Chủ Đề 5 tìm hiểu về xe lai Điện nối tiếp

Hybrid song song -Hệ thống dẫn động bánh xe được truyền lực trực tiếp từ cả động cơ điện và động cơ đốt trong.. - Ắc quy phụ: Cung cấp điện để khởi động xe trong trường hợp hệ thống hybr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG

KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

Chủ đề 5: TÌM HIỂU VỀ XE LAI ĐIỆN NỐI TIẾP GVHD: TS Phan Văn Đức

Lớp: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Nhóm gồm 8 sinh viên:

1 Nguyễn Hữu Huỳnh 5 Đinh Hoàng long

2 Lý Minh Trí 6 Phương Nhật Duy

3 Thái Hoàng Nghĩa 7 Nguyễn Gia Phúc Hiển 4.Trần Châu Ngọc 8 Lương Châu Anh Bảo

Giảng Viên Hướng Dẫn TS Phan Văn Đức

Mục Lục Chương 1: Tổng quan về xe lai điện

Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe lai điện nối tiếp

Chương 3: Phương pháp thiết kế và tính toán cho xe lai điện nối tiếp

Chương 1: Tổng quan về xe lai điện

Xe Lai Điện là gì ?

-Xe lai điện ( xe hybird) là loại xe ô tô sử dụng song song hai nguồn động cơ là động cơ đốt trong và động cơ điện, tức là

xe vừa chạy xăng, vừa chạy điện

- Chiếc xe hybrid đầu tiên ra mắt vào năm 1899, được chế tạo bởi Pieper, Liege của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly của Pháp Trải qua quá trình dài nghiên cứu và phát triển, đến thập niên 90, khái niệm xe lai điện mới thật sự trở nên hấp dẫn

Xe lai điện đầu tiên trên thế giới (năm 1899)

Các loại động cơ hybrid

-Xe hybrid được phân thành ba loại cấu trúc truyền động cơ bản, bao gồm: hybrid nối tiếp, hybrid song song, hybrid kết hợp

Hybrid nối tiếp

-Hệ thống dẫn động bánh xe được truyền lực trực tiếp từ động

cơ điện Trong khi đó, động cơ đốt trong chỉ có nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy và cung cấp năng lượng cho động cơ điện

 Ưu điểm: Chỉ khi xe chạy đường dài, động cơ xăng mới được sử dụng thay cho động cơ điện Điều này giúp tối ưu lượng nhiên liệu được tiêu thụ, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường

 Nhược điểm: Ắc quy có dung tích và kích thước lớn vì động cơ điện đóng vai trò truyền lực chính Do đó, động cơ xăng dễ rơi vào tình trạng quá tải khi phải làm việc liên tục

để cung cấp đủ năng lượng cho ắc quy và động cơ điện

Hybrid song song

-Hệ thống dẫn động bánh xe được truyền lực trực tiếp từ cả động cơ điện và động cơ đốt trong Bộ điều khiển trung tâm sẽ

tự thiết lập khi nào cả hai động cơ cùng hoạt động song song và khi nào động cơ sẽ hoạt động độc lập

 Ưu điểm: Xe sẽ có công suất cao hơn nhờ được trang bị hai nguồn truyền lực Ắc quy có dung tích và kích thước không quá lớn, giúp giảm áp lực lên lên động cơ xăng

 Nhược điểm: Chi phí sản xuất cao vì hệ thống có kết cấu phức tạp

Hybrid kết hợp

-Đúng như tên gọi, đây là sự kết hợp giữa hệ thống động cơ hybrid nối tiếp và hybrid song song, giúp tận dụng tối đa thế mạnh và khắc phục được những nhược điểm ở cả hai loại động

cơ Hybrid kết hợp được sử dụng nhiều trong sản xuất chế tạo xe hybrid hiện nay

Xe Toyota Cross bản hybrid

Các dòng xe hybrid trên thị trường hiện nay

-Xe hybrid có tổng cộng 4 loại khác nhau, bao gồm: Full hybrid, Mild hybrid, Plug-in hybrid, Range extender hybrid

