Nghiên cứu thiết kế xe lai nạp điện sinh hoạt

TÓM TẮT LUẬN VĂN Plug-in hybrid electric vehicle_PHEV là một chiếc xe lai nạp điện sinh hoạt được trang bị thêm ắc-quy có thể sạc và khôi phục lại toàn bộ năng lượng ban đầu bằng cách kế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-o0o -NGÔ VĂN HƯƠNG BÌNH

NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ XE LAI NẠP ĐIỆN SINH HOẠT (PLUG-IN HYBRID ELECTRIC

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

TS.Dương Minh Tâm PGS.TS Đ ặng Văn Nghìn

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI:

« NGHIÊN CỨU – THIẾT KẾ XE LAI NẠP ĐIỆN SINH HOẠT ( PLUG -IN

HYBRID ELECTRIC VEHICLE _PHEV) ».

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Tổng quan về tình hình nhiên liệu và ô nhiễm môi trường ở Việt Nam

2 Nghiên cứu tổng quan về xe lai nạp điện sinh hoạt (PHEV) và bộ chuyển đổi xetruyền thống thành xe PHEV Ứng dụng chuyển đổi cho xe Jeep Willys MB

3 Tính toán, thiết kế động cơ điện của xe Jeep Willys MB_PHEV

4 Tính toán, thiết kế ắc-quy (battery) của xe Jeep Willys MB_PHEV

5 Hệ thống điều khiển điện-điện tử của xe Jeep Willys MB_PHEV

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/07/2011.

IV NGÀY HOÀN THÀNH N HIỆM VỤ: 02/12/2011.

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: - TS Dương Minh Tâm.

TS.Dương Minh Tâm PGS.TS Đặng Văn Nghìn

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

(Họ tên và chữ ký)

Khoảng thời gian học tập, rèn luyện ở trường Đại Học Bách Khoa thật sự làmột giai đoạn đáng nhớ đối với bản thân em Các thầy cô đã truyền đạt cho chúng

em những kiến thức chuyên môn cần thiết cũng như nhắc nhở chúng em về tráchnhiệm của thanh niên đối với xã hội Sự quan tâm, chia sẻ kinh nghiệm của thầy côthật sự đã giúp đỡ em rất nhiều trong những lúc gặp khó khăn, thử thách Em xincảm ơn các thầy, các cô rất nhiều về công ơn dạy dỗ trong suốt những năm học qua

Thời gian thực hiện luận văn Thạc Sĩ của em tuy không dài nhưng nó đ ã giúp

em cụ thể hóa những gì đã được học và tích lũy rất nhiều kiến thức thực tế Em xincảm ơn thầy TS.Dương Minh Tâm và th ầy PGS.TS Đặng Văn Nghìn đã tận tìnhhướng dẫn, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cũng như tạo mọi điều kiện để emthực hiện luận văn một cách tốt nhất

Với những hành trang kiến thức cần thiết mà thầy cô đã truyền đạt, giờ đây

em cảm thấy thật tự tin khi rời ghế nhà trường và tiếp tục với những thử thách mới

Em xin hứa sẽ tiếp tục học tập, rèn luyện, làm việc và nghiên cứu khoa học để gópphần mang lại những lợi ích thiết thực cho xã hội, xứng đáng là học viên Cao họcBách khoa và xứng đáng với những công lao mà thầy cô đã dạy dỗ

Em xin chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe để tiếp tục sự nghiệp “trămnăm trồng người”, chắp cánh ước mơ cho các thế hệ sinh viên bay đến chân trờikhoa học Chúc Khoa Cơ Khí và Trư ờng Đại Học Bách Khoa luôn luôn phát tri ểnbền vững và đạt được nhiều thành công trong thời kỳ hội nhập

TP.HCM, ngày 02 tháng 12 năm 2011

Học viên Cao học: Ngô Văn Hương Bình

Hiện nay,với nền kinh tế đang ngày một phát triển thì nhu cầu sử dụng ô tô của người dân Việt Nam ngày càng tăng, số người có đủ điều kiện để sắm xe ng ày càng nhiều.

Do đó nhiều chuyên gia dự đoán thị trường ô tô của Việt Nam sẽ tiếp tục tăng t rưởng cao trong nhiều năm tới.

Tại Việt Nam, Hiệp hội sản xuất xe h ơi gọi tắt là VAMA, gồm rất nhiều công ty trong đó có các công ty l ớn như Toyota, Ford, Honda, GM, Mercedes benz, Isuzu…Các công ty này đang làm ăn r ất phát đạt, đơn cử như Toyota luôn dẫn đầu thị trường về số lượng xe bán ra Bên cạnh đó, cũng đã xuất hiện các doanh nghiệp của ng ười Việt Nam cũng đang ngày càng khẳng định tên tuổi của mình trong thị trường ô tô như Trường Hải, Samco…Đây chính là dấu hiệu cho thấy sự khởi sắc của thị tr ường ô tô Việt Nam Cùng với chính sách ủng hộ của Nh à Nước, trong thời gian không xa nữa nền công nghiệp ô tô của Việt Nam sẽ có điều kiện tiến xa h ơn nữa.

Tuy nhiên kéo theo sự phát triển đó là những lo ngại về cơ sở hạ tầng không đáp ứng kịp, không khí bị ô nhiễm (do nước ta chưa áp dụng khí thải cao mà chỉ mới áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 2) Đại đa số xe tại thị tr ường nước ta không lắp bộ xử lí khí thải

vì nó làm tăng giá thành của xe, bên cạnh đó người ta còn nhập xe cũ từ nước ngoài nên chất lượng của xe có thể không đạt ti êu chuẩn khí thải.

Hiện nay, xu hướng sử dụng xe tiết kiệm nhi ên liệu và không gây ô nhiễm môi trường đang rất thịnh hành tại nhiều nước phát triển xuất phát từ hai nguy ên nhân chính đó

là nguồn nhiêu liệu dầu mỏ ngày càng cạn kiệt và vấn đề hiệu ứng nhà kính do ô nhiễm môi trường gây ra Chính vì nhu cầu rất lớn đó mà các hãng xe trên thế giới đều có chương trình nghiên cứu riêng, chẳng hạn như hãng xe Toyota đã rất thành công với dự án G21 với kết quả là dòng xe Toyota Prius ra đời Đó chính là tiền đề cho việc thay thế dần các loại

xe truyền thống trong tương lai.

