Cấu Trúc Tổng Quan Về Hệ Thống Hybrid

Nhiều hệ thống hybrid phức tạp như hệ thống Toyota hybrid, năng lượng được tái sinh nếu không thì bị mất do ma sát nhiệt trong hệ thống phanh và sử dụng nó để bổ sung năng lượng cho động

I Tổng quan: Prius là một từ la tinh có nghĩa là “đi trước” Toyota chọn tên này bởi

vì chiếc xe Prius là tiên phong của những chiếc xe hybrid Với sự tăng trưởng dân số nhanh và sự phát triển kinh tế trong những thập kỉ gần đây đã cho kết quả tăng đột biến

sự tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trên quy mô toàn cầu Đối mặt với thử thách tạo ra một chiếc xe thân thiện với trái đất, Toyota đã sản xuất ra những mẫu xe hybrid cung ứng đầu tiên trên thế giới

Cấu trúc đơn giản nhất của hệ thống này là kết hợp đặc tính làm việc tốt nhất của một động cơ đốt trong và một mô tơ điện Nhiều hệ thống hybrid phức tạp như hệ thống Toyota hybrid, năng lượng được tái sinh nếu không thì bị mất do ma sát nhiệt trong hệ thống phanh và sử dụng nó để bổ sung năng lượng cho động cơ đốt trong của hệ thống hybrid Những công nghệ kỹ thuật được nâng cấp này cho phép hệ thống hybrid đạt được hiệu suất nhiên liệu tốt hơn và giảm lượng khí CO2

Khi chiếc xe Prius lần đầu tiên được xuất xưởng, nó được chọn là chiếc xe du lịch được trang bị động cơ tốt nhất trên thế giới vào năm 2001 Chiếc xe được chọn bởi vì nó

là xe hybrid đầu tiên lắp đặt 4 đến 5 chổ ngồi cùng với một khoan hành lý, và nó là một trong những chiếc xe kinh tế và thân thiện với môi trường nhất vào năm 2004, xe Prius thế hệ thứ 2 giành phần thưởng xe đạt uy tín và là chiếc xe được trang bị động cơ tốt nhất vào năm 2004

Hệ thống Toyota Hybrid (THS) dẫn động cho xe Prius thế hệ thứ nhất và hệ thống Toyota Hybrid II (THS-II) dẫn động cho xe Prius thế hệ thứ hai, cả hai đều tạo được ấn tượng về tính kinh tế nhiên liệu và sự làm sạch của khí thải

THS (2001-2003 prius) THS-II (2004 về sau )

+ Tiêu chuẩn SULEV là khoảng 75% nhiều khắc khe hơn tiêu chuẩn ULEV và gần 90% sạch hơn LEV trong khói xả

+ Tiêu chuẩn SULEV sẽ sinh ra HC ít hơn trong suốt 100,000 dặm

lượng khí thải không ô nhiễm.

II Hệ thống hybrid: các thành phần chính của hệ thống hybrid:

+ Động cơ đốt trong (ICE)

+ Mô tơ-máy phát 1 (MG1)

+ Mô tơ-máy phát 2 (MG2)

+ Bộ bánh răng hành tinh

+ Bộ chuyển đổi điện

+ Ắc qui điện áp cao (Ắc qui HV)

+ ECU điện áp cao ( ECU HV)

+ Động cơ đốt trong (ICE): Sử dụng động cơ xăng 1NZ-FXE 1.5l trang bị hệ thống

VVT-I (hệ thống điều khiển thời điểm nạp thông minh) và hệ thống ETCS-I (hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh)

Hình 7: Sơ đồ tổng quan hệ thống hybrid

Hình 8: Động cơ đốt trong (ICE)

+ Mô tơ-máy phát 1 (MG1): Nó hoạt động giống như thành phần điều khiển công

suất của bộ bánh răng hành tinh Nó nạp điện cho Ắc qui điện áp cao và cung cấp năng lượng điện để dẫn động Mô tơ-máy phát 2 (MG2) Mô tơ-máy phát 1 (MG1) điều khiển hiệu quả chức năng truyền động vô cấp của hộp số hybrid MG1 cũng làm việc như một máy khởi động

+ Mô tơ-máy phát 2 (MG2): MG2 dùng để tạo một lực chuyển động cho xe hoạt

động ở tốc độ thấp và hổ trợ thêm lực kéo cho động cơ xăng khi xe hoạt động ở tốc độ cao Nó cung cấp công suất trợ giúp thêm cho công suất động cơ xăng khi cần thiết và giúp xe đạt được đặc tính động lực học tối ưu Nó có chức năng giống như một máy phát trong suốt quá trình phanh tái sinh

Hình 9: Mô tơ-máy phát MG1

+ Bộ bánh răng hành tinh: Bộ bánh răng hành tinh là một bộ phân chia công suất.

