Bài giảng ô tô sử dụng năng lượng mới

Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão như ngày nay thì nhu cầu về năng lượng là rất cần thiết, trong khi các nguồn năng lượng dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên và ngay cả thủy điện là có hạn khiến cho nhân loại có nguy cơ đứng trước việc thiếu năng lượng. Do đó, để đối phó với tình trạng này:+ Một là: Gia tăng hiệu suất năng lượng để giảm nhu cầu về năng lượng.+ Hai là: Tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới.Ô tô sử dụng nhiên liệu không truyền thống như LPG , CNG , Hydro , Biogas v..v..

Chương 1: MỞ ĐẦU

1 Đặc điểm tình hình về các nguồn năng lượng trên thế giới.

1.1 Nhu cầu sử dụng năng lượng.

Hình 1.1 Tiêu thụ năng lượng khả dụng chia theo ngành kinh tế

1.2 Sự cạn kiệt các nguồn năng lượng truyền thống.

Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão như ngày nay thì nhucầu về năng lượng là rất cần thiết, trong khi các nguồn năng lượng dự trữ như than

đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên và ngay cả thủy điện là có hạn khiến cho nhân loại

có nguy cơ đứng trước việc thiếu năng lượng Do đó, để đối phó với tình trạng này:

+ Một là: Gia tăng hiệu suất năng lượng để giảm nhu cầu về năng lượng.+ Hai là: Tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới

1.3 Các nguồn năng lượng mới.

- Sản phẩm xăng Ethanol (tiết kiệm và giảm bớt khí thải CO2): Đây là loạixăng pha cồn sinh học, sẽ làm giảm bớt khí thải CO2 ra không khí, là một loạinhiên liệu thân thiện hơn với môi trường, đồng thời người tiêu dùng sẽ tiết kiệmđược 500 đồng/lít xăng so với giá xăng thông thường (A92)

- Biodiesel: Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu cótính chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từdầu thực vật hay mỡ động vật Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, làmột loại năng lượng sạch Mặt khác chúng không độc và dễ phân giải trong tựnhiên

- Biogas: Là 1 loại khí sinh học, được sản xuất từ việc lên men yếm khí cácloại phân hữu cơ hay xác động, thực vật Hiện nay ở quy mô toàn cầu, Biogas lànguồn năng lượng lớn Tổng sản lượng ứng dụng chiếm 9% đến 10 % tổng nănglượng trên thế giới.

- Khí hoá lỏng LPG (Liquefied Petrolium Gas), Khí thiên nhiên nén CNG(Compressed Natural Gas):Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là Propan(C3H8) và Butan (C4H10), thành phần hóa học của CNG chủ yếu là Metan (CH4)

và các Hydrocacbon khác như là Etan, Propan

- Hydro: nguồn năng lượng mới thay thế dầu - khí trong tương lai: Hydro làmột loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiênnhiên, đã được sử dụng làm nhiên liệu phóng các tàu vũ trụ Đặc điểm quan trọngcủa hydro là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác, nhưcacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước(H2O), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng

- Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyểnTrái Đất

Hình 1.2 Tuốc bin gió tại Tây Ban

Nha

Hình 1.3 Tuốc bin gió tại bờ biển Đan

Mạch

- Năng lượng mặt trời là năng lượng thu nhận từ ánh sáng mặt trời

+ Tấm năng lượng mặt trời là thiết bị để thu nhận năng lượng từ ánh sáng

mặt trời Thuật ngữ này được sử dụng để chỉ chung cả các tấm năng lượng mặt trời

để nung nước nóng (cung cấp nước nóng dùng trong nhà) hay tấm quang điện

(cung cấp điện năng)

Hình 1.4 Một phòng giặt ở California sử dụng năng lượng mặt trời

+ Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị

bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời cókhả năng tạo ra dòng điện sử dụng được Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quangđiện

Hình 1.5 Một tế bào quang điện

Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là lượng điện thu được từ nănglượng chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều Hiện nay một số nơi trênthế giới đã triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng thuỷ triều, một ví

dụ điển hình là hệ thống Limpet Hệ thống này hoạt động theo nguyên lý như sau:

1 Lúc thuỷ triều thấp: chu trình nạp

2 Thuỷ triều lên cao: chu trình nén

3 Thuỷ triều xuống thấp: chu trình xả, kết thúc và nạp cho chu kỳ tiếp theo

Sự thay đội chiều cao cột nước làm quay turbine tạo ra điện năng, mỗi máy Limpet

có thể đạt từ 250 KW đến 500 KW

Hình 1.6 Hệ thống năng lượng thủy triều Bắc Ireland

- Pin nhiên liệu ( Fuel-Cell) là một thiết bị dùng Hydro (hay các nhiênliệu giàu Hydro) và Oxy để tạo ra điện bằng một quá trình điện hóa

2 Ô tô và ô nhiễm môi trường.

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nóichung không giống nhau nhưng đều có xu thế chung là từng bước ô tô hóa Tốc độgia tăng số lượng ô tô trên thế giới rất lớn, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á, chẳnghạn Hàn Quốc tốc độ tăng hằng năm là 20%, Malaysia tốc độ này có thể đạt 70% Cùng với việc gia tăng số lượng ô tô thì số lượng xe gắn máy hai bánh giảm dần.Theo xu thế phat triển của ngành ô tô thì thị trường ô tô tiềm năng trong thế kỷ 21

Hình 1.7 Pin nhiên liệu hydro

sẽ dịch chuyển từ các nước Đông âu và Châu Mỹ La Tinh sang các nước ĐôngNam Á, Trung Á và cuối cùng là Châu Phi Theo dự báo, số lượng ô tô ở Châu ÁThái Bình Dương sẽ tăng từ 0,7 chiếc/1000 người dân năm 1985 đến 10chiếc/1000 người dân năm 2020 và 20 chiếc/1000 người dân vào năm 2060.

Sự gia tăng mật độ ô tô dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải quyết đó là sự quátải của cơ sở hạ tầng và ô nhiễm môi trường Sự phát triển ngành giao thông vậntải và công nghiệp chế tạo ô tô của hầu hết các nước đều được thực hiện theo địnhhướng làm giảm nhẹ sự tác động của hai vấn đề này đến kinh tế-xã hội

- Giảm tải cho cơ sở hạ tầng:

Giải quyết vấn đề này một mặt liên quan đến công tác qui hoạch đô thị, nângcấp hệ thống giao thông, mở rộng đường, thiết kế tốt các nút giao thông, xây dựngcác bãi đậu xe và mặt khác, cần phải lựa chọn kích cỡ ô tô phù hợp

Kích cỡ và kiểu dáng ô tô đã có sự thay đổi rất đáng kể trong thế kỷ qua vàdường như theo qui luật "đường xoắn trôn ốc".Người ta ưu tiên chọn ô tô nhỏ bởi

lẽ chúng gọn nhẹ, chiếm ít không gian trong garage và thuế lưu hành thấp Chính

vì vậy, những chủng loại xe như Renault Twingo, Ford KA, thuộc loại ô tô bánchạy nhất ở Châu Âu Mới đây trên thị trường ô tô thế giới xuất hiện những chủngloại ô tô có kích thước rút gọn hai chỗ ngồi SMART Trên thị trường Châu Á, cácnhà chế tạo ô tô cũng rất quan tâm đến việc sản xuất các loại ô tô cỡ nhỏ Ô tô KiaMorning, Matiz của Daewoo là một ví dụ điển hình

Trong điều kiện cơ sở hạ tầng phục vụ cho giao thông ở nước ta chưa đượcphát triển, nhà ở thành phố chật hẹp, chỗ đậu xe chưa được xây dựng, việc sử dụngcác loại ô tô cá nhân cỡ lớn sẽ gây nhiều phiền hà cho công tác tổ chức giao thôngcũng như cho người sử dụng Vì vậy nhiệm vụ đặt ra cho các nhà khoa học và các

cơ quan quản lý giao thông là xác định kiểu loại ô tô phù hợp với nước ta đểkhuyến khích người dân sử dụng Ô tô cá nhân ở nước ta trước hết phải là phươngtiện đi lại thông dụng thay thế xe gắn máy Vì vậy ô tô phải gọn nhẹ, tốc độ vàquãng đường hoạt động tương thích với xe gắn máy nhưng an toàn và tiện nghihơn, đặc biệt là tránh mưa nắng và bụi trên đường Giá thành của xe phải thấp đểđại bộ phận người dân có nhu cầu có thể mua sắm Trong bối cảnh đó thì ô tô cỡnhỏ hai chỗ ngồi là phù hợp với nước ta nhất