Đề tài “NGHIÊN CỨUTHIẾT KẾ XE LAI NẠP ĐIỆN SINH HOẠT (PLUG

-IN HYBRID ELECTRIC VEHICLE_ PHEV)” sẽ giúp chúng ta có cái nh ìn rõ hơn về

loại xe này Trong quá trình thực hiện đề tài em đã cố gắng và nổ lực hết mình nhưng do điều kiện thí nghiệm cũng nh ư tiếp xúc thực tế còn hạn chế nên nhất định sẽ không tránh khỏi những thiếu xót Em rất mong đ ược thầy cô, bạn bè góp ý bổ sung để đề tài ngày càng

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Plug-in hybrid electric vehicle_PHEV là một chiếc xe lai nạp điện sinh hoạt được trang bị thêm ắc-quy có thể sạc và khôi phục lại toàn bộ năng lượng ban đầu bằng cách kết nối thông qua dây cắm với nguồn điện bên ngoài Xe PHEV hoạt động chủ yếu sử dụng năng lượng từ động cơ điện Nói cách khác động cơ điện là chính, trong khi động cơ đốt trong lại là phụ

Công việc nghiên cứu xuất phát từ trữ lượng nguồn năng lượng xăng-dầu toàn cầu có giới hạn, khí thải gây ô nhiễm môi trường, giá cả và nguồn cung cấp thường biến động Tham khảo các tài liệu trong, ngoài nước và các mẫu xe PHEV của các hãng trên thế giới đã sản xuất, để tìm hiểu tổng quan về xe PHEV Luận văn gồm các nội dung như sau:

- Tổng quan về tình hình nhiên liệu và ô nhiễm môi trường ở Việt Nam

- Nghiên cứu tổng quan về xe lai nạp điện sinh hoạt (PHEV) và bộ chuyển đổi xe truyền thống thành xe PHEV Ứng dụng chuyển đổi cho xe Jeep Willys MB

- Tính toán, thiết kế động cơ điện của xe Jeep Willys MB_PHEV

- Tính toán, thiết kế ắc-quy (battery) của xe Jeep Willys MB_PHEV

- Tổng quan hệ thống điều khiển điện-điện tử của xe Jeep Willys MB_PHEV

và thiết kế lắp đặt những hệ thống trên xe Jeep Willys MB_PHEV

Kết quả là luận văn nghiên cứu thiết kế xe lai nạp điện sinh hoạt (PHEV) nhằm đảm bảo nhu cầu cấp thiết và yêu cầu kỹ thuật đề ra

The research derives from needs of global fuel-energy resources are limited, emissions polluting the environment, price and supply constantly fluctuating Reference from foreign and Viet Nam documents and PHEV models of the world’s car manufacturer have produced, to reseach an overview of PHEV vehicles Thesis contains the following:

- Overview of the fuel situation and environmental pollution in Vietnam

- Researching an overview of PHEV and conversion from traditional vehicle

to plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) Application for conversion Jeep Willys MB vehicle

- Calculation, design of electric motors for Jeep Willys MB_PHEV vehicle

- Calculation, design batteries for Jeep Willys MB_PHEV vehicle

- Overview of the control system’s electrical and electronics of Jeep Willys MB_PHEV vehicle and designed for installation systems on the Jeep Willys MB_PHEV vehicle

The result of research is designing the plug-in hybrid electric vehicle (PHEV)

to ensure set out technical requirements and the urgent needs

Tôi tên: Ngô Văn Hương Bình

Lớp: Cao Học CTM2010

MSHV: 10040410

Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào tạo Sau đại học,Đại học Bách khoa Tp.HCM, tôi đ ã thực hiện luận văn cao học với đề tài “Nghiêncứu thiết kế xe lai nạp điện sinh hoạt (Plug-in hybrid electric vehicle_PHEV) ” dưới

sự hướng dẫn của TS Dương Minh Tâm và PGS.TS Đặng Văn Nghìn từ ngày04/07/2011 đến 02/12/2011

Tôi xin cam kết đây là luận văn tốt nghiệp cao học do tôi thực hiện Tôi đãthực hiện luận văn đúng theo quy đ ịnh của phòng Đào tạo sau đại học, Đại họcBách khoa Tp.HCM và theo s ự hướng dẫn của TS Dương Minh Tâm và PGS.TS.Đặng Văn Nghìn

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên đây Nếu có saiphạm trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin hoàn toàn ch ịu các hình thức xử lýcủa phòng Đào tạo Sau đại học và Ban Giám hiệu trường Đại học Bách khoa Tp

Hồ Chí Minh

Học viên

Ngô Văn Hương Bình

1.1.4 Sự ra đời của xe lai nạp điện sinh hoạt (PHEV) 13

1.2.1 Tổng quan về xe lai nạp điện sinh hoạt (PHEV) 14

1.2.2 Tình hình phát triển xe PHEV 281.2.3 Các bằng sang chế (patents) và các nghiên c ứu được công bố có liên

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC, Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN33

2.1.2 Chế độ hoạt động của xe Jeep Willys MB_PHEV 36

2.2 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA BỘ CHUYỂN ĐỔI THÀNH XE PHEV

3.1.2 Các loại động cơ điện sử dụng cho xe PHEV 43

3.3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÀ CHỌN ĐỘNG

3.3.1 Xác định công suất động cơ điện 533.3.2 Tính toán các thông số động học 57

4.1.1 Sơ lược một số loại nguồn sử dụng cho PHEV 614.1.2 Tổng quan về ắc-quy Lithium-ion 644.1.3 Ưu và nhược điểm của ắc-quy Lithium-ion 66

5.1.5 Khảo sát hệ thống điện tử công suất của một số

5.2.1 Nguyên lý và chế độ hoạt động của xe Jeep Willys MB_PHEV 1045.2.2 Thiết kế lắp đặt những hệ thống tr ên xe Jeep Willys MB_PHEV 105

