TRƯƠNG ANH LUÂN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KĨ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TRÊN Ô TÔ
ĐỀ TÀI:
HỆ THỐNG TÁI TẠO NĂNG LƢỢNG PHANH
I-ELOOP TRÊN XE MAZDA 6
Giảng viên hƣớng dẫn
: NGUYỄN TRUNG HIẾU
Sinh viên thực hiện
Lớp
: TRƢƠNG ANH LUÂN
: 16645SP3
MSSV
: 1664506
TP.HCM, tháng 12 năm 2017
Page 1
TRƯƠNG ANH LUÂN
I.
Tổng quan
Mazda chính là hãng xe ô tô đầu tiên trên thế giới phát triển thành công hệ thống tái tạo năng
lượng dành cho xe du lịch bằng cách sử dụng tụ điện. Hệ thống này được hãng xe Nhật gọi là "iELoop" Intelligent Energy Loop, tượng trưng cho ý tưởng tạo ra một vòng tuần hoàn bảo tồn năng
lượng hiệu quả và thông minh của Mazda. Hệ thống i-ELoop đã bắt đầu được trang bị trên những
mẫu xe của Mazda từ năm 2012, điển hình là Mazda 6 phiên bản 2013. Trong điều kiện vận hành
thực tế với số lần tăng tốc và phanh liên tục, hệ thống này sẽ giúp tiết kiệm khoảng 10% mức tiêu
hao nhiên liệu
Nhằm mục đích cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu, điện năng được rạo ra bằng bẳng cách sử
dụng năng lượng động lực học trong quá trình giảm tốc để dẫn động máy phát tạo ra điện và
nạp vào tụ [i-ILOOP]. Bằng cách này sẽ giảm được một lượng nhiên liệu.
Hệ thống tái tạo lực phanh trang bị trên xe Mazda cho phép lưu trữ một lượng lớn năng lượng
trong quá trình giảm tốc bằng cách sử dụng tụ điện sau đó nạp lại cho bình ắc quy. Thông qua
khả năng lưu trữ và sử dụng điện năng tái tạo đã cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu thực tế của
xe
Với một động cơ thông thường, 5-15% nhiên liệu dùng để dẫn động máy phát điện.
Đối với xe có trang bị hệ thống tái tạo lực phanh sử dụng năng lượng động học đã thu hồi
năng lượng tiêu hao vô ích trong khi giảm tốc để tạo điện năng mà không cần tiêu hao nhiên
liệu để góp phần cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu.
Page 2
TRƯƠNG ANH LUÂN
II.
Cấu trúc, nguyên lý hệ thống.
1. Máy phát điện.
a. Cấu trúc
Page 3
TRƯƠNG ANH LUÂN
b. Nguyên lý
Điện áp tạo ra của máy phát điện có thể thay đổi được từ 12-25V trong khi xe giảm tốc
để nạp cho tụ.
Bình thường điện áp tạo ra của máy phát là 12V
PCM theo dõi điện áp của tụ điện, và điều khiển máy phát hoạt động khi PCM nhận
thấy điện áp của tụ giảm xuống.
2. Tụ điện
a. cấu trúc
Có 1 tụ điện [loại tụ điện 2 lớp điên tích] mắc nối tiếp với nhau có thể phóng và nạp với
cường độ cao, điện áp có thể lưu trữ được là 25V.
Các phần tử ION lưu trữ dòng điện sạc, có thể bị suy yếu do nạp điện và phóng điện.
Nó có thể tồn tại sau 1 triệu lần phóng nạp.
Page 4
TRƯƠNG ANH LUÂN
Cực tín
hiệu
2A
3A
1A
1B
Đầu vào/đầu ra
Nguồn đầu vào từ máy phát
Nguồn đầu ra tới bộ chuyển đổi DC-DC [i-Eloop]
Đầu ra tín hiệu cảm biến nhiệt độ đến bộ chuyển đổi
DC-DC [i-Eloop]
GND
b.nguyên lý
Ở chế độ nạp các điện tích đính chặt bề mặt của điện cực.
Ở chế độ ngừng nạp hay xả thì các điện tích tách và di chuyển ra khỏi bề mặt của
điện cực.
Vật liệu sử dụng làm bản cức trong tụ điện loại 2 lớp điên tích, là cac bon hoạt tính,
có rất nhiều lỗ nhỏ trên bề mặt để tăng diện tích tiếp xúc. Giữa 2 bản cức cacbon được
đổ dầy chất điện phân, sự nạp và phóng điện chỉ thông thường là hấp thụ và giải phóng
ion từ bề mặt các bản cực
Page 5
TRƯƠNG ANH LUÂN
3. Bộ chuyển đổi DC-DC
a. Cấu trúc
Cực tín
hiệu
3A
4A
2A
2B
1A
1B
1C
1D
1E
1F
1G
1H
1I
Đầu vào /đầu ra
Nguồn điện từ tụ [i-ELOOP] vào
Nguồn đầu ra của tụ [i-ELOOP] ,trƣớc nạp
Nguồn ra cho pin và thiết bị điện 1
Nguồn là đầu vào từ pin [ trƣớc nạp]
Nguồn ra cho thiết bị điện 2
Nguồn điện là đầu vào từ bình
CAN giao tiếp
GND
CAN giao tiếp
GND
Đầu vào tín hiệu cảm biến nhiệt độ từ tụ điện [i-ELOOP]
Tín hiệu ngõ vào trục khuỷu từ PCM.
Tín hiệu relay by-pass vào từ PCM
Nguồn điện thông qua relay đầu vào IG1
Tín hiệu trên relay by- pass vào từ PCM
Page 6
TRƯƠNG ANH LUÂN
b. Nguyên lý
Khi máy phát tạo ra điện áp lớn nhất 25V, nhờ bộ chuyển đổi DC-DC sẽ được giảm
xuống 12V để cung cho các phụ tải điện
[Trong quá trình lưu hồi lực phanh]
Điện áp 14-25V được lưu trữ trong tụ điện được chuyển đổi thông qua bộ chuyển đổi DC-DC
[Khi I-Stop hoạt động]
Khi I-Stop hoạt động, bộ chuyển đổi DC-DC sẽ chuyển đổi điện áp của tụ điện thành
11,5V-12,5V. Khi động cơ khởi động lại, relay i-stop chuyển sang vị trí OFF. Bộ chuyển
đổi DC-DC duy trì nguồn điện cung cấp cho đồng hồ taplo, hệ thống âm thanh ...
Nguồn cung cấp cho các thiết bị điện khác như là máy để được cung cấp bởi bình điện.
[Nếu dòng điện tiêu thụ lớn hơn 50A]
Nếu dòng tiêu thụ cho các tải điện trên xe lớn hơn 50A, relay
bypass sẽ chuyển sang vị trí ON để cung cấp điên áp từ máy
phát [14,8V] trực tiếp cho các thiết bị điện.
Trong trường hợp này, hoạt động của đồng hồ I-ELOOP trên bảng đồng hồ táp lô sảy ra chậm,
đây không phải là hư hỏng
Page 7
TRƯƠNG ANH LUÂN
III.Sơ đồ mạch điện hệ thống
Page 8
TRƯƠNG ANH LUÂN
IV. Các chế độ hoạt động của I-ELOOP
Chế độ hoạt động của hệ thống I-ELOOP thay đổi tùy thuộc vào tình trạng hoạt động của xe và
tình trạng hoạt động của các phụ tải điện liên quan đến hệ thống I-STOP. Khi tài xế nhấc chân ra
khỏi bàn đạp ga thì tín hiệu được giử qua hộp PCM thông qua CAN khi đó hộp PCM sẽ điều khiển
máy phát[ loại máy phát có thể thay đổi điện áp] hoạt động để tạo ra dòng điện nạp vào tụ [Chỉ cần
vài giây để nạp đầy tụ]. Điện áp từ tụ điện qua bộ chuyển đổi DC-DC giảm xuống 12V để cung
cấp cho các phụ tải điện khác nhau.
Page 9
TRƯƠNG ANH LUÂN
Dƣới đây là từng chế độ hoạt động của I-ELOOP
Page 10
TRƯƠNG ANH LUÂN
1. Chế độ tái tạo lực phanh [Regenerative braking mode]
Trong khi nhiên liệu được ngắt khi nhả bàn đạp phanh và li hợp khóa biên mô hoạt động [ở
trạng thái hợp], máy phát điện hoạt động Điện năng tạo ra được lưu trữ trong tụ điện, điện áp
từ tụ điện qua bộ chuyển đổi DC-DC được giảm xuống để cung cấp cho các phụ tải điện trên
xe.
Để ngăn chặn điện áp tăng quá cao khi giảm tốc , máy phát điện được điều khiển bởi PCM.
Page 11
TRƯƠNG ANH LUÂN
2. Chế độ máy phát thông thƣờng [no regenerative braking]
Khi điện áp bình ắc quy nhỏ hơn hoặc bằng 14V trong khi động cơ đang nổ. Khi đó máy
phát sẽ hoạt động điện áp tạo ra trong khoảng 12-25V được lưu trữ trong tụ điện. Nhờ bộ
chuyển đổi DC-DC điện áp từ tụ điện sẽ được giảm xuống và cấp cho các phụ tải điện.
chế độ này điện áp được tạo ra thấp hơn so với chế độ tái tạo lực phanh.
