BÁO cáo môn học tên đề tài HYBRID VEHICLE MODELING

Vì thế, xe lai điện kiểu hỗn hợp đã và đang là sự lựa chọn đúng đắn thaythế các phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhờ sự thích ứng với điều kiện ở nước ta.Với mong muốn tìm hiểu v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO MÔN HỌC Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING

GVHD : Th.s Nguyễn Trung Hiếu SVTH : Nguyễn Minh Hiên

Lê Quang Công Hậu Nguyễn Việt Phụng Thới Ngọc Toàn Trương Minh Hiếu Mai Văn Tình

TP.HCM, tháng 7 năm 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO MÔN HỌC Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING

GVHD : Th.s Nguyễn Trung Hiếu SVTH : Nguyễn Minh Hiên

Lê Quang Công Hậu Nguyễn Việt Phụng Thới Ngọc Toàn Trương Minh Hiếu Mai Văn Tình

TP.HCM, tháng 7 năm 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

KHOA CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

TP Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 7 năm 2020

PHIẾU NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

Họ tên sinh viên:

1.Nguyễn Minh Hiên - 171452874 4.Thới Ngọc Toàn - 17145274 2.Lê Quang Công Hậu - 17145285 5.Trương Minh Hiếu -17145392 3.Nguyễn Việt Phụng - 17145342 6.Mai Văn Tình - 17145372 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Mã ngành đào tạo:

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ đào tạo:

1.Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING

2.Nhiệm vụ đề tài

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết xe hybrid

Tiến hành mô phỏng trên Maplap Simulink

3.Sản phẩm của đề tài

❖ Lý thuyết về đèn xe hybrid

❖ M ô phỏng xe hybrid kiểu hỗn hợp trên Matlap/Simulink

4.Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 16/6/2020

5.Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 16/7/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỀ TÀI

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Họ tên sinh viên:

1.Nguyễn Minh Hiên - 171452874 4.Thới Ngọc Toàn - 17145274 2.Lê Quang Công Hậu - 17145285 5.Trương Minh Hiếu -17145392 3.Nguyễn Việt Phụng - 17145342 6.Mai Văn Tình - 17145372

Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING

Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Họ và tên GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Hiếu

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của đề tài 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày đề tài:

2.2 Nội dung đề tài:

download by : skknchat@gmail.com

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đề tài, các hướng nghiên cứu

có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

thuật, khoa học xã hội…

hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng

buộc thực tế.

 Không đạt TP.HCM, ngày tháng 7 năm 2020

Giảng viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đề tài môn hoc, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến GV.Nguyễn Trung Hiếu, giảng

viên trường ĐHSPKT Tp Hồ Chí Minh, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng

em trong suốt quá trình làm đề tài.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐHSPKT Tp Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ

em trong suốt quá trình học tập.

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài Trân trọng cảm ơn !

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 năm 2017 Nhóm Sinh Viên Thực Hiện

TÓM TẮT

Xe lai điện (Hybrid) đã không còn là khái niệm quá xa lạ đối với chúng ta trong thời buổihiện nay Sự xuất hiện của dòng xe điện mang thương hiệu Tesla ( thuần điện) như một bướcđột phá mới trong ngành công nghiệp vận chuyển của thế giới Không tốn nhiên liệu, khônggây ô nhiễm môi trường là những hiệu quả mà hãng xe này mang lại Tuy nhiên, ở Việt Namlại chưa đủ cơ sở hạ tầng đáp ứng cho sự xuất hiện đại trà của các loại xe thuần điện nhưTesla Trước tình thế cạn kiệt nhiên, giá nhiên liệu cao, sự ô nhiễm môi trường càng tăng ởcác thành phố lớn Vì thế, xe lai điện kiểu hỗn hợp đã và đang là sự lựa chọn đúng đắn thaythế các phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhờ sự thích ứng với điều kiện ở nước ta.Với mong muốn tìm hiểu và nghiên cứu kỹ hơn về dòng xe lai điện kiểu hỗn hợp, nhómchúng em đã thực hiện đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING Ứng dụng Matlap/Simulink

trong mô phỏng điều khiển xe lai kiểu hỗn hợp với sự hướng dẫn của ThS.Nguyễn Trung

Hiếu

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm chúng em không tránh những thiếu sót, rất mong được sựnhắc nhở, chỉ bảo từ quý thầy cô, quý bạn bè

Trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về đề tài 1

1.1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.2 Mục tiêu đề tài 1

1.1.3 Giới hạn đề tài 1

1.1.4 Phương pháp nghiên cứu 1

1.2 Tổng quan về xe hybrid 1

1.2.1Giới thiệu chung 1

1.2.2Nguyên nhân ra đời 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XE HYBRID 3

