Xây dựng và khảo sát cấu hình xe điện nội đô thành phố hà nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Xây dựng khảo sát cấu hình xe điện nội đô Thành phố Hà Nội TRẦN QUANG MINH Minh.TQ202761M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Ơ tơ Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Khoa: Cơ khí Động lực HÀ NỘI, 10/2022 Chữ ký GVHD Lời cảm ơn Trong trình học t ập hồn thành luận văn cao học Trường với nỗ lực c thân đồng hành giúp đỡ tận tình nhiểu thầy cô giáo, nghiên cứu sinh, học viên cao học, hệ kỹ sư, sinh viên Trường Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan thầy giáo NCM Ô tơ Xe chun dụng – Trường Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, hướng dẫn bảo cho em kiến thứ c chuyên sâu v ề lĩnh vực nghiên u, tạo điều kiện cho em học viên theo học hồn thành luận văn i Tóm tắt nội dung luận văn Luận văn thạc sĩ trình bày nội dung “Xây dựng khảo sát cấu hình xe điện nội đô Thành phố Hà Nội” Để thự c nội dung này, tác giả nghiên cứu nhu cầu di chuyển nội đô thành phố Hà nội sở đề xuất thơng số động lực học cho xe điện Để khả sát khả vận hành xe điện, tác giả nghiên cứu sở lý thuyết chuyển động xe xây dựng hệ phương trình vi phân mơ tả động lực học doc xe điện Sau sử dụng phần mềm mô tiến hành xây dựng khối mô khả hoạt động xe điều kiện nội đô Thành phố Hà Nội dựa vào tiến hành đánh giá thơng số động lực học xe Các kết khảo sát đánh giá phù hợp với lý thuyết cổ điển điều kiện vận hành thực tế Các kết sử dụng làm tiền đề để tiếp tục phát triển nghiên cứu nâng cao xe điện hay kiểm thử trước đưa vào sản xuất mẫu xe điện Hướng phát triển đề tài (nếu có) xây dựng khảo sát mơ hình xe điện có sử dụng phanh tái tạo đề xuất giải pháp làm mát cho xe điện trình vận hành HỌC VIÊN Trần Quang Minh ii MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN 1.1 1.2 Giới thiệu ô tô điện 1.1.1 Sơ lược lịch sử ô tô điện 1.1.2 Tình hình sản xuất sử dụng tô điện 1.1.3 Ưu, nhược điểm sử dụng ô tô điện 11 Giới thiệu số phận tơ điện: 12 1.2.1 Truyền động điện 12 1.2.2 Động điện 16 1.2.3 Nguồn lượng xe điện 17 1.3 Thực trạng sử dụng phương tiện giao thông chở khách Việt Nam 19 1.4 Kết luận 23 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH KHẢO SÁT XE ĐIỆN 25 2.1 Mơ hình người lái 26 2.2 Mô hình điều khiển động điện 27 2.3 Mơ hình động điện 27 2.4 Mơ hình mơ ắc quy chì – axit 30 2.4.1 Điện áp nhánh Em 31 2.4.2 Điện trở đầu cực R0 32 2.4.3 Điện trở nhánh R1 33 2.4.4 Dòng điện ký sinh IP 33 2.4.5 Điện lượng dung lượng 34 2.4.6 Mơ hình nhiệt 37 2.4.7 Khối tính toán mạch 37 2.5 Mơ hình động lực học dọc xe 39 2.6 Mơ hình hệ thống động lực xe điện 48 2.7 Kết luận 49 CHƯƠNG KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC XE ĐIỆN 50 3.1 Khảo sát vận tốc cực đại khả tăng tốc xe đường 51 3.2 Khảo sát vận tốc cực đại xe đường có độ dốc 10% 52 3.3 Khảo sát mức tiêu hao lượng thay đổi nhiệt độ pin 10km đường với vận tốc khác xe đầy tải 53 iii 3.4 Khảo sát mức tiêu hao lượng thay đổi nhiệt độ pin 10km đường với vận tốc khác xe không đầy tải 55 3.5 Khảo sát mức tiêu hao lượng thay đổi nhiệt độ pin 10km đường dốc 5% với vận tốc khác xe đầy tải 55 3.6 Khảo sát mức tiêu hao lượng thay đổi nhiệt độ pin 10km đường dốc 5% với vận tốc khác xe không đầy tải 56 3.7 Khảo sát thay đổi nhiệt độ pin vận hành dốc vào mùa hè 57 3.8 So sánh khảo sát vận hành đoạn đường lên xuống dốc đoạn đường thẳng điều kiện nhiệt độ môi trường tải trọng số dải vận tốc 58 3.9 Kết luận 63 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ơ tơ điện thời kỳ đầu Hình 1.2 Mức độ phát thải khí CO2 tương đương loại động đốt điện Hình 1.3 Hiệu suất lượng tương đương loaị động đốt điện Hình 1.4 Mức độ phát thải tương đương loại động đốt điện Hình 1.5 Phân bổ khoản đầu tư cho nghiên cứu ô tơ điện Hoa Kỳ từ năm 2009 Hình 1.6 Cấu hình hệ truyền động cho xe điện Hình 1.7 Minh họa hệ thống lượng phân phối xe điện Hình 1.8 Cấu hình xe plug-in hybrid Hình 1.9 Lộ trình 40 năm nghiên cứu tơ điện Mitsubishi Motors .7 Hình 1.10 Xe tơ điện i-MiEV đưa thị trường Hình 1.11 Xe điện OLEV nạp điện khơng dây online KAIST .8 Hình 1.12 Xe bus điện sử dụng siêu tụ Thượng Hải Hình 1.13 Chỉ số sử dụng lượng xe ô tô động xăng điện Hình 1.14 Xe điện mui hở 10 Hình 1.15 Xe điện chạy thành phố Nga 10 Hình 1.16 Xe-M.GO mắt triển lãm ô tô Paris 2008 11 Hình 1.17 Xe Zap 11 Hình 1.18 Cấu hình hệ thống truyền lực cho ô tô điện 13 Hình 1.19 Đặc tính làm việc lý tưởng xe 13 Hình 1.20 Đặc tính động điện (a) đặc tính kéo xe sử dụng động điện (b) 14 Hình 1.21 Hình ảnh thực tế hệ thống truyền lực 15 Hình 1.22 Hình vẽ cầu sau xe 15 Hình 1.23 Các loại động điện 16 Hình 1.24 Đường đặc tính loại động điện 16 Hình 1.25 Ngun lý hóa học tế bào nhiên liệu Fuel Cell (nguồn: Wikipedia) 18 Hình 1.26 Minh họa hệ thống tế bào nhiên liệu Fuel Cell xe tơ điện 19 Hình 1.27 Đồ thị tốc độ di chuyển 20 Hình 1.28 Đồ thị khối lượng hành lý 21 Hình 1.29 Đồ thị số lượng khách lượt xe Taxi 21 Hình 1.30 Đồ thị sửa chữa bảo dưỡng xe máy 22 Hình 2.1 Sơ đồ truyền động xe điện 25 Hình 2.2 Mơ hình người lái 26 v Hình 2.3 Các thơng số khối điều khiển PID 26 Hình 2.4 Mơ hình điều khiển động điện 27 Hình 2.5 Đồ thị đặc tính động điện 28 Hình 2.6 Sơ đồ thuật tốn xây