Nghiên cứu phương pháp tính chọn nguồn động lực cho ô tô điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu phương pháp tính chọn nguồn động lực cho ô tô điện NGUYỄN BÁ VŨ Nguyenvu.automobile@gmail.com Ngành Kỹ thuật Ơ tơ Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Đàm Hồng Phúc Chữ ký GVHD Viện: Cơ khí động lực HÀ NỘI - 2020 LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đàm Hoàng Phúc - Giảng viên Viện Cơ khí động lực - Đại học Bách Khoa Hà Nội, tận tình hướng dẫn học viên hồn thành đề tài này, đồng cảm ơn toàn thể thầy Viện Cơ khí động lực giúp đỡ học viên nhiều kiến thức chuyên môn tạo điều kiện tài liệu tra cứu TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Xe điện xu tương lai với nhiều nghiên cứu chuyên sâu, phương pháp tính tốn, nghiên cứu nguồn động lực cho ô tô điện có nhiều điểm khác biệt so với ô tô truyền thống sử dụng động đốt Bài báo đề xuất phương pháp tính tốn nguồn động lực cho ô tô điện dựa tiêu chí vận hành (vận tốc cực đại, khả leo dốc, khả tăng tốc) kiểm nghiệm lại kết phần mềm chuyên dụng Advisor sử dụng rộng rãi Sự khác biệt không lớn kết thu cho thấy tính khả thi phương pháp tính tốn nguồn động lực đề xuất HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Nguyễn Bá Vũ i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu ô tô điện 1.1.1 Sơ lược lịch sử ô tô điện 1.1.2 Tình hình nghiên cứu phát triển ô tô điện giới 1.1.3 Tình hình Việt Nam 1.1.4 Ưu, nhược điểm sử dụng ô tô điện 12 1.1.5 Nhu cầu sử dụng ô tô điện phục vụ du lịch sử dụng sở y tế 13 1.2 Cấu tạo chung hệ thống phận ô tô điện 16 1.2.1 Các hệ thống động điện 16 1.2.2 Các phận chủ yếu xe điện 19 1.3 Nguồn động lực học ô tô 20 1.3.1 Yêu cầu động cho ô tô điện 20 1.3.2 Các loại động điện dùng cho ô tô điện 21 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NGUỒN ĐỘNG LỰC HỌC CHO Ơ TƠ ĐIỆN 27 2.1 Động lực học động đốt 27 2.1.1 Tốc độ tối đa 27 2.1.2 Khả leo dốc 28 2.1.3 Khả gia tốc 29 2.2 Động lực học với động điện 32 2.2.1 Tốc độ tối đa 32 2.2.2 Khả leo dốc 32 2.2.3 Hành trình tối đa 32 2.2.4 Khả gia tốc 33 CHƯƠNG 3: KIỂM NGHIỆM BẰNG ADVISOR 39 3.1 Giới thiệu phần mềm Advisor 39 3.1.1 Giới thiệu tính 39 3.1.2 Hướng dẫn sử dụng advisor: 40 ii 3.2 Tính toán, lựa chọn truyền động điện 44 3.2.1 Chọn loại động điện 44 3.2.2 Tính chọn động điện 46 3.3 Kiểm nghiệm kết phần mềm Advisor 52 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thông số xe tham khảo Nissan Lift 46 Bảng 3.2 Các hệ số E1 E2 cho loại động 48 Bảng 3.3: Hệ số sử dụng tổng công suất phụ tải không liên tục 51 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Ơ tơ điện thời kỳ đầu Hình 1.2 Phân bổ khoản đầu tư cho nghiên cứu ô tô điện Hoa Kỳ từ năm 2009 Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống cụm xe điện Hình 1.4 Xe ô tô điện i-MiEV đưa thị trường Hình 1.5: Ơ tơ bus điện hàn quốc Hình 1.6 : Trạm cung cấp nhiên liệu cho xe điện Singapo Hình 1.7: Biểu đồ tính xe điện Hình 1.8: Ơ tơ điện Viêt nam 10 Hình 1.9 : Ơ tơ điện hãng nissan 13 Hình 1.10 : Ơ tô điện sử dụng Chicago 14 Hình 1.11 : Tàu điện Paris – lyon 14 Hình 1.12 : Tàu điện ngầm tiện dụng pháp 15 Hình 1.13 : Xe điện Mai Linh Đà Lạt 15 Hình 1.14 : Xe điện sân golf 16 Hình 1.15: Các dạng EV dựa động lực điện nguồn lượng 17 Hình 1.16: Cấu tạo xe điện 19 Hình 1.17: Đặc tính tô điện 21 Hình 1.18: Động chiều ( DC motor) 21 Hình 1.19: Động không đồng 22 Hình 1.20: Cấu trúc động từ trở đồng - SynRM so sánh rotor động SynRM với động IM ABB 23 Hình 1.21: Động từ trở thay đổi – SRM 24 Hình 1.22: Cấu trúc động BLDC cảm biến Hall 25 Hình 1.23: Nguyên lý điều khiển động BLDC 25 Hình 1.24: So sánh cấu trúc động SPM IPM 26 Hình 1.25: Đặc tính sinh mơmen động IPM 26 Hình 2.1: Đồ thị đặc tính tốc độ gia tốc 30 Hình 2.2: Xác định biến thiên tốc độ theo thời gian tăng tốc 30 Hình 2.3: Xác định biến thiên quãng đường theo thời gian tốc độ theo quãng đường 31 v Hình 2.4: Đường cong momen xoắn lý thuyết 33 Hình 2.5: Đường mơ men xoắn công suất thực tế (nét liền) lý thuyết (nét đứt) 35 Hình 2.6: Đường cong momen xoắn cơng suất thực tế tính tốn theo cơng thức (4-12) ( đường nét liền) đường lý tưởng ta xét ( đường nét đứt ) 36 Hình 2.7: Đường cong momen xoắn công suất động đốt với tay số 37 Hình 2.8: Momen xoắn trung bình động 37 Hình 2.9: Đường cơng suất động Saturn 1.9L truyền cấp 38 Hình 3.1: Giao diện phần mềm advisor 39 Hình 3.2: Giao diện khởi động advisor 41 Hinh 3.3: Giao diện nhập thông số xe 42 Hình 3.4: Giao diện nhập thơng số chu trình lái 43 Hình 3.5: Giao diện kết 43 Hình 3.7: Các loại động điện 44 Hình 3.8: Đường đặc tính loại động điện 45 Hình 3.9: Sơ đồ tính chọn ắc quy 50 Hình 3.10: Các thơng số đầu vào cho mô động lực học xe điện 53 Hình 3.11: Mơ hình xe điện Advisor 53 Hình 3.12: Kết mô Advisor 53 vi CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu ô tô điện 1.1.1 Sơ lược lịch sử ô tô điện a Thời kỳ đầu Ô tô điện khái niệm mà thực tế có lịch sử lâu đời Từ đầu kỷ 19, xe chạy nguồn lượng điện có vị cạnh tranh tương đương với xe chạy động nước Vào khoảng năm 1832 1839, Robert Anderson người Scotland phát minh loại xe điện chuyên chở Năm 1842, hai nhà phát minh người Mỹ Thomas Davenport Scotsmen Robert Davidson trở thành người đưa ắc quy vào sử dụng cho ô tô điện Đến năm 1865, Camille Faure thành công việc nâng cao khả lưu trữ điện ắc quy, giúp cho xe điện di chuyển quãng đường dài Pháp Anh hai quốc gia đưa ô tô điện vào phát triển hệ thống giao thơng vào cuối kỷ 18 [1] Hình 1.1 Ô tô điện thời kỳ đầu b Suy yếu biến Đến đầu kỷ 20, ô tô điện trở nên yếu so với ô tô sử dụng động đốt nguyên nhân sau: - Vào thời điểm này, người ta tìm mỏ dầu lớn giới dẫn đến việc hạ giá thành dầu sản phẩm dẫn xuất toàn cầu Vấn đề nhiên liệu cho xe chạy động đốt trở nên đơn giản - Về giá thành, năm 1928, xe chạy điện có giá khoảng 1750USD, xe chạy xăng có giá khoảng 650USD [1] - Về mặt kỹ thuật, công nghệ chế tạo động đốt cơng nghiệp tơ có tiến vượt bậc: Charlé Kettering phát minh khởi động cho xe