TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4 TÀI LIỆU ĐÀO TẠO Ô tô điện 4
t Ơ tơ điện – Bài (cuối) 11/11/2011 — Bảo Huy Bài đăng Tạp chí Tự động hóa Ngày số 131, tháng 10/2011 Đây thứ tư tổng số tác giả chủ đề Các biến đổi điện tử công suất cho ô tô điện Nguyễn Bảo Huy, Tạ Cao Minh Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Sáng tạo Công nghệ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt: Trong báo này, tìm hiểu biến đổi cơng suất sử dụng ô tô điện: biến đổi DC – DC biến tần Bài báo nêu vai trò, cấu hình ngun lý hoạt động biến đổi công suất 1) Bộ biến đổi DC – DC (DC – DC Converters) Khối mạch điện công suất xe ô tô điện gồm có ba hệ thống điện áp chiều: ắc quy, siêu tụ điện DC-link Để kết nối ba hệ thống điện áp chiều với nhau, đồng thời đảm bảo khả điều khiển tối ưu dòng lượng chế độ hoạt động ô tô cần có biến đổi DC-DC tăng / hạ áp hai chiều (Bidirectional BuckBoost DC-DC converter) với chức khác Hình mơ tả tổng thể hệ thống nguồn bao gồm ắc quy, siêu tụ biến đổi DC-DC hai chiều Hình Hệ thống nguồn lượng với chế độ hoạt động Hai biến đổi DC-DC hai chiều đóng vai trò khác hệ thống Bộ biến đổi siêu tụ DC-link có vai trò làm giảm cấp điện áp siêu tụ huy động công suất lớn từ siêu tụ trình tăng tốc Mức điện áp định mức DC-link cần có để cấp nguồn cho động hoạt động 300VDC Trong trình hãm tái sinh lượng, điện áp DC-link dâng lên lới 600VDC Nếu đấu nối trực tiếp siêu tụ vào DC-link cần lựa chọn siêu tụ có khả chịu mức điện áp 600VDC Trên thực tế, siêu tụ điện chế tạo với mức điện áp nhỏ, khoảng vài VDC, module siêu tụ có mức điện áp lớn thị trường 125VDC [1] Nếu đấu nối tiếp nhiều module để có điện áp 600VDC khiến giá thành bị nâng lên cao, đồng thời gây khó khăn cho việc điều khiển cân điện áp module, dẫn tới khả nổ toàn siêu tụ Do vậy, biến đổi DC-DC có vai trò hạ mức điện áp từ 600VDC xuống 250VDC (hai module mắc nối tiếp) q trình hãm tái sinh Đồng thời, có vai trò huy động lượng cơng suất lớn thời gian ngắn từ siêu tụ để phục vụ trình tăng tốc cho xe Điều tránh việc phải huy động công suất lớn từ ắc quy, đảm bảo tuổi thọ ắc quy Bộ biến đổi ắc quy DC-link có vai trò điều phối dòng lượng nạp ắc quy trình hãm tái sinh nâng điện áp từ ắc quy lên DC-link Ắc quy có mật độ lượng cao có mật độ cơng suất thấp Điều có nghĩa ắc quy có khả tích trữ lớn, đảm bảo cung cấp lượng cho ô tô chạy đủ quãng đường yêu cầu khả phóng đặc biệt nạp lượng bị hạn chế Khi hãm tái sinh, toàn lượng lớn trả nạp nhanh chóng vào siêu tụ, lượng nhỏ nạp vào ắc quy cho phù hợp với đặc tính nạp chậm để đảm bảo tuổi thọ cho ắc quy Bộ biến đổi DC-DC cho phép hạ cấp điện áp ắc quy, tránh việc đấu nối tiếp nhiều ắc quy gây khó khăn cho việc cân tải Hình Hệ thống nguồn lượng cho ô tô điện Với nhìn cấp độ hệ thống, nguồn lượng biến đổi phải quản lý điểu khiển cách đồng bộ, thống thể Hình Mạch đo giám sát trạng thái ắc quy có nhiệm vụ đo lường, thu thập, tổng hợp giá trị nhiệt độ, dòng điện, điện áp phóng, nạp ắc quy chế độ đưa thông tin điều khiển trung tâm để giám sát, hiển thị điều tiết Bộ điều khiển dòng lượng nhận tín hiệu từ điều khiển trung tâm, từ thơng tin dòng điện, điện áp chiều đo được, tính tốn phát xung PWM điều khiển hai biến đổi DC-DC tăng / hạ áp hai chiều Bộ điều khiển dòng lượng có trách nhiệm phân phối, quản lý điều khiển tối ưu hóa dòng lượng trao đổi nguồn tải chế độ hoạt động Hình Cấu hình biến đổi DC-DC tăng / hạ áp hai chiều Cấu hình nguyên lý hoạt động biến đổi DC-DC hai chiều tương đối đơn giản, minh họa Hình 3, Chế độ boost (tăng áp) thực sau: trước tiên van IGBT T2 mở, cuộn kháng nạp điện Sau đó, T2 khóa lại, cuộn kháng phóng điện mở thơng diode D1, nạp điện vào tụ Chu kỳ lại thực vậy, tụ khơng thể phóng điện ngược trở lại T1 không mở D1 phân cực ngược Do điện áp tụ dâng cao dần lên Đây chế độ hoạt động tăng áp Chế độ buck (hạ áp) thực sau: trước tiên T1 mở, tụ phóng điện qua cuộn cảm nạp vào ắc quy Sau van T1 khóa lại, lượng thừa cuộn cảm giải phóng qua D2 Tùy thuộc vào tỷ số đóng cắt (duty cycle) mà điện áp phía ắc quy thấp