in ,

Sử dụng Kiểm tra hệ thống truyền lực để nâng cao hiệu quả EV và Hybrid

Để đạt được những lợi ích về hiệu quả như đã hứa và hồ sơ xanh của những chiếc xe này, điều quan trọng là phải tiến hành thử nghiệm hệ thống truyền lực và thành phần trong quá trình thiết kế và sản xuất nhằm điều chỉnh đặc biệt cho bản chất cụ thể của xe hybrid và xe điện.

Để đạt được những lợi ích về hiệu quả như đã hứa và hồ sơ xanh của xe hybrid và xe điện, điều quan trọng là phải tiến hành thử nghiệm hệ thống truyền lực và thành phần trong quá trình thiết kế và sản xuất, đặc biệt thích ứng với tính chất cụ thể của những phương tiện này. Những hệ thống truyền động như vậy có một số tính năng làm cho việc thử nghiệm chúng rất khác so với thử nghiệm tiêu chuẩn được thực hiện trên các hệ thống sử dụng nhiên liệu cũ. Ví dụ, hệ thống hybrid và hệ thống điện sử dụng phanh tái tạo, thường đòi hỏi công nghệ biến tần AC khá phức tạp và các hộp số thường phức tạp hơn.

Ngoài ra, những chiếc xe này thường có một số đơn vị điều khiển mô-đun (MCU) kiểm soát các chức năng của các hệ thống con chính như động cơ, hệ thống truyền động và hệ thống sạc, trong số những bộ phận khác. Để kiểm tra đúng các bộ phận này, hệ thống kiểm tra cần có khả năng giao tiếp với một hoặc nhiều bộ phận này thông qua mạng tốc độ cao trong xe. Việc thay đổi công nghệ và tăng độ phức tạp đòi hỏi một hệ thống kiểm tra rất khác và phức tạp hơn những hệ thống được sử dụng trong các hệ thống chỉ sử dụng vi mạch.

Các loại thử nghiệm Hệ thống truyền lực Hybrid/EV

Thử nghiệm hệ thống truyền lực hybrid hoặc điện được tiến hành ở nhiều giai đoạn trong quá trình phát triển xe, và mỗi giai đoạn đều có vai trò quan trọng (Hình 1). Các phép đo chính xác là rất quan trọng, vì vậy các kỹ sư thiết kế có thể khai thác từng chút hiệu quả từ thiết kế của họ. Nếu không, họ sẽ mất nhiều lợi thế khi sử dụng công nghệ hybrid/điện.

Hình 1. Thử nghiệm hệ thống truyền lực hybrid hoặc điện được tiến hành ở nhiều giai đoạn trong quá trình phát triển xe, và mỗi giai đoạn đều có vai trò quan trọng.

Hầu hết các loại xe sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha được điều khiển bởi bộ biến tần, vì vậy cần có các bộ phân tích công suất phức tạp để đo đúng nguồn điện xoay chiều 3 pha với lượng sóng hài lớn. Các hệ thống kiểm tra này có xu hướng khá phức tạp và thường là phức tạp nhất, với nhiều yếu tố cần được kiểm tra và phối hợp.

Thử nghiệm cuối dây chuyền sản xuất thường được thực hiện để xác minh rằng không có khuyết tật nào xuất hiện trong quá trình sản xuất và các bộ phận sẽ hoạt động theo thông số kỹ thuật. Các bài kiểm tra điển hình bao gồm xác nhận hoạt động, kiểm tra hiệu suất nhanh, cũng như kiểm tra nghiêm ngặt để xác nhận rằng hệ thống điện cao áp được cô lập đúng cách và do đó an toàn khi sử dụng trên xe. Thử nghiệm trong quá trình cũng có thể được tiến hành để kiểm tra các cụm lắp ráp từng phần dọc theo dây chuyền sản xuất. Điều này cải thiện hiệu quả sản xuất và giảm đáng kể khả năng các thành phần bị lỗi sẽ tìm thấy đường vào thành phẩm.

