Bài giảng tổng quan về xe điện

Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ ĐỀ CƢƠNG BÀI GIẢNG BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN VÀ HYBRID TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XE ĐIỆN 1.1 Lịch sử ngành ô tô điện Khi mối lo ngại tác động môi trường ô tô chạy khí đốt gia tăng phủ gói trợ cấp khuyến khích lượng sạch, nhu cầu xe điện (EV) ngày rõ rệt EV xe trang bị động điện xe hybrid xe kết hợp lượng điện với tùy chọn chuyển sang sử dụng lượng xăng dự phòng Mặc dù xe điện ngày gọi “innovation” (sáng tạo), chúng có xu hướng kết hợp công nghệ tiên tiến, thực tế, xe điện ý tưởng Những xe có từ kỷ trước, từ năm 1800s 1.1.1 Trƣớc năm 2000  Xe điện phát minh vào năm 1800 Mặc dù có số tranh cãi thời điểm xác lịch sử xe điện đời, lấy năm 1828 làm điểm khởi đầu Đó năm mà kỹ sư Hungary, nhà vật lý linh mục Anyos István Jedlik tu viện Benedictine, chế tạo mơ hình xe điện Có lẽ lý nhiều viết lịch sử xe điện lại bỏ qua đóng góp Hungary mẫu xe mơ hình, khơng có kích thước đầy đủ Nhiều viết cho lịch sử xe điện vào khoảng năm 1834 1835, xe điện người Mỹ, Thomas Davenport, đời Đó vào năm 1834 1835 Davenport chế tạo đầu máy nhỏ chạy hai nam châm điện, chạy đường ray Một vài nhà phát minh khác nghiên cứu xe điện suốt thập kỷ đó, Robert Anderson Scotland, người thiết kế cỗ xe điện vào khoảng năm 1832 1839 Pháp tự hào với phát minh cải tiến pin sử dụng xe Nhà vật lý người Pháp Gaston Planté phát minh pin lưu trữ axit chì sạc lại vào năm 1859 Một người Pháp khác, nhà hóa học Camille Faure, phát minh pin axit chì vào năm 1881 Ngồi việc cung cấp lượng cho tơ, pin ơng cịn sử dụng để cung cấp lượng cho tàu ngầm vào năm 1886 Nó sử dụng để thắp sáng thành phố Paris, nguồn gốc khiến Paris gọi “thành phố ánh sáng” Nước Anh vào năm 1884 Nhà phát minh Thomas Parker lên tiêu đề báo lúc đó, “Thomas Parker phát minh xe điện vào năm 1884” Có Bài 1: Tổng quan Cơng nghệ xe điện Hybrid Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Bộ mơn Điện Ơ tơ thể kiện “đầu tiên” chưa hẳn xác, báo cho xe Parker xe điện có tiềm sản xuất hàng loạt thực cách mạng hóa cách người du lịch H1.1: Chiếc xe điện giới, chế tạo Thomas Parker, 1895 Đến năm 1890, William Morrison thành phố Des Moines, Iowa (Mỹ) chế tạo số mẫu xe điện Thử nghiệm ông vào năm 1887, song không thành công Nhưng ông thành công với xe pin vào khoảng năm 1890 trở H1.2: Mẫu xe điện có thiết kế hình tên lửa Jamais Contente đạt tốc độ đến 105,88 km/h vào ngày 29/4/1899 (Wikipedia) Tất nhiên, nói đến khai thác lượng điện khoảng thời gian đó, khơng thể khơng nhắc đến Thomas Edison Ông bắt đầu phát triển pin cho xe vào năm 1899 Dù đạt số cải tiến, song ông từ bỏ lượng xăng thắng điện  Thời kỳ đỉnh cao xe điện Đỉnh cao xe điện gọi vào khoảng năm 1900 Vào thời điểm đó, tơ điện chiếm khoảng 1/3 số xe ô tô thành phố lớn Mỹ Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid Khoa Công nghệ Ô tô Bộ môn Điện Ô tô Ưu điểm xe điện vào thời điểm chúng mang lại chuyến yên tĩnh dễ vận hành Nhưng nhược điểm phải sạc điện nhiều thời gian, đồng thời lâu Nhước điểm khiến ô tô điện không trở thành xu hướng kỷ Mặt khác, xe chạy xăng có nhược điểm ồn dễ bị hỏng Tuy nhiên, chúng lại có nhiều lợi thế, xa cần tiếp thêm nhiên liệu Vậy, không kết hợp hai – điện xăng?  Chiếc xe hybrid Ý tưởng xe hybrid để tận dụng ưu điểm xe chạy điện xe chạy xăng: sử dụng lượng điện song yên tâm với dự phòng động xăng hết điện H1.3: Chiếc xe hybrid giới, Lohner-Porsche, 1905 Đến phải thiết kế xe lưu động mặt trăng cho chương trình khơng gian, NASA Boeing tham khảo số khía cạnh thiết kế Lohner-Porsche Nó mở đường cho xe hybrid đại chúng ta, số thiết kế xe lửa  Tại xe điện lại bị xe chạy xăng thay thế? Đến năm 1920, xe điện bị dừng thương mại hóa vấn đề Thứ nhất, xăng trở nên dễ tiếp cận mỏ dầu phát Texas vào năm 1901 Những mỏ xăng dầu phong phú có sẵn nhiều quốc gia sớm có nguồn cung cấp nhiên liệu dồi kinh tế Thứ hai, Henry Ford sản xuất hàng loạt xe chạy khí đốt, bắt đầu với Model T vào năm 1908, thống trị ngành công nghiệp xe Thứ ba, năm 1912, nhà phát minh người Mỹ Charles F Kettering phát minh máy khởi động ô tô điện, khiến cho xe chạy xăng chí cịn hấp dẫn chúng khơng cần phải khởi động việc “quay tay” Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Bộ mơn Điện Ơ tơ H1.4: Charles F Kettering xe ô tô sử dụng máy khởi động (1912) Với việc khởi động xe trở nên dễ dàng hơn, nguồn cung cấp khí đốt dồi hơn, xe tơ chạy động đốt sản xuất hàng loạt, xe điện khơng cịn chỗ đứng Vào năm 1935, xe điện biến  Sự trở lại chậm chạp xe điện vào cuối kỷ 20 Trong 60 năm, xe ô tô liên tục tiến lên Nguồn khí đốt dồi rẻ tiền, người hài lòng với động đốt Nhưng vào cuối năm 1960, có thay đổi Giá xăng bắt đầu tăng mạnh, mối lo ngại nhiễm khơng khí xuất Quốc hội giới thiệu dự luật thúc đẩy xe điện để giảm nhiễm khơng khí vào năm 1966 Hiệp hội bảo vệ mơi trường giới thiệu Chương trình khuyến khích xe liên bang vào năm 1970 Điều thúc đẩy nhà khoa học Victor Wouk chế tạo xe hybrid kích thước đầy đủ, hai năm sau đó, Buick Skylark đời 1972 Một số nhà sản xuất ô tô khác thử nghiệm thiết kế xe điện năm 1970 Được thúc đẩy phủ, vài thập kỷ sau, nhà sản xuất ô tô Mỹ tiếp tục cố gắng tích hợp lượng điện vào mơ hình họ Nhưng cách mạng thực xe hybrid lại đến từ Nhật Bản Năm 1997, Toyota giới thiệu Prius, xe hybrid sản xuất hàng loạt Đó “cú hit” với gần 18.000 bán năm báo hiệu cho hồi sinh mạnh mẽ thị trường xe điện đầu kỉ sau Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid Bộ môn Điện Ô tô Khoa Công nghệ Ô tô H1.5 : Toyota Prius “Hybrid” 1997 (nguồn https://global.toyota/) 1.1.2 Sau năm 2000 Năm 2006, Tesla tiết lộ kế hoạch sản xuất pin cho xe điện với phạm vi quãng đường lần sạc lên tới 322km/h H1.7: Tesla Roadster, 2011 H1.6: Tesla Roadster, 2011 Đến năm 2011, Tesla mắt Roadster Xe có phạm quãng đường lần sạc 386 km giá đắt hơn, lên tới 100.000 USD (khoảng 2,3 tỷ đồng) Trong đó, mẫu xe điện Leaf Nissan có phạm vi 160 km lần sạc mức giá rẻ hơn, khoảng 30.000 USD (khoảng 681 triệu đồng) Năm 2010, Nissan (Nhật Bản) bắt đầu phát hành mẫu xe điện Leaf thị trường Mỹ Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tô H1.7 Nissan Leaf, 2010 Nissan Leaf mẫu xe điện bán chạy giới Vào tháng Mười Hai năm nay, Nissan bán 200.000 Leaf tồn giới tính riêng thị trường Mỹ chiếm tới 88.000 Tesla lên kế hoạch sản xuất mẫu xe điện dành cho thị