- Xu hướng phát triển ô tô sạch

Ô tô sạch không gây ô nhiễm (Zero emission) là mục tiêu hướng tới của cácnhà nghiên cứu và chế tạo ô tô ngày nay Có nhiều giải pháp đã được công bốtrong những năm gần đây, tập trung là hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel,

sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên,methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tô lai(hybrid) Xu hướng phát triển ô tô sạch có thể tổng hợp như sau:

+ Hoàn thiện động cơ diesel:

Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệttính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điềukhiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng hoặc nâng cao chấtlượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Việcdùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng (dual fuel)cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ diesel

+ Ô tô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế:

Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza, có nguồn

từ thực vật Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ítchất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính.Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế trên phương tiện vận tảinói chung và trên xe buýt nói riêng vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệucòn cao Tuy nhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồidào hoặc các loại nhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sảnxuất công nghiệp

Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethylether (DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên Đây là loại nhiên liệu thay thế cựcsạch có thể dùng cho động cơ diesel giống như LPG Thử nghiệm trên ô tô chothấy, ô tô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ô

tô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV Nếu việc sản xuất DME trên qui môcông nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởngnhất vì khí thiên nhiên phân bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đươngdầu mỏ

+ Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên:

Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích vềnăng lượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môitrường trong thành phố Cho tới nay có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên

xe buýt, đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng.Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụngrộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay

thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa compositegia cố bằng sợi carbon

+ Ô tô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG:

Hiện nay nhiều nước, nhiều khu vực trên thế giới xem việc sử dụng LPGtrên ô tô chạy trong thành phố là giải pháp bảo vệ môi trường không khí hữu hiệu.Trong cộng đồng Châu Âu thì áo là nước sử dụng xe buýt LPG sớm nhất Thànhphố Vienne đã sử dụng xe buýt chạy bằng LPG từ năm 1963 và cho đến nay, thànhphố có 500 xe buýt chạy bằng nhiên liệu này Đan Mạch có 180, Hà Lan có 150,Tây Ban Nha có 60 xe buýt chạy bằng LPG Ở Ý hiện có hơn 860000 ô tô chạybằng LPG Tỉ lệ xe buýt chạy bằng LPG cao hơn xe buýt chạy bằng khí thiên nhiên

ở Châu Âu (tỉ lệ hiện nay là 1.100/700) Người ta dự báo lượng LPG tiêu thụ chogiao thông vận tải sẽ gia tăng trong những năm tới do số lượng ô tô sử dụng nguồnnăng lượng này gia tăng

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng đểchạy ô tô ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn có lợithế về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ô tôchạy bằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: sửdụng duy nhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thờidiesel và LPG (dual fuel) Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng

bộ chế hoà khí kiểu Venturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp Những

hệ thống phun mới đang được nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trongbuồng cháy để tăng tính năng công tác của loại động cơ này Cũng như các loạinhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG trên ô tô là vấn đề gây nhiều khó khăn nhấtmặc dù áp suất hóa lỏng của LPG thấp hơn rất nhiều so với khí thiên nhiên hay cácloại khí khác Các loại bình chứa nhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vậtliệu và công nghệ mới

+ Ô tô chạy bằng điện:

Ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối vớimôi trường không khí trong thành phố Nguồn điện dùng để chạy ô tô được nạpvào Ắc quy do đó quãng đường hoạt động độc lập của ô tô phụ thuộc vào khả năngtích điện của Ắc quy Nếu nguồn điện được sản xuất từ các nguồn năng lượng táisinh (thủy điện, pin mặt trời ) thì ô tô dùng điện là loại phương tiện lý tưởng nhất

về mặt ô nhiễm môi trường Tuy nhiên nếu nguồn điện được sản xuất từ nhiên liệuhóa thạch thì ưu điểm này bị hạn chế nếu xét về mức độ phát ô nhiễm tổng thể

Ngày nay ô tô chạy bằng Ắc quy đã đạt được những tính năng vận hành cần thiếtgiống như ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống.

+ Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu:

Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ô tôtrong tương lai là pin nhiên liệu Pin nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trựctiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện năng Pin nhiên liệu trước đây chỉ đượcnghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhưng ngày nay pin nhiênliệu đã bước vào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ô tô Dokhông có quá trình cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pin nhiên liệu là điện,nhiệt và hơi nước Vì vậy có thể nói ô tô hoạt động bằng pin nhiên liệu là ô tô sạchtuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm trong khí xả Ô tô chạy bằng pin nhiênliệu không nạp điện mà chỉ nạp nhiên liệu hydrogen Khó khăn vì vậy liên quanđến lưu trữ hydro dưới áp suất cao hoặc trong vật liệu hấp thụ trên phương tiện vậntải Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro ngay trên xe để sử dụng cho pinnhiên liệu nhưng hệ thống như vậy rất cồng kềnh và phức tạp Các công ty chế tạo

ô tô ở Đức (Daimler Benz), ở Nhật (Toyota), ở Mỹ (General Motors) đang có kếhoạch sản xuất ô tô sử dụng pin nhiên liệu và dự kiến sẽ thương mại hóa ô tô nàyvào năm 2010

Tuy ngày nay người ta đã thành công trong chế tạo các loại pin nhiên liệu cóhiệu suất cao và giá thành phù hợp nhưng việc áp dụng phương án này trên xe buýtvẫn còn xa so với hiện thực vì so với các phương án làm giảm ô nhiễm khác, pinnhiên liệu chạy ô tô vẫn còn là loại nhiên liệu “xa xỉ” và “cao cấp” Ngày nayngười ta thấy rằng nếu sử dụng pin nhiên liệu để chạy ô tô thì giá thành đắt hơnchạy bằng diesel khoảng 30%

+ Ô tô lai (hybrid):

Ô tô lai là loại ô tô sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau.Trong khi các giải pháp sử dụng ô tô chạy hoàn toàn bằng điện còn nhiều bất cậpthì ô tô lai sử dụng động cơ điện và động cơ nhiệt tỏ ra có nhiều ưu thế nhất Ô tôlai dạng này sử dụng động cơ điện một chiều chạy bằng Ắc quy được nạp điệnbằng điện lưới khi ô tô dừng và nạp điện bổ sung từ cụm động cơ nhiệt-mát phátđiện một chiều bố trí trên xe Ô tô lai được nghiên cứu từ những năm 1990 Đếnnăm 1997, chiếc ô tô lai đầu tiên Toyota Prius ra đời tại Nhật Bản Hiện nay trênthị trường thế giới đã xuất hiện ô tô lai với các nhãn hiệu khác nhau: HondaInsight, Honda Civic, Toyota Prius với giá cả cạnh tranh với ô tô truyền thống

Động cơ nhiệt sử dụng trên ô tô lai do chỉ nạp điện bổ sung vào Ắc quy nên

có công suất bé, và điều quan trọng là do nó chỉ làm việc ở một chế độ duy nhất ổnđịnh nên người ta có thể điều chỉnh, thiết kế để ở chế độ này động cơ phát ô nhiễmthấp nhất Động cơ nhiệt ở đây có thể là động cơ Diesel hiện đại với hệ thống lọc

bồ hóng và xử lý khí xả hay động cơ sử dụng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khídầu mỏ hoá lỏng LPG) Lý tưởng nhất là ô tô lai sử dụng động cơ điện một chiều

và động cơ nhiệt nạp điện bổ sung chạy bằng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên haykhí dầu mỏ hóa lỏng) với bộ xúc tác ba chức năng lắp trên đường xả

Chính vì vậy ô tô lai điện-nhiệt ngoài ưu điểm có mức độ phát ô nhiễm thấpcòn có hiệu suất sử dụng năng lượng rất cao

3 Xu hướng phát triển động cơ ô tô trên thế giới.

Hình 1.8: Xu hướng phát triển nguồn động lực của ô tô trên thế giới.

Công nghệ lai – Hybrid Technology

Ô tô sinh thái The ultimate eco-car

1 HSD: Hybrid Synergy Drive

- Lai vận hành hiệp trợ.

2 FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle - Xe lai pin nhiên liệu.

3 HV: Hybrid Vehicle - Xe lai.

4 THS: Toyota Hybrid System

- Hệ thống lai của Toyota.

