TonyChoper
Tài xế O-H
Mới tìm hiểu về ôtô, thấy bài viết này cũng hay nên Google translate, giúp mình và giúp AE mới bắt đầu hiểu thêm ... có một số thuật ngữ chưa hiểu xin AE đóng góp thêm. Let's go !!!!!!!!!
II. HEVs
HEVs có hai hoặc nhiều nguồn năng lượng (source of energy) và/hoặc hai hoặc nhiều nguồn công suất (sourse of power) trên xe. Các nguồn năng lượng có thể là battery, bánh đà (flywheel)...Các nguồn công suất có thể là engine (động cơ), tế bào nhiên liệu, battery, ultracapacitor...Tùy thuộc vào cấu hình của xe, hai hoặc nhiều nguồn công suất hoặc năng lượng được sử dụng. HEVs tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm bằng cách kết hợp động cơ điện và ICE (Internal Combustion Engine: động cơ đốt trong) theo cách mà đặc tính phù hợp nhất đối với mỗi loại có thể được sử dụng. HEVs thường được chia thành lai liên hoàn (series hybrid) và lai song song (parallel hybrid). Trong HEVs liên hoàn, engine điều khiển generator, sau đó cung cấp năng lượng cho electric motor. Trong HEVs song song, engine và electric motor được ghép nối để điều khiển. HEVs liên hoàn có thể cung cấp mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn khi lái xe trong thành phố bằng cách làm cho ICE hoạt động ổn định ở điểm hiệu quả cao nhất trong những lần dừng/khởi động thường xuyên. HEVs song song có thể có mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn khi lái xe trên đường cao tốc, trong đó ICE đang ở điểm hiệu quả cao nhất trong khi chiếc xe đang chạy ở tốc độ không đổi. HEVs cũng được chia thành lai nhẹ (midl hybrid), lai công suất (power hybrid) và lai năng lượng (energy hybrid), theo vai trò của engine và electric motor và nhiệm vụ mà hệ thống được thiết kế để đạt được [3]. PHEVs có thể liên hoàn hoặc song song, với battery được sạc trên xe và tiện dụng sạc bên ngoài dùng điện lưới, do đó tăng phạm vi hoạt động so với ở chế độ điện đơn thuần.
HVs liên hoàn
Cấu hình điển hình của hệ thống đẩy lai liên hoàn được thể hiện trong Hình 1. HVs về cơ bản là một chiếc xe điện với nguồn công suất (sourse of power) trên xe để sạc battery. Nói chung, một engine được ghép nối với một generator để tạo ra năng lượng để sạc battery. Cũng có thể thiết kế hệ thống theo cách mà generator có thể hoạt động như một thiết bị cân bằng tải cung cấp năng lượng đẩy (propulsion power). Trong trường hợp này, kích thước của battery có thể được giảm, nhưng kích thước của generator và engine cần phải được tăng lên. Các thành phần điện tử công suất cho một hệ thống xe lai điển hình là: 1) bộ chuyển đổi (converter) để chuyển đổi đầu ra của máy phát điện thành DC để sạc batery và 2) một biến tần (inverter) để chuyển đổi DC thành AC để cấp nguồn cho động cơ đẩy (propulsion motor). Một bộ chuyển đổi DC-DC cũng được yêu cầu để sạc battery 12V trong xe. Ngoài ra, một điều hòa không khí điện cần một biến tần và các hệ thống điều khiển liên quan.
Hình 1: Hệ thống đẩy của xe lai liên hoàn.
HVs song song
HVs song song có thể cung cấp chi phí thấp nhất và nhiều lựa chọn sử dụng cho engine, battery và motor. Tuy nhiên, HEVs song song cần một hệ thống điều khiển phức tạp. Có nhiều cấu hình khác nhau cho HVs song song, tùy thuộc vào vai trò của electric motor/generator và engine. Trong HVs song song, engine và electric motor có thể được sử dụng riêng biệt hoặc cùng nhau để đẩy một chiếc xe. Toyota Prius và Honda Insight là một số ví dụ về HEVs song song, có sẵn trên thị trường [3]. Cấu trúc điển hình của một hệ thống đẩy lai song song được minh họa trong Hình. 2.