CHỬ VIẾT TẮT

PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle ( Ô tô lai nạp điện sinh hoạt)

HEV: Hybrid Electric Vehicle (Ô tô lai điện)

EV: Electric Vehicle (Ô tô đi ện)

LPG: Liquefied Petroleum Gas (Khí d ầu mỏ hóa lỏng)

ECM: Electric Control Module (B ộ điều khiển điện tử cho động cơ)

HV ECU: Hybrid Vehicle Electric Control Unit (B ộ điều khiển điện tử kết hợp trên xehybrid)

CVT: Continously Variable Transmission (H ộp số biến thiên vô cấp)

ECC: Electronic Control Center (B ộ điều khiển điện tử trung tâm)

BLDC : Brushless DC (Động cơ 01 chiều không chổi than)

CAN: Controler Area network (M ạng sử dụng điều khiển riêng)

IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor (Transistor có cực điều khiển cách ly)

SMR: System Main Relay (R ờ le chính của hệ thống)

DANH SÁCH CÁC HÌNH V Ẽ

Trang

Hình 1.1: Dự báo về xu hướng nhu cầu sử dụng nguồn nhiên liệu thế giới………… 1

Hình 1.2: Lượng CO2 thải ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu tăng lên (năm 2000) 3

Hình 1.3: Tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm của ô tô……… 4

Hình 1.4: Giản đồ sự phát triển của nền công nghiệp ô tô……… 5

Hình 1.5: Xe ô tô Smart 2 ch ỗ ngồi (nguồn: internet)……… 7

Hình 1.6: Biểu đồ về mức độ khí thải cho phép của các tiêu chuẩn Euro………… 7

Hình 1.7: Sự tiêu hao năng lượng của loại xe sử dụng động cơ đốt trong………… 9

Hình 1.8: Xu hướng phát triển ô tô sạch……… 12

Hình 1.9: Xu hướng phát triển của ô tô hybrid……… 12

Hình 1.10: Mô hình hệ thống xe lai điện……… 13

Hình 1.11: Tổng quan về hệ thống PHEV……… 15

Hình 1.12a : Hệ thống PHEV nối tiếp ……… 16

Hình 1.12b: Sơ đồ truyền động hệ thống PHEV nối tiếp ……… 17

Hình 1.13a : Hệ thống PHEV song song ……… 18

Hình 1.13b : Sơ đồ truyền động hệ thống PHEV song song ……… 19

Hình 1.14a : Hệ thống PHEV hỗn hợp ……… 19

Hình 1.14b : Sơ đồ truyền động hệ thống PHEV hỗn hợp ……… 20

Hình 1.15: Mối quan hệ giữa động cơ điện và động cơ đốt trong……… 21

Hình 1.16: Mô hình hệ thống xe lai nạp điện sinh hoạt PHEV……… 21

Hình 1.17: Các loại máy phát và tiết chế……….… 22

Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lý của bộ phân phối công suất……….……… 23

Hình 1.19: Bộ chuyển đổi điện và sơ đồ nguyên lý hoạt động……… 24

Hình 1.20: Thiết bị nạp điện cho ắc-quy của xe Toyota Prius Plug-in Hybrid… 24

Hình 1.16 : Biểu đồ về mức độ sử dụng nhiên liệu của xe PHEV……… 26

Hình 2.2: Một dạng ô tô Plug-in Hybrid kiểu phối hợp công suất song song… 39

Hình 3.1: Động cơ điện dùng trong ô tô điện……… 41

Hình 3.2: So sánh đặc tính làm việc của động cơ dùng trong công nghi ệp (b) và cho ô tô điện (a)……… 43

Hình 3.3: Các loại động cơ sử dụng cho xe PHEV……… 44

Hình 3.4 Cấu trúc động cơ từ trở đồng bộ - SynRM (a) và so sánh rotor động cơ SynRM với động cơ IM của ABB (b)……… 45

Hình 3.5: Động cơ từ trở thay đổi – SRM……… 46

Hình 3.6: Đường sức từ tại các vị trí điển hình trong quá trình ho ạt động của SRM 46 Hình 3.7: Cấu trúc động cơ BLDC (a) và các c ảm biến Hall (b)……… 47

Hình 3.8: So sánh cấu trúc của động cơ SPM và IPM……… 48

Hình 3.9: Khác với loại SPM, động cơ IPM có điện cảm dọc trục và ngang trục khác nhau……… 48

Hình 3.10: Đặc tính sinh mômen của động cơ IPM………… 49

Hình 3.11: Cấu trúc của động cơ IPM (nguồn: internet)……… 49

Hình 3.12: Cấu trúc động cơ BLDC (a) và các c ảm biến Hall (b)……… 50

Hình 3.13: Stator động cơ BLDC……… 51

Hình 3.14: Rotor động cơ BLDC……… 51

Hình 3.15: Minh họa hoạt động Hall sensor……… 52

Hình 3.16: Hall sensor g ắn trên stator……… 52

Hình 3.17: Cấu trúc của động cơ điện BLDC……… 53

Hình 3.18: Các thành ph ần lực xuất hiện khi xe chạy trên trên dốc nghiêng góc α 53

Hình 3.19: Kích thước của động cơ điện BL40-1……… 56

Hình 3.20: Sơ đồ hệ thống truyền lực……… 57

Hình 4.1: Nguyên lý hóa h ọc của Fuel Cell (nguồn: Wikipedia)……… 62

Hình 4.2: Minh họa hệ thống Fuel Cell trên xe ô tô đi ện (nguồn: Wikipedia)… 63

Hình 4.3: Những cải tiến trong hiệu suất ắc-quy Lithium-ion……… 64

Hình 4.4: Fisker Karma s ử dụng công nghệ ắc-quy Lithium-ion (nguồn: internet) 66