5 DPNR: Diesel Particulate NOX Reduction - Động cơ điêden giảm NOX và muội than.

6 D-4: Direct Injection 4 stroke - Phun trực tiếp 4 nhịp.

7 DPR: Diesel Particulate active Reduction System - Động cơ điêden với hệ thống giảm hiệu quả muội than.

8 Electric Vehicle - Xe điện.

9 CNG: Compressed Natural Gas - Khí đốt thiên nhiên nén lỏng.

10 VVT-i: Variable Valve Timing with intelligence - Thay đổi thời gian đóng mở xupap thông minh.

Động cơ diesel

Động cơ Xăng

Động cơ Điện Năng lượng

thay thế

Từ hình 1.8 ta nhận thấy, một thế hệ ô tô mới ra đời có liên quan trực tiếp đếnviệc cải tiến hoặc thay đổi loại động cơ lắp đặt trên nó Có thể phân ra làm 4 nhómđộng cơ chính được dùng làm nguồn động lực cho ô tô là động cơ xăng, động cơđiêden, động cơ điện và động cơ sử dụng năng lượng thay thế như động cơ sử dụngkhí đốt hoá lỏng LPG (Liquid Petroleum Gas) hoặc LNG (Liquid Nature Gas),CNG (Compressed Natural Gas) Động cơ xăng và điêden được xem là hai loạiđộng cơ truyền thống với ưu điểm nổi trội hơn các loại động cơ khác là việc cungcấp nhiên liệu đơn giản và nhanh chóng Tuy nhiên hiệu suất của nó thì không cao

và đồng thời gây ô nhiểm môi trường lớn nhất Hai loại động cơ này đã được cảitiến qua nhiều thế hệ và đã trở nên rất hiện đại, nhưng đứng trước nguy cơ cạn kiệtcủa nguồn dầu mỏ, có thể nói động cơ chạy bằng xăng dầu truyền thống không cótriển vọng phát triển trong tương lai Động cơ điện và động cơ khí ga (LPG hoặcLNG) tuy hiện nay còn có một số hạn chế nhất định nhưng đây là hai loại động cơ

có nhiều ưu điểm có thể thay thế hai loại động cơ truyền thống trong những nămtới Trong những năm gần đây, một thế hệ động cơ mới được tạo ra từ động cơxăng và động cơ điện được gọi là động cơ lai (Hybrid Engine) được lắp đặt thànhcông trên xe du lịch đời mới của hãng Toyota, Honda Động cơ lai đã phát huy ưuđiểm và đồng thời hạn chế nhược điểm của mỗi loại động cơ thành phần Đây làloại động cơ được xem là tốt nhất hiện nay

Chương 2: Ô TÔ HYBRID ( Ô TÔ LAI)

1 Giới thiệu chung.

Theo biểu đồ xu hướng phát triển của động cơ, động cơ lai xăng - điện vậnhành hiệp trợ HSD (Hybrid Synergy Drive) được xếp loại là loại động cơ có ưuđiểm đứng đầu hiện nay Động cơ HSD còn được gọi là động cơ THS II (ToyotaHybrid System II)

Toyota có một lịch sử dài lâu của sự cải tiến liên tục những động cơ truyềnthống, bao gồm sự những động cơ xăng cháy nghèo, những động cơ xăng phuntrực tiếp và động cơ diesel phun trực tiếp ray chung (common rail) - cũng nhưnhững động cơ sử dụng nhiên liệu thay thế, chẳng hạn như khí đốt thiên nhiên nénlỏng (CNG) hoặc động cơ điện (EV) Toyota cho rằng công nghệ lai là cốt lõi cho

sự phát triển ô tô eco-car Công nghệ quan trọng này sẽ được Toyota phát triển đểgiảm bớt giá thành và nhanh chóng thương mại hóa ứng dụng của nó Một trongnhững tiêu chuẩn để đánh giá một sự kiện kỹ thuật mới trên ô tô trong tương lai làhiệu suất toàn phần Điều đó biểu thị hiệu quả toàn bộ của một nguồn năng lượng,

từ sự trích ra tới khi nó làm quay bánh xe chủ động của xe Những công nghệ laicủa Toyota đã làm tăng thêm hiệu suất về cơ bản cho những động cơ truyền động ô

tô mà đỉnh cao hiện nay là động cơ lai vận hành hiệp trợ HSD hay còn được gọi làTHS II

Đặc điểm quan trọng của động cơ lai HSD là nó có thể sử dụng phối hợp động

cơ xăng và động cơ điện trong bất kỳ tình huống nào và thậm chí vừa chạy vừa nạpđiện cho nó Mô hình ô tô với ký hiệu SU - HV1 gần đây nhất của Toyota mô tảnét đặc trưng một Hệ thống Lai HSD đã ứng dụng thành công cho công suất phát

ra lớn đến 120kW của một động cơ V6 và một động cơ điện 50 kW Với một động

cơ V6 (3,3 lít) sử dụng công nghệ lai này có thể đem lại hiệu quả ngang bằng động

cơ V8 (4,4 lít) với hiệu suất chất đốt và sự phát xạ chất gây ô nhiễm ở mức chophép của ô tô tốt gấp hai lần Những hệ thống lai của Toyota có thể tích hợp vớinhiều loại hệ thống truyền động - không những động cơ xăng, mà còn cả động cơdiesel, xe năng lượng thay thế, và cả xe pin nhiên liệu Và công nghệ lai HSD củaToyota là thiết thực, mạnh và linh hoạt đủ để tăng cường bảo vệ môi trường và vậnhành hiệu quả của bất kỳ những kiểu ô tô nào, từ ô tô du lịch đến xe tải nhỏ và cả

xe đắc tiền Đây mới chỉ là sự khởi đầu, công nghệ lai chắc chắn sẽ tiếp tục đượcphát triển xa hơn nữa trong tương lai

Hình 2.1.Toyota Prius New

Bảng 2.1 So sánh hiệu suất sử dụng nhiên liệu toàn phần của các đời xe.

Động cơ

Hiệu suất biến đổi nhiên liệu (A%)

Hiệu suất biến đổi thành cơ năng (B

%)

Hiệu suất toàn phần (A%.B%)

Toyota pin nhiên liệu

truyÒn thèng

Hỡnh 2.1 giới thiệu Toyota Prius New là loại đầu tiờn sử dụng Lai Vận hànhHiệp trợ HSD Mụ hỡnh này được thiết kế theo tiờu chuẩn của Nhật với hiệu suấtchất đốt đạt được 35,5(km/L) (chu trỡnh kiểm tra của Nhật), gấp hai lần củaCorolla 1.5 lớt, và hoàn toàn tuõn theo với những điều kiện Mức phỏt xạ thấp Cựcthấp nghiờm ngặt nhất của Nhật bản Ở hỡnh 2.1 và bảng 2.1 cho ta thấy hiệu quảcỏch biệt của cỏc loại ụ tụ lai so với cỏc loại ụ tụ truyền thống.

2 Cỏc hệ thống lai hiện nay.

2.1 Hệ Thống Lai THS Của Toyota (Toyota Hybrid System)

Hệ thống Lai Toyota (Toyota Hybrid System - THS) cho sự sử dụng trongnhững xe ụ tụ hành khỏch Hệ thống truyền động này kết hợp một động cơ xăng vàmột mụ tơ điện mà nú khụng yờu cầu sự nạp điện ngoài như những xe ụ tụ điệnhiện nay Nhiờn liệu nạp lại cho xe là xăng như những chiếc xe ụ tụ truyền thống

Hệ thống này cũng đạt được gần gấp hai lần hiệu suất nhiờn liệu so với nhữngđộng cơ xăng truyền thống THS được lắp đặt trong xe ụ tụ hành khỏch Prius, và

đó được giới thiệu vào thỏng 12 năm 1997 tại thị trường Nhật bản với tư cỏch làloạt sản phẩm xe lai hành khỏch đầu tiờn trờn thế giới Vào năm 2000, Prius bắtđầu được tiếp thị ở hải ngoại Prius đó đạt được một danh tiếng là một loại xe ụ tụ

cú tớnh sỏng tạo cao với số lượng bỏn ra rộng khắp thế giới vượt hơn 110.000chiếc Trong lỳc đú, THS vẫn tiếp tục được phỏt triển và trong năm 2001 Toyotacho ra đời mụ hỡnh THS - C với kết hợp THS và CVT (Continuously VariableTransmission - Hệ thống truyền động biến thiờn liờn tục) được lắp đặt trong xe tảinhỏ Estima Hybrid và THS - M (một hệ thống lai nhẹ) được lắp đặt trong Crown,

xe du lịch đắc tiền, cả hai đều được bỏn ra cho thị trường Nhật bản Thành cụngnày đó gúp phần rất lớn tạo ra những những thế hệ ụ tụ tõn tiến của thế kỷ 21

Hoạt động của hệ thống THS được mụ tả như sau:

Hỡnh 2.3.Mụ tả hoạt động của động cơ THS

Khởi động Chạy bình th ờng Tăng tốc Giảm tốc Dừng

Động cơ xăng

và động cơ

điện

Khởi động: Chỉ động cơ điện được sử dụng cho khởi động và từ tốc độ thấp

tới trung bình

Chạy bình thường: Khi vận tải khách, cả động cơ xăng lẫn động cơ điện đều

điều khiển những bánh xe chủ động Công suất động cơ xăng được chia ra giữanhững bánh xe và một máy phát điện, mà máy phát điện này điều khiển động cơđiện quay Sự cung cấp năng lượng là được kiểm soát để làm hiệu suất cực đại Tấtnhiên, máy phát cũng nạp lại nguồn ắc quy từ công suất động cơ xăng dư thừa

