lOMoARcPSD| 58675420
PHẦN1: TỔNG QUAN ÔTÔ HYBRID
1.1. Khái niệm chung
Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng ộng cơ tổ hợp, ược kết hợp giữa ộng cơ chạy
bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với ng cơ iện lấy năng lượng iện
từ một ắc-quy cao áp. Điểm ặc biệt ắc-quy ược nạp iện với chế nạp “thông
minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi quá trình phanh tái tạo năng lượng.
Nhờ vậy ôtô thể tiết kiệm ược nhiên liệu khi vận hành bằng ộng iện ồng
thời tái sinh ược năng lượng iện ể dùng khi cần thiết.
1.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid
Sự phát triển các phương tiện giao thông các khu vực trên thế giới nói chung
không giống nhau, mỗi nước có một quy ịnh riêng về khí thải của xe , nhưng ều có
xu hướng từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mức ô nhiễm thấp
nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều ó càng cấp thiết khi mà nguồn tài
nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn ến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của
người dân lại tăng không áng kể.
Các xe chạy bằng Diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác ều ang tràn ngập trên thị
trường gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu i, hệ sinh thái
thay ổi. thế việc tìm ra phương án giảm tối thiểu lượng khí y ô nhiễm môi
trường một vấn cần ược quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô nói riêng và mọi
người nói chung.
Ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) mục tiêu hướng tới của các nhà
nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp ã ược công bố trong những
năm gần ây, như: hoàn thiện quá trình cháy của ộng cơ, sử dụng các loại nhiên liệu
không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, iện, pile
nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid)... Phạm vi bài viết này chỉ bàn về
ôtô hybrid.
Ôtô hybrid
Xuất hiện từ ầu những năm 1990 cho ến nay, ôtô hybrid ã luôn ược nghiên cứu
phát triển như một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế môi trường. thể
lOMoARcPSD| 58675420
nói, công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những
chiếc ô tô, ó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là
ô tô sinh thái.
Với các ưu iểm nổi bật như ã nêu, ôtô hybrid ang ược sự quan tâm nghiên cứu
và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày càng
có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng
sử dụng loại ô tô này.
Ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô iện, ôtô pin mặt trời... cho ến nay ều tồn tại một số
nhược iểm nhất ịnh, không dễ thực hiện với thực trạng như ất nước ta. Trong bối
cảnh ó thì ôtô hybrid nhiệt iện (kết hợp giữa ộng cơ ốt trong và ộng cơ iện) ược coi
là phù hợp nhất trong giai oạn ón ầu về xu thế phát triển ôtô sạch, nhằm áp ứng tính
khắt khe môi trường ô thị, tính nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu.
Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid nhiệt iện hoạt ộng
trong phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại ường
dài hàng trăm kilômet tương ối bằng phẳng... Chứ không thể sử dụng ô hybrid
nhiệt iện thay hẳn các loại ôtô khác vì tính công nghệ lai còn nhiều hạn chế, mà cái
khó nhất của vấn ề này là nguồn dự trữ năng lượng iện ể cấp cho ộng cơ iện, vì nếu
dùng bình ăcquy thông thường thì số lượng bình rất nhiều.
Trong phạm vi bài viết này chỉ bàn về dòng ôtô hybrid nhiệt iện (kết hợp giữa
ộng cơ ốt trong và ộng cơ iện) là loại ôtô hybrid thông dụng nhất hiện nay.
1.3. Phân loại ôtô hybrid
1.3.1. Theo thời iểm phối hợp công suất
1.3.1.1. Chỉ sử dụng motor iện ở tốc ộ chậm
Khi ôtô bắt ầu khởi nh, motor iện sẽ hoạt ộng cung cấp công suất giúp xe
chuyển ộng tiếp tục tăng dần lên với tốc khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước khi
ộng xăng tự khởi ộng. Để tăng tốc nhanh từ iểm dừng, ộng xăng phải khởi
ộng ngay lập tức mới có thể cung cấp công suất tối a. Ngoài ra, motor iện và ộng
xăng cũng hỗ trợ cho nhau khi iều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như khi leo dốc,
leo núi hoặc vượt qua xe khác. Do motor iện ược sử dụng nhiều tốc thấp, nên
lOMoARcPSD| 58675420
loại này khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi lái ường phố hơn khi i trên ường
cao tốc. Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai dòng iển hình thuộc loại này.
