Xem mẫu
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
HỆ THỐNG MÔ PHỎNG TÍCH HỢP PHẦN CỨNG CHO HỆ NĂNG
LƯỢNG LAI TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN MITSUBISHI I-MiEV
Nguyễn Trần Hoài Linh, Nguyễn Văn Sơn, Hoàng Xuân Trí và TS. Võ Duy Thành
Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Xe điện, Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Tác giả liên hệ: hoailinhkuro@gmail.com
TÓM TẮT
Ô tô điện đang ngày một phát triển như những chiến lược điều khiển quản lý năng
một xu thế tất yếu của thời đại. Một trong lượng trên xe thật gặp những khó khăn
những vấn đề lớn cần quan tâm nghiên nhất định do chi phí cao và tính an toàn
cứu đó là nguồn năng lượng cho xe. Xe cho con người, vì vậy tác giả đề xuất một
điện trong tương lai sẽ có ít nhất hai loại hệ thống mô phỏng tích hợp phần cứng
nguồn điện phối hợp vớinhau để đạt hoạt (Hardware-in-the-loop) dạng công suất
động hiệu quả hơn, khi đó bài toán quản (Wilamowski & Irwin, 2016) như một bước
lý năng lượng giữa các nguồn này cũng trung gian đáng tin cậy trước khi đưa thuật
trở nên thực sự cần thiết. Việc thử nghiệm toán vào thử nghiệm trên thực tế.
Từ khóa: Ô tô điện, hệ năng lượng lai, mô phỏng HIL, phương pháp biểu diễn vĩ mô năng
lượng (EMR).
1. PHẦN MỞ ĐẦU được đưa ra để khắc phục nhược điểm từ
Hệ thống năng lượng là một thành phần hệ năng lượng chỉ dùng pin đó là một hệ
quan trọng bậc nhất trong các loại xe chạy năng lượng lai kết hợp giữa pin và siêu tụ
bằng nguồn năng lượng điện. Hiện nay, pin điện. Có thể thấy rằng siêu tụ điện và pin
là loại nguồn được sử dụng phổ biến nhất là sự bổ sung cho nhau để tạo nên một hệ
do có khả năng tích trữ năng lượng rất tốt. thống tốt khi mà pin có mật độ năng lượng
Tuy nhiên, với hệ thống chỉ sử dụng pin rất cao nhưng mật độ công suất lại thấp,
lại tồn tại một số vấn đề lớn như mật độ còn siêu tụ thì ngược lại. Hơn nữa, việc siêu
công suất của pin thấp, việc điều tiết nhiệt tụ có khả năng nạp xả nhanh cũng sẽ giúp
độ của pin trong điều kiện chịu tải cao. Bên cho hệ năng lượng trên xe có thể hấp thu
cạnh đó, tuổi thọ của pin cũng cần đặc biệt năng lượng tốt hơn trong quá trình hãm tái
lưu tâm trong hệ thống vận hành có tần sinh. Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Xe điện
số nạp xả cao như ô tô điện. Một giải pháp hiện sử dụng mẫu xe Mitsubishi i-MiEV, hệ
160 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
năng lượng lai pin-siêu tụ trên xe sẽ trao
đổi năng lượng với hệ truyền động điện
khi xe di chuyển trên đường. Để có thể
nghiên cứu được những chiến lược điều
khiển phân phối năng lượng thì cần lắp
pin và siêu tụ lên xe rồi tiến hành chạy xe
trên thực tế. Tuy nhiên điều này tiềm ẩn
nhiều nguy cơ về sự an toàn cũng như tốn
chi phí vận hành lớn. Vì vậy, trước khi thực
hiện, cần có những bước kiểm tra tính
đúng đắn của các thuật toán tối ưu và bộ
điều khiển được sử dụng. Với bài toán đặt
ra như trên thì mô phỏng tích hợp phần
cứng là giải pháp phù hợp. Từ đây, tác giả
từng bước xây dựng mô hình mô phỏng
HIL dạng công suất cho hệ năng lượng lai
nhằm thử nghiệm các chiến lược quản lý
năng lượng trên ô tô điện. Trên cơ sở lý
thuyết này sẽ triển khai chế tạo hệ thống Hình 1. Cấu hình mô phỏng HIL dạng
mạch thực nghiệm để phục vụ cho những công suất cho hệ năng lượng lai
nghiên cứu về ô tô điện trong tương lai.