Full hybrid

-Xe Full hybrid (hay còn có tên gọi khác là parallel hybrid)

là loại xe hybrid sử dụng động cơ điện và động cơ đốt trong một cách riêng lẻ hoặc kết hợp Khi hoạt động riêng lẻ thì động cơ điện chỉ có thể di chuyển trên quãng đường ngắn với tốc độ thấp đến trung bình vì dung lượng pin có hạn Tuy nhiên, pin sẽ

nhanh chóng được sạc đầy bằng cách lấy năng lượng từ chính động cơ đốt trong Động cơ đốt trong vừa đóng vai trò truyền lực cho xe, vừa cung cấp năng lượng giúp pin được sạc đầy

-Đối với xe Full hybrid, động cơ điện sẽ hoạt động riêng lẻ khi

xe mới vừa khởi động và đang ở chế độ không tải Khi xe bắt đầu di chuyển, bộ điều khiển sẽ quyết định cho xe vận hành hoàn toàn bằng điện, bằng xăng/dầu hay cũng có thể kết hợp cả hai

 Ở vận tốc nhỏ, đạp ga nhẹ nhàng thì xe thường sử dụng động cơ điện

 Ở vận tốc nhỏ, đạp ga mạnh thì động cơ đốt trong sẽ được kích hoạt để vận tốc xe tăng nhanh

 Ở vận tốc ổn định từ 50 - 60 km, động cơ đốt trong sẽ tự động ngắt, động cơ điện vẫn tiếp tục hoạt động

-Có thể thấy rằng, đối với loại xe Full hybrid, động cơ điện hoạt động liên tục ngay từ lúc xe bắt đầu khởi hành Ngược lại, động cơ xăng chỉ tiến hành hỗ trợ khi xe cần lực kéo lớn như tăng tốc hay tham gia giao thông ở tốc độ cao

Mild hybrid

-Xe Mild hybrid (hay còn có tên gọi khác là MHEV - xe lai nhẹ) là loại xe hybrid được trang bị động cơ điện và động cơ đốt trong Tuy nhiên, động cơ điện ở MHEV chỉ đóng vai trò hỗ trợ cho động cơ đốt trong mà không thể hoạt động một cách riêng lẻ như Full hybrid

-Trong trường hợp xe đang lao dốc, phanh gấp hoặc tạm dừng, động cơ điện sẽ cho phép động cơ đốt trong tắt đi tạm thời

và nhanh chóng khởi động lại ngay sau đó Cùng với đó, động cơ điện cũng giúp tăng lực kéo cho động cơ đốt trong bằng cách tạo

ra công suất Pin của động cơ điện sẽ nhanh chóng được sạc đầy thông qua quá trình phanh xe

-Một chiếc Mild hybrid sẽ có giá thành sản xuất thấp hơn một chiếc Full hybrid vì kết cấu động cơ của MEHV không quá phức tạp như Full hybrid Tuy nhiên, xe sử dụng hệ thống MEHV vẫn có khả năng tiết kiệm nhiên liệu lên đến 10 - 15%

Plug-in hybrid

-Xe Plug-in hybrid (hay còn có tên gọi khác là PHEV - xe lai sạc điện) là loại xe hybrid được trang bị động cơ điện và động

cơ đốt trong Pin của động cơ điện được sạc đầy bằng cách kết nối với dòng điện bên ngoài thông qua phích cắm

-Nguyên lý hoạt động của Plug-in hybrid tương tự như Full hybrid Xe có thể hoạt động hoàn toàn bằng điện và chỉ sử dụng động cơ đốt trong để truyền động trong trường hợp xe bị hết pin Bên cạnh đó, nhờ dung lượng pin lớn, PHEV có thể đi được quãng đường dài hơn so với các dòng xe hybrid khác