trường đại chúng có tên Model mắt trước năm 2017 Mặc dù Tesla tập trung bán mẫu xe sang trọng hãng dự kiến sớm tung mẫu xe điện giá rẻ vào năm 2017 Model cho có phạm vi 322 km lần sạc mức giá khoảng 35.000 USD (khoảng 795 triệu đồng) Tương lai rộng mở Đáp lại thách thức từ Tesla, nhà sản xuất khác General Motors Volkswagen đẩy mạnh nghiên cứu phát triển dòng xe điện tương tự Trong vài năm tới, thấy mẫu xe điện sản xuất nhà sản xuất xe truyền thống General Motor hay Volkswagen General Motors nhắm tới việc mắt Chevy Bolt tiến hành sản xuất vào cuối năm 2016 Xe có quãng đường lên tới 322 km khả sạc đầy 80 vịng 45 phút Cơng ty dự kiến bán Chevy Bolt với giá khoảng 30.000 USD (khoảng 681 triệu đồng) nhằm cạnh tranh trực tiếp với Model Tesla Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ H1.8: Faraday Futurevà mẫu thiết kế FF91 Một start-up có tên Faraday Future theo theo sát Tesla có kế hoạch xây dựng xe điện quãng đường xa Faraday Future ẩn số bí mật thị trường xe điện start-up cho biết, họ lên kế hoạch mắt xe điện trước năm 2020 Công ty không chia sẻ thêm bất k thông tin xe cho biết, pin xe lớn Tesla Điều có nghĩa phạm vi quãng đường lần sạc lớn nhiều so với xe điện Tesla 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CỦA Ô TÔ ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI 2.1 Tình hình xe điện giới a Hoa K Năm 2009, chuyến thăm Trung tâm Nghiên cứu Ơ tơ điện Edison miền Nam California, tổng thống Mỹ Barack Obama duyệt khoản chi 2,4 tỷ đô-la cho việc nghiên cứu ô tô điện Khoản chi từ ngân sách phân bổ sau: Hình 1.10 Phân bổ khoản chi cho nghiên cứu tô điện Hoa Kỳ từ năm 2009 Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Từ cấu khoản chi trên, ta thấy nguồn lượng hệ truyền động vấn đề then chốt nghiên cứu ô tô điện Các vấn đề trình bày chi tiết sau loạt b Châu Âu Tại Châu Âu, xe plug-in hybrid biến đổi điện tử cơng suất vấn đề quan tâm nghiên cứu Ơ tơ điện lai (plug-in hybrid electric vehicle) loại xe sử dụng hỗn hợp lượng xăng điện tên gọi “hybrid” Thuật ngữ “plugin” cho biết xe có nạp tích hợp sẵn, người dùng cần cắm điện vào nguồn lưới dân dụng mà không cần nạp bên ngồi Một số dịng xe hybrid lưu hành Việt Nam Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Honda Civic Hybrid, v.v c Nhật Bản Tại Nhật Bản, hãng ô tô lớn đưa mẫu xe điện (pure Evs) thị trường Nissan “trống giong cờ mở” với Nissan Leaf, Mitsubishi hãng tung xe điện thương phẩm với i-MiEV Xe i-MiEV giới thiệu Việt Nam triển lãm Ơ tơ Vietnam Motor Show 2010 Để đưa thị trường mẫu xe tô điện i-MiEV, hãng Mitsubishi Motors 40 năm nghiên cứu Từ ấp ủ ý tưởng xe tơ điện, thức bắt đầu nghiên cứu từ năm 1966, nay, hãng Mitsubishi Motors chế tạo 10 mẫu xe concept với 500.000 km chạy thử nghiệm toàn cầu Lộ trình nghiên cứu cho hình sau: Hình 1.11 Lộ trình phát triển xe điện Trong giới nghiên cứu, trường đại học lớn Nhật có phịng thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu tô điện Trung tâm nghiên cứu lãnh đạo Giáo sư Yoichi Hori (sau gọi tắt Hori-Lab) Viện Khoa học Công nghiệp, Trường Đại học Tokyo đơn vị tiên phong nghiên cứu xe điện Nhật Bản Những nghiên cứu Hori-Lab tập trung vào lĩnh vực chính: (i) Điều khiển chuyển động (Motion Control) (ii) Hệ thống lượng cho xe (Vehicle Power System) Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Lĩnh vực (i) điều khiển chuyển động thực với nhánh sau: - Điều khiển chuyển động bám mặt đường Điều khiển ổn định động học thân xe sở quan sát biến trạng thái quan sát nhiễu - Điều khiển hệ thống lái Lĩnh vực (ii) nghiên cứu hệ thống lượng cho xe tập trung vào hai nhánh chính: - Sử dụng cơng nghệ siêu tụ điện (Ultra-capacitor) tích trữ lượng Transmission) Sử dụng công nghệ truyền tải điện không dây (Wireless Power Các nghiên cứu Hori-Lab thực nghiệm hệ thống xe điện thí nghiệm xây dựng trung tâm gồm xe UOT Electric March I, II sử dụng nguồn ắc quy hệ thống xe điện nhỏ COMS 1, 2, chạy hoàn toàn siêu tụ điện Hình 1.12 Xe điện nhỏ COMS3 sử dụng siêu tụ d Hàn Quốc Trung Quốc Công nghệ truyền tải điện không dây ứng dụng xe điện khai thác mạnh mẽ nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học Công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) với dự án chế tạo xe điện nạp lượng từ đất suốt trình hoạt động (OnLine Electric Vehicle – OLEV) Các sản phẩm xe bus điện thuộc dự án chạy thử nghiệm tốt khuôn viên KAIST Công viên Grand Seoul Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Bộ mơn Điện Ơ tơ Hình 1.13 Xe điện OLEV nạp điện không dây online KAIST Tại Thượng Hải, Trung Quốc, xe bus điện sử dụng siêu tụ hãng SINAUTEC gây tiếng vang mạnh mẽ Siêu tụ nạp nhanh chóng điểm dừng xe bus Hình 1.14 Xe bus điện sử dụng siêu tụ Thượng Hải e Xu phát triển ô tô điện Theo thời gian, ta có số mốc dự đốn sau: trường Cuối năm 2010: Một số ô tô điện giới thiệu xuất thị Năm 2011: Rất nhiều hãng cho đời sản phẩm tơ điện (theo tun bố trước đó) - Năm 2015: Châu Á – Thái Bình Dương thị trường lớn ô tô điện Về cấu hình xe, chuyên gia thống ô tô điện (pure EV) điểm phát triển cao tơ điện, cấu hình xe lai (hybrid) bước đệm công nghệ trình độ từ xe chạy động đốt lên xe điện Ta tham khảo đánh giá Yole Development [2]: Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 10 Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ 2.3.2 Theo cách phối hợp công suất động nhiệt động điện 2.3.2.1 Kiểu nối tiếp Động điện truyền lực đến bánh xe chủ động, công việc động nhiệt kéo máy phát điện để phát sinh điện nạp cho ắc-quy cung cấp cho động điện Hình 1.17a Hệ thống hybrid nối tiếp Dòng điện sinh chia làm hai phần, để nạp ắc-quy dùng chạy động điện Động điện có vai trị máy phát điện (tái sinh lượng) xe xuống dốc thực trình phanh Hình 1.17b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp Ƣu điểm: Động đốt không hoạt động chế độ không tải nên giảm ô nhiễm môi trường, Động đốt chọn chế độ hoạt động tối ưu, Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 17 Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ phù hợp với loại ơtơ Mặt khác động nhiệt hoạt động xe chạy đường dài quãng đường quy định dùng cho ăcquy Sơ đồ khơng cần hộp số Nhƣợc điểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp tồn nhược điểm như: Kích thước dung tích ắc-quy lớn so với tổ hợp ghép song song, động đốt làm việc chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy nên dễ bị tải 2.3.2.2 Kiểu song song Dòng lượng truyền tới bánh xe chủ động song song Cả động nhiệt motor điện truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo điều kiện hoạt động khác Ở hệ thống động nhiệt đóng vai trị nguồn lượng truyền moment cịn motor điện đóng vai trị trợ giúp tăng tốc vượt dốc Kiểu không cần dùng máy phát điện riêng động điện có tính giao hốn lưỡng dụng làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc-quy chế độ hoạt động bình thường, tổn thất cho cấu truyền động trung gian, khởi động động đốt dùng máy phát điện để nạp điện cho ắc-quy Ƣu điểm: Công suất ôtô mạnh sử dụng hai nguồn lượng, mức độ hoạt động động điện động nhiệt nên dung lượng bình ắc-quy nhỏ gọn nhẹ, trọng lượng thân xe nhẹ so với kiểu ghép nối tiếp hỗn hợp Nhƣợc điểm: Động điện phận điều khiển motor điện có kết cấu phức tạp, giá thành đắt động nhiệt phải thiết kế công suất lớn kiểu lai nối tiếp Tính nhiễm mơi trường tính kinh tế nhiên liệu khơng cao Hình 1.18 a Hệ thống hybrid song song Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 18 Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Hình 1.18 b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song 2.3.2.3 Kiểu hỗn hợp Hệ thống kết hợp hai hệ thống nối tiếp song song nhằm tận dụng tối đa lợi ích sinh Hệ thống lai nối tiếp có phận gọi "thiết bị phân chia công suất" chuyển giao tỷ lệ biến đổi liên tục công suất động nhiệt động điện đến bánh xe chủ động Tuy nhiên xe chạy theo "kiểu êm dịu" với động điện Hệ thống chiếm ưu việc chế tạo xe hybrid Hình 1.19 a Hệ thống hybrid hỗn hợp Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 19 Bộ môn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Hình 1.19 b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp 2.3.2.4 So sánh ba kiểu phối hợp công suất Bảng So sánh ưu nhược điểm kiểu hệ thống phối hợp công suất Sự tiết kiệm nhiên liệu Kiểu lai Sự dừng không tái sinh Lấy lại lượng Hoạt Tổng hiệu động hiệu suất suất cao Sự thực truyền động Gia tốc Công suất phát cao liên tục Nối tiếp Song song Hỗn hợp Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 20 Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ 2.4 Các phận 2.4.1 Mơ hình tổng qt ơtơ hybrid Hình 1.20 Một dạng ôtô Hybrid kiểu phối hợp công suất song song Hình 1.21 Sơ đồ ôtô hybrid kiểu hỗn hợp Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 21 Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Hình 1.22 Một dạng ơtơ hybrid kiểu hỗn hợp Ghi chú: Engine: Động đốt ECM: Electric Control Module - Bộ phận điều khiển điện tử cho động HV ECU: Hybrid Vehicle ECU- ECU điều khiển kết hợp ôtô hybrid Shift Postion Sensor: Cảm biến vị trí tay số Brake ECU: ECU điều khiển phanh HV Battery: High Volt Battery- Ắc-quy điện áp cao Inverter with Converter: Bộ chuyển đổi điện Hybrid Transaxle: Hộp số kết hợp với phân phối công suất Acceleration Pedal Position Sensor: Cảm biến vị trí bàn đạp ga 2.2 Động đốt Là nguồn động lực chính, ơtơ hybrid dùng động xăng, động Diesel, động Hydro, khí hóa lỏng pin nhiên liệu Hình 1.23 Động đốt trong, hộp số ôtô hybrid (Toyota Prius) Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 22 Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Hình 1.24 Ơtơ VW Touareg Hybrid 2009 2.3 Hộp số phân phối công suất (Hybrid Transaxle) Cụm bánh hành tinh hộp số đóng vai trị chia cơng suất có nhiệm vụ chia cơng suất từ động xe thành hai thành phần tạm gọi phần dành cho phần dành cho điện Các bánh hành tinh truyền cơng suất đến động chính, động điện – máy phát bánh xe chủ động hầu hết điều kiện khác Các bánh hành tinh hoạt động cấu truyền động biến đổi liên tục (CVT- Continuously Variable Transmission) Hình 1.25 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo phân phối công suất 2.4 Motor điện máy phát điện Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 23 Khoa Công nghệ Ô tô Bộ môn Điện Ô tô Tổ hợp motor điện – máy phát số (MG1-Motor Generater 1) có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc-quy điện áp cao (HV Battery), đồng thời cấp điện để dẫn động cho MG2 (MG2-Motor Generater 2) MG1 hoạt động motor để khởi động động xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền truyền bánh hành tinh gần giồng CVT Tổ hợp motor điện – máy phát số (MG2) có nhiệm vụ dẫn động cho bánh xe chủ động tiến lùi xe Trong suốt trình giảm tốc phanh xe, MG2 hoạt động máy phát hấp thu động (cịn gọi q trình hãm tái sinh lượng) chuyển hóa thành điện để nạp lại cho ắc-quy điện áp cao Trên Toyota dùng môtơ đồng xoay chiều pha, môtơ không chổi than DC hiệu suất cao với dịng AC Các nam châm vĩnh cửu rơto làm thép điện từ ghép lại thành môtơ công suất cao Hơn nữa, bố trí nam châm vĩnh cửu theo dạng tối ưu, mômen dẫn động cải thiện công suất tăng lên Cả MG1 MG2 có kích thước gọn, nhẹ loại đồng nam châm vĩnh cửu dòng điện xoay chiều hiệu cao 2.5 Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter) Bộ chuyển đổi biến dòng điện chiều từ ắc-quy điện áp cao (HV Batterry) thành dòng xoay chiều làm quay motor điện biến dòng xoay chiều từ máy phát thành dòng điện chiều để nạp điện cho ắc-quy Hình 1.26 Bộ chuyển đổi điện sơ đồ nguyên lý hoạt động Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 24 Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Về cấu tạo, gồm khuếch đại điện để tăng điện áp cung cấp lên đến 500V đồng thời trang bị chuyển đổi dòng chiều để nạp điện cho ắc-quy phụ xe chuyển đổi dòng xoay chiều để cấp điện cho máy nén hệ thống điều hòa xe hoạt động 2.6 Ắc-quy điện áp cao (HV Battery - High Volt Battery) Ắc-quy xe bảo vệ vỏ niken-kim loại hyđrua chắn có mật độ lượng cao so với bình thường Thường gồm 120-250 cặp cực ắc-quy với điện áp chuẩn 144V-350 Volt (1,2V/cặp cực ắc-quy) nạp điện động thơng qua tổ hợp MG1 xe chạy bình thường tổ hợp MG2 suốt trình hãm tái sinh lượng Ford Escape Hybrid, Honda Insight, Civic Hybrid Toyota Prius sử dụng pin hyđrua kim loại kiềm (NiMH), công nghệ pin giống điện thoại di động máy tính xách tay Hệ thống hybrid Prius kết hợp 38 mô đun chứa 228 pin điện riêng biệt với tổng công suất lên tới 273,6 V Xe Honda dùng 120 pin điện, tổng cơng suất 144 V; Ford 250 pin, cơng suất 330 V Hình 1.27 a Hình 1.27 b 10a Ắc-quy điện áp cao Toyota Prius 10b Ắc-quy điện áp cao VW Touareg 2.7 Cáp nguồn Cáp nguồn hay cáp công suất xe hybrid dùng để truyền dịng điện có cường độ điện áp cao thiết bị ắc-quy điện cao áp, chuyển đổi, tổ hợp MG1, MG2 máy nén hệ thống điều hòa Đường dây cao