chương 2 xe lai điện (HEV)

CHƯƠNG 2: XE LAI ĐIỆN (HEV) Ưu điểm EV: Hiệu suất năng lượng cao hơn và không gây ô nhiễm môi trường. Nhược điểm EV: Đặc tính hoạt động Giới hạn hoạt động trên một lần sạc ắc quy Đặc điểm xe lai điện (HEV): Ø Sử dụng hai nguồn năng lượng Ø Một nguồn năng lượng sơ cấp và một nguồn năng lượng thứ cấp Ø Có ưu điểm của cả EV và ICE đồng thời khắc phục được các nhược điểm của chúng. 2.1 KHÁI NIỆM HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HEV Các khái niệm: Ø Một xe mà có hai hoặc hơn hai nguồn năng lượng và bộ chuyển đổi năng lượng thì được gọi là xe lai. Ø Một chiếc xe lai với một bộ dẫn động điện (nguồn năng lượng và các bộ chuyển đổi năng lượng) thì được gọi là HEV. Các yêu cầu: Ø Cung cấp đầy đủ năng lượng Ø Tích trữ đủ năng lượng Ø Hiệu suất phải cao Ø Ô nhiễm môi trường Hệ thống truyền động xe lai điện Các phương án kết hợp các dòng công suất: 1. Chỉ có bộ phận truyền động 1 truyền công suất đến tải. 2. Chỉ có bộ phận truyền động 2 truyền công suất đến tải. 3. Kết hợp cả hai bộ phận truyền động 1 và 2 truyền công suất cùng lúc đến tải. 4. Bộ phận truyền động 2 thu công suất từ tải (quá trình phanh tái sinh). 5. Bộ phận truyền động 2 thu được công suất từ bộ phận truyền động 1. Các phương án kết hợp các dòng công suất: 6. Bộ phận truyền động 2 thu công suất cùng lúc từ tải và từ bộ truyền động 1. 7. Bộ phận truyền động 1 phân phối công suất đến tải và bộ phận truyền động 2 cùng một lúc. 8. Bộ phận truyền động 1 phân phối công suất đến bộ truyền động 2 và bộ truyền động 2 phân phối đến tải. 9. Bộ phận truyền động 1 phân phối công suất đến tải và tải phân phối công suất đến bộ phận truyền động 2. Trong thiết kế thực tế, việc quyết định lắp đặt các kiểu truyền công suất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Ø Cấu trúc cơ khí của hệ thống dẫn động. Ø Hiệu suất của hệ thống truyền lực. Ø Các đặc tuyến tải... Các khái niệm về công suất: Các đặc điểm về công suất: Ø Công suất tải của xe thay đổi ngẫu nhiên Ø Công suất tải gồm hai thành phần: · · Công suất trung bình Công suất động học Ø Bộ phận truyền công suất hoạt động với chế độ không đổi là động cơ IC. Các đặc điểm về công suất: Ø Bộ phận truyền công suất trung bình dùng pin nhiên liệu. Ø Bộ truyền công suất motor điện được dùng để cung cấp công suất động lực. Ø Tổng năng lượng đầu ra từ bộ truyền công suất động lực bằng không trong cả chu trình dẫn động. 2.2 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC LAI ĐIỆN HEV có hai loại cơ bản: HEV hiện nay có 4 loại: Ø Truyền động nối tiếp 1. Truyền động lai nối tiếp Ø Truyền động song song 2. Truyền động lai song song 3. Truyền động lai hỗn hợp 4. Truyền động lai phức tạp 2.2.1 Hệ thống truyền lực lai điện kiểu nối tiếp Các chế độ hoạt động: 1. Chế độ sử dụng điện thuần túy 2. Chế độ chỉ có động cơ hoạt động 3. Chế độ kết hợp 4. Chế độ động cơ kéo và nạp ắc quy 5. Chế độ phanh nạp 6. Chế độ nạp ắc quy 7. Chế độ nạp ắc quy kết hợp Ưu điểm: 1. Có thể hoạt động ở tất cả các điểm trên đồ thị đặc tuyến mômen – tốc độ và có khả năng chỉ hoạt động trong vùng hiệu suất cực đại. 2. Không cần dùng đến hộp số đa cấp dẫn. Có thể sử dụng 2 motor hoặc 4 motor dẫn động. 3. Có thể thay thế các truyền động cơ khí bằng truyền động điện. Nhược điểm: 1. Năng lượng từ động cơ bị biến đổi hai lần dẫn đến tổn thất năng lượng lớn. 2. Máy phát làm tăng thêm trọng lượng và giá thành. 