Hình 4.5: Cấu tạo chi tiết phần đầu của ắc-quy với bộ ngắt và cơ cấu

lỗ an toàn cho những sự nâng cao bất thường của áp lực bên trong 69

Hình 4.6: Cấu trúc ắc-quy Li-ion dạng hình trụ……… 69

Hình 4.7: Những ắc-quy Li-ion dạng trụ "25Ah"……… 70

Hình 4.8: Mặt cắt của một ắc-quy Li-ion lăng trụ……… 71

Hình 4.9: Phần đầu và các điện cực của ắc-quy Li-ion lăng trụ phẳng 7Ah (vỏ là điện cực âm), 40Ah (vỏ trung hoà)……… 71

Hình 4.10: Cấu trúc mạng tinh thể của LiMn2O4 và LiCoO2……… 74

Hình 4.11: Điên áp và dung lượng riêng của vật liệu điện cực dương trong quá trình nạp đầu tiên ở 250C (tốc độ C/20)……… 75

Hình 4.12: Điện áp và dung lượng riêng của vật liệu điện cực dương trong quá trình phóng đầu tiên (tốc độ C/20)……… 76

Hình 4.13: Cấu trúc dạng lục giác của mạng carbon, những cấu trúc mạng của graphite 2H, 3R……… 77

Hình 4.14: Điện áp, dung lượng quá trình phóng và n ạp trong chu kỳ đầu tiên của thanh cốc (a) vật liệu graphite nhân tạo (b)…… 78

Hình 4.15: Phác hoạ quá trình điện hoá trong ắc-quy Li-ion……… 84

Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển xe PHEV……… 88

Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý mạch lực……… 89

Hình 5.3: Nguyên tắc điều khiển truyền thống động cơ BLDC……… 90

Hình 5.4: Đặc tính cơ moment – tốc độ của động cơ BLDC……… 91

Hình 5.5: Nguyên lý điều khiển động cơ BLDC……… 91

Hình 5.6: Dòng điện, sức phản điện động trong nguyên lý điều khiển dải trễ… 92

Hình 5.7: Quỹ đạo từ thông stator không tròn v ới 6 “bậc” trong 1 chu kì………… 93

Hình 5.8: Sơ đồ hệ thống của động cơ điện BLDC……… 94

Hình 5.9 : Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi DC-DC……… 95

Hình 5.10: Hệ thống nguồn năng lượng với các chế độ hoạt động……… 95

Hình 5.12: Cấu hình cơ bản của bộ biến đổi DC-DC tăng/hạ áp hai chiều…… 98

Hình 5.13: Minh họa chế độ hoạt động tăng áp……… 98

Hình 5.14: Minh họa chế độ hoạt động hạ áp……… 99

Hình 5.15: Sơ đồ khối của bộ biến đổi DC-AC……… 99

Hình 5.16: Cấu trúc tổng quát của biến tần……… 100

Hình 5.17: Đồ thị hiệu suất của hệ biến tần–động cơ trong xe Toyota Prius Hybrid Hình 5.18: Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi AC-DC-AC……… 102

Hình 5.19: Sơ đồ khối các bộ biến đổi trong xe Camry Hybrid, 2007 ……… 102

Hình 5.20: Khối PCU của các dòng xe: Prius 2004 (trái), Camry 2007 (giữa) và Prius 2010 (phải)……… 103

Hình 5.21: Van công su ất IGBT sử dụng cho bộ boost converter……… 103

Hình 5.22: So sánh các mô -đun điện tử công suất……… 103

Hình 5.23: Mô hình xe Jeep Willys MB_PHEV ……… 105

Hình 5.24: Sơ đồ bố trí các hệ thống trên xe 106

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1: Bảng so sánh ưu nhược điểm giữa 3 kiểu hệ thống phối hợp công suất 20

Bảng 1.2: So sánh giữa các loại xe……… 27

Bảng 3.1: Tổng hợp các thông số động học của ô tô……… 60

Bảng 4.1: So sánh các loại ắc-quy ……… 63

Bảng 4.2: Bảng phân tích khối lượng của ắc-quy 29Ah dạng trụ ……… 70

Bảng 4.3: Đặc trưng vật liệu làm điện cực dương ……… 73

Bảng 4.4: Đặc trưng của các loại carbon……… 79

Bảng 4.5: Muối dùng trong chất điện li cho ắc-quy Li-ion……… 80

Bảng 4.6: Những đặc trưng hoạt động của ắc-quy Li-ion… 84

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN1.1 GIỚI THIỆU:

1.1.1 Tình hình nhiên liệu và ô nhiễm môi trường:

Công nghiệp hóa và đô thị hóa càng mạnh thì nhu cầu tiêu thụ năng lượngcàng lớn, nguồn ô nhiễm không khí c àng tăng Nhu cầu tiêu thụ xăng dầu ngàycàng tăng và dự báo trong những năm tới còn tiếp tục tăng cao Nếu các tiêuchuẩn về chất lượng xăng dầu không đ ược thắt chặt thì chúng ta sẽ phải đối mặtvới vấn đề ô nhiễm không khí đô thị rất nghi êm trọng

Bước sang thế kỷ 21, ngành công nghiệp ôtô của thế giới bị phê phán nhiều

về tiêu thụ quá mức năng lượng từ dầu mỏ, về ô nhiễm môi trường Giá cả dầu

mỏ liên tục gia tăng, tiêu chuẩn khí xả ngày càng được siết chặt

Hình 1.1: Dự báo về xu hướng nhu cầu sử dụng nguồn nhiên liệu thế giới [51]

Biểu đồ: Nhu cầu xăng dầu của Việt Nam những năm qua và dự báo cho đến

năm 2025

Nguồn: Quy hoạch phát triển ngành dầu khí Việt Nam giai đoạn 2006-2015

Định hướng đến năm 2025, Bộ Công Nghiệp, 07/2007.

Ô tô sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch ngoài các chất độc hại như NOX,

CO, HC và PM còn có lượng khí thải khá lớn là CO2 không thể khống chế được (vìđây là sản phẩm tất yếu của quá tr ình oxi hóa chất hữu cơ) Mà CO2 là chất gây rahiệu ứng nhà kính là nguyên nhân làm tăng d ần nhiệt độ trái đất Theo tính toánlượng CO2 do xe cơ giới thải ra chiếm khoảng 24%

Hình 1.2: Lượng CO2 thải ra do quá tr ình đốt cháy nhiên liệu tăng lên (năm 2000).