MG1 kết nối với bánh răng mặt trời, MG2 kết nối với bánh răng bao và trục đầu ra của động cơ xăng gắn với cần dẫn của bánh răng hành tinh Những bộ phần này được sử dụng

để kết hợp phân phối công suất từ động cơ xăng và MG2, và để nạp lại năng lượng cho ắc qui điện áp cao

Hình 10: Mô tơ-máy phát MG2

Hình 11: Bộ bánh răng hành tinh

+ Bộ chuyển đổi điện: Dòng điện giữa MG1, MG2 và Ắc qui điện áp cao được điều

khiển nhờ bởi bộ chuyển đổi điện Bộ chuyển đổi điện biến đổi dòng điện một chiều của

Ắc qui điện áp cao thành nguồn điện xoay chiều, và nó điều chỉnh dòng điện xoay chiều điện áp cao từ MG1 và MG2 để nạp lại cho Ắc qui điện áp cao

+ Ắc qui điện áp cao: Ắc qui lưu trữ năng lượng được phục hồi bởi MG2 trong suốt

quá trình phanh tái sinh và năng lượng được tạo ra bởi MG1 Ắc qui cung cấp điện đến

mô tơ điện khi khởi động động cơ xăng kết thúc hoặc khi công suất cần bổ sung được yêu cầu

THS (Prius thế hệ 2001-2003) THS-II (Prius thế hệ 2004 về sau)

38 ngăn ắc qui niken-kim loại hydrua 28 ngăn ắc qui niken-kim loại hydrua

Tổng điện áp: 273.6V Tổng điện áp: 201.6V

Hình 12: Bộ chuyển đổi điện

Hình 13: Ắc qui điện áp cao

III CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG HYBRID:

+ Khi đã khởi động và đang chạy tại tốc độ thấp MG2 cung cấp lực chuyển động ban đầu Động cơ xăng có thể khởi động ngay lập tức nếu trạng thái nạp của ắc qui điện áp cao ở mức thấp Khi tốc độ xe tăng lên trên 15-20 dặm/giờ động cơ xăng sẽ khởi động + Khi chạy dưới những điều kiện bình thường, năng lượng động cơ xăng được chia thành hai phần: một phần dẫn động các bánh xe và một phần dẫn động MG1 để tạo ra điện năng ECU điện áp cao điều khiển tỉ lệ phân bố năng lượng một cách hiệu quả nhất + Trong thời gian tăng tốc tối đa Công suất được tạo ra bởi động cơ xăng và MG2 được bổ sung bởi năng lượng từ ắc qui điện áp cao Mômen động cơ kết hợp với mômen MG2 chuyển thành công suất được yêu cầu tăng tốc cho xe

+ Trong thời gian giảm tốc hoặc phanh, các bánh xe dẫn động MG2 MG2 hoạt động như 1 máy phát cho việc phục hồi năng lượng tái sinh Năng lượng tái sinh từ quá trình phanh được lưu trữ trong ắc qui điện áp cao

CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN: (Xem mô phỏng)

Hệ thống hybrid sử dụng nhiều chế độ khác nhau để đạt hiệu quả hoạt động tốt nhất tương ứng với những điều kiện lái

+ Dừng: Nếu ắc qui HV của xe được nạp đầy và xe không chuyển động, thì động cơ

xăng có thể dừng Động cơ xăng sẽ tự khởi động nếu ắc qui HV cần nạp điện Ngoài ra, nếu công tắc hệ thống điều hòa không khí tại chế độ MAX A/C được chọn, trên prius thế

hệ 01-03 động cơ xăng sẽ tiếp tục chạy nhờ để dẫn động máy nén Prius Thế hệ 04 trở về sau sử dụng một máy nén điện

