EVX còn trang bị cho chiếc xe 2 động cơ điện đặt ở 2 bánh sau, với mỗi động cơ có cơng suất 27 mã lực. Tổng cơng suất 54 mã lực giúp cho chiếc xe tăng tốc từ 0-100 km/h dưới 7 giây. Tốc độ tối đa của xe lên đến 150 km/h. Nhà sản xuất sự kiến mức giá là 370.000 USD, đây không phải là một mức giá thấp. Nhưng xe Immotus lại có ưu điểm là chạy bằng năng lượng sạch giúp bảo vệ môi trường.
4.5.2.2. Ơ tơ năng lượng mặt trời Lightyear One.
Theo kế hoạch năm 2021, Công ty Lightyear (Hà Lan) sẽ đưa ra thị trường ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên. Lightyear one đủ điều kiện sản xuất và lưu thông trên đường. Đây là kết quả sau bao lần nghiên cứu và thử nghiệm của một số cựu nhân viên Ferrari và Tesla. Siêu xe năng lượng mặt trời trên thế giới có tên là Lightyear One.
74
Hình 4. 19: Mẫu ơ tơ chạy bằng năng lượng mặt trời Lightyear One
Lightyear One vẫn sử dụng động cơ điện để hoạt động. Nguồn điện được lấy từ năng lượng mặt trời nhờ tấm pin mặt trời phủ trên mui xe có diện tích khoảng 5m2. Các tấm pin mặt trời được bảo vệ bởi lớp kính an tồn. Độ bền của lớp kính an tồn chịu được sức nặng cửa một người trưởng thành giẫm lến Lightyear One được trang bị pin để dự trữ năng lượng. Theo nhà sản xuất hệ thống điện của Lightyear One được sạc đầy xe di chuyển quãng đường 725 km. Và mỗi giờ ở điều kiện đủ nắng những tấm pin mặt trời sẽ bổ sung năng lượng cho Lightyear One. Mỗi giờ như thế xe nối dài thêm khoảng cách di chuyển thêm 12 km. Công ty Lightyear cho biết thêm nếu sạc pin bằng nguồn 60 kW trong một giờ, xe sẽ di chuyển được 507 km. Nếu sạc qua đêm bằng nguồn 220 volt xe di chuyển được khoảng 400 km.
4.6. Xe Hybrid (HEV).
4.6.1. Khái quát về xe Hybrid.
4.6.1.1. Sự ra đời và phát triển của xe Hybrid.
Gần hai thập niên qua sự phát triển bùng nổ về công nghệ của ngành công nghiệp sản xuất ô tô như: ứng dụng điện tử, tin học, vật liệu mới,… để nâng cao chất lượng và độ an tồn cho
75 con người. Bên cạnh đó xe Hybrid cũng có sự phát triển đáng kể từ những năm 2000 cho thấy tương lai sáng sủa của sản phẩm cơng nghệ này. Tuy nhiên, ít người biết rằng những chiếc hybrid đã xuất hiện từ hơn một thế kỷ trước.
Hơn một thế kỷ trước, theo nghiên cứu của Toyota, một người tên Piper đã đề nghị cấp bằng sáng chế về một dạng động cơ kết hợp giữa xăng và điện như các hệ thống hybrid ngày nay. Mục đích của Piper lúc đó là làm sao giúp chiếc xe tăng tốc lên 40 km/h trong khoảng chưa đến 10 giây, vào thời buổi mà tốc độ xe ơtơ trung bình phải mất hơn nửa phút để đạt tới con số trên. Ý tưởng hết sức độc đáo nhưng Piper đã không gặp thời. Sự bùng nổ xe gắn máy hai bánh vào đầu thế kỷ trước đã khiến sáng chế của Piper rơi vào quên lãng. Giá nhiên liệu rẻ mạt, khơng có bất cứ quy định nào về khí thải khiến cho người sử dụng ơtơ và xe máy đều không quan tâm tới các hệ thống động cơ lạ lẫm.
