TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN
Giới thiệu về ô tô điện
1.1.1 Sơ lược về lịch sử ô tô điện a Thời kỳ đầu Ôtô điện không phải một khái niệm mới mà trên thực tế đã có lịch sử lâu đời Từ đầu thế kỷ 19, xe chạy bằng nguồn năng lượng điện đã có vị thế cạnh tranh tương đương với xe chạy bằng động cơ hơi nước.
Vào khoảng những năm 1832 và 1839, Robert Anderson người Scotland đã phát minh ra loại xe điện chuyên chở đầu tiên Năm 1842, hai nhà phát minh người Mỹ là Thomas Davenport và Scotsmen Robert Davidson trở thành những người đầu tiên đưa ắc quy vào sử dụng cho ô tô điện Đến những năm 1865, Camille Faure đã thành công trong việc nâng cao khả năng lưu trữ điện trong ắc quy, giúp cho xe điện có thể di chuyển một quãng đường dài hơn Pháp và Anh là hai quốc gia đầu tiên đưa ô tô điện vào phát triển trong hệ thống giao thông vào cuối thế kỷ 18.
Khoảng năm 1890, một chuyên gia hóa học sống tại Des Moines, Iowa (Mỹ) tên là William Morrison đã thành công chế tạo chiếc ô tô điện đầu tiên tại
Mỹ Chiếc xe có thể chở 6 hành khách v ới tốc độ 14 dặm/giờ, mặc dù tốc độ không nhanh hơn xe ngựa nhưng phát minh này đã khiến con người hứng thú hơn với xe điện [1].
Chiếc xe đua sử dụng động cơ điện Edison và chiếc xe Detroit (1914)
Hình 1.1 Ô tô điện thời kỳ đầu b Suy yếu và biến mất Đến đầu thế kỷ 20, ô tô điện trở nên yếu thế so với ô tô sử dụng động cơ đốt trong do những nguyên nhân chính sau:
-Vào thời điểm này, người ta đã tìm ra những mỏ dầu lớn trên thế giới dẫn đến việc hạ giá thành của dầu và các sản phẩm dẫn xuất trên toàn cầu Vấn đề nhiên liệu cho xe chạy động cơ đốt trong trở nên đơn giản.
-Về giá thành, năm 1928, một chiếc xe chạy điện có giá khoảng
1750USD, trong khi đó một chiếc xe chạy xăng chỉ có giá khoảng 650USD.
-Về mặt kỹ thuật, công nghệ chế tạo động cơ đốt trong và công nghiệp ô tô có những tiến bộ vượt bậc: Charlé Kettering đã phát minh ra bộ khởi động cho xe chạy xăng, Henry Ford đã phát minh ra các động cơ đốt trong có giá thành hạ,…
Kết quả là đến năm 1935, ô tô điện đã gần như biến mất do không thể cạnh tranh được với xe chạy động cơ đốt trong [1]. c Sự trở lại và phát triển
Bắt đầu từ thập niên 60, 70 của thế kỷ trước, thế giới phải đối mặt với vấn đề lớn mang tính toàn cầu:
-Vấn đề năng lượng: các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá không phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo được Các phương tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng này (xăng, dầu) chắc chắn sẽ không tồn tại trong tương lai Trong khi đó, điện năng là loại năng lượng rất linh hoạt, nó có thể được chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lượng khác, trong đó có các nguồn năng lượng tái tạo vô tận như năng lượng gió, mặt trời, sóng biển, …Do vậy, các phương tiện sử dụng điện là phương tiện của tương lai.
-Vấn đề môi trường: không khó để nhận ra rằng môi trường hiện nay đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ các phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô Ô tô điện là lời giải triệt để cho vấn đề này do nó hoàn toàn không có khí thải, thân thiện với môi trường hơn xe sử dụng động cơ đốt trong.
Như vậy, có thể thấy rằng ô tô điện là giải pháp tối ưu cho cả hai vấn đề lớn, đó là lý do khiến nó trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỷ 20 trở lại đây và càng ngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhà khoa học trên toàn thế giới [1].
1.1.2 Tình hình sản xuất và sử dụng ô tô điện a Tình hình sản xuất và sử dụng ô tô điện trên thế giới
Ngay từ những năm 60 của thế kỷ trước, Hoa Kỳ đã quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trường do ô tô gây ra, Bang California đã khuyến khích các nhà sản xuất xe máy và ô tô sản xuất các xe ô tô điện bằng chương trình xe ít ô nhiễm(Low Emission Vehicle Program) Những quy định pháp lý (tiêu chuẩn khí thải…) cùng hàng loạt ưu đãi với người sử dụng các loại xe ít ô nhiễm tại BangCalifornia (ưu đãi thuế, vay vốn, đường ưu tiên tránh tắc đường…) đã khiến cho các nhà sản xuất xe tập trung phát triển các xe ô tô điện.
Tất nhiên các xe ô tô điện sẽ được nạp điện từ hệ thống mạng lưới điện quốc gia được sản xuất phần lớn là từ các nhà máy nhiệt điện Các nhà máy nhiệt điện này cũng sử dụng nhiên liệu hóa thạch (khí, than đá, dầu mỏ) để sản xuất điện Như vậy là về bản chất năng lượng điện để nạp cho xe điện cũng không phải là sạch, vẫn ảnh hưởng đến môi trường Đã có rất nhiều nghiên cứu được tiến hành để so sánh tương đương độ phát thải và hiệu suất sử dụng năng lượng giữa các động cơ với nhau Điển hình là nghiên cứu của Bauen and Hart in Hoogers đã sử dụng khái niệm hiệu suất
“từ giếng dầu tới bánh xe” (well to wheel) để so sánh năng lượng giữa các xe được trang bị động cơ với nhau Một số kết quả và phân tích của tác giả được trình bày trong Hình 1.2, Hình 1.3, Hình 1.4.
Hình 1.2 Mức độ phát thải khí CO 2 tương đương của các loại động cơ đốt trong và điện
Hình 1.3 Hiệu suất năng lượng tương đương của các loaị động cơ đốt trong và điện
Hình 1.4 Mức độ phát thải tương đương của các loại động cơ đốt trong và điện
Từ các k ết quả thể hiệ n trên các Hình 1.2, Hình 1.3, Hình 1.4, dễ dàng nhận thấy: tất cả các dạng xe điện đều cho hiệu quả nhiên liệu cũng như sự phát thải tốt hơn nhiều sơ với tất cả các dòng xe được trang bị động cơ đốt trong.
Trong chuyến thăm Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Ô tô điện Edison tại California năm 2009, tổng thống Hoa Kỳ Barack Obama đã công bố một khoản đầu tư 2,4 tỷ Đô-la Mỹ cho việc thúc đẩy nghiên cứu ô tô điện Khoản đầu tư này được phân bố như Hình 1.5 [2].
2,4 tỷ đô-la cho ô tô điện
Giới thiệu một số bộ phận chính của ô tô điện
Hiện nay có rất nhiều kiểu bố trí hệ thống truyền lự c khác nhau, các kiểu bố trí đó chủ yếu là dựa vào sự biến thể về cách bố trí động cơ điện cũng như đặc điểm của động cơ điện, sau đây là một số kiểu bố trí thông dụng thường gặp trên các dòng xe điện hiện nay:
Hình 1.18 Cấu hình hệ thống truyền lực cho ô tô điện
M Động cơ điện; HS Hộp giảm tốc; VS vi sai.; TLC : Truyền lực chính Ởphương án (a) Hình 1.18 là hệ thống động lực điện cơ bản, hệ thống này giống với hệ thống truyền lực sử dụng động cơ đốt trong truyền thống Mô men được tạo ra từ trục động cơ điện thông qua bộ đóng ngắt ly hợp, hộp số và bộ vi sai truyền tới bánh xe chủ động Hệ thống động lực này có nhiều cụm và tổng thành nên chiếm nhiều không gian khó bố trí và khối lượng lớn Với kĩ thuật hiện nay kỹ thuật điều khiển động cơ điện phát triển giúp cho động cơ điện có đặc tính tải :
Hình 1.19 Đặc tính làm việc lý tưởng của xe
Từ đồ thị đặc làm việc lý tưởng của xe Hình 1.19 thấy được:
Khi xe chuyển động, n ếu gặp cản lớn thì vận tốc xe sẽ giảm dần, nếu cản tác động tới xe nhỏ thì xe có thể chạy ở tốc độ cao Khi đó, công suất kéo cấp xuống yêu cầu không đổi (P = const).
Phạm vi thay đổi tốc độ của xe yêu cầu càng cao càng tốt.
Khả năng khắc phục cản của xe khi hoạt động yêu cầu càng lớn càng tốt. Động cơ điện có đặc tính như sau:
Hình 1.20 Đặc tính động cơ điện (a) và đặc tính kéo của xe khi sử dụng động cơ điện (b) Động cơ điện có thể hoạt động ngay tại giá trị tốc độ bằng không, tăng dần tới giá trị tốc độ cơ bả n mà tại đó công suất động cơ điện đạt đến giá trị cực đại Lúc này giá trị điện áp đặt vào động cơ tăng tớ i giá trị giới hạn (điện áp định mức) trong khi dòng điện được giữ tại giá trị không đổi Trong vùng tốc độ dưới tốc độ cơ bản này, mô men động cơ được giữ không đổi Trên xe điện thì vùng tốc độ này không cần quá lớn, vì giai đoạn khởi động ban đầu là ngắn Khi tốc độ động cơ tăng trên vùng tốc độ cơ bản, điện áp cấp vào động cơ được giữ không đổi (tại giá trị định mức) và dòng điện yếu đi Điều này khiến công suất đầu ra không đổi trong khi mô men và tốc độ có quan hệ hypebol Đặc tính lực kéo tạ i các bánh xe khi sử dụng động cơ điện như trên Hình 1.19 Khi sử dụng động cơ điện xe có thể khắc phục được các điều kiện cản khác nhau với phạm vi thay đổi mô men lớn, và phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn.
