, c . . t m đ t đ m m t đ P P P (2.6) Paq p Pm (2.7) Trong đó, t,đc,m là hiệu suất truyền động từ ĐCĐT tới mô-tơ điện.
ạng ch có Đ ĐT kéo xe.
Khi công suất tải yêu cầu thể hiện bởi điểm B trên h nh 2.7 nhỏ hơn công suất của ĐCĐT có thể sinh ra trong khi làm việc ở mức tối ƣu, và tình trạng nạp của ắc quy đã đạt tới mức cao nhất, dạng chỉ có ĐCĐT đẩy đi đƣợc sử dụng. Trong trƣờng hợp này, hệ thống điện đƣợc tắt, ĐCĐT đƣợc hoạt động để cung cấp công suất thích hợp với công suất tải yêu cầu. Đƣờng cong công suất ra của ĐCĐT đƣợc thể hiện bằng đƣờng nét đứt trên h nh 2.7. Công suất ĐCĐT, công suất mô-tơ điện, công suất ắc quy đƣợc trình bày nhƣ sau:
c , c t đ t đ P P (2.8) Pm = 0 (2.9) Paq = 0. (2.10)
ạng ch có phanh tái sinh.
Khi xe cần phải phanh và yêu cầu công suất phanh nhỏ hơn công suất phanh tái sinh lớn nhất mà hệ thống điện có thể cung cấp nhƣ trình bày trong h nh 2.7 bởi điểm D, mô-tơ điện đƣợc điều khiển để thực hiện chức năng nhƣ một máy phát, sản sinh ra một công suất phanh bằng công suất phanh yêu cầu. Trong trƣờng hợp này, ĐCĐT tắt hoặc đặt ở chế độ tạm ngƣng hoạt động. Công suất ra của mô-tơ điện và công suất nạp của ắc quy đƣợc tính nhƣ sau:
Pph,ts = Pt.t,m.m (2.11) Paq-n = Pph,ts (2.12)
26
ạng phanh h n hợp
Khi công suất phanh đƣợc yêu cầu lớn hơn công suất phanh tái sinh lớn nhất mà hệ thống điện có thể cung cấp nhƣ trình bày trong h nh 2.7 bởi điểm C, thì phanh cơ khí phải đƣợc kích hoạt. Trong trƣờng hợp này, mô-tơ điện sẽ đƣợc điều khiển để tạo ra công suất phanh tái sinh lớn nhất, và hệ thống phanh cơ khí sẽ đảm nhận sinh ra mô-men phanh yêu cầu còn lại. Công suất ra của mô-tơ điện, công suất nạp của ắc quy, công suất phanh cơ khí là:
Pph,ts = Pph,ts-max.m (2.13)
Paq-n = Pph,ts (2.14) Sơ đồ chiến lƣợc điều khiển đƣợc trình bày ở hình 2.8:
Kéo ?
V < Vxe,min ?
Pk,yc > Pđc ?
SOC < SOCtop
Pm,max < Pph,yc ?
Dạng chỉ có mô tơ kéo
Dạng kéo kết hợp
Dạng nạp cho ắc quy
Dạng chỉ có phanh tái sinh
Dạng chỉ có động cơ kéo
Dạng phanh kết hợp Công suất kéo
yêu cầu, Pk,yc
Công suất phanh yêu cầu, Pph,yc
Có
Vận tốc xe, V Có
Không C/suất của động cơ
trong vùng làm việc tối ưu, Pđc Có Không Tình trạng nạp của ắc quy, SOC Có Không Không Công suất lớn nhất của mô tơ, Pm,max
Có
Không
27
nh 2.9: Minh họa điều khiển đóng – ngắt Đ ĐT [6]
b) hiến ược điều hiển bật-tắt củ Đ ĐT.
Tƣơng tự nhƣ đƣợc sử dụng trong hệ dẫn động hybrid nối tiếp, chiến lƣợc điều khiển bật-tắt của ĐCĐT có thể đƣợc sử dụng trong một vài điều kiện hoạt động với tốc độ thấp và gia tốc thấp. Trong chiến lƣợc điều khiển này, hoạt động của ĐCĐT đƣợc điều khiển bởi tình trạng nạp của ắc quy, nhƣ trình bày trong h nh 2.9.
