Trường Cao đẳng Viễn Đông ∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞ CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỀ TÀI HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN XE HYBRID Giảng viên Lâm Hậu Giang Tên sinh viên Trần Văn Thiện Lê Phúc Đại Thái Trường Duy TP Hồ Chí Minh, ngà[.]
Trường Cao đẳng Viễn Đông ∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞ CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN XE HYBRID Giảng viên: Tên sinh viên: Lâm Hậu Giang Trần Văn Thiện Lê Phúc Đại Thái Trường Duy TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2022 MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN ÔTÔ HYBRID .3 1.1 Khái niệm chung .3 1.2 Xu hướng phát triển ôtô hybrid 1.3 Phân loại ô tô hybrid .5 1.3.1 Kiểu nối tiếp .5 1.3.2 Kiểu song song 1.3.3 Kiểu hỗn hợp Chương HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA ÔTÔ HYBRID 2.1 Mơ hình tổng qt ơtơ hybrid 2.2.1 Động đốt 11 2.2.2 Motor điện máy phát điện 12 2.2.3 Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter) 13 2.2.4 Ắc-quy điện áp cao (HV Battery - High Volt Battery) 13 2.2.5 Cáp nguồn .14 2.2.6 Ắc quy phụ 15 2.2.7 Các phận khác có cơng dụng hỗ trợ ơtơ hybrid .15 2.2.8 Khí động lực học/ hệ số kéo thấp 16 2.2.9 Ngắt tự động động xăng 16 2.2.10 Hộp số biến thiên vô cấp (CVT- Continuously Variable Transmission): 16 2.2.11 Hệ thớng kiểm sốt cầm chừng xylanh (Cylinder Idling System) 17 2.2.12 Hệ thống chiếu sáng .17 2.2.13 Hệ thống điều khiển điều hịa khơng khí 18 2.2.14 Hệ thống phanh điện tử .19 2.2.15 Hệ thống mã hóa động chống trộm 20 2.2.16 Hệ thống thông tin ô tô Hybrid 21 2.2.17 Hệ thống âm .21 Chương 3: KẾT LUẬN 24 Chương TỔNG QUAN ÔTÔ HYBRID 1.1 Khái niệm chung Ơ tơ hybrid dịng xe sử dụng động tổ hợp, kết hợp động chạy lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động điện lấy lượng điện từ ắc-quy cao áp Điểm đặc biệt ắc-quy nạp điện với chế nạp “thông minh” xe phanh, xuống dốc…, gọi trình phanh tái tạo lượng Nhờ mà ơtơ tiết kiệm nhiên liệu vận hành động điện đồng thời tái sinh lượng điện để dùng cần thiết 1.2 Xu hướng phát triển ôtô hybrid Sự phát triển phương tiện giao thông khu vực giới nói chung khơng giống nhau, nước có quy định riêng khí thải xe , có xu hướng bước cải tiến chế tạo loại ôtô mà mức ô nhiễm thấp giảm tối thiểu tiêu hao nhiên liệu Điều cấp thiết mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập người dân lại tăng không đáng kể Các xe chạy Diesel, xăng nhiên liệu khác tràn ngập thị trường gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí ngày xấu đi, hệ sinh thái thay đổi Vì việc tìm phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây nhiễm môi trường vấn đề cần quan tâm ngành tơ nói riêng người nói chung Ơtơ khơng gây nhiễm (zero emission) mục tiêu hướng tới nhà nghiên cứu chế tạo ơtơ ngày Có nhiều giải pháp công bố năm gần đây, như: hồn thiện q trình cháy động cơ, sử dụng loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid) Phạm vi viết bàn ôtô hybrid Ơtơ hybrid Xuất từ đầu năm 1990 nay, ôtô hybrid nghiên cứu phát triển giải pháp hiệu tính kinh tế mơi trường Có thể nói, cơng nghệ hybrid chìa khố mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên ô tô, tơ khơng gây nhiễm mơi trường hay cịn gọi tơ sinh thái Với ưu điểm bật nêu, ôtô hybrid quan tâm nghiên cứu chế tạo nhiều nhà khoa học hãng sản xuất ôtô giới Ngày có nhiều mẫu ơtơ hybrid xuất thị trường có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại tơ Ơtơ sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô pin mặt trời tồn số nhược điểm định, không dễ thực với thực trạng đất nước ta Trong bối cảnh ơtơ hybrid nhiệt điện (kết hợp động đốt động điện) coi phù hợp giai đoạn đón đầu xu phát triển ơtơ sạch, nhằm đáp ứng tính khắt khe mơi trường thị, tính nguy cạn kiệt nhiên liệu Tuy nhiên sử dụng loại xe hybrid nhiệt điện hoạt động phạm vi thành phố, khu du lịch vận hành loại đường dài hàng trăm kilômet tương đối phẳng Chứ sử dụng ô tô hybrid nhiệt điện thay hẳn loại ơtơ khác tính cơng nghệ lai cịn nhiều hạn chế, mà khó vấn đề nguồn dự trữ lượng điện để cấp cho động điện, dùng bình ăcquy thơng thường số lượng bình nhiều Trong phạm vi viết bàn dịng ơtơ hybrid nhiệt điện (kết hợp động đốt động điện) loại ôtô hybrid thông dụng 1.3 Phân loại ô tô hybrid 1.3.1 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 1a Hệ thống hybrid nối tiếp Dòng điện sinh chia làm hai phần, để nạp ắc-quy dùng chạy động điện Động điện cịn có vai trị máy phát điện (tái sinh lượng) xe xuống dốc thực trình phanh Hình 1b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp Ưu 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, phù hợp với loại ôtô Mặt khác động nhiệt hoạt động xe chạy đường dài quãng đường quy định dùng cho ăcquy Sơ đồ khơng cần hộp số Nhược 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 1.3.2 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 