Nghiên cứu hệ thống làm mát và hệ thống bôi trơn động cơIDse 210 31 trên xe KING LONG XMQ 6900g

TỔNG QUÁT VỀ Ô TÔ LAI1.1.1 XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA Ô TÔ SẠCH Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung vàoviệc hoàn thiện quá trình cháy động cơ diesel, sử dụng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ LAI 5

1.1 Tổng quan về ô tô lai 5

1.1.1 Xu thế phát triển của ô tô sạch 5

1.1.2 Giới thiệu chung và lịch sử ra đời ô tô hybrid 8

1.1.3 Uư nhược điểm của xe hybrid 9

1.2 Xu thế phát triển của ô tô hybrid 10

1.3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất 12

1.3.2 Theo cách phối hợp công suất động cơ điện và động cơ nhiệt 13

CHƯƠNG II : ẮC QUY DÙNG TRONG Ô TÔ LAI 18

2.1 Ắc quy và phận loại ắc quy 18

2.1.1 Ắc quy 18

2.1.2 Phân loại ắc quy 18

2.1 Ắc quy cho xe lai 19

2.1.1 Công nghê ắc quy Li-ion 20

2.1.1 Ắc quy cao áp trên xe kia optima 26

3.1 Quá trình phóng nạp của ắc quy ở các chế độ làm việc 27

3.1.1 Chế độ khởi động đông cơ 27

3.1.2 Chế độ chạy bằng động cơ điện 28

3.1.4 Chế độ tăng tốc hoặc leo dốc 30

3.1.5 Chế độ nạp điện cho ắc quy khi xe đang chạy 31

3.1.6 Chệ độ hãm tái tạo 31

3.1.7 Chế độ sạc khi xe đứng yên 33

3.1.8 Chế độ lùi xe 33

CHƯƠNG III ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHO Ô TÔ LAI 35

3.1 Giới thiệu máy điện 35

3.2 Máy điện cho xe lai 35

3.2.1 Đặc điểm và yêu cầu máy điện cho xe lai 35

3.2.2 Nghiên cứu máy điện đồng bộ cho xe hybrid 37

3.2.3 Máy điện trên xe kia optima 39

3.3 Điều khiển hoạt động máy điện trên xe hybrid 41

3.3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển trên kia optima 41

3.3.2 Điều khiển hoạt động động cơ điện trên kia optima 50

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường

Sản xuất công nghiệp cùng với phương tiện giao thông là nguồn phát thải ônhiễm không khí lớn nhất hiện nay Phương tiện giao thông không gây ô nhiễm(zero emission) từ lâu đã là mục tiêu nghiên cứu của các nhà khoa học Nhiều giảipháp đã được đưa ra cả về mặt hoàn thiện kết cấu động cơ lẫn tìm kiếm các nguồnnhiên liệu thay thế xăng dầu truyền thống để giảm mức độ phát thải ô nhiễm

2.1 Vấn đề nhiên liệu

Các nghiên cứu này trở nên bức thiết khi nguồn dầu lửa ngày càng cạn kiệt, giádầu thô thay đổi thất thường và dường như không còn được kiểm soát bằng nhữnggiải pháp truyền thống mà thế giới đã dùng trong hơn thế kỷ qua

Từ vấn đề trên Thế giới đã và đang đầu tư nghiên cứu, phát triển các loạiphương tiện sử dụng nhiên liệu “sạch” nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường cũngnhư bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để sản xuấtđược loại xe không làm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu ?

Ô tô hybrid, ô tô điện, ô tô pin mặt trời, ô tô chạy bằng gas đều không dễthực hiện được, bởi vẫn còn nhiều giới hạn về công nghệ Đối với ô tô chạy bằngđiện, việc nạp lại ắc quy cần đến ít nhất 4h đồng hồ, khuyết điểm này giới hạn tầm

sử dụng của ô tô chạy điện Đối với công nghệ pin nhiên liệu (fuel cell), hydro lỏngphải được lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp, vì thế chỉ có thể thích hợp với những quốc

hạn trên của hai công nghệ tương lai này tạo ra một khoảng trống giữa nhu cầu bảo

vệ môi trường và công nghệ ô tô truyền thống Nhưng giờ đây, khi ô tô hybrid đã

ra đời, đó là dòng ô tô sử dụng nguồn năng lượng tổ hợp, đã trả lời được câu hỏihóc búa trên Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện các sản phẩm sử dụng côngnghệ hybrid của các hãng Honda và Toytota…

Ở Việt Nam hiện nay việc sử dụng sản phẩm công nghê mới như xe ô tô hybridđang là nhu cầu cần thiết để giảm ô nhiễm môi trường cũng như giảm tiêu haonhiên liệu Việc tìm hiểu hoạt động cũng như quá trình điều khiển tái tạo nănglượng cho xe hybrid là tài liệu cần thiết phục vụ cho quá trình nghiên cứu bảodưỡng sửa chữa

Với những mục đích trên dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Bang tôi

đã nghiên cứu đề tài : “Nghiên cứu ô tô hybrid (phần ắc quy và động cơ điện”

đi sâu tìm hiểu về công nghệ hoạt động ứng dụng của loại ắc quy và động cơ điệncho xe hybird

Nội dung đề tài được chia làm 3 chương:

Chương I :Tổng quan về ô tô lai

Chương II : Ắc quy dùng trong ô tô lai

Chương III : Động cơ điện cho ô tô lai

Trong đề tài này chúng tôi đã cố gắng hoàn thành một cách tốt nhất nhiệm vụ

đề ra Tôi mong được thầy cô hướng dẫn và chỉ bảo cho tôi để đề tài của tôi hoànthiện hơn

Tôi xin chân thành cám ơn !

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ LAI1.1 TỔNG QUÁT VỀ Ô TÔ LAI

1.1.1 XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA Ô TÔ SẠCH

Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung vàoviệc hoàn thiện quá trình cháy động cơ diesel, sử dụng các loại nhiên liệu khôngtruyền 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 rệt tínhnăng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun nhiên liệu (common rail) điều khiểnđiện tử, lọc bụi và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng , hoặcnâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnhcực thấp Việc dùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệulỏng (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 từthực vật Do thành phần carbon 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 dồi

Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethyl ether(DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên Đây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch cóthể dùng cho động cơ diesel giống như LPG Thử nghiệm trên ô tô cho thấy, ô tôdùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát ônhiễm cực thấp California ULEV Nếu việc sản xuất DME trên quy mô côngnghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởng nhất vìkhí thiên nhiên phân bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đương dầumỏ.

+ Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên:

Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về nănglượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trườngtrong 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 trongnhững khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trênphương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên

ô tô Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải thiện nhiều cả vềcông nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố bằng sợicarbon

+ 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 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 với môitrường không khí trong thành phố Nguồn điện dùng để chạy ô tô được nạp vào ắcquy do đó quãng đường hoạt động độc lập của ô tô phụ thuộc vào khả năng tíchđiện của ắc quy Nếu nguồn điện được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái sinh(thủy điện, pin mặt trời ) thì ô tô dùng điện là loại phương tiện lý tưởng nhất vềmặt 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 tô trongtương lai là pin nhiên liệu Pin nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếphóa 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 Do

tuyệt 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

1.1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VÀ LỊCH SỬ RA ĐỜI Ô TÔ HYRID

Ô tô hybrid là gì ?

Hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) là dòng ôtô sửdụng động cơ tổ hợp Thật ra, ý tưởng“Hybrid”đã có từ rất lâu đời Theo BáchKhoa Toàn Thư mở Wikipedia thì Hybrid Vehicle, tạm dịch là Phương Tiện GiaoThông Ghép, là một phương tiện giao thông mà được động lực bằng hai nguồnnăng lượng trở lên Ví dụ như sự kết hợp giữa: Hệ thống chứa năng lượng nạp lạiđược (Rechargeable Energy Storage System hay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạplại được) và nguồn năng lượng nhiên liệu (Xăng, dầu diesel v.v ) Xe đạp bằngsức người với sự trợ giúp của động cơ điện ví dụ như xe đạp điện chẳng hạn Tàubuồm kết hợp với mô-tơ điện Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trongthông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy Bộ điều khiển điện tử

sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong,khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về sau.Trong thực tế hiện nay, thuật ngữ này (Hybrid Vehicle) thường dùng để nói đếnphương tiện giao thông ghép kết hợp năng lượng từ điện và xăng (PetroleumElectric Hybrid Vehicle) hay viết tắt trong tiếng anh là PEHV, và cũng có thể đượcviết tắt là HEV (Hybrid Electric Vehicle) Theo ngôn ngữ phổ thông tiếng Việtthường dùng ta có thể gọi là “Xe điện xăng”, hay tiếng Anh là Hybrid Car

