TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC Đ Niên khóa: 2006-2011 ĐỒ ÁN BẢO VỆ TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VÀ MƠ PHỎNG CÔNG NGHỆ HYBRID TRÊN ÔTÔ Bản quyền thuộc i Z i b o o k ★ Copyright © www.izibook.info All rights reserved CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ HYBRID 1.1 Khái quát công nghệ hybrid xe 1.1.1 Khái niệm chung Xe hybrid dòng xe sử dụng tổ hợp hai nguồn động lực, thường kết hợp động đốt (xăng, diesel, khí hóa lỏng…) với mô-tơ điện lấy lượng điện từ ắc quy cao áp Mục đích dùng mơ-tơ điện hỗ trợ thay động đốt (ĐCĐT) để kéo xe thời điểm mà ĐCĐT làm việc không hiệu (suất tiêu hao nhiên liệu cao, phát thải lớn, gia tốc kém) trình khởi động, gia tốc tăng tốc Hay nói cách khác giúp cho ĐCĐT làm việc vùng làm việc tối ưu Như hình 1.2 ta thấy ĐCĐT làm việc tối ưu vùng tương đối hẹp: tốc độ khoảng 2600v/ph tới 3400v/ph với suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 255 (g/kWh) Cịn thể hình 1.1 thấy đặc tính ĐCĐT khác biệt xa so với đặc tính lý tưởng cần phải dùng hộp số đa cấp hay hộp số tự động để có đặc tính tốt thể hình 1.3 Điều làm tăng kích thước, khối lượng giá thành hộp số Hình 1.1: Đặc tính lực kéo-tốc độ với công suất yêu cầu động xăng [6] SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc ĐH Bách Khoa Hà Nội www.izibook.info iZibook ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Động đốt Hình 1.2: Đặc tính tiêu hao nhiên liệu động xăng [6] Hình 1.3: Đặc tính lực kéo-tốc độ với hộp số tự động xe [6] Cịn với mơ-tơ điện, đặc tính thể hình 1.4 Có thể thấy mơ-tơ điện có đặc tính gần sát với đặc tính lý tưởng Thơng thường mô-tơ điện khởi động từ tốc độ Khi tăng tới tốc độ sở nó, điện áp tăng theo dịng khơng đổi Khi tốc độ cao tốc độ điện áp khơng đổi cịn dịng yếu Kết cho công suất đầu không đổi mô- men giảm theo đường hyperbol theo tốc độ Do hệ dẫn động đơn cấp hay hai cấp sử dụng để thỏa mãn lực kéo yêu cầu xe SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc ĐH Bách Khoa Hà Nội www.izibook.info iZibook ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ mơn: Động đốt Hình 1.4: Đặc tính mơ-tơ điện [6] Hình 1.5: Lực kéo xe có động xăng với hộp số cấp mô-tơ điện với hệ dẫn động cấp [6] SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng Quốc Ngọc ĐH Bách Khoa Hà Nội www.izibook.info Hình 1.5 cho thấy so sánh cụ thể mơ-tơ điện ĐCĐT Để có đặc tính sát với lý tưởng ĐCĐT cần hộp số cấp cịn mơ-tơ điện cần hộp số cấp Ngồi vai trị giúp cho ĐCĐT hoạt động vùng tối ưu mơtơ điện xe hybrid có vai trị quan trọng thứ hai thu hồi lại lượng (động năng) cho xe để nạp lại vào ắc quy trình xe giảm tốc hay phanh, chức “phanh tái sinh” Khi kết hợp hai nguồn động lực kết đầu cho đặc tính thể hình 1.6: Hình 1.6: Đặc tính lực kéo, cản – tốc độ xe đường dốc [6] 1.1.2 Xu hướng phát triển xe hybrid Sự phát triển phương tiện giao thông khu vực giới nói chung khơng giống nhau, nước có quy định riêng nồng độ phát thải khí thải xe , có xu hướng bước cải tiến chế tạo loại ôtô mà mức phát thải ô nhiễm thấp giảm tối thiểu tiêu hao nhiên liệu Điều trở nên cấp thiết mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập người dân lại tăng không đáng kể Các xe chạy nhiên liệu hóa thạch tràn ngập thị trường số tác nhân lớn gây nhiễm mơi trường , làm cho bầu khí ngày xấu đi, hệ sinh thái thay đổi Vì việc tìm phương án để giảm tối thiểu lượng khí thải gây nhiễm mơi trường vấn đề cần quan tâm ngành ơtơ nói riêng người nói chung Ơtơ khơng gây nhiễm mục tiêu hướng tới nhà nghiên cứu chế tạo ôtô ngày Có nhiều giải pháp công bố năm gần đây, hoàn thiện trình cháy động cơ, sử dụng loại nhiên liệu khơng truyền thống cho ơtơ LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, lượng mặt trời, ôtô