chạy xăng, Henry Ford phát minh động đốt có giá thành hạ,… Kết đến năm 1935, ô tô điện gần biến cạnh tra với xe chạy động đốt [1] c Sự trở lại phát triển Bắt đầu từ thập niên 60, 70 kỷ trước, giới phải đối mặt với vấn đề lớn mang tính tồn cầu: - Vấn đề lượng: nguồn lượng hóa thạch dầu mỏ, than đá vô tận, chúng có khả bị cạn kiệt khơng thể tái tạo Các phương tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn lượng (xăng, dầu) chắn không tồn tương lai Trong đó, điện loại lượng linh hoạt, chuyển hóa từ nhiều nguồn lượng khác, có nguồn lượng tái tạo vơ tận lượng gió, mặt trời, sóng biển, …Do vậy, phương tiện sử dụng điện phương tiện tương lai - Vấn đề môi trường: khơng khó để nhận mơi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng, mà nguyên nhân khí thải từ phương tiện giao thơng, đặc biệt tơ Ơ tơ điện lời giải triệt vấn đề hồn tồn khơng có khí thải Như vậy, ta thấy ô tô điện giải pháp tối ưu cho hai vấn đề lớn, lý khiến trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau kỷ 20 trở lại ngày trở thành mối quan tâm lớn ngành công nghiệp ô tô nhà khoa học tồn giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu phát triển ô tô điện giới a Hoa Kỳ Năm 2009, chuyến thăm Trung tâm Nghiên cứu Ơ tơ điện Edison miền Nam California, tổng thống Mỹ Barack Obama duyệt khoản chi 2,4 tỷ USD cho việc nghiên cứu ô tô điện Khoản chi từ ngân sách phân bổ sau: Từ cấu khoản chi trên, ta thấy nguồn lượng hệ truyền động vấn đề then chốt nghiên cứu ô tô điện Các vấn đề trình bày chi tiết sau loạt 2,4 tỷ đô-la cho ô tô điện 500 triệu đôa cho việc nghiên cứu hệ truyền động động điện, v.v 1,5 tỷ đô-la cho việc nghiên cứu hệ thống nguồn lượng hiệu suất cao 400 triệu đô-la cho việc nghiên cứu vấn đề sở hạ tầng trạm nạp ắc quy, v.v Hình 1.2 Phân bổ khoản đầu tư cho nghiên cứu ô tô điện Hoa Kỳ từ năm 2009 b Châu Âu Tại Châu Âu, xe plug-in hybrid biến đổi điện tử công suất vấn đề quan tâm nghiên cứu Ơ tơ điện lai (plug-in hybrid electric vehicle) loại xe sử dụng hỗn hợp lượng xăng điện tên gọi “hybrid” Thuật ngữ “plug-in” cho biết xe có nạp tích hợp sẵn, người dùng cần cắm điện vào nguồn lưới dân dụng mà khơng cần nạp bên ngồi Một số dòng xe hybrid lưu hành Việt Nam Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Honda Civic Hybrid, v.v Hình 3.2: Giao diện khởi động advisor Click Start để bắt đầu chạy mô phỏng, ta thấy giao diện phần mềm sau: 41 Hinh 3.3: Giao diện nhập thông số xe Ta chọn thông số phù hợp với loại xe mà xét: - Vehicle: Loại xe - Fuel Converter: Bộ chuyển đổi nhiên liệu - Exhaust Aftertreat: Hệ thống xử lý khí thải - Energy Storage: Bộ phận dự trữ lượng - Motor: Chọn loại motor - Starter: Hệ thống khởi động - Transmission: Hệ thống truyền lực - Torque Coupling - Wheel/Axle: Bánh xe / trục - Accessory: Phụ tải - Powertrain Control Sau lựa chọn thông số phù hợp ta click continue để tiếp tục, ta giao diện hình Tại phần ta lựa chọn: - Drive Cycle: Chu trình lái - Các điều kiện tính tốn khả tăng tốc ( Acceleration