TIỂU LUẬN môn HỌCKỸ THUẬT XE điện – XE LAI tên đề tài SERIES HYBRID TRANSMISSION

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - - TIỂU LUẬN MÔN HỌC KỸ THUẬT XE ĐIỆN – XE LAI Tên đề tài: SERIES HYBRID TRANSMISSION (Lớp thứ tiết 09-12, phịng E1-406, nhóm 04CLC) GVHD: Th.S NGUYỄN TRUNG HIẾU Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020 DANH SÁCH NHÓM THAM GIA VIẾT BÁO CÁO HỌC KỲ I NĂM HỌC 2020 - 2021 Tên đề tài: SERIES HYBRID TRANSMISSION Ghi chú: MÃ SỐ TỶ LỆ % SINH VIÊN HOÀN THÀNH Phạm Hữu Phúc 17145204 100% Trần Kim Kha Bùi Huy Hoàng Bùi Nguyễn Huy Hoàng Trịnh Hồng Lạc 17145151 17145139 17145140 17145314 100% 100% 100% 100% STT HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN 01 02 03 04 05 - Tỷ lệ % = 100% - Trưởng nhóm: Phạm Hữu Phúc_SĐT: 0868056995 Nhận xét Giảng viên: ……………… Ngày tháng 12 năm 2020 Giáo viên chấm điểm MỤC LỤC CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu .6 CHAPTER 2: FUNDAMENTIALS .7 2.1 Series hybrid gì? 2.2 Động đồng nam châm vĩnh cửu (PMSM) 2.2.1 Giới thiệu PMSM .8 2.2.2 Cấu tạo PMSM 2.2.3 Nguyên lý hoạt động PMSM 10 2.3 Các chế độ phân chia công suất 11 2.3.1 Khởi động(Start-up) .11 2.3.2 Tăng tốc(Acceleration) 11 2.3.3 Chuyển động đều(Cruising) 12 2.3.4 Giảm tốc(Deceleration) 12 2.3.5 Phanh(Deceleration) .12 2.3.6 Cầm chừng(Idling) 12 CHAPTER 3: SIMULATION MODEL 13 3.1 Model series hybrid transmission .13 3.2 Điều kiện thí nghiệm 13 3.3 Chi tiết khối lệnh (blocks) sử dụng model điều kiên đầu vào đầu 14 3.3.1 Block engine 14 3.3.2 Block vehicle body 23 3.3.3 Block battery 27 3.3.4 Block generator .29 3.3.5 Block DC – DC converter .35 3.4 Kết mô – phân tích 36 CHAPTER 4: A REAL EXAMPLE .38 CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.1 Lí chọn đề tài Xe hybrid xem giải pháp tốt nhất ngành công nghiệp ô tô trước vấn đề về nhiên liệu mơi trường Vì loại xe lại ngày thông dụng thị trường ô tô giới? Hybrid dòng xe sử dụng kết hợp động đốt truyền thống hay nhiều động điện để tạo lực kéo Hai loại động xe hybrid kết hợp nhằm đạt tiêu chí khác nhau, tùy vào mục đích nhà sản xuất có hai mục đích tiết kiệm nhiên liệu tạo hiệu suất cao Ơ tơ hybrid dòng xe sử dụng động tổ hợp, kết hợp động chạy lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động điện lấy lượng điện từ ắc-quy cao áp Điểm đặc biệt ắc-quy nạp điện với chế nạp “thông minh” xe phanh, xuống dốc…, gọi trình phanh tái tạo lượng Nhờ mà ơtơ tiết kiệm nhiên liệu vận hành động điện đồng thời tái sinh lượng điện để dùng cần thiết Sự phát triển phương tiện giao thông khu vực giới nói chung khơng giống nhau, nước có quy định riêng khí thải xe, có xu hướng bước cải tiến chế tạo loại ôtô mà mức ô nhiễm thấp giảm tối thiểu tiêu hao nhiên liệu Điều cấp thiết mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập người dân lại tăng không đáng kể Các xe chạy Diesel, xăng nhiên liệu khác tràn ngập thị trường gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí ngày xấu đi, hệ sinh thái thay đổi Vì việc tìm phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây nhiễm mơi trường vấn đề cần quan tâm ngành tơ nói riêng người nói chung Xuất từ đầu năm 1990 nay, ôtô hybrid nghiên cứu phát triển giải pháp hiệu tính kinh tế mơi trường Có thể nói, cơng nghệ hybrid chìa khố mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên ô tô, tơ khơng gây nhiễm mơi trường hay cịn gọi tơ sinh thái Với ưu điểm bật nêu, ôtô hybrid quan tâm nghiên cứu chế tạo nhiều nhà khoa học hãng sản xuất ôtô giới Ngày có nhiều mẫu ơtơ hybrid xuất thị trường có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ô tô 1.2 Mục đích nghiên cứu  Tìm hiểu phần mềm Matlab Simulink để ứng dụng vào việc mô SERIES HYBRID TRANSMISSION  Biết phương pháp công cụ để khảo sát đặc tính đồ thị cơng suất SERIES HYBIRD  Làm quen với việc ứng dụng khoa học công nghệ vào việc thiết kế mô  Trao dồi thêm nhiều kiến thức bổ ích cho thân nghành học ứng dụng cho công việc tương lai CHAPTER 2: FUNDAMENTIALS 2.1 Series hybrid gì? Hybrid nối tiếp (series hybrid) loại sử dụng mô tơ điện dẫn động trực tiếp tới bánh xe Động đốt có nhiệm vụ chạy máy phát điện Đây dạng nguyên sơ động hybrid Do khả vận hành không tốt, hiệu lượng mức vừa phải, nên dạng hybrid khơng cịn sử dụng phổ biến Series hybrid mơ hình Hybrid lâu đời nhất, ứng dụng đầu máy xe lửa tàu thủy xuất kỷ trước Trong xe sử dụng tảng Series Hybrid, động điện đóng vai trò trưc tiếp việc tryền lực cho bánh xe Chính thế, u cầu đặt động điện phải có sức mạnh lớn, dẫn đến kích thước to Tuy chạy động điện loại xe xem xe Hybrid sử dụng động xăng để nguồn điện cung cấp cho động điện hoạt động máy "phát điện" nghĩa Ngày khơng có xe Hybrid sử dụng tảng Tuy nhiên, tảng "xưa" ứng dụng xe sử dụng lượng từ pin nhiên liệu Hydrogen thay dùng động xăng truyền thống để tạo dòng điện 2.2 Động đồng nam châm vĩnh cửu (PMSM) 2.2.1 Giới thiệu PMSM Động đồng nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet synchronous motors - PMSM) dạng đặc biệt máy điện đồng Động đồng thơng thường có cuộn dây quấn phần ứng cuộn dây quấn kích từ rotor cấp dịng điện chiều qua chổi than vành trượt Điều gây tổn hao rotor, thường xuyên phải bảo dưỡng chổi than, làm giảm tuổi thọ máy Đây lý địi hỏi phải phát triển PMSM Nhằm khắc phục nhược điểm máy điện đồng thông thường trình bày trên, người ta thay cuộn kích từ, nguồn kích từ chiều, chổi than vành trượt nam châm vĩnh cửu Vì máy PMSM cần phải có sđđ cảm ứng hình sin, dịng điện phải có dạng hình sin để tạo mô men điện từ không đổi giống máy đồng thông thường Động đồng nam châm vĩnh cửu (PMSM) có nhiều ưu điểm so với loại động khác sử dụng cho truyền động điện xoay chiều Ở động dị dòng stator vừa để tạo từ trường vừa để tạo mô men, Khi sử dụng nam châm vĩnh cửu rotor, động PMSM khơng cần cấp dịng điện kích từ qua stator để tạo từ thông không đổi khe hở khơng khí, dịng stator cần để tạo mô men Như vậy, với đại lượng động PMSM làm việc với hệ số cos lớn khơng cần dịng kích từ, dần đến hiệu suất động cao Ngoài động PMSM có cấu tạo cịn có loại động đồng thuộc nhóm động