thuc00002215
Thành viên O-H
Khi xe di chuyển, acquy HV trải qua các chu trình sạc – xả được lặp đi lặp lại liên tục vì acquy được phóng điện bởi MG2 trong quá trình tăng tốc, được sạc lại trong quá trình giảm tốc và khi SOC thấp MG1 có nhiệm vụ sạc lại cho acquy HV.
Bộ điều khiển acquy chuyển đổi các tín hiệu từ acquy HV (bao gồm điện áp, dòng điện và nhiệt độ) thành tín hiệu số, sau đó chuyển các tín hiệu tới ECU điều khiển hệ thống hybrid thông qua truyền thông nối tiếp để xác định tình trạng sạc của acquy HV.
Hình 5.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển tình trạng sạc (SOC) [13][HK1]
ECU điều khiển hệ thống hybrid tính toán tình trạng sạc của acquy HV dựa trên giá trị của cường độ dòng điện trong quá trình sạc – xả của acquy HV nhận từ các cảm biến dòng điện. ECU điều khiển dựa vào giá trị SOC được tính toán để liên tục điều khiển quá trình sạc–xả nhằm duy trì SOC trong phạm vi quy định tại mọi thời điểm.
Phương pháp ước tính SOC được sử dụng là Coulomb Counting. Tính toán SOC dựa trên việc tích phân dòng điện acquy HV theo thời gian, công thức cơ bản là:
Trong đó:
SOC(t): SOC tại thời điểm t.
SOC(t0): SOC ban đầu tại thời điểm t0.
I(t): dòng điện tại thời điểm t.
C: dung lượng acquy HV danh định.
Điều chỉnh SOC:
ECU điều khiển hybrid sử dụng các thuật toán tối ưu để điều chỉnh SOC dựa trên các thông số hệ thống, SOC hiện tại và điều kiện lái xe thực tế. Thuật toán điều khiển PID:
u(t): tín hiệu điều khiển
e(t): sai lệch giữa SOC thực tế và SOC mục tiêu.
Kp ,Ki, Kd : là các hệ số điều khiển của bộ điều khiển PID, lần lượt là các hệ số điều khiển tỷ lệ, tích phân và đạo hàm
Trong công thức điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) đã đề cập, u(t) là tín hiệu điều khiển được gửi đến các thành phần của hệ thống để điều chỉnh trạng thái sạc (SOC) của acquy HV. Cụ thể, u(t) trong ngữ cảnh của hệ thống quản lý SOC của xe hybrid thường bao gồm các điều chỉnh về dòng sạc/xả của acquy HV:
Trong bộ điều khiển acquy hybrid, u(t) có thể điều khiển các yếu tố sau:
1. Dòng sạc/xả của acquy HV:
• u(t) được dùng để điều chỉnh dòng sạc vào hoặc dòng xả ra từ acquy HV. Ví dụ, khi u(t) dương, hệ thống có thể tăng dòng sạc vào acquy HV; khi ( u(t) ) âm, hệ thống có thể tăng dòng xả ra từ pin.
2. Chế độ vận hành của động cơ:
• u(t) có thể thay đổi chế độ hoạt động giữa động cơ điện và động cơ xăng. Nếu SOC thấp, tín hiệu u(t) có thể kích hoạt động cơ xăng để tăng sạc. Ngược lại, nếu SOC cao, u(t) có thể tăng công suất hoạt động của động cơ điện.
3. Hệ thống tái tạo năng lượng phanh:
• u(t) có thể điều khiển mức độ tái tạo năng lượng khi phanh, điều chỉnh lượng năng lượng được chuyển đổi và lưu trữ vào acquy HV.
Ví dụ minh họa về điều chỉnh SOC:
Giả sử SOC mục tiêu là 60% và SOC hiện tại là 50%, sai lệch e(t) là 10%. Nếu hệ số điều khiển PID được cấu hình như sau: ( Kp = 0.5 ), ( Ki = 0.1 ), ( Kd = 0.05 ), thì tín hiệu điều khiển u(t) sẽ được tính toán để tăng dòng sạc nhằm đạt được SOC mục tiêu:
Nếu tích phân và đạo hàm của sai lệch không đổi, thì u(t) có thể là một giá trị dương để tăng dòng sạc vào pin, giúp tăng SOC lên mức mục tiêu.
Kết luận: u(t) là tín hiệu điều khiển tổng hợp từ các thành phần tỷ lệ, tích phân và đạo hàm của sai lệch SOC, và nó được sử dụng để điều chỉnh dòng sạc/xả, chế độ vận hành của động cơ, và các yếu tố khác trong hệ thống quản lý acquy HV của xe hybrid nhằm duy trì SOC trong phạm vi tối ưu.
Hình 5.3: Kiểm soát SOC của ECU điều khiển hybrid [13][HK2]
SOC mục tiêu là 60%. Khi SOC giảm xuống dưới phạm vi mục tiêu, bộ điều khiển acquy sẽ thông báo cho ECU HV. Sau đó ECU HV ra tín hiệu cho ECM động cơ tăng công suất để sạc acquy HV. Độ lệch SOC (e(t)) bình thường không quá 20% . Nếu độ lệch SOC vượt quá 20% thì điều này có nghĩa là bộ điều khiển acquy không thể hiệu chỉnh hoặc duy trì chênh lệch SOC trong phạm vi cho phép. Như vậy phạm vi điều chỉnh SOC bình thường nằm trong khoảng 40% - 80% .Ngoài ra còn có những trường hợp SOC trên mức giới hạn và dưới mức giới hạn.
Trên mức giới hạn SOC : khi tái tạo năng lượng mạnh và liên tục (khoảng 80% đến 85%) khi SOC đạt đến giới hạn này, hệ thống sẽ giảm hoặc ngừng việc sạc để tránh tình trạng sạc quá mức, đồng thời tận dụng tối đa MG2 để giảm SOC. Nếu SOC cứ liên tục tăng thì hệ thống sẽ xả điện bằng cách bật các quạt làm mát và bơm nước làm mát hoạt động hết công suất.
Dưới mức giới hạn SOC: khi đi trên đường đèo dốc, sử dụng năng lượng cao và liên tục,... (khoảng 20% đến 25%) khi SOC giảm đến mức này, hệ thống sẽ tăng cường sử dụng động cơ xăng để hạn chế việc xả điện quá mức, bảo vệ acquy HV khỏi các tổn hại do xả cạn kiệt.
[HK1]TOYOTA Technical Training
[HK2]TOYOTA Technical Training
Bộ điều khiển acquy chuyển đổi các tín hiệu từ acquy HV (bao gồm điện áp, dòng điện và nhiệt độ) thành tín hiệu số, sau đó chuyển các tín hiệu tới ECU điều khiển hệ thống hybrid thông qua truyền thông nối tiếp để xác định tình trạng sạc của acquy HV.
Hình 5.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển tình trạng sạc (SOC) [13][HK1]
ECU điều khiển hệ thống hybrid tính toán tình trạng sạc của acquy HV dựa trên giá trị của cường độ dòng điện trong quá trình sạc – xả của acquy HV nhận từ các cảm biến dòng điện. ECU điều khiển dựa vào giá trị SOC được tính toán để liên tục điều khiển quá trình sạc–xả nhằm duy trì SOC trong phạm vi quy định tại mọi thời điểm.
Phương pháp ước tính SOC được sử dụng là Coulomb Counting. Tính toán SOC dựa trên việc tích phân dòng điện acquy HV theo thời gian, công thức cơ bản là:
Trong đó:
SOC(t): SOC tại thời điểm t.
SOC(t0): SOC ban đầu tại thời điểm t0.
I(t): dòng điện tại thời điểm t.
C: dung lượng acquy HV danh định.
Điều chỉnh SOC:
ECU điều khiển hybrid sử dụng các thuật toán tối ưu để điều chỉnh SOC dựa trên các thông số hệ thống, SOC hiện tại và điều kiện lái xe thực tế. Thuật toán điều khiển PID:
u(t): tín hiệu điều khiển
e(t): sai lệch giữa SOC thực tế và SOC mục tiêu.
Kp ,Ki, Kd : là các hệ số điều khiển của bộ điều khiển PID, lần lượt là các hệ số điều khiển tỷ lệ, tích phân và đạo hàm
Trong công thức điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) đã đề cập, u(t) là tín hiệu điều khiển được gửi đến các thành phần của hệ thống để điều chỉnh trạng thái sạc (SOC) của acquy HV. Cụ thể, u(t) trong ngữ cảnh của hệ thống quản lý SOC của xe hybrid thường bao gồm các điều chỉnh về dòng sạc/xả của acquy HV:
- Thành phần tỷ lệ (Proportional, (Kp e(t) ) : Phản ứng trực tiếp với sai lệch hiện tại. Nếu sai lệch lớn, thành phần này sẽ tạo ra một tín hiệu điều khiển lớn để nhanh chóng giảm sai lệch.
- Thành phần tích phân (Integral, ( Ki dt )) : Tích lũy sai lệch theo thời gian. Điều này giúp loại bỏ sai lệch ổn định bằng cách tăng tín hiệu điều khiển cho đến khi sai lệch bằng 0.
- Thành phần đạo hàm (Derivative, ( Kd ) : Phản ứng với tốc độ thay đổi của sai lệch. Thành phần này giúp làm mượt quá trình điều khiển và ngăn chặn các dao động lớn.
Trong bộ điều khiển acquy hybrid, u(t) có thể điều khiển các yếu tố sau:
1. Dòng sạc/xả của acquy HV:
• u(t) được dùng để điều chỉnh dòng sạc vào hoặc dòng xả ra từ acquy HV. Ví dụ, khi u(t) dương, hệ thống có thể tăng dòng sạc vào acquy HV; khi ( u(t) ) âm, hệ thống có thể tăng dòng xả ra từ pin.
2. Chế độ vận hành của động cơ:
• u(t) có thể thay đổi chế độ hoạt động giữa động cơ điện và động cơ xăng. Nếu SOC thấp, tín hiệu u(t) có thể kích hoạt động cơ xăng để tăng sạc. Ngược lại, nếu SOC cao, u(t) có thể tăng công suất hoạt động của động cơ điện.
3. Hệ thống tái tạo năng lượng phanh:
• u(t) có thể điều khiển mức độ tái tạo năng lượng khi phanh, điều chỉnh lượng năng lượng được chuyển đổi và lưu trữ vào acquy HV.
Ví dụ minh họa về điều chỉnh SOC:
Giả sử SOC mục tiêu là 60% và SOC hiện tại là 50%, sai lệch e(t) là 10%. Nếu hệ số điều khiển PID được cấu hình như sau: ( Kp = 0.5 ), ( Ki = 0.1 ), ( Kd = 0.05 ), thì tín hiệu điều khiển u(t) sẽ được tính toán để tăng dòng sạc nhằm đạt được SOC mục tiêu:
Nếu tích phân và đạo hàm của sai lệch không đổi, thì u(t) có thể là một giá trị dương để tăng dòng sạc vào pin, giúp tăng SOC lên mức mục tiêu.
Kết luận: u(t) là tín hiệu điều khiển tổng hợp từ các thành phần tỷ lệ, tích phân và đạo hàm của sai lệch SOC, và nó được sử dụng để điều chỉnh dòng sạc/xả, chế độ vận hành của động cơ, và các yếu tố khác trong hệ thống quản lý acquy HV của xe hybrid nhằm duy trì SOC trong phạm vi tối ưu.
Hình 5.3: Kiểm soát SOC của ECU điều khiển hybrid [13][HK2]
SOC mục tiêu là 60%. Khi SOC giảm xuống dưới phạm vi mục tiêu, bộ điều khiển acquy sẽ thông báo cho ECU HV. Sau đó ECU HV ra tín hiệu cho ECM động cơ tăng công suất để sạc acquy HV. Độ lệch SOC (e(t)) bình thường không quá 20% . Nếu độ lệch SOC vượt quá 20% thì điều này có nghĩa là bộ điều khiển acquy không thể hiệu chỉnh hoặc duy trì chênh lệch SOC trong phạm vi cho phép. Như vậy phạm vi điều chỉnh SOC bình thường nằm trong khoảng 40% - 80% .Ngoài ra còn có những trường hợp SOC trên mức giới hạn và dưới mức giới hạn.
Trên mức giới hạn SOC : khi tái tạo năng lượng mạnh và liên tục (khoảng 80% đến 85%) khi SOC đạt đến giới hạn này, hệ thống sẽ giảm hoặc ngừng việc sạc để tránh tình trạng sạc quá mức, đồng thời tận dụng tối đa MG2 để giảm SOC. Nếu SOC cứ liên tục tăng thì hệ thống sẽ xả điện bằng cách bật các quạt làm mát và bơm nước làm mát hoạt động hết công suất.
Dưới mức giới hạn SOC: khi đi trên đường đèo dốc, sử dụng năng lượng cao và liên tục,... (khoảng 20% đến 25%) khi SOC giảm đến mức này, hệ thống sẽ tăng cường sử dụng động cơ xăng để hạn chế việc xả điện quá mức, bảo vệ acquy HV khỏi các tổn hại do xả cạn kiệt.
[HK1]TOYOTA Technical Training
[HK2]TOYOTA Technical Training
