Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9056:2011 quy định các quy trình đo độ cân bằng điện tích để bảo đảm độ chính xác cần thiết và thích hợp của thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu trên các xe chạy điện-hybrid (HEV) có ắc quy được tiến hành dựa trên ISO 23274.
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9056:2011 ISO/TR 11955:2008 PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ CHẠY ĐIỆN-HYBRID – HƯỚNG DẪN VỀ ĐO ĐỘ CÂN BẰNG ĐIỆN TÍCH Hybrid-electric road vehicles – Guideline for charge balance measurement Lời nói đầu TCVN 9056:2011 hoàn toàn tương đương với ISO/TR 11955:2008 TCVN 9056:2011 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 22 Phương tiện giao thông đường biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ công bố Lời giới thiệu Về thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu phương tiện giao thông đường chạy điện-hybrid không nạp điện từ bên (HEV), điều chủ yếu phải đo độ cân điện tích hệ thống tích điện nạp lại (RESS) trình thử nghiệm để bù cho ảnh hưởng thay đổi lượng RESS đến tiêu thụ nhiên liệu ISO 23274, định nghĩa phép thử tiêu thụ nhiên liệu xe điện-hybrid (HEV) không nạp điện từ bên ngồi, khơng định nghĩa độ xác u cầu hệ thống đo dòng điện định nghĩa độ xác yêu cầu hệ thống đo dòng điện định nghĩa độ xác u cầu độ cân điện tích độ xác u cầu hệ thống đo dòng điện tổng; độ xác yêu cầu cảm biến dòng điện hệ thống đo dòng điện thử nghiệm nên điều khiển riêng Nghiên cứu độ xác yêu cầu hệ thống đo dòng điện nhiệm vụ phức tạp thực tế ảnh hưởng sai số đo dòng điện độ xác thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu phụ thuộc vào đặc tính xe chu kỳ thử Vì độ cân điện tích thường thu cách lấy tích phân dòng điện ắc quy (phần lại "giá trị tích tụ dòng điện nạp "trừ đi" giá trị tích tụ dòng điện phóng điện") dòng điện ắc quy gồm có dòng điện nạp gián đoạn lớn, dòng điện phóng điện gián đoạn lớn dòng điện nhỏ với khoảng thời gian dài cần đặc biệt ý tới điều khiển tính ổn định dòng điện chiều hệ thống đo dòng điện để giữ độ xác yêu cầu Khi xem xét sở nêu trên, tiêu chuẩn mô tả hướng dẫn chi tiết phương pháp đo độ cân điện tích (bao gồm yêu cầu hệ thống đo dòng điện) để đáp ứng tồn độ xác yêu cầu quy định ISO 23274 PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ CHẠY ĐIỆN-HYBRID – HƯỚNG DẪN VỀ ĐO ĐỘ CÂN BẰNG ĐIỆN TÍCH Hybrid - electric road vehicles - Guideline for charge balance measurement Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn quy định quy trình đo độ cân điện tích để bảo đảm độ xác cần thiết thích hợp thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu xe chạy điện-hybrid (HEV) có ắc quy tiến hành dựa ISO 23274 (xem Thư mục tài liệu tham khảo) Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn áp dụng thuật ngữ định nghĩa sau: 2.1 Độ cân điện tích (charge balance) (của ắc quy) độ thay đổi điện tích ắc quy khoảng thời gian thử CHÚ THÍCH: Độ cân điện tích thường biểu thị ampe-giờ 2.2 Độ cân lượng (energy balance) (của ắc quy) độ thay đổi lượng ắc quy khoảng thời gian thử CHÚ THÍCH 1: Độ cân lượng thường biểu thị Watt - CHÚ THÍCH 2: Để sử dụng thực tế, đưa định nghĩa gần sau "độ cân điện tích ắc quy nhân với điện áp danh định, thường biểu thị Wh (ISO 23274)" 2.3 Hiệu suất lượng (energy efficiency, Wh efficiency) Hiệu suất ắc quy dựa lượng quy trình nạp/phóng quy định, biểu thị lượng chia cho lượng vào 2.4 Hiệu suất culông (coulomb efficiency, Ah efficiency) Hiệu suất ắc quy dựa điện (tính culơng) quy trình nạp/phóng điện quy định, biểu thị điện đầu chia cho điện đầu vào Đại cương sai số thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu xe chạy điện-hybrid (HEV) Như dẫn Hình 1, mối quan hệ tiêu thụ nhiên liệu độ cân điện tích đánh giá phương pháp hồi quy tuyến tính sử dụng kết thử thử nghiệm lái xe theo lịch trình, để có kết mức tiêu thụ nhiên liệu Đường hồi quy bị phân tán sai số yếu tố khác gây Các yếu tố ảnh hưởng đến thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu phân loại theo ba loại sau: a) Các sai số đo tiêu thụ nhiên liệu; b) Các sai số gây mô tải trọng băng thử động lực học; c) Các sai số đo độ cân điện tích Trong hai loại sai số làm phân tán đường hồi quy theo phương thẳng đứng loại sai số thứ ba làm phân tán đường hồi quy theo phương nằm ngang Hình Như vậy, sai số thứ ba ảnh hưởng gián tiếp đến tiêu thụ nhiên liệu tương đương hai sai số ảnh hưởng trực tiếp tới tiêu thụ nhiên liệu Như nêu trên, tiêu thụ nhiên liệu xe chạy điện-hybrid (HEV) biểu thị cơng thức tuyến tính cân điện tích ắc quy, Q, građien đường hồi quy hàm quãng đường tỷ số trung bình hiệu suất truyền động cơ-điện hiệu suất truyền động cơ-điện ICE thời gian thử Do ảnh hưởng loại sai số thứ ba đến tiêu thụ nhiên liệu tương đương phụ thuộc lớn vào xe thử chu kỳ thử Như vậy, độ xác yêu cầu cho phép đo cân điện tích phụ thuộc lớn vào chu kỳ thử đặc tính xe thử Cho nên điều quan trọng phải xác minh độ xác yêu cầu cho phép đo cân điện tích để bảo đảm thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu tương đương chu kỳ thử riêng xe thử đáp ứng độ xác u cầu Ngồi ra, điều quan trọng phải định rõ quy trình đo dòng điện xử lý liệu để bảo đảm kết cuối đáp ứng độ xác yêu cầu CHÚ DẪN X Độ cân điện tích cho quãng đường ắc quy, tính Watt - kilômét ampe - kilômét Y Tiêu thụ nhiên liệu, tính lít kilơmét Sai số đo điện Sai số đo nhiên liệu + sai số mơ tải trọng Hình - Mối quan hệ ba yếu tố sai số thử nghiệm Hướng dẫn đo 4.1 Quy định chung Nghiên cứu độ xác yêu cầu cho hệ thống đo cân điện tích quy trình để trì độ xác u cầu mơ tả 4.2 đến 4.4 4.2 Tiêu chuẩn hóa để giảm ảnh hưởng chu kỳ thử Hình giới thiệu mối quan hệ tiêu thụ nhiên liệu đặc tính Q xe chạy điện-hybrid (HEV) thị trường chế độ 10-15 Nhật chương trình dẫn động băng thử động lực học cho thành phố Hoa kỳ (U.D.D.S) Hai đường hồi quy hợp thành biểu thị sai khác đáng kể građien chúng (nghĩa hệ số thứ đường hồi quy tuyến tính) Thực tế làm cho khó so sánh kết thử xe chu kỳ thử khác kiểm tra xem đường hồi quy kết có hợp lý hay khơng cách so sánh với đường hồi quy tiêu chuẩn cho chu kỳ thử khác CHÚ DẪN: X Độ cân điện tích Q, tính ampe-giờ Y Tiêu thụ nhiên liệu, tính lit kilơmét U.D.D.S Chế độ 10-15 Hình - Tiêu thụ nhiên liệu - đặc tính Q hai chế độ thử CHÚ DẪN: X Độ cân điện tích qng đường, tính ampe-giờ kilơmét Y Tiêu thụ nhiên liệu, tính lít kilơmét 1 U.D.D.S Chế độ 10-15 Hình - Tiêu thụ nhiên liệu - Độ cân điện tích đặc tính quãng đường hai chế độ thử Hình giới thiệu mối quan hệ tiêu thụ nhiên liệu độ cân điện tích đặc tính quãng đường xe điện-hybrid (HEV) dẫn Hình Hai đường hồi quy cho thấy khơng có sai khác đáng kể građien chúng đánh giá hiệu lực kết nhận cách so sánh với đường hồi quy tiêu chuẩn chu kỳ thử khác HEV Để thảo luận độ xác phép đo độ cân điện tích cách tham chiếu độ xác thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu, nên áp dụng phương pháp hồi quy tuyến tính cho tiêu thụ nhiên liệu hàm số độ cân điện tích quãng đường ( Q/L) hàm số độ cân điện tích Q Về mặt vật lý, tiêu thụ nhiên liệu hàm độ cân điện tích quãng đường [nghĩa độ cân điện tích ắc quy chia cho quãng đường (Ah/km)] hàm độ cân lượng quãng đường [độ thay đổi lượng ắc quy chia cho quãng đường (Wh/km)] Nhưng hiệu suất lượng ắc quy (hiệu suất Wh) phụ thuộc vào tải trọng thay đổi theo cách động lực học tương đương với dòng điện nạp/phóng điều kiện ắc quy; khó áp dụng phép lấy tích phân công suất thang đo để làm sáng tỏ mức lượng ắc quy [nghĩa trạng thái nạp ắc quy (SOC)] Trái lại, hiệu suất culông ắc quy thường gần với đơn vị, làm cho độ cân điện tích (giá trị lấy tích phân dòng điện) có thơng số thích hợp để làm sáng tỏ mức lượng ắc quy Vì mục đích sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để đánh giá tiêu thụ nhiên liệu điều kiện khơng có thay đổi lượng, không cần thiết phải áp dụng cân lượng lượng thang đo để xác nhận khơng có thay đổi lượng Tuy nhiên, thảo luận lượng thay đổi lượng ắc quy trình thử nên đo lượng nạp/phóng điện cách tính đến hiệu suất nạp/phóng điện, nên tính tốn lượng thích hợp tích số "độ cân điện tích" điện áp danh định ắc quy 4.3 Hướng dẫn xác định độ xác hệ thống đo dòng điện theo yêu cầu chu kỳ thử tương ứng Như nêu trên, ảnh hưởng độ cân điện tích quãng đường (nghĩa hệ số số hạng thứ đường hồi quy tuyến tính) đến tiêu thụ nhiên liệu phụ thuộc vào đặc tính xe điện-hybrid (HEV) gần mức chu kỳ thử khác HEV Do đó, ảnh hưởng sai số đo độ cân tính đến tiêu thụ nhiên liệu phụ thuộc vào HEV thử Đó là, sai số cho phép phép đo độ cân điện tích độ xác yêu cầu hệ thống đo dòng điện phải thảo luận cách tính đến đặc tính HEV Hình giới thiệu mối quan hệ cân lượng ắc quy, Eb tiêu thụ nhiên liệu đo [được biểu thị tỷ số tiêu thụ nhiên liệu đo (FC meas) tiêu thụ nhiên liệu thực (FCo)] Như Hình 4, thay đổi lượng cho phép ắc quy Eb sai số tiêu thụ nhiên liệu nhỏ k % tiêu thụ nhiên liệu tính tốn sử dụng mối quan hệ điện lượng nhiên liệu tiêu thụ Nhưng thảo luận dựa sở lượng vấn đề, cần sử dụng phép tính gần để tính tốn thay đổi lượng ắc quy phép biến đổi để đánh giá hai nguồn lượng (điện lượng nhiên liệu) bảng Do đó, thảo luận dựa lượng khơng thích hợp cho thử nghiệm thực Vì vận hành phức tạp độ khơng ổn định q trình vận hành Trong đó, sai số cho phép độ cân điện tích quãng đường (Ah/km) đánh giá trực tiếp sử dụng thơng tin Hình Hình tiêu thụ nhiên liệu đánh giá (l/km) cho giá trị độ cân điện tích quãng đường khác (Ah/km) thu sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính Đường hồi quy tuyến tính mối quan hệ tiêu thụ nhiên liệu độ cân điện tích quãng đường cách trực tiếp, ảnh hưởng hiệu suất hệ thống nhiệt/điện tỷ số biến đổi lượng tính đến Như xác định sai số cho phép cân điện tích quãng đường để đạt sai số tiêu thụ nhiên liệu nhỏ k % Nên lưu ý rằng, xác định sai số cho phép độ cân điện tích quãng đường xác định sai số cho phép hệ thống đo dòng điện giai đoạn CHÚ DẪN: X Độ cân lượng ắc quy, Eb Y FCmeas/FC0 a Eb cho phép Hình - Sai số cho phép cân lượng ắc quy, Eb CHÚ DẪN X Độ cân điện tích quãng đường, EC m tính ampe-giờ kilơmét Y FCmeas tính lít kilơmét a ECm cho phép Hình - Sai số cho phép độ cân điện tích quãng đường Sai số cho phép hệ thống đo dòng điện xác định theo cách sau Giả sử nhận đường hồi quy tuyến tính công thức (1) cho mối quan hệ nhiều liệu Q nhiên liệu tiêu thụ cách thực nhiều chu kỳ thử cho SOCs ban đầu khác nhau, thì: FCm = A x ECm + FCest (1) Trong đó: FCm tiêu thụ nhiên liệu đo (l/km) Q khác nhau; ECm độ cân điện tích đo quãng đường (Ah/km) Q khác nhau; FCest tiêu thụ nhiên liệu đánh giá cho Q = (hệ số số hạng không đổi, l/km); A hệ số số hạng đường hồi quy tuyến tính (l/Ah) Đặt độ xác yêu cầu cho thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu đến k % sai số cho phép độ cân điện tích quãng đường X (Ah/km) Sai số cho phép độ cân điện tích qng đường biểu thị sau: Ax X X Trong đó: k x Fcest (2) 100 k FCest x (3) 100 A k độ xác yêu cầu cho thử nghiệm tiêu thụ nhiên liệu (%); X sai số cho phép độ cân điện tích quãng đường (Ah/km) Giả sử sai số trung bình cho phép dòng điện đo I I biểu thị sau: X= T I I T dt = (4) L L I= Xx L = X x Vav (5) T Trong đó: T khoảng thời gian thử, theo (h); L quãng đường trình thử nghiệm (km); Vav vận tốc trung bình xe thử trình thử, L/T (km/h) Các cơng thức (3) (5) dẫn đến công thức (6) Công thức (6) cho sai số cho phép cho phép đo dòng điện I tích số sai số cho phép độ cân điện tích quãng đường vận tốc trung bình chu kỳ thử: I k FCest xVav (6) 100 A Vì hệ số số hạng thứ đường hồi quy tuyến tính (tiêu thụ nhiên liệu/độ cân điện tích qng đường) xác định sau thử xác định sai số cho phép phép đo dòng điện tương ứng trước thử Điều bất lợi giải quy trình sau: Vì hệ số đường hồi quy tuyến tính phụ thuộc vào đặc tính phương tiện giao thơng đường chạy điện-hybrid (HEV), đánh giá hệ số đường hồi quy tuyến tính tham chiếu hệ số tiêu chuẩn cho HEV tương tự Sai số cho phép hệ thống đo dòng điện tính tốn sử dụng giá trị đánh giá vận tốc trung bình xe chu kỳ thử Nên xác định độ xác hệ thống đo điện sử dụng giá trị tạm thời sai số thực cho phép hệ thống đo dòng điện nên kiểm tra sau thử cách sử dụng hệ số tương đương thu để xác nhận độ xác hệ thống 4.4 Xác nhận độ ổn định dòng điện chiều loại trừ độ khơng đồng dòng điện chiều Như nêu điều trên, Q phép tính hồi quy tuyến tính tính tốn lấy tích phân dòng điện liên tục ắc quy thời gian thử Các xe chạy điện-hybrid có dòng điện ắc quy gián đoạn với đỉnh cao chu kỳ ngắn Hệ số sử dụng dòng điện ắc quy nhỏ so với dòng điện xe điện, khoảng thời gian điều kiện dòng điện xấp xỉ không đáng kể, vận hành tốc độ dòng cao điều kiện có hỗ trợ cơng suất đỉnh Vì Q giá trị lấy tích phân dòng điện nạp gián đoạn dòng điện phóng gián đoạn, có thời gian lấy tích phân dài dòng điện nhỏ độ khơng đồng dòng điện chiều hệ thống đo dòng điện có khả yếu tố ảnh hưởng đến sai số Do dòng điện đỉnh cao xuất thời gian ngắn, dòng điện nhỏ xuất thời gian dài thời gian lấy tích phân dài cần thiết phải quy định độ ổn định mức dòng điện chiều hệ thống đo dòng điện loại bỏ giá trị khơng đồng lại dòng điện chiều hệ thống đo dòng điện cách xác Sẽ thích hợp quy định độ ổn định mức dòng điện chiều loại bỏ độ khơng dòng điện chiều sử dụng bước sau Bước 1: Trước bắt đầu thử nghiệm, hệ thống đo dòng điện nên làm nóng lên khoảng thời gian nhà sản xuất hệ thống đo khuyến nghị Bước 2: Giá trị độ khơng đồng dòng điện chiều hệ thống đo dòng điện chiều trước thử nghiệm IOB giá trị sau thử nghiệm IOE đo với chìa khóa ngắt [xem Hình a)] Bước 3: Hiệu số độ khơng dòng điện chiều trước sau thử IOB IOE kiểm tra xem liệu có nhỏ sai số cho phép hệ thống đo dòng điện hay khơng [Xem cơng thức (6)] Nếu hệ thống đủ ổn định (nghĩa IOB IOE