2.1 Nguyên lý hoạt động xe hybrid 3

2.2 Phương pháp truyền động 3

2.2.1 Tổ hợp ghép nối tiếp 4

2.2.2 Tổ hợp ghép song song 5

2.2.3 Hệ thống hybrid hỗn hợp 6

2.2.4 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ điện trong mỗi hệ thống: 7

2.3 Các quá trình làm việc của xe hybrid kiểu hỗn hợp 8

2.3.1 Quá trình tăng tốc nhẹ 8

2.3.2 Qúa trình chạy ổn định 8

2.3.3 Quá trình tăng tốc cực đại 9

2.3.4 Quá trình giảm tốc (hoặc quá trình phanh) 9

2.3.5 Quá trình nạp điện cho bình ắcquy 10

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP TRÊN MATLAP/SIMULINK 11

3.1 Sơ đồ mô phỏng 11

3.2 Chi tiết các khối mô phỏng 11

3.2.1 Khối Strategy 11

3.2.2 Khối Engine 12

3.2.4 Khối Solver Conguration 13

3.2.5 Khối Power split 14

3.2.7 Khối Electric Generator 14

3.2.7 Khối Vehicle Dynamics 15

3.2.8 Khối Electric Motor 16

3.2.9 Khối DC: DC Conventer 16

3.2.10 Khối Battery 17

3.3 Kết quả mô phỏng 17

3.3.1 Đồ thị số vòng quay 17

3.3.2 Đồ thị tốc độ xe 18

3.3.3 Đồ thị công suất 19

3.3.4 Đồ thị tổng tiêu hao công suất của battery,gennerator và motor kéo 20

Hiện nay, tuy xe Plug-in Hybrid ( thuần motor điện ) nổi lên như một hiện tượng về dòng xetiết kiệm nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, tại Việt Nam vẫn chưa đủ

cơ sở hạ tầng để phục vụ cho dòng xe này

Vì vậy, được sự phân công của khoa Cơ khí động lực – Trường Đh Sư Phạm Kỹ ThuậtTpHCM và sự hướng dẫn của ThS.Nguyến Trung Hiếu, nhóm chúng em đã nghiên cứu đề

tài: HYBRID VEHICLE MODELING ứng dụng matlap trong mô phỏng điều khiển xe lai

điện kiểu hỗn hợp-dòng xe mang tính thực tiễn cao ở Việt Nam

1.1.2 Mục tiêu đề tài

- Nắm vững cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động của công nghệ này.

- Điều khiển và chạy được mô hình đó phú hợp với chu trình thử nghiệm và công nghệ

- Xây dựng mô hình mô phỏng xe lai kiểu hỗn hợp trên phần mềm Matlap/Simulink

1.1.3 Giới hạn đề tài

Chỉ mô phỏng trên Matlap/Simulink , chưa tiến hành xây dựng trên xe thực tế.

1.1.4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng cơ sở lí thuyết của các nguồn tài liệu tham khảo để xây dựng mô hình mới Tính toán những thông số cần thiết đến mô hình hoặc tham khảo từ những thông số

xe có sẵn trên thực tế để tiến hành mô phỏng.

Trong thời đại mà quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang diễn ra ở mọi nơi trên toàn cầu như ngày nay, nhu cầu về năng lượng là vô cùng to lớn Chính vì thế, việc tiết kiệm nhiên liệu và năng lượng luôn là yêu cầu hàng đầu được đặt ra cho mỗi quốc gia và mỗi ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô vốn luôn yêu cầu phải thay đổi từng ngày Giải pháp được đưa ra chính là kết hợp một cách linh hoạt giữa động cơ xăng, động cơ điện và các cơ cấu giúp bảo tồn và chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả.

Một chiếc xe được gọi là "Hybrid" nếu nó sử dụng từ 2 loại năng lượng trở lên để tạo ra lực kéo Nói một cách chính xác hơn, xe Hybrid sẽ được trang bị một động cơ đốt trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, một khối pin và một hay nhiều động

cơ điện Xe Hybrid thường hay bị nhầm lẫn với "xe điện" - loại xe chỉ dùng năng lượng điện sạc từ bên ngoài để vận hành, loại xe này được gọi là "Plug-in Hybrid".

