bao gồm ba hệ thống chính: hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và hệ thống phụ trợ, như được minh họa trong hình 2.2.
Hệ động lực điện bao gồm: hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các động cơ điện, truyền động cơ khí, và bánh chủ động.
Hệ thống năng lượng bao gồm nguồn năng lượng bộ phận quản lý năng lượng, và bộ phận tiếp năng lượng điện.
Hệ thống phụ trợ bao gồm trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng lượng phụ trợ.
Hệ thống điều khiển xe sử dụng tín hiệu từ chân ga và bàn đạp phanh để điều chỉnh dòng điện giữa động cơ và nguồn năng lượng Nguồn năng lượng tái sinh trong quá trình phanh có thể được nạp lại vào nguồn năng lượng chính, và hầu hết các pin EV đều có khả năng tiếp nhận nguồn năng lượng này một cách dễ dàng.
Nguồn năng lượng Động cơ điện Truyền động cơ khí
Hình 2-2 Ô tô điện hiện đại
Bộ phận quản lý năng lượng phối hợp với bộ phận điều khiển để kiểm soát hoạt động phanh tái sinh và phục hồi năng lượng Nó còn kết hợp với các bộ phận tiếp năng lượng nhằm giám sát quá trình này và quản lý việc sử dụng các nguồn năng lượng hiệu quả.
Nguồn cung cấp năng lượng phụ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cần thiết với các điện áp khác nhau cho các thành phần phụ của xe, bao gồm điều hòa không khí, trợ lực lái và hệ thống đèn chiếu sáng.
Có nhiều loại xe điện (EV) với cấu trúc đa dạng, phụ thuộc vào các biến thể liên quan đến đặc điểm của động lực điện và nguồn năng lượng sử dụng.
Chân ga Điều hòa không khí Sạc pin
Truyền động cơ khí Động cơ điện
Bộ chuyển đổi điện Tín hiệu điều khiển
Hình 2-3 Cấu hình các loại ô tô điện
M: động cơ điện; HS: hộp số; VS: truyền lực chính và vi sai; GT: hộp giảm tốc a Hình 2.3a cho thấy hình thức đầu tiên của xe điện, trong đó một động cơ điện thay thế cho động cơ đốt trong của một chiếc xe thông thường Nó bao gồm một động cơ điện, một ly hợp, hộp số, và một bộ vi sai Khớp ly hợp và hộp số có thể được thay thế bằng hộp số tự động. b Với một động cơ điện có công suất liên tục trong một phạm vi tốc độ dài, một tỉ số truyền cố định có thể thay thế cho hộp số nhiều cấp và giảm bớt sự cần thiết của một ly hợp Cấu hình này không chỉ làm giảm kích thước và trọng lượng của truyền động cơ khí, nó cũng đơn giản hoá cho con người trong việc điều khiển xe bởi vì sự thay đổi tỉ số truyền là không cần thiết. c Tương tự như hình (b), động cơ điện, cặp bánh răng cố định và bộ vi sai có thể được bố trí tích hợp thành cụm trong khoảng giữa hai bán trục bánh xe chủ động Việc điều khiển càng đơn giản và chắc chắn. d Trong hình 4.3d, truyền động vi sai được thay thế bằng cách sử dụng hai động cơ điện Mỗi động cơ dẫn động một bánh xe và hoạt động ở một tốc độ khác nhau khi chiếc xe chuyển hướng hay quay vòng. e Nhằm tiếp tục đơn giản hóa việc điều khiển xe, động cơ có thể được đặt phía trong một bánh xe Một cặp bánh răng nhỏ được đặt trong bánh xe để giảm tốc độ và nâng cao mô-men động cơ. f Loại bỏ hoàn toàn truyền động bánh răng giữa động cơ điện và bánh xe chủ động, đầu ra roto của một động cơ điện tốc độ thấp đặt bên trong bánh xe có thể được kết nối trực tiếp với các bánh xe Việc kiểm soát tốc độ của động cơ điện tương đương với việc kiểm soát tốc độ của bánh xe, và vì thế tốc độ của xe được điều khiển Tuy nhiên, việc sắp xếp đòi hỏi các động cơ điện phải có mộtmô-men xoắn cao hơn để khởi động và tăng tốc xe
Ta chọn cấu hình xe như sau:
TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ KÉO
Tính toán công suất cần thiết
Ô tô điện sử dụng động cơ điện để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, do đó hiệu suất của động cơ ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính động lực học của xe Các thông số quan trọng của động cơ điện bao gồm tốc độ tối đa, tốc độ cơ sở, công suất tối đa, công suất định mức và mô-men xoắn cực đại.
Khi thiết kế ô tô điện, công suất động cơ điện chủ yếu dựa vào vận tốc tối đa, nhưng điều này không đảm bảo khả năng tăng tốc và vượt dốc Động cơ dẫn động là nguồn động lực duy nhất, cần đáp ứng yêu cầu về vận tốc tối đa, khả năng leo dốc và thời gian tăng tốc từ 0-100 km/h Từ công suất cực đại và hệ số quá tải, có thể tính toán công suất định mức của động cơ Công suất này cũng phải thỏa mãn yêu cầu từ vận tốc tối đa của ô tô, được tính toán dựa trên các yếu tố như điều kiện vận tốc tối đa (Pmax1), khả năng vượt dốc (Pmax2) và khả năng tăng tốc (Pmax3).
P max max P max1 , P max 2 , P max 3 (3.4) rated max
Hiệu suất hệ thống truyền lực từ động cơ đến bánh xe được ký hiệu là ηt, với giá trị ηt = 0,95 Khối lượng toàn bộ của ô tô được ký hiệu là m (kg), gia tốc trọng trường là g = 9,81 m/s², và hệ số cản lăn được ký hiệu là f.
CD - hệ số dạng khí động học của ô tô,
A – diện tích cản chính diện của ô tô m 2 ,
max - góc dốc của đường rad, vp – vận tốc của ô tô khi lên dốc km/h,
- hệ số kể đến ảnh hưởng của khối lượng chuyển động quay, ta - thời gian tăng tốc mong muốn s,
Vb và Vf - vận tốc cơ sở và vận tốc kết thúc quá trình tăng tốc tính toán m/s,
a - mật độ không khí 1.202kg/m 3
- hệ số quá tải của động cơ (với động cơ một chiều = 2÷2,5; động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc = 1,7÷2,2; động cơ không đồng bộ rôto dây quấn 2÷2,5).
Công suất của động cơ ô tô được xác định dựa trên tốc độ tối đa và khả năng vượt dốc, được thể hiện qua các công thức (3.1) và (3.2) Bên cạnh đó, khả năng tăng tốc của động cơ cũng được tính toán theo biểu thức (3.3), dựa trên những phân tích cụ thể.
Khả năng tăng tốc của xe được xác định qua thời gian cần thiết để đạt tốc độ cao từ mức thấp, thường bắt đầu từ 0 km/h đến 100 km/h đối với ô tô con Đối với loại xe này, khả năng tăng tốc thường được coi trọng hơn so với tốc độ tối đa và khả năng leo dốc Thời gian tăng tốc của một xe điện (EV) có thể được biểu thị một cách cụ thể.
Vận tốc của ô tô, được ký hiệu là Vb và Vf, tương ứng với tốc độ cơ sở của động cơ và vận tốc cuối cùng sau quá trình tăng tốc.
Pt – là công suất kéo trên bánh xe chủ động nhận được từ động cơ truyền xuống tương ứng với vận tốc cơ sở của ô tô
Thành phần đầu tiên của biểu thức (3.6) đại diện cho vùng vận tốc nhỏ hơn vận tốc cơ sở của ô tô, trong khi thành phần thứ hai phản ánh vùng từ vận tốc cơ sở đến vận tốc kết thúc quá trình tăng tốc.
Giải phương trình (3.6) bằng phương pháp giải tích gặp nhiều khó khăn Để có cái nhìn sơ bộ về thời gian tăng tốc phụ thuộc vào công suất kéo, chúng ta có thể bỏ qua lực cản lăn và lực cản khí động học Kết quả thu được là: a²(f²b²)t = tMVV.