áp giắc nối đánh dấu mầu da cam hình Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 25 Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Hình 1.28 Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao 2.8 Ắc quy phụ Loại ắc-quy DC12V bố trí cố định phía sau xe, trì cung cấp dòng điện chiều ổn định cho thiết bị đèn xe, hệ thống âm thanh, ECU điều khiển v v… Hình 1.29 Ắc-quy phụ ôtô hybrid 2.9 Các phận khác có công dụng hỗ trợ ơtơ hybrid Ngồi ơtơ hybrid cịn kết hợp số cơng nghệ đại khác để nhằm tăng khả vận hành, giảm khí thải gây nhiễm tối đa hóa khả tiết kiệm nhiên liệu Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 26 Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Bộ mơn Điện Ơ tơ 2.9.1 Khí động lực học/ hệ số kéo thấp Để có bề mặt nhẵn, kỹ sư chế tạo xe hybrid thường phải viện đến đặc điểm thiết kế không theo quy ước nhằm tối đa hóa khả khí động Ví dụ, Honda Insight có hệ số kéo vơ thấp (0,25) bề mặt nhẵn dáng vẻ k dị bánh sau Ngay Toyota Prius, trơng bình thường mắt người khơng chun nghiệp, có hệ số kéo 0,29 kỹ sư tìm cách để làm trơn tru Tất nhà sản xuất cố gắng giảm hệ số kéo nơi đâu xe với hệ số kéo thấp cần cơng suất (và nhiên liệu) để vận hành 2.9.2 Ngắt tự động động xăng Để giảm tiêu thụ nhiên liệu, tất xe hybrid cố gắng hạn chế tối đa động xăng suốt q trình hoạt động Nó khơng tiết kiệm nhiên liệu giảm khí thải mà cịn ngừng tiêu thụ điện Tương tự xe ngựa hai bánh, motor điện khởi động lại động xăng lái xe nhấn lại pê đan tăng tốc Đây hoạt động liền mạch, trì hỗn hay khả vận hành cho lái xe 2.9.3 Hộp số biến thiên vô cấp (CVT- Continuously Variable Transmission): CVT loại hộp số tự động (thực tế xuất 100 năm gần ứng dụng ngành tơ) khơng có bánh răng, ly hợp ma sát, dầu thủy lực biến mơ Thay thế, sử dụng thiết kế dây curoa puli đơn giản, giúp kết hợp chặt chẽ số truyền với phạm vi vòng/phút tối ưu động để đạt công suất lớn tăng khả tiết kiệm nhiên liệu Được ứng dụng chủ yếu công nghiệp ánh sáng tiến gần vật liệu công nghệ mạch vi xử lý khiến CVT phù hợp với ngành ô tô 2.9.4 Hệ thống kiểm soát cầm ch ng xylanh (Cylinder Idling System) Honda Civic Hybrid sử dụng hệ thống để giảm kéo động cho phép motor điện giành nhiều lượng suốt trình phanh tái tạo lượng Một động xăng thơng thường phanh động q trình xuống dốc hoạt động bơm xylanh Hoạt động giành lượng từ động điện để nạp ắc-quy Có thể tránh kéo động cách đưa khớp ly hợp vào xe với hộp số sàn đặt xe số không với CVT Hệ thống vô hiệu xylanh Honda thực điều cách đóng van hút xả xylanh, cho phép pít tơng di chuyển tự xylanh, giảm kéo động tối đa hóa lượng mà motor điện thu 2.9.5 Tối ƣu hóa đƣờng khí thải Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 27 Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Bộ mơn Điện Ơ tô Integrated Exhaust Manifold: đặt trực tiếp vào đầu xylanh nhằm giảm khối lượng tối ưu hóa dịng khí xả, giúp tăng vận hành khả tiết kiệm nhiên liệu 2.9.6 Pít tơng ma sát nhỏ Thơng qua q trình rèn đặc biệt, ma sát thành xylanh giảm làm tăng khả tiết kiệm nhiên liệu Kết hợp với công nghệ Offset Cylinder Bores nhằm tăng khả tiết kiệm nhiên liệu cách giảm ma sát đẩy pít tơng chúng di chuyển bên xylanh 2.9.7 Công nghệ biến