Ứng dụng simscape trong mô phỏng điều khiển xe hybrid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT Ô TÔ ỨNG DỤNG SIMSCAPE TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID GVHD: ThS HUỲNH QUỐC VIỆT SVTH: NGUYỄN TRƯỜNG GIANG SKL009379 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG SIMSCAPE TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID SVTH: NGUYỄN TRƯỜNG GIANG MSSV: 181454347 GVHD: ThS HUỲNH QUỐC VIỆT Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 Trong trình xe hoạt động, mức SOC giảm dần 40% sau giây, máy phát điện cung cấp lại lượng điện cho pin để tránh trường hợp lượng pin cạn kiệt trình vận hành Kết cho thấy, xe hoạt động mà mức SOC tụt xuống ngưỡng (40%) định sẵn cụm động đốt máy phát hoạt động để cung cấp lượng lại cho pin đáp ứng phần lượng mà xe yêu cầu 5.3 Trường hợp xe hoạt động hybrid (vừa sử dụng điện vừa sử dụng động đốt trong) mức SOC ngưỡng cho phép Ta mô sau xe chạy thời gian dài mức SOC pin tụt xuống ngưỡng cho phép pin để đánh giá trình hoạt động xe giai đoạn Ta mô với Driver Cycle Hình 5.12 Sự thay đổi độ mở bướm ga trường hợp SOC 30% Lúc động đốt hoạt động chiến thuật ta đề mức SOC 40% động bật Ta có mục tiêu bướm ga 30% mức PID nhận 32.5% với mức sai số 2.5% tương ứng với 8.3% Như với kết PID chấp nhận đáp ứng yêu cầu đặt với mức đáp ứng nhanh gần khơng có độ trễ Thời gian khôi phục từ vọt lố để đáp ứng giây tổng 15 giây xe chạy tương ứng 6.6% mơ 77 Hình 5.13 Tốc độ quay động đốt trường hợp SOC 30% Tốc độ động đốt tăng dần từ lên đến khoảng 4300 vòng/phút dần ổn định giây thứ 10 Hình 5.14 Tốc độ quay máy phát điện trường hợp SOC 30% Tốc độ máy phát tăng dần từ lên đến khoảng 6450 vòng/phút dần ổn định giây thứ 10 78 Hình 5.15 Điện áp máy phát trường hợp SOC 30% Lúc dòng điện máy phát phát với mức điện áp thấp (51.5 (V)) điện áp tối đa cung cấp (64.5 (V)) để nạp cho pin Nguyên nhân lúc SOC pin cịn khoảng 30% nên khơng đủ lượng cung cấp cho mơ tơ điện, máy phát phải bù phần lượng thiếu mà pin phải cung cấp để trì vận hành xe Phần lượng cịn dư lại nạp lại cho pin Hình 5.16 Dòng điện pin trường hợp SOC 30% 79 Do lúc đầu tải cần thiết cho xe khởi động lớn, buộc pin máy phát phải cung cấp lượng xe khởi động Sau lượng từ pin giảm dần chuyển sang trạng thái sạc với nguồn cung cấp lượng máy phát điện Dòng sạc cho mức SOC 30% khoảng (A) đến 11 (A) Hình 5.17 Mức SOC trường hợp SOC 30% Lúc đầu SOC tụt xuống lúc xe tăng tốc từ vị trí dừng nên cần nhiều lượng nên pin phải rút lượng để cung cấp, sau xe cần lượng nên có máy phát cung cấp lượng, phần lượng máy phát dư chuyển sang nạp lại cho pin Kết cho thấy, mức SOC tụt xuống ngưỡng cho phép máy phát phải cung cấp lượng nhiều để bù đắp phần hao hụt pin bị cạn kiệt Và ta thấy điện sạc mà máy phát cung cấp cho pin phù hợp với thực tế 80 5.4 Trường hợp xe hoạt động hybrid trường hợp SOC ngưỡng cho phép 60% Tiếp theo giai đoạn mức SOC tăng dần lên đến 60%, bắt đầu driver cycle vừa lái vừa sạc để xem thay đổi dòng điện sạc pin Hình 5.18 SOC trường