Test) độ dốc ( Gradeability Test) 42 Hình 3.4: Giao diện nhập thơng số chu trình lái Sau lựa chọn cá thông số phù hợp ta nhấn RUN để chương trình bắt đầu chạy tính tốn Kết sau chương trình chạy xong sau: Hình 3.5: Giao diện kết Đây bảng kết sử dụng cuối cùng: 43 Hình 3.6: Giao diện kết 3.2 Tính tốn, lựa chọn truyền động điện 3.2.1 Chọn loại động điện Theo phương pháp cung cấp lượng động điện phân làm: động xoay chiều (AC) động chiều (DC).Và từ hai loại động điện này, tùy theo cấu trúc động chế vận hành mà người ta lại phân chia thành loại khác sau: Hình 3.7: Các loại động điện Đối với động chiều DC tên gọi cho thấy sử dụng nguồn cung cấp dịng điện chiều Nó có ưu điểm dễ điều khiển tốc độ mà 44 không ảnh hưởng tới công suất giá rẻ hơn, qua phân tích đồ thị đặc tính (hình 3.7) ta thấy động điện chiều có khả cung cấp mômen khởi động cao yêu cầu tăng tốc êm dải tốc độ rộng Nhưng bên cạnh lại có kích thước trọng lượng lớn động AC Đối với động xoay chiều AC ưu điểm động thường đạt hiệu suất cao phạm vi hoạt động rộng, mạch điện tử phức tạp cần phải lắp thêm biến tần nhiên thiết bị cải thiện việc điều khiển tốc độ chất lượng dịng điện lại giảm có hệ số tỷ lệ công suất/ trọng lượng cao (gấp đôi so với tỷ lệ công suất: trọng lượng động điện chiều) Hình 3.8: Đường đặc tính loại động điện Qua phân tích ta chọn loại động chiều (DC) cho xe thiết kế Hiện nay, động điện chiều có hai loại: động chiều có chổi than động chiều không chổi than Loại có chổi than tuổi thọ khơng cao, q trình vận hành địi hỏi phải bảo dưỡng chổi than Cịn động chiều khơng chổi than BLDC (Brushles DC motor) có ưu điểm động đồng nam châm vĩnh cửu như: tỷ lệ momen/quán tính lớn, tỷ lệ cơng suất khối lượng cao Động kích từ nam châm vĩnh cửu khơng cần chổi than vành trượt nên khơng tốn chi phí bảo trì chổi than Ta thay đổi đặc tính động cách thay đổi đặc tính nam châm kích từ cách bố trí nam châm rotor Một số đặc tính bật động BLDC hoạt động: - Mật độ từ thơng khe hở khơng khí lớn - Tỷ lệ cơng suất/khối lượng máy điện cao 45 - Tỷ lệ momen/quán tính lớn (có thể tăng tốc nhanh) - Vận hành nhẹ nhàng (dao động momen nhỏ) chí tốc độ thấp (để đạt điều khiển vị trí cách xác) - Mơmen điều khiển vị trí khơng - Vận hành tốc độ cao - Có thể tăng tốc giảm tốc thời gian ngắn - Hiệu suất cao - Kết cấu gọn Tuy nhiên có nhược điểm động kích từ nam châm vĩnh cửu nên chế tạo giá thành cao nam châm vĩnh cửu cao với phát triển công nghệ giá thành nam châm giảm Động BLDC điều khiển điều khiển với điện ngõ dạng xung vuông cảm biến Hall đặt bên động để xác định vị trí rotor Điều làm tăng giá thành đẩu tư sử dụng động BLDC Tuy nhiên điều cho phép điều khiển tốc độ mơmen động dễ dàng, xác Nếu dùng loại nam châm sắt từ chúng dễ từ hóa khả tích từ khơng cao, dễ bị khử từ đặc tính từ nam châm bị giảm tăng nhiệt độ Nhưng với loại nam châm nhược điểm cải thiện đáng kể Qua phân tích ta thấy loại động chiều khơng chổi than có đặc điểm đáp ứng yêu cầu đề tài Vì ta lựa chọn loại động chiều không