Hình 2: Hệ thống đẩy của xe lai song song.
ISG gắn trên trục khuỷu
Nhiều công ty ô tô đang phát triển xe dựa trên ISG lắp đặt trên trục khuỷu. Thiết kế ISG cung cấp khả năng giảm mức tiêu thụ nhiên liệu thông qua việc tắt động cơ trong thời gian xuống dốc và nhàn rỗi, khóa chuyển đổi mômen xoắn sớm với torque smoothing (làm mềm mại mômen xoắn), regenerative braking (phanh tái tạo) và electric lauch assis (hỗ trợ khởi động điện). Tính năng stop/start (dừng/khởi động), có nghĩa là ICE tắt khi không hoạt động, tích hợp khởi động yên tĩnh và tạo ra công suất cao vào một máy duy nhất [4] - [6]. Tính năng đặc biệt này có tiềm năng lớn để giảm tổng thể nhiên liệu tiêu thụ, khí thải và tiếng ồn so với xe nói chung, những xe mà trong đó ICE cho phép mức tiêu hao nhiên liệu thấp (MPG – Miles Per Gallon) khi stop/start và cold start (khởi động lạnh) của ICE sinh ra nhiều khí thải nhất trong hoạt động. Ngoài ra, ISG cung cấp khả năng tạo ra công suất cao hơn so với các máy phát điện ô tô thông thường hiện nay. Công suất cao hơn này sẽ cho phép kết hợp các tính năng như trợ lực lái điện, điều hòa không khí sưởi ấm bằng điện, electric valve trains, điện xoay chiều di động và nhiều tính năng giải trí. Dạng lợi ích tiết kiệm nhiên liệu điển hình bằng cách kết hợp các chức năng khác nhau được thể hiện trong Hình 3 [1].
Hình 3: Lợi ích tiết kiệm nghiên liệu cho ISG. T/C bộ chuyển đổi mô men xoắn, TCC bộ ly hợp chuyển đổi mômen xoắn.
Một kiến trúc điển hình của hệ thống ISG được hiển thị trong Hình 4. [1]. Xe có kiến trúc lai song song trong đó mỗi electric machine (máy điện) và ICE có thể cung cấp mômen xoắn cho các bánh dẫn động riêng rẽ hoặc đồng thời. Electric machine hỗ trợ động cơ IC bằng cách cung cấp thêm mômen xoắn trong các vùng vận hành nơi engine hoạt động kém hiệu quả hơn. Hệ thống này thay thế cho bánh đà, máy phát điện xoay chiều và động cơ khởi động thông thường bằng một máy điện phù hợp giữa động cơ và hệ truyền động. Hệ thống này có khả năng phát điện trong dải 5-10 kW. Chức năng trích năng lượng điện (PTO power take-off) có thể cung cấp năng lượng điện trên xe để cung cấp năng lượng cho các thiết bị dang hoạt động và khi xe đang đỗ. PTO bao gồm một biến tần một pha để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 42-V thành 120-V/240-V. Phạm vị của biến tần là khoảng 2,4 kVA. Tùy thuộc vào chức năng của xe, công suất này có thể lên tới 20 kW (với điện áp dòng DC cao hơn). Các yêu cầu liên quan đến chế độ khởi động (starting mode) có thể rất khác so với các yêu cầu trong chết độ generation mode (chế độ phát). Kết quả là giữa chức năng máy phát và chức năng khởi động, mức dòng điện phải được nâng lên theo hệ số ba. Mặc dù các yêu cầu hiện tại đối với các thiết bị nguồn silicon là thấp trong generation mode, chúng vẫn cần được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của dòng điện khởi động trong chế độ chuyển động (motoring mode). Battery phải sẵn sàng cung cấp lượng điện năng ở nhiệt độ môi trường tương ứng.