Tăng tốc đột ngột: Nguồn ắc quy cùng bổ sung thêm năng lượng để đẩy mạnh

truyền công suất, khi đó động cơ xăng và động cơ điện cùng cung cấp sức kéo đểcân bằng với đòi hỏi của sự gia tốc

Giảm tốc/Sự phanh: Động cơ điện đóng vai trò một máy phát điện được kéo

bởi những bánh xe của ô tô "Hệ thống phanh làm tái sinh" này khôi phục độngnăng của ô tô thành điện năng và được cất giữ trong nguồn ắc quy hiệu suất cao.Trong quá trình hoạt động, hệ thống THS tạo một mối liên hệ chặc chẽ giữađộng cơ điện và động cơ xăng Cả hai động cơ thành phần này kết hợp đưa ra côngsuất hợp lý theo đòi hỏi của phụ tải làm cho hoạt động của xe tiện nghi và an toàn

ở hiệu quả cao nhất có thể có

Trong một hệ thống truyền lực truyền thống, có một sự cân bằng giữa côngsuất và hiệu suất Nếu ta cố gắng nâng cao một trong hai, thì cái còn lại sẽ giảm

Hệ thống lai THS tháo gỡ được mối quan hệ này Hiệu quả mà hệ thống lai THSđạt được nhờ nâng cao điện áp của hệ thống lai tới một cực đại 500V

Hình 2.4 Động cơ lai THS

Ngoài mạch điện điện áp cao ra, hệ thống THS cũng tận dụng một hiệu suấtcao hơn của nguồn ắc quy, đồng thời tốc độ quay của động cơ điện và máy phátđiện cũng được nâng cao hơn

Hệ thống Lai THS có bốn đặc trưng sau:

- Giảm sự mất mát năng lượng: Hệ thống tự động dừng động cơ xăng khikhông tải, như vậy giảm bớt sự lãng phí năng lượng khi động cơ chạy không tải

- Khôi phục và sử dụng lại năng lượng: Năng luợng mà bình thường bị biếnthành nhiệt trong suốt trong thời gian giảm tốc độ và phanh đã được khôi phụcthành năng lượng điện nạp lại cho nguồn ắc quy, mà rồi sau đó được cung cấp chođộng cơ điện để xuất phát và hổ trợ tăng tốc

- Động cơ điện hổ trợ tăng tốc: Động cơ điện giúp đỡ động cơ xăng trong suốtthời gian gia tốc

- Điều khiển hoạt động hiệu suất cao

Hệ thống THS có 3 kiểu liên kết của hai động cơ thành phần, đó là kiểu nốitiếp, kiểu song song và kiểu hỗn hợp

- Kiểu lai nối tiếp : Động cơ điện điều khiển những bánh xe, công việc duynhất của động cơ xăng là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng

- Kiểu lai song song: Động cơ xăng thực hiện điều khiển chính những bánh

xe, động cơ điện sẽ giúp đỡ cho gia tốc

- Kiểu lai hỗn hợp: Hệ thống này có một bộ phận gọi là "thiết bị phân chia

công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất của động cơ xăng vàđộng cơ điện đến các bánh xe chủ động Tuy nhiên xe có thể chạy theo "kiểu êmdịu" chỉ với một mình động cơ điện

Hình 2.6 Hệ thống lai nối tiếp.

§éng c¬ x¨ng

B¸nh r¨ng gi¶m tècM¸y ph¸t ®iÖn

Dßng ®iÖn n¨ng

Hỡnh 2.7 Hệ thống lai song song

Hỡnh 2.8 Hệ thống lai hỗn hợp

Động cơ xăng

Bánh răng giảm tốc

Cơ cấu truyền động

Dòng cơ năngDòng điện năng

Động cơ xăng

Bánh răng giảm tốc

Bộ phân chia công suất

Dòng cơ năngDòng điện năngMáy phát điện

Kiểu lai song song

Kiểu lai hỗn hợp

Hoạt động của động cơ xăng và động cơ điện trong mỗi hệ thống được mô tảnhư hình 2-9 Biểu đồ này cho thấy tỷ lệ của sự sử dụng giữa động cơ xăng vàđộng cơ điện khác nhau phụ thuộc vào hệ thống lai Từ một hệ thống lai nối tiếp sửdụng động cơ xăng của nó để phát điện cho động cơ điện điều khiển kéo nhữngbánh xe chủ động, động cơ xăng và động cơ điện làm việc cùng một lượng của thờigian Một hệ thống lai song song sử dụng động cơ xăng như nguồn sức mạnhchính, với mô tơ có chỉ cung cấp sự giúp đỡ trong thời gian gia tốc Bởi vậy, động

cơ xăng được sử dụng nhiều hơn động cơ điện Còn trong một hệ thống lai hỗnhợp, một thiết bị chia công suất phân chia công suất động cơ ra từng phần, vì vậy

tỷ lệ của công suất đi trực tiếp tới các bánh xe chủ động và tới máy phát điện làthay đổi liên tục Động cơ điện có thể chạy ra điện như một máy phát điện nênđộng cơ điện được sử dụng nhiều hơn so với động cơ xăng

* Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2.10 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống THS.

Cấu tạo của hệ thống THS được mô tả ở hình 2.10 Tất cả các bộ phận cơ bảncủa THS đã được phát triển bởi Toyota Mạch điện điện áp cao, động cơ điện, máyphát điện và nguồn ắc quy đã được thiết kế lại thật tối ưu Hệ thống gồm có hailoại nguồn công suất, một động cơ xăng hiệu suất cao kiểu chu trình Atkinson (chutrình tỷ số nén cao), kết hợp với một động cơ điện xoay chiều (AC) đồng bộ namchâm vĩnh cửu với công suất phát ra gấp 1,5 lần so với động cơ điện thông thường.Ngoài ra, hệ thống còn có một máy phát điện, một bộ nguồn ắc quy Niken -Hyđrua kim loại, hiệu suất cao và một bộ điều khiển công suất tối ưu

Bé ®iÒu khiÓn c«ng suÊt

§éng c¬ ®iÖn

B¸nh r¨ng gi¶m tèc

Bé ph©n chia c«ng suÊt

M¸y ph¸t ®iÖn

§éng c¬ x¨ng

Nguån ¾c quy

- Động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ công suất cao:

THS sử dụng một động cơ điện kiểu AC đồng bộ nam châm vĩnh cửu, mà cũngchính là một mô tơ không chổi than hiệu suất cao với dòng AC Những nam châmNeođim (những nam vĩnh cửu) được bố trí trong một rô to làm từ thép điện từmỏng ghép lại tạo thành một động cơ điện hiệu suất cao Hơn nữa, nhờ sắp xếpnhững nam châm vĩnh cửu trong một sự tối ưu hình chữ V, mô men xoắn dẫnđộng được cải thiện và công suất đầu ra là được tăng Kết hợp với điện áp cao của

bộ cung cấp điện, công suất phát ra lớn nhất của động cơ điện được tăng lênkhoảng xấp xỉ gấp 1,5, cụ thể là tới 50kW Có thể nói đây là mẫu động cơ điện sảnsinh ra công suất trên một đơn vị trọng lượng (thể tích) cao nhất của thế giới Đểđiều khiển động cơ điện, một phát triển mới hơn là hệ thống điều khiển điều biến

đã được thêm vào ở vùng tốc độ trung bình, khác với phương pháp trước đây là chỉđiều khiển ở tốc độ thấp và cao Nhờ việc cải tiến phương pháp cải biến độ rộngxung, công suất phát ra tổng cộng cả hai động cơ của hệ thống THS trong phạm vitốc độ trung bình đã được tăng thêm một lượng lớn nhất xấp xỉ 30 %

- Nguồn ắc quy của hệ thống lai:

Trong THS, nguồn ắc quy Nickel - Hyđrua kim loại đảm bảo hiệu năng cao vàgọn nhẹ Để duy trì một sự tích nạp điện không thay đổi, nguồn ắc quy phóng hoặcnạp điện thông qua máy phát và động cơ điện, và bởi vậy không yêu cầu sự nạpđiện từ bên ngoài như đối với xe ô tô điện

- Bộ phân chia công suất:

Công suất động cơ xăng được chia ra từng phần nhờ sử dụng cơ cấu bánh rănghành tinh Thông qua cơ cấu phân chia công suất, ở các chế độ hoạt động khácnhau của xe thì số vòng quay của động cơ điện, máy phát điện và động cơ xăng sẽkhác nhau Nhờ vậy mà hệ thống này có thể tận dụng hết công suất của động cơxăng ở tốc độ cao và mô men xoắn cực đại của động cơ điện ở tốc độ thấp Sơ đồcấu tạo của nó như ở hình 2-8

