3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ÔTÔ HYBRID CHỖ NGỒI VEA
3.3.1.Tính toân công suất, lựa chọn loại động cơ nhiệt
Trín cơ sở kế thừa những thứ sẵn có trín thị trƣờng, ta chọn loại động cơ nhiệt lă động cơ đốt trong có công suất tƣơng đƣơng theo công suất tính toân.
Tính công suất động cơ đốt trong.
Với sơ đồ truyền động lựa chọn ở mục 3, khi động cơ đốt trong lă nguồn động lực chính truyền động xuống bânh xe chủ động nó còn kĩo mây phât điện để nạp điện cho bộ nguồn ắc quy. Chính vì vậy công suất động cơ đốt trong đƣợc tính toân nhƣ sau:
+ Tính công suất của xe NV[W]ứng với vận tốc cực đại Vm ax.
NV = 2 2 max max max [ . (1 ) . . ]. 1500 o V G f K F V V Trong đó :
G - Trọng lƣợng toăn bộ của xe. G = 6050 [Kg].
f0 - Hệ số cản lăn. f0 = 0,0185.
Chọn vận tốc của xe khi thiết kế khi thiết kế :Vmax = 22 [m/s]. K - Hệ số cản không khí. F- Diện tích cản chính diện. K.F = 0.32 2 2 . [N s ] m .
nt - Hiệu suất của hệ thống truyền lực. nt = 0,93. Vậy : NV = 2 2 22 [6050.0, 0185(1 ) 0,32.22 ].22 1500 = 6705,03
+ Tính công suất động cơ ứng với tốc độ cực đại Nev. Nev= .1000 v t N n = 6705,3 7, 21 0,93.1000 [KW].
+ Tính công suất cực đại yíu cầu của động cơ Nem ax.
Nevmax = 2 3 . . . ev v v v N a b c Trong đó:
a, b, c - Câc hằng số thực nghiệm đĩclaydman. Chọn : a = b= 1 ; c = -1.
v - Tỷ số tốc độ ứng với tốc độ cực đại của xe.
Chọn v = 1,1( Ứng với động cơ xăng không lắp bộ hạn chế tốc độ).
Nevmax = 2 3
7, 21
1.1,1 1.1,1 1.1,1= 7,36 [KW].
+ Tính công suất cực đại động cơ Nem ax.
Công suất cực đ ại của động cơ Nemax đƣợc chọn phải lớn hơn công suất cực đại tính toân theo yíu cầu, để bù văo công suất phải tiíu hao cho việc lăm mât động cơ, tiíu thụ cho năng lƣợng trang bị trín xe... Vì vậy công suất của động cơ Nemax đƣợc chọn nhƣ sau.
Nemax = 1,1. Nevmax = 1,1.7,36 = 8,1 [KW]. Lựa chọn loại động cơ đốt trong.
Tiến hănh chọn loại động cơ có công suất tƣơng đƣơng với công suất tính toân vă đâp ứng câc yíu cầu sau:
- Loại động cơ mă ta chọn phải có số vòng quay cao để đâp ứng đƣợc yíu cầu cầu tần số phât ra của mây phât điện xoay chiều (50Hz - 60Hz).
- Đối với động cơ Diezel thì để đạt đảm bảo yíu c ầu trín thì động cơ luôn lăm việc ở mức tải tối đa. Điều năy lăm tiíu hao nhiín liệu, giảm tuổi thọ của động cơ đồng thời sinh ra khói nhiều khói đen, ảnh hƣởng đến môi trƣờng. Nếu dùng động cơ cỡ lớn để khắc phục nhƣợc điểm năy thì khó bố trí vă tăng khối lƣợng của xe.
- Phù hợp với kích thƣớc, khối lƣợng cũng nhƣ công suất cần thiết đối với xe thiết kế.
Để đâp ứng những yíu c ầu trín thì ta chọn loại động cơ xăng một xi lanh hai kỳ, loại động cơ lắp trín xe gắn mây Vespa.
Đƣờng kính xi lanh : 66,5 mm Hănh trình piston : 57 mm Dung tích xi lanh : 200cc.
Tỷ số nĩn : 9, 3.
Công suất cực đại của động cơ Nemax = 11 [HP] = 8,1 [KW]. Số vòng quay cực đại nN = 6000 [v/p].