Page 12
TRƯƠNG ANH LUÂN
3. Chế độ tụ điện cấp nguồn [Capacitor [i-ELOOP] power supply mode ]
Nếu điện áp của tụ điện lơn hơn điện áp của bình ắc quy, điện áp từ tụ điện qua bộ chuyển đổi DC-DC cung
cấp cho các phu tải điện [thông qua nguồn IG1 và IG2] trên xe
Page 13
TRƯƠNG ANH LUÂN
4. Chế độ bình điện cấp nguồn [ Battery power supply mode ]
Trong trường hợp điện áp tụ điện thấp hơn một giá trị điện áp thiết kế nhỏ nhất [14-17.5V*
thay đổi tùy thuộc vào tình trạng của tụ điện]. trong khi I-Stop hoạt động, hoặc trong trường
hợp đề máy, điện áp từ bình ắc quy được cấp cho các phụ tải điện trên xe.
Page 14
TRƯƠNG ANH LUÂN
5. Chế độ i-stop [Engine restart]
Relay I-Stop trong bộ chuyển đổi DC-DC OFF trong khi động cơ khởi động lại để tránh
ngăn chặn nguồn cung cấp từ tụ điện cấp đến bình ắc quy, tại thời điểm điện áp bình ắc quy
giảm xuống do đề máy.
Nguồn điện từ bình ắc quy và tụ điện được tách rời độc lập với nhau. Để đảm bảo nguồn
cung cấp cho các phụ tải điện như đồng hồ hiển thị, hệ thống âm thanh không bị tụt áp.
Page 15
TRƯƠNG ANH LUÂN
6. Chế độ By-Pass [By-pass mode]
Khi dòng tiêu thụ các tải điện trên xe lơn hơn 50A, relay bypass [lằm bên trong bộ chuyển đổi
DC-DC] sẽ ON để cung cấp trực tiếp nguồn điện từ máy phát tới các phụ tải điện trên xe.
Tuy nhiên trong trường hợp mạch giảm điện thế trong bộ chuyển đổi DC-DC bị lỗi hoặc trong
trường hợp điện áp bình ắc quy nhỏ hơn 11V thì chế độ By-Pass sẽ hoạt động [Chú ý]
Trong khi chế độ By-pass đang hoạt động, không thể kiểm tra hệ thống bằng cách sử dụng đèn
hiển thị trong bảng đồng hồ táp lô
Page 16
TRƯƠNG ANH LUÂN
7. Chế độ sạc lại cho tụ điện [Precharge mode]
Tụ điện [i-ELOOP] sẽ sạc cho hai lý do sau đây.
- Nếu điện áp của tụ [i-ELOOP] thấp, dòng điện kích thích của máy phát sẽ giảm xuống và máy
phát không thể phát điện.
- Để cung cấp điện cho ắc qui từ tụ điện [i-ELOOP], tải điện sẽ ca cao hơn so với điện áp ắc qui
được yêu cầu.
Điều kiện hoạt động nếu điện áp của tụ [i-ELOOP] có giá trị nhất định hoặc nhỏ hơn [Điện áp
của tụ [i-ELOOP] sẽ dừng hoạt động khi chạm đến một giá trị nhất định hoặc hơn]
Tùy thuộc vào từng loại điều kiện, phương pháp để nạp điện cho tụ [i-ELOOP] thay đổi.
Page 17
TRƯƠNG ANH LUÂN
Tùy thuộc vào điều kiện mà chế động hoạt động [Chế độ sạc lại cho tụ điện] có sự khác
nhau.
Hiển thị trên đồng
Công tắc IG: ON
Công
tắc
IG:
ON
hồ
OFF
Điện áp tụ điện
3.5V hoặc nhỏ
hơn
[Động cơ ON hoặc
OFF]
[Động cơ ON hoặc
OFF]
Tụ điện được sạc để
điện
Tụ điện
được
áp đạt tới 3.5V từ bình điện áp đạt
ắc
tới
sạ
c
táp lô
đ
ể
4.5V
từ
[Để đảm bảo
dòng
kích cho máy
phát]
Áp dụng
Thông tin được
hiển
quy nhờ bộ chuyển
đổi
DC-DC
bình ắc
nh
quy
ờ
chuyển đổi DCDC
b
ộ
thị khi điện áp bình
ắc
quy nhỏ hơn hoặc
bằng 9.5V và động
cơ
3.5V – 9.5V
[D
ue
to
outputting
the
current
from
đã được khởi động
Thông tin sẽ
không
Bình ắc quy không sạc cho tụ điện.
hiển thị khi bộ
chuyển
DC-DC
converter.]