Trong đó hệ số ảnh hưởng đến khối lượng chuyển động quay, δ, được coi là hằng số. Công suất kéo, Pt, có thể suy ra được như sau: t 2 f 2 b 2 a
Cần lưu ý rằng công suất thu được từ Công thức (3.8) chỉ phản ánh công suất tiêu thụ cho việc tăng tốc của ô tô Để có được kết quả chính xác, cần xem xét thêm công suất tiêu thụ để khắc phục cản lăn và cản gió Lực cản lăn và cản gió trung bình trong quá trình tăng tốc có thể được biểu diễn bằng các biểu thức cụ thể.
(3.9) Vận tốc của ô tô thay đổi theo thời gian có thể biểu diễn gần đúng theo hàm sau: f a
Thay biểu thức (3.10) vào (3.9) và tính tích phân ta được:
Tổng công suất lực kéo để xe tăng tốc từ 0 đến vận tốc Vf trong khoảng thời gian xác định ta cuối cùng được xác định như sau: t 2 f 2 b 2 2 3 x f 1 5 a D f f 3 a
- M M o n M hk M hl ; M o = 2267 kg; n = 5 (chỗ); Mhk = 60 kg; Mhl = 15 kg;
Lốp xe có ký hiệu: 245/35R21
(Bề rộng mặt lốp: 245mm, tỉ lệ H/B=0,35; đường kính: 21 inch)
⇒ Bán kính thiết kế của xe:
⇒ Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe (chọn hệ số biến dạng lốp λ=0,94): rbx = rk = λ*ro = 0,94*352,45 = 331,3 (mm) = 0,3313 (m)
- Từ xe tham khảo Tesla Model S 2016 ⇒ chọn nb = 4000 (v/p)
- Chọn sơ bộ tỉ số truyền của bộ truyền lực: itl = 10
- max f x cosmax sinmax 0, 4 0,05954.cos max sinmax max 20,13 o Thay vào công thức (3.12) (3.1) (3.2) (3.3) ta được:
Ta có: P max max P max1 , P max 2 , P max3 ⇒ chọn P max 285 KW
- Ta chọn hệ số quá tải của động cơ: α = 2 P rated P max 285 2 142,5 KW
Tính toán momen động cơ
Tại điểm tốc độ cơ sở, giá trị công suất và mô-men xoắn đều đạt mức cao nhất Do đó, với tốc độ cơ sở và công suất cực đại đã biết, mô-men xoắn cực đại có thể được xác định bằng công thức: max = 9550.P.
- n: là tốc độ cơ sở của động cơ (nb) T max 9550.285 4000 680, 44 Nm
Mô men định mức của động cơ được xác định như sau:
- Theo xe tham khảo ta chọn:
Hình 3.1 Đồ thị đặc tính động cơ điện
TÍNH TOÁN HỆ THÔNG TRUYỀN LỰC
Lực kéo tại bánh xe chủ động được xác định dựa vào mô men của động cơ và thông số của hệ thống truyền lực như sau: t max g o t bx
Mô men động cơ (Tm) và tốc độ động cơ (Nm) đạt cực đại ở mức (3.16), với Tm tính bằng Nm và tốc độ tính bằng rpm Tỷ số truyền của hộp số là ig, trong khi tỷ số truyền của truyền lực chính là i0 Hiệu suất truyền lực từ động cơ đến bánh xe chủ động được ký hiệu là ηt, và bán kính bánh xe chủ động là rd.
Tỷ số truyền lớn nhất của ô tô được xác định dựa trên ba điều kiện: khả năng khắc phục lực cản lớn nhất, bao gồm cản lăn và cản dốc, cùng với việc không bị trượt trên mặt đường có độ bám tốt nhất Tỷ số truyền này cũng được tính theo khả năng khắc phục góc dốc lớn nhất, và được xác định thông qua một công thức cụ thể.