dùng động lai (hybrid) Trong số giải pháp cơng nghệ xe sử dụng công nghệ hybrid ứng dụng ngày phổ biến cho hiệu cao 1.1.3 Ơtơ hybrid Xuất từ đầu năm 1990 nay, ôtô hybrid nghiên cứu phát triển giải pháp hiệu tính kinh tế mơi trường Có thể nói, cơng nghệ hybrid chìa khố mở cánh cửa tiến vào kỷ ngun ơtơ, ơtơ hạn chế tối đa việc gây ô nhiễm môi trường, giảm tiêu hao nhiên liệu tối thiểu hay cịn gọi ơtơ “sinh thái” mà sử dụng ĐCĐT, loại động chưa thể thay nhiều năm tới Hình 1.7: Mơ hình xe hybrid Với ưu điểm bật nêu, ôtô hybrid quan tâm nghiên cứu chế tạo nhiều nhà khoa học hãng sản xuất ôtô giới Ngày có nhiều mẫu ơtơ hybrid xuất thị trường có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ơtơ Ơtơ sử dụng Hydrogen, ơtơ điện, ôtô chạy lượng mặt trời mặt trời tồn số nhược điểm định, chưa dễ thực với thực trạng đất nước ta Trong bối cảnh ơtơ hybrid (nhiệt - điện) kết hợp ĐCĐT mô-tơ điện coi phù hợp giai đoạn đón đầu xu phát triển ôtô “sạch”, nhằm đáp ứng yêu cầu khắt khe môi trường đô thị nguy cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên sử dụng loại xe hybrid hoạt động phạm vi thành phố, khu du lịch vận hành loại đường dài hàng trăm kilômet tương đối phẳng Chứ sử dụng ôtô hybrid thay hẳn loại ơtơ khác khả hoạt động điều kiện khác tính cơng nghệ cịn nhiều hạn chế, khó vấn đề nguồn dự trữ lượng điện để cấp cho mơ-tơ điện, dùng loại ắc quy thơng thường số lượng bình nhiều, kích thước khối lượng lớn Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp chúng em tìm hiểu nghiên cứu dịng ơtơ hybrid (nhiệt-điện) kết hợp ĐCĐT mô-tơ điện loại ôtô hybrid thông dụng 1.2 Tìm hiều số dạng dẫn động hybrid 1.2.1 Hệ thống hybrid nối tiếp 1.2.1.1 Khái niệm Hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp (Series hybrid electric drive train) hệ thống dẫn động cho xe hybrid xe kéo mơ-tơ điện Mô-tơ điện cung cấp lượng từ hai nguồn là: Ắc quy máy phát điện dẫn động ĐCĐT Hệ thống dẫn động nối tiếp đơn giản hình 1.8 Hình 1.8: Sơ đồ hệ dẫn động hybrid nối tiếp Bánh xe kéo mô tơ điện Mô-tơ điện lấy lượng từ nguồn ắcqui máy phát dẫn động ĐCĐT Cụm ĐCĐT/máy phát (ĐCĐT/MP) có nhiệm vụ giúp ắc quy bổ sung lượng cho mô-tơ kéo công suất tải yêu cầu lớn nạp cho ắc quy công suất tải yêu cầu nhỏ dung lượng ắc quy thấp Bộ điều khiển mô-tơ để điều khiển mô-tơ kéo sinh lượng phù hợp với yêu cầu xe Sự hoạt động xe (gia tốc, khả leo dốc, tốc độ lớn nhất) định hồn tồn kích thước đặc tính mô-tơ kéo dẫn động Với sơ đồ kết nối đặc tính xe hybrid có dạng ví dụ mơ-tơ điện thể hình 1.3 Hình 1.9: Đặc tính tốc độ - mơmen công suất – mômen mô-tơ điện [6] 1.2.1.2 Nguyên lý hoạt động Trong hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp, cụm ĐCĐT/MP phần khí tách rời với trục bánh xe Tốc độ mô-men ĐCĐT không phụ thuộc vào tốc độ mômen kéo yêu cầu xe, điều khiển điểm làm việc vùng tốc độ - mơmen Thơng thường động đốt điều khiển vùng làm việc tối ưu nó, vùng mà nhiên liệu tiêu thụ khí thải phát động nhỏ nhất, thể hình 1.4 Lí tách rời phần khí ĐCĐT với trục bánh xe nhằm để ĐCĐT làm việc vùng tối ưu đặc tính ĐCĐT thay đặc tính mơ-tơ điện Tuy nhiên, phụ thuộc nhiều vào chế độ làm việc động điều khiển chiến lược hệ dẫn động Hình 1.10: Đặc tính ĐCĐT vùng hoạt động [6] a/ Chế độ kéo hỗn hợp Khi cần yêu cầu công suất lớn (khi lái xe đạp sâu chân ga) lúc lượng cụm ĐCĐT/MP nguồn lượng từ ắc quy cấp lượng cho mô-tơ điện hoạt động Trong trường hợp này, động đốt điều khiển để làm việc vùng tối ưu Nguồn lượng từ ắc quy cung cấp công suất thêm để đáp ứng công suất kéo yêu cầu Dạng hoạt động biểu diễn sau: Pyc = Pđcđt/mp + Paq(PPS) (1.1) Ở đó, Pyc cơng suất u cầu người lái (đạp chân ga) Pđcđt/mp công suất cụm ĐCĐT/MP Paq công suất nguồn ắc quy b/ Chế độ có nguồn lượng ắc quy cung cấp cho mô-tơ điện