Kiểm tra kiểm soát chất lượng (QC) thường được thực hiện trên một tỷ lệ phần trăm của các thành phần để xác minh rằng chúng hoạt động trong phạm vi quy định và tương đối không có khuyết tật. Ví dụ: một công ty xe nâng có thể tiến hành kiểm tra QC trên một lô hàng động cơ điện nhập khẩu được lên kế hoạch đặt bên trong xe nâng của họ. Công ty sẽ sử dụng kiểm tra QC để xác minh rằng lô hàng đến từ nhà cung cấp của họ hoạt động như quy định và sẽ không gặp phải tỷ lệ hỏng hóc cao tại hiện trường. Loại hệ thống thử nghiệm này thường ít phức tạp hơn vì nó không phải đo nhiều hạng mục, cũng như mức độ chính xác, như những hệ thống được thử nghiệm trong hệ thống kỹ thuật.

Phanh tái tạo

Xe hybrid hoặc xe điện sử dụng công nghệ biến tần/động cơ bốn góc phần tư để hỗ trợ động cơ đốt trong(hybrid) hoặc làm động cơ chính (xe điện). Bốn góc phần tư có nghĩa là động cơ điện có thể điều khiển vận tốc hoặc mô-men xoắn theo một trong hai hướng — động cơ có thể tăng tốc, chạy và giảm tốc tiến hoặc lùi. Trong quá trình giảm tốc, hệ thống sử dụng phanh tái tạo, do đó, động cơ điện được sử dụng để làm chậm xe, và trong quá trình này sẽ trở thành máy phát điện, thu hồi một phần năng lượng của chuyển động trong xe và khôi phục nó vào pin.

Trong các hệ thống hybrid, khi dừng, giảm tốc độ hoặc chạy không tải, động cơ đốt trong thường tắt và không đốt cháy nhiên liệu. Đồng thời, động cơ điện lại trở thành máy phát điện, thu hồi một phần năng lượng và lưu trữ trở lại trong pin. Động cơ đốt trong được bật trở lại khi cần thiết để giữ cho xe chuyển động hoặc để tăng tốc. Trong thời gian này, động cơ điện hỗ trợ xe tăng tốc, sử dụng một phần năng lượng điện thu được để giảm tải cho động cơ đốt trong và do đó giảm tiêu thụ nhiên liệu.

Sử dụng năng lượng thu hồi này là lý do chúng ta có thể đi lâu hơn giữa các lần đổ xăng và/hoặc sạc điện, dẫn đến những cải thiện trong việc tiết kiệm nhiên liệu mà chúng ta đang tìm kiếm. Điều cần thiết là chương trình thử nghiệm được sử dụng trong thiết kế và sản xuất xe phải đảm bảo rằng hệ thống truyền lực hoạt động hiệu quả và sử dụng tốt nhất sức mạnh tái sinh này.

Hệ thống thử nghiệm

Thử nghiệm xe hybrid và xe điện khác với thử nghiệm động cơ đốt trong (ICE) truyền thống, thường đo tốc độ, mô-men xoắn và một số nhiệt độ, áp suất và lưu lượng (Hình 2). Việc kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn rất chính xác thường không được yêu cầu trong thử nghiệm ICE, do đó, động lực kế được sử dụng để thử nghiệm động cơ đốt trong tiêu chuẩn (ví dụ, phanh nước và dòng điện xoáy) không bao giờ được thiết kế để xử lý các loại chính xác yêu cầu của hệ thống truyền động hybrid hoặc điện, chúng cũng không thể kiểm tra các chế độ hoạt động tái sinh.

Hình 2. Thử nghiệm xe hybrid và xe điện khác với thử nghiệm động cơ đốt trong truyền thống.

Hệ thống thử nghiệm hybrid/EV hiện đại phải cung cấp tất cả các chức năng của hệ thống truyền thống, với khả năng bổ sung để kiểm tra các dẫn động điện tái sinh công suất cao, hệ thống sạc và pin điện áp cao cũng như giao tiếp với bất kỳ số lượng mô-đun điều khiển thông minh (MCU) nào. Đối với nhiều hệ dẫn động hybrid/điện lớn hơn, có xu hướng mạnh mẽ là sử dụng các hệ thống truyền động điện áp cao hơn, hiệu suất cao hơn.

