1.3.1.1. Pin cao áp A38 (Pin hybrid):
Pin cao áp A38 bao gồm 2 khối pin mắc nối tiếp nhau. Cả hai khối pin được kết nối với nhau bằng kết nối bảo trì TW. Mỗi khối pin bao gồm hai mô đun pin. Một mô đun pin gồm 18 pin lithium ion và có mức điện áp danh định là 66.5 V. Trong suốt quá trình hoạt động của xe, dòng điện cung cấp cho tải và dòng điện sạc được xác định bởi cảm biến dòng và được giám sát bởi bộ điều khiển điều chỉnh pin J840. SOC của pin được duy trì từ 30% đến 80% tổng dung lượng. Việc giới hạn SOC nhằm kéo dài tuổi thọ và giảm thiểu nguy cơ hư hỏng của pin. Trên màn hình hiển thị, SOC được biểu thị từ 0% đến 100%.
25 Pin A38 được sạc trong quá trình hoạt động của xe nhờ động cơ điện V141. Trong suốt quá trình hoạt động, hệ thống điện 12V được cung cấp bởi pin A38. [3]
Hình 1.27. Pin hybrid A38 [3]
1.3.1.2. Bộ điều khiển pin J840:
Bộ điều khiển pin J840 có những nhiệm vụ sau đây:
Phân tích và đo lường điện áp của pin
Phân tích và đo lường điện áp của mỗi phần tử pin lithium ion
Đo lường nhiệt độ của pin cao áp
Điều chỉnh nhiệt độ của pin cao áp thông qua hệ thống làm mát pin
Lưu trữ dữ liệu
Kích hoạt các tiếp điểm cao áp
Giám sát và đánh giá đường dây an toàn
Thực hiện và đánh giá thử nghiệm các điện
Xác định SOC của pin cao áp
Đo dòng điện sạc và dòng điện cung cấp. [3]
1.3.1.3. Hệ thống làm mát pin:
Các phản ứng hóa học xảy ra và sinh ra năng lượng nhiệt khi pin cao áp được sạc và khi cung cấp điện. Bởi vì pin cao áp có thể luân phiên sạc và xả liên tục, gây ra sự tích tụ nhiệt đáng kể. Điều này không chỉ làm giảm tuổi thọ của pin mà còn làm tăng điện trở trên dây dẫn, gây tổn hao năng lượng. Cụm pin hybrid AX1 có một hệ thống làm mát nhằm đảm bảo nhiệt độ nằm trong phạm vi cho phép (nhiệt độ hoạt động tối ưu là khoảng 200C). Hệ thống làm mát
26 hoạt động nhờ hệ thống cung cấp điện 12V và có một giàn bay hơi riêng kết nối với mạch làm mát của máy nén điện A/C. [3]
Các bộ phận chính:
Quạt V457
Servo điều khiển nắp tuần hoàn không khí 1 V479
Servo điều khiển nắp tuần hoàn không khí 2 V480
Cảm biến nhiệt độ giàn nóng G756
Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh G757
Van ngắt chất làm lạnh N517
Giàn bay hơi.
Hình 1.28. Hệ thống làm mát pin [3]
1.3.2. Nguồn điện và mô đun JX1:
Nguồn điện và mạch điều khiển dẫn động điện JX1 gồm cách bộ phận sau:
Bộ điều khiển động cơ điện J841
Bộ biến tần A37
Bộ biến áp A19
Tụ điện trung gian C25
Nguồn điện và mạch điều khiển điện tử là kết nối trung tâm giữa hệ thống điện cao áp và nguồn điện 12V. Nguồn điện và mạch điều khiển điện tử có đường dây cao áp cho pin hybrid, động cơ điện và máy nén A/C.
27 Nguồn điện và mạch điều khiển điện tử cung cấp dòng điện 12V trên bo mạch với điện áp từ pin qua cực 12V.
Phần mềm của nguồn điện và mạch điều khiển điện tử được cài đặt tập trung ở bộ điều khiển động cơ điện J841. Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi với nó thông qua mạng CAN hệ thống truyền lực và mạng CAN hybrid. [1]
P3 – Máy nén A/C. P1 – Pin hybrid (+) P2 – Pin hybrid (-)
P6 – Động cơ điện V141 (W) P5 – Động cơ điện V141 (V) P4 – Động cơ điện V141 (U)
Hình 1.29. Nguồn cao áp. [1]
Bảng 1.5. Thông số về điện áp và dòng điện [1]
Mô tả Thông số
DC/AC 266 Vnom. In 189 Veff AC
Dòng AC liên tục 240 Aeff
Dòng AC cực đại 395 Aeff
AC/DC 180 Veff đến 260 Vnom.
0 – 215 V
DC/DC 266 V đến 12 V và 12 V đến 266 V
Công suất đầu ra DC/DC (kW) 2.6
28
1.3.2.1. Bộ biến tần A37:
Bộ biến tần động cơ điện A37 chuyển dòng điện một chiều tạo ra bởi pin hybrid A38 thành dòng điện 3 pha, điều chế độ rộng xung điện áp xoay chiều. Phụ thuộc vào trang thái sạc của pin, điện áp có thể dao động từ 202V đến 295V. Điện áp 202V tương ứng với SOC khoảng 34.5%, đây là giới hạn dưới của pin. Điện áp 295V tương ứng với SOC 80%, đây là giới hạn trên của pin. Với mục đích đơn giản hóa, giá trị trung bình điện áp 266V được xem như giá trị điện áp xoay chiều danh định. [1]
Hình 1.30. Bộ biến tần A37 [1]
Có 6 transistor (loại transistor lưỡng cực cổng cách ly IGBT) trong bộ biến tần A37, hai transistor cho mỗi pha trong ba pha U, V và W. Các transistor được kích hoạt bởi J841 bằng tín hiệu PWM. [3]
Đồ thị dưới biểu diễn điện áp và đường cong dòng điện của 1 pha.
Điện áp xoay chiều PWM và dòng điện dạng sóng sin tạo ra từ nó được biểu diễn theo thời gian.
Dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi sự khác nhau của bề rộng xung. Thời gian kích hoạt độ rộng xung mỗi lần càng cao, dòng điện càng lớn.
Bằng cách này, điện áp xoay chiều được biến đổi thành dòng điện 3 pha trong lõi các cuộn dây. Biên độ dòng điện xoay chiều 3 pha càng cao, mô men xoắn tao ra càng lớn và được truyền động bằng động cơ điện V141.
29
Hình 1.31. Đồ thị mô tả điện áp AC dạng xung và dòng điện AC [1]
1.3.2.2. Bộ biến áp A19:
Bộ biến áp A19 là bộ chuyển đổi DC/DC và chuyển đổi điện áp từ 266V DC xuống 12V DC cho hệ thống điện trên xe. Nó cũng có khả năng chuyển đổi điện áp 12V thành 266V. [3]
1.3.2.3. Tụ điện trung gian C25:
C25 có nhiệm vụ ổn định điện áp. Biến động điện áp có thể xảy ra khi khởi động hoặc kick – down. Được phóng điện chủ động và bị động khi cực 15 OFF hoặc nếu hệ thống điện cao áp bị ngắt do tín hiệu sự cố. Phóng bị động là khi tụ điện C25 phóng qua điện trở 22 kOhm. Trong quá trình phóng chủ động, điện trở 1 kOhm được mắc song song với điện trở 22 kOhm. Điều này đảm bảo tụ điện C25 được xả trong thời gian ngắn nhất. [3]
30
Cung cấp điện ở chế độ máy phát:
Nếu động cơ điện V141 đang hoạt động ở chế độ máy phát, bộ biến tần A37 chuyển đổi điện áp xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều lên tới 295V.
Điện áp 1 chiều tạo ra cung cấp cho hệ thống điện cao áp và nguồn điện 12V thông qua bộ chuyển đổi điện áp DC/DC. Do đó, một máy phát điện 3 pha cũng không cần thiết và cũng không cần lắp đặt. [1]
1.3.3. Động cơ điện V141: 1.3.3.1. Cấu tạo chung: 1.3.3.1. Cấu tạo chung:
Động cơ điện V141 cũng được biết đến như động cơ điện 3 pha VX54 theo tài liệu dịch vụ. Nó là một động cơ đồng bộ ba pha. Từ trường tạo ra bởi 24 cuộn dây của stator dẫn động đồng bộ rotor chứa 32 thanh nam châm vĩnh cửu. Động cơ điện V141 được dùng khởi động điện, khởi động ĐCĐT và tăng khả năng tăng tốc.
Để tăng hiệu quả cho công nghệ hybrid, V141 cũng hoạt động như một máy phát điện. Điều này cho phép động năng của xe được thu hồi dưới dạng năng lượng điện (Tái tạo) để dự trữ trong pin hybrid.
Động cơ điện V141 nặng 26 kg. Nó có thể phát ra công suất 40 kw ở vòng tua 2300 rpm. Mô men xoắn tối đa là 210 Nm. Trong suốt thời gian chạy điện, công suất được giới hạn ở mức 30 kw.
Đây là động cơ điện là mát bằng nước. Rãnh nước bao phủ xung quanh động cơ tạo thành áo nước. Áo nước này nối với đường dẫn nước nhiệt độ cao của ĐCĐT. Hệ thống làm mát động cơ điện là một phần không thể thiếu của hệ thống quản lý nhiệt độ. [1]
31
Hình 1.33. Cấu tạo động cơ điện V141 [1]
32
1.3.3.2. Rotor:
Mỗi thanh nam châm vĩnh cửu trong 32 thanh bao gồm những thanh nam châm riêng lẻ ghép lại với nhau, chúng được bọc bên ngoài bởi 1 tấm kim loại. Thanh nam châm được làm từ neodymium iron boron (NdFeB). Trục cực chạy theo hướng xuyên tâm. Cực bắc và cực nam được sắp xếp xe kẽ từ nam châm này đến nam châm khác. Rotor và ly hợp F tạo thành một khối. Ly hợp F kết nối ĐCĐT với trục sơ cấp của hộp số và động cơ điện V141. Công suất truyền từ ĐCĐT đến ly hợp F và động cơ điện khi ly hợp F ở trạng thái đóng. [1]
33
1.3.3.3. Stator:
Hình 1.36. Cấu tạo stator động cơ điện V141 [1]
Hình 1.37. Cấu tạo stator động cơ điện V141(phân loại cuộn dây) [1]
Trong stator có 3 nhóm cuộn dây, mỗi nhóm gồm 8 cuộn mắc song song và mắc theo kiểu tam giác.
Tổng cộng stator gồm 24 cuộn dây được sắp xếp theo nhóm (Lam, cam, lục) liên tiếp với nhau. Với cách mắc này, động cơ điện có thể hoạc động nhờ đòng điện 3 pha. Với mục địch
34 này, nguồn điện và mạch điều khiển điện tử kích hoạt các nhóm cuộn dây bằng điện áp xoay chiều 3 pha.
Để đảm bảo rotor quay đúng hướng, mạch điều khiển phải kích hoạt 3 pha theo một trình tự nhất định. Vì vậy, hệ thống yêu cầu chính xác vị trí của rotor cũng như vị trí của nam châm vĩnh cửu so với các cuộn dây.
Vị trí chính xác của rotor được theo dõi bởi cảm biến vị trí rotor G713 và được chuyển đến mạch điều khiển và nguồn điện. [1]
Hình 1.38. Phương pháp đấu dây trong động cơ điện V141(kiểu tam giác) [1]
1.3.3.4. Cảm biến nhiệt độ động cơ và mạch công suất G712:
G712 là một cảm biến nhiệt độ có hệ số nhiệt điện trở âm. Nó đo nhiệt độ của động cơ điện V141 giữa 2 cuộn dây. Nhiệt độ này được dung để tính toán điểm nóng nhất của động cơ điện. Lần lượt, các giá trị được tính toán được dùng để điều khiển hệ thống là mát động cơ điện.