[51]

Theo tốc độ phát triển ô tô hiện nay c ùng với sự khan hiếm về nguồn nănglượng hoá thạch sử dụng, một vấn đề cấp bách không kém đang đặt ra l à tìnhtrạng ô nhiễm môi trường do ô tô gây ra

Theo báo cáo môi trư ờng quốc gia năm 2007, ô nhi ễm không khí ở đô thị

do giao thông gây ra chi ếm 70% Xét theo các nguồn thải gây ô nhiễm trên toànquốc, hoạt động giao thông đóng góp kho ảng 85% lượng CO, 95% VOCs Phátthải chủ yếu từ phương tiện giao thông cơ giới đường bộ là CO, HC, BOx (đốivới động cơ xăng) và PM, NOx (đ ối với động cơ diesel) Do sự phát triển kinh tế,

số lượng xe máy và ô tô tại các thành phố lớn được dự đoán càng tăng lên kéotheo tình trạng ô nhiễm môi trường không khí ngày càng nghiêm tr ọng [58].Thủ tướng Chính phủ vừa phê duyệt Đề án "Kiểm soát ô nhiễm môi trườngtrong hoạt động giao thông vận tải (GTVT)" với mục tiêu kiểm soát, phòngngừa, hạn chế gia tăng ô nhiễm, thực hiện hoàn nguyên môi trư ờng trong hoạtđộng GTVT; hướng tới xây dựng hệ thống GTVT bền vững, thân thiện môitrường

Mục tiêu cụ thể, từ nay đến năm 2015, các doanh nghi ệp công nghiệp thuộcngành GTVT có hệ thống quản lý môi trường và thực hiện các biện pháp quản lý,

xử lý chất thải phù hợp với từng loại hình hoạt động Tầm nhìn đến 2030, pháttriển hệ thống GTVT thân thiện với môi trường, cơ bản kiểm soát được các thànhphần gây ô nhiễm môi trường trên tất cả các lĩnh vực đường bộ, đường sắt,đường thủy nội địa, hàng hải và hàng không

Để đạt các mục tiêu trên, cần tổ chức quản lý, kiểm tra khí thải phương tiện

cơ giới đường bộ theo các tiêu chuẩn đã ban hành Mặt khác, để có thể giảmthiểu được ô nhiễm môi trường từ ô tô, từ lâu đã có nhiều giải pháp kỹ thuậtmang nhiều hứa hẹn như: ô tô chạy điện, ô tô dùng ắc-quy nhiên liệu, động cơkhí nén v.v Tuy nhiên, nh ững công nghệ kể trên vẫn chưa thể đưa vào sử dụngđược vì còn nhiều giới hạn về công nghệ

Hình 1.3: Tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm của ô tô

Gần đây một kỹ thuật chế tạo ô tô mới đ ã được ra đời nhằm phần n ào tiếtkiệm nguồn năng lượng không tái sinh đ ược (dầu hỏa) cũng như bảo vệ môi

Hybrid là một giải pháp được coi là thành công hiện nay và đã được đưa vào thịtrường rộng rải ở các nước phát triển như Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản

1.1.2 Tình hình phát triển của ngành công nghiệp ôtô:

Phát minh đầu tiên đó là của một người Đức, ông là Nikolaus Otto, ông đ ã

sử dụng đông cơ đốt trong Đó là chiếc xe hơi đầu tiên sử dụng động cơ bốn thìnăm 1862 Đó là loại động cơ đang tiếp tục sử dụng trong các loại xe thôngthường hiện nay Hiệu quả thấp và sản xuất khí thải nhiều là những điểm tiêu cựccủa loại xe này

Hình 1.4: Giản đồ sự phát triển của nền công nghiệp ô tô

Bước đột phá trong ngành công nghi ệp xe đó là việc chuyển từ loại xe thôngthường sang loại xe điện hybrid Những chiếc xe đầu tiên của loại xe này do hãngToyota Nhật Bản giới thiệu là loại xe Prius (1997) Và hiện nay nền công nghiệp

ô tô đã phát triển thêm loại xe PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicles) v ới khảnăng bổ sung năng lượng từ mạng lưới điện.

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 dầncác quãng đường dịch chuyển Sự gia tăng mật độ ô tô dẫn đến hai vấn đề lớn cầngiải quyết đó là sự quá tải của cơ sở hạ tầng và ô nhiễm môi trường Sự phát triểnngành giao thông vận tải và công nghiệp chế tạo ô tô của hầu hết các nước đềuđược thực hiện theo định hướng làm giảm nhẹ sự tác động của hai vấn đề nàyđến kinh tế - xã hội

Giải quyết vấn đề cơ sở hạ tầng giao thông một mặt liên quan đến công tácqui hoạch đô thị, nâng cấp hệ thống giao thông, mở rộng đường, thiết kế tốt cácnút giao thông, xây dựng các 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 kỷqua Thật vậy ngày nay người ta lại tìm thấy những ô tô mới nhất có kiểu dángkích thước nhỏ gọn của các hãng ô tô nổi tiếng trên thế giới sản xuất Người ta

ưu tiên chọn ô tô nhỏ bởi lẽ chúng gọn nhẹ, chiếm ít không gian trong garage vàthuế lưu hành thấp Chính vì vậy, những chủng loại xe như Peugeot 205, RenaultTwingo, Ford KA, thu ộc loại ô tô bán chạy nhất ở Châu Âu Mới đây trên thịtrường ô tô thế giới xuất hiện những chủng loại ô tô có kích thước rút gọn hai chỗngồi SMART (hình 1.5) Trên thị trường Châu Á, các nhà chế tạo ô tô cũng rấtquan tâm đến việc sản xuất các loại ô tô cỡ nhỏ Ô tô Matiz, KIA morning là một

ví dụ điển hình

Hình 1.5: Xe ô tô Smart 2 ch ỗ ngồi (nguồn: internet)