1.3.1.2. Phối hợp khi cần công suất cao
Motor iện hỗ trợ ộng cơ xăng chỉ khi iều kiện lái yêu cầu nhiều công suất,
như trong quá trình tăng tốc nhanh từ iểm dừng, khi leo dốc hoặc vượt qua xe khác,
còn trong iều kiện bình thường xe vẫn chạy bằng ộng xăng. Do ó, những chiếc
hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi i trên ường cao tốc ó khi ộng
xăng ít bị gánh nặng nhất. Điển hình là Honda Civic Hybrid và Honda Insight thuộc
loại thứ hai.
Cả hai loại này ều lấy công suất từ ắc-quy khi motor iện ược sử dụng ương
nhiên sẽ làm yếu công suất của ắc-quy. Tuy nhiên, một chiếc xe hybrid không
cần phải cắm vào một nguồn iện ể sạc bởi vì nó có khả năng tự sạc.
1.3.2. Theo cách phối hợp công suất giữa ộng cơ nhiệt và ộng cơ iện
1.3.2.1. Kiểu nối tiếp
Động iện truyền lực ến c bánh xe chủ ộng, công việc duy nhất của ộng nhiệt
sẽ kéo máy phát iện phát sinh ra iện năng nạp cho ắc-quy hoặc cung cấp cho
ộng cơ iện .
Hình 1a. Hệ thống hybrid nối tiếp
Dòng iện sinh ra chia làm hai phần, một nạp ắc-quy một sẽ dùng chạy
ộng iện. Động iện ây còn vai trò như một máy phát iện (tái sinh năng
lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh.
lOMoARcPSD| 58675420
Hình 1b. Sơ ồ truyền ộng hệ thống hybrid nối tiếp
Ưu iểm: Động cơ ốt trong sẽ không khi nào hoạt ộng chế không tải nên giảm
ược ô nhiễm môi trường, Động cơ ốt trong có thể chọn ở chế ộ hoạt ộng tối ưu, phù
hợp với các loại ôtô. Mặt khác ộng cơ nhiệt chỉ hoạt ộng nếu xe chạy ường dài quá
quãng ường ã quy ịnh dùng cho ăcquy. Sơ ồ này có thể không cần hộp số.
Nhược iểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược iểm như:
Kích thước dung tích ắc-quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song, ộng ốt
trong luôn m việc chế nặng nhọc cung cấp nguồn iện cho ắc-quy nên dễ bị
quá tải.
1.3.2.2. Kiểu song song
Dòng ng lượng truyền tới bánh xe chủ ộng i song song. Cả ng nhiệt và motor
iện cùng truyền lực tới trục nh xe chủ ộng với mức tùy theo các iều kiện hoạt
ộng khác nhau. Ở hệ thống này ộng cơ nhiệt óng vai trò là nguồn năng lượng truyền
moment chính còn motor iện chỉ óng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc.
Kiểu này không cần dùng máy phát iện riêng do ộng cơ iện có tính năng giao hoán
lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp iện cho ắc-quy trong các chế hoạt ộng bình
thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền ộng trung gian, nó có thể khởi
ộng ộng cơ ốt trong và dùng như một máy phát iện ể nạp iện cho ắc-quy.
Ưu iểm: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng,
mức ộ hoạt ộng của ộng cơ iện ít hơn ộng cơ nhiệt nên dung lượng bình ắc-quy nhỏ
gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp hỗn
hợp.
lOMoARcPSD| 58675420
Nhược iểm: Động iện cũng như bộ phận iều khiển motor iện kết cấu phức
tạp, giá thành ắt ộng nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn kiểu lai nối tiếp.
Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu không cao.
Hình 2a. Hệ thống hybrid song song
Hình 2b. Sơ ồ truyền ộng hệ thống hybrid song song
1.3.2.3. Kiểu hỗn hợp
Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp song song nhằm tận dụng
tối a các lợi ích ược sinh ra. Hệ thống lai nối tiếp này một bộ phận gọi "thiết
bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến ổi liên tục công suất của ộng cơ
nhiệt và ộng cơ iện ến các bánh xe chủ ộng. Tuy nhiên xe có thể chạy theo "kiểu êm
dịu" chỉ với một mình ộng cơ iện. Hệ thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo xe
hybrid.
lOMoARcPSD| 58675420
Hình 3a. Hệ thống hybrid hỗn hợp
Hình 3b. Sơ ồ truyền ộng hệ thống hybrid hỗn hợp.
