Bài Báo Cáo Ô Tô Điện.docx

Bài báo cáo ô tô điện và 4 Electric Vehicles (Xe điện) 4 1 Cấu hình xe điện 4 2 Hiệu suất xe điện 4 2 1 Đặc điểm động cơ kéo 4 2 2 Nỗ lực kéo và yêu cầu truyền tải 4 2 3 Hiệu suất xe 4 3 Lực kéo khi l[.]

Bài báo cáo ô tô điện và

4 Electric Vehicles (Xe điện)

4.1 Cấu hình xe điện

4.2 Hiệu suất xe điện

4.2.1 Đặc điểm động cơ kéo

4.2.2 Nỗ lực kéo và yêu cầu truyền tải

4.2.3 Hiệu suất xe

4.3 Lực kéo khi lái xe bình thường

4.4 Tiêu thụ năng lượng

Người giới thiệu

Xe điện (EV) sử dụng động cơ điện để tạo lực kéo và pin hóa học, pin nhiên liệu, siêu tụ điện, và / hoặc bánh đà cho các động cơ tương ứng nguồn năng lượng Xe điện có nhiều lợi thế hơn so với xe động cơ đốt trong thông thường (ICEV), chẳng hạn như không có khí thải, hiệu quả cao, độc lập với xăng dầu, yên tĩnh và hoạt động trơn tru Các nguyên tắc hoạt động và cơ bản trong EVs

và ICEV tương tự nhau, như được mô tả trong chương 2 Tuy nhiên, có một só khác biệt giữa ICEV và EV, chẳng hạn như việc sử dụng bình xăng so với pin, ICE so với động cơ điện và các yêu cầu truyền dẫn khác nhau Cái này chương

sẽ tập trung vào phương pháp thiết kế hệ thống truyền lực và sẽ nghiên cứu các thành phần chính bao gồm động cơ kéo và kho năng lượng

4.1 Cấu hình của xe điện

Trước đây, EV chủ yếu được chuyển đổi từ ICEV hiện tại bằng cách thay đổi động cơ đốt trong và bình xăng bằng động cơ điện ổ đĩa và bộ pin trong khi vãn

dữ lại tất cả các bộ phận khác, như hình minh họa 4.1 Những nhược điểm như trọng lượng nặng, tính linh hoạt thấp hơn và suy giảm hiệu suất đã khiến việc sử dụng loại EV này không còn nữa

Truyền động động cơ

điện

Nguồn năng lượng

điện

Truyền động cơ học

electric motor drive : truyền động động cơ điện

mechanical transmission: truyền động cơ học

electric energy source: nguồn năng lượng điện

Hình 4.1 Tàu điện xe điện chính

Electric propulsion subsystem:

hệ thống phụ đẩy điện Brake phanh; Accelerator máy gia tốc;

Vehicle controller: bộ điều khiển phương tiện

Electronic power converter: bộ chuyển đổi năng lượng điện tử

Electric motor : động cơ điện

Mechanical transmission : truyền động cơ điện

Wheel : bánh xe

Energy management unit: bộ phận quản lý năng lượng

Energy source: nguồn năng lượng

Auxiliary power supply: nguồn điện phụ trợ

Power steering unit: bộ trợ lực lái

Steering wheel: vô lăng

Energy refueling unit: đơn vị tiếp nhiên liệu năng lượng

Hotel climate control unit: đơn vị kiểm soát khí hậu khách sạn

Energy source subsystem: hệ thống con nguồn năng lượng

Auxiliary subsystem : hệ thống con phụ trợ

Mechanical link: liên kết cơ khí

Electric link : liên kết điện

Control link: liên kết điều khiển

Hình 4.2

Minh họa khái niệm về cấu hình EV chung

Thay vào đó, EV hiện đại được chế tạo dựa trên thân và khung nguyên bản thiết

kế Điều này đáp ứng yêu cầu cấu trúc duy nhất cho EVs và làm cho sử dụng linh hoạt cao hơn của động cơ điện

Một hệ truyền động điện hiện đại được minh họa khái niệm Hình 4.2 Tàu truyền động bao gồm ba hệ thống con chính: lực đẩy động cơ điện, nguồn năng lượng và phụ trợ Hệ thống con đẩy điện bao gồm của bộ điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện bộ công suất, động cơ điện, cơ khí hộp số và bánh dẫn động

Hệ thống con nguồn năng lượng bao gồm nguồn năng lượng, đơn vị quản lý năng lượng và đơn vị tiếp nhiên liệu năng lượng Hệ thống cơ phụ trợ bao gồm

bộ phận lái trợ lực, bộ phận kiểm soát khí hậu của khách sạn và bộ phận cung cấp phụ trợ

