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.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ KHÍ Ơ TƠ …………… TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: Ơ TƠ CƠNG NGHỆ MỚI Tên đề tài: Tính tốn nguồn động lực hệ thống truyền lực tô điện Loại ô tô: ô tô điện Tải trọng/Số chỗ ngồi: 375kg/ chỗ Vận tốc chuyển động cực đại: 230 km/h Hệ số cản tổng cộng đường lớn nhất: ψmax = 0,4 Thời gian tăng tốc đến 100 km/h: 5,5 s Xe tham khảo: Tesla Model S 2016 Họ tên : Nguyễn Văn Tuân Mã sinh viên : 181311968 Lớp : KSTN Cơ khí tơ Hệ: Chính quy Khóa: 59 GV hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Như Hà Nội 2022 Lời nói đầu Ở nước phát triển chạy đua tìm nguồn lượng cho tơ nói chung từ lâu Theo xu chung, đứng đầu danh sách ô tô chạy điện ô tô lai, ô tô chạy pin nhiên liệu ứng viên thứ ba chạy đua Về mặt nhiên liệu cho động nhiệt, chất lượng loại nhiên liệu lỏng truyền thống nâng cao, loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) áp dụng rộng rãi ô tô, loại nhiên liệu sinh học (như ethanol, colza) có lợi so sánh thấp mặt mơi trường giá thành nhiên liệu cịn cao nên hạn chế mặt sử dụng, nhiên liệu tổng hợp từ khí thiên nhiên nghiên cứu, nhiên liệu khí hydro cho tơ chưa có triển vọng ứng dụng công nghệ giá thành Sự phát triển ô tô sử dụng điện pin nhiên liệu phụ thuộc vào khả phát triển, hoàn thiện loại động truyền thống sử dụng nguồn nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu lỏng để làm giảm ô nhiễm môi trường Các yếu tố cần quan tâm để xem xét gồm dự báo chất lượng hệ thống vận chuyển khách công cộng giá thành pin nhiên liệu với loại nhiên liệu thay khác để đạt mức độ giảm NOx Kết nghiên cứu cho thấy vịng năm tới, kỹ thuật làm giảm NOx cách cải thiện động diesel, sử dụng LPG khí thiên nhiên rẻ sử dụng pin nhiên liệu Trong tương lai dài việc giảm NOx cách sử dụng pin nhiên liệu xe buýt có giá thành tương đương với việc cải thiện động diesel để đạt mức độ hiệu Để đạt tính kinh tế mức độ phát ô nhiễm động sử dụng LPG thập niên 2010, giá nhiên liệu hydro phải giảm 50% giá thành pin nhiên liệu phải giảm 30% so với giá Vì vịng thập niên tới, ô tô chạy pin nhiên liệu chưa có lợi cạnh tranh so với loại nhiên liệu thay Vì điều kiện nước ta từ đến 2030, ô tô chạy điện phù hợp Năng lượng điện sản xuất chủ yếu thủy điện (năng lượng tái sinh) nhà máy thuỷ điện Hồ Bình, nhà máy thuỷ điện Ialy, nhà máy thuỷ điện Sơn La chủ động nguồn cung cấp khí dầu mỏ Hiện có nhà máy sản xuất ga Dinh Cố tương lai gần nhà máy lọc dầu Việt Nam Dung Quốc vào hoạt động, sản lượng khí đồng hành nhà máy nguồn cung cấp nhiên liệu LPG Nhu cầu sử dụng ô tô tương lai xu tất yếu xã hội phát triển Nước ta có thị trường nội địa lớn với gần 100 triệu dân Cho tới nay, thị trường nguyên vẹn Trong xu hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) giới (WTO), thị trường nội địa nước ta chắn mảnh đất màu mỡ nhà sản xuất ô tô giới Mặt khác việc hoà nhập kinh tế với giới nẩy sinh vấn đề tiêu chuẩn chất thải xe cho phù hợp với quy định giới Nếu nhập xe từ nước