1.3.2.4. So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất
Bảng 1. So sánh ưu nhược iểm giữa 3 kiểu hệ thống phối hợp công suất
Kiểu lai
Sự tiết kiệm nhiên liệu
Sự thực hiện truyền
ộng
Sự dừng
không tái
sinh
Lấy lại
năng
lượng
Hoạt
ộng hiệu
suất cao
Gia tốc
Nối tiếp
Song
song
Hỗn hợp
lOMoARcPSD| 58675420
PHẦN 2:TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG
HYBRID TRÊN XE TOYOTA PRIUS
CHƯƠNG 1:Tổng quan Hệ thống Hybrid TOYOTA PRIUS
Prius là một từ tiếng Latin có nghĩa là phải i trước. "Toyota ã chọn tên này
vì chiếc xe Prius là tiền thân của chiếc xe ể ến.Dân số tăng nhanh và phát triển
kinh tế trong những thập kỷ gần ây dẫn ến một sự gia tăng mạnh trong tiêu thụ
nhiên liệu trên quy mô toàn cầu . Đối mặt với những thách thức ể tạo ra một chiếc
xe thân thiện với trái ất,Toyota ã sản xuất hàng loạt ô tô hybrid ầu tiên trên thế giới
Hệ thống hybrid là làn sóng của tương lai, và bây giờ có nhiều ưu ãi ể mua
xe hybrid. Chủ sở hữu của Prius, hoặc hybrid khác khí-và-xe iện, có thể ược
hưởng mức thuế thu nhập khấu trừ. Theo Internal Revenue Service, xe hybrid ủ
iều kiện ể khấu trừ thuế từ lâu áp dụng cho xe ược hỗ trợ bởi nhiên liệu ốt sạch.
Chính sách này cho phép một lần khấu trừ, có thể ược tuyên bố bởi người tiêu
dùng cho năm xe lần ầu tiên ược ưa vào sử dụng.
lOMoARcPSD| 58675420
Trong hình thức ơn giản nhất, một hệ thống hybrid kết hợp các hoạt ộng tốt
nhất ặc iểm của ộng cơ ốt trong và ộng cơ iện.Tinh vi hơn các hệ thống hybrid,
giống như Toyota Hybrid System,phục hồi năng lượng nếu không bị mất nhiệt
trong các hệ thống phanh và sử dụng nó ể bổ sung năng lượng của ộng cơ ốt trong.
Những kỹ thuật tinh vi cho phép các hệ thống Hybrid của Toyota ạt ược hiệu qu
nhiên liệu vượt trội và giảm lượng lớn CO2.
Khi Prius ược ra mắt, nó ã ược chọn mẫu thiết kế xe khách tốt nhất của thế
giới cho năm 2001. Chiếc xe ã ược lựa chọn bởi vì nó là chiếc xe hybrid ầu tiên
mà chỗ ngồi từ 4-5 người cộng hành lý của họ, và nó là một trong những xe có
tính kinh tế nhất và xe thân thiện với môi trường. Sau ó, trong năm 2004, Prius thế
hệ thứ hai giành ược Motor Trend Car uy tín của năm và giải nhất thiết kế xe của
năm 2004.
Hệ thống Hybrid của Toyota (THS) cơ cấu truyền ộng trong Prius gốc và Hệ
thống Hybrid của Toyota II (THS-II) cơ cấu truyền ộng trong lần thứ hai cả hai
thế hệ Prius cung cấp ấn tượng EPA tính kinh tế nhiên liệu và khí thải cực sạch:
1.1.Các bộ phận của hệ thống hybrid
lOMoARcPSD| 58675420
Các thành phần chính của hệ thống lai là:
IC Engine : ộng cơ tích hợp
Motor generator 1 (MG1): máy phát iện 1
Motor generator 2(Mg2): máy phát iện 2
planetary gear set:bánh răng hành tinh iều chỉnh
Inverter:bộ chuyển ổi
HV Battery: High Volt Battery- Ắc-quy iện áp cao
HV ECU: Hybrid Vehicle ECU- ECU iều khiển kết hợp trên ôtô hybrid.