Khi sử dụng động cơ điện, có thể không cần sử dụng hộp số mà chỉ cần sử dụng một tỉ số truyền trung gian là có thể đáp ứng được đặc tính của ô tô.
Với phương án (b) và (d) sử dụng hai động cơ điện đặt trong 2 bánh xe phía sau hoặc trước Không gian của bánh xe có giới hạn nên kích thước của động cơ điện theo đó cũng bị hạn chế Công suất của động cơ điện nhỏ sẽ ảnh hưởng tới khả năng khắc phục lực cản của xe, thời gian tăng tốc kéo dài Xe sử dụng hệ thống truyền lực dạng này thường có kích thước và tải trọng nhỏ phù hợp với môi trường đô thị Để khắc phục những nhược điểm đã nêu, xe có thể sử dụng 4 động cơ dẫn động 4 bánh Với phương thức này, xe có thể cải thiện được phạm vi sử dụng tuy nhiên đòi hỏi thuật toán điều khiển động cơ phức tạp.
Trong phương án (c) mô tơ sinh ra mô men được dẫn động đến truyền lực chính tớ i vi sai và ra bán trục Với phương án này bố trí gọn và vẫn đảm bảo động học của xe Phương án này đã được sản xuất hàng loạt sẵn có trên thị trường Đồng thời phương thức điều khiển đơn giản.
Từ những phương án trên cho thấy mỗi một phương án đều có những ưu nhược điểm riêng và tùy thuộc vào mục đích cũng như ý đồ của người thiết kế mà sẽ lựa chọn các phương án thích hợp.
Với phương án (c), tìm kiếm trên thị trường có các loại truyền lực chính của hãng Goldenmotor như sau:
Hình 1.21 Hình ảnh thực tế hệ thống truyền lực
Với kết cấu trên đã bao gồm vi sai, bán trục, bánh xe , các cảm biến cho điều khiển Loại kết cấu trên có ưu việt đó là có kết cấu để thay đổi các động cơ khác nhau trong dải công suất mà chúng đáp ứng được.
Hình 1.22 Hình vẽ cầu sau của xe
Theo phương pháp cung cấp năng lượng thì động cơ điện được phân ra làm: động cơ xoay chiều (AC) và động cơ một chi ều (DC).Và từ hai loại động cơ điện này, tùy theo cấu trúc động cơ và cơ chế vận hành mà phân chia ra thành các loại khác nhau như sau:
Hình 1.23 Các loại động cơ điện chính Đối với động cơ một chiều DC thì như tên gọi cho thấy sử dụ ng nguồn cung cấp là dòng điện một chiều Nó có ưu điểm là dễ điều khiển tốc độ mà không ảnh hưởng tới công suất và giá cả rẻ hơn, qua phân tích đồ thị đặc tính động cơ Hình 1.20 thấy được động cơ điện m ột chiều có khả năng cung cấp một mô men khởi động cao hoặc yêu cầu tăng tốc êm ở m ột dải tốc độ rộng Nhưng bên cạnh đó thì nó lại có kích thước và trọng lượng lớn hơn động cơ AC. Đối với động cơ xoay chiều AC thì ưu điểm chính động cơ này là thường đạt được hiệu suất cao và phạm vi hoạt động rộng, nhưng các mạch điện tử phức tạp cần phải l ắp thêm bộ biến tần tuy nhiên thiết bị này chỉ cải thiện việc điều khiển tốc độ nhưng chất lượng dòng điện lại giảm và có hệ số tỷ lệ công suất/ trọng lượng là cao (gấp đôi so với tỷ lệ công suất: trọng lượng của động cơ điện một chiều).
Hình 1.24 Đường đặc tính cơ của 3 loại động cơ điện
Hiện nay, động cơ điện một chiều có hai loại: động cơ một chi ều có chổi than và động cơ mộ t chiều không chổi than Loại có chổi than thì tuổi thọ không cao, trong quá trình vận hành đòi hỏi phải bảo dưỡng chổi than.
Còn động cơ một chiều không chổi than BLDC (Brushless DC motor) có các ưu điểm của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu như: tỷ lệ mô men/quán tính lớn, tỷ lệ công suất trên khối lượng cao. Động cơ kích từ nam châm vĩnh cửu không cần chổi than và vành trượt nên không tốn chi phí bảo trì chổi than Có thể thay đổi đặc tính động cơ bằng cách thay đổi đặc tính của nam châm kích từ và cách bố trí nam châm trên rotor. Một số đặc tính nổi bật của động cơ BLDC khi hoạt động:
- Mật độ từ thông khe hở không khí lớn.
- Tỷ lệ công suất/khối lượng máy điện cao.
- Tỷ lệ mô men/quán tính lớn (có thể tăng tốc nhanh).
- Vận hành nhẹ nhàng (dao động của mô men nhỏ) thậm chí ở tốc độ thấp (để đạt được điều khiển vị trí một cách chính xác).
- Mô men điều khiển được ở vị trí bằng không.
- Vận hành ở tốc độ cao.
- Có thể tăng tốc và giảm tốc trong thời gian ngắn.
Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là do động cơ được kích từ bằng nam châm vĩnh cử u nên khi chế tạo giá thành cao do nam châm vĩnh cửu giá khá cao nhưng với sự phát triển công nghệ hiện nay thì giá thành nam châm có thể giảm. Động cơ BLDC được điều khiển bằng một bộ điều khiển với điện ngõ ra dạng xung vuông và cảm biến Hall được đặt bên trong động cơ để xác định vị trí rotor. Điều này làm tăng giá thành đẩu tư khi sử dụng động cơ BLDC Tuy nhiên điều này cho phép điều khiển tốc độ và mô men động cơ dễ dàng, chính xác hơn.
Nếu dùng các loại nam châm sắt từ chúng dễ từ hóa nhưng khả năng tích từ không cao, dễ bị khử từ và đặc tính từ của nam châm bị giảm khi tăng nhiệt độ Nhưng với loại nam châm hiếm như hiện nay thì nhược điểm này đã được cải thiện đáng kể.
1.2.3 Nguồn năng lượng trên xe điện
Trên thị thường có khá nhiều loại ắc quy khác nhau tuy nhiên có một số loại chính sau:
Thực trạng sử dụng phương tiện giao thông chở khách ở Việt Nam
Khi xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đi lại của người dân càng tăng cao. Phương tiện giao thông là một thứ không thể thiếu trong sinh hoạt hằng ngày Với mục đích tìm hiểu nhu cầu thị trường, giá cả các dịch vụ vận tải xe taxi, xe ôm tại các bến xe lớn trong khu vực thành phố Hà Nội như bến xe Giáp Bát, bến xe Nước Ngầm, bến xe Mỹ Đình từ kết quả khảo sát [3] đánh giá tính khả thi của việc thay thế các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong bằng xe điện.
Cuộc khảo sát hướng tới đối tượng là các tài xế xe ôm và taxi, đem lại một số thông tin như sau:
- Số lượng phiếu khảo sát đã hoàn thành
Bảng 1.1 Thống kê phiếu khảo sát
- Quãng đường chuyên chở hành khách một ngày
Quãng đường di chuyển của hành khách cũng thường giới hạn trong phạm vi 10km, nhiều nhất trong khoảng từ 4 – 8km Điều này là thực sự dễ hiểu bởi với cơ sở hạ tầng hệ thống các bến xe nhiều và phân bố đều trên địa bàn thành phố, hành khách sẽ có xu hướng đi xe khách đến bến gần nhất so với địa điểm đích của họ Do lái xe đưa khách đến điểm đến và sau đo tiếp tục quay trở lại bến nên quãng đường thực tế xe đi phải gấp đôi con số này
Quãng đường di chuyển tính theo công thức:
Trong đó: i là số lượt khách chở được trong ngày k là quãng đường hành khách thường đi (km)
Bảng 1.2 Quãng đường xe đi trong ngày
Quãng đường Quãng đường Quãng đường chở khách (km) thực xe đi (km) lớn nhất xe đi
Taxi 31,08 62,16 120 Ở đây, quãng đường dài nhất mà các lái xe di chuyển trong ngày là 120 km, tuy nhiên con số này cách khá xa so với quãng đường trung bình xe đi chứng tỏ số lượng lái xe có quãng đường xa là không nhiều Như vậy, một chiếc xe có phạm vi hoạt động dưới 100 km có thể đáp ứng được nhu cầu chuyên chở khách hằng ngày.
Hình 1.27 Đồ thị tốc độ di chuyển
Vận tốc xe thường được sử dụng nhất rơi nhiề u trong khoảng 30 – 35 km/ h đối với xe ôm và 35 – 40 km/h đối với taxi Tốc độ di chuyển của xe ôm và taxi trong chuyên chở khách sử dụng nhiều trong khoảng 30 km/h – 40 km/h, tốc độ này được đánh giá là hợp lý với đường sá và mật độ phương tiệ n giao thông nội đô Hà Nội Với những đối tượng khách hàng này, tốc độ yêu cầu c ủa họ sẽ không quá cao, do vậy chiếc xe có vận tốc trung bình từ 30 – 35 km/h đã có thể đáp ứng được Dải vận tốc cao sẽ rất ít dùng đến khi sử dụng xe với mục đích chuyên chở hành khách
2-5kg 5-10kg 10-20kg >20kg hoặc không có Taxi Xe ôm
Hình 1.28 Đồ thị khối lượng hành lý
Khối lượng hành lý hành khách mang theo thường dưới 20 kg và tập trung nhiều nhất trong khoảng từ 5 – 10 kg Một thực tế thấy rõ là đối tượng hành khách sử dụng dịch vụ xe ôm thường mang theo khối lượng hành lý lớn hơn so với nhóm người sử dụng xe taxi.