3.3.2. Chọn công suất vă loại mây phât điện.
Nhƣ chúng ta đê biết, vấn đề cung cấp vă lƣu trữ điện năng cho ô tô hoạt động lđu dăi lă một vấn đề rất khó khăn. Hiện nay, phƣơng phâp lƣu trữ điện chủ yếu vẫn lă sử dụng câc loại bình ắc quy với dung lƣợng riíng còn thấp. Muốn tăng công suất lƣu trữ thì khối lƣợng của bộ ắc quy sẽ lớn lăm cho tải trọng có ích của ô tô nhỏ lại. Hơn nữa, khi sử dụng hết bình ắc quy, thời gian nạp lại lă khâ dăi, thƣờng kĩo dăi từ 8 đến 10 giờ đồng hồ. Do đó, với sơ đồ truyền động lựa chọn ở mục 2, để tăng thời gian sử dụng ô tô mỗi ngăy ta cần trang bị thím cụm động cơ nhiệt - mây phât điện để phât điện hỗ trợ cho ắc quy khi cung cấp tới động cơ điện khi chạy đƣờng dăi.
Chọn công suất mây phât điện.
Với công suất của động cơ điện nhƣ đê tính toân lă 4,5[W] vă hiệu điện thế của bộ nguồn ắc quy lă 96[V]. Nín ta chọ n công suất của mây phât điện lă 4,5(KW), Umf = 110[V] để đảm bảo nạp no bình ắc quy trong thời gian xe hoạt động.
Chọn loại mây phât điện.
Hiện nay, có hai loại mây phât thƣờng đƣợc sử dụng trín ôtô lă mây phât điện một chiều vă mây phât điện xoay chiều. So với mây phât điện một chiều thì măy phât điện xoay chiều có nhiều ƣu điểm hơn vì nó không có vòng đổi điện vă cuộn dđy roto đơn gi ản hơn. Với công suất bằng nhau thì mây điện một chiều chế tạo tốn kĩm hơn mây phât điện xoay chiều. Bín cạnh đó, mây điện xoay chiều có kích thƣớc nhỏ gọn hơn nín dễ dăng bố trí trín xe thiết kế. Ta tiến hănh chọn Mây phât điện 263-A lă loại mây phât điện xoay chiều sử dụng trín xe ô tô t ải БелАЗ - 540 với điện âp 28[V] công suất 4,5[KW]. Mục đích lựa chọ n hai thiết bị năy lă vì nó có khối lƣợng nhỏ hơn câc loại khâc có công suất tƣơng đƣơng. Dòng điện do
mây phât điện sinh ra sẽ đƣợc đƣa qua bộ chỉnh lƣu nắn dòng bởi câc diod thănh dòng một chiều để nạp cho bộ ắc quy.
Để mây phât điện lăm việc phù hợp với bộ nguồn ắc quy 96[V] cần phải cải tạo chuyển đổi điện âp của nó từ 28[V] sang 110[V]. Do đó c ần phải tính toân lại phần quấn dđy vă bộ tiết chế.
Câc phương phâp cải tạo mây phât điện phù hợp với bộ nguồn của ắc quy.
Mây phât điện cần trang bị yíu cầu có hiệu điện thế đủ nạp bộ nguồn ắc quy lă 110[V] vă công suất lă 4,5[KW]. Mặt dù bộ nguồ n ắc quy lă 96[V] nhƣng điện âp mây phât phải lớn hơn 16[V] mới bảo đảm nạp no bình.
Hiệu điện thế phât ra của mây phât điện thuộc văo số vòng quay c ủa rô tô. Do đó, chọn mây phât điện kiểu điều chỉnh hiệu điện thế bằng bộ tiết chế lă tối ƣu nhất.
Về nguyín tắc, chúng ta có thể chế tạo mới đƣợc loại mây phât điện năy. Tuy nhiín, để đơn giản chúng ta có thể chọn một mây phât điện trín động cơ ô tô có cùng công suất vă c ải tạo lại cho tƣơng thích. Với mây phât điện mă ta đê chọn ở trín lắp, trín xe tải lớn БелАЗ -540 có công suất tƣơng đƣơng nhƣng điện âp chỉ đạt 28[V]. Chính vì vậy mă chúng ta cần phải cải tạo lại điện âp cho mây phât điện thănh 110[V]. Để chuyển đổi điện âp của mây phât điện năy, có hai phƣơng ân thực hiện nhƣ sau:
- Giữ nguyín cuộ n dđy kích từ vă quấn lại dđy quấn phần ứng với số vòng dđy lớn hơn để đủ phât ra 110[V].