Xe Hybrid được chế tạo để kết hợp động cơ xăng và động cơ điện một cách hợp lý nhằm đạt được những yêu cầu khác nhau, ví dụ như: cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu, gia tăng sức mạnh hoặc cung cấp thêm năng lượng cho những thiết bị điện tử và tiện nghi trên xe.v.v

Theo lý thuyết, xe Hybrid dạng lai Diesel-Điện sẽ là mô hình đạt hiệu quả cao hơn trong việc tiết kiệm nhiên liệu Tuy nhiên, hệ thống này có cơ cấu phức tạp và giá thành sản xuất cao hơn dạng Xăng-Điện khá nhiều Chính vì thế, những chiếc xe Hybrid Diesel-Điện không được sản xuất phổ biến bằng các mô hình Hybrid sử dụng động cơ xăng như hiện tại.

1.2.2Nguyên nhân ra đời

Xe Hybrid được phát minh vào khoảng 300 năm trước bởi nhà phát minh người Pháp Nicolas - Joseph Cugnot (1725-1804), xe ô tô ngày nay đã trở thành một trong những phương tiện giao thông không thể thiếu trong xã hội loài người Cũng chính vì thế mà tình trạng ô nhiễm không khí trầm do khí thải từ động cơ ô tô đang

là một trong những vấn đề nhức nhối của nhiều quốc gia hiện nay.

Để có thể giảm thiểu được ô nhiễm môi trường từ ô tô, từ lâu đã có nhiều giải pháp kỹ thuật mang nhiều hứa hẹn như: ô tô chạy điện, ô tô dùng pin nhiên liệu,

động cơ khí nén v.v Tuy nhiên, những công nghệ kể trên vẫn chưa thể đưa vào

sử dụng được vì còn nhiều giới hạn về công nghệ Đối với ô tô chạy điện, việc nạp lại pin cần đến ít nhất 4 giờ đồng hồ, khuyết điểm này giới hạn tầm sử dụng của ô

tô chạy điện Đối với công nghệ fuel cell, hydro lỏng phải được lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp; vì thế chỉ có thể thích hợp với những quốc gia có khí hậu băng giá Cả hai cộng nghệ trên cùng vướng phải một vấn đề chung đó là phải xây dựng lại toàn

bộ hệ thống cơ sở cung cấp nhiên liệu Những sự giới hạn trên của hai công nghệ tương lai này tạo ra một khoảng trống giữa nhu cầu bảo về môi trường và công nghệ ô tô truyền thống.

Gần đây một kỹ thuật chế tạo ô tô mới đã được ra đời nhằm phần nào tiết kiệm nguồn năng lượng không tái sinh được (dầu hỏa) cũng như bảo vệ môi trường trong lúc công nghệ fuel cell và pin điện được hoàn chỉnh Công nghệ Hybrid là một giải pháp được coi là thành công hiện nay và đã được đưa vào thị trường rộng rải ở các nước phát triển như Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản v.v

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XE HYBRID

2.1 Nguyên lý hoạt động xe hybrid

Ôtô Hybrid hoạt động theo nguyên tắc: Động cơ điện được sử dụng để khởi động

xe, trong đó trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ Động cơ điện còn có công dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe gia tốc hoặc leo dốc Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ điện được sử dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc quy Không giống như các phương tiện sử dụng động cơ điện khác, động cơ Hybrid không cần nguồn điện bên ngoài, động cơ đốt trong sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy Với sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, động cơ Hybrid được mở rộng giới hạn làm việc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ đốt trong hiệu suất tổ hợp động cơ cao, mô-mem lớn ở số vòng quay nhỏ

và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

2.2 Phương pháp truyền động

2.2.1 Tổ hợp ghép nối tiếp

Hình 2.1: Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp

Đây là mô hình Hybrid lâu đời nhất, nó đã được ứng dụng trên những đầu máy xe lửa và tàu thủy xuất hiện ở thế kỷ trước.

Hybrid nối tiếp: đối với loại hệ thống này, nguồn động lực chính xoay bánh xe là động

cơ điện Trong khi động cơ chỉ làm nhiệm vụ phát ra điện để nạp pin và cung cấp cho động cơ điện.

Trong sơ đồ nối tiếp, động cơ đốt trong (động cơ xăng, động cơ diesel hoặc pin nhiên liệu) kéo máy phát cung cấp điện cho ắc quy và động cơ điện, ở đây không có sự liên

hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng là quay rô-to của máy phát tạo ra điện năng và từ điện năng lại chuyển sang cơ năng làm quay bánh xe.

Ưu điểm của sơ đồ này là: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường; Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ôtô; Sơ đồ này có thể không cần hộp số.

và dung tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song; động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy nên dễ bị quá tải Ngày nay hầu như không có bất kì chiếc xe Hybrid nào sử dụng nền tảng này Tuy nhiên, nền tảng “xưa” nhất này vẫn còn được ứng dụng trên những chiếc xe sử dụng năng lượng từ pin nhiên liệu Hydrogen thay vì dùng động cơ xăng truyền thống để tạo ra dòng điện.