chổi than để thiết kế cho xe Kết Luận: Vậy loại động điện sử dụng động điện chiều khơng chổi than 3.2.2 Tính chọn động điện Các thông số ban đầu cho việc tính tốn chọn cơng suất động điện Bảng 3.1 Thông số xe tham khảo Nissan Lift Thông số xe tham khảo Tổng tải trọng xe Vận tốc cực đại xe Thời gian tăng tốc từ 0-100 km/h Quãng đường chạy lần sạc Khả leo dốc vận tốc 70km/h 46 Giá trị 1505(Kg) Vmax = 144(Km/h) 11.5 s 130 km 4,3% Như nói trên, tiêu vận hành tính tốn nguồn động lực cho xe tơ điện bao gồm thông số : Vận tốc cực đại, khả tăng tốc, khả leo dốc quãng đường xe chạy lần sạc a Xác định công suất động điện theo tiêu chí 𝑣max Cơng thức tính cơng suất sinh bánh xe mặt đường biểu diễn sau: 𝑃𝑟𝑜𝑎𝑑 = 𝑃𝑎𝑒𝑟𝑜 + 𝑃𝑟𝑜𝑙𝑙 + 𝑃𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 +𝑃𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 = ρ𝐶𝐷 A𝑣 + 𝐶𝑅𝑅 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 gv +𝑘𝑚 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 av + 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 gZv Trong đó: - 𝑃𝑟𝑜𝑎𝑑 công suất tải (W) - 𝐶𝐷 – hệ số cản khí động tơ, 𝐶𝐷 = - 𝑃𝑎𝑒𝑟𝑜 cơng suất cản khí động (W) 0.4 - 𝑃𝑟𝑜𝑙𝑙 cơng suất cản lăn (W) - A – diện tích cản diện xe - 𝑃𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 cơng suất tăng tốc (W) tô A=2.3 m2 - 𝑃𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 công suất cản dốc (W) - 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 – khối lượng xe 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = - a gia tốc xe (m/𝑣 ) 1505 𝑘𝑔 - v vận tốc xe (m/s) - 𝑘𝑚 hệ số kể đến quán tính quay - ρ – mật độ khơng khí, ρ=1,24 kg/m3 hệ thống truyền lực 𝑘𝑚 = 1,1 - 𝐶𝑅𝑅 – hệ số cản lăn, 𝐶𝑅𝑅 = 0.009 - Z độ cản dốc (%) Nếu bỏ qua công suất sinh dốc, ta biểu thức đơn giản tính tốn cơng suất tốc độ tối đa sau: 𝑡𝑜𝑝𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 = 𝜌 𝐶𝐷 𝐴 𝑣𝑡𝑜𝑝𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑 + 𝐶𝑅𝑅 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑔 𝑣𝑡𝑜𝑝𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑 Từ cơng thức ta tính cơng suất vận tốc tối đa mà động cần phải sinh cho xe ô tô: 𝑡𝑜𝑝𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 = 26995 𝑊 b Tính tốn cơng suất tiêu khả leo dốc Từ công thức xác định công suất mặt đường, bỏ qua công suất sinh lực qn tính, ta có cơng thức xác định công suất cần thiết cho khả leo dốc xe vận tốc 𝑣𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 sau: 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 = 𝜌 𝐶𝐷 𝐴 𝑣𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 + 𝐶𝑅𝑅 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑔 𝑣𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 + 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑔 𝑍𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 𝑣𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 47 Công suất mà động cần phải sinh cho xe ô tô vận tốc 𝑣𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 chuyển động