[bởi vì máy phát có thể hoạt động khi động cơ
ON.]
9.5V hoặc lơn
hơn
đổi DC-DC cấp
điện
Không áp dụng
Chế độ sạc lại cho tụ điện sẽ ngưng hoạt động khi điện áp tụ điện tăng lên với điện áp cung
cấp từ bộ chuyển đổi DC-DC
Page 18
TRƯƠNG ANH LUÂN
8. Chế độ tụ i eloop tạo ra năng lƣợng [Capacitor [i-ELOOP] power generation
mode]
Trong quá trình hoạt động bình thường, điện áp từ tụ điện được sử dụng để sạc cho ắc qui, Nếu
điện áp của ắc qui cao và không thể cung cấp điện từ tụ điện đến ắc qui, điện áp tụ điện sẽ chảy
xuống mass.
Page 19
TRƯƠNG ANH LUÂN
Page 20
TRƯƠNG ANH LUÂN
V. Hiển thị và cảnh báo trên đồng hồ táp lô
1. Hiển thị
PCM gửi tín hiệu cụm đồng hồ táp lô với điều kiện máy phát hoạt động ở chế độ tái tạo năng
lượng thông qua
I-ELOOP
Dòng điện tái sinh
Tình trạng lưu trữ của tụ điện
Sau đó thông tin liên quan được hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng
Thông tin tình trạng tái tạo lực
Thể hiện chiều hướng tái tạo dòng điện của máy
phanh
Thông tin lượng điện tái tạo lực
phát.
Hiện thị lượng điện tạo ra bởi lực phanh tái sinh
phanh được tạo ra
Thông tin lượng lưu trữ điện
Hiện thị lượng điện được tao ra và lưu trữ trong
năng của tụ
tụ
1
2
3
Lượng điện tạo ra và lưu trữ trong tụ điện, được tính toán dựa trên tín hiệu đầu vào bộ chuyển
đổi DC-DC và cảm biến dòng điện bên trong bộ DC-DC
Page 21
TRƯƠNG ANH LUÂN
2.cảnh báo
sơ đồ âm thanh báo động cảnh báo i-ELOOP được thể hiện trong hình dưới đây và sử dụng
buzzer được tích hợp trong cụm thiết bị.
Thời điểm dừng báo và báo động cách nhau khoảng t1 và xấp xỉ 0.25s [có nghĩa trong 1s thì hệ
thống dừng báo và báo báo động thuqcj hiện liên tiếp 4 lần].
Sơ đồ
Cụm đồng hồ tapblo nhận được tín hiệu cảnh báo cảnh báo i-ELOOP từ PCM[1].
bộ điều khiển trên cụm đồng hồ tapblo bật cho phép dòng chạy từ IG1 qua transitor [2] khi đó sẽ
có nguồn đi từ chân B+ chạy về GND được thiết lập và báo động âm thanh [3].
Page 22
TRƯƠNG ANH LUÂN
Sơ đồ tổng thể các hệ thống điều khiển trên xe mazda6 2.5
Video mô phỏng
[Mazda SkyActiv] - Công nghệ i-eloop trên xe mazda6.mp4
Page 23
TRƯƠNG ANH LUÂN
Tổng quan
Cấu trúc, nguyên lý hệ thống.
I.
II.
1.
2.
3.
III.
IV.
Máy phát điện.
Tụ điện
Bộ chuyển đổi DC-DC
Sơ đồ mạch điện hệ thống
Các chế độ hoạt động của I-ELOOP
1. Chế độ tái tạo lực phanh [Regenerative braking mode]
2. Chế độ máy phát thông thƣờng [no regenerative braking]
3. Chế độ tụ điện cấp nguồn [Capacitor [i-ELOOP] power supply mode ]
4. Chế độ bình điện cấp nguồn [ Battery power supply mode ]
5. Chế độ i-stop [Engine restart]
6. Chế độ By-Pass [By-pass mode]
7. Chế độ sạc lại cho tụ điện [Precharge mode]
8. Chế độ tụ i eloop tạo ra năng lƣợng [Capacitor [i-ELOOP] power
generation mode]
Hiển thị và cảnh báo trên đồng hồ táp lô
V.
1.
Hiển thị
2. Thông báo
---Hết---
------
------Page 24