3. Motor kéo phải có kích cỡ lớn để đáp ứng yêu cầu vận hành của xe vì chỉ có một mình motor là động cơ đẩy của xe. 2.2.2 song Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song 2.2.2.1 Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song song kết nối mômen. Kết nối mômen làm tăng mômen xoắn của động cơ và motor điện hoặc chia mômen động cơ thành hai phần dùng để đẩy xe và dùng để nạp ắc quy. Khớp nối mômen bằng cơ khí Khi bỏ qua các hao phí thì mômen xoắn đầu ra và tốc độ đầu ra có thể tính: Tout = k1Tin1 + k2Tin 2 (2.1) Và ωout = ωin1 ωin 2 = , k1 k2 (2.2) Trong đó k1 và k2 là hằng số được xác định bởi các thông số của kết nối mômen. Một số loại thiết bị khớp mối mômen tiêu biểu. Hai kiểu cấu trúc khớp nối mômen: Cấu trúc hai trục, hai hộp số: Biên dạng lực kéo – tốc độ: Một cấu trúc khác: Cấu trúc này phù hợp trong trường hợp sử dụng một động cơ và motor điện tương đối nhỏ, hộp số đa cấp. Do đó cần thiết để tăng lực kéo cho xe ở tốc độ thấp. Khớp nối mômen kiểu song song: Cấu trúc này được sử dụng trong hệ thống truyền lực sử dụng motor điện kích thước lớn với công suất không đổi trong một phạm vi rộng. Hệ thống truyền lực lai kiểu song song kết nối mômen khác là kiểu chia cầu dẫn động: 2.2.2.2 Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song song kết nối tốc độ Công suất từ hai động cơ có thể được kết nối cùng nhau bằng khớp nối tốc độ của chúng Các đặc tuyến của khớp nối tốc độ có thể được diễn tả bằng: wout = k1win1 + k2win 2 Và Tout Trong đó k1 và k2 Tin1 Tin 2 = = k1 k2 là các hằng số kết nối với thiết kế thực tế. Hai thiết bị kết nối tốc độ tiêu biểu: Hằng số k1 và k2 chỉ phụ thuộc vào bán kính của các bánh răng hoặc số răng của mỗi bánh răng. Hệ thống truyền lực lai với kết nối tốc độ của cụm bánh răng hành tinh và một motor điện thay đổi: Các chế độ hoạt động: 1. Kéo kết hợp (1 mở, 2 mở) 2. Động cơ kéo một mình (1h, 2m) 3. Motor kéo một mình (1m, 2h) 4. Phanh tái sinh (1m, 2h) 5. Nạp ắc quy từ động cơ Hệ thống truyền lực có motor thay đổi Hệ thống truyền lực này có thể thực hiện tất cả các chế độ hoạt động như hệ thống trên. Ưu điểm: Tốc độ của hai động cơ được tách rời ra. Vì vậy, tốc độ của cả hai động cơ có thể được chọn tùy ý. 2.2.2.3 Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song song kết nối mômen và kết nối tốc độ: Tốc độ thấp, kết hợp mômen để tăng tốc hoặc leo dốc. Tại tốc độ cao, kết hợp tốc độ để giữ cho động cơ hoạt động trong phạm vi tốc độ tối ưu Motor kéo bộ bánh răng hành tinh có thể được thay thế bằng một motor thay đổi để tạo nên một hệ thống truyền lực tương tự Hệ thống truyền lực trên Toyota Prius sử dụng cả hai khớp nối mômen và khớp nối tốc độ Motor nhỏ và bộ bánh răng hành tinh trêncó thể được thay thế bằng một motor thay đổi Hệ thống truyền lực này có đặc tuyến tương tự hệ thống truyền lực Toyota Prius [...]... song 2. 2 .2. 1 Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song song kết nối mômen Kết nối mômen làm tăng mômen xoắn của động cơ và motor điện hoặc chia mômen động cơ thành hai phần dùng để đẩy xe và dùng để nạp ắc quy Khớp nối mômen bằng cơ khí Khi bỏ qua các hao phí thì mômen xoắn đầu ra và tốc độ đầu ra có thể tính: Tout = k1Tin1 + k2Tin 2 (2. 