ATTACH=full]91719[/ATTACH]
Hình 4: ISG dựa trên kiến trúc hệ thống Energen-10
ISG gắn bên cạnh
Gần đây, đã có sự quan tâm ngày càng tăng đối với ISG gắn bên cạnh, tức là, hệ thống máy phát- khởi động được điều khiển bằng dây đai. ISG gắn bên có thể được thực hiện bằng cách sử dụng máy phát điện thông thường trên xe ngày nay. Với việc bổ sung cảm biến vị trí và biến tần ba pha, máy phát điện có thể được vận hành như một motor và có thể cung cấp đủ mômen xoắn qua dây đai cho động cơ đốt trong (combusion engine) để thực hiện khởi động lại nhanh và nhẹ nhành cho engine nóng lên. Trên các động cơ nhỏ hơn, có thể khởi động lạnh động cơ, loại bỏ các bộ khởi động thông thường. Những cải tiến hơn nữa trong công nghệ máy phát điện và điện tử công suất sẽ tăng hiệu suất hệ thống (system efficiency), công suất máy phát điện (power generator) và mô-men xoắn để đáp ứng các yêu cầu trong tương lai và cũng cho khởi động lạnh (cold cranking) động cơ lớn hơn. Lợi ích của hệ thống này là: 1) chi phí thấp; 2) thực hiện đơn giản; 3) thay đổi tối thiểu trong hệ thống điện; và 4) sử dụng máy chạy bằng dây đai hiện tại. Hệ thống điện tử bao gồm một biến tần cầu MOSFET ba pha với associated gate drive và thiết bị điện tử điều khiển. Mặc dù normal genetor current thấp hơn nhiều, các thiết bị điện tử công suất cần được thiết kế cho dòng khởi động cao hơn (higher starting current). Việc đóng gói và làm mát các thiết bị cần được xem xét đặc biệt.
Xe lai Saturn Vue của General Motors là một ví dụ điển hình của hệ thống máy phát điện-khởi động bằng dây đai. Hệ thống lai của Saturn Vue giảm mức tiêu thụ nhiên liệu bằng cách:
• Tắt động cơ khi dừng xe để giảm thiểu việc chạy không tải;
• Khởi động lại động cơ kịp thời khi nhả bàn đạp phanh;
• Cho phép tắt nhiên liệu sớm trong quá trình giảm tốc xe;
• Thu năng lượng động học của xe trong quá trình giảm tốc (hãm tái sinh) để sạc advanced nickel-metal hydride battery;
• Thực hiện sạc battery thông minh khi hiệu quả nhất.
II. HEVs
HEVs có hai hoặc nhiều nguồn năng lượng (source of energy) và/hoặc hai hoặc nhiều nguồn công suất (sourse of power) trên xe. Các nguồn năng lượng có thể là battery, bánh đà (flywheel)...Các nguồn công suất có thể là engine (động cơ), tế bào nhiên liệu, battery, ultracapacitor...Tùy thuộc vào cấu hình của xe, hai hoặc nhiều nguồn công suất hoặc năng lượng được sử dụng. HEVs tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm bằng cách kết hợp động cơ điện và ICE (Internal Combustion Engine: động cơ đốt trong) theo cách mà đặc tính phù hợp nhất đối với mỗi loại có thể được sử dụng. HEVs thường được chia thành lai liên hoàn (series hybrid) và lai song song (parallel hybrid). Trong HEVs liên hoàn, engine điều khiển generator, sau đó cung cấp năng lượng cho electric motor. Trong HEVs song song, engine và electric motor được ghép nối để điều khiển. HEVs liên hoàn có thể cung cấp mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn khi lái xe trong thành phố bằng cách làm cho ICE hoạt động ổn định ở điểm hiệu quả cao nhất trong những lần dừng/khởi động thường xuyên. HEVs song song có thể có mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn khi lái xe trên đường cao tốc, trong đó ICE đang ở điểm hiệu quả cao nhất trong khi chiếc xe đang chạy ở tốc độ không đổi. HEVs cũng được chia thành lai nhẹ (midl hybrid), lai công suất (power hybrid) và lai năng lượng (energy hybrid), theo vai trò của engine và electric motor và nhiệm vụ mà hệ thống được thiết kế để đạt được [3]. PHEVs có thể liên hoàn hoặc song song, với battery được sạc trên xe và tiện dụng sạc bên ngoài dùng điện lưới, do đó tăng phạm vi hoạt động so với ở chế độ điện đơn thuần.