Đi từ hệ thống điện 12/24-V DC truyền thống sang hệ thống sử dụng 240 V AC thường sẽ yêu cầu 1/8 dòng điện trở xuống để cung cấp cùng một công suất. Điều này không chỉ hiệu quả hơn mà còn đòi hỏi hệ thống dây điện nhỏ hơn/nhẹ hơn nhiều và các thành phần nhỏ hơn để truyền năng lượng, dẫn đến các phương tiện nhỏ hơn, nhẹ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn. Nhiều thiết kế hiện tại hoạt động ở 800 V trở lên, làm cho xe thậm chí còn hiệu quả hơn.

Để tiến hành loại thử nghiệm này, điều cần thiết là sử dụng lực kế động cơ bốn góc phần tư, có thể mô phỏng/kiểm tra tất cả các chế độ hoạt động của xe hybrid hoặc xe điện. Khả năng lái xe hoặc tải theo một trong hai hướng là chính xác những gì cần thiết để kiểm tra một hệ thống tự hoạt động theo cách này. Một lực kế tiêu chuẩn không có khả năng kiểm tra hệ thống trong quá trình phanh, khi nó ở chế độ phục hồi.

Việc tạo ra các hệ thống điện xoay chiều, hiệu suất cao thường liên quan đến việc sử dụng công nghệ 3 pha, dựa trên biến tần để điều khiển chính xác (các) động cơ điện trong hệ thống. Các hệ thống này có xu hướng rất hiệu quả, nhưng cũng tạo ra rất nhiều biến dạng hài trong công suất đầu ra. Vì vậy, ngoài lực kế động, một hệ thống kiểm tra hybrid/EV hiện đại thường bao gồm một máy phân tích điện 3 pha khá phức tạp. Bộ phận này phải được thiết kế đặc biệt để đo chính xác các giá trị điện công suất cao có hiện tượng biến dạng hài nhiều.

Ví dụ, để đáp ứng nhu cầu về một hệ thống có thể kiểm tra đầy đủ các hệ thống truyền động hybrid và xe điện, SAKOR đã phát triển HybriDyne, một hệ thống kiểm tra toàn diện để xác định hiệu suất, hiệu quả và độ bền của tất cả các khía cạnh của hệ thống truyền động hybrid. Điều này bao gồm hệ thống hỗ trợ điện (hybrid song song), điện diesel (hybrid nối tiếp) và hệ thống xe chạy hoàn toàn bằng điện.

HybriDyne tích hợp các thành phần của hệ thống truyền động DynoLAB của SAKOR và hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu động cơ điện. Cùng với một hoặc nhiều Động lực kế động cơ AC AccuDyne và một hoặc nhiều bộ phân tích công suất chính xác, HybriDyne mô-đun có thể kiểm tra các bộ phận cơ khí và/hoặc điện riêng lẻ, các cụm lắp ráp phụ tích hợp và hệ thống truyền động hoàn chỉnh với một hệ thống duy nhất.

Mô phỏng và thử nghiệm pin cao áp

Một yếu tố quan trọng của xe hybrid hoặc xe điện hiện đại là hệ thống sạc và pin điện áp cao. Để kiểm tra chính xác hệ thống truyền động hybrid hoặc điện cao áp, bạn cần có khả năng cung cấp nguồn DC chính xác, có thể lặp lại, điện áp cao. Vì hiệu suất của pin thay đổi theo thời gian tùy thuộc vào trạng thái sạc, điều kiện môi trường xung quanh và tuổi tác, nên nó thường không được chấp nhận để cấp nguồn cho các thành phần DC của hệ thống thử nghiệm hybrid/EV.

Để đạt được kết quả có thể lặp lại, bạn cần một nguồn điện DC đáng tin cậy. Nguồn điện tiêu chuẩn bán sẵn sẽ không hoạt động vì nó không thể hấp thụ năng lượng từ hệ thống tái tạo. Trên thực tế, nguồn điện tiêu chuẩn được sử dụng với hệ thống tái tạo có thể bị hỏng hoặc bị phá hủy.

SAKOR đã giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển Hệ thống mô phỏng/thử nghiệm pin trạng thái rắn đặc biệt để kiểm tra pin xe hybrid điện áp cao và mô phỏng những pin này trong môi trường hệ thống truyền động điện. Trung tâm của hệ thống là nguồn điện DC tái tạo dòng, hiệu suất cao. Trong các chế độ phục hồi, công suất hấp thụ được tái tạo trở lại nguồn điện AC thay vì bị tiêu tán dưới dạng nhiệt thải, đây là thực tế phổ biến trong các hệ thống thử nghiệm thế hệ trước. Phương pháp cải tiến này cung cấp hiệu suất điện năng lớn hơn nhiều và giảm chi phí vận hành tổng thể một cách có thể đo lường được.

Cùng với DynoLAB, Bộ mô phỏng/Kiểm tra pin trạng thái rắn mô phỏng chính xác phản ứng của pin điện áp cao trong điều kiện thực tế. Tuy nhiên, vì nó không phải ở trạng thái sạc thay đổi, nó cung cấp kết quả có thể lặp lại, thử nghiệm này đến thử nghiệm khác. Thiết bị tương tự này, khi hoạt động như một thiết bị kiểm tra pin, đặt pin vào cùng một cấu hình sạc/xả như nó sẽ gặp trong một chiếc xe thực tế trên đường thực tế.

Một trong những ưu điểm của việc sử dụng lực kế xoay chiều với nguồn điện một chiều tái sinh là khi cả hai được ghép nối với nhau, công suất được hấp thụ bởi một khối có thể được tuần hoàn trở lại đơn vị kia trong hệ thống thử nghiệm. Điều này làm giảm đáng kể điện năng lấy từ nguồn AC (từ 85% đến 90%), và do đó làm giảm đáng kể tổng chi phí vận hành. Đây là một cấu hình cực kỳ tiết kiệm năng lượng, có thể dễ dàng tự chi trả, thường được lặp lại nhiều lần, trong suốt thời gian hoạt động của hệ thống thử nghiệm. Yêu cầu bảo trì rất thấp cũng góp phần đáng kể vào việc giảm chi phí vận hành.

Giao tiếp với các mô-đun điều khiển

Giao tiếp với các mô-đun điều khiển riêng lẻ (MCU) là một tính năng khác phải được tích hợp trong hệ thống thử nghiệm cho xe hybrid hoặc xe điện. Trong quá khứ, động cơ chủ yếu được điều khiển bằng cách sử dụng bướm ga và đánh lửa. Giờ đây, động cơ có bộ điều khiển động cơ (ECU), xe có thể sẽ có MCU riêng để điều khiển hệ thống truyền động điện và nó có thể có các bộ phận riêng biệt để điều khiển hệ thống truyền động và/hoặc sạc. Các đơn vị này thường giao tiếp các lệnh và/hoặc dữ liệu giữa chúng thông qua mạng phương tiện tốc độ cao, chẳng hạn như CAN, LIN, FlexRay, v.v.

Để kiểm tra đúng cấu hình hệ thống truyền động phức tạp này, hệ thống kiểm tra phải có khả năng giao tiếp với các đơn vị điều khiển này đồng thời và hiệu quả. Hệ thống DynoLAB được thiết kế để tích hợp tất cả các đơn vị riêng biệt này vào một nền tảng thử nghiệm phối hợp duy nhất.

Có sự phấn khích lớn trong ngành công nghiệp ô tô, thiết bị hạng nặng, quân sự và hàng không vũ trụ với lời hứa cải thiện hiệu suất môi trường của xe hybrid và xe điện. Để đạt được lời hứa đó, các chương trình thử nghiệm Driveline phải được áp dụng để đáp ứng nhu cầu của công nghệ mới và đang phát triển này.

ElectronicDesign

Bản quyền thuộc về XecoV, đề nghị không sao chép cho mục đích thương mại!
Khi sao chép cho mục đích phi thương mại từ XecoV, đề nghị ghi rõ nguồn: "XecoV.Com". Xin Cảm Ơn!

Bạn nghĩ sao?

1.1k Points
Upvote Downvote
Expert

Được viết bởi Tất Tiến

Years Of MembershipUp/Down VoterContent AuthorEmoji Addict

Bình luận

Leave a Reply