Hỡnh 2.11 Thiết bị phõn chia cụng suất kiểu bỏnh răng hành tinh

- Động cơ xăng chu trỡnh Atkinson:

Hệ thống lai THS sử dụng một động cơ đốt trong làm việc theo chu trỡnhAtkinson cú tỷ số nộn cao, do đú hiệu suất nhiệt của nú rất cao Chu trỡnh Atkinsonđược đề xướng bởi James Atkinson ( U.K.) trong đú khoảng thời gian hành trỡnhnộn và hành trỡnh gión nở cú thể độc lập với nhau Cỏc xu pỏp nạp và xả được điềukhiển theo hệ thống VVT-i (Variable Valve Timing-intelligent), hệ thống này sẽtớnh toỏn điều chỉnh thời gian đúng mở xu pỏp theo điều kiện hoạt động của động

cơ, do đú luụn thu được hiệu quả cực đại

Hỡnh 2.12 Mặt cắt ngang động cơ lai THS

Động cơ xăng

Bộ chia công suất

Hộp giảm tốc

Bán trục cầu chủ động

Máy phát điện

Động cơ điện

Bánh răng mặt trời (trục máy phát)

Giá đỡ bánh răng vệ tinh (trục động cơ

Động cơ xăng

Máy phát Động cơ điện

Bánh xe chủ động

- Hệ thống điều khiển trung tõm:

Hệ thống điều khiển của THS bảo đảm duy trỡ trạng thỏi làm việc của xe ụ tụ

cú hiệu quả cực đại và an toàn cao nhất bởi việc quản lý năng lượng sử dụng toàn

bộ xe, bao gồm năng lượng để di chuyển xe ụ tụ cũng như năng lượng sử dụng chonhững thiết bị phụ , như điều hũa khụng khớ, hệ thống sưởi, hệ thống đốn pha vàđốn tớn hiệu

Hỡnh 2.13 Sơ đồ hệ thống điều khiển của THS

- Bộ truyền động kết hợp

Để cú thể truyền hai nguồn cụng suất cựng lỳc, nhất thiết phải cú bộ truyềnđộng kết hợp, qua đú bộ truyền cú thể nhận cả hai nguồn động lực hoặc chỉ nhậnriờng lẻ một trong hai nguồn động lực trước khi truyền đến cầu chủ động của ụtụ

Sơ đồ bố trớ tổng thể hai nguồn động lực (1) và (2) cựng với bộ truyền kếthợp cụng suất cú thể chỉ ra trờn hỡnh 2.14

Hỡnh 2.14 Sơ đồ bố trớ tổng thể bộ truyền kết hợp hai nguồn động lực

Điều hoà không khí

Bàn đạp phanh

1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai, 3 Bộ kết hợp công suất

1 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (1),  2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2),

3 - Tốc độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp, Z 1 , Z 2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2) về bộ kết hợp, L 1 , L 2 - Các ly hợp tương ứng với các nguồn (1),(2)

Theo sơ đồ hình 2.14 nguồn động lực (1) thông qua ly hợp L1 (ở trạng tháiđóng) để truyền công suất đến bộ kết hợp (3) Còn nguồn động lực (2) thông qua lyhợp L2 (ở trạng thái đóng), qua bộ giảm tốc (Z2/Z1) rồi mới truyền công suất đến

bộ kết hợp (3) Như vậy, nguồn công suất (2) có tốc độ cao hơn nguồn (1) mặc dầucông suất có thể bằng hoặc khác nhau

- Bộ kết hợp công suất

Bộ kết hợp công suất (3) có thể có nhiều dạng khác nhau Tuy nhiên vềphương diện truyền động (cả động học và động lực học), có thể phân chia bộ kếthợp công suất (3) ra làm ba kiểu cơ bản sau: kiểu truyền động cơ khí nối cứng tốc

độ, kiểu biến đổi mômen xoắn (biến mô) và kiểu vi sai (biến đổi tốc độ)

*Bộ kết hợp công suất kiểu truyền động nối cứng tốc độ

Hình 2.15 Bộ kết hợp công suất kiểu nối cứng tốc độ

1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai, 3 Trục thứ cấp, K - Khóa.

1 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (1),  2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2),

3 - Tốc độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp, Z 1 , Z 2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2) về bộ kết hợp L 1 , L 2 - Các ly hợp tương ứng với các nguồn (1),(2)

Theo sơ đồ này, bộ kết hợp công suất chỉ cần trục (3) trên đó gắn khóa K để

có thể nối với bánh răng của bộ giảm tốc Z2 Công suất từ nguồn (1) truyền thẳngđến trục (3) mà không cần qua một chi tiết nào khác Nguồn công suất (2) sau khiqua bộ bánh răng giảm tốc Z2/Z1 cũng có cùng tốc độ với 1 và 3, tức là:

* Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen

Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen cho phép biến đổi một cách linhhoạt tốc độ và môme từ nguồn công suất (2), sơ đồ được biểu diễn trên hình 2.16

Theo sơ đồ H3.3, nguồn công suất (1) được truyền thẳng đến trục thứ cấpcủa bộ kết hợp thông qua ly hợp L1 Còn nguồn công suất (2) được truyền đến bộkết hợp thông qua ly hợp L2 và bộ giảm tốc (Z2/Z1) như kiểu nối cứng tốc độ Tuynhiên, để truyền mômen và tốc độ từ bánh răng Z2 đến trục thứ cấp (3) chúng tadùng bộ biến đổi nomen Bộ biến đổi mômen gồm bánh bơm (5) nối cứng với bánhrăng Z2, bánh tuốc-bin (6) để nhận mômen từ bánh bơm (5) Bánh tuốc bin đượclắp quay trơn trên trục thứ cấp (3) và chỉ được nối với trục (3) khi đóng khóa K

Hình 2.16a Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen

1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai, 3 Trục thứ cấp, 4 - Bánh phản lực, 5- Bánh bơm, 6 - Bánh tuốc-bin, K - Khóa  1 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (1),  2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2)  3 - Tốc độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp, Z 1 , Z 2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2) về bộ kết hợp L 1 , L 2

- Các ly hợp tương ứng với các nguồn công suất (1),(2).

a) Khi chỉ sử dụng nguồn công suất (1)

Sơ đồ truyền động như hình 2.16a Công suất từ nguồn (1) truyền qua ly hợp

L1 (trạng thái đóng), rồi truyền thẳng đến trục (3) để đến cầu chủ động với tốc độ

răng Z2 và bánh tuốc-bin (6) quay trơn trên trục (3), tức là nguồn công suất (2)không thể truyền đến trục thứ cấp (3).

b) Khi chỉ truyền nguồn công suất (2)

Hình 2.16b Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen

1- Nguồn động lực thứ nhất (ngắt do L 1 mở), 2- Nguồn động lực thứ hai, 3 Trục thứ cấp, 4 - Bánh phản lực, 5- Bánh bơm, 6 - Bánh tuốc-bin, K - Khóa  1 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (1),  2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2)  3 - Tốc độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp, Z 1 , Z 2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2) về bộ kết hợp L 1 , L 2 - Các ly hợp tương ứng với các nguồn công suất (1),(2).

Khi chỉ truyền mỗi nguồn công suất (2) thì ly hợp L1 mở, khóa K đóng đểnối bánh bánh tuốc-bin (6) với trục thứ cấp (3) Công suất từ nguồn (2) truyền qua

ly hợp L2 ( đóng), truyền qua bộ giảm tốc (Z2/Z1) rồi đến dẫn động bánh bơm (5)như sơ đồ hình 2.16bb

c) Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn công suất (1) và (2)

Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn động lực (1) và (2), thì cả hai ly hợp

L1, L2 và khóa K đều đóng Trục (3) sẽ nhận đồng thời hai nguồn công suất (1) và(2) Tuy vậy tốc độ góc trục (3) luôn luôn bằng tốc độ góc của trục (1) : 3  1.Còn tốc độ góc của trục nguồn công suất (2) có thể sai khác bất kỳ nhờ sự trượtgiữa bánh bơm (5) và bánh tuốc bin (6), tức là phụ thuộc vào tỷ số truyền động củabiến mô thủy lực

* Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai tốc độ

Hình 2.17a Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai tốc độ

1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai, 3 Trục thứ cấp của bộ kết hợp, 4 - Các bánh răng vệ tinh của vi sai, 5- Thân (vỏ), 6 - Ống gài K 1 , K 2 - Khóa, K- Khóa vi sai, R 1 - Bán kính vòng chia bánh răng trung tâm, R 2 -Bán kính vòng chia vành răng bao, R 3 - Bán kính vòng tròn qua tâm trục các bánh vệ tinh  1 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (1). 2 - Tốc độ trục quay của nguồn (2)  3 - Tốc

độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp Z 1 , Z 2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2)

về bộ kết hợp L 1 , L 2 - Các ly hợp tương ứng với các nguồn (1) và nguồn (2).