khác xẽ làm thị phần sản phẩm cơng nghiệp quan trọng đất nước Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng nước có ý nghĩa thiết thực cấp bách nước ta Trong trình hoàn thiện tiểu luận em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy PGS.Ts.Trần Văn Như Mặc dù cố gắng song khơng khỏi có sai sót mong thầy góp ý để làm em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Văn Tuân MỤC LỤC Lời nói đầu .2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU XE THAM KHẢO VÀ LỰA CHỌN CẤU HÌNH Ơ TƠ ĐIỆN 2.1 Giới thiệu ô tô tham khảo (xe Tesla Model S 2016) 2.2 Lựa chọn cấu hình xe CHƯƠNG III: TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ KÉO 14 3.1 Tính tốn cơng suất cần thiết 14 3.2 Tính toán momen động 18 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN HỆ THƠNG TRUYỀN LỰC 19 CHƯƠNG V: TÍNH TỐN PIN 21 5.1 Tính tốn dung lượng pin 21 5.2 Cấu trúc gói pin tơ điện 24 KẾT LUẬN 29 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN Ô tô điện sử dụng động điện cho lực kéo; acquy, pin nhiên liệu cung cấp nguồn lượng tương ứng cho động điện Ơ tơ điện có nhiều ưu điểm loại phương tiện sử dụng động đốt trong, chẳng hạn không phát thải khí nhiễm, hiệu suất cao, độc lập với nguồn lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh hoạt động trơn tru Các nguyên tắt hoạt động ô tô điện phương tiện sử dụng động đốt tương tự Tuy nhiên, số khác biệt phương tiện sử dụng động đốt ô tô điện, chẳng hạn sử dụng bồn chứa xăng so với nguồn pin, động đốt so với động điện, khác u cầu truyền dẫn Ơtơ chạy điện ngun tắc ôtô tuyệt đối (zero emission) môi trường khơng khí thành phố Nhưng ơtơ chạy lượng điện gặp phải khó khăn vấn đề cung cấp điện năng, tất loại ôtô chạy điện hay nhiều cịn phụ thuộc loại nhiên liệu dùng sản xuất điện So với nhiên liệu truyền thống, mức độ có lợi tính theo C02 tương đương 1Km lên 90% điện sản xuất lượng nguyên tử, khoảng 20% sản xuất điện nhiên liệu gần khơng có lợi sản xuất than Về mặt kỹ thuật ơtơ chạy điện có hai nhược điểm quan trọng lượng trữ thấp (Khoảng 100 lần so với ôtô dùng động nhiệt truyền thống) giá thành ban đầu cao (30-40% cao so với ôtô dùng động nhiệt) Những chướng ngại khác cần giải để đưa ôtô chạy điện vào ứng dụng thực tế cách đại trà khả gia tốc, thời gian nạp điện, vấn đề sưởi điều hịa khơng khí ô tô Nếu thâm nhập ôtô chạy điện vào sống nhân loại thay loại ơtơ chạy động nhiệt loại động nhiệt xử lý ô nhiễm triệt để với thành tựu công nghệ đại, dĩ nhiên bị biến mức độ có lợi mặt ô nhiễm dùng động điện khơng đáng kể, chắn có lợi thay ô tô cũ ô tô dùng động nhiệt hồn thiện triệt để mặt nhiễm Về mặt xã hội ô tô chạy điện giai đoạn đầu có ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề tâm lý xã hội Thật vậy, hạn chế tính kỹ thuật bán kính hoạt động ôtô, trở ngại vấn đề nạp điện, khả sử dụng dịch vụ tự phục vụ góp phần làm thay đổi thói quen người dùng làm thay đổi cách sống Mặt khác chuyển ôtô chạy nhiên liệu truyền thống sang ôtô chạy điện hoàn toàn gây trở ngại mặt bố trí trạm nạp điện cho ăcquy Tuy