- Số lượng khách mỗi lượt đối với Taxi
Số lượng khách mỗi lượt xe Taxi
1 khách 2 khách 3-4 khách Từ 5 khách trở lên
Hình 1.29 Đồ thị số lượng khách mỗi lượt xe Taxi
Xe taxi là phương tiện chở được số lượng hành khách và khối lượng hành lý nhiều hơn so với xe ôm Xe taxi hoạt động tại các bến thường là xe 4 chỗ và hành khách đi xe cũng thường là nhóm 3 – 4 người Khi sử dụng dịch vụ xe taxi, hành khách có xu hướng tận dụng tối đa số chỗ ngồi c ủa xe do vậy đối tượng sử dụng dịch vụ này thường là một nhóm người Và vì lý do này, số tiền mỗi người phải trả để đi quãng đường của mình là nhỏ hơn so với cách mỗi người đi một chiếc taxi.
- Sửa chữa bảo dưỡng xe đối với xe ôm
Sửa chữa bảo dưỡng xe máy
Tự sửa chữa Mang ra cửa hàng
Hình 1.30 Đồ thị sửa chữa bảo dưỡng xe máy
Với xe taxi, công việc sửa chữa bảo dưỡng thường là phần việc của hãng và lái xe hầu như không can thiệp vào những công việc này Đối với xe ôm thì khác, hầu hết các xe ôm là tự phát và phương tiện là phương tiện cá nhân nên việc sử a chữa bảo dưỡng họ phải chủ động Nhưng thực tế có rất ít lái xe có khả năng tự chăm sóc chiếc xe của mình do hạn chế về chuyên môn và dụng cụ sữa chữa nên họ phải mang xe đến các cửa hàng để chăm sóc xe của mình Theo thống kê có tới hơn 70% lái xe đưa xe của mình ra cửa hàng và chưa đến 30% lái xe tự sửa chữa bảo dưỡng.
Từ các thông tin trên, có thể thấy việc đưa vào sử dụng xe điện trong việc chuyên chở hành khách là điều hoàn toàn khả thi vì xe điện có khả năng đáp ứng được các điều kiện vậ n hành trên, bên cạnh đó lại thân thiện với môi trường Tuy nhiên, có một hạn chế đó là trong trường hợp tắc đường nếu xe điện không có khả năng ngưng sử dụng năng lượng thì sẽ nhanh dẫn đến việc xe hết điện Bên cạnh đó, xe điện cần có khả năng phanh tái tạo khi xuống dốc hoặc đạp phanh để cung cấp thêm năng lượng cho chiếc xe hoạt động.
Tổng hợp các kết quả khảo sát, một chiếc xe điện phù hợp với điều kiện vận hành nội đô đáp ứng các thông số sau:
Bảng 1.3 Cấu hình đề xuất cho xe điện nội đô
Thông số Giá trị Đơn vị
Vận tốc trung bình 30-35 km/h
Quãng đường di chuyển 100 km được sau mỗi lần sạc
Kết luận
Để khảo sát chiếc xe có cấu hình như Bảng 1.3, hiện nay có 2 phương pháp phổ biến, đó là:
Phương pháp thực nghiệm: là phương pháp đo và xử lý số liệu thu được từ quá trình cho xe chạy thực tế trong từng điều kiện khảo sát thông qua các cảm biến cũng như các thiết bị xử lý tín hiệu. Ưu điểm:
- Số liệu khảo sát có độ tin cậy cao
- Khảo sát trực tiếp trong mọi điều kiện vận hành
- Quy trình nhiều bước, phức tạp
- Yêu cầu cao về mặt cơ sở vật chất (xe, thiết bị đo lường, thiết bị xử lý tín hiệu…)
- Cần chọn thời điểm để mật độ đường phố, nhiệt độ môi trường phù hợp với điều kiện thí nghiệm
- Cần chọn thời gian thí nghiệm phù hợp
- Cần chọn điều kiện mặt đường phù hợp với điều kiện thí nghiệm
- Cần nhiều nhân lực (ít nhất cần 1 người lái và 1 người thu thập cũng như xử lý số liệu)
- Mỗi lần đo đều có sai số, độ thống nhất giữa mỗi lần đo chưa cao, cần phải tiến hành thực nghiệm nhiều lần để cho ra kết quả chính xác nhất
Kết luận: Thực nghiệm tuy cho kết quả chính xác nhưng tốn rất nhiều thời gian cũng như công sức và chi phí cho quá trình thực hiện, chỉ phù hợp với công đoạn cuối cùng trước khi 1 mẫu xe được sản xuất.
Phương pháp mô phỏng: là phương pháp ứng dụng các phần mềm để mô phỏng khả năng vận hành của xe trong nhiều điều kiện khác nhau thông qua việc xây dựng các mô hình toán biểu diễn các phương trình vi phân. Ưu điểm:
- Quy trình ít bước, đơn giản
- Điều kiện khảo sát linh hoạt, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác như môi trường hay mật độ giao thông
- Không đòi hỏi nhiều trang thiết bị, xe chạy thử
- Không cần nhiều nhân lực (chỉ cần 1 người là đủ)
- Do không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khách quan nên độ thống nhất giữa các lần đo cao, không cần đo quá nhiều lần, tốn ít thời gian đo
- Phù hợp với công đoạn nghiên cứu phát triển trước khi cho sản xuất xe thử nghiệm
- Độ chính xác không cao bằng thực nghiệm
- Cần xây dựng mô hình mô phỏng chính xác, đầu tư nhiều thời gian để xây dựng mô hình mô phỏng, đòi hỏi hàm lượng chất xám trong công việc cao
Trong phạm vi đề tài với định hướng nghiên cứu phát triển cùng điều kiện kinh tế cũng như thời gian và thời tiết không cho phép thì phương pháp mô phỏng tỏ ra phù hợp hơn phương pháp thực nghiệm Trong CHƯƠNG 2 sẽ tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng quá trình vận hành của xe và sử dụng một số giả thiết:
- Các tính toán đều chưa tính đến mô men phanh, mô hình khảo sát chỉ thuần túy là các quá trình duy trì và tăng tốc độ.
- Coi hiệu suất của mô tơ là không đổi khi vận hành.
- Mô hình mô phỏng chưa bao gồm hệ thống làm mát.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT XE ĐIỆN
Mô hình người lái
Khi muốn tăng tốc, hay chạy ổn định tại một tốc độ nào đó, người lái sẽ tác động lên bàn đạp ga tăng lên hay giảm đi Tương ứng với từng vị trí bàn đạp ga, mô men của động cơ điện phát ra, qua hệ truyền động truyền tới các bánh xe. Để mô phỏng hoàn chỉnh hành vi của người lái là điều phức tạp trong phạm vi luận văn Vì vậy, để đơn giản hóa việc mô phỏng hành vi người lái, chỉ xây dựng mô hình đơn giản bằng cách để cho vận tốc thực c ủa xe (real Velocity) giống với vận tốc mong muốn (require Velocity) nhất có thể bằng việc sử dụng khối điều khiển PID Tín hiệu đầu vào là vận tốc thực của xe (real Velocity) và vận tốc mong muốn (require Velocity), tín hiệu ra là vị trí bàn đạp ga (pedal position).
Mô hình được mô tả thông qua phần mềm mô phỏng như Hình 2.2.
Hình 2.2 Mô hình người lái
Khối điều khiển PID có các thông số đầu vào là Proportional (P), Integral (I), Derivative (D) và Filter coefficient (N) Các thông số này hoàn toàn do thực nghiệm chọn ra được.
Hình 2.3 Các thông số khối điều khiển PID
Mô hình điều khiển động cơ điện
Mục đích nhằm biến đổi tín hiệu vị trí tay ga thành tín hiệu mô men yêu cầu động cơ phát ra Đo đó luận văn không đi sâu vào sự chuyển đổi trong mạch điện, mà chỉ xây dựng thuật toán đơn giản dựa vào các tham số động cơ điện như trên Hình 2.4.
Hình 2.4 Mô hình điều khiển động cơ điện
Tham số động cơ điện một chiều gồm: mô men lớn nhất (Tmax), thời gian trễ (Tau2) Tín hiệu đầu vào là vị trí bàn đạp ga (pedal position) Tín hiệu đầu ra là mô men yêu cầu (require Torque).
Mô hình động cơ điện
Để mô phỏng chính xác được hoạt động của động cơ điện một chiều không chổi than BLDC củ a xe tham khảo đã chọn, cần xây dựng các khối điều khiển động cơ, khối dòng pha, khối sức điện động, … rất phức tạp và nằm ngoài khối lượng nghiên cứu của đề tài Với yêu cầu cần mô phỏng được đặc tính mô men đầu ra khi công suất điện đầu vào thay đổi, phù hợp với điều kiện chuyển động của xe; tác giả đã mô phỏng đường đặc tính ngoài của động cơ sau đó xây dự ng thuật toán mô men đầu ra Mô hình động cơ điện cũng tính toán cường độ dòng điện yêu cầu cung cấp thông qua điện áp thực tế của ắc quy. a Xây dựng các đường đặc tính động Đặc tính động cơ là các đườ = ng ( công ) su = ất
(và)mô men theo tốc độ động cơ:
Mối quan hệ giữa công suất cực đại và mô men cực đại của động cơ điện:
Vận tốc góc của động cơ điện mà tại đó mô men và công suất cực
Mô men cực đại [N.m] đại
Khi số vòng quay của động cơ
Với xe tham khảo có các thông ≥ ==/
Khi số vòng quay của động cơ số của động cơ điện như sau:
Lập n = 10000 (vòng/phút); bảng số liệu xây dựng đặc tính động cơ điện như Bảng 2.1:
Bảng 2.1 Bảng số liệu xây dựng đặc tính động cơ điện n (vòng/phút) ω (rad/s) N (W) T (Nm)
Từ Bảng 2.1 vẽ được đồ thị đặc tính động cơ điện như sau:
Hình 2.5 Đồ thị đặc tính động cơ điện
Từ đồ thị cho thấy tại thời điểm khởi động, mô men động cơ đạt lớn nhất khi tốc độ động cơ n = (0 ÷ 3225v/ph), trong vùng này công suất động cơ tăng tuyến tính tỷ lệ với t ốc độ n Khi n > 3225v/ph mô men động cơ giảm nhưng công suất giữ nguyên giá trị không đổi Đường đặc tính này phụ hợp với đặc tính động lực học của xe cho phép xe khắc phục lực cản tốt nhất tại tốc độ thấp.