đường có độ dốc 𝑍𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 là: 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 = 22358 𝑊 c Tính tốn cơng suất tiêu khả tăng tốc Ta có biểu thức cho cơng suất tăng tốc cần thiết bánh xe: 𝑃= [(𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 ) + 𝜌 𝐶𝐷 𝐴 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 + 𝐶𝑅𝑅 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑔] 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 𝑡𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 2𝑘 Trong 𝑡𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 khoảng thời gian cần thiết để xe tăng tốc từ lên 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 Hệ số k xét đến độ trễ quán tính loại động k = [𝑚𝑖𝑛 ( 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 2𝐸1 , 1)] 𝐸2 Các giá trị E1 E2 cho bảng Bảng 3.2 Các hệ số E1 E2 cho loại động Các loại động ICE (Động đốt trong) EV (Động điện) 𝐸1 30 20 𝐸2 0.55 0.2 Xét trường hợp lý tưởng, bỏ qua cản lăn cản gió, ta có cơng thức tính tốn cơng suất tăng tốc xe theo hệ số N: 𝑃 = 𝑘𝑚 Trong hệ số 𝑁 +1 𝑁2 𝑁 + 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 𝑁2 𝑡𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 hệ số kể đến tăng dần cơng suất Ta tính xấp xỉ cách đơn giản cơng cản q trình tăng tốc xe Ta cần ý công cản vận tốc không không, vận tốc lớn 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 công cản lớn Dựa vào biểu thức tính cơng suất ban đầu ta tính cơng cản lớn sau: 𝑃𝑑𝑟𝑎𝑔−𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 = 𝜌 𝐶𝐷 𝐴 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 + 𝐶𝑅𝑅 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑔 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 Ta giả sử tổn thất gây q trình tăng tốc thay đổi tuyến tính 𝑃𝑑𝑟𝑎𝑔−𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 suốt trình tăng tốc Từ ta tính cơng suất tổn thất trung bình trình tăng tốc 𝑃𝑑𝑟𝑎𝑔−𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 Kết hợp với công thức ta cơng thức tính cơng suất cần thiết q trình tăng tốc: 48 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 𝑁 + 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 = 𝑘𝑚 + 𝑃𝑑𝑟𝑎𝑔−𝑣𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 𝑁 𝑡𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 Công suất cần thiết trình tăng tốc từ 0-100 km/h: 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 = 61920 𝑊 Công suất động điện chọn giá trị lớn giá trị tính trên: 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑝𝑠𝑝𝑒𝑒𝑐ℎ 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 𝑚𝑎𝑥 (𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 , 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 , 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 ) 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 𝑃𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒−𝑜𝑢𝑡 = 61920 𝑊 Công suất cần thiết motor tính theo cơng thức ̅𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 