- Giữ nguyín mây phât điện nhƣng sử dụng một mây biến âp 3 pha để chuyển dòng điện xoay chiều 3 pha 28[V] của mây phât thănh 110[V].
Với cả hai trƣờng hợp năy, hiệu điện thế vă dòng kích từ của rô tô mây phât điện đƣợc giữ nhƣ cũ. Do đó chúng ta cần phải thiết kế lại bộ tiết chế cho thích hợp với điện âp 110 [V] ho ặc thực hiện trích ra 28 [V] riíng biệt để cung c ấp cho cuộn kích từ vă bộ tiết chế. Bộ đi ốt nắn điện phải đƣợc thay thế vì những chiếc đi ốt cũ chịu đƣợc dòng lớn nhƣng không chịu đƣợc điện âp 110 [V]. Đi ốt mới thay văo sẽ dẫn dòng điện nạp nhỏ hơn nhƣng phải đƣợc mắc nối tiếp nhiều chiếc để
Rõ răng cả hai phƣơng ân nhƣ trín chúng ta đều dễ dăng thực hiện đƣợc. Tuy nhiín, c ần phải chọ n lựa một phƣơng ân tối ƣu để thực hiện. So sânh giữa hai trƣờng hợp chúng ta thấy rằng, trƣờng hợp thứ nhất cần phải tính toân vă gia công lại dđy quấn phần ứng còn trƣờng hợp thứ hai thì không cần can thiệp văo kết cấu của mây (chỉ cần đấu lại dđy phât điện ra) nhƣng phải tốn kĩm thím một thiết bị lă mây biến thế mặt khâc hiệu điện thế mă mây phât điện phât ra còn phụ thuộc văo số vòng quay c ủa động cơ đốt trong, điều đó sẽ khặp khó khăn trong công việc chế tạo mây biến âp, sẽ lăm giảm hiệu suất chung của mây phât điện vă sẽ tăng thím tải trọng toăn bộ của xe ô tô vă giâ thănh . Nhƣ vậy, ta chọn phƣơng ân thứ nhất để cải tạo mây phât điện lă tối ƣu nhất.
Để tính toân số vòng dđy quấn mới của một mây phât điện lă một băi toân khó, đòi hỏi cần phải xâc định rất nhiều hệ số tính toân. Tuy nhiín, chúng ta có thể ứng dụng hai nguyín lý sau đđy của mây điện để xâc định lại dđy quấn phần ứng một câch nhanh chóng vă hiệu quả trín cơ sở đê biết câc thông số cũ của mây phât điện. Đó lă, hiệu điện thế tỷ lệ thuận với số vòng dđy quấn vă tiết diện dđy quấn tỷ lệ thuận với cƣờng độ dòng điện cực đ ại của mây phât. Nhƣ vậy, với công suất không đổi, khi tăng điện âp lín bao nhiín lần thì cƣờng độ dòng điện giảm đi bấy nhiíu lần. Điều đó cũng có nghĩa lă chúng ta cần tăng số vòng dđy quấn tỷ lệ thuận với hiệu điện thế cần tăng, đồng thời tiết dđy dđy dẫn cũng sẽ giảm theo với một tỷ số tƣơng đƣơng. Nhƣ vậy, với thông số dđy quấn nguyín gốc của mây phât điện 263-A trín mỗi pha lă 24 vòng với tiết diện dđy quấn lă 20[mm2
] khi chuyển đổi sẽ có thông số dđy quấn mới lă:
N2(vòng) = N1(vòng) x [110[V]/28[V]] = 94,8(vòng) 95(vòng). S2(mm2
) = S1(mm2
) x [28[V]/110[V]] = 5,1[mm2
] => d = 1,27[mm]. Đối với cuộn dđy kích từ vă bộ tiết chế ta vẫn giữ nguyín câc thông số cũ. Để có nguồn điện một chiều 28[V] cung cấp cho bộ tiết chế ta quấn riíng một nhânh song song phât ra 28[V] với đƣờng kính dđy quấn lớn hơn 1,5 lần đƣờng kính dđy quấn cuộn kích từ vă với số vòng dđy quấn lă 24(vòng/pha). Nếu kích thƣớc rênh stato của mây không đủ lớn thì ta có thể thực hiện rẽ nhânh mạch điện từ
cuộn dđy quấn chính ho ặc sử dụng riíng một mây hạ thế từ 110[V] xuống 28[V] cung c ấp cho bộ tiết chế. Dòng điện xoay chiều 28[V] năy đƣợc nắn thănh dòng điện một chiều bằng câc cầu đi ốt. Ngoăi ra, chúng ta cũng cần lấy một phần điện 28[V] từ nguồn ắc quy để tạo dòng kích từ ban đ ầu vă lăm mạch đỉn bâo nạp cho mây phât điện. Sơ đồ đấu dđy của toăn bộ mây phât điện sau khi cải tạo nhƣ ở hình 3.16.