Dựa trên các đầu vào điều khiển từ bàn đạp ga và phanh, bộ điều khiển phương tiện cung cấp tín hiệu điều thích hợp cho nguồn điện tử bộ chuyển đổi, có chức năng điều chỉnh năng lượng giữa điện động cơ và nguồn năng lượng Dòng điện chạy ngược là do quá trình phanh tái tạo của EV và năng lượng tái tạo này có thể được phục hồi cho nguồn năng lượng, miễn là nguồn năng lượng có thể tiếp nhận được Hầu hết các loại pin EV như cũng như siêu tụ điện và bánh đà dễ dàng có khả năng chấp nhận năng lượng tái sinh Đơn vị quản lý năng lượng hợp tác với bộ điều khiển phương tiện để điều khiển phanh tái tạo và thu hồi năng lượng của nó Nó cũng hoạt động với bộ phận tiếp nhiên liệu năng lượng

để điều khiển bộ phận tiêp nhận nhiên liệu năng lượng để điều khiển bộ phận

tiếp nhiên liệu và giám sát khả năng sử dụng của nguồn năng lượng Nguồn điện phụ trợ cung cấp nguyên liệu phụ trợ cung cấp năng lượng cần thiết các mức điện khác nhau cho tất cả các mức điện áp khác nhau cho tất cả các phụ kiện

EV, đặc biệt là bộ điều khiển khí hậu của khách sạn và bộ trợ lực lái

Có rất nhiều cấu hình EV có thể do các biến thể trong đặc tính đẩy điện và nguồn năng lượng, như trong Hình 4.3.1

(a) Hình 4.3 (a) cho thấy cấu hình của phương án thứ nhất, trong mà động

cơ đẩy điện thay thế động cơ điện IC của hệ thống truyền động xe thông thường Nó bao gồm một động cơ điện, một ly hợp, một hợp số, và một

bộ vi sai Bộ ly hợp và hợp số có thể thay thế trong hộp số tự động Bộ ly hợp được sử dụng để kết nối hoặc ngắt kết nối sức mạnh của động cơ điện từ các bánh xe dẫn động Các hộp số cung cấp tỷ số truyền để sửa đổi cấu hình tốc độ-công suất ( mô-men xoắn) để phù hợp với yêu cầu tải trọng ( tham khảo Chương 2) Bộ vi sai là một cơ cấu cơ khí (thường là một bộ bánh răng hành tinh), giúp bánh xe của cả hai bên có thể chuyển động ở các tốc độ khác nhau khi xe chạy trên đường cong

(b) Với động cơ điện có công suất không đổi trong dải tốc độ dài ( tham khảo chương 2), hộp số cố định có thể thay thế hộp số nhiều tốc độ và giảm nhu cầu sử dụng ly hợp Cấu hình này không chỉ giảm kích thước và trọng lượng của hộp số cơ khí mà còn đơn giản hóa việc điều khiển hệ truyền động vì không cần sang số

(c) Tương tự như bộ truyền động ở (b), động cơ điện, bánh răng cố định, và

bộ vi sai có thể có thể được tích hợp thêm vào một cụm duy nhất trong khi cả hai trục đều hướng vào cả hai bánh dẫn động Toàn bộ hệ thống truyền động được đơn giản hóa và thu gọn hơn nữa

(d) Trong Hình 4.3(d), bộ vi sai cơ khí được thay thế bằng cách sử dụng hai động cơ kéo Mỗi người trong số họ lái một bánh xe bên và hoạt động một tốc độ khác khi xe đang chạy dọc theo một đường cong

(e) Để đơn giản hoá hơn nữa hệ thống truyền động, động cơ kéo có thể được đặc bên trong một bánh xe Sự sắp xếp này được gọi là sử sắp xếp trong ổ bánh xe Một bộ bánh răng hành tinh mỏng có thể được sử dụng

để giảm tốc độ động cơ và tăng mô-men xoắn của động cơ Bộ bánh răng hành tinh mỏng mang lại lợi thế và tỷ lệ giảm tốc độ cao cũng như sự sắp xếp thẳng hàng của trục đầu vào và đầu ra

(f) Bằng cách loại bỏ hoàn toàn bất kỳ bánh răng cơ khí nào giữa điện động

cơ và bánh lái, cánh quạt ngoài của động cơ điện tốc độ thấp động cơ trong dẫn động trong bánh xe có thể được kết nối trực tiếp với bánh dẫn động Điều khiển tốc độ của động cơ điện tương đương với kiểm soát tốc

độ bánh xe và do đó tốc độ xe Tuy nhiên, sự sắp xếp này đòi hỏi động cơ điện phải có thêm một mô-men xoắn cao hơn để khởi động và tăng tốc xe