Hình 14: Điều khiển dừng

+ Đã khởi động: Khi khởi động dưới tải nhỏ và bướm ga mở nhỏ, chỉ MG2 quay để

cung cấp công suất, động cơ xăng không chạy và xe tiếp tục chạy chỉ bằng năng lượng điện MG1 quay chiều ngược lại và chỉ quay ở tốc độ cầm chừng, nó không tạo ra năng lượng điện

+ Chạy bình thường: Trong giai đoạn chạy ở tốc độ thấp(15-40 dặm/giờ), động cơ

xăng chạy và cung cấp công suất MG2 quay và làm việc như một mô tơ và cung cấp một công suất phụ thêm MG1 thì được quay cùng hướng bởi động cơ xăng, làm việc như một máy phát và cung cấp điện năng cho MG2

Hình 15: Điều khiển lúc động cơ đã khởi động

Hình 16: Điều khiển chạy bình thường

+ Tăng tốc bướm ga mở hoàn toàn và chạy giữ ga(hành trình) tốc độ cao: Trong

trường hợp tăng tốc cực đại hoặc tốc độ trên 100 dặm/giờ MG2 tạo ra công suất hổ trợ công suất động cơ xăng Ắc qui HV cung cấp năng lượng điện đến MG2 MG1 cũng nhận điện năng từ ắc qui HV và quay theo hướng đảo để tạo ra tỉ số OD(OverDrive-tỷ số truyền tăng) cho tốc độ cực đại

+ Giảm tốc và phanh:

- Ngay khi người lái nhả bàn đạp ga, MG2 trở thành một máy phát MG2 được quay bởi các bánh xe chủ động và tạo ra điện năng để nạp cho ắc qui HV Quá trình này gọi là phanh tái sinh Khi xe giảm tốc, động cơ xăng dừng chạy và MG1 quay chiều ngược lại

để duy trì tỉ số truyền

- Khi nhấn bàn đạp phanh, hầu hết lực phanh ban đầu bắt nguồn từ phanh tái sinh và lực được yêu cầu để quay MG2 như một máy phát Phanh thủy lực cung cấp thêm năng lượng dừng khi xe chạy chậm lại

Hình 17: Điều khiển chạy hết ga và chạy hành trình

+ Lùi: Khi xe chuyển động lùi, MG2 quay ngược và làm việc như một mô tơ điện.

Động cơ xăng không chạy, MG1 quay theo hướng thuận và chỉ ở chế độ cầm chừng, nó không tạo ra điện năng

Hình 18: Điều khiển giảm tốc và phanh

Hình 19: Điều khiển chạy lùi

thiết bị chuẩn Màn hình LCD 7.0” có độ cảm ứng cao cho chức năng truy cập dể dàng.

Hình 20: Màn hình hiển thị điều khiển năng lượng

Hình 20.1: Màn hình hiển thị tiêu thụ nhiên liệu

thường vừa có chức năng điều khiển đóng mở cửa từ xa và có thể khởi động động cơ xăng mà không cần chìa khóa Bằng việc cho phép ECU thông minh nhận ra sự hiện diện chìa khóa thông minh trong phạm vi dò tìm Hệ thống này có thể khóa hoặc không khóa cửa hoặc khởi động hệ thống hybrid mà không sử dụng chìa khóa

Khởi động hệ thống hybrid:

Trên Prius thế hệ 01-03 dùng chìa khóa cơ khí đưa vào ổ khóa đánh lửa và thực hiện theo thứ tự để khởi động động cơ

Prius thế hệ 04 về sau:

 Đưa chìa khóa vào ổ khóa

 Đạp bàn đạp phanh

 Ấn nút Power để lựa chọn vị trí OFF, ACC, IG-ON hoặc READY Đèn sẽ biểu thị cho chúng ta biết đang chọn ở vị trí nào

Hình 21

Hình 22: Khởi động hệ thống hybrid

Nếu dùng bộ khởi động từ xa:

 Đạp bàn đạp phanh

 Ấn nút power trên bộ điều khiển từ xa

 Để hủy bỏ ấn nút SMART ở bên dưới vô lăng

 chế độ OFF hoặc READY: đèn báo tắt

 Chế độ ACC: đèn màu xanh nhạt sáng

Hình 23

Hình 24

Hình 25

Hình 26

Hình 27