.cos sin tl tl mg f F K V i T
Hệ số cản lăn (f) và góc dốc của đường (α) cùng với bán kính bánh xe (bx r) và vận tốc cơ sở của ô tô (v) ảnh hưởng đến mô men xoắn lớn nhất của động cơ điện (Tmmax) và hiệu suất truyền lực (ηtl) Trong đó, lực cản gió có thể được bỏ qua vì nó nhỏ hơn nhiều so với lực cản tổng cộng của đường.
Trong lý thuyết ôtô, lực cản tổng cộng của đường được sử dụng để thay thế cho tổng lực cản lăn và lực cản lên dốc Đại lượng f cosα + sinα được rút gọn và tính xấp xỉ, sau đó quy đổi thành hệ số cản tổng cộng của đường, ký hiệu là ψ.
Công thức (3.17) được viết lại thành : max max
Tỷ số truyền lớn nhất của hệ thống truyền lực bị giới hạn bởi điều kiện bám, trong đó lực kéo tối đa của bánh xe không được vượt quá lực bám.
(3.19) Trong đó: là hệ số bám lớn nhất của đường,
G là trọng phân bổ lên cầu chủ động;
k – hệ số phân bố lại trọng lượng khi kéo; k=1,2
Tỷ số truyền nhỏ nhất được xác định để đảm bảo ô tô có thể đạt được vận tốc tối đa Vmax theo thiết kế khi vận hành ở số cuối cùng.
(3.20) Trong đó: mV - tốc độ quay của động cơ điện khi ô tô đạt vận tốc lớn nhất
- Ta có : mV mV b 2 60 b 4 2 4000 60 1675,5 / b x x x n rad s
max max max min max
8,688 63,89 bx bx tl tl tl mV bx tl mg r mg r i T M i r
Ta có tỷ số truyền của hệ thống truyền lực: i tri i i o hi
- Với kết quả tính toán ở trên, i tl max 10,33; i tl min 8,688, ta chọn tỷ số truyền cho các tay số và truyền lực chính như sau:
Tỷ số truyền của truyền lực chính io = 3
Tỷ số truyền của tay số 1 ih1 = 3,443
Tỷ số truyền của tay số 2 ih2 = 2,896
TÍNH TOÁN PIN
Tính toán dung lượng pin
Pin đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho ô tô điện, và thiết kế gói pin là một yếu tố then chốt trong quá trình phát triển xe điện Gói pin được thiết kế dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm quãng đường di chuyển sau mỗi lần sạc (phạm vi hoạt động) và các thông số kỹ thuật của động cơ.
Trên Hình 4.1 thể hiện sơ đồ tổng quan về quá trình năng lượng cho việc đánh giá quãng đường di chuyển được của ô tô điện.
Hình 4.1 Sơ đồ tổng quát quá trình năng lượng cho đánh giá quãng đường di chuyển được của ô tô điện
Các thông số cơ bản của gói pin:
Điện áp của cell pin rất đa dạng, với sự khác biệt về điện áp lớn nhất, nhỏ nhất và điện áp định mức Trong quá trình tính toán, điện áp định mức thường được xác định trong khoảng giữa điện áp nhỏ nhất và lớn nhất của cell pin.
Dung lượng của cell pin được đánh giá dựa trên khả năng cung cấp dòng điện trong một giờ hoặc thông qua công suất, tức là khả năng cung cấp năng lượng trong cùng khoảng thời gian.
C rate (tốc độ nạp và xả của cell pin) là chỉ số thể hiện dung lượng ắc quy có thể cung cấp hoặc nạp trong một khoảng thời gian nhất định Chẳng hạn, một ắc quy có dung lượng 100 Ah và C rate là 1C có thể cung cấp dòng 100A trong 1 giờ khi được sạc đầy Nếu ắc quy đó xả ở mức 2C, nó sẽ cung cấp dòng 200A trong 30 phút.
