Tính toán công suất tổn hao trên hệ thống truyền lực Hybrid Tính toán công suất tổn hao trên hệ thống truyền lực Hybrid Tính toán công suất tổn hao trên hệ thống truyền lực Hybrid luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HỒNG TRỌNG HIẾU TÍNH TỐN CƠNG SUẤT TỔN HAO TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội- Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG TRỌNG HIẾU TÍNH TỐN CƠNG SUẤT TỔN HAO TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.ĐÀM HOÀNG PHÚC Hà Nội- Năm 2012 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu riêng hướng dẫn thầy giáo TS ĐÀM HOÀNG PHÚC đề tài thực mơn Ơ tơ xe chuyên dụng, viện khí động lực Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn trung thực chưa công bố cơng trình Việt nam Hà Nội, ngày 21 tháng 12 năm 2012 Tác giả Hoàng Trọng Hiếu MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời mở đầu 11 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ ÔTÔ HYBRID 13 1.1.Khái niệm chung 13 1.2.Ưu điểm xe Hybrid 13 1.3.Đặc điểm hệ thống truyền động xe Hybrid 15 1.4.Các phận xe Hybrid 18 1.5.Phân loại ô tô hybrid 25 1.5.1.Theo thời điểm phối hợp công suất 25 1.5.2.Theo cách phối hợp công suất động nhiệt động điện 26 1.6.Giới thiệu số dạng dẫn động hybrid 30 1.6.1.Dẫn động hybrid nối tiếp 30 1.6.2.Hệ thống hybrid song song 31 1.6.3.Hệ dẫn động hybrid hỗn hợp song song – nối tiếp 32 CHƯƠNG - CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG KHÁC NHAUCỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID 33 2.1.Các dạng kết nối công suất công nghệ hybrid 33 2.1.1.Hệ thống truyền lực hybrid dùng kết nối mô men 33 2.1.2.Hệ thống truyền lực hybrid dùng kết nối tốc độ 35 2.2.Các chế độ làm việc khác HTTL hybrid 38 2.2.1.Hệ thống hybrid nối tiếp 38 2.2.2.Hệ thống hybrid song song 42 CHƯƠNG -THIẾT LẬP MƠ HÌNH TÍNH TỐN CƠNG SUẤT TỔN HAO TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID 47 3.1.Tính tốn cơng suất tổn hao HTTL hybrid chế độ có ĐCĐT tạo cơng suất kéo 49 3.2.Tính tốn cơng suất tổn hao HTTL hybrid chế độ ĐCĐT vừa kéo xe vừa kéo máy phát 52 3.2.1.Tính tốn giá trị cơng suất tổn hao 54 3.2.2.Tính tốn nhiên liệu hiệu suất hỗ trợ 58 3.3.Chế độ hoạt động hỗn hợp 61 3.3.1.Tính tốn cơng suất tổn hao 62 3.3.2.Tính tốn nhiên liệu hiệu suất hỗ trợ 64 3.4.Chế độ có động điện sinh công suất kéo 67 3.4.1.Tính tốn cơng suất tổn hao 68 3.4.2.Tính tốn nhiên liệu hiệu suất hỗ trợ 69 3.5.Chế độ phanh tái sinh 73 3.5.1.Tổn thất RTM 74 3.5.2.Tổn thất ắc quy trình nạp 74 Bảng tóm tắt kết tồn q trình tính tốn 77 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 a)Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt: Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa Mô men kết nối T [Nm] I [A] Cường độ dịng điện R [] Điện trở nạp phóng ắc quy [rad/s] k - Vận tốc góc Tham số cấu trúc kết nối mô men Me [Nm] Mô men động Myc [Nm] Mô men yêu cầu ne [v/p] Số vòng quay động Pyc [kW] Công suất yêu cầu Pđcdt/mp [kW] Công suất cụm động đốt – máy phát Pđc [kW] Công suất động Pắc quy [kW] Công suất nguồn ắc quy Pn-ắc quy [kW] Công suất nạp cho ắc quy Pph,ts [kW] Công suất phanh tái sinh Pph,ck [kW] Cơng suất phanh khí Ptải [kW] Cơng suất tải Pm [kW] Công suất