nhiên lợi ích mà xe chạy điện mang lại cho xã hội khơng nhỏ Vì ô tô chạy điện chắn lựa chọn số nhân loại vào năm tới kỷ 21 mà phát triển theo cải tiến, hồn thiện hay phát minh quan trọng công nghệ phát triển ô tô không cho phép giải cách nhanh chóng vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị xây dựng toàn cấu hạ tầng sở phục vụ thời gian ngắn CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU XE THAM KHẢO VÀ LỰA CHỌN CẤU HÌNH Ơ TƠ ĐIỆN 2.1 Giới thiệu tơ tham khảo (xe Tesla Model S 2016) Model S 2016 mẫu xe sedan cao cấp hãng xe điện Tesla, tính đến thời điểm 2016 xe có phạm vi hoạt động xa lên đến 435km - Thân xe: Tesla Model S 2016 có mui xe dạng fastback cổ điển với đường roofline dốc dần phía sau Bên cạnh đó, hình dạng xe thiết kế gọn nhẹ nhằm giảm thiểu tối đa lực cản khí động học Tay nắm cửa tiện ích xe tự động mở chủ sở hữu đến gần sau nhẹ nhàng trượt lại gắn sâu cửa ngang với phần thân xe chuyển động - Nội thất: Model S sở hữu không gian nội thất tương đối đơn giản trang trí màu Ghế da tính có sẵn xe hành khách chạm vào bề mặt nhựa mềm mại Mặc dù có thiết kế gọn nhẹ, nội thất Tesla Model S 2016 lại đánh giá có nhiều đường cong gợi cảm chất liệu phong phú so với nội thất Mercedes-Benz Một tính bật Tesla hình cảm ứng 17-inch dạng đứng điều khiển hầu hết chức - Các tiện ích tích hợp: Tesla Model S 2016 tiêu chuẩn kèm với hình cảm ứng 17 inch, hệ thống định vị, hệ thống âm loa, Bluetooth, hai cổng USB HD Radio Những tính tùy chọn bao gồm hệ thống âm cao cấp 12 loa, radio vệ tinh - Tính an tồn: Về cơng nghệ tô hai năm qua, Tesla bổ sung thêm số hệ thống giám sát, cảnh báo hiệu chỉnh an toàn điện tử cao cấp Những tính có hầu hết mẫu xe đối thủ hàng đầu, bao gồm điều khiển hành trình thích ứng, cảnh báo đường khởi hành cảnh báo va chạm phía trước Cảm biến đỗ xe hỗ trợ đỗ xe có Model S 2016 bên cạnh camera chiếu hậu tiêu chuẩn tám túi khí Một trang bị an tồn đáng ý mẫu xe điện phần mềm Autopilot cho phép xe tự lái trường hợp định Hệ thống dựa liệu từ cảm biến hiển thị xung quanh xe nguồn sở liệu định vị khổng lồ Phiên dẫn động cầu sau Tesla Model S 2016 Cục an tồn giao thơng quốc gia Mỹ (NHTSA) xếp hạng an tồn cao với năm ngơi tồn diện Trong đó, phiên 'D' dẫn động bánh bổ sung vài năm gần đây, chưa NHTSA Viện bảo hiểm an toàn xa lộ Mỹ (IIHS) đánh giá mức độ an toàn - Động cơ: Tesla cung cấp ba kích thước gói pin lithium-ion cho phiên năm 2016 Model S với 70, 85, 90kWh EPA đánh giá mẫu xe có phạm vi hoạt động khác tùy vào biến thể nằm khoảng 386-435km chạy kết hợp Tuy nhiên, quãng đường ngắn 10-25% thực tế Đối với Tesla Model S dẫn động cầu sau tiêu chuẩn, xe trang bị động 362 mã lực Trong đó, phiên 'D' dẫn động bánh có động nhỏ với cơng suất 259 mã lực Bên cạnh đó, gói hiệu suất 'P' gia tăng sức mạnh động phía sau lên 503 mã lực giữ nguyên công suất động phía trước Do đó, xe khả tăng tốc 0-96km/h khoảng giây, tương đương với siêu xe McLaren F1 Đây số ấn tượng mẫu sedan hạng sang hành khách điều mà mẫu xe BMW M Series hay Mercedes-Benz AMG đạt