điện áp tụ với tỷ lệ tương ứng Hình Minh họa chế độ hoạt động tăng áp Hình Minh họa chế độ hoạt động hạ áp 2) Bộ biến tần Về cấu trúc tổng quát, hệ biến tần cho ô tô điện tương tự hệ biến tần quen thuộc khác (Hình 6) Đây cấu hình nghịch lưu (Inveter) hay gọi biến đổi DC – AC (DC – AC Converter), có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện chiều tích trữ ắc qui siêu tụ điện thành nguồn điện xoay chiều cung cấp cho động điện Độc giả quan tâm đến loại động điện sử dụng cho tơ điện tham khảo viết số loạt viết ô tô điện [3] Động điện chiều truyền thống (với chổi than cổ góp) khơng sử dụng, mà thay vào động xoay chiều với ưu bật Tùy theo loại động mà biến đổi tương ứng có tên gọi khác nhau, Bộ chuyển mạch (Commutator) cách gọi phổ biến biến đổi dùng cho động điện dạng sóng hình thang (BLDC Motor) Tuy nhiên, nguyên lý chung biến đổi mơ tả Hình 6, với khối: khối công suất khối điều khiển Các van bán dẫn dùng khối công suất thường IGBT Khối điều khiển thường sử dụng kỹ thuật điều biến độ rộng xung (PWM) để đóng mở van công suất, theo luật điều khiển lựa chọn Các luật điều khiển (ví dụ: giữ tỷ số V/f số, điều khiển tựa từ thông roto, điều khiển trực tiếp mơmen, v.v.) khơng trình bày vượt khuôn khổ báo Các tác giả trình bày chủ đề dịp khác Hình Cấu trúc tổng quát biến tần Tuy nhiên, giống động cơ, biến tần dùng cho tơ điện có khác biệt mặt cấu trúc cụ thể phương pháp điều khiển, so với biến tần sử dụng công nghiệp, để phù hợp với đặc tính tải Với đặc tính có dạng hyperbol, Hình minh họa hiệu suất biến tần động sử dụng cho ô tô điện (trường hợp cụ thể xe Toyota Prius Hybrid) vùng làm việc khác Chúng ta thấy hiệu suất tối ưu hệ thống (bộ biến đổi – động cơ) lên tới 90 – 92 % Hình Đồ thị hiệu suất hệ biến tần – động xe Toyota Prius Hybrid [2] 3) Kết luận Trong báo này, tìm hiểu hai loại biến đổi sử dụng ô tô điện: biến đổi DC – DC biến tần (bộ biến đổi DC – AC) Trong vai trò biến đổi DC – DC điều phối nguồn lượng ô tô điện, nhiệm vụ biến tần điều tiết nguồn lượng từ DC sang AC để cung cấp cho động điện Bài báo nêu cấu hình giải thích ngun lý hoạt động biến đổi công suất Đây phần cuối loạt tổng quan nghiên cứu ô tô điện - Tổng quan tình hình nghiên cứu tơ điện giới Việt nam - Các loại động sử dụng cho ô tô điện - Nguồn lượng cho ô tô điện - Các biến đổi điện tử công suất cho ô tô điện Chúng hy vọng loạt cung cấp cho bạn đọc thông tin tổng quan công nghệ nghiên cứu ô tô điện Chúng tơi mong có dịp cập nhật kết nghiên cứu ô tô điện thời gian tới Phụ lục: Khảo sát hệ thống điện tử công suất số dòng xe điện thị trường Tài liệu [2] cung cấp so sánh có giá trị hệ thống điện tử công suất số dòng xe lai (hybrid) có mặt thị trường vài năm trở lại Các tác giả trích giới thiệu số minh họa điển hình Hình Sơ đồ khối biến đổi xe Camry Hybrid, 2007 Hình Khối PCU dòng xe: Prius 2004 (trái), Camry 2007 (giữa) Prius 2010 (phải) Hình 10 Van cơng suất IGBT sử dụng cho boost converter Hình 11 So sánh mơ-đun điện tử công suất Tài liệu tham khảo [1] Maxwell Technology Co., BMOD0063 Ultracapacitor Module Datasheet, http://www.maxwell.com [2] Tim Burress, “The Progression of Commercially Available EV/HEV Technologies and Ongoing Research”, Presentation in International Energy Conversion Engineering Conference, Nashville, Tennessee, July 26, 2010 [3] Nguyễn Bảo Huy, Tạ Cao Minh, “Các loại động sử dụng cho tơ điện”, Tạp chí Tự động hóa Ngày nay, số 127, tháng 6/2011, trang 34 – 37 ... sử dụng cho ô tô điện - Nguồn lượng cho ô tô điện - Các biến đổi điện tử công suất cho ô tô điện Chúng hy vọng loạt cung cấp cho bạn đọc thông tin tổng quan công nghệ nghiên cứu ô tô điện Chúng... trữ ắc qui siêu tụ điện thành nguồn điện xoay chiều cung cấp cho động điện Độc giả quan tâm đến loại động điện sử dụng cho tơ điện tham khảo viết số loạt viết ô tô điện [3] Động điện chiều truyền... cập nhật kết nghiên cứu ô tô điện thời gian tới Phụ lục: Khảo sát hệ thống điện tử cơng suất số dòng xe điện thị trường Tài liệu [2] cung cấp so sánh có giá trị hệ thống điện tử cơng suất số dòng