Nghiên cứu của Toyota còn chỉ ra rằng tại Pháp, cơng ty Ơtơ điện Paris đã chế tạo một loạt xe điện và hybrid trong những năm cuối thế kỷ 19 và đầu 20. Các nhà sản xuất xe Pháp thực sự là những người đi tiên phong trong ngành cơng nghiệp xe hơi. Đất nước hình lục lăng này từng là nơi chế tạo ôtô lớn nhất thế giới cho tới khi bị nước Mỹ chiếm mất vị trí. Tiếc là lúc đó, những hãng xe lớn nhất nước Pháp lại hồn tồn vắng bóng ở thị trường Bắc Mỹ. Một trong số những xe hybrid của cơng ty Ơtơ điện Paris, mang tên Kreiger, là xe dẫn động bánh trước và có tay lái trợ lực.
Một chiếc xe được gọi là “Hybrid” nếu nó sử dụng từ 2 loại năng lượng trở lên để tạo ra lực kéo. Nói một cách chính xác hơn, xe Hybrid sẽ được trang bị một động cơ đốt trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, một khối pin và một hay nhiều động cơ điện. Xe Hybrid thường hay bị nhầm lẫn với “xe điện” – loại xe chỉ dùng năng lượng điện sạc từ bên ngoài để vận hành, loại xe này được gọi là “Plug-in Hybrid”. Xe Hybrid được chế tạo để kết hợp động cơ xăng và động cơ điện một cách hợp lý nhằm đạt được những yêu cầu khác nhau, ví dụ như: cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu, gia tăng sức mạnh hoặc cung cấp thêm năng lượng cho những thiết bị điện tử và tiện nghi trên xe.
4.6.1.2 Cấu tạo và các chế độ làm việc của xe Hybrid.
76
Hình 4. 20: Cấu tạo của xe Hybrid
- Động cơ (Engine)
- Bộ điều khiển (Power Control Unit) - Bộ chia công suất (Power Split Device) - Mô tơ điện (Motor)
- Máy phát điện (Generator) - Ắc quy (Battery)
❖ Các chế độ làm việc của xe Hybrid:
Như đã nói ở trên là động cơ Hybrid kết hợp động cơ xăng và một hay nhiều động cơ điện để hoạt động. Bao gồm máy phát điện, pin hybrid, bộ điều khiển và bộ chuyển đổi điện áp.
77
Hình 4. 21: Động cơ đốt trong (khung đỏ) Mô-tơ và động cơ Hybrid (khung xanh)
Cũng như các chiếc xe khác, nguyên lí hoạt động của xe Hybrid được chia thành 4 trạng thái hoạt động là khởi hành, tăng tốc di chuyển trên đường bằng và giảm tốc.
Ở mỗi trạng thái chúng sẽ được cân chỉnh lượng nhiên liệu sao cho hợp ý. Để có thể tiết kiệm nhiên liệu nhất có thể.
• Chế độ bắt đầu khởi hành:
Khi tài xế ấn nút khởi động xe, lúc này chỉ động cơ điện hoạt động, động cơ đốt trong vẫn trong trạng thái nghỉ, chưa hoạt động.
Khi tài xế nhấn ga cho xe di chuyển. Lúc này tùy thuộc vào cách mà tài xế vận hành. Nếu nhẹ nhàng chân ga, sẽ vẫn chỉ có mơ-tơ điện làm việc, cung cấp lực kéo cho trục dẫn động, đẩy xe về phía trước.
78
Hình 4. 22: Khi xe ơ tơ Hybrid khởi động
Còn khi tài xế đạp sâu ga ngay lập tức, hệ thống điều khiển xe Hybrid hiểu người lái muốn tăng tốc nhanh, lúc này động cơ xăng sẽ được kích hoạt để hỗ trợ động cơ điện.
Đối với xe bình thường, sử dụng động cơ đốt trong sẽ tiêu hao nhiều nhiên liệu để có thể khởi động. Khắc phục tình trạng này, xe Hybrid sẽ sử dụng năng lượng từ những chiếc bình pin hybrid, để cung cấp cho động cơ xoay chiều nguồn năng lượng chính giúp xe có thể khởi động.
• Chế độ tăng tốc:
Bất cứ khi nào người lái đạp thốc ga, dù tại vị trí đứng yên hay đang tốc độ di chuyển ổn định, xe sẽ lấy thêm điện từ pin hybrid để bổ sung cho động cơ điện, đồng thời động cơ xăng hoạt động bổ sung.
Xe sử dụng động cơ đốt trong khi tăng tốc sẽ tăng mơ-men xoắn lên nhiều lần. Vịng tua máy quay nhanh hơn cũng như tiêu hao nhiều nhiên liệu hơn.
79
Hình 4. 23: Khi xe hơi Hybrid tăng tốc
Trong khi đó, xe Hybrid sẽ tận dụng năng lượng được truyền đến bánh xe bởi 3 nguồn khác nhau. Năng lượng của động cơ đốt trong, năng lượng bổ sung từ pin hybrid và năng lượng từ máy phát điện xoay chiều. Điều này giúp động cơ đốt trong được giảm tải bớt đi. Nó giúp xe tiết kiệm được nhiên liệu.
• Chế độ di chuyển trên đường băng ở tốc độ ổn định:
Khi xe di chuyển với vận tốc thấp, ổn định, chỉ có động cơ điện hoạt động, nếu pin còn đủ năng lượng. Nhưng khi tốc độ tăng lên cao, động cơ đốt trong sẽ hoạt động.
Ngoài việc truyền lực cho bánh xe thì nó cịn cung cấp năng lượng cho máy phát điện. Và cung cấp năng lượng cho động cơ xoay chiều.
Khi động cơ xoay chiều hoạt động nó sẽ chia sẻ việc cung cấp năng lượng với động cơ đốt trong. Đồng thời việc này còn giúp sạc điện cho pin hybrid. Ngăn chặn sự thất thoát nhiên liệu.
80
Hình 4. 24: Khi xe di chuyển ở tốc độ ởn định
• Chế độ giảm tốc:
Đối với xe thơng thường thì khi phanh, động năng sẽ bị triệt tiêu do lực ma sát. Nguồn năng lượng này tương đối lớn và bị lãng phí. Đối với xe Hybrid qn tính trong q trình giảm tốc sẽ được tận dụng làm quay máy phát điện. Từ đó tích trữ điện cho pin hybrid. Nó sẽ lại có ích cho q trình tăng tốc và khởi động.
81 Khi xe dừng hẳn, cả động cơ xăng và mơ-tơ điện sẽ tự ngắt để bảo tồn nguồn năng lượng.
4.6.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của xe Hybrid.
❖ Ưu điểm:
Ưu điểm đầu tiên của động cơ Hybrid chính là tiết kiệm xăng hiệu quả bởi các quãng đường ngắn hay đông đúc xe sẽ dùng điện. Trong thực tế bất kể giá tăng hay giảm thì người tiêu dùng vẫn có xu hướng tiết kiệm xăng mỗi khi sử dụng xe. Mặt khác xe sử dụng điện thay xăng thì khơng xả nhiều khói bụi gây hại cho mơi trường, giảm bớt tình trạng ơ nhiễm.
Xe Hybrid thân thiện với mơi trường do đó được nhiều người trên thế giới ưa chuộng sử dụng để di chuyển trong nội thành hay những khu vực ô nhiễm. Bạn hãy nghĩ xem vào giờ cao điểm, tình trạng kẹt xe khiến số lượng khí thải tăng cao gây hại môi trường. Nhưng nếu số đơng dùng xe Hybrid thì tình trạng này sẽ được khắc phục.