tính đến thời điểm Với mạng lưới trạm sạc nhanh DC Tesla, khách hàng Model S cần dừng xe khoảng 20-30 phút để nạp pin đến 80% Thông số Tesla Model S 2016 Trọng lượng thân 2267 Kg Tải trọng cho phép 403 Kg Trọng lượng toàn tải 2670 Kg Kích thước: DxRxC 4970x1964x1445 mm Chiều dài sở 2960 mm Vệt bánh trước 1662 mm Vệt bánh sau 1700 mm Khoảng sáng gầm xe 144 mm Kích thước lốp (trước, sau) 245/35R21 Loại động Asynchronous Motor Lượng khí thải CO2 G/km Quãng đường lần sạc 550 km Thời gian tăng tốc từ 0-100 km/h 5,5 s Tốc độ tối đa 230 km/h 2.2 Lựa chọn cấu hình xe Trước đây, xe điện chủ yếu chuyển đổi từ ô tô thông thường cách thay động đốt thùng nhiên liệu với động điện pin giữ lại tất thành phần khác, hình 2.1 Nhược điểm : khối lượng lớn, tính linh hoạt hiệu suất thất nguyên nhân làm cho xe điện khó áp dụng rộng rãi Hiện nay, ô tô đại tạo có chủ ý dựa vào nguyên thân khung sườn thiết kế riêng Điều đáp ứng yêu cầu cấu trúc cho ô tô làm cho nguồn động lực đẩy điện sử dụng linh hoạt Truyền động khí Động điện Nguồn lượng Hình 2-1 Ơ tơ điện cổ điển Một tơ điện minh họa hình 2.2 Nó bao gồm ba hệ thống chủ yếu: hệ động lực điện, hệ thống lượng, hệ thống phụ trợ Hệ động lực điện bao gồm: hệ thống điều khiển xe, chuyển đổi điện, động điện, truyền động khí, bánh chủ động Hệ thống lượng bao gồm nguồn lượng phận quản lý lượng, phận tiếp lượng điện Hệ thống phụ trợ bao gồm trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp lượng phụ trợ Dựa yếu tố đầu vào điều khiển từ chân ga bàn đạp phanh, hệ thống điều khiển xe cung cấp tín hiệu điện thích hợp cho chuyển đổi lượng điện có chức điều chỉnh dịng điện điện động nguồn lượng Những nguồn lượng tái sinh q trình phanh nạp vào nguồn lượng Hầu hết pin EV dễ dàng có khả tiếp nhận nguồn lượng tái sinh P t – công suất kéo bánh xe chủ động nhận từ động truyền xuống tương ứng với vận tốc sở ô tô Thành phần vế phải biểu thức (3.6) tương ứng với với vùng vận tốc nhỏ vận tốc sở ô tô, thành phần thứ tương ứng với vùng từ vận tốc sở ô tô đến vận tốc kết thúc q trình tăng tốc Rất khó để giải phương pháp giải tích từ phương trình (3.6) Để có đánh giá ban đầu thời gian tăng tốc phụ thuộc vào cơng suất kéo, ta bỏ qua lực cản lăn lực cản khí động học Ta được: ta M V f Vb2 Pt (3.7) Trong hệ số ảnh hưởng đến khối lượng chuyển động quay, δ, coi số Cơng suất kéo, Pt, suy sau: Pt M V f Vb2 2ta (3.8) Cần lưu ý định mức công suất thu từ Công thức (3.8) công suất tiêu thụ cho việc tăng tốc tơ Để xác định xác công suất cần xem xét công suất tiêu thụ cho khắc phục cản lăn cản gió Lực cản lăn cản gió trung bình q trình tăng tốc biểu thị biểu thức: Pdrag ta ta 3 Mgf xV a CD Af V dt (3.9) Vận tốc ô tô thay đổi theo thời gian biểu diễn gần theo hàm sau: V Vf t ta (3.10) Thay biểu thức (3.10) vào (3.9) tính tích phân ta được: Pdrag Mgf xV f a CD Af V f3 (3.11) Tổng công suất lực kéo để xe tăng tốc từ đến vận tốc V f khoảng thời gian xác định ta cuối xác định sau: Pt M 2 V f Vb2 Mgf xV f a CD Af V f3 2ta (3.12) Vmax f x fo 1 1500 Ta có: , Vmax = 230 (km/h) ⁓ 