Về mặt hạn chế ô nhiễm môi trường, các nhà sản xuất ô tô không ngừngnghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm của mình để thích nghi với các tiêuchuẩn phát thải ô nhiễm ngày càng trở nên nghiêm ngặt Các nước phát triển hiệnđang áp dụng tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm EURO4 và đang hư ớng về tiêu chuẩnEURO5, nghiêm ngặt hơn Vì vậy cần phải nghiên cứu các giải pháp về phươngtiện giao thông “sạch” khả dĩ hạn chế mức độ phát thải mà không cần đến cácloại động cơ thế hệ mới

Hình 1.6: Biểu đồ về mức độ khí thải cho phép của các tiêu chuẩn Euro

1.1.3 Xu hướng phát triển ô tô sạch: [4], [51]

Sự ra đời và phát triển của ôtô đã cống hiến rất lớn cho nền văn minh nhânloại Tuy nhiên, lượng khí thải mà ôtô xả ra cũng dần dần trở th ành nguyênnhân chủ yếu gây ô nhiễm không khí ở các th ành phố hiện đại Những chất độcsinh ra khi xăng dầu cháy không chỉ nguy hại trực tiếp tới sức khoẻ con ng ười

mà còn gây ô nhiễm trên phạm vi lớn Vì vậy, phát triển Giao thông xanh l à mộtquá trình đa dạng hoá năng lượng, và cũng là quá trình phát triển và đề xướngnhững phương tiện giao thông dùng năng lư ợng sạch

Rất nhiều nước đã đầu tư lớn vào việc tạo ra các phương tiện Giao thôngxanh không ô nhiễm hoặc mức ô nhiễm thấp, nh ư tàu điện ngầm, tàu hoả caotốc, tàu siêu tốc, ôtô điện, ôtô dùng khí thiên nhiên hoặc khí hoá lỏng, ôtô d ùngkhí hyđrô, ôtô dùng rượu metilic, etilic

Muốn giảm bớt ô nhiễm từ khí thải ôtô một cách có hiệu quả, mấu chốt l àphải giải quyết vấn đề xăng cháy ở ôtô So với xe chạy bằng xăng th ì lượngcacbonic mà ôtô dùng khí thiên nhiên th ải ra giảm đến 90%, l ượng đioxitcacbon giảm 80%, lượng oxit lưu huỳnh giảm xuống 40% Đồng thời cũng tiếtkiệm 50% phí nhiên liệu hơn khi chạy bằng xăng Hiện nay ôtô chạy bằng khíthiên nhiên đã được ứng dụng nhiều ở nhiều n ước, số lượng trên toàn thế giới

đã đạt hơn 5.250.000 chiếc

Do đó, ô tô sạch không gây ô nhiễm (Zero emission) là mục tiêu hướng tớicủa các nhà nghiên cứu và chế tạo ô tô ngày nay Có nhi ều giải pháp đã đượccông bố trong những năm gần đây, tập trung vào việc hoàn thiện quá trình đốtcháy của động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô

tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, đi ện, ắc-quy nhiênliệu, năng lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid) Xu hư ớng phát triển ô tô sạch có thểtổng hợp như sau:

+ Ô tô truyền thống và động cơ đốt trong:

Hình 1.7: Sự tiêu hao năng lượng của loại xe sử dụng động cơ đốt trong

Hiệu suất của loại xe này là khoảng 30%, có nghĩa là có tới 70% nănglượng bị lãng phí trong quá trình chuy ển đổi năng lượng trong động cơ đốttrong Như có thể thấy các thông số trên hình, tổng năng lượng thật sự đượcdùng trong một động cơ đốt trong là khoảng 13% tổng năng lượng nạp vào Cómột số công nghệ tồn tại để nâng cao hiệu quả, nhưng có một công nghệ mà cácthiệt hại đó được giảm đáng kể đó là loại xe hybrid

+ 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, cónguồn từ thực vật Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháysinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệuứng nhà kính Ngày nay vi ệc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế trênphương tiện vận tải nói chung và trên xe buýt nói riêng v ẫn còn rất hạn chế dogiá thành của nhiên liệu còn cao Tuy nhiên gi ải pháp này có lợi ở những nơi

mà nguồn nhiên liệu này dồi dào hoặc các loại nhiên liệu trên được chiết xuất từcác chất thải của quá trình sản xuất 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 cực

thấy, 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 N ếu việc sản xuất DME trên qui

mô công nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lýtưởng nhất vì khí thiên nhiên phân b ố đều khắp trên trái đất và có trữ lượngtương đương dầu 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 nhiêntrên xe buýt, đó là khí thiên nhiên dư ới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạnglỏng Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được ápdụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạngkhí hay dạng lỏng) trên ô tô Ngày nay vi ệc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đãđược cải thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứacomposite gia cố bằng sợi carbon

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

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng

để chạy ô tô ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn

có lợi thế về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyểnđổi ô tô chạy bằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG có th ể được thực hiện theo

ba hướng: sử dụng duy nhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sửdụng đồng thời diesel và LPG (dual fuel) C ũng như các loại nhiên liệu khíkhác, việc lưu trữ LPG trên ô tô là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù ápsuất hóa lỏng của LPG thấp hơn rất nhiều so với khí thiên nhiên hay các lo ại khíkhác Các loại bình chứa nhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật liệu

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 ph ố Nguồn điện dùng để chạy ô tô được nạp

năng tích điện của ắc-quy Nếu nguồn điện được sản xuất từ các nguồn nănglượng tái sinh (thủy điện, ắc-quy mặt trời ) thì ô tô dùng điện là loại phươngtiện lý tưởng nhất về mặt ô nhiễm môi trường Tuy nhiên nếu nguồn điện đượcsản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thì ưu điểm này bị hạn chế nếu xét về mức độphát ô nhiễm tổng thể Ngày nay ô tô chạy bằng ắc-quy đã đạt được những tínhnăng vận hành cần thiết giống như ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống.