-Xe lai sạc điện ghi điểm nhờ khả năng tiết kiệm nhiên liệu

và hạn chế tối đa lượng khí thải ra môi trường Tuy nhiên, nhiều người không tận dụng được tốt ưu thế này khi sử dụng PHEV như một chiếc xe chạy xăng thông thường Điều này có thể gây tốn kém hơn cả vì Plug-in hybrid có khối lượng lớn hơn xe hơi thông thường, vì vậy xe cũng sẽ cần tiêu thụ nhiều nhiên liệu để vận hành hơn

Chương 2 : Cấu tạo xe lai điện

Cấu tạo xe lai điện nối tiếp gồm:

- Ắc quy (chính): Tích trữ, dự phòng nguồn điện cho động

cơ điện sử dụng

- Ắc quy (phụ): Cung cấp điện để khởi động xe trong trường hợp hệ thống hybrid chưa sẵn sàng được kích hoạt phục

vụ cho các phụ kiện như hệ thống âm thanh, thiết bị điện tử,

- Bộ biến đổi DC-DC ( Bộ chuyển đổi nguồn dòng điện 1 chiều) : Thiết bị này giúp chuyển đổi nguồn điện một chiều có điện áp cao hơn từ bộ ắc quy chính thành nguồn điện một chiều

có điện áp thấp hơn để duy trì hoạt động của các phụ kiện trên xe

và sạc đầy ắc quy phụ

Bộ biến đổi DC-DC(Bộ chuyển đổi nguồn dòng điện 1 chiều)

- Máy phát điện: Tạo ra điện từ sự di chuyển của các bánh

xe trong khi phanh và chuyển năng lượng đó cho pin hybrid Một số phương tiện sử dụng máy phát điện để thực hiện cả chức năng truyền động và cung cấp năng lượng cho động cơ điện

Máy phát điện

- Động cơ điện: Sử dụng năng lượng từ pin hybrid, động cơ này có chức năng truyền động các bánh xe Một số phương tiện

sử dụng động cơ điện để thực hiện cả chức năng truyền động và cung cấp năng lượng cho động cơ điện

- Hệ thống khí xả: Dẫn khí thải từ động cơ ra ngoài qua ống xả Hệ thống ống xả sẽ được trang bị một bộ xử lý khí thải

ba tác dụng nhằm giảm lượng khí thải từ động cơ

- Hệ thống nhiên liệu: Vòi dẫn từ bộ phân phối nhiên liệu được gắn vào thùng chứa trên xe để cung cấp nhiên liệu

- Thùng nhiên liệu: Chứa xăng, sử dụng cho động cơ đốt trong

- Động cơ đốt trong: Nhiên liệu được phun vào buồng đốt kết hợp với không khí sẽ tạo ra hỗn hợp không khí/nhiên liệu được đánh lửa bằng tia lửa từ bugi

- Bộ điều khiển: Quản lý dòng năng lượng điện được cung cấp bởi ắc quy, kiểm soát tốc độ của động cơ điện và mô-men xoắn mà nó tạo ra

- Hệ thống nhiệt (làm mát): Hệ thống này giúp duy trì nhiệt

độ hoạt động của động cơ, động cơ điện và các bộ phận khác ở phạm vi thích hợp

- Hộp số: Chuyển công suất cơ học từ động cơ hoặc động

cơ điện để dẫn động các bánh xe

Hình 1.4 Cấu tạo xe lai điện

- Các loại động cơ hybrid: Xe hybrid được phân thành ba loại cấu trúc truyền động cơ bản, bao gồm: hybrid nối tiếp, hybrid song song, hybrid hỗn hợp

Ưu điểm, nhược điểm của xe hybrid (xe lai điện):

*Ưu điểm của xe hybrid:

-Khả năng vận hành mạnh mẽ: Xe hybrid có công suất khá vượt trội nhờ được trang bị bộ đôi động cơ điện và động cơ đốt trong, giúp tối ưu hóa tốc độ di chuyển

-Dễ sử dụng: Nhờ được trang bị hộp số tự động, người điều khiển có thể lái xe một cách đơn giản ngay từ bước khởi động