Trong giai đoạn bật động cơ, đó là chiến lƣợc điều khiển tình trạng nạp lớn nhất của ắc quy. Khi tình trạng nạp của ắc quy đạt tới mức cao của nó, ĐCĐT sẽ đƣợc ngắt và xe đƣợc đẩy đi chỉ bằng mô-tơ điện. Khi tình trạng nạp của ắc quy ở mức thấp thì ĐCĐT đƣợc bật và hệ thống lại quay trở lại chiến lƣợc điều khiển tình trạng nạp lớn nhất của ắc quy nhƣ đã trình bày ở trên.
2.1 3 ệ dẫn động hybrid song song một trục
Các phƣơng tiện hybrid hoàn chỉnh với dạng nối tiếp hay song song có thể giảm bớt tiêu thụ nhiên liệu bởi hoạt động tối ƣu của động cơ và hiệu quả phanh tái sinh. Tuy nhiên công suất điện yêu cầu cao nên đòi hỏi ắc quy mang năng lƣợng phải rất lớn và nặng, đồng nghĩa với năng lƣợng mất mát trong cản lăn tăng, không gian của hệ thống dẫn động ở dƣới mui xe sẽ lớn và khả năng mang tải của xe giảm xuống. Hệ dẫn động hybrid hoàn chỉnh có những cấu trúc hoàn toàn khác với hệ dẫn động thông thƣờng. Để thay đổi hoàn toàn từ hệ dẫn động thông thƣờng sang hệ
28
dẫn động hybrid hoàn chỉnh cần có sự đầu tƣ lớn về thời gian và chi phí. Biện pháp là đƣa ra một sản phẩm trung gian, để dễ thay đổi từ các sản phẩm hiện nay và mang lại hiệu quả hoạt động cao hơn cho chúng. Một giải pháp là đặt một mô-tơ điện nhỏ ở giữa động cơ với hệ truyền động để tạo thành hệ dẫn động hybrid song song một trục (Mild hybrid electric drive train). Mô-tơ điện nhỏ này có thể hoạt động giống nhƣ là một máy khởi động hay một máy phát điện. Nó có thể chỉ thêm vào công suất bổ xung cho hệ dẫn động khi đòi hỏi công suất cao và có thể biến đổi năng lƣợng phanh thành năng lƣợng điện. Mô-tơ điện nhỏ này có khả năng thay thế cho ly hợp hay bộ chuyển đổi mô-men, những thành phần làm việc với hiệu suất thấp khi hệ số trƣợt cao.
Hình 2.10: Sơ đồ cấu tạo hệ dẫn động hybrid song song một trục.
Hệ dẫn động hybrid này không cần bộ lƣu trữ năng lƣợng lớn (ắc quy), vì mô-tơ có công suất định mức nhỏ. Một hệ thống điện 42V có thể đƣợc đáp ứng để
29
thỏa mãn nhu cầu. Những hệ thống phụ của xe thông thƣờng nhƣ động cơ, bộ truyền động (hộp số), phanh không cần thay đổi nhiều.
Trong phần này giới thiệu hai dạng điển hình của hệ dẫn động hybrid song song một trục. Điều khiển và tính toán các thông số của chúng đƣợc trình bày cùng với một ví dụ tính toán.
2.1.3.1. ấu tạo
Mô-tơ nhỏ có chức năng nhƣ động cơ khởi động nhƣ Hình 2.10, mô-tơ kéo đƣợc đặt giữa động cơ và một bộ truyền động đa cấp hay tự động (hộp số). Ly hợp đƣợc sử dụng để ngắt kết nối hộp số với động cơ khi cần, nhƣ trong quá trình chuyển số và xe ở tốc độ thấp. Công suất định mức của mô-tơ điện có thể nằm trong khoảng 10% công suất định mức của động cơ. Mô-tơ điện này có thể đƣợc điều khiển để hoạt động ở bất kỳ mô-men hay tốc độ vòng quay nào. Theo đó, sự cách ly giữa mô-tơ điện và bộ truyền động là không cần thiết. Hoạt động của hệ dẫn động và mỗi thành phần trong đó đƣợc điều khiển bởi bộ điều khiển hệ dẫn động và các bộ điều khiển thành phần.