+ Ô tô chạy bằng ắc-quy nhiên liệu:

Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ô tôtrong tương lai là ắc-quy nhiên liệu Ắc-quy nhiên liệu là hệ thống điện hóabiến đổi trực tiếp hóa năng trong nhiên li ệu thành điện năng ắc-quy nhiên liệutrước đây chỉ được nghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không giannhưng ngày nay ắc-quy nhiên liệu đã bước vào giai đoạn thương mại hóa đểcung cấp năng lượng cho ô tô Do không có quá trình cháy x ảy ra nên sản phẩmhoạt động của ắc-quy nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nước Vì vậy có thể nói ô

tô hoạt động bằng ắc-quy nhiên liệu là ô tô sạch tuyệt đối theo nghĩa phát thảichất ô nhiễm trong khí xả Ôtô chạy bằng ắc-quy nhiên liệu không nạp điện màchỉ nạp nhiên liệu hydrogen Khó khăn v ì vậy liên quan đến lưu trữ hydro dưới

áp suất cao hoặc trong vật liệu hấp thụ trên phương tiện vận tải

+ Ô tô lai (hybrid):

Hình 1.8: Xu hướng phát triển ô tô sạch.

Ô tô hybrid là dòng xe s ử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạybằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động cơ điện lấy năng lượngđiện từ một ắc-quy cao áp Điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện với cơ chế nạp

“thông minh” như khi xe phanh, xu ống dốc…, gọi là quá trình phanh tái t ạo nănglượng Nhờ vậy mà ôtô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơđiện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết

Hình 1.10: Mô hình hệ thống xe lai điện.

1.1.4 Sự ra đời của xe lai nạp điện sinh hoạt (Plug-in Hybrid Electric

Vehicle _ PHEV):

Nhìn chung, trong xu h ướng phát triển ô tô sạch chúng ta thấy các loại xe ởtrên có những ưu điểm đáng kể về việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tiếtkiệm được nhiên liệu,…nhưng vẫn còn có những mặt hạn chế, mà tiêu biểu làloại xe điện (EV) và xe lai điện (HEV) Từ những xu hướng phát triển đó,ngành công nghiệp ô tô xuất hiện một chiếc xe kết hợp những yếu tố tốt nhấtcủa xe EV và HEV, đó là dòng xe lai nạp điện sinh hoạt (PHEV) và là thế hệthứ hai của dòng xe lai (hybrid)

Một chiếc PHEV bao gồm 1 động cơ đốt trong và 1 động cơ điện sử dụngắc-quy có thể sạc ngoài Không những ắc-quy có thể sạc từ năng lượng hao phícủa động cơ đốt trong, mà người dùng còn có thể sạc bằng nguồn điện gia đình

Mặt khác, xe có thể chạy ở cả 3 chế độ: dùng xăng, hybrid và dùng đi ện Điểmkhác biệt này làm tăng hiệu suất và sự tiện dụng của PHEV lên đáng kể Mớiđây, một nghiên cứu mới được đăng trên tạp chí Khoa học Công nghệ và Môitrường (ES&T) đã chứng thực khả năng giảm thiểu đáng kể sự phát thải CO2của các dòng xe PHEV so v ới các loại xe sử dụng động cơ xăng thông thư ờng.Mặt khác, xu hướng phát triển ô tô sạch có thể nói đến ba mốc phát triển

hệ truyền động của xe hơi Trong đó, động cơ đốt trong là đầu tiên, xe hybridgồm HEV và PHEV là bư ớc phát triển tiếp theo, và cuối cùng là các xe chạyđiện hoàn toàn (EV) Tuy nhiên, cho t ới nay cơ sở hạ tầng các trạm nạp điệncho xe EV còn chưa hoàn thiện, cho nên loại xe PHEV là sự lựa chọn hợp líhơn việc sở hữu ô tô điện

1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN C ỨU:

1.2.1 Tổng quan về xe lai nạp điện sinh hoạt (Plug-in Hybrid Electric

Vehicle _ PHEV):

Hình 1.11: Tổng quan về hệ thống PHEV [24]

1.2.1.1 Khái niệm về loại xe PHEV:

Xe lai nạp điện sinh hoạt (PHEV) là một chiếc xe hybrid được trang bịthêm ắcquy có thể sạc và khôi phục lại toàn bộ năng lượng ban đầu bằng cáchkết nối thông qua dây cắm với nguồn điện bên ngoài Xe PHEV có đầy đủ cácđặc tính của một xe lai điện (HEV) bao gồm một động cơ điện và động cơ đốttrong Nhưng khác HEV ở chỗ, loại xe hybrid này chạy nhờ sử dụng phần lớnnăng lượng từ động cơ điện Nói cách khác động cơ điện là chính, trong khiđộng cơ đốt trong lại là phụ

Đúng như tên gọi, xe PHEV cần có ổ cắm ngoài để sạc đầy năng lượngvào ắc-quy Ngoài ra, nó còn được nạp lại nhờ chạy động cơ đốt trong Khi ắc-quy cạn hết, các xe PHEV bắt đầu hoạt động như những xe hybrid thôngthường, động cơ đốt trong khi này hoạt động như động cơ chính

Như vậy, sự khác nhau chủ yếu giữa HEV và PHEV là cách n ạp điện, và

ở HEV động cơ điện hỗ trợ động cơ đốt trong, trong khi ở PHEV là ngược lại.Khả năng kết nối lưới điện của xe PHEV sẽ làm cho nó có thể phối hợp cácnguồn năng lượng khác nhau và sẽ dẫn đến khí thải thoát ra thấp

Mặt khác, điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện với cơ chế nạp “thông

lượng Nhờ vậy mà ôtô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động

cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết

Rất giống với các xe có động cơ lai hybrid khác đang ch ạy hiện nay,PHEV là một chiếc ô tô chạy bằng năng lượng ắc-quy với một động cơ xăng dựphòng Khi điện ắc-quy hết, những chiếc xe này sẽ khởi động động cơ xăng chophép ắc-quy được nạp lại Tuy nhiên, không gi ống như những chiếc xe hybridhiện có, PHEV chủ yếu dựa vào nguồn điện để nạp đầy ắc-quy

1.2.1.2 Các kiểu truyền động của ô tô PHEV: [51]

Cấu trúc xe lai nạp điện sinh hoạt PHEV về cơ bản được thiết kế giốngnhư cấu trúc của xe lai điện Hybrid Electric Vehicle_HEV, c ụ thể là có ba kiểucấu trúc giống như xe HEV như sau:

a/ Kiểu nối tiếp:

Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công vi ệc duy nhấtcủa động cơ xăng là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp choắc-quy hoặc cung cấp cho động c ơ điện

Hình 1.12a : Hệ thống PHEV nối tiếp

Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp ắc-quy và một sẽ dùngchạy động cơ điện Động cơ điện ở đây còn có vai trò như một máy phát điện(tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc v à thực hiện quá trình phanh.

