Mô phỏng động lực học xe tesla model s với matlab simulink

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC XE TESLA MODEL S VỚI MATLAB/SIMULINK GVHD: TS NGUYỄN VĂN LONG GIANG SVTH: TĂNG VĂN THÀNH VÕ NHẬT THIÊN SKL011032 Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC XE TESLA MODEL S VỚI MATLAB/SIMULINK SVTH : TĂNG VĂN THÀNH MSSV : 19145462 SVTH : VÕ NHẬT THIÊN MSSV : 19145464 Khóa : 2019 – 2023 Ngành : CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD : TS NGUYỄN VĂN LONG GIANG TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC XE TESLA MODEL S VỚI MATLAB/SIMULINK SVTH : TĂNG VĂN THÀNH MSSV : 19145462 SVTH : VÕ NHẬT THIÊN MSSV : 19145464 Khóa : 2019 – 2023 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD : TS NGUYỄN VĂN LONG GIANG TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài: 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Vấn đề ô nhiễm khí thải phát triển ô tô điện 10 2.2 Lịch sử phát triển 11 2.3 Phân loại xe điện 13 2.3.1 HEV (Hybrid Electric Vehicle - xe Hybrid) 13 2.3.2 PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle – xe Hybird có sạc) 14 2.3.3 BEV (Battery Electric Vehicle – xe điện) 15 2.3.4 FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle – xe điện hydro) 16 2.4 Thành phần chính xe điện 17 2.4.1 Nguồn điện 17 2.4.2 Bộ chuyển đổi DC/DC 21 2.4.3 Động điện 24 2.4.4 Hệ thống phanh tái sinh phân loại 31 2.4.5 Bộ biến tần 40 2.4.6 Pin phụ trợ 41 2.4.7 Bộ làm mát Pin 42 2.4.8 Hộp số 43 2.5 Giới thiệu xe tesla model S P85 45 2.5.1 Công ty Tesla 45 2.5.2 Mẫu xe Tesla Model S P85 46 2.6 Các lực tác dụng lên xe trường hợp tổng quát 48 Hình 3.46 Đồ thị vận tốc thực tế so với mong muốn Kết mô vận tốc hình với đường hồng biểu diễn vận tốc xe mong muốn chu trình FTP-75 đường màu vàng biểu diễn vận tốc thực tế xe đạt Ta thấy quy luật thay đổi gần trùng nhau, nghĩa kết mô đáp ứng với yêu cầu người lái xe Bên cạnh có sai số vùng cao thấp độ thị phần địa hình lúc có độ dốc khó điều khiển điều khiển PI chưa đáp ứng thông số KP, KI Hình 3.47 Đồ thị gia tốc xe 84 Kết mô gia tốc xe đồ thị Vì đầu vận tốc hai trường hợp tương tự nên gia tốc gần giống Gia tốc lúc lớn trường hợp lý tưởng trình tăng tốc hay giảm tốc trường hợp lớn Hình 3.48 Đồ thị quãng đường xe Kết mô quãng đường xe đồ thị Vì đầu vận tốc hai trường hợp tương tự nên quãng đường gần giống Quãng đường chưa tới 18Km ít so với trường hợp lý tưởng, giải thích cho việc lúc vận tốc đầu có lúc vận tốc âm (xe thụt lùi) điều khiển chưa đủ tốt vào thời điểm vận tốc gần khơng Hình 3.49 Đồ thị cơng suất động 85 Kết mô công suất động đồ thị Phần dương công suất trường hợp leo dốc lớn phần dương công suất trường hợp lý tưởng, lúc xe leo dốc cần công suất lớn Phần âm công suất trường hợp leo dốc bé phần âm công suất trường hợp lý tưởng, lúc lực cản lăn lớn ta cần lực phanh nhỏ để xe giảm tốc nên công suất nạp điện lại động bé trường hợp lý tưởng Hình 3.50 Đồ thị moment xoắn động Kết mô moment xoắn động Moment kéo động trường hợp leo dốc lớn moment sinh trường hợp lí tưởng Moment tái sinh ngược lại bé trường hợp lý tưởng Hình 3.51 Đồ thị công suất Pin 86 Kết mô công suất pin đồ thị Ta thấy leo dốc phần công suất dương Pin lớn lơn trường hợp