Mô men tối đa của động cơ điện là hàm đơn giản của t ốc độ góc Trong hầu hết các trường hợp, khi tốc độ góc nhỏ, mô men là tối đa và không đổi, khi tốc độ động cơ đạt đến giá trị đủ lớn thì mô men giảm Trong động cơ một chiều có chổi than và không có chổi than, mô men giảm khi tốc độ tăng; mô men xoắn giảm nhưng công suất hầu như không thay đổi.
Sơ đồ thuật toán xây dựng đặc tính ngoài theo mô men như Hình 2.5
- Khi tốc độ góc của roto động cơ nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ quay chuyển đổi , mô men động cơ đạt giá trị lớn nhất ;
- Khi tốc độ góc của roto động cơ lớn hơn tốc độ quay chuyển đổi ω > ω c thì mô men động cơ tỷ lệ nghịch với tốc độ góc roto
Hình 2.6 Sơ đồ thuật toán xây dựng đường đặc tính động cơ điện b Xây dựng thuật toán mô men đầu ra
Trong quá trình vận hành xe, mô men phát ra phải phù hợp với đặc tính tải ở cả tốc độ thấp và tốc độ cao Do đó phải xây dựng thuật toán lựa chọn mô men
- Khi mô men yêu cầu lớn hơn hoặc bằng mô men của động cơ ≥ thì
- Khi mô men yêu cầu nh = ỏ hơn mô men của động cơ < , mô men phát ra chỉ bằng mô men yêu cầu đầuranhưsau: mômenphátrachínhlàmô men của động cơ =
Hình 2.7 Sơ đồ thuật toán lựa chọn mô men đầu ra
Mô men yêu cầu [Nm]
Mô men đặc tính ngoài của động cơ điện [Nm]
Các điều kiện này được mô phỏng bằng khối “BLDC Motor Model” như dưới đây:
Hình 2.8 Mô hình động cơ điện một chiều không chổi than
Như vậy chỉ cần biết các thông số đặc tính động cơ, tốc độ góc động cơ, mô men yêu cầu, điện áp ắc quy và các thuật toán mô men sẽ xác định được chính xác mô men xoắn động cơ phát ra và cường độ dòng điện yêu cầu ắc quy cần cung cấp Mô hình động cơ điện một chiều không chổi than như trên Hình 2.8.
Tham số để mô phỏng mô hình động cơ điện một chiều không chổi than gồm: mô men lớn nhất ( ), vận tốc góc tại đó mô men bắt đầu bị thay đổi ( ) Tín hiệu đầu vào gồm: mô men yêu cầu (require Torque), vận tốc góc của roto động cơ (omega motor), điện áp ắc quy (Votage) Tín hiệu đầu ra là mô men động cơ điện phát ra (Torque), cường độ dòng điện yêu cầu (require current).
Mô hình mô phỏng ắc quy chì – axit
Toàn bộ phần này tham khảo [4], [5] và [6] Nhiệm vụ đầu tiên trong việc mô phỏng hoạt động của ắc quy là xây dựng một mạch tương đương Mạch tương này không mô hình hóa trực tiếp các đặc tính hóa học bên trong bình ắc quy chì – axit; mạch tương đương được thiết lập theo kinh nghiệm gần đúng với hoạt động của ắc quy Cấu trúc này bao gồm 2 nhánh: nhánh chính mô tả cho hoạt động chính của ắc quy, nhánh kí sinh mô tả phản ứng của ắc quy tại thời điểm điện thế ắc quy cao.
Hình 2.9 Mạch tương đương ắc quy
Mạch tương đương mô tả một ngăn pin trong ắc quy Điện thế đầu ra phải nhân với 24 (số lượng ngăn pin) để có mô hình 48V phục vụ xe điện trong đề tài. Trong Hình 2.17, số lượng ngăn pin đã được đưa vào trong khối Gain với giá trị
Mỗi phần tử mạch tương đương là nền tảng xây dựng các phương trình phi tuyến bao gồm tham số và biến Các tham số trong phương trình là các hằng số xác định theo kinh nghiệm Các biến bao gồm: nhiệt độ dung dịch bình ắc quy, dung lượng, điện áp và cường độ dòng điện tại nút mạch Các phương trình tính toán được mô tả trong các phần sau.
PT 2.2 tính toán sức điện động trong (Em) hay điện áp mạch hở của một pin Giá trị suất điện động trong được đo tại hai đầu cực kh i chưa có phụ tải Do đó, suất điện động này chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và trạng thái nạp SOC của ắc quy Việc tính toán được thực hiện bên trong khối “Compute Em” ở Hình 2.17.
= 0 − (273 + )(1 − 31 ) PT 2.2 Điện thế mạch hở khi ắc quy được sạc đầy [V]
Hằng số [V/ 0 C] Điện thế mạch hở [V] θ Nhiệt độ dung dịch điện phân [ 0 C]
SOC Trạng thái nạp ắc quy
Từ PT 2.2 sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình điện áp nhánh chính như trên Hình 2.10.
Hình 2.10 Mô hình điện áp nhánh chính
PT 2.3 tính toán điện trở đầu cự c Đây chính là điện trở của các xương bản cực hợp kim chì Điện trở này chỉ phụ thu ộc theo hàm bậc nhất đố i với trạng thái nạp SOC Giá trị R00 chính là điện trở R0 ở trạng thái SOC = 1 Việc tính toán được thực hiện bên trong khối “Compute R0” ở Hình 2.17.
SOC Trạng thái nạp ắc quy
Từ PT 2.3 sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình điện trở đầu cực như trên Hình 2.11.
Hình 2.11 Mô hình điện trở đầu cực
PT 2.4 tính toán điện trở trong nhánh chính của ắc quy Điện trở này là của các vật liệ u hoạt tính nằm trên các xương cực Giá trị điện trở phụ thuộc vào điện lượng còn lại theo dòng điện phóng DOC - là một thông số điều chỉnh điện lượng ắc quy cho dòng phóng Điện trở này tăng theo hàm mũ khi ắc quy trong quá trình phóng điện Việc tính toán được thực hiện bên trong khối “Compute R1” Hình 2.17.
DOC Điện lượng còn lại theo dòng phóng
Từ PT 2.4 sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình điện trở nhánh chính khi phóng như trên Hình 2.12.
Hình 2.12 Mô hình điện trở nhánh chính khi phóng
PT 2.5 tính toán dòng điện ký sinh tổn hao khi ắc quy được sạc Dòng điện này phụ thuộc vào nhiệt độ dung dịch ắc quy và điện thế tại nhánh ký sinh. Dòng điện này rất nhỏ trong hầu hết các điều kiện, ngoại trừ trong trường hợp ắc quy ở trạng thái nạp SOC cao Việc tính toán được thực hiện bên trong khối
⎜ 0 ⎟ Điện áp nhánh ký sinh [V]
Dòng điện tổn hao trong nhánh ký sinh [A] τ p 0
Hằng số [V] θ f Nhiệt đóng băng dung dịch bình ắc quy [°C]
Từ PT 2.5 sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình dòng điện ký sinh như trên Hình 2.13.
Hình 2.13 Mô hình dòng điện ký sinh
2.4.5 Điện lượng và dung lượng
Khối “Charge and Capacity” Hình 2.17 theo dõi dung lượng ắc quy, trạng thái điện lượng và điện lượng theo dòng phóng Dung lượng được xác định lượng lớn nhất quá trình sạc mà ắc quy có thể lưu trữ Trạng thái điện lượng SOC được xác định bằng tỉ lệ giữ a giá trị điện lượng trên dung lượng ban đầu Điện lượng theo dòng phóng DOC được xác định qua tỷ số điện lượng ắc quy trên dung lượng có ích, bởi vì dung lượng có ích giảm khi dòng điện phóng tăng Các phương trình theo dõi dung lượng SOC và DOC như sau: a Dung lượng phóng
PT 2.6 theo điện lượng thoát ra trong quá trình ắc quy hoạt động Dung lượng của ắc quy tính bằng tích phân đơn giản theo dòng điện.
Q e Nhiệt thoát ra trong quá trình nạp [A-s] I m
Dòng điện nhánh chính [A] τ Biến thời gian lấy tích t Thời gian mô phỏng
PT 2.7 tính toán dung lượng ắc quy dựa trên dòng điện phóng và nhiệt dung dịch bình ắc quy Tuy nhiên sự phụ thuộc dung lượng phụ thuộc vào dòng điện chỉ trong quá trình phóng Trong quá trình nạp, dòng điện phóng được thiết lập về không trong PT 2.7 cho kết quả tính toán tổng dung lượng. Ắc quy ô tô được kiểm tra trong suốt một phạm vi rộng nhiệt môi trường. Các kết quả thí nghiệm trên toàn b ộ phạm vi kiểm tra dòng cho thấy dung lượng ắc quy đã bắt đầu giảm tại nhiệt độ trên khoảng 60°C Bảng tra cứ u (LUT) biến số Kt trong phương trình PT 2.7 được sử dụng để thực nghiệm mô hình phụ thuộc nhiệt độ của dung lượng ắc quy.
