CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LƯỢNG NHIÊN LIỆU TIÊU THỤ CỦA XE HYBRID
3.3. Thí nghiệm xác định hàm tham số mô hình
3.3.6. Tính toán hiệu suất hệ thống cơ điện
Dữ liệu vận hành từ 32 lần thí nghiệm tiếp tục được dùng để tính toán bộ tham số hiệu suất hệ thống cơ điện ứng với bộ thông số đặc trưng điều kiện giao thông Hà Nội. Với từng lần thí nghiệm, hệ số này được xác định theo quy trình 03 bước:
- Bước 1: Xác định tỷ lệ thời gian pin nạp/xả điện.
Tiếp tục lấy ví dụ với dữ liệu trên chu trình nội đô thấp điểm Hình 3.12 – 3.14. Tính toán tỷ lệ thời gian pin nạp và xả điện trên tổng thời gian hệ thống cơ điện hoạt động trên cả chu trình.
- Bước 2: Xác định hiệu suất hệ thống cơ điện khi pin nạp/xả điện.
Dữ liệu về pin (hiệu điện thế và cường độ dòng điện), về mô tơ MG2 và máy phát MG1 (mô men và tốc độ vòng quay) trên Hình 3.12 – 3.14 sẽ được lọc theo 02 chế độ hoạt động: Khi pin nạp điện và xả điện. Theo phân tích chế độ làm việc của hệ thống cơ điện trình bày trong Chương 2, khi pin nạp điện, trong hệ thống cơ điện có hai dòng năng lượng truyền về pin là từ máy phát MG1 và mô tơ MG2. Những dữ liệu về pin, mô tơ MG2 và máy phát MG1 khi pin nạp điện (Ipin < 0) sẽ được giữ lại và thể hiện trên Hình 3.29. Ngược lại, khi pin xả điện (Ipin > 0), các dữ liệu tương ứng sẽ được giữ lại và thể hiện trên Hình 3.30.
- Bước 3: Sau khi có kết quả ở hai bước trên, hiệu suất hệ thống cơ điện trong một lần chạy thí nghiệm được xác định theo công thức 2.24.
95
Hình 3.29. Dữ liệu được xử lý để tính hiệu suất hệ thống cơ điện khi pin nạp trên chu trình nội đô thấp điểm
96
Hình 3.30. Dữ liệu được xử lý để tính hiệu suất hệ thống cơ điện khi pin xả trên chu trình nội đô thấp điểm
97
Quy trình 03 bước trên áp dụng để xác định 01 giá trị hiệu suất hệ thống cơ điện ứng với 01 bộ thông số đặc trưng điều kiện giao thông khu vực (𝑣𝑎𝑣𝑔, 𝑣𝑟𝑚𝑐, ã) cho một lần chạy thí nghiệm. Thực hiện việc này 32 lần, thu được bảng giá trị kết quả như trên Bảng 3.15.
Bảng 3.15. Kết quả 32 lần thí nghiệm xác định hiệu suất hệ thống cơ điện Lần 𝑣𝑎𝑣𝑔
(m/s) 𝑣𝑟𝑚𝑐
(m/s)
ã (m/s2) 𝑡𝑐𝑑_𝑛ạ𝑝
(%) 𝑡𝑐𝑑_𝑥ả
(%) 𝜂𝑐𝑑 (%)
1 28,96 29,27 0,055 55,65 42,05 95,47
2 21,95 22,63 0,099 66,37 31,41 99,38
3 22,64 23,57 0,082 58,52 40,53 95,93
4 20,79 22,78 0,083 58,13 41,42 86,01
5 13,96 14,11 0,082 53,69 46,01 80,46
6 14,58 17,28 0,089 56,75 42,62 88,45
7 4,67 6,11 0,128 41,83 57,24 91,30
8 4,28 6,28 0,154 40,18 58,77 84,34
9 4,31 6,70 0,170 42,62 56,91 82,06
10 4,69 6,20 0,125 39,71 59,64 88,64
11 5,29 6,84 0,143 44,11 54,88 93,22
12 4,48 5,98 0,113 39,08 60,34 88,85
13 3,38 4,75 0,155 36,10 62,93 89,82
14 4,16 5,51 0,170 42,36 56,79 90,37
15 3,97 5,23 0,171 41,25 57,99 85,94
16 3,84 5,00 0,140 41,37 57,74 95,14
17 2,26 4,20 0,101 32,75 66,79 66,52
18 3,32 5,98 0,093 31,99 67,57 75,44
19 2,68 4,71 0,106 31,42 67,98 73,59
20 3,98 7,01 0,122 33,09 66,09 79,85
21 3,15 5,26 0,123 34,88 64,53 74,70
22 4,58 7,70 0,107 37,98 61,08 85,64
23 3,42 7,12 0,119 33,53 65,81 83,84
24 3,16 6,57 0,111 32,68 66,72 78,17
25 4,46 7,56 0,117 38,98 60,12 87,26
26 3,54 6,74 0,110 34,48 64,79 81,31
27 3,52 6,45 0,114 34,83 64,46 86,87
28 3,45 6,80 0,108 36,15 63,30 81,90
29 3,17 6,19 0,107 33,74 65,80 83,81
30 3,27 6,79 0,114 33,41 66,17 85,08
31 4,20 7,46 0,098 36,89 62,42 83,93
32 4,00 7,04 0,113 35,58 63,78 85,55