dựng đường đặc tính động điện 29 Hình 2.7 Sơ đồ thuật tốn lựa chọn mơ men đầu 30 Hình 2.8 Mơ hình động điện chiều khơng chổi than .30 Hình 2.9 Mạch tương đương ắc quy 31 Hình 2.10 Mơ hình điện áp nhánh 32 Hình 2.11 Mơ hình điện trở đầu cực 32 Hình 2.12 Mơ hình điện trở nhánh phóng 33 Hình 2.13 Mơ hình dịng điện ký sinh 34 Hình 2.14 Mơ hình dung lượng ắc quy 36 Hình 2.15 Mơ hình nhiệt ắc quy 37 Hình 2.16 Mơ hình khối tính tốn mạch 38 Hình 2.17 Mơ hình mơ ắc quy chì – axit 38 Hình 2.18 Mơ hình động lực học dọc xe 39 Hình 2.19 Mơ hình lực theo phương dọc 40 Hình 2.20 Mơ hình khối lượng qn tính quay tương đương 41 Hình 2.21 Mơ hình tải trọng cầu trước 42 Hình 2.22 Mơ hình tải trọng cầu sau 42 Hình 2.23 Mơ hình lực cản mặt đường 43 Hình 2.24 Mơ hình lực cản khơng khí 44 Hình 2.25 Đồ thị độ trượt – hệ số bám 44 Hình 2.26 Mơ hình lực dọc bánh trước 45 Hình 2.27 Mơ hình lực dọc bánh sau 45 Hình 2.28 Mơ hình gia tốc góc bánh trước 46 Hình 2.29 Mơ hình gia tốc góc bánh sau 47 Hình 2.30 Mơ hình mơ men sau truyền lực 47 Hình 2.31 Mơ hình động lực học dọc xe 48 Hình 2.32 Khối “Input signal” 48 Hình 2.33 Mơ hình mơ hệ thống truyền động xe điện 49 Hình 3.1 Đồ thị vận tốc tăng tốc đường 51 Hình 3.2 Đồ thị gia tốc xe đường 100% ga 51 Hình 3.3 Đồ thị vận tốc xe chạy đường dốc 10% 52 Hình 3.4 Đồ thị thời gian pin đạt 100 C số dải vận tốc lên dốc 5% vào mùa hè 58 Hình 3.5 Hình dạng đoạn đường khảo sát 59 vi Hình 3.6 Thơng số khối Step1 59 Hình 3.7 Mơ hình lực cản mặt đường khảo sát lên xuống dốc 60 Hình 3.8 Đồ thị so sánh mức tiêu hao lượng đoạn đường khác 61 Hình 3.9 Đồ thị so sánh mức tăng nhiệt độ pin đoạn đường khác 62 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thống kê phiếu khảo sát 19 Bảng 1.2 Quãng đường xe ngày 20 Bảng 1.3 Cấu hình đề xuất cho xe điện nội 23 Bảng 2.1 Bảng số liệu xây dựng đặc tính động điện 28 Bảng 2.2 Bảng tra cứu (LUT) biến số Kt 35 Bảng 3.1 Tham số mô chuyển động xe 50 Bảng 3.2 Bảng sai số kết mô công thức cổ điển 53 Bảng 3.3 Mức tiêu hao lượng thay đổi nhiệt độ pin số dải vận tốc đường trạng thái đầy tải 54 Bảng 3.4 Mức tiêu hao lượng thay đổi nhiệt độ pin số dải vận tốc đường trạng thái không tải 55 Bảng 3.5 Mức tiêu hao lượng thay đổi nhiệt độ pin số dải vận tốc đường dốc 5% trạng thái đầy tải 56 Bảng 3.6 Mức tiêu hao lượng thay đổi nhiệt độ pin số dải vận tốc đường dốc 5% trạng thái không đầy tải 57 Bảng 3.7 Bảng thời gian pin đạt đến 100 C vận hành dốc 5% vào mùa hè 58 Bảng 3.8 Bảng kết khảo sát 60 Bảng 3.9 Bảng kết khảo sát 61 Bảng 3.10 Bảng chênh lệch thông số SOC nhiệt độ pin đường so với đường lên xuống dốc 62 viii