-Tiết kiệm chi phí: Phần lớn các mẫu xe hybrid hiện nay đều được chú trọng nâng cao hiệu suất và tuổi thọ cho hệ thống pin giúp tiết kiệm chi phí sửa chữa, bảo trì

-Thân thiện với môi trường: Vì được trang bị động cơ điện nên xe hybrid hạn chế sử dụng chất đốt như xăng, dầu Từ đó, lượng khí thải ra môi trường cũng ít hơn đáng kể

*Nhược điểm của xe hybrid:

- Chi phí chủ xe cần bỏ ra ban đầu khá cao so với xe ô tô truyền thống Tuy nhiên, chi phí nhiên liệu trong quá trình

sử dụng lại được tiết kiệm tối ưu

Nguyên lý hoạt động của xe lai điện nối tiếp

Sơ đồ một hệ dẫn động hybrid nối tiếp

- Bánh xe được kéo bởi một mô tơ điện Mô-tơ điện lấy năng lượng từ nguồn ắc quy hoặc máy phát được dẫn động bởi ĐCĐT ( Động cơ đốt trong) Cụm ĐCĐT/MP ( Động cơ đốt trong/Máy phát ) có nhiệm vụ giúp ắc quy bổ sung năng lượng cho mô-tơ kéo khi công suất tải yêu cầu lớn hoặc nạp cho ắc quy khi công suất tải yêu cầu nhỏ và dung lượng ắc quy thấp

- Bộ điều khiển mô-tơ để điều khiển mô-tơ kéo sinh ra năng lượng phù hợp với yêu cầu của xe

- Trong hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp, cụm ĐCĐT/MP ( Động cơ đốt trong/Máy phát) là phần cơ khí được tách rời với trục bánh xe ( Động cơ đốt trong )Thông thường động cơ đốt trong sẽ được điều khiển ở vùng làm việc tối ưu của nó, ở vùng

mà nhiên liệu tiêu thụ và khí thải phát ra của động cơ là nhỏ nhất Lí do tách rời phần cơ khí của ĐCĐT ( Động cơ đốt trong ) với trục bánh xe nhằm để ĐCĐT ( Động cơ đốt trong ) có thể làm việc ở vùng tối ưu và đặc tính của ĐCĐT ( Động cơ đốt trong ) được thay bằng đặc tính của mô-tơ điện Tuy nhiên, nó phụ thuộc nhiều vào các chế độ làm việc của động cơ và điều khiển chiến lược của hệ dẫn động

Hệ thống xe lai nối tiếp

- Chế độ kéo hỗn hợp: Khi cần yêu cầu một công suất lớn lúc này năng lượng của cả cụm ĐCĐT/MP ( Động cơ đốt trong/ Máy phát ) và nguồn năng lượng từ ắc quy cùng cấp năng lượng cho mô-tơ điện hoạt động Trong trường hợp này, động cơ đốt trong sẽ được điều khiển để làm việc ở vùng tối ưu của nó Nguồn năng lượng từ ắc quy cung cấp công suất thêm để đáp ứng công suất kéo yêu cầu

- Chế độ chỉ có nguồn năng lượng của ắc quy cung cấp cho mô-tơ điện: Trong trường hợp này, chỉ có nguồn ắc quy cung cấp công suất của nó để đáp ứng với công suất yêu cầu, thường

là trong giai đoạn khởi động và gia tốc từ khởi động tới khi xe đạt tới tốc độ cơ bản

- Chế độ chỉ có nguồn năng lượng của cụm ĐCĐT/MP ( Động cơ đốt trong/ Máy phát ) cung cấp cho mô-tơ điện: Trong trường hợp này, chỉ có cụm ĐCĐT/MP ( Động cơ đốt trong/ Máy phát ) cung cấp công suất của nó để đáp ứng công suất yêu cầu, giai đoạn xe chạy ở tốc độ ổn định, chế độ lái bình thường Năng lượng điện được kết nối trực tiếp từ cụm ĐCĐT/MP ( Động cơ đốt trong/ Máy phát ) tới mô-tơ kéo