Dữ liệu về tỷ lệ thời gian pin nạp/xả điện từ 32 lần thí nghiệm tại Bảng 3.15, liên quan đến các thông số đặc trưng của điều kiện giao thông, được biểu diễn trên biểu đồ 3D nhằm xác định các phân vùng nổi bật. Kết quả cho thấy sự phân bố của tỷ lệ thời gian hệ thống cơ điện nạp/xả là liền mạch, không bị phân chia theo dải vận tốc trung bình. Các tỷ lệ này chủ yếu chịu ảnh hưởng của vận tốc trung bình (𝑣𝑎𝑣𝑔) và gia tốc đặc trưng (ã). Đối với tỷ lệ thời gian pin nạp điện, với lần chạy thí nghiệm
Goodness of fit:
SSE: 228,7
98
có vận tốc trung bình và gia tốc đặc trưng càng cao thì tỷ lệ này càng tăng, tức là xe thường di chuyển với vận tốc cao và người lái tăng giảm ga nhiều thì thời gian pin sạc điện càng nhiều. Điều này là phù hợp thực tế vì ĐCĐT thường xuyên hoạt động ở vùng công suất tối đa ở vận tốc cao, do đó thường xuyên dư công suất sạc điện cho pin. Người lái tăng giảm ga nhiều thì phanh tái tạo càng nhiều, do đó thời gian pin nạp điện càng tăng. Điều ngược lại áp dụng cho tỷ lệ thời gian pin xả điện. Mối quan hệ giữa tỷ lệ thời gian pin nạp/xả điện với hai thông số đặc trưng được thể hiện qua biểu đồ 3D và đường đồng mức trên Hình 3.31 và 3.32.
Goodness of fit:
SSE: 195 R-square: 0,9635 Adjusted R-square: 0,9583 RMSE: 2,361
Hình 3.31. Quan hệ giữa tỷ lệ thời gian pin nạp điện và thông số đặc trưng điều kiện giao thông Hà Nội
R-square: 0,9598 Adjusted R-square: 0,9541 RMSE: 2,556
Hình 3.32. Quan hệ giữa tỷ lệ thời gian pin xả điện và thông số đặc trưng điều kiện giao thông Hà Nội
Khi xem xét mối quan hệ với vận tốc trung bình (𝑣𝑎𝑣𝑔) và gia tốc đặc trưng (ã), các vùng dữ liệu thí nghiệm trống bắt đầu xuất hiện trên biểu đồ, bao gồm:
vùng (𝑣𝑎𝑣𝑔 < 20 m/s, ã < 0,1 m/s2) và (𝑣𝑎𝑣𝑔 > 10 m/s, ã > 0,15 m/s2). Lý do hoàn toàn tương tự như đã trình bày ở các mục trước.
Từ kết quả trên Hình 3.31 và 3.32, giá trị của tỷ lệ thời gian pin nạp điện (𝑡𝑐𝑑_𝑛ạ𝑝) và tỷ lệ thời gian pin xả điện (𝑡𝑐𝑑_𝑥ả) được biểu diễn bằng hàm phụ thuộc vào thông số đặc trưng điều kiện giao thông Hà Nội như sau:
99
𝑡𝑐𝑑_𝑛ạ𝑝 = 𝑝00 + 𝑝10. ã + 𝑝01. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝20. ã2 + 𝑝11. ã.
𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝02. 𝑣𝑎𝑣𝑔2 (3.8)
𝑡𝑐𝑑_𝑥ả = 100
− 𝑡𝑐𝑑_𝑛ạ𝑝 (3.9)
Trong đó giá trị các hệ số như sau:
𝑝00 = 13,93 𝑝10 = 97,67
𝑝01 = 3,146 𝑝11 = 1,938
𝑝20 = -65,9 𝑝02 = -0,06833
Tỷ lệ thời gian pin nạp/xả điện tiếp tục được dùng để xác định hiệu suất hệ thống cơ điện trên từng lần thí nghiệm, thể hiện tại Bảng 3.15. Dữ liệu về hiệu suất hệ thống cơ điện từ 32 lần thí nghiệm tại Bảng 3.15 tương ứng với các thông số đặc trưng điều kiện giao thông khu vực được biểu diễn trên biểu đồ 3D nhằm xác định các phân vùng nổi bật. Kết quả cho thấy sự phân bố khác biệt giữa hai dải vận tốc trung bình (𝑣𝑎𝑣𝑔 <10 m/s và 𝑣𝑎𝑣𝑔 >10 m/s), tương tự như sự phân bố vùng thông số đặc trưng điều kiện giao thông Hà Nội. Việc xử lý dữ liệu thực nghiệm cho thấy hiệu suất hệ thống cơ điện (𝜂𝑐𝑑) được phản ánh rõ nét nhất thông qua vận tốc trung bình (𝑣𝑎𝑣𝑔) và gia tốc đặc trưng (ã), thể hiện trên Hình 3.33. Trên thực tế, hiệu suất hệ thống cơ điện (𝜂𝑐𝑑) phụ thuộc vào hiệu suất của các động cơ điện và hệ thống pin, mà các yếu tố này lại bị chi phối bởi công suất của xe. Công suất xe được thể hiện trực tiếp qua vận tốc trung bình (𝑣𝑎𝑣𝑔) và gia tốc (ã): vận tốc càng lớn thì công suất càng cao, và gia tốc càng lớn thì càng cần nhiều công suất để tăng tốc. Do đó, hiệu suất hệ thống cơ điện (𝜂𝑐𝑑) được thể hiện nổi trội nhất thông qua vận tốc trung bình (𝑣𝑎𝑣𝑔) và gia tốc đặc trưng (ã) là hợp lý.