2.2.2 Tổ hợp ghép song song

Hình 2.2: Sơ đồ truyền động kiểu song song

Đây là mô hình Hybrid đơn giản và ít “tốn kém” nhất nên nó được áp dụng khá nhiều trên xe hơi.

Hybrid song song: Đối với loại hệ thống này, cả hai nguồn động lực (điện và xăng) đềuđược kết nối trực tiếp vào bánh xe và có thể truyền động lực một cách độc lập hoặc đồngthời Nói một cách đơn giản là bánh xe có thể được xoay một cách riêng biệt bằng động cơđiện hoặc động cơ xăng, hoặc cả hai Động cơ điện có hai chức năng chính Chức năng thứ

sản xuất Ô tô Hybrid hiện nay đều thiết kế theo cách này vì có thể tận dụng cả hai nguồn năng lượng một cách hiệu quả nhất.

Trong sơ đồ này, ngoài sự liên hệ cơ khí trực tiếp giữa động cơ đốt trong và bánh xe như ôtô thông thường còn có thêm động cơ điện truyền động đến bánh xe Khi ôtô chạy trên xa

lộ, nguồn dẫn động chủ yếu sẽ là động cơ đốt trong, động cơ điện sẽ dùng khi gia tốc ôtô còn khi chạy trong thành phố nguồn dẫn động chủ yếu là động cơ điện.

Trong mô hình này, hệ thống tái tạo năng lượng phanh (Regenerative Braking) sẽ đóngvai trò chủ đạo trong việc “sạc pin” chứ không phải động cơ xăng Do đó, tốc độ “phục hồi”năng lượng của cụm pin sẽ diễn ra khá chậm

Sơ đồ này có ưu điểm là: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng, không cần dùng máy phát riêng do động cơ điện có tính năng giao hoán, lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt động bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian Động cơ điện được sử dụng

ở đây là loại đặc biệt có tính năng lưỡng dụng, nó có thể khởi động động cơ đốt trong

và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy, cung cấp năng lượng trong trường hợp xe cần gia tốc hoặc lên dốc.

2.2.3 Hệ thống hybrid hỗn hợp

Như cái tên của nó đã nói lên tất cả, mô hình Hybrid này chính là sự kết hợp của 2 dạng nêu trên Nó chính là nền tảng có kết cấu phức tạp nhất, và tất nhiên là có chi phí sản xuất và giá thành cao nhất.

Hệ thống này kết hợp hệ thống nối tiếp với hệ thống song song nhằm để cực đại hoá các sự giúp ích của hai hệ thống Nó có hai môtơ, và tuỳ thuộc vào điều kiện dẩn động, chỉ dùng môtơ điện hoặc công suất dẩn động từ cả môtơ điện và động cơ, nhằm

để đạt được mức hiệu suất cao nhất, mức tiêu hao nhiên liệu tốt nhất, có thời gian sử dụng điện năng từ bộ pin lâu nhất và tốc độ tối đa đạt được là cao nhất so với các nền tảng khác Hơn nữa, khi cần thiết, hệ thống dẩn động các bánh xe trong lúc đồng thời đang phát điện dùng một máy phát.

Chính vì thế, nếu hoạt động một cách luân phiên thì cụm pin trên xe hầu như lúc nào cũng được sạc đầy Mỗi chiếc xe được trang bị nền tảng Series-Parallel Hybrid đều có một hệ thống quản lý chế độ lái và điều kiện vận hành thông minh Hệ thống này sẽ tự động nhận biết được điều kiện lái và mức pin còn lại để đưa ra chế độ vận hành hiệu quả nhất (Series hoặc Parallel) ở một thời điểm nào đó cụ thể.

Đây là hệ thống đã dùng ở xe Hybrid Prius và xe Hybrid Estima.

Hình 2.3 : Truyền động kiểu hỗn hợp

2.2.4 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ điện trong mỗi hệ thống:

Vì hệ thống nối tiếp sử dụng động cơ để sinh ra điện năng cung cấp cho mô-tơ vận hànhbánh xe, chúng có cùng lượng công việc như nhau

Hệ thống song song dùng động cơ như nguồn năng lượng chính, còn mô-tơ điện chỉ để trợgiúp, nên động cơ được sử dụng nhiều hơn

Với hệ thống kết hợp, có một bộ phận liên tục thay đổi tỷ lệ công suất từ động cơ tới các trụclái Vì mô-tơ điện có thể vừa vận hành xe, vừa làm nhiệm vụ tạo ra dòng điện nạp nên so với