hợp SOC 60% Đây mức SOC 60% chạy với chế độ hybrid (vừa chạy động điện vừa chạy động đốt trong) Ta thấy lúc đầu phải cung cấp lượng lớn nên mức SOC tụt lại lượng pin sạc nguồn cấp dịng điện máy phát Hình 5.19 Điện áp máy phát trường hợp SOC 60% 81 Lúc mức SOC pin cao nên máy phát cần cung cấp lượng cho mơ tơ điện nên lúc máy phát phát dòng điện lớn để cung cấp lượng sạc lại cho pin Dòng điện mà máy phát phát khoảng 64.2 (V) Hình 5.20 Dịng điện pin trường hợp SOC 60% Ta thấy dịng điện nạp pin mức khoảng (A) đến 10.5 (A) giảm nhiều so với mức SOC thấp Kết cho thấy, pin sạc lên đến mức SOC cao dịng điện cung cấp lại cho xe từ máy phát giảm dần thay vào pin tăng lượng cung cấp cho xe Dòng áp sạc cho pin giảm mức SOC tăng lên 82 5.5 Trường hợp xe sạc đến ngưỡng động đốt dừng hoạt động Trường hợp ta mô trình sau mức SOC nạp đến ngưỡng top (70%) động đốt tắt, xe trở chạy với chế độ động điện Ta chạy driver cycle 30 giây xét sau 20 giây mức SOC lên đến mức SOC 70% Hình 5.21 Sự thay đổi bướm ga mức SOC 70% Ta thấy mô tơ bướm ga đáp ứng yêu cầu đặt Đến 20 giây, lúc mà SOC đạt ngưỡng top bướm ga trở vị trí cụm động đốt máy phát tắt ngừng hoạt động Ta có mục tiêu bướm ga 30% tụt sau SOC đạt ngưỡng mức PID nhận 32% với mức sai số 2% tương ứng với 6.6% động đốt hoạt động mức PID nhận -2% với mức sai số 2% tương ứng với 6.6% động đốt tắt Như với kết PID chấp nhận đáp ứng yêu cầu đặt với mức đáp ứng nhanh gần khơng có độ trễ Thời gian khôi phục từ vọt lố để đáp ứng giây tổng 30 giây xe chạy lần bật tắt bướm ga tương ứng 6.6% mơ 83 Hình 5.23 Tốc độ động đốt sau 30 giây dừng lại Động đốt chạy đạt tốc độ ổn định khoảng 4300 vòng/phút sau có tín hiệu tắt máy máy phát giảm dần Hình 5.22 Tốc độ máy phát sau 30 giây dừng lại Máy phát chạy đạt tốc độ ổn định khoảng 6450 vòng/phút Sau bướm ga tắt động đốt động đốt giảm dần tốc độ 84 Hình 5.25 Điện áp máy phát sau động tắt Theo dịng điện mà máy phát phát từ 64.5 (V) giảm dần (V) sau động đốt dừng hoạt động Hình 5.24 Dịng điện pin trường hợp SOC 70% 85 Khoảng từ đến 20 giây pin trạng thái nạp với nạp mức SOC gần 70% khoảng (A) đến (A) Sau 20 giây động đốt tắt pin thay máy phát cung cấp lượng giúp cho xe hoạt động Vì giai đoạn xe chạy ổn định nên mức pin xả khoảng (A) để giúp cho xe hoạt động Hình 5.26 SOC trường hợp SOC 70% Mức SOC suốt trình chạy trường hợp Sau sạc lên đến mức 70% động tắt mức SOC lại tụt dần xe tiêu thụ lượng Kết mô cho thấy, pin sạc đến ngưỡng top bướm ga nhận tín hiệu đóng bướm ga, cụm động đốt máy phát dừng hoạt động Lúc xe trợ lại chế độ chạy điện 86 5.6 Trường hợp cân pin Ta mơ q trình cân pin để đánh giá chai pin tác nhân từ nhiệt độ tuổi thọ Ta mô trường hợp mức SOC pin thứ 60% chênh lệch với pin cịn lại 30% Hình 5.27 Điện áp máy phát trường hợp cân pin Lúc đa số mức SOC thấp nên máy phát phải đáp ứng cầu lượng từ mơ tơ điện nên nạp cho pin dịng điện khoảng 53.6 (V) Hình 5.28 Dịng điện pin trường hợp cân pin 87 Lúc chênh lệch mức SOC pin nên dòng nạp pin khác Do pin có mức SOC cao nhiều so