2. CẤU HÌNH HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH HÓA được ghép nối với hệ năng lượng lai (Hình
2.1. Cấu hình hệ thống 1). Từ đó quá trình trao đổi năng lượng
Xét riêng phần động cơ và các thành phần giữa các phần trong hệ thống có thể được
xe, có thể thấy rằng hệ thống con này chỉ nghiên cứu theo thời gian thực và mang lại
có vai trò tạo ra yêu cầu về dòng điện (itrac) đặc tính như một chiếc xe điện. Ý tưởng để
cho hệ thống năng lượng pin và siêu tụ tạo ra nguồn dòng có điều khiển mô phỏng
trong quá trình xe chạy trên đường. Khi đó cho xe là dùng một siêu tụ điện khác ghép
toàn bộ phần truyền động điện cũng như nối tiếp với một cuộn kháng và một bộ
phần động học thân xe có thể được mô biến đổi DC/DC 2 chiều (Nguyen, German,
phỏng lại bằng một nguồn dòng có điều Trovao, & Bouscayrol, 2019). Khi đã có cấu
khiển, nguồn dòng này đưa ra được đặc hình của bộ giả lập xe, việc tiếp theo là tạo
tính dòng điện giống hệt như thực tế và ra được một bộ dữ liệu chính xác về
DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 161
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
dòng điện thực tế mà xe yêu cầu trong
quá trình chạy theo một chu trình lái thử
nghiệm chuẩn làm lượng đặt để điều khiển
nguồn dòng. Để có được điều đó, tác giả
đã xây dựng một mô hình truyền động
động cơ IPM của xe i-MiEV (Chouhou, Grée,
Jivan, Bouscayrol, & Hofman, 2013) từ
những thông số kỹ thuật đã có. Việc kiểm
tra tính đúng đắn của mô hình này được Hình 2. Cấu hình mô phỏng HIL dạng
dựa trên những kết quả sẵn có từ đề tài công suất cho hệ năng lượng lai
cấp nhà nước KC-03.08/11-15 đã nghiệm
thu của Phòng thí nghiệm: “Nghiên cứu Từ cấu hình phần cứng hệ thống được đề
thiết kế chế tạo hệ thống truyền động và cập ở mục 2.1 và mô hình toán đã có của
điều khiển cho xe ô tô điện”. các phần tử, hệ thống được biểu diễn và
thiết kế điều khiển bằng phương pháp
2.2. Mô hình hóa và biểu diễn hệ thống
biểu diễn vĩ mô năng lượng (Bouscayrol,
Dưới đây là mô hình toán của các phần tử
Hautier, & Lemaire-Semail, 2013) như
trong hệ thống:
trên Hình 2. Do hoạt động bên trong pin
không phải nội dung nghiên cứu chính
nên mô hình toán của pin được mô tả đơn
giản như ở (1). Bộ biến đổi DC/DC ở đây
cũng được giả thiết như một phần tử biến
đổi điện-điện có hiệu suất là ηch để đơn
giản hóa mô hình, phần tổn thất và khả
năng chịu tải của mạch điện tử công suất
sẽ được tính toán chi tiết trong quá trình
thiết kế mạch.
162 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
Hệ thống được mô phỏng kiểm chứng
bằng phần mềm Matlab/Simulink 2017b
qua 2 bước gồm: mô phỏng bằng mô
hình trung bình hệ thống biểu diễn bằng
phương pháp EMR và mô phỏng kết hợp
các phần tử điện tử công suất sử dụng thư
viện SimPowerSystems với bộ điều khiển đã Hình 4. Đáp ứng các dòng điện mô hình
được thiết kế dựa trên EMR trước đó. Kịch trung bình
bản thử nghiệm ở đây sử dụng chu trình lái
chuẩn trong nội đô ECE của châu Âu.