4.2 Hiệu suất của xe điện

Hiệu suất lái xe cảu một chiếc xe thường được đánh giá bằng thời gian tăng tốc của nó, tốc độ tối đa, và độ dốc Trong thiết kế hệ thống truyền động EV, động

cơ phù hợp định mức công suất và các thông số truyền tải là những căn nhắc chính để đáp ứng các đặc tính kỹ thuật hiệu suất Thiết ké của tất cả các thông

số này phụ thuộc chủ yếu vào các đặc tính tốc độ công suất ( mô-men xoắn) của lực kéo động cơ, như đã đề cập trong Chương 2, và sẽ được thảo luận trong chương này

4.2.1 Đặc tính động cơ kéo

Truyền động động cơ điện biến tốc độ thường có các đặc tính thể hiện trong Hình 4.4 Tại vùng tốc độ thấp ( thấp hơn tốc độ cơ bản như được đánh dấu trong Hình 4.4), động cơ có mô men không đổi Trong khu vực tốc độ cao (cao hơn hơn tốc độ cơ sở), động cơ có công suất không thay đổi Đặc điểm này là thường được biểu thị bằng tỷ lệ tốc độ x, được định nghĩa là tỷ lệ tối đa của nó tốc độ về tốc độ cơ sở của nó Trong các hoạt động tốc độ thấp, điện áp cung cấp cho động cơ tăng cùng với sự gia tăng tốc độ thông qua bộ chuyển đổi điện

tử trong khi từ thông được giữ không đổi Tại điểm tốc độ gốc, điện áp của động

cơ được giữ không đổi và từ thông yếu đi, giảm theo đường cong khi tăng tốc

độ Do đó, mô-men xoắn của nó cung giảm theo đường cong khi tốc độ tăng.3,4,5

Hình 4.5 cho thấy các cấu hình mô-men xoắn-tốc độ của động cơ 60 KW với các tỷ lệ tốc độ x (x2, 4 và 6) Rõ ràng với một miền năng lượng không đổi dài, mô-men xoắn cực đại của động cơ có thể được tăng lên đáng kể, và do đó hiệu suất tăng tốc và khả năng vượt dốc của xe có thể được cải thiện và đường truyền có thể được đơn giản hóa Tuy nhiên, mỗi loại động cơ vốn có những đặc điểm riêng

Power: sức mạnh Torque: mô-men xoắn Base speed: tốc độ cơ sở

Motor power (kw):tốc

độ của xe gắn máy Motor speed (rpm): công suất động cơ Motor torque (Nm): mô-men xoắn động cơ

Hình 4.4 Đặc điểm động cơ điện biến tốc độ điển hình

Motor torque: mô-men xoắn động cơ

Motor speed: tốc

độ của xe gắn máy

Hình 4.5 Đặc tính tốc độ-mô-men xoắn của động cơ điện 60

KW với x = 2, 4 và 6

tỷ lệ tốc độ tối đa giới hạn Ví dụ, một động cơ nam châm vĩnh cửu có một x (<2) vì khó làm suy yếu trường do sự hiện diện của nam châm vĩnh cửu Động

cơ chuyển đổi có thể đạt x>6 và động cơ cảm ứng khoảng x=4

4.2.2 Lực kéo và yêu cầu truyền dẫn

Lực kéo được phát triển bởi một động cơ kéo trên các bánh xe được điều khiển

và tốc độ xe được biểu thị bằng

và

trong đó Tm và Nm là công suất mô-men xoắn của động cơ và tốc độ tính bằng vòng/phút, tương ứng, ig là tỷ số truyền của hộp số, i0 là bánh răng tỷ lệ của ổ đĩa cuối cùng, ηt là hiệu quả của toàn bộ đường truyền động từ động cơ đến các bánh bị dẫn, và rd là bán kính của các bánh dẫn động

Việc sử dụng hộp số nhiều bánh răng hay một bánh răng phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính tốc độ-mô-men xoắn của động cơ Nghĩa là, ở một công suất động cơ định mức nhất định, nếu động cơ có vùng công suất dài không đổi, hộp số một bánh răng sẽ đủ cho lực kéo cao ở tốc độ thấp Mặt khác, một phải sử dụng nhiều hộp số bánh răng (hơn hai bánh răng) Hình 4.6 hiển thị nỗ lực kéo x=2 và

hộp số ba bánh Bánh răng đầu tiên bao gồm vùng tốc độ của a-b-c, bánh răng thứ hai bao gồm d-e-f, và bánh răng thứ ba bao gồm g-f-h Hình 4.7 biểu diễn lực kéo với động cơ kéo x=6 và hộp số hai bánh Bánh răng đầu tiên bao phủ vùng tốc độ của a-b-c, bánh răng thứ hai d-e-f Hình 4.8 cho thấy lực kéo với động cơ kéo x=6 và hộp số một bánh răng Ba thiết kế này có lực kéo giống nhau so với cấu hình tốc độ xe Vì vậy, các phương tiện sẽ có cùng hiệu suất tăng tốc và vượt dốc