thiên lƣu lƣợng khí nạp Thực đưa hỗn hợp nhiên liệu vào đủ tương ứng với chế độ hoạt động động để đạt cháy hoàn tồn, nhằm tối ưu hóa q trình cháy để thực tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm khí xả 2.9.8 Sử dụng vật liệu tiên tiến Việc sử dụng vật liệu tiên tiến - magie, hợp kim nhôm nhựa dẻo – làm giảm khối lượng xe Việc giảm khối lượng làm tăng khả tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải giúp vận hành hiệu Với tất công nghệ tiên tiến, khả tiết kiệm nhiên liệu giảm khí thải mình, ơtơ hybrid xem xe tương lai Chắn chắn, với model hybrid xuất model phát triển, công nghệ đóng vai trị tranh ngành tô năm tới 2.5 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 2.5.1 Khởi động động xe chạy Nếu mômen dẫn động yêu cầu tăng lên xe chạy với MG2, MG1 kích hoạt để khởi động động Tương tự, có hạng mục ECU kiểm sốt tình trạng SOC, nhiệt độ ắc quy, nhiệt độ nước điều kiện tải điện lệch so Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 28 Khoa Công nghệ Ơ tơ Bộ mơn Điện Ơ tơ với mức tiêu chuẩn, MG1 kích hoạt để khởi động động (MG1 hoạt động chế độ động cơ) 2.5.2 Tăng tốc nhẹ với động Ở tốc độ trung bình (15-40 mph), động đốt hoạt động cung cấp lượng, MG2 hoạt động đồng thời động điện sử dụng lượng điện hổ trợ MG1 quay đồng thời với động (được kéo động cơ) đóng vai trị máy phát điện, cung cấp lượng cho MG2 2.5.3 Tốc độ thấp ổ định Khi xe chạy chế độ tải thấp, truyền hành tinh chia công suất động hai phần Một phần truyền đến bánh xe chủ động, phần lại kéo MG1 để phát điện đến biến đổi cấp cho MG2 hoạt động bổ sung công suất đến bánh xe chủ động Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 29 Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Bộ mơn Điện Ơ tơ 2.5.4 Tăng tốc tối đa Khi xe chuyển từ chế độ tải thấp sang chế độ tăng tốc mạnh, hệ thống bổ sung điện ắc quy HV vào lực truyền động MG2 2.5.5 Tốc độ cao ổn định Khi xe chạy tốc độ cao ổn định động MG2 hoạt động, MG1 hoạt động chế độ phanh (MG1 không quay) 2.5.6 Tốc độ tối đa Khi tốc độ ơtơ cao (>100mph) MG2 hoạt động để bổ sung công suất cho động đốt trong, lúc HV Battery cung cấp điện cho hoạt động MG2, MG1 nhận phần lượng điện từ HV Battery quay ngược chiều với MG2 tạo tỷ số truyền tăng cho phép ôtô chạy với tốc độ cao Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 30 Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Bộ mơn Điện Ơ tơ Nhận xét: Phạm vi tiểu luận nghiên cứu trạng thái làm việc ôtô phối hợp hai dịng cơng suất (cơng suất sinh từ động đốt động điện MG2) Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 31 ... xe điện Đỉnh cao xe điện gọi vào khoảng năm 1900 Vào thời điểm đó, tơ điện chiếm khoảng 1/3 số xe ô tô thành phố lớn Mỹ Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Bộ mơn Điện. .. độ từ xe chạy động đốt lên xe điện Ta tham khảo đánh giá Yole Development [2]: Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện Hybrid 10 Bộ mơn Điện Ơ tơ Khoa Cơng nghệ Ơ tơ Hình 1.15 Sự phát triển xe điện. .. động điện đến bánh xe chủ động Tuy nhiên xe chạy theo "kiểu êm dịu" với động điện Hệ thống chiếm ưu việc chế tạo xe hybrid Hình 1.19 a Hệ thống hybrid hỗn hợp Bài 1: Tổng quan Công nghệ xe điện