1.1.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA XE HYBRID

- Tận dụng năng lượng khi phanh: khi cần phanh hoặc khi xe giảm tốc độ, động

cơ điện có tác dụng như máy phát điện, năng lượng phanh được tận dụng để tạo radòng điện nạp cho ắc-quy

- Động cơ điện được dùng trong các chế độ gia tốc hoặc tải lớn nên động cơ đốttrong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ nên động cơ đốt trong có kích thước nhỏgọn

- Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể của ôtô

- Có thể chạy xa và mạnh mẽ được giống như những ô tô chạy xăng bìnhthường

- Ô tô Hybrid vẫn dùng xăng làm nhiên liệu nên người vận hành không phải loviệc nạp điện, thông thường tốn rất nhiều thời gian

- Nhà nước có nhiều ưu đãi khi sử dụng ô tô Hybrid về thuế nhập khẩu, chỗ đỗ,đậu xe…

- Một vấn đề về các loại xe lai là nó rất nguy hiểm trong tai nạn vì khi đó rấtnguy hiểm cho hành khách do điện áp của nó rất cao.

1.2 XU THẾ PHÁT TRIỂN Ô TÔ HYBIRD

Việc tìm ra nguồn năng lượng sạch đang là mối quan tâm chung của toàn thếgiới.Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh tế xã hội thường đi kèm với cạnkiệt tài nguyên và ô nhiễm môi trường Phần lớn các phương tiện giao thông đều sửdụng nhiên liệu hóa thạch, chúng là một trong những tác nhân lớn gây ô nhiễm môitrường nghiêm trọng Do đó, việc tìm thêm nguồn năng lượng sạch để trang bị chophương tiện giao thông đang là mối quan tâm của cả thế giới Ngoài ra, do nguy cơnguồn dầu mỏ sẽ bị cạn kiệt trong một tương lai gần nên cũng đòi hỏi con người cầnphải tìm ra những nguồn năng lượng mới thay thế

Đã có nhiều thành công trong các lĩnh vực như : khí ga hóa lỏng LPG, khí thiênnhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, nănglượng gió,nguồn động lực lai (hybrid)

Mỗi giải pháp đều có ưu nhược điểm riêng Vấn đề đặt ra là phải thỏa mãn đượccác yêu cầu như:

-Dự trữ lớn

-Giá thành phù hợp

-Tính thông dụng trong lắp đặt cung cấp, an toàn

-Tuổi bền của các tổng thành tưng ứng với tuổi bền của xe

-Tính năng động lực

-Tính kinh tế, môi trường

Ôtô lai- hybrid đê được nghiín cứu từ rất sớm Chiếc ô tô lai -Hybrid được trưngbăy đầu tiín tại một Salon ở Paris văo năm 1899 Nó được chế tạo bởi H.Pieper Câcôtô lai- Hybrid đầu tiín được thiết kế chỉ nhằm mục đích phụ giúp những động cơđốt trong còn yếu lúc bấy giờ Chúng được chế tạo với những công nghệ điện cơ bản,

đê có những sâng tạo lớn trong những thiết kế đó, nhưng những chiếc ôtô lai- Hybridđầu tiín năy đê không thể cạnh tranh với những động cơ sử dụng nhiín liệu truyềnthống được cải tiến một câch mạnh mẽ

Khâi niệm ôtô lai- Hybrid được quan tđm nhất trong suốt những năm 1990 khi

nó trở nín sạch vă hiệu quả hơn so với câc phương tiện chạy điện.Việc nghiín cứu văphât triển ô tô lai-Hybrid như lă một giải phâp hiệu quả về tính kinh tế vă môitrường Có thể nói, công nghệ Hybrid lă chìa khoâ mở cânh cửa tiến văo kỷ nguyínmới của những chiếc ô tô, đó lă ô tô không gđy ô nhií̃m môi trường hay còn gọi lẵtô sinh thâi