C 0* Dung lượng không tải tại nhiệt độ 0 0 C [As]
Hằng số phụ thuộc của nhiệt độ Thông số kinh nghiệm này được tra θ Nhiệt độ dung dịch bình ắc quy [ 0 C]
I* Cường độ dòng điện danh nghĩa [A] δ Hằng số
Bảng 2.2 Bảng tra cứu (LUT) biến số K t Điểm nhiệt độ cho hệ số K t ( 0 C) K t
K t qua Bảng 2.2 c Trạng thái điện lượng SOC, điện lượng theo dòng phóng DOC
PT 2.8 tính toán SOC và DOC bằng tỷ số của biến điện lượng trên tổng dung lượng ắc quy Trạng thái điện lượng SOC được xác định bằng tỷ số điện lượng còn lại Điện lượ ng theo dòng phóng DOC tính theo tỷ số của điện lượng có ích còn lại, điện lượng này được cho bởi cường độ dòng điện phóng trung bình Cường độ dòng phóng lớn hơn làm điện lượng của ắc quy hao hụt nhanh hơn, vì vậy DOC luôn nhỏ hơn hoặc bằng SOC.
SOC Trạng thái điện lượng ắc quy
DOC Trạng thái điện lượng theo dòng phóng
Q e Quá trình nạp ắc quy [As]
C Dung lượng ắc quy [As] θ Nhiệt độ dung dịch bình ắc quy [ 0 C]
I avg Cường độ dòng phóng trung bình [A] d Cường độ dòng điện trung bình ước lượng
Trong quá trình quá độ cường độ dòng điện trung bình được dự tính trong
I avg Cường độ dòng điện phóng có nghĩa [A] I m
Cường độ dòng điện mạch trong [A] τ 1 Hằng số thời gian [s]
Từ các phương trình từ PT 2.6 đến PT 2.9 sử dụng phầ n mềm mô phỏng xây dựng được mô hình dung lượng ắc quy như trên Hình 2.14.
Hình 2.14 Mô hình dung lượng ắc quy
Khối “Thermal Model” trong Hình 2.15 theo dõi nhiệt độ dung dịch bình ắc quy PT 3.6 được mô hình hóa để đánh giá nhiệt độ dung dịch bình ắc quy, do tổn thất trên điện trở trong và nhiệt tỏa ra môi trường Mô hình nhiệt bao gồm một phép toán vi phân, các tham số điện trở và điện dung nhiệt.
Trong đó: θ Nhiệt độ bình ắc quy [°C] θ a Nhiệt độ môi trường [°C] θ init Nhiệt độ ban đầu bình ắc [°C], giả thiết bằng nhiệt độ môi trường xung quanh
P s Năng lương mất tổn hao trên R 0 và R 2 [W] R θ
Hệ số truyền nhiệt đối lưu, [ 0 C/W] C θ Nhiệt dung nhiệt [J/°C] τ Biến thời gian tích phân tThời gian mô phỏng [s]
Từ PT 3.6 sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình nhiệt ắc quy như trên Hình 2.15.
Hình 2.15 Mô hình nhiệt ắc quy
Khối mô hình này sử dụng kết quả tính toán phần tử mạch, kết hợp các công thức cơ bản mạch điện để đưa ra tín hiệu điện áp, cường độ dòng điện, công suất,
… cần thiết Tín hiệu đầu vào là suất điện động mạch hở (Em), điện trở nhánh chính (R1), điện trở đầu cực (R0), cường độ dòng điện dòng kí sinh (Ip), cường độ dòng điện mạch ngoài (I) Tín hiệu đầu ra gồm điện áp mạch ngoài (V), điện áp nhánh kí sinh (Vpn), công suất nhiệt hao phí (Ps), cường độ dòng điện mạch chính (Im).
Sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình khối tính toán mạch như trên Hình 2.16.
Hình 2.16 Mô hình khối tính toán mạch
Sơ đồ cấu trúc tổng thể mô hình ắc quy được thể hiện trên Hình 2.17, bao gồm 7 khối chính đã được trình bày ở các phần trên Tín hiệu đầu vào gồm: nhiệt độ môi trường (ambient temp), cường độ dòng điện yêu cầu (require current). Tín hiệu đầu ra gồm: điện áp ắc quy (Voltage), nhiệt độ bình ắc quy (temp battery) và trạng thái điện lượng của ắc quy (SOC).
Hình 2.17 Mô hình mô phỏng ắc quy chì – axit
Mô hình động lực học dọc xe
Đây là bước đầu tiên trong mô phỏng chuyển động của xe Ở bước này cần phân tích lực từ động cơ điện và các lực cản khi xe chuyển động Các thông số của xe bao gồm: khối lượng xe m, vận tốc xe v, góc nghiêng mặt đường α, chiều cao trọng tâm h, khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước l f , khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau l r như trên Hình 2.18.
Hình 2.18 Mô hình động lực học dọc của xe
Theo [7], các lực tác dụng lên xe theo phương dọc được thể hiện trong Hình 2.18 Do trong hình chỉ xét đến quá trình di chuyển trên đường thẳng nên chỉ bao gồm các lực sau: lực dọc, lực cản lăn, tải trọ ng, lực cản quán tính và lực cản gió Ngoài ra nếu xe di chuyển trên đường dốc sẽ có thêm lực cản dốc Trong phạm vi luận văn chưa xét đến quá trình phanh.
Theo định luật II Newton, các lực theo phương dọc của xe được biểu diễn như sau:
Gia tốc xe [ 2 ] m Khối lượng xe khi đầy tải [kg] ̇ /
Khối lượng quán tính quay tương đương [kg]
Lực cản lăn cầu trước [N]
Lực cản lăn cầu sau [N]
Sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình các lực theo phương dọc như trong Hình 2.19 Khối này nằm trong khối “Vehicle Model” trong Hình 2.31 Tín hiệu đầu vào là lực dọc cầu trước “Front tire traction force”, lực dọc cầu sau “Rear tire traction force”, tải trọng cầu trước “Front tire vertical load”, tải trọng cầu sau “Rear tire vertical load”, vận tốc xe “Vehicle velocity” và tín hiệu đầu ra là gia tốc xe “Vehicle acceleration”.
Hình 2.19 Mô hình các lực theo phương dọc
Khối lượng quán tính quay tương đương được tính như sau:
Mô men quán tính bánh sau [ ]
ℎ Mô men quán tính truyền lực
Mô men quán tính hộp số [
Mô men quán tính động cơ 2 ] chính và trục quay [
Mô men quán tính mô tơ [
Tỷ số truyền truyền lực
Tỷ số truyền hộp số
Sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình khối lượng quán tính quay tương đương như trong Hình 2.20 Đây là khối “m+m e ” trong Hình 2.19.
Hình 2.20 Mô hình khối lượng quán tính quay tương đương
Tải trọng cầu trước và sau
Tải trọng cầu trước và sau được tính theo [7]: ̇
Gia tốc trọng trường [ Tải trọng cầu trước [N] g Chiều cao trọng tâm / ]
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau [m] h [m]
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước [m]
Sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình tải trọng cầu= trướ10%c và mô hình tải≈trọ1ng cầu sau như trong Hình 2.21 và Hình 2.22 Vì nên lấy Chúng nằm trong các khối “Front tire” và “Rear tire” trong Hình 2.31
Hình 2.21 Mô hình tải trọng cầu trước
Hình 2.22 Mô hình tải trọng cầu sau
Lự c cản lăn phát sinh là do có sự biến dạng của lốp và mặt đường, do sự tạo thành vết bánh xe trên đường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường Lực này có phương song song với mặt đường, ngược chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và đường.
Theo [7], lực cản lăn cầu trước và cầu sau được tính theo công thức:
Lực cản lăn cầu sau [N]
Lực cản lăn cầu trước [N]
Lực cản dốc là lực cản sinh ra trong quá trình xe leo dốc
Sử dụng phần mềm mô= 10%phỏng xây dựng đượ=c mô hình lực cản mặt đường như Hình 2.23 Do nên lấy Đây là khối “Road resistence” trong Hình 2.19.