Hình 1.12b: Sơ đồ truyền động hệ thống PHEV nối tiếp

Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ

không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường Động cơ đốt trong có thể chọn

ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ôtô Mặt khác động cơ xăngchỉ hoạt động nếu xe chạy đường dài quá quãng đường đã quy định dùng choăcquy Sơ đồ này có thể không cần hộp số Có khả năng nạp ắc-quy bằng lướiđiện dân dụng

Nhược điểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược

điểm như: Kích thước và dung tích ắc-quy lớn hơn so với tổ hợp ghép songsong, động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồnđiện cho ắc-quy nên dễ bị quá tải

b/ Kiểu song song :

Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song Cả động cơxăng và motor điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùytheo các điều kiện hoạt động khác nhau Ở hệ thống này động cơ xăng đóngvai trò là nguồn năng lượng truyền moment chính còn motor điện chỉ đóng vaitrò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc

Kiểu này không cần dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tínhnăng giao hoán lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc-quy trong các

chế độ hoạt động bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trunggian, nó có thể khởi động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện

để nạp điện cho ắc-quy

Ưu điểm: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng

lượng, mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ xăng nên dunglượng bình ắc-quy nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so vớikiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp

Nhược điểm: Động cơ điện cũng như bộ phận điều khiển motor điệ n có

kết cấu phức tạp, giá th ành đắt và động cơ xăng phải thiết kế công suất lớnhơn kiểu lai nối tiếp Tính ô nhiễm môi tr ường cũng như tính kinh tế nhiênliệu không cao

Hình 1.13a : Hệ thống PHEV song song

Hình 1.13b : Sơ đồ truyền động hệ thống PH EV song song

c/ Kiểu hỗn hợp :

Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp v à song song nhằm tậndụng tối đa các lợi ích đ ược sinh ra Hệ thống lai nối tiếp n ày có một bộ phậngọi là "thiết bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi li ên tụccông suất của động cơ đốt trong và động cơ điện đến các bánh xe chủ động.Tuy nhiên xe có thể chạy theo "kiểu êm dịu" chỉ với một mình động cơ điện

Hệ thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo xe hybrid

Hình 1.14a : Hệ thống PHEV hỗn hợp

Hình 1.14b : Sơ đồ truyền động hệ thống PHEV hỗn hợp

d/ So sánh ba kiểu phối hợp công suất :

Sự tiết kiệm nhiên liệu Sự thực hiện truyền

độngKiểu lai

Sự dừngkhông táisinh

Lấy lạinănglượng

Hoạtđộng hiệusuất cao

Tổnghiệusuất

Gia tốc

Công suấtphát ra caoliên tụcNối tiếp

Song song

Hỗn hợp

Bảng 1.1: Bảng so sánh ưu nhược điểm giữa 3 kiểu hệ thống phối hợp công suất

Hình 1.15: Mối quan hệ giữa động cơ điện và động cơ đốt trong.

1.2.1.3 Cấu tạo của xe PHEV: [51]

Xe PHEV về cơ bản có cấu trúc giống xe HEV nhưng khác ở chỗ là loại

xe PHEV có bổ sung thêm tính năng s ạc năng lượng từ mạng lưới điện do đó

sự cần thiết của ắc-quy cao hơn

Khả năng kết nối lưới điện của xe PHEV sẽ làm cho nó có thể phối hợpcác nguồn năng lượng khác nhau và sẽ dẫn đến khí thải thoát ra thấp

Hình 1.16: Mô hình hệ thống xe lai nạp điện sinh hoạt PHEV

Một chiếc xe lai nạp điện sinh hoạt PHEV có rất nhiều bộ phận, nhưng quantrọng là các bộ phận chính như sau:

- Động cơ đốt trong

- Động cơ điện: nhận năng lượng điện từ ắc-quy, chuyển thành năng lượng cơkhí dẫn động bánh xe Ưu điểm của động cơ điện là cho mô-men lớn ở số vòngquay nhỏ, hoạt động êm, hiệu suất cao

- Máy phát điện: gồm có ba bộ phận là phát điện, chỉnh lưu và hiệu chỉnh điện

áp Tiết chế vi mạch nhỏ gọn được lắp liền trên máy phát, ngoài ch ức năng điều

áp nó còn báo một số hư hỏng bằng cách điều khiển đèn báo nạp

Hình 1.17: Các loại máy phát và tiết chế

- Hộp số và bộ phân phối công suất:

Cụm bánh răng hành tinh trong hộp số đóng vai trò như một bộ chia côngsuất có nhiệm vụ chia công suất từ động cơ chính của xe thành hai thành ph ầntạm gọi là phần dành cho cơ và phần dành cho điện Các bánh răng hành tinhcủa nó có thể truyền công suất đến động cơ chính, động cơ điện – máy phát vàcác bánh xe chủ động trong hầu hết các điều kiện khác nhau Các bánh rănghành tinh này hoạt động như một cơ cấu truyền động biến đổi liên tục (CVT-Continuously Variable Transmission)

Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lý của bộ phân phối công suất

- Ắc quy: là một thành phần quan trọng của xe PHEV, đảm bảo các yêu cầunhư tạo dòng lớn, cho phép nạp điện trong qu á trình phanh, độ bền cao

- Bộ phận chuyển đổi điện DC-DC: Bộ chuyển đổi biến dòng điện một chiều từắc-quy điện áp cao thành dòng xoay chi ều làm quay motor điện hoặc biến dòngxoay chiều từ máy phát thành dòng điện một chiều để nạp điện cho ắc-quy