với pin lại nên mức nạp pin khoảng (A), cịn pin cịn lại nạp trì với dòng điện khoảng 10 (A) Dần dần theo thơi gian SOC pin cân Hình 5.29 Mức SOC pin trường hợp cân pin Nhìn hình ta thấy mức SOC cao nên mức xả pin sâu pin lại mức độ nạp vào chênh lệch nhiều Kết cho ta thấy được, pin bị cân điều khiển nhận tín hiệu tiến hành cân lại pin xả pin có mức SOC cao nhằm cân lại mức SOC cho hệ thống pin nạp pin có mức SOC thấp nạp nhiều pin cân lại 88 CHƯƠNG KẾT LUẬN 6.1 Kết luận Trải qua trình làm việc nghiên cứu, có gặp phải nhiều khó khăn nhờ vào giúp đỡ nhiệt tình từ giáo viên hướng dẫn, thầy Huỳnh Quốc Việt, cuối em mô thành công xe hybrid kiểu nối tiếp Đồ án giúp em có nhìn tổng quan xe hybrid nối chung kiểu nối tiếp nói riêng, giúp cho em có kiến thức mà khơng phải lúc có điều kiện tìm hiểu nghiên cứu Thơng qua đồ án: “Ứng dụng Simscape mô điều khiển xe Hybrid” em thấy chế độ xe vận hành mức SOC khác pin Qua nhìn thấy thay đổi dòng điện điện áp pin trình cân pin Xe hybrid xe điện xu hướng mà toàn thể ngành công nghiệp ô tô muốn hướng đến phát triển Đồ án giúp ích phần cho công việc giảng dạy nghiên cứu giáo viên giúp cho sinh viên hiểu rõ cách thức hoạt động suất tiêu hao nhiên liệu xe hybrid Đồ án cịn phát triển theo nhiều hướng khác như: cải thiện quãng đường thời gian xe chạy, đánh giá thêm số khác động điện, động đốt máy phát,… Đồ án mô xe hybrid kiểu nối tiếp bao gồm mô trường hợp sau: - Trường hợp xe chạy điện - Trường hợp xe chạy hybrid (vừa chạy điện vừa chạy động đốt trong) - Trường hợp cân dung lượng pin - Trường hợp bật – tắt động đốt mức SOC đạt đến mức thiệt lập sẵn Trong trình làm đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong q thầy/cơ thơng cảm góp ý để em rút kinh nghiệm bổ sung thêm kiến thức mà em cịn thiếu sót vào hành trang tri thức em sau em bước chân vào làm việc 6.2 Kiến nghị Trong thời gian làm đồ án cịn nhiều khó khăn mặt kiến thức, tài liệu, khả ứng dụng phần mềm, nên đồ án làm cịn chưa thật hồn hảo, đầy đủ đa dạng Nếu phát triển thêm mô em tin mơ thể thực tế rõ ràng xe hybrid hoàn chỉnh 89 Với mô chỉnh sửa nhiều lần góp ý từ giáo viên hướng dẫn, em xin kiến nghị lên khoa xem xét sử dụng đề tài để: - Làm tài liệu tham khảo cho sinh viên khóa sau để em cải tiến thêm nội dung bên 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO Huỳnh Quốc Việt, Design Series Hybrid, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh TS Lê Văn Tụy (2007), Giáo trình kỹ thuật ô tô hybrid, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Shuvra Das (2021), Modeling for Hybrid and Electric Vehicle Using Simscape Amir Khajepour, Saber Fallah, Avesta Goodarzi (2014), Electric and Hybrid Vehicle Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội – 2004 Đại học đỏ / khoa ô tô, Hệ thống truyền lực ô tô Hybrid nối tiếp,http://oto.saodo.edu.vn/tin-moi/he-thong-truyen-luc-o-to-hybrid-noi-tiep430.html Mạch điện từ.org, Bình ắc quy nạp phương pháp?, https://machdientu.org/binh-ac-quy-co-the-nap-bang-bao-nhieu-phuong-phap 91