lý tưởng xe cần công suất lớn để đáp ứng vận tốc mong muốn Phần công suất âm, xe leo dốc lực cản lăn lớn nên lực phanh nhỏ dẫn đến công suất phanh trường hợp bé trường hợp lý tưởng 87 Hình 3.52 Đồ thị trạng thái sạc SOC Kết độ thị trạng thái sạc (SOC) đồ thị Phần trăm pin lại trường hợp 33% thấp trường hợp lý tưởng (còn 87%) Sự khác leo dốc xe cần lượng lớn nên tốn nhiều điện Hình 3.53 Đồ thị tiêu hao lượng 88 Kết mô tiêu hao lượng nguồn Tương tự trạng thái sạc lượng điện tiêu hao 58KWh ít nhiều so với trường hợp lý tưởng Suất tiêu hao nhiên liệu với trường hợp 1,5 KWh/Km Hình 3.54 Đồ thị dịng điện nguồn Kết mơ dịng điện đồ thị Dòng điện nguồn Pin cung cấp trường hợp leo dốc lớn với dòng điện nguồn Pin trường hợp lý tưởng cơng suất động u cầu lớn Hình 3.55 Đồ thị điện áp nguồn 89 Kết mô điện áp nguồn hình Điện áp trung bình trường hợp leo dốc tương tự điện áp trung bình trường hợp lý tưởng 3.4.3 Kết mô trường hợp xe mắc phụ tải Ở nhóm mơ xe mắc phụ tải trường hợp lý tưởng so sánh với trường hợp lý tưởng, nên thông số động lực học tương đối giống nhau, ta xét đến phần nguồn điện động Hình 3.56 Khối điện trở Vì để dễ thực mơ phỏng, nhóm chọn điện trở thay mô giống thiết bị thực tế xe Hình 3.57 Đồ thị cơng suất Pin Kết mô công suất Pin, mắc phụ tải công suất cực đại trường hợp 270KW lớn so với trường hợp lí tưởng (Công suất cực đại 265KW) 90 Hình 3.58 Đồ thị trạng thái sạc SOC Kết mô đồ thị trạng thái sạc Pin, mắc phụ tải phần trăm Pin lại 83% thấp so với trường hợp lý tưởng 87% Sự chênh lệch nguồn cung cấp lượng vào tải Hình 3.59 Đồ thị tiêu hao lượng Kết mô tiêu hao lượng nguồn Tương tự trạng thái sạc lượng điện lại 71 KWh ít so với trường hợp lý tưởng (còn 74KWh), lượng 91 điện chênh lệch phải cung cấp cho phụ tải Suất tiêu hao nhiên liệu trường hợp 0,77 KWh Hình 3.60 Đồ dịng điện Pin Kết mơ dịng điện Pin Do cung cấp thêm dòng cho phụ tải nên dòng trường hợp cao so với tải trường hợp lý tưởng Hình 3.61 Đồ thị điện áp Pin 92 93 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận Thơng qua đề tài nghiên cứu nhóm có kiến thức tổng quát cấu tạo, thành phần xe điện, lý thuyết động lực học xe cụ thể lực tác dụng lên xe chuyển động, nắm rõ phần mềm MATLAB/Simulink, đồng thời ứng dụng để mơ hình hóa chi tiết xe mô động lực học Các kết mà nhóm đạt sau: Tìm hiểu chung xe điện: Trình bày lịch sử hình thành phát triển xe điện năm qua, vấn đề nhiễm tình hình phát triển xe điện nay, nắm rõ loại xe điện, cấu tạo nguyên lý phận chính nguồn pin, biến tần, chuyển đổi, Bên cạnh đó, cịn tìm hiểu cơng ty Tesla dịng xe Tesla Model S Thực mơ hình hóa mô chi tiết dựa phần mềm MATLAB Simulink: Mơ hình hóa lại chi tiết xe điện, điều chỉnh thông số tham số hệ thống để nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tương tác thành phần Cung cấp cho nhóm nhìn sâu sắc tương tác yếu tố khác hệ thống, tác động hệ thống phanh tái tạo lượng đến sạc lại pin, tương tác motor điện điều khiển Bên cạnh kiến thức chuyên ngành, đề tài giúp nhóm học kỹ mềm kỹ làm việc nhóm, kỹ quản lý thời gian, giải vấn đề, khả làm luận hoàn chỉnh 4.2 Hướng phát triển đề tài Mặc dù kết mô tương đối so với thực thể, cịn số hạn chế Một hạn chế lớn thông số chưa thay đổi phù hợp với thực