Hình 5. Đáp ứng các dòng điện dạng
chuyển mạch
Hình 3. Đáp ứng tốc độ của mô hình xe
i-MiEV theo chu trình ECE
Từ những kết quả trên, tác giả đã có cơ sở
tiếp tục triển khai hệ thống thực nghiệm
Kết quả đáp ứng tốc độ của xe theo chu trên thực tế. Phòng thí nghiệm hiện đã có
trình ECE ở Hình 3 cho thấy tính chính xác 2 siêu tụ điện và hệ thống pin, vậy nên tác
của mô hình truyền động của xe i-MiEV. giả đã thiết kế phần tử còn thiếu là bộ biến
Hình 4 cho thấy yêu cầu về dòng điện của đổi DC/DC 2 chiều và chế tạo cuộn kháng
nguồn dòng giả lập xe itrac và đáp ứng phù hợp với yêu cầu về công suất của hệ
của phía nguồn ibat và ich ở cả mô hình thống. Do giới hạn của bài báo cho diễn
trung bình. Hình 5 là sự kiểm chứng lại đàn nên tác giả không đưa vào phần thiết
bằng mô hình dạng chuyển mạch, có thể kế mạch. Việc chế tạo và hoàn thiện mạch
thấy được dạng dòng điện đáp ứng giống hiện đang được nhóm nghiên cứu tiếp
với đồ thị mô hình trung bình ở trên. tục triển khai và sẽ được đề cập tới trong
những công bố khoa học sau.
DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 163
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
4. KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Wilamowski, B. M., & Irwin, J. D. (2016).
Những nghiên cứu về ô tô điện nói chung
Control and mechatronics. https://doi.
và hệ thống năng lượng nói riêng vẫn luôn org/10.1201/9781315218403
là một chủ đề nóng. Nhận thấy vấn đề về [2] Nguyen, B. H., German, R., Trovao, J. P. F.,
chi phí cũng như sự an toàn đã mang đến & Bouscayrol, A. (2019). Real-time energy
management of battery/supercapacitor electric
những trở ngại không hề nhỏ cho nghiên
vehicles based on an adaptation of pontryagin’s
cứu, nhóm tác giả đã tìm hiểu những ưu minimum principle. IEEE Transactions on
điểm của phương pháp biểu diễn vĩ mô Vehicular Technology, 68(1), 203–212. https://doi.
năng lượng và mô phỏng tích hợp phần org/10.1109/TVT.2018.2881057
[3] Chouhou, M., Grée, F., Jivan, C., Bouscayrol, A.,
cứng để đưa ra một hệ thống mô phỏng
& Hofman, T. (2013). Energetic Macroscopic
có tính an toàn và tiết kiệm hơn rất nhiều. Representation and Inversion- Based control of
Ngoài ra, phương pháp mô phỏng này còn a CVT-based HEV. World Electric Vehicle Journal.
https://doi.org/10.3390/wevj6020251
đem lại tính thời gian thực và sát với thực
[4] Bouscayrol, A., Hautier, J.-P., & Lemaire-Semail,
tế hơn so với mô phỏng chỉ bằng phần B. (2013). Graphic Formalisms for the Control
mềm. Cuối cùng, các kết quả được đưa ra of Multi-Physical Energetic Systems: COG and
ở trên đã chứng minh độ tin cậy của mô EMR. In Systemic Design Methodologies for
Electrical EnergySystems. https://doi.org/
hình đề xuất và hoàn toàn triển khai được
doi:10.1002/9781118569863.ch3
thành hệ thống thực nghiệm trong phòng
thí nghiệm.
TÁC GIẢ Ý TƯỞNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Nguyễn Trần Hoài Linh nhận bằng cử nhân Võ Duy Thành nhận bằng kỹ sư (2004),
Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa (2020) Thạc sĩ (2007) và Tiến sĩ (2019) ngành
tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Hiện Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa tại
anh là học viên cao học tại Trường Đại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Hiện
học Bách khoa Hà Nội. Hướng nghiên cứu nay anh đang là giảng viên tại bộ môn Tự
chính của anh là về quản lý năng lượng động hóa công nghiệp, Viện Điện, Trường
cho xe điện và các hệ thống năng lượng Đại học Bách khoa Hà Nội. Hướng nghiên
tái tạo cứu chính của anh gồm: Phân tích, mô
hình hóa và điều khiển động cơ điện, Thiết
kế và điều khiển các dây chuyền sản xuất
tự động và Điều khiển ô tô điện (EVs).
164 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
nguon tai.lieu . vn
