Nhữngdạnghoạtđộng có hiệu quảcủahệdẫnđộng hybrid song song chủ yếu gồm: chỉ có ĐCĐT kéo; chỉ có mô-tơ điện kéo; cả ĐCĐT và mô-tơ điện cùng kéo; phanh tái sinh và ắc quy được nạp từ ĐCĐT. Trong quá trình hoạt động, các dạnghoạtđộng thích hợpsẽđượcsửdụngđểđáp ứng mô-men kéo yêu cầu, đạthiệu suất tổng cao, duy trì tình trạngnạp cho ắc quy ởmứchợp lí, và thu hồinănglượng phanh càng nhiều càng tốt.
Chiến lược điềukhiểntổngthểgồm có hai mức. Mộtbộđiều khiểncấpđộ hệthốngcủa xe (điềukhiểncấpđộ cao) thựchiện chứcnăngnhưmột bộchỉ huy điều khiển và đưa ra các lệnh, đưa yêu cầu mô-men đến bộ điều khiển cấp độ thấp (điều khiển cụcbộ hoặctừng thành phần) được căn cứ trên lệnh hoạtđộng (lái xe), các đặc điểm riêng củatừng bộ phận, và thông tin phản hồitừ các bộ phận. Chiến lược điều khiển tổng thể của hệtruyền động hybrid song song thể hiện trên sơ như trong hình 1.28. Nó gồm có một bộ điều khiển xe, bộ điều khiểnĐCĐT, bộđiềukhiển mô-tơđiện, và bộđiềukhiển phanh cơ khí.
Bộ điều khiển hệ thống, nó thu thập dữliệu từ người lái và tấtcả các bộ phận, thí dụ như mô-men yêu cầu, tốc độ xe, tình trạng nạp của ắc quy, tốcđộ độngcơ và vị trí bướm ga, tốcđộ mô-tơđiện, ... Dựa và nhữngdữ liệu này, đặc tính các bộphận, chiếnlượcđiềukhiểnđượcđịnhtrước. Bộđiều khiển xe đưa ra những tín hiệuđiềukhiểncủa nó tớimỗibộđiều khiển thành phần (bộđiềukhiển cụcbộ). Mỗibộ điều khiển thành phần điều khiển hoạtđộngcủa bộ phậntương ứngđể phù hợp với yêu cầu dẫn động. Bộ điều khiển xe đóng vai trò trung tâm trong hoạt động của hệ dẫn động. Bộ điều khiển xe phải đưa ra các dạng hoạt động khác nhau, tùy theo điều kiện lái, dữ liệu được tập hợp từ các bộ phận, mệnh lệnh củangười lái và phải đưa ra mệnh lệnh chính xác tớibộ điều khiển thành phần. Hơnnữa, điều khiển chiến lược địnhtrước quyết định hoạtđộngcủa hệdẫnđộng.
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng QuốcNgọc Lớp: Động cơ-K51 28 Bộ điều khiển xe Bộ điều khiển động cơ Động cơ Bộ truyền động
Bộ điều khiển mô tơ
Mô tơ điện
Bộ điều khiển phanh cơ khí Phanh cơ khí Bánh xe Bánh xe Tín hiệu từ chân ga Tín hiệu từ chân phanh Tốc độ xe Tình trang nạp của ắc quy Công suất động cơ
yêu cầu Công suất mô tơ yêu cầu
Công suất cơ khí yêu cầu
Công suất động cơ
Công suất mô tơ
Công suất
phanh tái sinh
Công suất phanh cơ khí
Dạng kéo Dạng phanh
+ + + +
Hình 1.28: Sơđồđiều khiển tổng thể của hệ dẫn động hybrid song song.
a) Chiếnlượcđiềukhiểntrạng thái nạp lớnnhấtcủaắc quy.
Khi xe đanghoạtđộngởdạngdừng – đi,ắc quy phảitruyền công suấtcủa nó tớihệdẫnđộngthường xuyên. Vì vậy, ắc quy có xu hướng phóng điện nhanh. Trong trường hợp này, cần thiết duy trì một trạng thái nạp ở mức cao trong ắc quy để đảm bảo hoạt độngcủa xe ổn định. Do đó, chiến lược điều khiển trạng thái nạplớnnhấtcủaắc quy có thể là lựachọn thích hợp .
Chiến lược điều khiển trạng thái nạp lớn nhất củaắc quy có thể được trình bày nhưhình 29.
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng QuốcNgọc Lớp: Động cơ-K51
29
Hình 1.29: Những dạng hoạt động cơ bản với từng công suất yêu cầu
Dạngchỉ có mô tơđiện kéo xe
Tốcđộ xe nhỏhơnmột giá trịchọntrước Vxe,min, tốcđộcủa xe mà ởđó ĐCĐT hoạt động không ổn định và không tối ưu. Trong trường hợp này chỉ có mô-tơ điệntruyền công suấtcủa nó tới các bánh xe, trong khi ĐCĐTđượctắthoặc chạy không tải. Công suất ĐCĐT, công suấtcủa mô-tơđiện và công suất phóng điện củaắc quy có thểđược tính như sau:
Pđc = 0; (1.14) , t m t m P P ; (1.15) m aq p m P P (1.16) Ởđó, Pđc là công suất ra củaĐCĐT,
Pm là công suất ra của mô-tơđiện,
Pt là công suấttải yêu cầu trên các bánh xe,
Paq-p là công suất phóng điệncủaắc quy,
t,m là hiệusuấttruyền độngtừ mô-tơđiệntới các bánh xe, m là hiệusuấtcủa mô-tơđiện.
Chú thích:
1: Công suất lớn nhất với dạng hybrid 2: Công suất lớn nhất khi chỉ có mô-tơ điện kéo
3: Công suất động cơ trên đường hoạt động tối ưu của nó
4: Công suất động cơ với một phần tải 5: Công suất lớn nhất khi mô tơ là máy phát
Ptải: Công suất tải (kéo hoặc phanh)
Pđc: Công suất động cơ
Pn,aq: Công suất nạp ắc quy
Pm: Công suất mô tơ kéo
Pph,ts: Công suất phanh tái sinh
Pph,ck: Công suất phanh cơ khí
Vxe,min: Vận tốc của xe ứng với vận tốc nhỏ nhất của động cơ.
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng QuốcNgọc Lớp: Động cơ-K51
30
DạngkếthợpgiữaĐCĐT và mô-tơđiện
Công suất tải yêu cầu được đại diện bằngđiểm A trên hình 1.29, nó lớn hơn công suấtcủaĐCĐT có thểtạo ra, khi đócảĐCĐT và mô-tơđiệnđồngthời phảitruyền công suấtcủa chúng tới các bánh xe. Trong trườnghợp này, sự hoạt độngcủa ĐCĐTđược đặtở chếđộ hoạtđộng tối ưu của nó. Công suất yêu cầu còn lại được cung cấp bởi mô-tơ điện. Công suất ra của mô-tơ và công suất phóng điện củaắc quy được tính như sau:
c , c , . t đ t đ m t m P P P (1.17) aq p m m P P (1.18) Trong đó, t,đc là hiệusuấttruyền độngtừĐCĐTtới các bánh xe.
Dạngắc quy nạp
Khi công suấttải yêu cầu thểhiệnởđiểm B của hình 1.29nhỏ hơn công suất của ĐCĐT sinh ra ởmức làm việc tối ưu của nó, và tình trạng nạp của ắc quy dưới mức cao nhất, ĐCĐTđược hoạtđộng ở vùng làm việc tối ưu, sinh ra công suất Pđc. Trong trường hợp này, mô-tơ điện được điều khiển bởi bộ điều khiển của nó và thực hiện chức năng như một máy phát điện, được cung cấp năng lượng là công suất còn lại của ĐCĐT. Công suất ra của mô-tơ điện và công suấtnạpcủaắc quy được tính như sau:
c , c, , c . . t m đ t đ m m tđ P P P (1.19) Paq p Pm (1.20) Trong đó, t,đc,m là hiệusuấttruyềnđộngtừĐCĐTtới mô-tơđiện.