Hình 2.23 Mô hình lực cản mặt đường
Lực cản không khí là lực cản do không khí gây ra trong quá trình xe vận hành và được tính [8] như sau:
A Lực cản không khí [N]Diện tích tiết diện mặt ngang xe [
Hệ số cản không khí
Sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình lực cản không khí như Hình 2.24 Đây là khối “Air resistence” trong Hình 2.19
Hình 2.24 Mô hình lực cản không khí
Khi động cơ điện hoạt động sinh ra mô men xoắn, qua hộp số và truyền lực chính đến bánh xe tạo ra mô men chủ động làm xe chuyển động Lực dọc xuất hiện cùng chiều chuyển động Theo [7], lực dọc được tính như sau:
Hệ số bám của bánh trước à Lực dọc cầu trước [N]
Hệ số bám của bánh sau à Độ trượt của bỏnh trước Độ trượt của bánh sau Mối quan hệ giữa độ trượt và hệ số bám được thể hiện như trong đồ thị sau:
Hình 2.25 Đồ thị độ trượt – hệ số bám
44 Độ trượt trong quá trình phanh và tăng tốc được tính như sau:
Vận tốc góc bánh xe [rad/s] s Độ trượt
Sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình lực dọc bánh trước và bánh sau lần lượt là Hình 2.26 và Hình 2.27 Chúng nằm trong các khối
“Front tire” và “Rear tire” trong Hình 2.31
Hình 2.26 Mô hình lực dọc bánh trước
Gia tốc góc bánh trước:
Theo [7], gia tốc góc bánh trước được tính như sau:
Gia tốc góc bánh trước [ Trong đó:
Mô men quán tính bánh trước [ trước [Nm]
Sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình gia tốc góc bánh trước như Hình 2.28 Khối này nằm trong khối “Front tire” trong Hình 2.31
Hình 2.28 Mô hình gia tốc góc bánh trước
Gia tốc góc bánh sau:
Theo [7], gia tốc góc bánh sau được tính như sau:
ℎ Gia tốc góc bánh sau [ 2
ℎ Mô men quán tính bánh sau [
Mô men sau truyền lực chính [Nm]
Mô men phanh bánh sau [Nm]
Sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình gia tốc góc bánh sau như Hình 2.29 Khối này nằm trong khối “Rear tire” trong Hình 2.31
Hình 2.29 Mô hình gia tốc góc bánh sau
Mô men sau truyền lực chính:
Tỷ số truyền của truyền lực chính
T Mô men của động cơ điện [Nm]
Tỷ số truyền của hộp số Hiệu suất truyền lực chính
Hiệu suất ly hợp (giả sử là 100%)
Sử dụng phần mềm mô phỏng xây dựng được mô hình mô men sau truyền lực chính như Hình 2.30 Đây là khối “Transmission coefficient” trong Hình 2.31
Hình 2.30 Mô hình mô men sau truyền lực chính
Kết hợp các phương trình từ PT 2.11 đến PT 2.25, bằng phần mềm mô phỏng xây dựng được khối mô hình động lực học dọc xe như Hình 2.31 Đây là khối “Vehicle Model” trong Hình 2.33.
Hình 2.31 Mô hình động lực học dọc xe
Mô hình hệ thống động lực xe điện
Từ sơ đồ cấu trúc hệ thống được đề xuất như trên Hình 2.1, luận văn sử dụng phần mềm để xây dựng mô hình mô phỏng các khối Mô hình mô phỏng hệ thống động lực xe điện với các khối tương ứng trong Hình 2.33 Trong đó các tín hiệu đầu vào gồm có nhiệt độ môi trường lấy là 25 0 C và các dải vận tốc phổ biến trong đô thị được thể hiện trong khối “Input signal” như trong Hình 2.32
Hình 2.33 Mô hình mô phỏng hệ thống truyền động xe điện
Kết luận
Như vậy, mô hình xe điện đã được xây dựng với đầy đủ các khối cơ bản và mô hình này có thể được sử dụng để khảo sát các thông s ố vận hành của xe điện trong các điều kiện khác nhau Chi tiết việc khảo sát được trình bày trong CHƯƠNG 3 và sử dụng một số giả thiết:
- Chu trình lái đầu vào cũng được coi là chuyển động thẳng đều và không đổi trong thời gian khảo sát.
- Khi khảo sát quá trình vận hành tại các dải vận tốc, coi chuyển động là thẳng đều để đơn giản hóa thông số thời gian chạy mô phỏng.
- Do chưa tính đến quá trình phanh nên tiêu hao năng lượng chưa xét đến phanh tái tạo.
- Nhiệt độ pin thay đổi khi khảo sát chưa tính đến hệ thống làm mát cho pin.
KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC XE ĐIỆN 50
Khảo sát vận tốc cực đại và khả năng tăng tốc của xe trên đường bằng 51
Trong điều kiện xe điện chạy trong nội đô Hà Nội đường bằng với nhiệt độ môi trường 25 0 C, thời gian khảo sát là 100 giây thu được đồ thị vận tốc như trên Hình 3.1 và đồ thị gia tốc như trên Hình 3.2 Từ đó có thể thấy xe mất khoảng 17 giây để đạt vận tốc 100km/h, đạt tối đa khoảng hơn 130km/h và có gia tốc cực đại khoảng 2,5m/s 2 Trong khi đó 1 chiếc KIA Morning cũng mất khoảng 15 giây để đạt được 100km/h Có thể thấy dù mức công suất định mứ c nhỏ hơn động cơ đốt trong rất nhiều nhưng xe điện vẫn có thể đáp ứng được các thông số động lực học cơ bản như xe truyền thống Không những thế khả năng gia tốc của xe ô tô điện còn được đánh giá tốt hơn các mẫu xe động cơ đốt trong cùng phân khúc Kết quả khảo sát về gia tốc cực đại khi tăng tốc của xe thể hiện trên hình 3.2.
Hình 3.1 Đồ thị vận tốc khi tăng tốc trên đường bằng
Hình 3.2 Đồ thị gia tốc xe trên đường bằng ở 100% ga
Gia tốc cực đại của xe có thể đạt đến mức xấp xỉ 2,5m/s 2 , gần tương đương với mẫu xe Toyota Cross phiên bản động cơ đốt trong dung tích 1,8l – một mẫu xe phổ biến trong phân khúc tầm trung Điều đó cho thấy khả năng gia tốc ấn tượng của xe điện với cấu hình đã đề xuất như trên, và nó hoàn toàn có thể đáp ứng được nhu cầu về gia tốc trong điều kiện giao thông nội đô thành phố Hà Nội Từ kết quả trên Hình 3.2 cho thấy rằng gia tốc cực đại duy được duy trì trong khoảng 10 giây đầu tiên của hành trình và trong khoảng thời gian duy trì gia tốc cực đại vận tốc của xe có thể đạt đến khoảng 60km/h và điều này cho thấy rằng trong dải vận tốc phù hợp với điều kiện nội đô thành phố Hà nội thì xe hoàn toàn có thể đáp ứng được gia tốc cực đại Điều này kh ẳng định sự phù hợp về đặc tính động lực học của xe điện trong vận hành nội đô, với khả năng gia tốc lớn trong dải vận tốc thấp trong đô thị.
Khảo sát vận tốc cực đại của xe trên đường có độ dốc 10%
Một trong những điểu yếu của xe điện là mô men xoắn của động cơ điện khác với dụng động cơ đốt trong nên theo thờ i gian mô men xoắn giảm dần khi vận tốc tăng Trong điều kiện vận hành nội đô thành phố Hà Nội hiện nay có rất nhiều cầu vượt một tầng, thậm chí là hai tầ ng mà khi lên dốc xe cần mô men lớn nên khả năng động lực học c ủa xe điện khi leo dốc sẽ phải được khảo sát kỹ hơn để đánh giá tổng thể về khả năng sử dụng xe điện trong điều kiện nội đô Cùng điều kiện về nhiệt độ và thời gian khảo sát như trên, cho xe chạy trên đường dốc 10% thu được đồ thị vận tốc như Hình 3.3 Lúc này, vận tốc c ực đại của xe khoảng 76km/h Điều này phản ánh yếu điểm của xe điện với công suất nhỏ, nhưng cho thấy nó vẫn đáp ứng nhu cầu cơ bản khi vận hành nội đô với vận tốc cực đại cho phép thường xuyên là dưới 60km/h.
Hình 3.3 Đồ thị vận tốc khi xe chạy trên đường dốc 10%
Từ [8], ta có phương trình cân bằng công suất như PT 3.1
Khi trên đường bằng tính được v max = 37,61 (m/s) = 135,4 (km/h)
Khi trên đường dốc tính được v max = 20,32 (m/s) = 80,35 (km/h)
Công thức tính sai số:
Trong đó: Δ Sai số giữa kết quả mô phỏng so với kết quả lý thuyết ô tô [%]
LT Kết quả vận tốc theo lý thuyết ô tô [km/h]
MP Kết quả vận tốc theo mô phỏng [km/h]
Bảng 3.2 Bảng sai số giữa kết quả mô phỏng và công thức cổ điển
LT (km/h) MP (km/h) Δ (%) Đường bằng 135,4 133,5 1,4 Đường dốc 10% 80,35 76,35 4,98
Có thể thấy sai số giữa kết quả của quá trình khảo sát bằng mô hình mô phỏng và công thức cổ điển trong lý thuyết ô tô là chấp nhận được Điề u này chứng tỏ độ tin cậy của việc sử dụng mô hình mô phỏng để khảo sát xe điện, có thể dung được cho các nghiên cứu mở rộng sau này.
Khảo sát mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin trong 10km đường bằng với các vận tốc khác nhau khi xe đầy tải
Tiếp theo là khảo sát mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin trong 10km đường bằng ở các dải vận tốc phổ biến trong đô thị ở nhiệt độ không đổi 25 0 C trong trạng thái đầy t ải m = 726kg Kết quả về mức tiêu thụ năng lượng, chi phí cũng như sự thay đổi nhiệt độ so với môi trường của pin được thể hiện trong Bảng 3.3.
Năng lượng tiêu hao được tính theo PT 3.3.
A Năng lượng tiêu hao [Wh]
I avg Cường độ dòng điện trung bình [A]
Khối mô phỏng PT 3.6 được biểu diễn trong Hình 2.14.
Hiện nay, với giá tiền 2927 đồng/kWh – mức phí cao nhất cho điệ n sinh hoạt theo [9], thì sau 10km di chuyển trong đô thị, khoản chi phí phải trả cho lượng điện năng tiêu hao được tính theo PT 3.6.
CpChi phí chi trả năng lượng tiêu hao [VNĐ] A
Năng lượng tiêu hao [Wh]
Với mỗi vận t ốc di chuyển, tạm coi là chuyển động thẳng đều nên để đi được 10km từng vận tốc 10km/h, 20km/h, 30km/h, 40km/h, 50km/h sẽ ứng với các mốc thời gian mô phỏng 3600s, 1800s, 1200s, 900s, 720s Các dải vận tốc trên cũng là những dải vận tốc phổ biến trong đô thị.