- Chế độ ắc quy, nạp năng lượng cho ắc quy từ cụm ĐCĐT/MP (Động cơ đốt trong/ máy : Khi năng lượng của ắc quy giảm xuống dưới một mức qui định nào đó thì ắc quy phải được nạp Ắc quy có thể được nạp từ máy phát hay quá trình

phanh tái sinh Thường thì máy phát nạp khi phanh tái sinh nạp không đủ Trong trường hợp này, công suất của động cơ đốt trong được chia làm hai phần: Một để kéo xe, phần còn lại để dẫn động máy phát nạp điện cho ắc quy Dạng hoạt động này chỉ có hiệu quả khi năng lượng của cụm ĐCĐT/MP ( Động cơ đốt trong/ Máy phát ) sinh ra lớn hơn công suất tải yêu cầu

- Chế độ phanh tái sinh: Khi xe phanh, mô-tơ kéo có chức năng như một máy phát điện, biến đổi phần động năng của xe thành năng lượng điện để nạp cho ắc quy

-Bộ điều khiển xe điều khiển hoạt động của mỗi bộ phận tùy theo công suất kéo yêu cầu từ người lái, tín hiệu phản hồi từ

mỗi bộ phận và điều khiển chiến lược cài đặt trước của hệ thống dẫn động Những bộ phận được điều khiển để phù hợp với công suất yêu cầu của người lái xe, hoạt động của mỗi bộ phận với hiệu suất tối ưu, thu lại năng lượng phanh càng nhiều càng tốt, duy trì trạng thái nạp cho ắc quy

Chương 3: Phương pháp tính toán và thiết

kế cho xe điện nối tiếp

-Xác định yêu cầu và mục tiêu: Đầu tiên, cần xác định rõ yêu cầu và mục tiêu của xe điện nối tiếp Điều này bao gồm nắm vững thông số kỹ thuật cần đạt được, như tốc độ, khoảng cách duy trì, khả năng leo dốc, thời gian hoạt động và dung lượng pin cần thiết

-Thiết kế khung và cơ cấu: Xác định thiết kế khung xe và

cơ cấu của xe điện nối tiếp Các yếu tố cần xem xét bao gồm trọng tải, sự ổn định, khả năng điều khiển và hiệu suất

-Lựa chọn động cơ: Chọn động cơ điện phù hợp để điều khiển hệ thống xe Động cơ phải có công suất và hiệu suất tương ứng với yêu cầu của xe

-Lựa chọn hệ truyền động: Lựa chọn hệ truyền động phù hợp, bao gồm bộ truyền động và hộp số (nếu có) Hệ truyền động cần đảm bảo khả năng vận hành mượt mà và hiệu suất cao

-Thiết kế hệ thống lưu trữ năng lượng: Xác định dung lượng pin cần thiết và lựa chọn loại pin phù hợp cho xe điện Ngoài ra, cần xem xét thiết kế hệ thống sạc pin để đảm bảo pin

có thể được nạp lại một cách hiệu quả

-Thiết kế hệ thống điều khiển: Thiết kế hệ thống điều khiển

để điều chỉnh, giám sát và bảo vệ các thành phần của xe điện Điều này đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của xe

-Kiểm tra và đánh giá hiệu suất: Sau khi hoàn thành thiết kế, cần tiến hành kiểm tra và đánh giá hiệu suất của xe điện Thông

qua các phép đo và thử nghiệm, đảm bảo rằng xe đáp ứng được các yêu cầu đã đặt ra

-Tóm lại, quá trình tính toán và thiết kế cho xe điện nối tiếp phiên bản nâng cao đòi hỏi sự xem xét kỹ lưỡng với nhiều yếu tố khác nhau Cần phải lựa chọn các thành phần phù hợp, cân nhắc đến khả năng vận hành và hiệu suất cao nhất để đạt được sự thành công trong việc xây dựng xe điện nối tiếp chất lượng và hiệu quả