Nếu giá trị được tính toán vượt quá khoảng nhiệt độ 160 – 1800C , công suất đầu ra sẽ giảm. Công suất động cơ V141 có thể giảm đến 0 trong khi ĐCĐT đang hoạt động và ở chế độ máy phát.
Trong trường hợp này, đèn cảnh báo của hệ thống hybrid trên bảng hiển thị sẽ chuyển sang màu vàng.
35 ĐCĐT chỉ có thể khởi động khi động cơ V141 đạt đến ngưỡng giới hạn nhiệt độ tính toán. Trước khi đạt đến ngưỡng này, ĐCĐT được khởi động bởi V141. Nó vẫn hoạt động cho đến khi V141 được làm mát đến một nhiệt độ khả thi. [1]
Những hư hỏng:
Khi cảm biến nhiệt độ động cơ điện G712 xảy ra hư hỏng, đèn cảnh báo của hệ thống hybrid trên bảng hiển thị chuyển sang màu vàng . Trong trường hợp này, giá trị tính toán thay thế được sử dụng là nhiệt độ của động cơ điện. ĐCĐT được khởi động sau khi phát hiện ra lỗi và không bao giờ tắt. Khi đó không có sự dẫn động bằng điện hay hỗ trợ. Lúc này, động cơ điện sẽ hoạt động ở chế độ máy phát chỉ cung cấp điện cho tải hiện có. Pin hybrid không được sạc. [1]
1.3.3.5. Cảm biến vị trí rotor G713: 1.3.3.5.1. Cấu tạo: 1.3.3.5.1. Cấu tạo:
Khi công tắc đánh lửa được bật (cực 15), bộ điều khiển động cơ J841 tính toán vị trí chính xác của rotor từ tín hiệu được phát ra từ G713.
Vị trí chính xác của rotor so với các cuộn dây rất quan trọng trọng việc kích hoạt các cuộn dây. JX1 phải biết chính xác làm thế nào để nam châm vĩnh cửu của rotor được định vị so với các cuộn dây stator ngay cả khi đứng yên. JX1 cần thông tin này để điều khiển dòng điện 3 pha theo cách để rotor khởi động theo hướng mong muốn với mức tiêu thụ tối thiểu và mô men xoắn tối đa. [1]
36 Kết nối 10 cổng cho cảm biến nhiệt độ động cơ điện G712 và cảm biến vị trí rotor G713:
Hình 1.40. Giắc cắm 10 cổng [1]
Pin 1 – Tín hiệu cảm biến nhiệt độ động cơ điện G712 Pin 2 – Mass cảm biến nhiệt độ động cơ điện G712 Pin 3 – Vỏ bọc stator, Mass
Pin 4 – Không được chỉ định Pin 5 – R2 (cuộn kích thích -) Pin 6 – R1 (cuộn kích thích +)
Pin 7 – S1 (cuộn thứ cấp 2, tín hiệu 2+) Pin 8 – S3 (cuộn thứ cấp 2, tín hiệu 2-) Pin 9 – S4 (cuộn thứ cấp 1, tín hiệu 1-) Pin 10 – S2 (cuộn thứ cấp 1, tín hiệu 1+)
Dựa trên tín hiệu của cảm biến vị trí rotor G713, hệ thống quản lý hộp số và động cơ xác định được tốc độ động cơ điện đang chạy. Tín hiệu được dùng để điều khiển các bộ phận như:
Động cơ điện V141 hoạt động như một máy phát
Động cơ điện V141 hoạt động như động cơ
Động cơ điện V141 khởi động ĐCĐT. [1]
Cảnh báo hư hỏng:
Khi xảy ra hư hỏng, đèn cảnh báo của hệ thống hybrid trên bảng hiển thị chuyển sang màu đỏ. Khi đó:
ĐCĐT và động cơ điện ngưng hoạt động làm phương tiện không thể di chuyển
37
Chế độ máy phát không hoạt động
ĐCĐT không thể khởi động. [1]
Hình 1.41. Cảnh báo hư hỏng [1]
1.3.3.5.2. Phương pháp tạo sóng sin:
Sơ đồ gổm 4 răng stator và 1 đĩa cam. Mỗi răng stator có một cuộn kích thích và một cuộn thứ cấp. Cuộn kích thích được mắc lại với nhau. Cuộn thứ cấp của mỗi răng stator nằm đối nhau thì mắc với nhau (cuộn thứ cấp 1 và 2) và cung cấp tín hiệu sóng sin (1 và 2) với góc lệch pha 900. [1]
Hình 1.42. Cấu tạo đơn giản của cảm biến [1]
1.3.3.5.3. Phương pháp điều biên:
Biên độ điện áp tạo ra trên cuộn thứ cấp thay đổi bởi vì sự thay đổi của khoảng cách giữa đỉnh đĩa cam và răng stator.
Hình 1.43. Mối liện hệ giữa điện áp được tạo ra và khoảng cách stator/đĩa cảm biến [1]
Điện áp xoay chiều tạo ra ở cuộn thứ cấp
Khoảng cách giữa răng stator và cam đĩa cảm biến
38
Cuộn thứ cấp 1: Tín hiệu 1
Hình 1.44. Tín hiệu 1 [1]
Biên độ điều biên của cuộn thứ cấp 1 có hai cực trị: Một tại 00/3600 và một tại 1800. Đường cong bao bọc tương ứng với tín hiệu 1. [1]
Cuộn thứ cấp 2: Tín hiệu 2
Hình 1.45. Tín hiệu 2 [1]
Biện độ điều biên của cuộn thứ cấp 2 có hai cực trị: Một tại 900 và một tại 2700, trái ngược với tín hiệu 1. Đường cong bao bọc tương ứng với tín hiệu 2. [1]
Cuộn kích thích:
Hình 1.46. Tín hiệu kích thích [1]
Một điện áp xoay chiều được đặt lên cuộn kích thích.
Điện áp xoay chiều tạo ra từ trường biến thiên gây ra điện áp xoay chiều trên cuộn 1 và cuộn 2. [1]
39 Nếu tín hiệu 1, tín hiệu 2 và góc phần tư tương ứng trên 3600 được gán cho nhau, phần mềm của bộ điều khiển J841 có thể liên tục xác định vị trí của rotor ngay cả khi đứng yên. Ngoài vị trí của rotor tốc độ của rotor cũng như tốc độ của động cơ V141 cũng được xác định.
Bảng 1.6. Ví dụ về cách xác định vị trí rotor [1] Ví dụ Tín hiệu 1 Tín hiệu 2 Góc phần tư I (0 - 900) + + Góc phần tư II (900 – 1800) - + Góc phần tư III (1800 – 2700) - - Góc phần tư IV (2700 – 3600) + - 1.4. Hoạt động:
1.4.1. Sơ đồ chuyển số và bảng chuyển số:
Hình 1.47. Sơ đồ chuyển số [1]
Bảng 1.7. Điều khiển và hoạt động của van điện từ [1]
Phần tử chuyển số/van điện từ/van điều khiển áp suất N486 P N88 N443 N371 F N215 A N216 B N217 C Dãy P Gài số P 0 0 0 0 - 1 1 1 1 Ngắt số P 1 1 X 0 - 1 1 1 1 Duy trì ngắt 1 0 0 0 - 1 1 1 1
40
Dãy “N” 0 0 X 0 - 1 1 1 1
Dãy N hoặc P: Nổ máy với
V141 0 0 X 1 1 1 1
Xe đang chạy: Nổ máy với
stater B 0 0 X 1 1 1 0 1st
Nổ máy với starter B 0 0 X 0 1 1 0 1st