Bảng 3.3 Mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin ở một số dải vận tốc trên đường bằng trong trạng thái đầy tải
Dải vận SOC Năng Nhiệt Sự thay đổi
SOC tiêu Chi phí nhiệt độ so với tốc lượng tiêu độ pin
(km/h) (%) (%) hao hao (Wh) (VNĐ) ( 0 C) môi trường ( 0 C)
Từ Bảng 3.3, có thể th ấy chủ xe sẽ tốn một khoản chi phí nhỏ so với xe sử dụng động cơ đốt trong, phù hợp với mứ c thu nhập của không chỉ Việt Nam mà còn của các nước đang phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phổ biến xe điện.
Kết quả mô phỏng trong Bảng 3.3 cũng cho thấy rằng dải vận tốc tối ưu về năng lượng khi di chuyển đều trong thành phố nằm trong khoảng từ 20-30km/ h Qua các thông số kh ảo sát ở mục 1.3, CHƯƠNG 1 thì dải vận tốc này là dải phổ biến cho giao thông nội đô thành phố Hà Nội Điều đó sẽ làm tăng tính kinh tế năng lượng cho xe điện với cấu hình đã được lựa chọn để khảo sát.
Kết quả về sự thay đổi nhiệt độ ắc quy khi vận hành 10km ở các điều kiện vận tốc khác nhau cho thấy rằng khối ắc quy không cần thiết phải có hệ thống làm mát trong những điều kiện thời tiết tại Việt Nam Mức tăng nhiệt độ cao nhất khi chạy 10km ở vận tốc 50km/h là khoảng 10 0 C, mức tăng này không quá lớn và nó sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của bộ ắc quy động lực.
3.4 Khảo sát mức tiêu hao năng lượ ng và sự thay đổi nhiệt độ pin trong 10km đường bằng với các vận tốc khác nhau khi xe không đầy tải
Xe tham khảo là lo ại xe điện cỡ nhỏ 2 chỗ nên xét trường hợp không đầy tải, xe chỉ có 1 người điều khiển và không có hàng hóa Khối lượng đầy tải của xe là 726kg, v ới thể trạng người Việt Nam khi bớt 1 người và hàng hóa thì khối lượng xe lúc này 626kg Vẫn khảo sát mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin trong 10km đường bằng với các vận tốc khác nhau Kết quả được thể hiện trong Bảng 3.4.
Bảng 3.4 Mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhi ệt độ pin ở một số dải vận tốc trên đường bằng trong trạng thái không tải
Dải vận SOC Năng Nhiệt Sự thay đổi
SOC tiêu Chi phí nhiệt độ so với tốc lượng tiêu độ pin
(km/h) (%) (%) hao hao (Wh) (VNĐ) ( 0 C) môi trường ( 0 C)
Các kết quả khảo sát về năng lượng tiêu thụ của xe điện ở trạng thái đầy tải và không tả i cho thấy mức chênh lệch không quá lớn nằm trong khoảng 8-10%. Điều này có thể giải thích được qua năng lượng tiêu hao vì cản lăn của ô tô, nhưng cũng khẳng định sự ổn định về năng lượng của hệ thống động lực xe điện khi tải trọng ô tô thay đổi Đối với các xe sử dụng động cơ đốt trong, khi hoạt động ở các chế độ tải trọng khác nhau thì mức tiêu hao nhiên liệu cũng sẽ khác nhau. Ởkhảo sát này, các thông số về mức tiêu hao năng lượng cũng như nhiệt độ pin là tối ưu, dẫn đến chi phí vẫn rẻ, khoảng 1000 đồng cho 10km Với mức chi phí này kể cả xe có sử dụng làm xe dịch vụ hay sử dụng như xe cá nhân vẫn phù hợp với mức thu nhập của người dân Việt Nam Ngoài ra chi phí bảo dưỡng sửa chữa của xe ô tô điện thấp hơn ô tô sử dụng động cơ đốt trong rất nhiều bởi hệ thống động lực điện không có nhiều vật tư tiêu hao cần thay thế theo định kỳ.Những yếu tố này khẳng định ưu thế về mặt kinh tế của xe điện so với xe động cơ đốt trong.
Khảo sát mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin trong 10km đường dốc 5% với các vận tốc khác nhau khi xe đầy tải
Trong quá trình di chuyển không phải lúc nào đường cũng bằng phẳng nên việc khảo sát các thông số vận hành của xe điện cũng cần được tiến hành trên đường dốc Vẫn là khảo sát mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin ở các dải vận tốc như trên trong trạng thái đầy tải, tuy nhiên đường sẽ có độ dốc 5%, là đường dốc phổ biến trong các khu vực nội đô (các cầu vượt đường bộ), và các chế độ vận tốc là các chế độ phổ biến trong khi vận hành xe ô tô điện trong nội đô thành phố Hà Nội Kết quả mô phỏng được thể hiện trong Bảng 3.5.
Bảng 3.5 Mức tiêu hao năng lượng và s ự thay đổi nhiệt độ pin ở một số dải vận tốc trên đường dốc 5% trong trạng thái đầy tải
Dải vận SOC Năng Nhiệt Sự thay đổi
SOC tiêu Chi phí nhiệt độ so với tốc lượng tiêu độ pin
(km/h) (%) (%) hao hao (Wh) (VNĐ) ( 0 C) môi trường ( 0 C)
Có thể thấy khi đầy tải và chạy trên dốc thì nhiệt độ pin tăng lên đáng kể và phần trăm SOC tụt nhanh, đặc biệt là ở các vận tốc cao Từ kết quả khảo sát trên có thể đưa ra khuyến cáo cho người sử dụng là không nên ch ở đầy tải đi trên dốc với vận tốc quá 40km/h Dải vận tốc tối ưu về mặt năng lượng khi vận hành xe trên dốc 5% nằm trong khoảng từ 20km/h đến 30km/h Điều này hoàn toàn phù hợp với các điều kiện vận hành của xe ô tô trong môi trường nội đô thành phố Hà Nội, và nó khẳng định tính kinh tế năng lượng cao của xe ô tô điện với cấu hình đã đề xuất.
Nhiệt độ của ắc quy tăng rất nhanh khi xe ô tô điện chạy trên đường dốc. Theo như kết quả khảo sát trong Bảng 3.5 thì mức thay đổi nhiệt độ có thể lên đến hơn 100 0 C, khi xe chạy với vận tốc 50km/h trên con dốc 5% Việc tăng nhiệt độ của ắc quy là hoàn toàn không mong muốn, thế nên để nâng cao hiệu quả hoạt động của xe điện cũng như là tuổi thọ của ắc quy thì khi vận hành xe điện trên dốc không nên đi với vận tốc cao Dải vận tốc tối ưu vẫn là 20km/h đến 30km/h từ góc nhìn của việc tăng nhiệt độ ắc quy và đảm bảo khả năng động lực học của xe.
Khảo sát mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin trong 10km đường dốc 5% với các vận tốc khác nhau khi xe không đầy tải
Trong điều kiện xe không tải với khối lượng 626kg, các khảo sát được tiến hành trên đường dốc 5% ở các dải vận tốc khác nhau, phổ biến trong điều kiện gaio thông nội đô Kết quả mô phỏng thu được về mức độ tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin được thể hiện trong Bảng 3.6.
Bảng 3.6 Mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin ở một số dải vận tốc trên đường dốc 5% trong trạng thái không đầy tải
Dải vận SOC đã Năng Nhiệt Sự thay đổi
SOC tiêu lượng đã Chi phí nhiệt độ so với tốc (%) hao tiêu hao (VNĐ) độ pin môi trường (độ
Mặc dù vận hành trong cùng điều kiện về nhiệt độ, đường xá, vận tốc nhưng do xe không đầy tải nên các thông số về nhiệt độ pin cũng như độ giảm SOC không cao bằng các khảo sát trong mục 3.5, tuy nhiên vẫn khuyến cáo người dùng không nên chạy với vận tốc quá 30km/h khi lên dốc.
Các thông số về năng lượng tiêu hao của 2 chế độ tải trọng khi xe leo dốc 5% cho thấy sự chênh lệch đáng kể Mức chênh lệch trung bình cho các dải vận tốc khác nhau có giá trị khoảng 14%, và mức này cao hơn nhiều so với mức chênh lệch năng lượng tiêu hao cũng của 2 chế độ tải trọng trên nhưng vận hành trên đường bằng phẳng Điều đó cho thấ y khả năng vận hành còn hạn chế về tải trọng của xe ô tô điện, và khi sử dụng xe điện người tiêu dùng nên cố gắng hạn chế tối đa các tải trọng không cần thiết để tăng mức kinh tế năng lượng cho xe điện.
Khảo sát sự thay đổi của nhiệt độ pin khi vận hành trên dốc vào mùa hè 57
Nhiệt độ luôn là yếu tố đáng phải cân nhắc khi sử dụng xe điện Việc sử dụng ô tô điện vào mùa hè tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ pin do quá nhiệt Để nghiên cứu khẳ năng hoạt động của ô tô điện trong điều kiện nhiệt độ môi trường bên ngoài cao, như mùa hè của Việt Nam, chúng ta thực hiện các các khảo sát về nhiệt độ pin xe trong các điề u kiện vận hành khắc nhiệt nhất với ô tô điện Như kết quả về các chỉ số vận hành đã khảo sát phía trên, điều kiện vận hành khắc nhiệt cho xe ô tô điện có thể chọn là leo dốc 5% vào mùa hè với nhiệt độ ngoài trời khoảng
40 0 C trong khoảng thời gian dài 5000 giây Khảo sát sẽ thực hiện ở từng dải vận tốc khác nhau và đánh giá khoảng thời gian xe vận hành khi pin đạt 100 0 C Kết quả mô phỏng được thể hiện trong bảng 3.7.