Nỗ lực đâng kể nhất trong phât triển vă thương mại hóa ôtô lai- Hybrid được thựchiện bởi câc hêng sản xuất ôtô của Nhật Bản Năm 1997 Toyota đê giới thiệu mẫusedan Prius ở Nhật Honda cũng đê giới thiệu mẫu Hybrid của mình lă Isnight văCivic Những chiếc xe năy bđy giờ đê có mặt khắp nơi trín thế giới Chúng đê đạtđược hệ số mức tiíu hao nhiín liệu một câch tuyệt vời Toyota Prius vă HondaInsight được xem lă những chiếc ôtô lai- Hybrid có giâ trị lịch sử, vì chúng lă nhữngchiếc Hybrid đầu tiín được thương mại hóa rộng rêi trín thế giới trong kỷ nguyínhiện đại, để trả lời cho vấn đề mức tiíu hao nhiín liệu cho câc phương tiện câ nhđn Với câc ưu điểm nổi bật như đê níu, ôtô lai- hybrid đang được sự quan tđmnghiín cứu vă chế tạo của rất nhiều nhă khoa học vă hêng sản xuất ôtô trín thế giới

dùng động cơ “Hybrid” sẽ có thị phần tăng gấp đôi ở Mỹ do giá xăng dầu ngày càngleo thang, các nhà nghiên cứu dự đoán các xe hơi sử dụng động cơ thân thiện với môitrường này trong năm đó sẽ chiếm 11% trên tổng số xe so với tỷ trọng 4,8% vào năm

2005 và liên tục tăng qua các năm Điều đó đã khẳng định xu thế phát triển mạnh mẽcủa ôtô lai- Hybrid trong mục tiêu tiến tới ôtô sinh thái của nhân loại

1.3 PHÂN LOẠI Ô TÔ HYBRID

1.3.1 THEO THỜI ĐIỂM PHỐI HỢP CÔNG SUẤT

+ chỉ sử dụng moto điện ở tốc độ thấp

Khi ôtô bắt đầu khởi hành, motor điện sẽ hoạt động cung cấp công suất giúp xechuyển động và tiếp tục tăng dần lên với tốc độ khoảng 25 mph (1,5 km/h) trướckhi động cơ xăng tự khởi động Để tăng tốc nhanh từ điểm dừng, động cơ xăngphải khởi động ngay lập tức mới có thể cung cấp công suất tối đa Ngoài ra, motorđiện và động cơ xăng cũng hỗ trợ cho nhau khi điều kiện lái yêu cầu nhiều côngsuất, như khi leo dốc, leo núi hoặc vượt qua xe khác Do motor điện được sử dụngnhiều ở tốc độ thấp, nên loại này có khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi lái ở đườngphố hơn là khi đi trên đường cao tốc Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là haidòng điển hình thuộc loại này

+ Phối hợp khi cần công suất cao

Motor điện hỗ trợ động cơ xăng chỉ khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất,như trong quá trình tăng tốc nhanh từ điểm dừng, khi leo dốc hoặc vượt qua xekhác, còn trong điều kiện bình thường xe vẫn chạy bằng động cơ xăng Do đó,những chiếc hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi đi trên đường cao tốc vì

đó là khi động cơ xăng ít bị gánh nặng nhất Điển hình là Honda Civic Hybrid vàHonda Insight thuộc loại thứ hai

Cả hai loại này đều lấy công suất từ ắc-quy khi motor điện được sử dụng vàđương nhiên nó sẽ làm yếu công suất của ắc-quy Tuy nhiên, một chiếc xe hybridkhông cần phải cắm vào một nguồn điện để sạc bởi vì nó có khả năng tự sạc.

1.3.2 THEO CÁCH PHỐI HỢP CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ

NHIỆT.

+ Kiểu nối tiếp

Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc-quy hoặc cung cấp cho động cơ điện

Hình 1.1 : Hệ thống hybrid nối tiếp

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

Hình 1.2 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp

Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ hoạt động chế độ tối ưu nên giảm được ô nhiễm

môi trường Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp vớicác loại ôtô Mặt khác động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu xe chạy đường dài quáquãng đường đã quy định dùng cho ăcquy.Cách bố trí này có thể không cần hộpsố

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 song song, động

cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ có tải cung cấp nguồn điện cho động cơ điệnnên lượng tiêu hao nhiên liệu lớn so với kiểu bố trí khác

+ Kiểu song song

Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song Cả động cơ nhiệt

và motor điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo cácđiều kiện hoạt động khác nhau Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn

năng lượng truyền momen chính còn motor điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăngtốc hoặc vượt dốc.