Các thông số đầu vào cho tính toán gói pin gồm:
- Công suất động cơ và điện áp
- Khối khối toàn bộ của ô tô
- Vận tốc chuyển động (giả thiết ô tô chuyển động đều)
- Phạm vi hoạt động mong muốn
Dung lượng ác quy có thể được tính toán sơ bộ như sau:
- Xác định dòng diện cung cấp cho động cơ:
Từ thông số điện áp định mức U của động cơ, công suất của động cơ ta có thể xác định dòng điện cấp cho động cơ: rated dm
Trong đó: - Prated: Công suất danh nghĩa của động cơ
- Uđm: Điện áp định mức của động cơ Theo xe tham khảo ta có Uđm = 320V
Khi tăng tốc, dòng điện có thể tăng 5% đến 10% Công suất tiêu thụ của động cơ:
Trong đó là hệ số kể đến gia tốc ⇒ chọn δ = 1,1
Dung lượng ác quy được xác định:
C V Trong đó: P – Công suất tiêu thụ của động cơ;
D - khoảng cách di chuyển được; đầu bài cho D = 550 (km)
V vận tốc chuyển động của ô tô;
Hiệu suất của hệ thống nguồn động lực và truyền lực trong ô tô điện rất quan trọng, bao gồm hiệu suất của các bộ chuyển đổi, động cơ điện và hiệu suất cơ khí đến bánh xe chủ động Thông thường, hiệu suất này đạt từ 0.8 đến 0.9, cho thấy khả năng chuyển đổi năng lượng hiệu quả của ô tô điện.
⇒ chọn ɳ = 0,9 Trong trường hợp với vận tốc thay đổi, năng lượng trung bình cho hệ thống truyền lực được lựa chọn trong khoảng
- Small Vehicle 250-300wh/mi = 155 – 190wh/km
Xe bán tải nhỏ tiêu thụ năng lượng khoảng 350-400 Wh/mile, tương đương 220-250 Wh/km Ắc quy điện áp cao không chỉ cung cấp năng lượng cho hệ thống truyền lực mà còn hỗ trợ cho các hệ thống phụ trợ như điện 12V, điều hòa, trợ lực lái và phanh Năng lượng cần thiết cho các hệ thống phụ trợ này ước tính khoảng 10 Wh/km.
- Theo xe tham khảo ta chọn năng lượng trung bình cho hệ thống truyền lực theo chu trình thử là:
- Năng lượng cung cấp cho các hệ thống phụ trợ: E2 = 10 wh/km
⇒ Năng lượng mà xe tiêu tốn cho 1km: E = E 1 + E2 = 170 + 10 = 180 wh/km
⇒ Dung lượng cần thiết để xe đi được quãng đường 550km là:
Cấu trúc gói pin ô tô điện
Pin cao áp được cấu thành từ các tế bào pin được sắp xếp theo chuỗi và mô-đun Mỗi tế bào pin đại diện cho đơn vị cơ bản nhất của điện áp.
Các tế bào pin có thể được kết nối song song hoặc nối tiếp để tạo thành mô-đun, và các mô-đun này cũng có thể được ghép nối theo cách tương tự để hình thành bộ pin Số lượng cấp độ mô-đun phụ thuộc vào thông số kỹ thuật của pin.
Tổng điện áp của bộ pin phụ thuộc vào số lượng ô pin được mắc nối tiếp Chẳng hạn, khi có 6 tế bào pin nối tiếp, tổng điện áp sẽ là tổng của điện áp từng tế bào.
Để nâng cao dung lượng và khả năng cung cấp dòng cho pin, nhiều chuỗi tế bào pin được kết nối song song Chẳng hạn, việc kết nối 3 chuỗi tế bào pin song song sẽ tăng gấp 3 lần dung lượng và khả năng cung cấp dòng của bộ pin.
Hình 4.4 Chuỗi pin được kết nối song song
Mức điện áp của pin xác định công suất điện tối đa có thể được cung cấp liên tục Công suất P [W] là tích giữa điện áp U [V] và dòng điện I [A]:
P = U.I Trong đó: + P: công suất gói pin (W),
+ U: điện áp gói pin, chọn U = Up = 350 (V)
+ I: dòng điện cung cấp cho động cơ, I = 445,3 (A)
Dựa trên thông số của tế bào pin và các thông số của gói pin như điện áp danh nghĩa và dung lượng pin, chúng ta có thể thiết lập cấu hình cho gói pin Chẳng hạn, gói pin có thể được cấu tạo từ một số chuỗi pin được kết nối song song.