63,89 (m/s) V 2 63,892 f x fo 1 max 0,016 1 0, 05954 1500 1500 Vf 27, 782 f f o 0, 016 1 0, 02423 1500 1500 chọn fo = 0,016 ⇒ Af 0,78.B.H 0,78.1964.1445 2213624, 2, 214 m2 - ,1 - a 1, 202 kg / m3 K 0, CD - K 0, 0,333 0,5. a 0,5.1, 202 M M o n M hk M hl ; Mo = 2267 kg; n = (chỗ); Mhk = 60 kg; Mhl = 15 kg; M 2267 60 15 2642kg - ta = 5,5 s - chọn t = 0,95 - Thông số bánh xe: Lốp xe có ký hiệu: 245/35R21 (Bề rộng mặt lốp: 245mm, tỉ lệ H/B=0,35; đường kính: 21 inch) ⇒ Chiều cao lốp: H = 0,35*245 = 85,75 mm ⇒ Bán kính thiết kế xe: ro 85, 75 21.25, 352, 45( mm) ⇒ Bán kính động học bán kính động lực học 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 tỉ số truyền truyền lực: itl = 10 Vb - Ta chọn - V p Vb 2 nb rbx 2 4000.0,3313 13,88 m / s 50 km / h 60.itl 60.10 ⇒ Vp = 10 (m/s) = 36 (km/h) max f x cos max sin max 0, 0, 05954.cos max sin max max 20,13o Thay vào công thức (3.12) (3.1) (3.2) (3.3) ta được: Pt 1,1.2642 27, 782 13,882 2642.9,81.0,02423.27,78 1, 202.0,333.2, 214.27,783 2.5,5 270220 W 270, 22 KW 0,333.2, 214.2303 Pmax1 2642.9,81.0,05954.230 227,8 KW 3600.0,95 21,15 Pmax 0,333.2, 214.363 o o 2642.9,81.0, 016.36.cos 20,13 2642.9,81.36.sin 20,13 3600.0,95 21,15 98,5 KW Pmax Pt 270220 W 270, 22 KW Ta có: Pmax max Pmax1 , Pmax , Pmax - Ta chọn hệ số tải động cơ: α = ⇒ chọn Prated Pmax 285 KW Pmax 285 142, KW 3.2 Tính tốn momen động Giá trị công suất mô-men lớn điểm tốc độ sở, với tốc độ sở công suất cực đại biết, mô-men xoắn cực đại xác định sau: Tmax 9550 - n: tốc độ sở động (nb) Pmax n Tmax (3.13) 9550.285 680, 44 Nm 4000 Mô men định mức động xác định sau: M motor 0,33.Tmax 35 (3.14) M motor 0,33.Tmax 35 0,33.680, 44 35 259,55 Nm - Theo xe tham khảo ta chọn: M max M motor 350 Nm Hình 3.1 Đồ thị đặc tính động điện CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN HỆ THƠNG TRUYỀN LỰC Lực kéo bánh xe chủ động xác định dựa vào mô men động thông số hệ thống truyền lực sau: Ft V Tmax ig io t rbx N N m rbx m / s 30.ig io (3.15) (3.16) đó: Tm Nm - tương ứng mô men động cơ, Nm tốc độ động momen đạt cực đại (nb), rpm; ig – tỷ số truyền hộp số, i0 – tỷ số truyền truyền lực chính, ηt – hiệu suất truyền lực từ động đến bánh xe chủ động; rd – bán kính bánh xe chủ động Ft M max ig io t rbx V 350.10.0,95 10036, 22 N 0, 3313 N m rbx 4000.0,3313 13,88 m / s 30.ig io 30.10 Tỷ số truyền lớn xác định theo ba điều kiện ô tô phải khắc phục lực cản lớn (gồm cản lăn cản dốc) đường không bị trượt với điều kiện bám mặt đường tốt Theo điều kiện cản, tỷ số truyền lớn hệ thống truyền lực xác định theo điều kiện khắc phục góc dốc lớn Được tính theo cơng thức sau: itl max mg f cos sin F K V Tmax tl (3.17) Trong đó: f – hệ số cản lăn; - góc dốc đường; bx r - bán kính bánh xe; v – vận tốc sở ô tô; Tmmax – mô men xoắn lớn động điện; tl - hiệu suất truyền lực Thành phần lực cản gió nhỏ nhiều so với lực cản tổng cộng đường nên bỏ qua Trong lý thuyết ơtơ người ta dùng khái niệm lực cản tổng cộng đường thay cho tổng lực cản lăn lực cản lên dốc Đại lượng f cos + sin rút gọn tính xấp xỉ quy đổi thành đại lượng gọi hệ số cản tổng cộng đường f cos sin itl max Công thức (3.17) viết lại thành : mg rbx Tmax tl (3.18) Theo điều kiện bám, tỷ số truyền lớn hệ thống truyền lực bị hạn chế điều kiện lực kéo tối đa bánh xe không vượt lực bám itl max Tmax tl F G k rbx (3.19) Trong đó: hệ số bám lớn đường, G trọng phân bổ lên cầu chủ động; G 0,6.G 0,6.2642.9,81 15550,8 N k – hệ số phân bố lại trọng lượng kéo; k=1,2 Tỷ số truyền nhỏ xác định theo điều kiện đảm bảo cho ô tô đạt vận tốc lớn theo tiết kế Vmax chuyển động số cuối itl mV rbx Vmax Trong đó: mV - tốc độ quay động điện ô tô đạt vận tốc lớn x - Ta có : mV 2 nb 2 4000 mV x.b x 1675,5 rad / s b 60 60 (3.20) Từ (3.19) itl max mg rbx mg rbx 2642.9,81.0, 4.0,3313 10,33 Tmax tl M max tl 350.0,95 itl mV rbx 1675,5.0,3313 8, 688 Vmax 63,89 itl max G k rbx 0, 6.2642.9,81.1, 2.0,3313 17,35 M max tl 350.0,95 ⇒ itlmax thỏa mãn Ta có tỷ số truyền hệ thống truyền lực: i - Với kết tính tốn trên, tl max tay số truyền lực sau: itri io ihi 10,33 itl 8, 688 Tỷ số truyền truyền lực ; , ta chọn tỷ số truyền cho io = Tỷ số truyền tay số ih1 = 3,443 Tỷ số truyền tay số ih2 = 2,896 CHƯƠNG V: TÍNH TỐN PIN 5.1 Tính tốn dung lượng pin Pin nguồn động lực tơ điện thiết kế gói pin phần quân trọng thiết kế ô tơ điện Thiết kế gói pin phụ thuộc vào vài yếu tố quãng đường di chuyển sau lần sạc (phạm vi hoạt động) thông số động Trên Hình 4.1 thể sơ đồ tổng quan trình lượng cho việc đánh giá quãng đường di chuyển ô tô điện Hình 4.1 Sơ đồ tổng quát trình lượng cho đánh giá quãng đường di chuyển ô tơ điện Các thơng số gói pin: - Điện áp cell pin: điện áp cell pin đa dạng, chúng khác điện áp lớn nhất, điện áp nhỏ điện áp định mức Khi tính tốn, điện áp định mức thường lấy khoảng điện áp nhỏ lớn - Dụng lượng cell pin: đánh giá khả cung cấp dòng Hoặc đánh giá cơng suất, có nghĩa khả cung cấp lượng - C rate (tốc độ nạp xả cell pin): dung lượng ắc quy cung cấp/nạp khoảng thời gian Nếu ác quy có dung lượng 100 Ah với C rate 1C, có nghĩa xạc đầy 100 Ah cung cấp dòng 100A giờ, với ác quy xả 2C có nghĩa xả với dịng 200A 30 phút Các thơng số đầu vào cho tính tốn gói pin gồm: - Cơng suất động điện áp - Khối khối toàn ô tô - Vận tốc chuyển động (giả thiết ô tô chuyển động đều) - Phạm vi hoạt động mong muốn Dung lượng ác quy tính tốn sơ sau: - Xác định dòng diện cung cấp cho động cơ: Từ thông số điện áp định mức U động cơ, công suất động ta xác định dịng điện cấp cho động cơ: I Prated U dm Trong đó: - Prated: Cơng suất danh nghĩa động - Uđm: Điện áp định mức động Theo xe tham khảo ta có Uđm = 320V I Prated 142500 445,3 A U dm 320 Khi tăng tốc, dịng điện tăng 5% đến 10% Cơng suất tiêu thụ động cơ: Ptt U dm I dm Trong hệ số kể đến gia tốc ⇒ chọn δ = 1,1 Ptt U dm I dm 320.445,3.1,1 156745,6 W Dung lượng ác quy xác định: C Ptt D V Trong đó: P – Cơng suất tiêu thụ động cơ; D - khoảng cách di chuyển được; đầu cho D = 550 (km) V vận tốc chuyển động ô tô; – hiệu suất hệ thống nguồn động lực hệ thống truyền lực ô tô điện Bao gồm hiệu suất chuyển đổi, hiệu suất động điện hiệu suất khí đến bánh xe chủ động, = 0.8 – 0.9 ⇒ chọn ɳ = 0,9 Trong trường hợp với vận tốc thay đổi, lượng trung bình cho hệ thống truyền lực lựa chọn khoảng - Small Vehicle 250-300wh/mi = 155 – 190wh/km - Small Pickup 350-400wh/mi = 220 – 250wh/km Ác quy điện áp cao cung cấp cho hệ thống truyền lực cung cấp lượng cho hệ thống phụ trợ (Eaux [Wh/km]) hệ thống điện 12V, điều hòa, trợ lực lái, phanh, … Năng cho hệ thống phụ trợ lấy từ khoảng 10 Wh/km - Theo xe tham khảo ta chọn lượng trung bình cho hệ thống truyền lực theo chu trình thử là: E1 = 170 wh/km - Năng lượng cung cấp cho hệ thống phụ trợ: E2 = 10 wh/km ⇒ Năng lượng mà xe tiêu tốn cho 1km: E = E1 + E2 = 170 + 10 = 180 wh/km ⇒ Dung lượng cần thiết để xe quãng đường 550km là: C D.E 550.180 99000 Wh 99 KWh 5.2 Cấu trúc gói pin tơ điện Pin cao áp tạo thành từ tế bào pin xếp thành chuỗi mơ-đun Một tế bào pin coi đơn vị nhỏ điện áp Hình 4.2 Tế bào pin Các tế bào pin riêng lẻ ghép song song / nối tiếp dạng môđun Hơn nữa, mô-đun pin kết nối song song / nối tiếp để tạo pin Tùy thuộc vào thơng số pin, có nhiều cấp độ mô-đun Tổng điện áp pin xác định số lượng mắc nối tiếp Ví dụ: tổng (chuỗi) điện áp tế bào pin nối tiếp tổng điện áp riêng lẻ chúng Hình 4.3 Các tế bào pin ghép nối tiếp Để tăng khả dung lượng pin khả cung cấp dòng, nhiều chuỗi tế bào pin ghép song song Ví dụ, chuỗi tế bào pin nối song song tăng gấp lần dung lượng khả cung cấp dịng pin Hình 4.4 Chuỗi pin kết nối song song Mức điện áp pin xác định cơng suất điện tối đa cung cấp liên tục Công suất P [W] tích điện áp U [V] dịng điện I [A]: P = U.I Trong đó: + P: cơng 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) P Pp U p I 350.445,3 155855 W Trên sở thông số tế bào pin, thơng số gói pin (điện áp danh nghĩa, dung lương pin, …) ta thiết lập cấu hình gói pin Ví dụ xem xét gói pin tạo thành từ số chuỗi pin nối song song Trên sở thơng số ta chọn pin Panasonic NCR18650B có thơng số sau: Năng lượng (Ebc) (Wh) Thể tích (V) (l) 11,52 0,017553 Mật độ lượng thể tích (Wh/l) 656,31 Mật độ lượng trọng lượng (Wh/kg) 237,53 Hình 4.5 Pin Panasonic NCR18650B Số lượng tế bào pin mắc nối tiếp Ncs chuỗi tính cách chia điện áp danh định gói pin Up [V] cho điện áp tế bào pin U c [V] Số lượng chuỗi phải số nguyên Do đó, kết phép tính làm trịn lên số nguyên cao N cs Chọn Uc = 4,2 V N cs Up Uc 350 83,33 4, ⇒ chọn Ncs = 84 (dãy) Dung lượng chuỗi pin Ebs [Wh] tích số tế bào pin mắc nối tiếp N cs [-] lượng tế bào pin Ebc [Wh] Ebs N cs Ebc 84.11,52 967, 68 Wh Tổng số chuỗi gói pin N sb [-] tính cách chia tổng lượng gói pin Ep [Wh] cho lượng chuỗi Eds [Wh] Số lượng chuỗi phải số ngun Do đó, kết phép tính làm tròn thành số nguyên cao N sb Ep Ebs 99000 102,3 967, 68 ⇒ chọn Nsb = 103 (chuỗi) Ta tính tốn lại tổng lượng gói pin E p [Wh] dạng tích số chuỗi Nsb [-] hàm lượng lượng chuỗi Ebs [Wh] E p N sb Ebs 103.967, 68 99671,04 Wh Dung lượng pin Cbp [Ah] tính tích số chuỗi Nsb [-] dung lượng tế bào pin Cbc [Ah] Cbc Ta có: Ebc 11,52 2, 743 Ah Uc 4, Cbp N sb Cbc 103.2, 743 