4.2.3 Hiệu suất xe

Hiệu suất cơ bản của xe bao gồm tốc độ hành trình tối đa, khả năng leo dốc và tăng tốc Tốc độ tối đa của một chiếc xe có thể dễ dàng tìm thấy bởi giao điểm của đường cong lực kéo với đường kháng lực (lực cản lăn cộng với lực cản không khí động học), trong lực kéo so với phương tiện giản đồ tốc độ thể hiện trong Hình 4.6-4.8 Cần lưu ý rằng một giao điểm không tồn tại trong một số thiết kế, thường sử dụng lớn hơn động cơ kéo hoặc tỷ số truyền lớn Trong trường hợp này, tốc độ tối đa của xe được xác định bởi tốc độ tối đa của động

cơ kéo như

Hình 4.6

Lực kéo so với tốc độ xe với động cơ kéo x=2 và hộp số ba bánh

Hình 4.7

Lực kéo so với tốc độ xe với động cơ kéo x=4 và hộp số hai bánh răng

Hình 4.8

Lực kéo so với tốc độ xe với động cơ kéo x=6 và hợp số một bánh

trong đó Nm max là vòng tua máy tối đa cho phép của động cơ kéo và ig min là tỷ số truyền tối thiểu của hộp số (bánh răng cao nhất)

Khả năng leo dốc được xác định bởi lực kéo ròng của xe, Ft-net (Ft-net=Ft-Fr-Fw), như trong hình 4.6-4.8 Ở mức trung bình và cao tốc độ, khả năng leo dốc nhỏ hơn khả năng vượt dốc ở tốc độ thấp Các bậc tối đa mà xe có thể vượt qua ở tốc độ đã cho có thể là tính bằng

trong đó Ft là lực kéo của các bánh xe bị dẫn, Fr là lực cản lăn của lốp, Fw lực cản không khí động học Tuy nhiên, ở tốc độ thấp, khả năng vượt cấp lớn hơn nhiều Tính toán dựa trên hình (4.4) sẽ gây ra ý nghĩa lỗi; thay vào đó , phương trình (4.5) nên được sử dụng:

trong đó d = (Ft-Fw)/Mvg, được gọi là hệ số hiệu suất của xe (tham khảo chương 2), và fr là hệ số cản lăn của lốp

Hiệu suất tăng tốc của xe được đánh giá bằng thời gian được sử dụng để tăng tốc độ thấp V1 (thường bằng 0) lên tốc độ cao hơn (100 km/h đối với xe khách Đối với xe du lịch, hiệu suất tăng tốc là quan trọng hơn tốc độ bay tối đa và khả năng leo dốc , vì nó là yêu cầu tăng tốc, chứ không phải là tốc độ hành trình tối

đa hoặc khả năng leo dốc, điều đó quyết định xếp hạng công suất ổ đĩa của động

cơ Đề cập đến (2.58) và Hình 2.36-2.38, thời gian tăng tốc cho EV có thể dược biểu thị bằng

trong đó Vb và Vf là tốc độ cơ bản của xe như thể hiện trong hình 4.6-4.8 và tốc

độ tăng tốc cuối cùng, tương ứng và Pt là lực kéo trên hướng bánh xe truyền từ động cơ kéo tướng ứng với bệ xe tốc độ Số hạng đầu tiên ở vế phải của (4.6) tương ứng với vùng tốc độ thấp hơn tốc độ cơ sở của xe; thuật ngữ thứ hai tương ứng với vùng tốc độ thấp hơn tốc độ cơ sở của xe

Rất khó để có được nghiệm phân tích từ phương trình (4.6) Để đánh giá ban đầu về thời gian tăng tốc so với công suất kéo, ta có thể bỏ qua lực cản lăn và lực cản khí động học và thu được

trong đó hệ số khối lượng của phương tiện, δ, là một hằng số Lực kéo, Pt ,có thể sau đó thể hiện như

Để xác định định mức công suất kéo một cách chính xác, công suất tiêu thụ trong khăc phục lực cản lăn và lực cản động nên được xem xét

Công suất kéo trung bình trong quá trình tăng tốc có thể được biểu thị bằng

Tham khảo hình 2.28 và hình 2.29, tốc độ xe V có thể được biểu thị sử dụng thời gian t, bằng

Thay (4.10) vào (4.9) và lấy tích phân, người ta thu được