Dạngchỉ có ĐCĐT kéo xe.
Khi công suấttải yêu cầuthểhiệnbởiđiểm B trên hình1.29nhỏhơn công suấtcủaĐCĐT có thể sinh ra trong khi làm việcởmứctối ưu, và tình trạngnạp của ắc quy đã đạt tới mức cao nhất, dạng chỉ có ĐCĐT đẩy đi được sử dụng. Trong trường hợp này, hệ thống điện được tắt, ĐCĐT được hoạtđộng để cung cấp công suất thích hợp với công suất tải yêu cầu. Đường cong công suất ra của ĐCĐTđượcthểhiệnbằngđường nét đứt trên hình 1.29. Công suấtĐCĐT, công suất mô-tơđiện, công suấtắc quy được trình bày như sau:
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng QuốcNgọc Lớp: Động cơ-K51 31 c , c t đ tđ P P (1.21) Pm = 0 (1.22) Paq = 0. (1.23)
Dạngchỉ có phanh tái sinh.
Khi xe cần phải phanh và yêu cầu công suất phanh nhỏ hơn công suất phanh tái sinh lớnnhất mà hệthốngđiện có thể cung cấp như trình bày trong hình 1.29
bởi điểm D, mô-tơ điện được điều khiển để thựchiện chứcnăng như một máy phát, sản sinh ra một công suất phanh bằng công suất phanh yêu cầu. Trong trườnghợp này, ĐCĐTtắthoặcđặtởchếđộtạmngưnghoạtđộng. Công suất ra của mô-tơđiện và công suấtnạpcủaắc quy được tính như sau:
Pph,ts = Pt.t,m.m (1.24)
Paq-n = Pph,ts (1.25)
Dạng phanh hỗnhợp.
Khi công suất phanh được yêu cầulớn hơn công suất phanh tái sinh lớn nhất mà hệthốngđiện có thể cung cấp như trình bày trong hình 1.29 bởiđiểm C, thì phanh cơ khí phải được kích hoạt. Trong trường hợp này, mô-tơ điện sẽ được điều khiểnđểtạo ra công suất phanh tái sinh lớn nhất, và hệthống phanh cơ khí sẽđảmnhận sinh ra mô-men phanh yêu cầu còn lại. Công suất ra của mô-tơđiện, công suấtnạpcủaắc quy, công suất phanh cơ khí là:
Pph,ts = Pph,ts-max.m (1.26)
Paq-n = Pph,ts (1.27)
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng QuốcNgọc Lớp: Động cơ-K51
32
Hình 1.30: Sơđồđiều khiển logic cho tình trạng nạp của ắc quy.
Hình 1.31: Minh họa điều khiển đóng – ngắt ĐCĐT [6] b) Chiếnlượcđiềukhiển bật-tắt củaĐCĐT.
Tươngtựnhưđượcsửdụng trong hệdẫn động hybrid nốitiếp, chiến lược điều khiển bật-tắt của ĐCĐT có thểđược sử dụng trong một vài điềukiện hoạt độngvớitốcđộ thấp và gia tốcthấp. Trong chiếnlượcđiều khiển này, hoạtđộng
SV: Nguyễn Đăng Quyết, Thạch Văn Thức, Đồng QuốcNgọc Lớp: Động cơ-K51
33
của ĐCĐT được điều khiển bởi tình trạng nạp của ắc quy, như trình bày trong
hình1.31.
Trong giai đoạn bật động cơ, đó là chiến lược điều khiển tình trạng nạp lớnnhấtcủaắc quy. Khi tình trạngnạp củaắc quy đạttớimức cao của nó, ĐCĐT sẽ được ngắt và xe đượcđẩy đi chỉbằng mô-tơ điện. Khi tình trạng nạp của ắc quy ở mứcthấp thì ĐCĐTđược bật và hệthốnglại quay trở lại chiếnlược điều khiển tình trạngnạplớnnhấtcủaắc quy nhưđã trình bày ở trên.