282,529 Ah Tổng số tế bào gói pin Ncb [-] tính tích số chuỗi Nsb [-] số tế bào pin chuỗi Ncs [-] N cb N sb N cs 103.84 8652 cell Kích thước khối lượng pin điện áp cao thông số quan trọng cần xem xét thiết kế ô tô điện Trong ví dụ này, xem xét khối lượng tế bào pin Trong thực tế, có thành phần khối lượng khác cần xem xét như: mạch điện tử, hệ thống làm mát, vỏ pin, hệ thống dây điện, v.v Khối lượng gói pin (chỉ xét đến khối lượng tế bào pin) mbp [kg] tích tổng số tế bào pin Ncb [-] khối lượng tế bào pin mbc [kg] - Trong đó: mbc = 47(g) mbp N cb mbc 8652.47 406644 g 406, 664 kg Thể tích gói pin (chỉ xét tế bào pin) Vbp [m3] tích tổng số tế bào pin Ncb [-] thể tích tế bào pin Vcc [m3] Khối lượng sử dụng để ước tính thể tích cuối gói pin, khơng tính đến thành phần / hệ thống phụ trợ gói pin - Trong đó: Vcc = 0,017553 (l) = 0,017553.10-3 (m3) Vbp N cb Vcc 8652.0, 017553.10 3 0,1518 m3 Dòng điện cực đại chuỗi I spc (string peak current) [A] tích C-rate tế bào pin Cratebcp [h-1] dung lượng tế bào pin Cbc [Ah] - Trong đó: Cratebcp = 3,5 (h-1) I spc Cratebcp Cbc 3,5.2,743 9,6 A Dòng điện cực đại I bpp [A] (battery pack peak current) gói pin tích dịng điện cực đại chuỗi Ispc [A] số chuỗi gói pin Nsb [-] I bpp I spc N sb 9, 6.103 988,852 A Công suất cực đại gói pin P bpp [W] tích dịng điện đỉnh I bpp [A] gói pin điện áp gói pin Up [V] Pbpp I bpp U p 988,852.350 346098, W 346,098 KW Dòng điện cung cấp liên tục chuỗi I scc [A] tích C-rate liên tục tế bào pin [h ] dung lượng tế bào pin Cbc [Ah] -1 I scc Cratebcc Cbc 2.2, 743 5, 486 A Dòng điện cung cấp liên tục gói pin I bpc [A] tích chuỗi dòng điện cung cấp liên tục Iscc [A] số chuỗi gói pin Nsb [-] I bpc I scc N sb 5, 486.103 565, 058 A Cơng suất cung cấp liên tục gói pin P bpc [W] tích số dịng điện cung cấp liên tục gói pin Ibpc [A] điện áp gói pin Up [V] Pbpc Ibpc U p 565,058.350 197770,3 W 197,77 KW KẾT LUẬN Sau thời gian làm việc với giúp đỡ tận tình thầy giáo PGS.Ts.Trần Văn Như bạn sinh viên nhóm với nỗ lực thân em Bài báo cáo môn học ô tô công nghệ nhóm em hồn thành Tuy nhiên cơng việc thiết kế đầu tay, trình độ chun mơn kinh nghiệm thực tế cịn hạn chế nhiều Vì q trình tính tốn khơng thể tránh thiếu sót Em mong thầy giáo mơn Cơ khí tơ với bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để đề tài nhóm em hồn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.Ts.Trần Văn Như, thầy cô giáo môn Cơ khí tơ bạn đồng nghiệp giúp đỡ em trình làm ... QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU XE THAM KHẢO VÀ LỰA CHỌN CẤU HÌNH Ô TÔ ĐIỆN 2.1 Giới thiệu ô tô tham khảo (xe Tesla Model S 2016) 2.2 Lựa chọn cấu hình xe ... TƠ ĐIỆN 2.1 Giới thiệu ô tô tham khảo (xe Tesla Model S 2016) Model S 2016 mẫu xe sedan cao cấp hãng xe điện Tesla, tính đến thời điểm 2016 xe có phạm vi hoạt động xa lên đến 435km - Thân xe: Tesla. .. đa, công suất định mức, mô-men xoắn cực đại, v.v Khi thiết kế ô tô điện, công suất cần thiết động điện chọn chủ yếu dựa vận tốc độ lớn tơ Tuy nhiên tiêu chí khơng đảm bảo khả tăng tốc ô tô đến