Nhiều người e ngại dùng xe Hybrid vì nghĩ nó khó lái. Thực tế ưu điểm lớn nhất của xe Hybrid chính là rất dễ điều khiển. Khi tìm hiểu động cơ Hybrid bạn sẽ thấy đa số những mẫu xe này đều dùng hộp số tự động. Do đó bạn dễ dàng khởi động xe. Với các xe Hybrid không dùng hộp số tự động như Lexus hoặc Toyota cũng khơng làm khó người lái bởi trang bị hộp số vô cấp.
❖ Nhược điểm:
Giá thành là nhược điểm đầu tiên của xe Hybrid bởi chúng thường có chi phí khá đắt đỏ. Nhiều dịng xe phổ thơng nổi tiếng cũng đã có cho mình phiên bản Hybrid riêng. Ví dụ như Kia Optima, Honda Civic, Hyundai Tucson… Nhưng các phiên bản này đều có giá thành cao hơn bản thường.
Một nhược điểm khác của xe Hybrid chính là sạc pin. Điều này đồng nghĩa nếu bạn là người não cá vàng hoặc quá bận rộn thì sạc pin cho xe là cả một vấn đề. Mặt khác trước đây các mẫu xe Hybrid khơng có ưu điểm về ngoại hình. Hình dáng của chúng thường cục mịch, kém tinh tế và sang trọng như xe động cơ xăng hoặc diesel. Nhưng hiện nay tình trạng này đã được cải thiện đáng kể.
82
4.6.2.1. Hybird nối tiếp (Series Hybird).
Đây là mơ hình Hybrid lâu đời nhất, nó đã được ứng dụng trên những đầu máy xe lửa và tàu thủy xuất hiện ở thế kỷ trước. Trong một chiếc xe sử dụng nền tảng Series Hybrid, động cơ điện đóng vai trò trưc tiếp trong việc tryền lực cho bánh xe.
Chính vì thế, u cầu đặt ra là động cơ điện phải có sức mạnh lớn, dẫn đến kích thước của nó rất to. Tuy chạy bằng động cơ điện nhưng loại xe này vẫn được xem là xe Hybrid bởi vì nó vẫn sử dụng động cơ xăng để tại ra nguồn điện cung cấp cho động cơ điện và hoạt động như là một chiếc máy phát điện đúng nghĩa.
Hình 4. 26: Mơ hình truyền lực của Hybrid nối tiếp
Ngày nay hầu như khơng có bất kì chiếc xe ơ tơ Hybrid nào sử dụng nền tảng này. Tuy nhiên, nền tảng “xưa” nhất này vẫn còn được ứng dụng trên những chiếc xe sử dụng năng lượng từ pin nhiên liệu Hydrogen thay vì dùng động cơ xăng truyền thống để tạo ra dòng điện.
4.6.2.2. Hybrid song song (Parallel Hybrid).
Đây là mơ hình Hybrid đơn giản và ít “tốn kém” nhất nên nó được áp dụng khá nhiều trên xe hơi. Ở nền tảng này, động cơ xăng chỉ làm một nhiệm vụ duy nhất là cung cấp sức mạnh cho chiếc xe, động cơ điện đóng vai trị hỗ trợ cho động cơ xăng mỗi khi chiếc xe cần gia tốc mạnh, ví dụ như khi tăng tốc, qua mặt hay leo đèo chẳng hạn…
83
Hình 4. 27: Mơ hình truyền lực của Hybrid song song
Nếu lượng pin còn lại đủ lớn, động cơ điện sẽ thay thế ln động cơ xăng trong những tình huống xe di chuyển chậm và khơng cần nhiều sức mạnh. Trong mơ hình này, hệ thống tái tạo năng lượng phanh (Regenerative Braking) sẽ đóng vai trị chủ đạo trong việc “sạc pin” chứ khơng phải động cơ điện. Do đó, tốc độ “phục hồi” năng lượng của cụm pin sẽ diễn ra khá chậm.