chiều khơng có cổ góp (BLDC-BRUSHLESS DC MOTOR) Sự khác biệt động PMSM động BLDC chỗ: dạng sđđ cảm ứng cuộn dây stator BLDC có dạng hình thang cịn PMSM có dạng hình sin Sự khác cấu tạo cuộn dây stator loại máy định dạng sức phản điện động cuộn dây 2.2.2 Cấu tạo PMSM Về cấu tạo PMSM gần giống động đồng thông thường Stato PMSM giống động đồng thông thường sử dụng thép kỹ thuật ghép lại với Bên có xẻ rãnh để đặt dây quấn Động PMSM có cuộn dây quấn phân tán hình sinh chu vi stato Ba cuộn dây cấp điện áp xoay chiều Dạng dòng điện cuộn dây hình sin gần hình sin Sự phân bố từ thơng khe hở khơng khí có dạng hình sin gần hình sin Rotor PMSM nam châm vĩnh cữu cấu trúc cho phân bố độ tự cảm (hoặc mật độ từ thơng) hình sin Các nam châm làm đất ví dụ Samarium Cobalt (SmCo), Neodymium Iron Boride (NdFeB) Có suất lượng cao tránh khử từ, thường gắn bên (cực ẩn) bên (cực lồi) lõi thép roto để đạt độ bền khí cao Nhất làm việc với tốc độ cao khe hở khơng khí nam châm đắp vật liệu từ sau bọc vật liệu có độ bền cao sợi thủy tinh bắt vít lên nam châm 2.2.3 Nguyên lý hoạt động PMSM Việc khởi động động PMSM gần giống với việc khởi động động đồng thông thường Nhưng khơng cần đưa nguồn kích từ vào rotor rotor nam châm vĩnh cửu Cụ thể sau: Khi cấp dịng điện hình sin vào cuộn dây stator xuất từ trường quay với tốc độ n = 60f/p, f - tần số dịng điện, p số đơi cực Do từ trường nam châm vĩnh cửu từ trường không đổi không quay, tác động từ trường quay với từ trường không đổi tạo mô men dao động, giá trị trung bình mơ men Để máy điện làm việc phải quay nam châm vĩnh cửu tới tốc độ tốc độ từ trường, lúc mơ men trung bình động khác Việc đưa nam châm vĩnh cửu đạt tới tốc độ từ trường phương pháp khởi động động đồng thông thường mà ta nghiên cứu trước Đó sử dụng động sơ cấp lai ngoài, phương pháp đắt tiền, cồng kềnh nên sử dụng phổ biến Phương pháp sử dụng phổ biến phương pháp khởi động đồng Sau khởi động đặt tải lên động Như máy đồng nam châm vĩnh cửu có nam châm quay đồng với từ trường quay, hay gọi quay với tốc độ đồng Phần lớn nghiên cứu PMSM tập trung vào hoạt động động cung cấp từ điện áp lưới Cuộn dây dập dao động sử dụng để khởi động máy điện theo nguyên lý hoạt động máy dị sau kéo máy vào đồng phối hợp mô men dao động mô men đồng sinh nam châm vĩnh cửu Trong khởi động, nam châm vĩnh cửu sinh mô men hãm chống lại mô men tạo theo nguyên lý động dị cuộn dập dao động Vì mơ men cung cấp cuộn ổn định phải lớn mơ men hãm, tải qn tính để động chạy thành cơng 10 dương tác động xuống lốp, ép xuống mặt đường Cổng S xuất tín hiệu vật lý với độ trượt lốp đo q trình mơ  Vehicle body: Mơ tả: Khối mơ hình xe có hai trục chuyển động dọc Các trục có số lượng bánh xe khác Các bánh xe cho có kích thước giống hệt Các thuộc tính hiệu ứng phương tiện mà bạn định bao gồm khối lượng, hình học lực cản Chức cổng: H Cổng bảo toàn tịnh tiến gắn với W chuyển động ngang thân xe Cổng đầu vào tín hiệu vật lý để Beta định tốc độ gió thổi Cổng đầu vào tín hiệu vật lý để V định góc nghiêng đường Cổng tín hiệu vật lý để đo vận tốc NF xe Cổng tín hiệu vật lý để đo lực NR bình thường cầu trước Cổng tín hiệu vật lý để đo lực bình thường cầu sau 24 Vehicle dynamics and motion (động lực học chuyển động ô tô): Ký hiệu β m g h Chú thích Góc nghiêng mặt đường Khối lượng xe Gia tốc trọng trường Chiều cao trọng tâm xe so với mặt a,b đường Khoảng cách cầu trước cầu sau Vx từ trọng tâm xe Vận tốc xe; Vx > (xe phía Fd CG Fxf, Fxr trước); Vx < (xe lùi) Lực cản gió Trọng tâm xe Lực dọc lên bánh xe điểm tiếp Fzf, Fzr xúc mặt đất phía trước phía sau Tải trọng pháp tuyến bánh xe điểm tiếp xúc mặt đất phía trước phía sau  PS constant: tạo giá trị thực tế khơng thay đổi, định giá trị số dương số âm 25 - Wind velocity: dùng để đo tốc độ gió - Road incline: dùng để đo độ nghiêng mặt đường  PS - S converter: block chuyển đổi tín hiệu vật lí sang tín hiệu số 3.3.3 Block battery  DC voltage source: Khối nguồn điện áp DC đại diện cho nguồn điện áp lý tưởng đủ mạnh để trì điện áp xác định đầu dòng điện chạy qua nguồn 26 Đầu nối (+) (-) bảo toàn cổng điện tương ứng với cực dương cực âm nguồn điện áp tương ứng Dịng điện dương chạy từ dương sang âm hiệu điện nguồn hiệu điện áp cực dương cực âm, V (+); V (-) Điện áp đầu dương âm, giá trị mặc định 1V  Internal Resistance: điện trở tuyến tính Các kết nối (+) (-) bảo toàn cổng điện tương ứng với cực dương cực âm điện trở tương ứng Theo quy ước, điện áp điện trở cho V (+); V (-) dấu hiệu dòng điện dương chạy qua thiết bị từ cực dương sang cực âm Quy ước đảm bảo công suất qua điện trở dương  Voltage sensor: cảm biến điện áp lý tưởng, thiết bị chuyển đổi điện áp đo kết nối điện thành tín hiệu vật lý tỷ lệ với điện áp 27 Kết nối (+) (-) bảo tồn cổng điện mà cảm biến kết nối với mạch Kết nối V cổng tín hiệu vật lý xuất giá trị điện áp tính tốn  Current sensor: cảm biến dòng điện lý tưởng, nghĩa thiết bị chuyển đổi dòng điện đo nhánh điện thành tín hiệu vật lý tỷ lệ với dòng điện Kết nối (+) (-) cổng bảo toàn điện mà qua cảm biến đưa vào mạch Kết nối I cổng tín hiệu vật lý xuất kết đo 28 3.3.4 Block generator  ref_generator_torque: giá trị mong muốn momen máy phát, nhập vào từ khối Strategy  Simulink ps coverter: chuyển đổi tín hiệu đầu vào ko có đơn vị từ simulink thành physical signal (tín hiệu vật lý)  Torque lag: độ trễ moment động sinh ra, giá trị ref_generator sau qua khối nhân với thời gian trễ lấy tích phân theo thời gian tiếp vào cổng Tr motor điện PMSM  RPM sensor: cảm biến tốc độ vòng quay máy phát  PMSM – permanent magnet synchronous motor_động đồng sử dụng nam châm vĩnh cữu Khối PMSM bao gồm 29 - Motor Equation: nhận liệu điện áp - dòng điện từ khối Voltage Current Interface liệu moment xoắn – tốc độ quay từ khối Speed Torque Interface để đưa vào phương trình tính tốn 30 Khối Voltage Current Interface bao gồm: : đại diện cho nguồn dòng điện lý tưởng đủ mạnh để trì dịng điện định qua điện áp Dịng đầu I = Is, Is giá trị số trình bày cổng tín hiệu vật lý : đại diện cho cảm biến điện áp lý tưởng, có nghĩa là, thiết bị chuyển đổi điện áp đo kết nối điện thành tín hiệu vật lý tỷ lệ với điện áp Cổng + – cổng điện mà cảm biến kết nối với mạch Kết nối V cổng tín hiệu vật lý xuất giá trị điện áp Khối Speed Torque Interface bao gồm 31 +Torque source: Khối đại diện cho nguồn mô-men lý tưởng tạo mơ-men xoắn tỷ lệ với tín hiệu đầu vào Nguồn lý tưởng đủ mạnh để trì giá trị mômen xác định bất với giá trị vận tốc góc nhập vào Các khối R C cổng bảo toàn quay học Cổng S cổng tín hiệu, qua tín hiệu điều khiển nguồn áp dụng Tín hiệu dương cổng S tạo mô-men xoắn tác động từ C đến R +Motion sensor: Khối đại diện cho cảm biến chuyển động quay học lý tưởng, nghĩa là, thiết bị chuyển đổi biến số đo hai nút quay học thành tín hiệu điều khiển tỷ lệ với vận tốc góc góc Cảm biến lý tưởng bỏ qua qn tính, ma sát, độ trễ, tiêu thụ lượng, v.v Các khối R C cổng bảo toàn quay học kết nối W A cổng xuất tín hiệu vật lý tương ứng cho vận tốc góc quay Khối motor 32 Khối Motor -Motor điện dùng để kéo bánh xe chủ động có vai trị máy phát điện (tái sinh lượng) xe xuống dốc phanh Các thành phần khối motor điện: -Torque lag: độ trễ moment động sinh -rpm sensor: cảm biến số vòng quay motor điện -speed controller: khối điều khiển tốc độ động điện -PMSM: gộp chung với phần generator 33 Khối Speed Controller Hiệu tốc độ quay mong muốn (rpm_ref) tốc độ quay thực tế qua khối tính tốn cho giá trị momen T_ref T_ref sau chuyển đổi vào chân Tr motor 34 3.3.5 Block DC – DC converter Ideal DC-DC Voltage Converter: dùng làm tượng trưng cho máy biến áp xoay chiều solid-state DC sang DC converter Khối Máy biến áp Lý tưởng mơ hình máy biến áp tiết kiệm điện lý tưởng, mô tả phương trình sau: V1=N*V2 I2=N*I1 V1 Điện áp cuộn sơ cấp V2 Điện áp cuộn thứ cấp I1 Dòng điện vào tiếp điểm (+) cuộn sơ cấp I2 Dòng điện tiếp điểm (+) cuộn thứ cấp N Tỉ số dây 35 Khối có bốn cổng bảo vệ điện Phân cực biểu thị dấu (+) (-) Các cổng có nhãn (+1) (–1) nối với cuộn sơ cấp Các cổng có nhãn (+2) (–2) kết nối với cuộn dây thứ cấp Tỷ số cuộn dây máy biến áp tỷ số vòng dây cuộn sơ cấp số vòng cuộn thứ cấp Giá trị mặc định 3.4 Kết mơ – phân tích 36 Nhóm chúng em tìm hiểu phân tích ý nghĩa đồ thị bổ sung cho Thầy sau 37 CHAPTER 4: A REAL EXAMPLE Nhóm chúng em tìm hiểu chọn loại xe thuộc Series Hybrid Series Hybrid mơ hình lâu đời ngày khơng cịn thơng dụng nên chúng em chưa tìm loại xe thích hợp để đưa vài Case studies Mong Thầy gợi ý cho nhóm chúng em Chúng em cảm ơn Thầy 38 ... việc tương lai CHAPTER 2: FUNDAMENTIALS 2.1 Series hybrid gì? Hybrid nối tiếp  (series hybrid) loại sử dụng mô tơ điện dẫn động trực tiếp tới bánh xe Động đốt có nhiệm vụ chạy máy phát điện Đây... điện loại xe xem xe Hybrid sử dụng động xăng để nguồn điện cung cấp cho động điện hoạt động máy "phát điện" nghĩa Ngày khơng có xe Hybrid sử dụng tảng Tuy nhiên, tảng "xưa" ứng dụng xe sử dụng... xe sử dụng tảng Series Hybrid, động điện đóng vai trị trưc tiếp việc tryền lực cho bánh xe Chính thế, u cầu đặt động điện phải có sức mạnh lớn, dẫn đến kích thước to Tuy chạy động điện loại xe