mô tơ kéo Pắc quy-p [kW] Cơng suất phóng điện ắc quy [kW] Cơng suất lý tưởng ắc quy [kW] Công suất tổn hao ắc quy 𝑃𝑑ự 𝑡𝑟ữ [kW] Công suất dự trữ ắc quy 𝑛𝑙 𝑃ℎỗ 𝑡𝑟ợ [kW] Công suất hỗ trợ nhiên liệu Vxe,min [m/s] Vận tốc xe ứng với vận tốc nhỏ động Pm [kW] Công suất mô tơ điện Pe [kW] Cơng suất khí đầu động ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝑃𝑙ý 𝑡ưở𝑛𝑔 ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝑃𝑡ổ𝑛 ℎ𝑎𝑜 ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝑜 𝑃𝑛𝑙 [kW] Lượng nhiên liệu quy đổi 𝐵𝐴𝑆 𝑃𝑖𝑛 [kW] Cơng suất khí đầu vào cho motor phía trước (BAS) 𝐵𝐴𝑆 𝑃𝑜𝑢𝑡 [kW] Cơng suất khí đầu cho motor phía trước (BAS) 𝑅𝑇𝑀 𝑃𝑖𝑛 [kW] Cơng suất khí đầu vào cho motor phía sau (RTM) 𝑅𝑇𝑀 𝑃𝑜𝑢𝑡 [kW] Cơng suất khí đầu cho motor phía sau(RTM) 𝑃𝑜𝑢𝑡 [kW] Cơng suất đầu ắc quy ∆𝑃𝐺𝐵𝐴𝑆 [kW] Tổn thất motor BAS [kW] Tổn thất motor RTM ∆Pe [kW] Công suất tổn hao động MBAS [Nm] Mô men trục motor phía trước (BAS) t,m - Hiệu suất truyền động từ mô tơ điện tới bánh xe e - Hiệu suất động m - Hiệu suất truyền động mô tơ điện BAS - Hiệu suất làm việc motor phía trước (BAS) 𝑛𝑙 𝑐đ - Hiệu suất hỗ trợ nhiên liệu t,đc - Hiệu suất truyền động từ ĐCĐT tới bánh xe t,đc,m - Hiệu suất truyền động từ ĐCĐT tới mô tơ điện 𝑞𝑢𝑦 ắ𝑐 𝑝ℎ - Hiệu suất làm việc ắc quy 𝑞𝑢𝑦 ắ𝑐 𝑛ạ𝑝 - Hiệu suất nạp ắc quy 𝑛𝑙 ℎỗ 𝑡𝑟ợ - Hiệu suất hỗ trợ nhiên liệu HTTL - Hệ thống truyền lực HTTĐ - Hệ thống truyền động ĐCĐT - Động đốt MP - Máy phát CVT - Hộp số biến thiên vô cấp MG - Tổ hợp mô tơ điện- máy phát ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 ∆𝑃𝐺𝑅𝑇𝑀 BAS - Motor điện phía trước RTM - Motor điện phía sau b)Danh mục bảng: Số hiệu Tên bảng bảng 1.1 Trang So sánh ưu nhược điểm kiểu hệ thống phối hợp công suất 29 3.1 Thông số Chevrolet Equinox REVLSE 47 3.2 Thông số ắc quy 48 3.3 Các chế độ hoạt động 49 3.4 Tóm tắt kết tính tốn chế độ có ĐCĐT kéo xe 51 3.5 Tóm tắt kết tính tốn chế độ ĐCĐT kéo máy phát 3.6 59 Hiệu suất chuyển đổi vài tốc độ momen định, với momen BAS= -10(Nm) 60 3.7 Tóm tắt kết tính tốn chế độ hoạt động hỗn hợp 66 3.8 Tóm tắt kết tính tốn chế độ có mơ tơ điện kéo xe 3.9 Tóm tắt kết tính tốn chế độ phanh tái sinh 76 3.10 Tóm tắt kết tồn q trình tính tốn 77 72 Danh mục hình vẽ, đồ thị: Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Đặc tính cơng suất, mơ men động đốt 13 1.2 Đặc tính cơng suất, mơ men động điện 14 1.3 Hệ thống truyền động xe Hybrid 16 1.4 Mơ hình tổng qt tô Hybrid 18 1.5 Động đốt trong, hộp số ô tô hybrid ( Toyota Prius) 19 1.6 Động Hybrid hãng Ford 19 1.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo phân phối công suất 20 1.8 Bộ chuyển đổi điện sơ đồ nguyên lý hoạt động 21 1.9a Ắc quy điện áp cao Toyota Prius 22 1.9b Ắc quy điện áp cao VW Touareg 22 1.10 Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao 22 1.11 Ắc quy phụ ô tô hybrid 23 1.12 Hệ thống hybrid nối tiếp 26 1.13 Hệ thống hybrid song song 28 1.14 Hệ thống hybrid hỗn hợp 29 1.15 Sơ đồ hệ dẫn động hybrid nối tiếp 30 1.16 Hệ thống dẫn động hybrid song song 31 1.17 Sơ đồ hệ dẫn động hybrid hỗn hợp với ghép nối bánh hành tinh 32 2.1 Sơ đồ thiết bị kết nối mô men 33 2.2 Một số thiết bị kết nối mơ men 34 2.3 Cấu hình trục 34 2.4 Cấu hình hybrid song song sử dụng kết nối mô men kiểu mô tơ điện 35 Sơ đồ thiết bị kết nối tốc độ 35 2.6 Bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh hành tinh 36 2.7 Bộ kết nối tốc độ kiểu Transmotor 36 2.8 HTTĐ hybrid sử dụng kết nối tốc độ kiểu hệ bánh hành tinh 37 2.9 HTTĐ hybrid sử dụng kết nối tốc độ kiểu transmotor 37 2.10 Hệ dẫn động hybrid sử dụng kết nối mô men tốc độ 38 2.11 Các chế độ làm việc hệ thống hybrid nối tiếp 38 2.12 Các điểm làm việc hoạt động xe hybrid nối tiếp 40 2.13 Sơ đồ điều khiển logic hoạt động xe hybrid nối tiếp 41 2.14 Minh họa điều khiển đóng-ngắt động hệ thống hybrid nối tiếp 42 2.15 Các chế độ làm việc hệ thống hybrid song song 42 2.16 Những dạng hoạt động với công suất yêu cầu 43 2.17 Sơ đồ điều khiển logic cho tình trạng nạp ắc quy 46 2.18 Minh họa điều khiển đóng – ngắt ĐCĐT hệ thống hybrid song song 46 3.1 Chevrolet Equinox REVLSE (Challenge X) 47 3.2 Model COBASYS NiMHax 336-70 48 3.3 Hệ dẫn động hybrid song song Chevrolet Equinox REVLSE 48 3.4 Sơ đồ dòng lượngở chế độ ĐCĐT kéo 50 3.5 Minh họa toán chế độ ĐCĐT kéo 50 3.6 Hiệu suất động theo vận tốc mô men 52 3.7 3.8 3.9 So sánh chuyển đổi lượng khí thành lượng điện sử dụng RTM BAS 53 Sơ đồ dòng lượng chế độ ĐCĐT vừa kéo xe vừa kéo máy phát 53 Minh họa toán chế độ ĐCĐT vừa kéo xe vừa kéo máy phát 54 3.10 Hiệu suất máy phát theo mơ men số vịng quay 3.11 Sơ đồ dòng lượng chế độ hoạt động hỗn hợp 61 3.12 Minh họa toán chế độ hoạt động hỗn hợp 62 3.13 60 Sơ đồ dịng lượng chế độ có động điện sinh công suất kéo 68 +Tổn hao ắc quy: Với Voc=336(V) ; Rph=0,435 (Ω) ; - Cường độ dòng điện qua ắc quy: ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝐼= - −4.𝑅.𝑃 𝑉𝑜𝑐 −√𝑉𝑜𝑐 𝑜𝑢𝑡 = 2.𝑅 336 − 3362 − 4.0,435.9310 = 28,78 (A) 2.0,435 Công suất tổn thất ắc quy cung cấp lượng cho BAS: ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝑃𝑡ổ𝑛 𝑡ℎấ𝑡 = 𝑅𝑝ℎ 𝐼2 = 0,435.28,782 =360,3(W) - Công suất đầu thực tế ắc quy: ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝑃𝑜𝑢𝑡 - ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝐵𝐴𝑆 =𝑃𝑖𝑛 +𝑃𝑡ổ𝑛 ℎ𝑎𝑜 =9,31+0,3603=9,67(kW) Hiệu suất làm việc ắc quy: 𝐵𝐴𝑆 𝑃𝑖𝑛 ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝜂𝑝ℎ = ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 9,31 = 0,963 9,67 + Tính tốn nhiên liệu hỗ trợ cho việc nạp ắc quy từ động cơ: 𝑛𝑙 𝑃ℎỗ 𝑡𝑟ợ - ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 = 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝜂 𝑛𝑙 = 𝑐đ 9,67 0,346 =27,94 (kW) Hiệu suất hỗ trợ nhiên liệu: 𝑃𝑜𝑛𝑙 𝑛𝑙 𝜂ℎỗ 𝑡𝑟ợ = 𝑛𝑙 𝑛𝑙 𝑃ℎỗ 𝑡𝑟ợ +𝑃ℎℎ 65 = 60,27 100% = 89,86 % 27,97+39,1 Bảng 3.7: Tóm tắt kết tính tốn chế đợ hoạt đợng hỗn hợp e=21,4 (%) 𝑃𝑒 = 8,38 (𝑘𝑊) 𝑛𝑙 𝑃ℎℎ = 39,1 (𝑘𝑊) ∆𝑃 = 30,72 (𝑘𝑊) 𝐵𝐴𝑆 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 8,38 (𝑘𝑊) 𝐵𝐴𝑆 𝑃𝑖𝑛 = 9,31 (𝑘𝑊) 𝐵𝐴𝑆 ∆𝑃ℎℎ = 1,05 (𝑘𝑊) ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 9,67 (𝑘𝑊) ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 𝑃𝑡ổ𝑛 ℎ𝑎𝑜 = 0,36 (𝑘𝑊) 𝑞𝑢𝑦 ắ𝑐 = 0,963 𝑝ℎ 𝑛𝑙 = 89,86 (%) ℎỗ 𝑡𝑟ợ Kết luận Nếu hiệu suất hỗ trợ 100% nghĩa hiệu suất hỗ trợ hệ thống hybrid hiệu suất động tải cao Ở chế độ tải động giảm (40Nm) làm cho hiệu suất ĐCĐT giảm (21,4%) lượng nhiên liệu mà động tiêu thụ chế độ so với chế độ ĐC kéo máy phát (39,1