Trên cơ sở các thông số trên ta chọn pin Panasonic NCR18650B có thông số như sau:
Thể tích (V) (l) Mật độ năng lượng thể tích (Wh/l)
Mật độ năng lượng trọng lượng (Wh/kg)
Số lượng tế bào pin mắc nối tiếp trong một chuỗi được xác định bằng cách chia điện áp danh định của gói pin (Up) cho điện áp của mỗi tế bào pin (Uc) Kết quả phải là một số nguyên, vì vậy cần làm tròn lên số nguyên cao hơn để đảm bảo tính chính xác.
Dung lượng của chuỗi pin Ebs được tính bằng cách nhân số tế bào pin mắc nối tiếp Ncs với năng lượng của mỗi tế bào pin Ebc Trong đó, Ncs được chọn là 84 và đơn vị đo dung lượng là Wh.
Tổng số chuỗi của gói pin Nsb được xác định bằng cách chia tổng năng lượng của gói pin Ep (Wh) cho năng lượng của một chuỗi Eds (Wh) Kết quả phải là một số nguyên, vì vậy phép tính sẽ được làm tròn lên thành số nguyên gần nhất.
Tổng năng lượng của gói pin Ep [Wh] có thể được tính bằng cách nhân số chuỗi Nsb [-] với hàm lượng năng lượng của mỗi chuỗi Ebs [Wh].
Dung lượng bộ pin Cbp [Ah] được tính bằng tích giữa số chuỗi Nsb [-] và dung lượng của tế bào pin Cbc [Ah].
Tổng số tế bào của gói pin Ncb [-] được tính bằng tích giữa số chuỗi Nsb [-] và số tế bào pin trong một chuỗi Ncs [-].
Kích thước và khối lượng của pin điện áp cao đóng vai trò quan trọng trong thiết kế ô tô điện Khi xem xét khối lượng của các tế bào pin, cần lưu ý rằng còn nhiều thành phần khác cũng ảnh hưởng đến tổng khối lượng, bao gồm mạch điện tử, hệ thống làm mát, vỏ pin và hệ thống dây điện.
Khối lượng gói pin (mbp) được tính bằng cách nhân tổng số tế bào pin (Ncb) với khối lượng của mỗi tế bào pin (mbc).
Thể tích của gói pin Vbp [m³] được tính bằng cách nhân tổng số tế bào pin Ncb [-] với thể tích của mỗi tế bào pin Vcc [m³] Giá trị này chỉ nhằm ước lượng thể tích cuối cùng của gói pin, không bao gồm các thành phần hay hệ thống phụ trợ.
Dòng điện cực đại chuỗi Ispc (string peak current) [A] là tích giữa C-rate của tế bào pin
Cratebcp [h -1 ] và dung lượng tế bào pin Cbc [Ah].
Dòng điện cực đại Ibpp [A] (battery pack peak current) của gói pin là tích giữa dòng điện cực đại của chuỗi Ispc [A] và số chuỗi của gói pin Nsb [-].
Công suất cực đại của gói pin Pbpp [W] là tích giữa dòng điện đỉnh Ibpp [A] của gói pin và điện áp của gói pin Up [V].
Dòng điện cung cấp liên tục của chuỗi Iscc [A] là tích giữa C-rate liên tục tế bào pin [h -1 ] và dung lượng của tế bào pin Cbc [Ah].
Dòng điện cung cấp liên tục của gói pin Ibpc [A] là tích giữa chuỗi dòng điện cung cấp liên tục Iscc [A] và số chuỗi của gói pin Nsb [-].
Công suất cung cấp liên tục của gói pin Pbpc được tính bằng cách nhân dòng điện cung cấp liên tục Ibpc với điện áp của gói pin Up.