P 𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 61920 = = = 75055 𝑊~ 75 𝑘𝑊 𝜂 0.825 3.2.3 Tính tốn cơng suất ắc quy tiêu quãng đường Theo yêu cầu cơng nghệ, nguồn lượng cần đảm bảo xe chạy tối thiểu quãng đường 130 km cho lần sạc đầy Giả sử xe chuyển động với tốc độ 50km/h = 14 m/s mặt đường bằng, khơng góc dốc gió lặng Suy ra, xe chạy 130 km thời gian: 𝑇130 = 130 50 = 2,6 h Khi xe chuyển động đều, gia tốc a = Ta có lực cản tác dụng lên bánh xe để đẩy xe bằng: Fte = Frr + Fa Trong đó: - Frr = f.(Z1 + Z2) = f.Gtb.cosα Với f: hệ số cản lăn (f =0,02: đường nhựa) Gtb = mg=1505.9,81 = 14764,05 (N): tổng trọng tải xe thiết kế Frr  0,02.14764,05.cos 40  294,56  N  - Fa = ρ C F.v 2 Trong đó: ρ mật độ khơng khí: ρ = 1,24 kg/m3 C hệ số khí động tơ; C phụ thuộc hình dạng khí động học xe, chất lượng bề mặt vỏ xe, : xe du lịch: C = 0,3 ÷ 0,45; xe khách: C = 0,4 ÷ 0,6; xe tải : C = 0,6 ÷ 0,85 Chọn C=0,45 49 F diện tích diện xe (m2): F = 2.3 m2 V vận tốc lớn xe, vận tốc lớn xe chọn là: V = 144 (km/h) = 40(m/s) Vậy: Fa = ρ C F.v = 0,5 1,24 0,45 2,3 402 = 1026,72 (N)  Fte  294,56  1026,72  1321, 28  N  Công suất mà xe tiêu thụ chạy tốc độ V = 14m/s: 𝑃𝑥𝑒 = 𝐹𝑡𝑒 𝑣 = 1321,28.14 = 18.498 𝑊 Giả sử động có hiệu suất ηdc = 85%; biến đổi điện có hiệu suất ηbbd = 90% suy công suất mà ắc quy phát ra: 𝑃𝑏𝑎𝑡 = 𝑃𝑥𝑒 18.498 = = 24.180 𝑊 𝜂𝑑𝑐 𝜂𝑏𝑏𝑑 0,85.0,9 Sơ đồ tính chọn ắc quy sau : Hình 3.9: Sơ đồ tính chọn ắc quy Trong đó: - I1: Dòng điện qua tải liên tục (động điện) - I2: Tổng dòng điện qua phụ tải không liên tục - U2: Điện áp cấp cho phụ tải không liên tục; U3 = 12 V - R: Là phụ tải hoạt động không liên tục với điện áp 12V Xác định I2: Được xác định theo tổng công suất phụ tải hoạt động không liên tục, theo biểu thức sau: P  I3 = I2.U2 =  Pi   i Trong : -  i: Hệ số sử dụng tải Các phụ tải hoạt động khơng liên tục tính tốn với hệ số sử dụng theo bảng sau 50 Bảng 3.3: Hệ số sử dụng tổng công suất phụ tải không liên tục Tên STT  Pi Đơn vị Đèn pha 0,2 0,2.50 = 10 W Đèn hậu 0,15 0,15.42 = 6,3 W Đèn tín hiệu 0,1 0,1.84 = 8,4 W Đèn taplo 0,2 0,2.4 = 0,8 W Đèn phanh 0,1 0,1.42 = 4,2 W Còi 0,1 0,1.25 = 2,5 W 32,2 W Tổng công suất P  I3 Hiệu suất chuyển đổi điện áp từ 48V thành 12 V giả sử 90%: Công suất cho phụ tải : 𝑃𝑝 = 32,2 0,9 =35,8 W Vậy công suất toàn xe sử dụng là: 𝑃∑ = 𝑃𝑏𝑎𝑡 + 𝑃𝑝 = 24.180+ 35,8 = 24.216 W Ắc quy cần đủ lượng để trì cơng suất phát thời gian T100 Suy ra, lượng tối thiểu ắc quy: 𝑊𝑏𝑎𝑡 = 𝑃𝑏𝑎𝑡 𝑇130 = 24216.2,6 = 62.961 𝑊ℎ Chọn hệ số dự trữ 1,15 suy ra: 𝑊𝑏𝑎𝑡 = 62961.1,15 = 72.405 𝑊ℎ Điện áp bình ắc quy Lithium – ion 12,8V số lượng bình cần dùng là: 𝑛= 𝑉𝐷𝐶 𝑈ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 = 48 =4 12,8 Dung lượng ắc quy cần thiết để sử dụng cho động : 𝑄= 𝑊𝑏𝑎𝑡 72.405 = = 1.500 𝐴ℎ 𝑉𝐷𝐶 48 51 3.3 Kiểm nghiệm kết phần mềm Advisor Để kiểm nghiệm thông số nhận từ phương pháp tính trên, ta vào mơ chuyển động tơ điện phần mềm Advisor độ xác phần mềm xác nhận Các thông số khảo sát đầu vào xe như: loại xe, thông số lưu trữ lượng, thông tin động hệ thống truyền lực… thể hình 3.10 Mơ hình xe điện Advisor thể hình 3.11 với khối: Nguồn lượng, motor, hệ thống truyền lực, bánh xe mơ hình động lực học xe Ngồi Test khả tăng tốc khả leo dốc xe, phần mêm Advisor cho phép thực Test động lực học xe điện theo chu trình lái cho trước Kết mô phần mềm Advisor thể hình 3.12 Các kết nhận mô khẳ đáp ứng hệ thống động lực sau: thời gian tăng tốc từ 0-100 km/h 11,4s (so với yêu cầu 11,1s), vận tốc cực đại 157,5 km/h (so với yêu cấu thiết kế 144 km/h), khả leo dốc vận tốc 70 km/h 4,4% (so với yêu cầu thiết kế 4.3%) Các kết cho thấy sai lệch không lớn giá trị nhận giá trị tính tốn phần mềm Advisor, việc khẳng định tính xác kết tính toán khẳ ứng dụng phần mềm Các khảo sát khẳ động lực học ô tô điện sử dụng phần mềm Advisor để tính tốn 52 Hình 3.10: Các thơng số đầu vào cho mơ động lực học xe điện Hình 3.11: Mơ hình xe điện Advisor Hình 3.12: Kết mô Advisor 53 KẾT LUẬN Cùng với tiến khoa học kỹ thuật phát triển giới ngành công nghiệp kèm với nhiễm mơi trường ngày trở lên nghiêm trọng Một nguyên nhân dẫn đến nhiêm khí thải phương tiện tham gia giao thông Để giảm thiếu lượng khí thải nhiễm tương lai, phương án tính tới phát triển đổi công nghệ, nguồn lượng cho phương tiên tham gia giao thông thay cho nhiên liệu hóa thạch cũ, động điện công nghê ưu tiên phát triển tương lai toàn giới Luận văn nêu lên khác biệt tính tốn nguồn động lực xe ô tô truyền thống với động đốt xe điện, đồng thời trình bày phương pháp tính tốn nguồn động lực cho xe điện dựa tiêu chí vận hành xe (vận tốc cực đại, khả leo dốc, khả tăng tốc) Các thơng số tính tốn phương pháp kiểm nghiệm phần mềm Advisor sử dụng rộng rãi Kết so sánh cho thấy khác biệt khơng lớn, điều cho thấy tính đắn phương pháp nêu KIẾN NGHỊ Trong tương lai có điệu kiện, tác giả thực mơ hình thí nghiệm dựa kết tính tốn với thơng số cụ thể xác, từ cho phép đánh giá xác thông số 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn (2009) Lý thuyết ô tô-máy kéo Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] Đặng Quý (2001) Tính tốn thiết kế tơ Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh [3] Đơng Hải (2019) Ơ nhiễm khí thải phương tiện giao thơng thị Tạp chí Cơng nghiệp mơi trường [4] Hải minh (2017) Ơ nhiễm mơi trường thị: khí thải từ phương tiện giao thông đứng đầu bảng Tạp chí Bảo vệ rừng mơi trường 55 ... lực học ô tô 20 1.3.1 Yêu cầu động cho ô tô điện 20 1.3.2 Các loại động điện dùng cho ô tô điện 21 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NGUỒN ĐỘNG LỰC HỌC CHO Ô TÔ ĐIỆN ... 1.3 Nguồn động lực học ô tô 1.3.1 Yêu cầu động cho ô tô điện Động điện máy điện dùng để chuyển đổi lượng điện sang lượng học, hầu hết động điện có hoạt động theo hiệu ứng điện từ, số động áp điện. .. thấy nguồn lượng hệ truyền động vấn đề then chốt nghiên cứu ô tô điện Các vấn đề trình bày chi tiết sau loạt 2,4 tỷ ? ?ô- la cho ô tô điện 500 triệu đôa cho việc nghiên cứu hệ truyền động động điện,