Ưu 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 Nhược 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 2a Hệ thống hybrid song song Hình 2b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song 1.3.3 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 3a Hệ thống hybrid hỗn hợp Hình 3b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp Chương HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA ƠTƠ HYBRID 2.1 Mơ hình tổng qt ơtơ hybrid Hình Một dạng ơtơ Hybrid kiểu phối hợp cơng suất song song Hình Sơ đồ ơtơ hybrid kiểu hỗn hợp Hình 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 10 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 2.2.1 Động đốt Là nguồn động lực chính, ơtơ hybrid dùng động xăng, động Diesel, động Hydro, khí hóa lỏng pin nhiên liệu Hình Động đốt trong, hộp số ơtơ hybrid (Toyota Prius) 11 Hình Ơtơ VW Touareg Hybrid 2009 2.2.2 Motor điện máy phát điện 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 (còn gọi 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 dòng AC Các nam châm vĩnh cửu rôto 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 12 2.2.3 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 Bộ chuyển đổi điện sơ đồ nguyên lý hoạt động Về cấu tạo, gồm khuếch đại điện để tăng điện áp cung cấp lên đến 500V đồng thời trang bị chuyển đổi dịng 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 2.2.4 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 120250 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 13 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 công suất 144 V; Ford 250 pin, công suất 330 V Hình 10a Hình 10b 10a Ắc-quy điện áp cao Toyota Prius 10b Ắc-quy điện áp cao VW Touareg 2.2.5 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 14 Hình 11 Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện cơng suất cao 2.2.6 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 12 Ắc-quy phụ ơtơ hybrid 2.2.7 Các phận khác có cơng 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 15 2.2.8 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 kỳ 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 2.2.9 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 2.2.10 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 16 2.2.11 Hệ thớng kiểm sốt cầm chừng 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 2.2.12 Hệ thống chiếu sáng Là thành phần hệ thống điện ô tô, hệ thống chiếu sáng tín hiệu có nhiệm vụ chiếu sáng, tín hiệu thơng báo Hệ thống chiếu sáng giúp tài xế nhìn thấy đường điều kiện tầm nhìn hạn chế Bên cạnh đó, hệ thống tín hiệu cho phép phương tiện xung quanh nhận biết phán đoán hướng tài xế để tránh xảy va chạm Hệ thống chiếu sáng tín hiệu lắp đặt đầu, thân, đuôi xe cabin giúp người lái điều khiển xe dễ dàng Ngoài hệ thống chiếu sáng chung, loại xe hay thương hiệu khác trang bị thêm thiết bị chiếu sáng tín hiệu phù hợp Hệ thống chiếu sáng ô tô thường bao gồm hệ thống đèn đầu, đèn hậu dải đèn ngày DRL (Daytime Running Light) Bên cạnh đó, mẫu tơ cịn trang bị đèn sương mù, thay cho đèn đầu phải di chuyển điều kiện sương mù, bụi mịn Ngoài ra, loại hệ thống đèn tín hiệu thường thấy xe ô tô hệ thống đèn xi-nhan, báo nguy hệ thống đèn cảnh báo đuôi xe 17 2.2.13 Hệ thống điều khiển điều hịa khơng khí Để tránh cảm giác bí bách, ngột ngạt khoang cabin vào mùa hè, nhà sản xuất trang bị hệ thống điện điều hịa tơ hay cịn gọi hệ thống điện lạnh ô tô Hệ thống điều hịa khơng khí giúp trì nhiệt độ thoải mái, giảm độ ẩm khơng khí, hút ẩm để loại bỏ nước, sương mù đọng lại mặt kính xe Hệ thống điện điều hịa tơ cấu tạo phận máy nén, dàn nóng, quạt thơng gió dàn nóng, lọc khơ, dàn lạnh, quạt gió dàn lạnh van tiết lưu Hệ thống điều hịa khơng khí tơ hoạt động với nguyên lý máy nén hút chất làm lạnh thể khí nén lại áp suất cao Sau nhiệt độ chất làm lạnh tăng lên bị nén, môi chất lạnh đẩy sang dàn nóng, hóa thành thể lỏng Các mơi chất lạnh thể lỏng lại chuyển qua van tiết lưu để hóa chuyển dàn lạnh Các lạnh quạt gió dàn lạnh thổi mơi trường giúp khoang cabin trở nên mát mẻ 18 2.2.14 Hệ thống phanh điện tử Khi xảy va chạm bất ngờ, tài xế đạp phanh gấp khiến cho bánh xe bị bó cứng, khả quay vành lái gây nguy hiểm Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking System) sinh để giải vấn đề trên, giúp trì độ bám bánh xe với mặt đường, đảm bảo hệ thống phanh hoạt động ổn định 19 ... đốt động điện) loại ? ?tô hybrid thông dụng 1.3 Phân loại ô tô hybrid 1.3.1 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... Chương HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA ÔTÔ HYBRID 2.1 Mơ hình tổng qt ? ?tô hybrid 2.2.1 Động đốt 11 2.2.2 Motor điện máy phát điện 12 2.2.3 Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter... 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 3a Hệ thống hybrid hỗn hợp Hình 3b Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid