3. Tổng quan về sự phõt triển ụ tụ lai vă cõc
3.1. Khõi niệm hệ thống truyền lực của xe Hybrid
Một cõch cơ bản, bất cứ hệ thống truyền lực của phương tiện vận tải thỡ yớu cầu thứ nhất lă đặc tớnh hiệu suất nhiớn liệu của động cơ phải phự hợp với sự đũi hỏi của hoạt động thực tế để cung cấp đủ năng lượng đõp ứng nhu cầu tải cho sự vận hănh của phương tiện, mang đủ năng lượng bớn trong nú để truyền cho phương tiện trong một cự ly nhất định, hiệu suất cao, vă phõt thải ớt chất gđy ụ nhiểm gđy mụi trường. Một cõch rộng hơn, một phương tiện vận tải cú thể cú nhiều hơn một nguồn năng lượng vă bộ biến đổi năng lượng (nguồn năng lượng) như một hệ thống động cơ nhiệt - xăng (hoặc Diesel), Hydrogen - pin nhiớn liệu – hệ thống động cơ điện, ắc quy húa học v..v. Một phương tiện vận tải cú hai hoặc nhiều hơn nguồn năng lượng vă bộ chuyển đổi năng lượng thỡ gọi lă một xe Hybrid. Một xe Hybrid với một hệ thống truyền động bằng điện (nguồn năng lượng, bộ chuyển đổi năng lượng) thỡ được gọi lă một HEV.
Một hệ thống truyền động xe Hybrid thường gồm khụng nhiều hơn hai hệ thống truyền lực. Nhiều hơn hai hệ thống truyền lực sẽ lăm hệ thống phức tạp. Nhằm mục đớch lấy lại phần năng lượng khi phanh, cõi mă bị tiớu tõn thănh nhiệt trong cõc phương tiện truyền thống, một hệ thống truyền động xe Hybrid thường cú một nguồn năng lượng thuận nghịch vă bộ chuyển đổi. Một loại hệ khõc cả hai thuận nghịch hoặc khụng thuận nghịch. Hỡnh vẽ bớn dưới thể hiện khõi niệm hệ thống truyền động của xe Hybrid vă đường đi của cõc luồng cụng suất khõc nhau.
Nguoăn naớng lửụùng (1) Tại Nguoăn naớng lửụùng (2) boụ chuyeơn ủoơi naớng lửụùng (1) boụ chuyeơn ủoơi naớng lửụùng (2) S Heụ thoõng truyeăn lửùc (1)
(Moụt chieău)
Heụ thoõng truyeăn lửùc (2) (Hai chieău)
Luoăng cođng suaõt tỏo lửùc ủaơy Luoăng cođng suaõt nỏp lỏi
Hệ thống truyền động xe Hybrid cung cấp năng lượng theo yớu cầu bởi một hệ thống truyền lực thớch hợp. Cú nhiều dạng khả dụng của sự tổ hợp cõc luồng cụng suất để đõp ứng đũi hỏi của tải như mụ tả ở dưới :
1) Chỉ hệ thống truyền lực 1cung cấp năng lượng cho tải.
2) Chỉ hệ thống truyền lực 2 cung cấp năng lượng cho tải.
3) Cả hệ thống truyền lực 1 vă 2 cựng cung cấp năng lượng cho tải tại
cựng thời điểm.
4) Hệ thống truyền lực 2 nhận năng lượng từ tải (Phanh tõi sinh).
5) Hệ thống truyền lực 2 nhận năng lượng từ hệ thống truyền lực 1.
6) Hệ thống truyền lực 2 nhận năng lượng từ hệ thống truyền 1 vă tải tại
cựng thời điểm.
7) Hệ thống truyền lực 1 cung cấp năng lượng đến tải vă hệ thống truyền
lực 2 tại cựng thời điểm.
8) Hệ thống truyền lực 1 cung cấp năng lượng đến hệ thống truyền lực 2
vă hệ thống truyền lực 2 cung cấp năng lượng đến tải.
9) Hệ thống truyền lực 1 cung cấp năng lượng đến tải, vă tải cung cấp
năng lượng đến hệ thống truyền lực 2.
Trong trường hợp của sự lai húa với một động cơ dựng nhiớn liệu lỏng
( HTTL1) vă một ắc quy – động cơ điện (HTTL2), dạng (1) lă chế độ chỉ động cơ nhiệt tạo lực đẩy. Chế độ năy cú thể sử dụng khi bỡnh ắc quy hầu như đờ được sử dụng hết vă động cơ khụng cũn năng lượng dư thừa để nạp bỡnh ắc quy hoặc khi bỡnh ắc quy đờ nạp đầy vă động cơ cú thể cung cấp đủ năng lượng đõp ứng yớu cầu tải của xe. Dạng (2) chế độ tạo lực đẩy thuần tỳy lă điện, lỳc năy động cơ tắt. Dạng năy cú thể sử dụng ở vớ trớ nơi mă động cơ khụng thể hoạt động cú hiệu quả như khi tốc độ rất thấp hoặc trong vựng nơi mă sự ụ nhiểm bị kiểm soõt chặt chẽ. Dạng (3) lă chế độ hoạt động hỗn hợp vă cú thể sử dụng khi cú nhu cầu năng lượng lớn như gia tốc đột ngột hoặc leo dốc đứng. Dạng (4) lă chế độ phanh tõi sinh lỳc năy động năng hoặc thế năng của xe được khụi phục thụng qua hoạt động của động cơ điện như một mõy phõt. Năng lượng tõi sinh được lưu giữ trong bỡnh ắc quy vă được sử dụng sau. Dạng (5) lă chế độ trong đú động cơ nạp năng lượng cho ắc quy trong khi xe dừng tại chỗ, xuống dốc, hoặc đi xuống một bậc mảnh khảnh trong đú khụng cú
năng lượng năo đi văo trong hoặc đến từ tải. Dạng (6) lă chế độ trong đú cả phanh tõi sinh vă động cơ đồng thời nạp ắc quy. Dạng (7) lă chế độ trong đú động cơ thời đẩy xe vă nạp ắc quy. Dạng (8) lă chế độ mă động cơ nạp ắc quy vă ắc quy cung cấp năng lượng đến tải. Dạng (9) lă chế độ trong đú dũng năng lượng văo trong ắc quy từ động cơ nhiệt thụng qua khối lượng của xe. Hệ đặc trưng của chế độ năy lă 2 hệ thống truyền lực tõch biệt đặt ở trục trước vă trục sau của xe.
Chế độ hoạt động đa dạng ở xe Hybrid tạo sự linh hoạt hơn ở cõc xe cú hệ thống truyền lực đơn. Với mỗi hệ riớng vă điều khiển ứng dụng chế độ riớng cho mỗi điều kiện hoạt động, đặc biệt cú thể tối ưu húa chỉ tiớu vận hănh tổng cộng, hiệu suất, vă ụ nhiểm.
Hỡnh 3.3: Năng lượng tải được phđn tớch thănh thănh phần ổn định vă động
Tuy nhiớn trong thực tế thiết kế tớnh toõn việc quyết định chế độ nớn thực thi phụ thuộc văo nhiều yếu tố như cấu trỳc vật lý của hệ thống truyền lực, đặc tớnh hiệu suất của hệ thống, đặc tớnh tải…
Việc vận hănh mỗi hệ thống truyền lực trong vựng hiệu suất tối ưu của nú thỡ cần thiết đối với hiệu suất tổng cộng của xe. Một động cơ núi chung cú hiệu suất tốt nhất trong vựng vận hănh với bướm ga mở rộng. Việc vận hănh ra khỏi vựng năy sẽ lă nguyớn nhđn lăm thiệt hại nhiều hiệu suất. Mặt khõc thiết hại hiệu suất trong một động cơ điện thỡ khụng tệ hại như vậy khi so sõnh với một động cơ hoạt động khỏi vựng tối ưu của nú.
Trong hoạt động thực tế tải của xe thay đổi một cõch ngẫu nhiớn được chứng minh bởi tần số gia tốc, lớn dốc, xuống dốc, như minh họa ở hỡnh 3.3. Thật sự, năng lượng tải bao gồm hai thănh phần: một lă năng lượng cđn bằng (trung bỡnh) nú cú giõ trị khụng đổi vă một thănh phần khõc lă động năng nú cú giõ trị trung bỡnh bằng 0. Trong chiến lược của xe Hybrid một hệ thống truyền lực thiớn về chế độ hoạt động ổn định như một động cơ đốt trong, pin nhiớn liệu cú thể được sử dụng để
0 Thụứigian Naớng lửụùng tại 0 Thụứigian ẹoụng naớng 0 Naớng lửụùng ổn định = + Thụứigian
cung cấp năng lượng trung bỡnh. Mặt khõc, một hệ thống truyền lực khõc như một động cơ điện cú thể sử dụng để cung cấp động năng. Năng lượng tổng cộng cung cấp ra từ hệ thống truyền động động năng sẽ bằng 0 trong cả chu kỳ truyền động. Điều năy hăm ý rằng nguồn năng lượng của hệ thống truyền động động năng khụng bị mất mõt chỳng tớch năng lượng tại điểm cuối của chu trỡnh truyền động, nú đặc trưng như một cõi dập tắt năng lượng dao động.
Trong xe Hybrid năng lượng cđn bằng ổn định cú thể được cung cấp bởi một động cơ đốt trong, động cơ Stirling, một pin nhiớn liệu v…v. Động cơ đốt trong hoặc pin nhiớn liệu cú thể được thiết kế nhỏ hơn khi dựng trong hệ thống truyền lực đơn bởi vỡ động năng thỡ được cung cấp bởi nguồn năng lượng khõc, vă lỳc đú cú thể hoạt động ổn định trong hầu hết vựng hiệu suất tối ưu của nú. Năng lượng động năng cú thể được cung cấp bởi của một động cơ điện, bởi năng lượng từ bỡnh ắc quy húa học, bõnh đă (ắc quy cơ khớ), vă sự kết hợp của chỳng.