Hình 3.16 :Sơ đồ đấu dđy mây phât điện sau khi cải tạo.
Sơ đồ mạch điện nạp điện cho bộ nguồn ắc quy.
Sau khi đê cải tạo mây phât điện phù hợp với bộ nguồn ắc quy, ta chọn kiểu chỉnh lƣu hai nửa chu kì vă có thể sử dụng bộ tiết chế cũ, nhƣng so với xe hybrid hai chỗ ngồi VEA nó không phù hợp vì những nhƣợc điểm của nó vì vậy ta sử dụng bộ tiết chế kiểu bân dẫn không tiếp điểm có sẵn trín thị trƣờng chịu đƣợc điện âp lă 28[V]. Sự nạp điện cho bộ nguồn ắc quy ngoăi hệ thống nạp điện trực tiếp bằng
BỘ TIẾT CHẾ WKT 28V 96V Đỉn bâo nạp 28V Khóa điện
nhờ bộ nắn điện từ lƣới điện dđn dụng 220(VAC) thănh 110(VDC) vă đƣa dòng một chiều văo bộ ắc quy thông qua một cổng kết nối an toăn luôn sẵn săng trín xe, bộ sạc điện năy đƣợc bố trí tại ga ra xe. Toăn bộ hệ thống nạp điện cho bộ nguồn ắc quy đƣợc thể hiện ở sơ đồ mạch điện nhƣ hình 3.17.
U' +28[V] -28[V] +96[V] +96[V] 6 V V' U W' W 1 A 5 - + +28[V] 4 D+ D- D6 T1 DF K D- R12 T2 3 R10 110[V] 220[V] 7 Z R11 2 8 9 -
Hình 3.17: Sơ đồ mạch điện nạp điện cho bộ nguồn ắc quy.
1 – Sơ đồ đấu dđy mây phât điện; 2 – Bộ tiết chế; 3 – Cầu chì; 4 – Đỉn bâo nạp; 5 – Đồng hồ ape kế; 6 - Bộ nguồn ắc quy; 7 – Bộ sạc ngoăi;
8 – Bộ nối dđy an toăn ; 9 – Phụ tải.
Từ sơ đồ mạch điện ở hình 3.17, nguyín lý nạp điện cho bộ nguồn ắc quy giống sự nạp điện cho câc loại ôtô thông thƣờng. Khi động cơ đốt trong hoạt động, năng lƣợng cơ năng từ trục khuỷu động cơ mă trục mây phât điện nhận đƣợc biến thănh điện năng. Điện năng xoay chiều sau khi đi qua bộ chỉnh lƣu hai nửa chu kì biến thănh điện năng một chiều nạp văo bộ nguồn ắc quy.
Khi số vòng quay c ủa trục khuỷu tăng lín, điện âp mây phât Umf tăng theo với tỷ lệ tốc độ của trục khuỷu, nhờ có bộ tiết chế mă Umf đƣợc duy trì ổn định xung quanh giâ trị Uđm nạp điện cho bộ nguồn ắc quy, mă không gđy ảnh hƣởng xấu đến tuổi thọ của bộ ắc quy cũng nhƣ câc bộ phận tiệu thụ điện trín xe.
Sự nạp điện cho bộ nguồn ắn quy khi thực hiện nạp bổ sung từ cụm động cơ nhiít – mây phât điện trong thời gian tn = 1h30; vă nạp no bình từ lƣới điện dđn dụng với thời gian t‟n = 10h] , lúc năy xe đang ở trạng thâi nghỉ.