Theo sơ đồ, Bánh răng trung tâm có bán kính vòng chia R1 cùng ăn khớp vớibốn bánh răng vệ tinh (4) quay trơn quanh các trục có khoảng cách so với trụcbánh răng trung tâm là R3 Bao quanh các bánh vệ tinh là vành răng bao có bánkính vòng chia là R2 Bánh răng bao được dẫn động bởi bánh răng Z2 của bộ giảmtốc từ nguồn công suất (2) Bộ kết nối còn có các khóa K1, K2 và ống gài (6) gắntrên thân (5)

a) Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn công suất (1) và (2)

Truyền động kết hợp hai nguồn động lực cùng lúc được minh ở hình 2.17a.Công suất từ nguồn (1) truyền qua ly hợp L1 (trạng thái đóng) sẽ truyền thẳng đếnbánh răng trung tâm R1 Công suất từ nguồn (2) truyền qua ly hợp L2 ( đóng), rồi

trung tâm R1 và từ vành răng bao R2 sẽ thông qua các bánh răng vệ tinh (4), tácdụng lên các cần C của vi sai những lực vòng để hình thành mômen xoắn truyềncho trục thứ cấp (3) của bộ kết hợp.

b) Khi chỉ truyền nguồn công suất (1)

Truyền động kết hợp hai nguồn động lực kiểu vi sai tốc độ nếu ngắt mộttrong hai nguồn thì vi sai sẽ chuyển sang làm việc theo một trong các chế độ của

cơ cấu hành tinh Khi chỉ truyền nguồn công suất (1), sơ đồ truyền động được chỉ

ra như hình H3.4b

Hình 2.17b Bộ kết hợp công suất kiểu hành tinh

1- Nguồn động lực thứ nhất, 2- Nguồn động lực thứ hai (được ngắt bởi ly hợp L2),

3 Trục thứ cấp của bộ kết hợp, 4 - Các bánh răng vệ tinh của bộ kết hợp, 5- Thân (vỏ), 6 - Ống gài K 1 , K 2 - Khóa, K- Khóa vi sai, R 1 - Bán kính vòng chia bánh răng trung tâm, R 2 -Bán kính vòng chia vành răng bao, R 3 - Bán kính vòng tròn qua tâm trục các bánh vệ tinh  1 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (1)  3 - Tốc độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp Z 1 , Z 2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2) về bộ kết hợp L 1 - Ly hợp nguồn (1) (được đóng), và L 2 - Ly hợp nguồn (2) (đang ngắt).

Nguồn công suất (2) được ngắt khỏi truyền động bằng cách mở ly hợp L2

đồng thời khóa K2 đóng để cố định vành răng bao với thân vỏ (5) Công suất từnguồn (1) truyền qua ly hợp L1 (trạng thái đóng) sẽ truyền thẳng đến bánh răngtrung tâm R1 Mômen xoắn M1 từ nguồn (1) truyền đến bánh răng trung tâm R1 sẽđược truyền cho các bánh răng vệ tinh (4) Do vành răng R2 được cố định nên cácbánh răng vệ tinh sẽ chuyển động quanh vành răng bao, kéo theo các cần C của cơ

cấu hành tinh này chuyển động cùng chiều với bánh răng trung tâm nên mômentruyền đến trục (3).

c) Khi chỉ truyền nguồn công suất (2)

Hình 2.17c Bộ kết hợp công suất kiểu hành tinh

1- Nguồn động lực thứ nhất (được ngắt bởi ly hợp L 1 ), 2- Nguồn động lực thứ hai ,

3 Trục thứ cấp của bộ kết hợp, 4 - Các bánh răng vệ tinh của bộ kết hợp, 5- Thân (vỏ), 6 - Ống gài K 1 , K 2 - Khóa, K- Khóa vi sai, R 1 - Bán kính vòng chia bánh răng trung tâm, R 2 -Bán kính vòng chia vành răng bao, R 3 - Bán kính vòng tròn qua tâm trục các bánh vệ tinh  2 - Tốc độ góc trục quay của nguồn (2)  3 - Tốc độ góc trục thứ cấp của bộ kết hợp Z 1 , Z 2 - Số răng của bộ giảm tốc từ nguồn (2) về bộ kết hợp L 1 - Ly hợp nguồn (1) (đang ngắt), và L 2 - Ly hợp nguồn (2) (được đóng).

Nguồn công suất (1) được ngắt khỏi truyền động bằng cách mở ly hợp L1

đồng thời khóa K1 đóng để cố định bánh răng trung tâm với thân vỏ (5) Công suất

từ nguồn (2) truyền qua ly hợp L2 (trạng thái đóng), thông qua bộ giảm tốc (Z2/Z1)

để đến vành răng bao R2 Mômen xoắn M2 từ nguồn (2) truyền qua bộ giảm tốc đểđến vành răng bao R2 sẽ được truyền cho các bánh răng vệ tinh (4) Do bánh răngtrung tâm được cố định nên các bánh răng vệ tinh sẽ chuyển động quanh bánh răngtrung tâm, kéo theo các cần C của cơ cấu hành tinh này chuyển động cùng chiềuvới vành răng bao nên mômen truyền đến trục (3)

2.2 Hệ Thống Lai Toyota FCHV: (Fuel Cell Hybrid Vehicle - Xe Lai Pin

Hình 2.14 Bộ pin nhiên liệu FCHV

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý bộ pin nhiên liệu FCHV

Hình 2.18 Ô tô FCHV của Toyota

Hình 2.19 Hệ thống nhiên liệu của FCHV

Bảng 2.1.Những thông số chính của xe ô tô FCHV

Bé ®iÒu khiÓn c«ng suÊt

Thïng chøa hy®r« ¸p suÊt cao

§éng c¬

®iÖn

Bé pin nhiªn liÖu Toyota FC Stack Dßng ®iÖn Dßng hy®r«

Bộ pin

nhiên liệu

Động cơ

điện

Công suất cực đại (kW<HP>) 80 (109)

Mô men cực đại (N.m<kg.m>) 260 (26,5)Nhiên liệu

Hệ thống lưu trữ Bình chứa áp suất cao

Áp suất cực đại của bình (Pa) 35.106

2.3 Hệ Thống Lai Isuzu Diesel HV (Hybrid Vehicle)

Isuzu ra phiên bản xe tải ELF trang bị động cơ diesel hybrid vào tháng 6 năm

2005, ELF trang bị động cơ dầu nguyên bản 4,8 lít, công suất 127 mã lực nhưngtích hợp với một động cơ điện công suất 25,5 kw (34 mã lực) Động cơ dieselhybrid của Isuzu ELF có thể tiết kiệm được 35% mức tiêu hao nhiên liệu khi đitrên đường trường và 10-15% trong thành phố Nồng độ khí thải CO2 giảm khoảng25%

Cấu trúc của ELF hybrid bao gồm động cơ điện, hệ thống ắc-quy cung cấpđiện, động cơ dầu và bộ chuyển đổi Toàn bộ cụm thiết bị chứa ắc-quy, máy đổiđiện được gắn bên cạnh xe và ghi dưới cái tên "Hybrid Box" Các chi tiết trongHybrid Box được thu nhỏ tới mức nó có thể lắp trên tất cả các phiên bản trục cơ sởngắn hay dài của ELF

Động cơ điện của ELF hybrid có tốc độ vòng quay cao nhất ở 12.700vòng/phút, công suất 25,5 kw và có thể nâng lên mức tối đa 29 kw Động cơ nặngkhoảng 38 kg, làm mát bằng nước và được thiết kế để có thể làm việc tốt ngay cảkhi xe chịu tải trọng lớn Nó có khả năng thu hồi năng lượng động học khi xe giảmtốc

Hình 2.20 Ô tô Isuzu Hybrid ELF và động cơ điện trên hệ thống lai

Ngoài ra, để đảm bảo ELF hybrid hoạt động trơn tru, hiệu quả, mà không bị

"chết" động cơ điện, Isuzu sử dụng pin lithium ion lần đầu tiên được ứng dụngthương mại trên các xe tải ở Nhật Loại pin này nhỏ gọn, công suất lớn trong khithời gian sử dụng đủ dài cho hành trình của một chiếc xe tải

Khi ELF hybrid vận hành, bộ điều khiển hybrid sẽ kiểm soát hoạt động củađộng cơ điện và diesel sao cho hiệu quả nhất Đầu tiên, khi xe tăng tốc với tải trọnglớn, động cơ điện hoạt động để cung cấp thêm công suất cho động cơ diesel