4.6.2.3. Hybrid song song kết hợp (Mid Parallel Hybrid).
Những mơ hình Hybrid này sử dụng một động cơ điện nhỏ gọn (thường <20 kW) để cung cấp các tính năng tự động như dừng / khởi động và cung cấp thêm trợ lực trong quá trình tăng tốc và tạo ra năng lượng trong giai đoạn giảm tốc (hay còn gọi là tái tạo năng lượng phanh – Regenerative Braking).
4.6.2.4. Hybrid nối tiếp-song song (Series-Parallel Hybrid).
Như cái tên của nó đã nói lên tất cả, mơ hình Hybrid này chính là sự kết hợp của 2 dạng nêu trên. Nó chính là nền tảng có kết cấu phức tạp nhất, và tất nhiên là có chi phí sản xuất và giá thành cao nhất.
84 Tuy nhiên, giá trị mà nó mang lại là rất xứng đáng, những chiếc xe Series-Parallel Hybrid ln có mức tiêu hao nhiên liệu tốt nhất, có thời gian sử dụng điện năng từ bộ pin lâu nhất và tốc độ tối đa đạt được là cao nhất so với các nền tảng khác.
Hình 4. 28: Mơ hình truyền lực Hybrid nối tiếp – song song
Trong mơ hình này, sức mạnh tạo ra từ động cơ xăng & động cơ điện được kết hợp với nhau một cách linh hoạt nhằm bổ trợ cho nhau và tạo ra hiệu quả hoạt động tốt nhất cho chiếc xe.
Động cơ xăng sẽ đóng vai trị cung cấp sức mạnh chủ yếu cho chiếc xe, động cơ điện sẽ hỗ trợ cho động cơ xăng khi cần thiết (mơ hình Parallel Hybrid). Điện năng sẽ được lưu trữ trong cụm pin (thường là loại Li-ion) của chiếc xe, nó sẽ được sạc thơng qua hệ thống tái tạo năng lượng phanh (Regenerative Braking) và cả động năng sinh ra từ động cơ xăng (mơ hình Series Hybrid).
Chính vì thế, nếu hoạt động một cách luân phiên thì cụm pin trên xe hầu như lúc nào cũng được sạc đầy. Mỗi chiếc xe được trang bị nền tảng Series-Parallel Hybrid đều có một hệ thống quản lý chế độ lái và điều kiện vận hành thông minh. Hệ thống này sẽ tự động nhận biết được
85 điều kiện lái và mức pin còn lại để đưa ra chế độ vận hành hiệu quả nhất (Series hoặc Parallel) ở một thời điểm nào đó cụ thể.
4.6.2.5. Xe điện Hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle).
Một mơ hình phụ khác của xe Hybrid là xe điện Hybrid. Xe điện Hybrid là dịng xe lai sạc điện có bộ pin lớn và được sạc từ nguồn điện bên ngồi, có cấu tạo thường là Hybrid Xăng – Điện chung (song song hoặc nối tiếp) với khả năng lưu trữ năng lượng tăng lên, thường được lưu trữ trọng cụm pin lithium-ion.
Hình 4. 29: Mơ hình truyền lực Plug-in Hybrid
Mơ hình này cho phép xe chạy ở chế độ hồn toàn bằng điện trong một quãng đường dài, phụ thuộc vào kích thước của pin và cách bố trí cơ học của nó (nối tiếp hoặc song song).
Xe điện Hybrid có thể được kết nối với nguồn điện chính ở trạm cấp điện để tránh sạc bằng động cơ đốt trong khi trong quá trình vận hành.
4.6.3. Tìm hiểu về ắc-quy Hybrid và tính tốn hệ thống cung cấp điện trên xe Hybrid. Hybrid.
86
4.6.3.1. Các loại ắc-quy Hybrid.
Các dịng xe ơ tơ sử dụng bình điện hybrid được thiết kế khá cơng phu, do đặc tính sản phẩm địi hỏi u cầu về kĩ thuật tương đối khắt khe. Một trong những yêu cầu tiên quyết là độ an toàn, tiếp đến là tuổi thọ, sau cùng là cung cấp điện áp cao với dung lượng lớn. Trong