1.2.Động cơ tích hợp:ộng cơ NZ-FXE của toyota là ộng cơ xăng 1,5-lít sử dụng
VVT-i ( Variable Valve Timing with Intelligence) hệ thống iều khiển xupáp với
lOMoARcPSD| 58675420
góc mở biến thiên thông minh và ETCS-I (electronic throttle control system-
intelligence) hệ thống iều khiển bướm ga iện tử thông minh
1.3.Máy phát iện 1 (MG1): hoạt ộng như việc iều khiển bộ phận cho năng lượng
ể tách bộ bánh răng hành tinh. Nó nạp lại ắc quy iện áp cao và ồng thời cung cấp
iện năng ể iều khiển máy phát 2 (MG2). MG1 iều khiển hiệu quả chức năng biến
ổi liên tục của cụm hộp số trong vỏ hộp số và khởi ộng ộng cơ
lOMoARcPSD| 58675420
Máy phát 1 tạo ra năng lượng iện cung cấp cho ộng cơ hoạt ộng
1.4.Động cơ iện 2 :ể iều khiển xe.
MG2 ược sử dụng (cho) lực chuyển ộng tại những tốc ộ thấp và lực bổ sung tại
tốc ộ cao . Nó cung cấp năng lượng trợ giúp cho trục ầu ra ộng cơ khi cần thiết và
giúp chiếc xe ạt ược hiệu suất cao
lOMoARcPSD| 58675420
1.5.Bộ bánh răng hành tinh:
Bộ hộp số hành tinh là một thiết bị chia công suất. MG1 ược nối với bánh răng
mặt trời, MG2 ược nối với vòng răng và trục ầu ra ộng cơ ược nối với giá hành
tinh. Những bộ phần này ược dùng ể kết hợp năng lượng từ ộng cơ và
MG2 và ể thu hồi năng lượng tới ắc quy iện áp cao.
Một bộ bánh răng hành tinh duy nhất ể chia momen xoắn giữa máy phát 1,máy
phát 2 và ộng cơ
1.5.Bộ biến ổi iện: Hiện nay giữa máy phát 1,máy phát 2 và ắc quy iện áp cao ược
kiểm soát bởi biến tần.Nó dùng ể chuyển ổi dòng iện áp cao 1 chiều thành dòng
iện áp cao xoay chiều và nó chỉnh dòng iện áp cao xoay chiều từ máy phát 1 và
máy phát 2 ể nạp pin iện áp cao
lOMoARcPSD| 58675420
Một thiết bị biến ổi iện áp cao 1 chiều vào dòng iện xoay chiều (máy phát iện 1 và
máy phát iện 2) và ngược lại
1.6.Ắc quy iện áp cao: Nguồn cất giữ năng lượng ược thu bởi máy phát 2 trong
thời gian tái tạo,năng lượng ược tạo bởi máy phát 1. ắc quy cung cấp năng lượng
cho ộng cơ iện khi khởi ộng hoặc khi cần bổ sung thêm iện
THS (2001-2003 Prius)
THS-II (2004 and later Prius)
38 Những mô un hợp kim Hy- rua
Kim loại Niken
28 mô un hợp kim Hy-rua Kim loại
Ni ken
Điện áp tổng: 273.6 V
iện áp tổng: 201.6 V
lOMoARcPSD| 58675420
ắc quy iện áp cao:cung cấp năng lượng iện tới máy phát 2 trong suốt quá trình khởi
ộng ,tăng tốc và lái xe lên dốc
lOMoARcPSD| 58675420
CHƯƠNG 2: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
Chế ộ iều khiển hệ thống hybrid
Khi khởi ộng và di chuyển với tốc ộ thấp, máy phát 2 cung cấp ộng lực chính.
Động cơ có thể hoạt ộng ngay lập tức nếu các pin cao áp tích nạp nguồn pin thấp.
Khi tăng tốc ộ trên 15-20 mph ộng cơ sẽ bắt ầu hoạt ộng
Khi lái xe trong iều kiện bình thường, năng lượng của ộng ược chia thành hai
ường, một phần bánh xe một phần iều khiển máy phát 1 tạo ra iện. Các ECU
iện áp cao iều khiển tỷ lệ phân phối năng lượng cho hiệu quả tối a Trong thời gian
tăng tốc hoàn toàn, năng lượng ược tạo ra bởi ộng máy phát 1 bổ sung bằng
nguồn iện từ pin cao áp. -men xoắn của ộng kết hợp với -men xoắn máy
phát 2 cung cấp năng ợng cần thiết tăng tốc ộ xe Trong quá trình giảm tốc hoặc
phanh máy phát 2 hoạt ộng như một máy phát iện thu hồi năng ợng tái sinh. Việc
thu hồi năng lượng từ phanh ược u trữ trong acws quy iện áp cao 2.0.Chế iều
khiển hybrid
Hệ thống hybrid sử dụng các chế ộ khác nhau ể ạt ược hiệu quả hoạt ộng cao nhất
ể áp ứng các iều kiện lái xe. Dưới ây miêu tả một trong các chế ộ hoạt ộng
Nếu xe ã ược sạc ầy không di chuyển, ộng thể dừng lại.Động sẽ khởi
ộng tự ộng nếu pin cao áp cần sạc. Ngoài ra, nếu hệ thống iều hòa nhiệt ộ lớn nhất
ược chọn trên Prius 2001,2003, các ộng sẽ chạy liên tục do ộng ược iều khiển
bởi các máy nén. Năm 2004 và sau ó sử dụng một máy nén Prius iện.