HVs liên hoàn
Cấu hình điển hình của hệ thống đẩy lai liên hoàn được thể hiện trong Hình 1. HVs về cơ bản là một chiếc xe điện với nguồn công suất (sourse of power) trên xe để sạc battery. Nói chung, một engine được ghép nối với một generator để tạo ra năng lượng để sạc battery. Cũng có thể thiết kế hệ thống theo cách mà generator có thể hoạt động như một thiết bị cân bằng tải cung cấp năng lượng đẩy (propulsion power). Trong trường hợp này, kích thước của battery có thể được giảm, nhưng kích thước của generator và engine cần phải được tăng lên. Các thành phần điện tử công suất cho một hệ thống xe lai điển hình là: 1) bộ chuyển đổi (converter) để chuyển đổi đầu ra của máy phát điện thành DC để sạc batery và 2) một biến tần (inverter) để chuyển đổi DC thành AC để cấp nguồn cho động cơ đẩy (propulsion motor). Một bộ chuyển đổi DC-DC cũng được yêu cầu để sạc battery 12V trong xe. Ngoài ra, một điều hòa không khí điện cần một biến tần và các hệ thống điều khiển liên quan.
Hình 1: Hệ thống đẩy của xe lai liên hoàn.
HVs song song
HVs song song có thể cung cấp chi phí thấp nhất và nhiều lựa chọn sử dụng cho engine, battery và motor. Tuy nhiên, HEVs song song cần một hệ thống điều khiển phức tạp. Có nhiều cấu hình khác nhau cho HVs song song, tùy thuộc vào vai trò của electric motor/generator và engine. Trong HVs song song, engine và electric motor có thể được sử dụng riêng biệt hoặc cùng nhau để đẩy một chiếc xe. Toyota Prius và Honda Insight là một số ví dụ về HEVs song song, có sẵn trên thị trường [3]. Cấu trúc điển hình của một hệ thống đẩy lai song song được minh họa trong Hình. 2.
Hình 2: Hệ thống đẩy của xe lai song song.
ISG gắn trên trục khuỷu
Nhiều công ty ô tô đang phát triển xe dựa trên ISG lắp đặt trên trục khuỷu. Thiết kế ISG cung cấp khả năng giảm mức tiêu thụ nhiên liệu thông qua việc tắt động cơ trong thời gian xuống dốc và nhàn rỗi, khóa chuyển đổi mômen xoắn sớm với torque smoothing (làm mềm mại mômen xoắn), regenerative braking (phanh tái tạo) và electric lauch assis (hỗ trợ khởi động điện). Tính năng stop/start (dừng/khởi động), có nghĩa là ICE tắt khi không hoạt động, tích hợp khởi động yên tĩnh và tạo ra công suất cao vào một máy duy nhất [4] - [6]. Tính năng đặc biệt này có tiềm năng lớn để giảm tổng thể nhiên liệu tiêu thụ, khí thải và tiếng ồn so với xe nói chung, những xe mà trong đó ICE cho phép mức tiêu hao nhiên liệu thấp (MPG – Miles Per Gallon) khi stop/start và cold start (khởi động lạnh) của ICE sinh ra nhiều khí thải nhất trong hoạt động. Ngoài ra, ISG cung cấp khả năng tạo ra công suất cao hơn so với các máy phát điện ô tô thông thường hiện nay. Công suất cao hơn này sẽ cho phép kết hợp các tính năng như trợ lực lái điện, điều hòa không khí sưởi ấm bằng điện, electric valve trains, điện xoay chiều di động và nhiều tính năng giải trí. Dạng lợi ích tiết kiệm nhiên liệu điển hình bằng cách kết hợp các chức năng khác nhau được thể hiện trong Hình 3 [1].
Hình 3: Lợi ích tiết kiệm nghiên liệu cho ISG. T/C bộ chuyển đổi mô men xoắn, TCC bộ ly hợp chuyển đổi mômen xoắn.