tế, sử dụng theo tiêu chuẩn lý tưởng Đồng thời, đồ án kết nghiên cứu ban đầu, cần phát triển nghiên cứu thêm để ứng dụng vào thực tiễn cách tốt Dù hoàn thành nội dung bản, đề tài mơ cịn thách thức lớn xe điện lĩnh vực phức tạp khó khăn Vì vậy, để phát triển đề tài có số hướng mà xem xét: Việc thay động chiều khối motor ba pha, nhằm tăng tính thực tế đáp ứng tốt với yêu cầu vận hành xe điện Việc tích hợp mơ hình motor ba pha vào mô giúp phân tích đánh giá hiệu suất hiệu hệ thống cách chính xác Bên cạnh đó, cần phải thay đổi nhiều mơi trường, nhiều trạng thái đầu vào để phân tích cách đa chiều xác đáng Cuối cùng, để nghiên cứu mô rộng 94 lĩnh vực xe điện, ta thêm model xe điện khác để tìm hiểu đánh giá yếu tố quan trọng khác hệ thống quản lý lượng, hệ thống treo, hệ thống lái,… 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ahmed Abd El Baset Abd El Halim (2022), Electric vehicles: a review of their components and technologies, Ain Shams University, Cairo, Egypt [2] Dương Tuấn Tùng, Huỳnh Phước Sơn, Hồ Dương Duy Anh, Ngô Quang Thành (2022), Research on Simulation of Regenerative Braking System Based on Actual Driving Cycle, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam [3] Gerard Sabarich Mir (2020), Modeling And Control Of An Electric Vehicle, Barcelona [4] Andrzej Stępniewski, Jerzy Grudziński, Monika Krzywicka, Anna Stankiewicz(2015), Dynamics Model of a Vehicle with DC Motor, University of Life Sciences in Lublin [5] Huỳnh Quốc Việt1, Ngô Thị Ngọc Thắm2 , Đinh Tấn Ngọc1, Trần Đình Việt2 (2022), Application of Matlab/Simulink to Model and Simulate the Extended – Range Electric Vehicles, 1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, Việt Nam, 2Trường Đại học Trần Đại Nghĩa, Hồ Chí Minh, Việt Nam [6] PowerTech, Lithium-Ion State of Charge (SoC) measurement https://www.powertechsystems.eu/home/tech-corner/lithium-ion-state-of-charge-SoCmeasurement/ [7] https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_electric_vehicle [8]https://www.epa.gov/vehicle-and-fuel-emissions-testing/dynamometer-driveschedules [9] https:/evcompare.io/cars/tesla/tesla_model_s_p85 [10] Siddharth K Patil (2022), Regenerative Braking System in Automobiles, Vishwakarma Institute of Information Technology, Pune, Maharashtra, India [11] https://www.faistgroup.com/news/electric-vehicles-thermal-cooling-systems/ [12] Vyas Singh Chauhan (2017), Master Thesis on ‘Simulation of Electric Vehicle Including Different Power Train Components’, Czech Technical University, Prague [13] Rajesh Siyal (2021), State of Charge Estimation https://skill-lync.com/studentprojects/week-7-state-of-charge-estimation-82 [14] Trần Quốc Đảng, Nguyễn Trung Kiên (2015), Lý thuyết ô tô, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, Việt Nam [15] Nguyễn Công Vinh (2017), Mơ Hình Hóa Mơ Phỏng Động Lực Học Ơ Tô Bằng Phần Mềm Matlab - Sinulink Và Carsim, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng,Việt Nam 96 [16] Deepak Gaur (2021), Simulation of Battery Management Systemhttps://skilllync.com/student-projects/simulation-771 [17] Hermann J Stadtfeld (2020), Introduction to Electric Vehicle Transmissions, the Technical University of Ilmenau, Germany 97 S K L 0