1) Và ωout = ωin1 ωin 2 = , k1 k2 (2. 2) Trong đó k1 và k2 là hằng... dụng 2 motor hoặc 4 motor dẫn động 3 Có thể thay thế các truyền động cơ khí bằng truyền động điện Nhược điểm: 1 Năng lượng từ động cơ bị biến đổi hai lần dẫn đến tổn thất năng lượng lớn 2 Máy phát làm tăng thêm trọng lượng và giá thành 3 Motor kéo phải có kích cỡ lớn để đáp ứng yêu cầu vận hành của xe vì chỉ có một mình motor là động cơ đẩy của xe 2. 2 .2 song Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song 2. 2 .2. 1... motor điện được dùng để cung cấp công suất động lực Ø Tổng năng lượng đầu ra từ bộ truyền công suất động lực bằng không trong cả chu trình dẫn động 2. 2 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC LAI ĐIỆN HEV có hai loại cơ bản: HEV hiện nay có 4 loại: Ø Truyền động nối tiếp 1 Truyền động lai nối tiếp Ø Truyền động song song 2 Truyền động lai song song 3 Truyền động lai hỗn hợp 4 Truyền động lai phức tạp 2. 2.1... động cơ và motor điện tương đối nhỏ, hộp số đa cấp Do đó cần thiết để tăng lực kéo cho xe ở tốc độ thấp Khớp nối mômen kiểu song song: Cấu trúc này được sử dụng trong hệ thống truyền lực sử dụng motor điện kích thước lớn với công suất không đổi trong một phạm vi rộng Hệ thống truyền lực lai kiểu song song kết nối mômen khác là kiểu chia cầu dẫn động: 2. 2 .2. 2 Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song song... k1win1 + k2win 2 Và Tout Trong đó k1 và k2 Tin1 Tin 2 = = k1 k2 là các hằng số kết nối với thiết kế thực tế Hai thiết bị kết nối tốc độ tiêu biểu: Hằng số k1 và k2 chỉ phụ thuộc vào bán kính của các bánh răng hoặc số răng của mỗi bánh răng Hệ thống truyền lực lai với kết nối tốc độ của cụm bánh răng hành tinh và một motor điện thay đổi: Các chế độ hoạt động: 1 Kéo kết hợp (1 mở, 2 mở) 2 Động cơ kéo... Động cơ kéo một mình (1h, 2m) 3 Motor kéo một mình (1m, 2h) 4 Phanh tái sinh (1m, 2h) 5 Nạp ắc quy từ động cơ Hệ thống truyền lực có motor thay đổi Hệ thống truyền lực này có thể thực hiện tất cả các chế độ hoạt động như hệ thống trên Ưu điểm: Tốc độ của hai động cơ được tách rời ra Vì vậy, tốc độ của cả hai động cơ có thể được chọn tùy ý 2. 2 .2. 3 Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song song kết nối... thống truyền lực lai điện kiểu nối tiếp Các chế độ hoạt động: 1 Chế độ sử dụng điện thuần túy 2 Chế độ chỉ có động cơ hoạt động 3 Chế độ kết hợp 4 Chế độ động cơ kéo và nạp ắc quy 5 Chế độ phanh nạp 6 Chế độ nạp ắc quy 7 Chế độ nạp ắc quy kết hợp Ưu điểm: 1 Có thể hoạt động ở tất cả các điểm trên đồ thị đặc tuyến mômen – tốc độ và có khả năng chỉ hoạt động trong vùng hiệu suất cực đại 2 Không cần dùng ... motor động đẩy xe 2. 2 .2 song Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song 2. 2 .2. 1 Hệ thống truyền lực lai điện kiểu song song kết nối mômen Kết nối mômen làm tăng mômen xoắn động motor điện chia mômen... động nối tiếp Truyền động lai nối tiếp Ø Truyền động song song Truyền động lai song song Truyền động lai hỗn hợp Truyền động lai phức tạp 2. 2.1 Hệ thống truyền lực lai điện kiểu nối tiếp Các chế... phần dùng để đẩy xe dùng để nạp ắc quy Khớp nối mômen khí Khi bỏ qua hao phí mômen xoắn đầu tốc độ đầu tính: Tout = k1Tin1 + k2Tin (2. 1) Và ωout = ωin1 ωin = , k1 k2 (2. 2) Trong k1 k2 số xác định