2.1.3.2. Hoạt ộng và chiến c iều hi n.
Hệ dẫn động có nhiều dạng hoạt động khác nhau tùy thuộc vào hoạt động của động cơ và mô-tơ điện.
Dạng ch có động cơ làm việc:
Trong dạng này mô-tơ điện đƣợc ngắt và xe đƣợc đẩy đi nhờ ĐCĐT. Dạng này đƣợc sử dụng khi tình trạng nạp của ắc quy ở mức cao và ĐCĐT một mình đƣa ra công suất yêu cầu.
Dạng ch có mô-tơ làm việc:
Trong dạng này động cơ bị ngắt và ly hợp mở. Xe đƣợc đẩy đi nhờ mô-tơ điện. Dạng hoạt động này đƣợc sử dụng khi mà xe hoạt động ở tốc độ thấp, ví dụ dƣới 10km/h.
Dạng nạp cho ắc quy:
Trong trƣờng hợp này mô-tơ điện hoạt động nhƣ một máy phát và đƣợc dẫn động bởi động cơ để nạp cho ắc quy.
30
Dạng phanh tái sinh:
Trong dạng này động cơ ngắt và ly hợp mở. Mô-tơ điện đƣợc hoạt động để sinh ra mô-men phanh tới bánh xe. Một phần động năng của động cơ đƣợc thu lại dƣới dạng năng lƣợng điện và đƣợc lƣu trữ trong ắc quy.
Dạng làm việc h n hợp:
Cả động cơ và mô-tơ đƣa ra công suất cho hệ dẫn động.
Những dạng hoạt động ở trên đƣợc sử dụng trong hoạt động thực tế phụ thuộc vào công suất yêu cầu. Nó đƣợc yêu cầu bởi lái xe qua bàn đạp ga hay phanh, trạng thái nạp của ắc quy và tốc độ của xe.
Chiến lƣợc điều khiển là sự thiết lập điều khiển logic trong bộ điều khiển hệ dẫn động. Nó nhận tín hiệu từ ngƣời lái (chân ga, phanh) và tín hiệu từ các bộ phận riêng biệt nhƣ thể hiện trên hình 2.10 sau đó đƣa ra lệnh làm việc cho từng bộ phận, tùy theo thiết lập của điều khiển logic.
Bảng 2.1. Một dạng điều khiển logic.
Điều kiện lái Điều khiển hoạt động
Chạy không tải Cả động cơ và mô-tơ bi ngắt Tốc độ dƣới 10km/h Chỉ động cơ kéo
Phanh Phanh tái sinh
Công suất yêu cầu cao (lớn hơn công suất động cơ có thể sản sinh)
Kéo hỗn hợp
Công suấ trung bình và dƣới công suất yêu cầu
Nạp cho ắc quy hoặc chi động cơ kéo phụ thuộc trạng thái nạp của ắc quy
31
2.1.4. Hệ dẫn ộng hybrid hỗn h p song song – nối tiếp.
2.1.4.1. Hình dáng hệ truyền ộng với bộ bánh răng hành tinh
Hình 2.11: Sơ đồ hệ dẫn động hybrid h n hợp với bộ ghép nối bánh răng hành tinh.
Hình 2.11 trình bày hình dạng của một bộ truyền động hybrid hỗn hợp song song – nối tiếp, nó dùng một bộ bánh răng hành tinh để kết nối ĐCĐT, mô-tơ điện và bộ truyền động với nhau. ĐCĐT đƣợc kết nối với vành răng của bộ bánh răng hành tinh qua li hợp 1, nó đƣợc sử dụng để nối hoặc ngắt ĐCĐT với vành răng. Mô- tơ điện đƣợc nối với bánh răng mặt trời. Khóa 1 dùng để khóa bánh răng mặt trời và rôto của mô-tơ điện với khung xe. Li hợp 2 dùng để nối hoặc tách bánh răng mặt trời với vành răng. Bộ truyền động đƣợc dẫn động bởi cầu dẫn của bộ bánh răng hành tinh qua một bánh răng trung gian.
Bộ bánh răng hành tinh là một bộ tốc độ tổng hợp, nó là một bộ 3 cửa. Ba cửa này là bánh răng mặt trời, vành răng, và cầu dẫn. Những vận tốc góc của ba thành phần này là có liên quan với nhau nhƣ công thức sau:
. 1 (1 ) s r c R R R (2.15)