Bảng 3.7 Bảng thời gian pin đạt đến 100 0 C khi vận hành trên dốc 5% vào mùa hè
(km/h) Đầy tải Không đầy tải
Từ Bảng 3.7, có thể thấy được vào mùa hè khi phải leo dốc, người lái chỉ nên sử dụng với vận tốc không quá 20km/h Nếu sử dụng ở các vận tốc cao hơn sẽ làm quá tải nhiệt độ pin, dễ gây ra tình trạng cháy nổ Từ khảo sát này thấy được tính cấp thiết của việc tối ưu hệ thống làm mát pin xe điện Vì khoảng 20km/h đổ xuống là khoảng vận tốc an toàn nên trong Hình 3.4 thể hiện thời gian pin đạt 100 0 C ở các dải vận tốc 30km/h, 40km/h, 50km/h. Đồ thị thời gian pin đạt 1000C ở một số dải vận tốc khi lên dốc 5% vào mùa hè
Vận tốc (km/h) Đầy tải Không đầy tải
Hình 3.4 Đồ thị thời gian pin đạt 100 0 C ở một số dải vận tốc khi lên dốc 5% vào mùa hè
So sánh khảo sát vận hành trên một đoạn đường lên rồi xuống dốc và một đoạn đường thẳng trong cùng điều kiện về nhiệt độ môi trường và tải trọng ở một số dải vận tốc
Khảo sát này sẽ tiến hành trong điều kiện nhiệt độ 25 0 C ở trạng thái đầy tải ởmột số dải vận tốc Mục tiêu khảo sát là đánh giá về mức tiêu hao năng lượng và sự thay đổi nhiệt độ pin khi di chuyển từ điểm A đến điểm B cùng mốc thế năng Hai đoạn đường được lựa chọn để khảo sát là:
Hình 3.5 Hình dạng đoạn đường khảo sát
Xe sẽ chuyển động thẳng đều lên dốc rồi xuống dốc để di chuyển t ừ A đến B với góc dốc lên và góc dốc xuống không đổi là 5%, độ dài đoạn AC = CB
= 1000m, tổng quãng đường di chuyển là 2000m (Hình 3.5a). Ở khảo sát này, tiến hành mô phỏng PT 2.17 bằng cách thêm khối “Step1” biểu diễn cho quá trình lên và xuống dốc Các thông số khối “Step1” như Hình 3.6.
Hình 3.6 Thông số khối Step1
- Step time: Thời gian bước, bằng một nửa thời gian khảo sát
- Initial value: Lúc này tanα = 5%, tương ứng với quá trình lên dốc
- Final value: Lúc này tanα = -5%, tương ứng với quá trình xuống dốc
Hình 3.7 Mô hình lực cản mặt đường trong khảo sát lên rồi xuống dốc
Do chuyển động thẳng đều nên với mỗi dải vận tốc ứng với 1 thời gian di chuyển Các dải vận tốc trong khảo sát này là 20km/h, 30km/h, 40km/h, 50km/h.
Sau khi thực hiện khảo sát, dưới đây là bảng kết quả:
Bảng 3.8 Bảng kết quả khảo sát 1
Vận tốc Step time Thời gian khảo SOC Nhiệt độ pin (độ
Xe sẽ chuyển động thẳng đều từ A đến B với quãng đường AB không đổi như trong khảo sát 1 (Hình 3.5b) Quãng đường AB được tính như sau:
Do góc dốc α nhỏ nên sinα = tanα = 0,05 Tính được quãng đường AB 1997,5m Do chuyển động thẳng đều nên mỗi dải vận tốc tính được thời gian khảo sát Thực hiện khảo sát được kết quả dưới đây:
Bảng 3.9 Bảng kết quả khảo sát 2
Vận tốc (km/h) Thời gian khảo sát (s) SOC (%) Nhiệt độ pin (độ C)
So sánh đánh giá 2 khảo sát:
Có thể thấy được từ 2 khảo sát, khi di chuyển quãng đường ngắn thì mức độ tiêu hao năng lượng ở mỗi dải vận tốc gần như không thay đổi và xe di chuyển trên đường bằng sẽ tốn ít năng lượng hơn so với xe di chuyển lên rồi xuống dốc. Đồ thị so sánh mức tiêu hao năng lượng trên 2 đoạn đường khác nhau
SOC chuyển động thẳng (%) SOC lên dốc rồi xuống dốc (%)
Hình 3.8 Đồ thị so sánh mức tiêu hao năng lượng trên 2 đoạn đường khác nhau
Tuy nhiên, nhiệt độ pin có sự thay đổi rõ rệt, xe di chuyển trên đoạn đường lên rồi xuống dốc có mức tăng nhiệt độ pin cao hơn. Đồ thị so sánh mức tăng nhiệt độ pin trên 2 đoạn đường khác nhau
Vận tốc (km/h) Nhiệt độ pin chuyển động thẳng (độ C) Nhiệt độ pin lên dốc rồi xuống dốc (độ C)
Hình 3.9 Đồ thị so sánh mức tăng nhiệt độ pin trên 2 đoạn đường khác nhau
Sự chênh lệch (CL) các thông số của đường bằng (AB) so với đường lên rồi xuống dốc (ACB) được tính như sau:
Bảng 3.10 Bảng chênh lệch các thông số về SOC và nhiệt độ pin của đường bằng so với đường lên rồi xuống dốc
Vận tốc (km/h) CL SOC (%) CL nhiệt độ pin (%)
Các kết quả khảo sát cho thấy mức chênh lệch không cao về mặt năng lượng khi xe ô tô vận hành trên cung đường có thể năng đầu và cuối như nhau Điều này cũng khẳng định ưu thế của xe điện trong việc vận hành trên các cung đường nhiều đoạn lên dốc và xuống dốc Ngoài khẳ năng tiết kiện năng lượng nhờ việc điều khiển tối ưu hệ thống động lực điện thì hệ thống phanh tái tạc sẽ là yếu tố quan trọng giúp xe thu hồi năng lượng trong quá trình xuống dốc Tuy nhiên trong khuôn khổ của nghiên cứu này chưa đề cập đến hệ thống phanh tải tạo trên xe ô tô điện Nhưng mô hình ô tô điện đã xây dựng có thể sử dụng làm cơ sở để nghiên cứu các chiến lược điều khiển hệ thống phanh tái tạo, nghiên cứu khả năng động lực học của xe điện khi sự tham gia của 2 hệ thống phanh cùng lúc.
Kết luận
Sau khi thực hiện các khảo sát, có thể thấy được xe tham khảo là mẫu xe có các tính năng động lự c học phù hợp với điều kiện vận hành nội đô Thành phố
Hà Nội Nó đáp ứng đầy đủ các tiêu chí ban đầu về khả năng chuyên chở, các thông số động lực học cũng như mức tiêu hao năng lượng hợp lý và chi phí vận hành thấp.
Với mục tiêu nghiên cứu đã đặt ra, đề tài luận văn đã hoàn thành những nội dung sau:
- Tìm hiểu tổng quan, kết cấu, ưu nhược điểm của xe điện thông qua các tài liệu tham khảo cũng như các bài báo khoa học, từ đó xác định được mục tiêu, nội dung, đối tượng và phương pháp nghiên cứu luận văn Dựa trên kết quả khảo sát về tình hình giao thông đô thị thành phố Hà nồi, đề xuất được các thông số động lực học cơ bản của xe điện và lựa chọn phương pháp mô phỏng để kiểm tra tính năng động lực học của xe điện với cấu hình đề xuất.
- Nghiên cứu, tìm hiểu cơ sở lý thuyết về quá trình làm việc của các bộ phận chính trong hệ thống động lực của xe điện, từ đó xây dựng các hệ phương trình vi phân và các sơ đồ khối mô phỏng khả năng hoạt động của xe và pin bằng phần mềm chuyên dụng.
- Khảo sát các thông số động lực học cũng như năng lượng tiêu hao hay nhiệt độ thay đổi của pin, đánh giá mức độ phù hợp của xe tham khảo với điều kiện nội đô Thành phố Hà Nội Sai số của kết quả khảo sát so với công thức cổ điển nằm trong khoảng cho phép Điều này chứng tỏ phương pháp nghiên cứu đã chọn có độ tin cậy cao Các thông số về tiêu hao năng lượng và thay đổi nhiệt độ pin được đánh giá là phù hợp với điều kiện nội đô và mức thu nhập của người dân Việt Nam.
Trong nội dung luận văn này có sử dụng 1 số giả thiết:
- Các tính toán đều chưa tính đến mô men phanh, mô hình khảo sát chỉ thuần túy là các quá trình duy trì và tăng tốc độ.
- Coi hiệu suất của mô tơ là không đổi khi vận hành.
- Mô hình mô phỏng chưa bao gồm hệ thống làm mát.
- Chu trình lái đầu vào cũng được coi là chuyển động thẳng đều và không đổi trong thời gian khảo sát.
- Khi khảo sát quá trình vận hành tại các dải vận tốc, coi chuyển động là thẳng đều để đơn giản hóa thông số thời gian chạy mô phỏng.
- Do chưa tính đến quá trình phanh nên tiêu hao năng lượng chưa xét đến phanh tái tạo.
- Nhiệt độ pin thay đổi khi khảo sát chưa tính đến hệ thống làm mát cho pin.
Vì vậy sẽ làm ảnh hưởng đến các kết quả tính toán Từ những hạn chế này, trong hướng phát triển tiếp theo của đề tài (nếu có) sẽ đề cập đến:
- Tiêu hao năng lượng và phần trăm pin được nạp nhờ quá trình phanh tái tạo.
- Xây dựng hệ thống làm mát cho pin xe điện.