Khi xe đạt vận tốc ổn định, động cơ diesel hoạt động để cung cấp công suất

và mô-men xoắn mà không cần trợ giúp từ động cơ điện Nếu xe giảm tốc, hệthống kiểm soát sẽ ngắt động cơ diesel ra khỏi hệ thống, còn động cơ điện sẽ dùngnăng lượng động học sinh ra để thu hồi năng lượng, nạp điện cho pin

2.4 Một số kiểu xe gắn máy lai hybrid

2.4.1 Honda Hybrid Scooter:

Ngày 24 tháng 8 năm 2004, Honda đã giới thiệu mẫu xe lai đầu tiên kiểu dáng

“scooter” với khả năng giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiênliệu Xe lai này kết hợp hoạt động của một động cơ đốt trong phun xăng điện tử

50cc và một động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ gắn trực tiếp vào bánh sau của

xe Hệ thống sử dụng một bình ắc quy niken-hyđro để lưu trữ năng lượng Khichạy trên đường bằng phẳng trong thành phố, một mình động cơ điện sẽ dẫn động

xe chạy với tốc độ đạt 30 km/h Khi cần lực phát động lớn như tăng tốc hoặc lêndốc thì động cơ đốt trong sẽ kết với động cơ điện thông qua bộ truyền động đai vôcấp để tăng thêm công suất kéo Để tận dụng năng lượng, khi xe giảm tốc hoặcxuống dốc thì động cơ điện sẽ trở thành máy phát điện nạp điện vào ắc quy

Mẫu xe này có hiệu xuất rất cao và giảm được 37% nồng độ CO trong khí thải

so với xe gắn máy cùng công suất

Honda hybrid scooter Ecycle hybrid

2.4.2 Ecycle Hybrid:

Xe Ecycle có công suất của một chiếc xe gắn máy với động cơ 250cc chạyxăng ngoại trừ tốc độ cực đại Khả năng tăng tốc từ 0-100 km/h trong thời gian 6giây và tốc độ tối đa 120km/h Tiêu thụ nhiên liệu 50km/lít với lượng phát sinh khíthải rất thấp

ECycle hybrid là chiếc xe máy rất hiện đại với loại vật liệu trọng lượng nhẹ,không gây ô nhiễm môi trường cũng như khả năng tái chế cao Kết cấu nhẹ củaECycle đều dựa trên một bộ phận trung tâm, nơi đặt động cơ - máy phát, ắc quy vàcác hệ truyền động Hệ thống lái rất đặc biệt và bộ giảm xóc lò xo để trần mangđến hình ảnh thể thao cho chiếc xe này Hệ thống treo phía trước là dạng càng đơnnằm ngang với một tay đòn lắp một cách chắc chắn với khung trung tâm đơn khốibằng hợp kim nhôm ECycle mang đến công suất 42V x 400A Khối lưu trữ điệncủa chiếc xe này bao gồm ba ắc quy 14V Các bánh xe mâm đúc bằng nhôm đườngkính 40cm, hộp số hai tốc độ và dẫn động bằng xích Khối lượng của những chiếc

xe máy hybrid của ECycle khoảng 100 kg

2.4.3 FA - 801 (Hybrid 80 CC - 500W) :

Công ty sản xuất xe gắn máy FUSEN của Thái Lan đã cho ra đời mẫu xe mô tôlai (hybrid) được kết hợp từ một động cơ điện 500W và một động cơ đốt trong80cm3 Khi xe chạy từ 0 - 34km/h, động cơ điện sẽ hoạt động Khi xe đạt tốc độ35km/h, hộp điều khiển điện tử sẽ khởi động động cơ đốt trong và ngắt động cơđiện, lúc này động cơ đốt trong sẽ thay thế động cơ điện để cung cấp sức kéo cho

xe chạy Khi tốc độ xe thấp hơn 35km/h, hệ thống điều khiển sẽ giúp xe tự độngchuyển sang hoạt động bằng động cơ điện Trên tay lái của xe có nút chọn chế độchạy xe ở 2 trạng thái: chế độ chạy điện và chế độ chạy động cơ nhiệt Loại xe này

có các ưu điểm:

- Tiết kiệm nhiên liệu và giảm sự ô nhiễm môi trường

- Hoạt động êm và không ô nhiễm môi trường khi chạy ở chế độ xe điện

- Giá thành thấp

Các đặc tính kỹ thuật của xe:

- Công suất động cơ điện: 500W có thể kéo xe chạy đạt 50km/h, quãng đường

xe chạy hết bình ắc quy là 90km

- Bộ nguồn ắc quy: 12V x 4 bình

- Nạp lại ắc quy: 1,8A trong thời gian từ 4-6 giờ.

- Tốc độ cực đại của xe đạt: 90km/h

Chương 3: Ô TÔ PIN NHIÊN LIỆU ( FUEL CELL ) 1.Giới thiệu chung.

1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của pin nhiên liệu

1.1.1 Sơ đồ cấu tạo:

FC là một thiết bị dùng Hydro (hay các nhiên liệu giàu Hydro) và Oxy

để tạo ra điện bằng một quá trình điện hóa

FA - 801 (Hybrid 80 CC - 500W)

Bảng đồng

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo pin nhiên liệu

1.1.2 Nguyên lý làm việc.

Khi các nguyên tử hydro có trong nhiên liệu đi vào anode của pin nhiên liệu,các phản ứng hóa học xảy ra tại đây sẽ lấy các electron của chúng Những nguyên

tử hydro lúc này bị ion hóa, tạo thành ion hydro mang điện tích dương (proton)

Các electron mang điện tích âm bị ngăn cản bởi chất điện phân nên khôngthể di chuyển trực tiếp từ anode sang cathode mà phải đi vòng qua một mạch điệnbên ngoài, tạo ra dòng điện một chiều Cùng lúc đó, khí oxy được cung cấp đếncathode của pin nhiên liệu sẽ nhận các electron này, tạo thành các ion oxy (O2  )

Và trong một số dạng pin nhiên liệu, các ion oxy này sẽ kết hợp với các ion hydrovừa đi qua chất điện phân từ anode của pin nhiên liệu để tạo thành nước, ở một sốdạng pin nhiên liệu khác, các ion oxy sẽ di chuyển qua chất điện phân đến anode,gặp và kết hợp với các ion hydro ở đó để tạo thành nước

Như vậy, dù hydro và oxy cùng gặp nhau và kết hợp với nhau ở anode haycathode nhưng cuối cùng cũng tạo ra nước, thoát ra khỏi pin Pin nhiên liệu sẽ liêntục phát điện khi vẫn được cung cấp hydro và oxy

Trong pin nhiên liệu, các electron di chuyển từ anode sang cathode thôngqua một mạch điện bên ngoài, nên dòng điện đi qua mạch điện có chiều từ cathodesang anode

Dưới đây là sơ đồ mô tả hai phản ứng cơ bản trong pin nhiên liệu mà phảnứng tổng quát của chúng chính là phản ứng nghịch của quá trình điện phân nước:

Tổng quát: 2H2 O2  2H2O + điện năng + nhiệt năng

Lượng điện thu được từ pin nhiên liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loạipin nhiên liệu, kích cỡ pin, nhiệt độ khi nó hoạt động, áp suất không khí được cungcấp vào pin,… Tùy theo từng loại pin nhiên liệu mà điện áp của pin sẽ khác nhau,nhưng thông thường nằm trong khoảng từ 0,3 đến 0,9V

1.1.3.Thuận lợi của FC.

- Hiệu suất cao

- Dường như không có ôi nhiễm môi trường

- Động cơ điện sử dụng FC có hiệu suất cao, không có tiếng ồn, có đườngđặc tính tốt hơn động cơ đốt trong

- Hydro có thể được điều chế từ nước

- So với bình điện (ắcquy) thì pin nhiên có khối lượng và thể tích nhỏ hơn

1.3 Khó khăn của FC.

- Hydro không tồn tại ở trạng thái đơn chất, điều chế, sản xuất Hydro rất khó khăn và tốn kém

- Yêu cầu kỹ thuật bình chứa Hydro rất khắt khe

- Cơ sở hạ tầng cho việc sản xuất Hydro chưa có, thói quen sử dụng Hydro còn hạn chế

- Chi phí đầu tư ban đầu cho ô tô FC rất cao

1.2 Cụm pin nhiên liệu và hệ thống pin nhiên liệu.

1.2.1 Cụm pin nhiên liệu.

Vì một pin nhiên liệu đơn riêng lẻ chỉ tạo được một điện áp và công suất rấtthấp, cho nên tùy theo điện áp và công suất cần dùng là bao nhiêu mà người ta sẽdùng nhiều pin đơn để kết nối với nhau tạo thành một cụm pin nhiên liệu (fuel cellstack) Một cụm pin nhiên liệu điển hình có thể gồm hàng trăm pin nhiên liệu đơn