Một kiến trúc điển hình của hệ thống ISG được hiển thị trong Hình 4. [1]. Xe có kiến trúc lai song song trong đó mỗi electric machine (máy điện) và ICE có thể cung cấp mômen xoắn cho các bánh dẫn động riêng rẽ hoặc đồng thời. Electric machine hỗ trợ động cơ IC bằng cách cung cấp thêm mômen xoắn trong các vùng vận hành nơi engine hoạt động kém hiệu quả hơn. Hệ thống này thay thế cho bánh đà, máy phát điện xoay chiều và động cơ khởi động thông thường bằng một máy điện phù hợp giữa động cơ và hệ truyền động. Hệ thống này có khả năng phát điện trong dải 5-10 kW. Chức năng trích năng lượng điện (PTO power take-off) có thể cung cấp năng lượng điện trên xe để cung cấp năng lượng cho các thiết bị dang hoạt động và khi xe đang đỗ. PTO bao gồm một biến tần một pha để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 42-V thành 120-V/240-V. Phạm vị của biến tần là khoảng 2,4 kVA. Tùy thuộc vào chức năng của xe, công suất này có thể lên tới 20 kW (với điện áp dòng DC cao hơn). Các yêu cầu liên quan đến chế độ khởi động (starting mode) có thể rất khác so với các yêu cầu trong chết độ generation mode (chế độ phát). Kết quả là giữa chức năng máy phát và chức năng khởi động, mức dòng điện phải được nâng lên theo hệ số ba. Mặc dù các yêu cầu hiện tại đối với các thiết bị nguồn silicon là thấp trong generation mode, chúng vẫn cần được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của dòng điện khởi động trong chế độ chuyển động (motoring mode). Battery phải sẵn sàng cung cấp lượng điện năng ở nhiệt độ môi trường tương ứng.
ATTACH=full]91719[/ATTACH]
Hình 4: ISG dựa trên kiến trúc hệ thống Energen-10
ISG gắn bên cạnh
Gần đây, đã có sự quan tâm ngày càng tăng đối với ISG gắn bên cạnh, tức là, hệ thống máy phát- khởi động được điều khiển bằng dây đai. ISG gắn bên có thể được thực hiện bằng cách sử dụng máy phát điện thông thường trên xe ngày nay. Với việc bổ sung cảm biến vị trí và biến tần ba pha, máy phát điện có thể được vận hành như một motor và có thể cung cấp đủ mômen xoắn qua dây đai cho động cơ đốt trong (combusion engine) để thực hiện khởi động lại nhanh và nhẹ nhành cho engine nóng lên. Trên các động cơ nhỏ hơn, có thể khởi động lạnh động cơ, loại bỏ các bộ khởi động thông thường. Những cải tiến hơn nữa trong công nghệ máy phát điện và điện tử công suất sẽ tăng hiệu suất hệ thống (system efficiency), công suất máy phát điện (power generator) và mô-men xoắn để đáp ứng các yêu cầu trong tương lai và cũng cho khởi động lạnh (cold cranking) động cơ lớn hơn. Lợi ích của hệ thống này là: 1) chi phí thấp; 2) thực hiện đơn giản; 3) thay đổi tối thiểu trong hệ thống điện; và 4) sử dụng máy chạy bằng dây đai hiện tại. Hệ thống điện tử bao gồm một biến tần cầu MOSFET ba pha với associated gate drive và thiết bị điện tử điều khiển. Mặc dù normal genetor current thấp hơn nhiều, các thiết bị điện tử công suất cần được thiết kế cho dòng khởi động cao hơn (higher starting current). Việc đóng gói và làm mát các thiết bị cần được xem xét đặc biệt.
Xe lai Saturn Vue của General Motors là một ví dụ điển hình của hệ thống máy phát điện-khởi động bằng dây đai. Hệ thống lai của Saturn Vue giảm mức tiêu thụ nhiên liệu bằng cách:
• Tắt động cơ khi dừng xe để giảm thiểu việc chạy không tải;
• Khởi động lại động cơ kịp thời khi nhả bàn đạp phanh;
• Cho phép tắt nhiên liệu sớm trong quá trình giảm tốc xe;
• Thu năng lượng động học của xe trong quá trình giảm tốc (hãm tái sinh) để sạc advanced nickel-metal hydride battery;
• Thực hiện sạc battery thông minh khi hiệu quả nhất.