Hình 3.33. Biểu đồ mối quan hệ giữa hiệu suất hệ thống cơ điện và thông số đặc trưng Kết quả hồi quy trên toàn bộ dải vận tốc có độ tin cậy không cao (R-bình phương không đạt 0,9). Do đó, sử dụng phương pháp hồi quy [47], hàm tham số hiệu suất hệ thống cơ điện được xác định ở hai vùng vận tốc như sau:
- Với 𝑣𝑎𝑣𝑔 > 10 m/s và 𝑣𝑎𝑣𝑔 < 30 m/s:
𝜂𝑐𝑑 = 𝑝00 + 𝑝10. ã + 𝑝01. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝20. ã2 + 𝑝11. ã. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝02. 𝑣𝑎𝑣𝑔2
+ 𝑝30. ã3 + 𝑝21. ã2. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝12. ã. 𝑣𝑎𝑣𝑔2 (3.10)
100 + 𝑝03. 𝑣𝑎𝑣𝑔3
Trong đó giá trị các hệ số như sau:
101 𝑝00 = 82,37
𝑝10 = -3,032 𝑝01 = -40,86
𝑝20 = 15,06 𝑝11 = -9,806 𝑝02 = 20,96
𝑝30 = 13,88 𝑝21 = -41,31 𝑝12 = -13,4
𝑝03 = 61,14
Phương trình hồi quy trên có R-bình phương = 0,9551 và R-bình phương hiệu chỉnh
= 0,8542, chứng minh rằng phương trình trên có ý nghĩa, các biến độc lập ã và 𝑣𝑎𝑣𝑔 phản ánh khá chính xác sự biến thiên của 𝜂𝑐𝑑.
- Với 𝑣𝑎𝑣𝑔 <10 m/s:
𝜂𝑐𝑑 = 𝑝00 + 𝑝10. ã + 𝑝01. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝20. ã2 + 𝑝11. ã. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝02. 𝑣𝑎𝑣𝑔2
+ 𝑝30. ã3 + 𝑝21. ã2. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝12. ã. 𝑣𝑎𝑣𝑔2 + 𝑝03. 𝑣𝑎𝑣𝑔3
+ 𝑝40. ã4 + 𝑝31. ã3. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝22. ã2. 𝑣𝑎𝑣𝑔2 + 𝑝13. ã. 𝑣𝑎𝑣𝑔3
+ 𝑝04. 𝑣𝑎𝑣𝑔4 + 𝑝41. ã4. 𝑣𝑎𝑣𝑔 + 𝑝32. ã3. 𝑣𝑎𝑣𝑔2 + 𝑝23. ã2. 𝑣𝑎𝑣𝑔3
+ 𝑝14. ã. 𝑣𝑎𝑣𝑔4 + 𝑝05. 𝑣𝑎𝑣𝑔5
(3.11)
Trong đó giá trị các hệ số như sau:
𝑝00 = 82,51 𝑝10 = 5,49 𝑝01 = -14,32 𝑝20 = 21,46
𝑝02 = 15,24 𝑝30 = 7,368 𝑝21 = -12,04 𝑝12 = 8,4
𝑝40 = -9,929 𝑝31 = 15,49 𝑝22 = -16,02 𝑝13 = 46,87
𝑝41 = 7,697 𝑝32 = -19,57 𝑝23 = 6,134 𝑝14 = -17,08
𝑝11 = -48,85 𝑝03 = 17,17 𝑝04 = -18,9 𝑝05 = 4,476 Phương trình hồi quy trên có R-bình phương = 0,961 và R-bình phương hiệu chỉnh
= 0,8374, chứng minh rằng phương trình trên có ý nghĩa, các biến độc lập ã và 𝑣𝑎𝑣𝑔 phản ánh khá chính xác sự biến thiên của 𝜂𝑐𝑑.
Phương trình 3.10 và 3.11 sẽ là hàm tham số 𝜂𝑐𝑑 cho mô hình áp dụng trên xe hybrid điện hỗn hợp di chuyển trong điều kiện giao thông Hà Nội.