Hình 3.2 Cấu tạo cụm pin nhiên liệu

1.2.2 Hệ thống pin nhiên liệu.

Do pin nhiên liệu chỉ sinh ra dòng điện một chiều và thường sử dụng nhiênliệu đã qua xử lý, vì thế, hệ thống tạo ra điện năng của pin nhiên liệu đòi hỏi phải

có sự tổ hợp của nhiều bộ phận

Việc xây dựng hệ thống pin nhiên liệu phụ thuộc vào loại pin nhiên liệu,nhiên liệu sử dụng, điều kiện làm việc và lĩnh vực áp dụng,… Tùy theo yêu cầu sửdụng mà người ta sẽ bố trí một hệ thống pin nhiên liệu với các thành phần phù hợp.Hình 3.3 giới thiệu sơ đồ khối của một hệ thống pin nhiên liệu cơ bản Các bộ phậnchính của hệ thống này bao gồm:

+ Bộ xử lý nhiên liệu (Fuel Processor): Dùng để chuyển đổi những khíthương mại sẵn có hay các nhiên liệu khác ở dạng lỏng hoặc rắn thành các nhiênliệu phù hợp với các phản ứng xảy ra ở các điện cực của pin nhiên liệu Mục đíchcủa việc xử lí nhiên liệu nhằm làm sạch và loại bỏ những thành phần có hại cótrong nhiên liệu

Hình 3.3 Mô hình một hệ thống pin nhiên liệu

+ Thiết bị biến đổi năng lượng (pin nhiên liệu hay cụm pin nhiên liệu):Nhằm biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành điện năng

+ Bộ điều hòa công suất (Power Conditioner): Dòng điện do pin nhiên liệutạo ra thường không sử dụng trực tiếp cho tải điện mà phải thông qua bộ phận biếnđổi dòng điện Mặt khác, do pin nhiên liệu chỉ sản sinh ra dòng điện một chiều, chonên, tùy theo yêu cầu của thiết bị sử dụng mà người ta có thể sử dụng bộ biến đổidòng điện để chuyển dòng điện từ một chiều sang xoay chiều

+ Hệ thống thu hồi nhiệt: Nhằm tận dụng nhiệt tạo ra của pin nhiên liệu.Nhiệt lượng này có thể tận dụng để tạo hơi nước, nước nóng hoặc chuyển tiếp

thành điện năng thông qua một turbine khí hay sử dụng cho một công nghệ nào đónhằm tận dụng triệt để nhiệt độ phát sinh.

Ngoài ra, trong hệ thống pin nhiên liệu còn có các hệ thống phụ để xử lý độ

ẩm, nhiệt độ, áp suất khí và nước thải của pin nhiên liệu,…

2 Ô tô pin nhiên liệu.

2.1 Khái quát về ô tô pin nhiên liệu.

Cũng giống như ôtô sử dụng năng lượng điện từ Ắc quy, ôtô pin nhiên liệucũng dùng một motor điện để vận hành các bánh xe Tuy nhiên, pin nhiên liệutrên ôtô pin nhiên liệu phát ra dòng điện từ hydro hoặc các nhiên liệu giàu hydro,thời gian nạp nhiên liệu ít hơn nhiều so với thời gian nạp điện cho Ắc quy

Hình 3.4 Cấu tạo ô tô sử dụng FC của hãng Honda.

Ôtô pin nhiên liệu có phạm vi hoạt động (quãng đường chạy giữa hai lầntiếp nhiên liệu) dài hơn nhiều so với ôtô chạy bằng Ắc quy do sự giới hạn về dunglượng của Ắc quy (ôtô chạy bằng Ắc quy có phạm vi hoạt động khảng 80km-160km) Tuy nhiên, cả hai loại ôtô này đều cần phải nâng cao khoảng cách quãngđường chạy để có thể so sánh được với ôtô xăng và diesel (480 – 640)km

Một ưu điểm khác của ôtô chạy bằng pin nhiên liệu so với ôtô chạy bằng Ắcquy là hệ thống phân phối nhiên liệu lỏng dễ dàng được thiết lập nhờ vào các trạmxăng hiện nay Các trạm xăng hiện nay có thể chuyển đổi sang nhiên liệu giàuhydro cung cấp cho pin nhiên liệu, trong khi đó, các trạm nạp điện cho Ắc quyphải xây dựng từ đầu khi chạy ôtô điện

Việc sử dụng pin nhiên liệu để tạo ra dòng điện cung cấp cho động cơ điệntrên ôtô là một bước phát triển mới cho công nghệ ôtô điện Tuy nhiên, nếu ôtô chỉtrang bị pin nhiên liệu một cách đơn độc thì nó có những nhược điểm như thời giankhởi động dài, khả năng tăng tốc kém,…Vì vậy, hiện nay loại ôtô này đều sử dụngcông nghệ lai hóa giữa hai nguồn năng lượng

Sự lai hệ thống pin nhiên liệu với một nguồn năng lượng khác được xem làmột cách có hiệu quả trong việc khắc phục những bất lợi của những xe chỉ trang bịduy nhất pin nhiên liệu Thông thường, người ta thường sử dụng Ắc quy kết hợpvới pin nhiên liệu để làm nguồn năng lượng cho ôtô Cấu hình này cho phép tậndụng những ưu điểm của cả hai nguồn năng lượng ít gây ô nhiễm môi trường này.

Ắc quy dùng trong loại ôtô lai dùng để hỗ trợ pin nhiên liệu khi xe khởiđộng hoặc khi tăng tốc Trong một số trường hợp, nguồn công suất của Ắc quycũng có thể tự vận hành xe và lúc này pin nhiên liệu sẽ đóng vai trò là một máy sạcđiện cho Ắc quy

2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

1 Bàn đạp ga, 2 Bàn đạp phanh, 3 Bộ điều khiển xe, 4 Hệ thống FC,

5 Ắc quy, 6 Bộ giao tiếp điện tử, 7 Bộ điều khiển motor điện,

8 Motor điện,9 Hộp số, 10 Các bánh xe (1) Tín hiệu điều khiển ga, (2) Tín hiệu điều khiển phanh (3) Tín hiệu năng lượng điện, (4) Tín hiệu công suất pin nhiên liệu.(5) Tín hiệu điều khiển bộ giao tiếp điện tử, (6) Tín hiệu điều khiển motor, (7) Tín hiệu tốc độ xe.

Hình 3.5 Sơ đồ cấu tạo ô tô pin nhiên liệu.

Tùy theo công suất hoặc moment xoắn được yêu cầu từ tín hiệu bàn đạp gahoặc bàn đạp phanh và các tín hiệu khác, bộ điều khiển xe sẽ điều khiển dòng nănglượng giữa hệ thống pin nhiên liệu, ắc quy và hệ thống truyền động để công suấthoặc moment xoắn đầu ra của motor đạt yêu cầu Khi yêu cầu công suất cao ( Vídụ: khi gia tốc đột ngột) cả hai hệ thống pin nhiên liệu và ắc quy sẽ cung cấp nănglượng đến motor điện Khi phanh, motor điện sẽ làm việc như một máy phátchuyển đổi một phần năng lượng phanh thành năng lượng điện và nạp điện cho ắcquy Ắc quy cũng có thể phục hồi năng lượng của nó từ hệ thống pin nhiên liệu khicông suất tải thấp hơn công suất thiết kế của hệ thống pin nhiên liệu

Như vậy, với thiết kế và điều khiển thích hợp, ắc quy sẽ không cần nạp lại từnguồn điện bên ngoài xe

3 Các bộ phận chính trên ô tô pin nhiên liệu

3.1 Pin nhiên liệu.

3.1.1 Pin nhiên liệu dùng màng điện phân polymer ( PEMFC )

Hình 3.6 Cấu tạo PEMFC

Khí hydro được cấp vào phía anode và khí oxy được cấp vào từ phía cathodecủa pin nhiên liệu Khi hydro đi đến màng điện phân polymer (PEM), chất xúc tác

sẽ tách nó ra thành các proton và các electron; các proton sau khi tách ra sẽ đixuyên qua PEM, còn các electron thì bị PEM ngăn lại không cho đi xuyên qua màphải đi vòng qua một mạch điện bên ngoài để về cathode của pin nhiên liệu Quátrình di chuyển này của các electron sẽ tạo ra dòng điện một chiều

Ở phía cathode, oxy được cung cấp vào sẽ kết hợp với các electron từ dòngđiện và proton vừa từ anode chuyển đến để tạo thành nước

Phương trình phản ứng hóa học tại các điện cực của pin nhiên liệu PEMđược viết như sau:

Tổng quát: 2H2 O2  2H2O + điện năng + nhiệt năng

3.1.2 Pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp ( DMFC ).