Kiểu này không cần dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tính nănggiao hoán lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc-quy trong các chế độ hoạtđộng bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian, nó có thể khởiđộng động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc-quy

Hình 1.3: Hệ thống hybrid song song

Hình 1.4: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song

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 nhiệt nên dung lượng bình quy nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp

ắc-và hỗn hợp

Nhược điểm: Động cơ điện cũng như bộ phận điều khiển motor điện có kết cấu

phức tạp, giá thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn kiểu lai nốitiếp Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu không cao

+ Kiểu hỗn hợp

Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng tối

đa các lợi ích được sinh ra Hệ thống lai nối tiếp này có một bộ phận gọi là "thiết bịphân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất của động cơnhiệt 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 trongviệc chế tạo xe hybrid

Hình 1.5 Hệ thống hybrid hỗn hợp

Hình 1.6 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp.

CHƯƠNG II : ẮC QUY DÙNG TRONG Ô TÔ LAI

2.1 ẮC QUY VÀ PHÂN LOẠI ẮC QUY

2.1.1 ẮC QUY

Ắc quy là nguồn năng lượng hoạt động trên cơ sở hai điện cực có điện thế khácnhau ,nó cung cấp dòng điện một chiều cho các thiết bị dùng trong công nghiệpcũng như trong dân dụng

Khi ắc quy phóng hết điện ta phải tiến hành nạp điện cho ắc quy sau đó ắc quylại có thể lặp lại quá trình phóng điện.Ắc quy có thể thực hiện chu kỳ phóng nạpnên có thể thực hiện nhiều lần

Thông số đặc trưng của bình ắc quy là dung lượng,dung lượng thường đượctính bằng ampe giờ (AH) AH đơn giản chỉ là tích số giữa dòng điện phóng vớithời gian phóng điện Dung lượng này thay đổi tuỳ theo nhiều điều kiện như dòngđiện phóng, nhiệt độ chất điện phân, tỷ trọng của dung dịch, và điện thế cuối cùngsau khi phóng

2.1.2 PHÂN LOẠI ẮC QUY.

Ắc quy Li-ion.

2.1 ẮC QUY CHO XE LAI

Hiện nay, việc sử dụng vật liệu mới nguồn năng lượng mới đang là xu thế pháttriển của các ngành công nghiệp Đặc biệt là trong công nghiệp xe hơi ứng dụngcác loại ắc quy công nghệ cao có dung lượng cao khối lượng nhỏ đang dần thay thếcho các loại ắc quy thông thường Trên các dòng xe Civic Hybrid và Toyota Priusđều sử dụng ắc quy hyđrua kim loại kiềm ,các nhãn hiệu như Tesla, Nissan chọn

ắc quy lithium-ion như giải pháp tối ưu và mới đây là dòng xe hybrid kia optima sửdụng ắc quy lithium-ion cho sản phẩm của mình

Cơ sở lựa chọn ắc quy lithium-ion cho xe hybrid :

Có một năng lượng riêng và công suất riêng cao một cặp Li-ion có sức điệnđộng 4V, một năng lượng riêng 120 Wh / kg, mật độ năng lượng của 200 Wh / L,

và công suất riêng 260 W / kg

Ắc quy Li-ion có tốc độ tự phóng điện thấp (2 đến 8% mỗi tháng) và có dảinhiệt độ hoạt động rộng (nạp điện từ -20 đến 600C ) và phóng điện được ở nhiệt độ(-40 đến 650C )

Điện thế đạt trong khoảng 2,5 đến 4,2 cao gấp 3 lần so với NiCd hay NiMH, vàcần ít đơn vị cấu tạo hơn cho một ắc quy

Có khả năng cho tốc độ cao ,phóng điện với tốc độ liên tục 5C hoặc tốc độ xung

là 25 C

Là loại ắc quy kín không cần bảo dưỡng có chu kỳ sống dài và thời gian nạpnhanh và đặc biệt không có hiệu ứng nhớ

2.1.1 CÔNG NGHÊ ẮC QUY LI-ION

Cấu tạo: Ắc quy Li-ion bao gồm một điện cực dương và một điện cực âm được

ngăn cách với nhau bằng màng ngăn xốp polyethylene dày từ 16µ đến 25µ Điệncực dương là vật liệu hoạt động phủ lên lá đồng dày từ 10 đến 25µ với độ dày đặctrưng tổng cộng 180µ.Điện cực âm bao gồm vật liệu carbonaceous hoạt động phủlên lá đồng dày từ 10 đến 20µ với độ dày tổng cộng lên tới 200µ

Hình 2.1:Cấu tạo chi tiết phần đầu của ắc quy

Hình 2.2: Mặt cắt ngang ắc quy dạng trụ

Vỏ của ắc quy được sử dụng thép tráng niken hoặc thép không gỉ 304L.Vỏ được phủ kín bằng một trong hai cách hàn TIG hoặc hàn bằng máy laser.

Hình 2.4: Phần đầu và các điện cực của ắc quy

Vật liệu chế tạo điện cực :

Vật liệu làm điện cực dương là các oxit kim loại Lithium ở dạng LIMO2 trong

đó M là các kim loại chuyển tiếp như Fe ,Co ,Ni Mn…hay các hợp chất thay thếmột phần cho nhau giữa các kim loại M.Vật liệu đầu tiên được sử dụng là hợp chấtLiCoO2 tiếp theo đó là sử dụng hợp chất Li(Mn)2O4 hoặc vật liệu có dung lượngcao như là LiNi(1-x)CoxO2

Vật liệu làm cực dương phải thỏa mãn yêu cầu sau :

 Năng lượng tự do cao trong phản ứng với Li

 Có thế kết hơp một lượng lớn Li

Chất điện phân có 4 loại chất điện phân được sử dụng trong ắc quy Li-ion dạnglỏng ,dạng gel, dạng cao phân tử và dạng gốm.

Quá trình biến đổi trong ắc quy Li-ion.

Nguyên lý hoạt động của li-ion dựa vào sự tách ion Li+ từ vật liệu điện cựcdương điền vào khoảng trống ở vật liệu điện cực âm Trong quá trình nạp vật liệuđiện cực dương đóng vai trò là chất oxi hóa còn vật liệu điện cực âm đóng vai tròchất khử ,tại cực dương các ion Li+ được tách ra và điền vào kẽ giữa các lớpgraphic các bon Trong quá trình phóng điện các ion Li+ tách ra từ cực âm và điềnvào kẽ khoảng trống giữa các lớp oxit trong vật liệu điện cực dương Các quá trìnhphóng và nạp của Li-ion không làm thay đổi cấu trúc vật liệu làm điện cực

Phản ứng hóa học tại điện cực :

Tại cực dương :

Phương tình tổng quát

Mô hình quá trình điện hóa được phác họa như sau :

Hình 2.5: Mô hình quá trình phóng nạp

Đặc tính phóng nạp của ắc quy Li-ion

Đặc tính phóng (nạp ) của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sứcđiện động ,điện áp ắc quy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng(nạp) khi dòng điện phóng không thay đổi

Hình 2.6 :Đặc tính phóng nạp của ắc quy Li-ion

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình xả của ắc quy xét trong khoảng -20 tới

550C được thể hiện trên hình vẽ với 3 trạng thái xả ở nhiệt độ -20 , 20 và 550C

Hình 2.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới đặc tính xả

2.1.1 ẮC QUY CAO ÁP TRÊN XE KIA OPTIMA

Chiếc xe kia optima được trang bị bộ ắc quy cao áp lithium–ion polymer 270V/5,3Ah 72cells được cấu tạo từ bốn thành phần chính như trên hình vẽ :

Hình 2.8: Ắc quy điện áp cao

1.Ắc quy 2.Quạt tản nhiệt 3.BMS 4.Rơ le công suất

Để nâng cao tính an toàn và lắp ráp khi sử dụng thì một mạch kiểm tra dòngđiện ắc quy và đóng dòng khi sạc điện quá mức được lắp đặt ở vỏ ắc quy Trong

đó, 12V được trích cho quạt gió của hệ thống làm mát để duy trình nhiệt độ của ắcquy ở mức độ tối ưu bằng cách cho không khí đi qua vỏ bình ắc quy

3.1 QUÁ TRÌNH PHÓNG NẠP CỦA ẮC QUY Ở CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC.

3.1.1 CHẾ ĐỘ KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ.

Ở chế độ này, khi xe đang ở trạng thái dừng hoặc đỗ Động cơ đốt trong đượckhởi động bằng hai cách:

Cách 1: HSG (động cơ điện vừa có chức năng khởi động vừa có chức năng

máy phát ) được kích hoạt bằng dòng điện lấy từ ắc quy cao áp và sau đó truyềnđộng tới động cơ đốt trong thông qua cơ cấu truyền động bằng đai Lúc này ly hợpđộng cơ ở trạng thái ngắt ( tách)

Cách 2: nếu việc khởi động bằng HSG không được, thì có thể khởi động bằng

động cơ điện ,ly hợp ở trạng thái đóng

Ở chế độ này ắc quy cao áp làm nhiệm vụ phóng điện cho một trọng hai động

cơ điện