lOMoARcPSD| 58675420
2.1. Khởi ộng ộng cơ khi xe ang chạy
Nếu mômen dẫn ộng yêu cầu tăng lên khi xe chạy chỉ với MG2, MG1 sẽ ược
kích hoạt ể khởi ộng ộng cơ. Tương tự, nếu có một trong những hạng mục do ECU
kiểm soát như tình trạng SOC, nhiệt ắc quy, nhiệt ớc iều kiện tải iện lệch
so với mức tiêu chuẩn, thì MG1 sẽ ược kích hoạt ể khởi ng ộng cơ (MG1 hoạt ộng
ở chế ộ ộng cơ).
2.2. Tăng tốc nhẹ với ộng cơ
lOMoARcPSD| 58675420
tốc trung bình (15-40 mph), ộng ốt trong sẽ hoạt ộng cung cấp năng
lượng, MG2 sẽ hoạt ộng ồng thời như một ộng cơ iện sử dụng một ợng iện năng
hỗ trợ. MG1 cũng quay ồng thời với ộng ( ược kéo bởi ộng cơ) óng vai trò
như một máy phát iện, cung cấp năng lượng cho MG2.
2.3. Tốc ộ thấp ổn ịnh
Khi xe ang chạy chế tải thấp, bộ truyền nh tinh sẽ chia công suất ộng
ra hai phần. Một phần truyền ến các bánh xe chủ ộng, phần còn lại kéo MG1
phát iện ến bộ biến ổi cấp cho MG2 hoạt ộng bổ sung công suất ến các bánh xe chủ
ộng.
2.4. Tăng tốc tối a
lOMoARcPSD| 58675420
Khi xe ược chuyển từ chế ộ tải thấp sang chế ộ tăng tốc mạnh, hệ thống
này sẽ bổ sung iện của ắc quy iện áp cao vào lực truyền ộng của MG2.
2.5. Tốc ộ cao ổn ịnh
Khi xe chạy ở tốc ộ cao ổn ịnh ộng cơ và MG2 hoạt ộng, MG1 hoạt ộng ở
chế ộ phanh (MG1 không quay).
2.6. Tốc ộ tối a
Khi tốc ôtô cao (>100mph) thì MG2 sẽ hoạt ộng bổ sung công suất cho
ộng ốt trong, lúc y ắc quy iện áp cao sẽ cung cấp iện cho hoạt ộng của MG2,
lOMoARcPSD| 58675420
MG1 cũng nhận một phần năng lượng iện từ ắc quy iện áp cao và quay ngược chiều
với MG2 tạo một tỷ số truyền tăng cho phép ôtô chạy với tốc ộ cao.
2.7.Giảm tốc ộ và phanh:
Ngay khi lái xe người iều khiển ạp ga, máy phát 2 trở thành một máy phát
iện.máy phát 2 ược quay bởi sự chuyển ộng của bánh xe và tạo ra iện ể sạc pin cao
áp. Quá trình này ược gọi là tái tạo phanh. Khi chiếc xe chậm lại, ộng cơ ngừng
hoạt ộng và máy phát 1 quay ngược trở lại ể duy trì tỷ lệ truyền Khi bàn ạp
phanh ược nén xuống, lực phanh ban ầu ến ể hãm iện cho ộng cơ iện và lực phanh
cần thiết ể biến máy phát 2 như là một máy phát iện. Các hệ thống phanh thủy lực
cung cấp iện năng nhiều hơn ể dừng xe và cho xe chạy chậm lại.
lOMoARcPSD| 58675420
Khi xe chậm lại, ộng năng từ các bánh xe bị thu hồi và chuyển thành năng lượng
iện và sử dụng ể sạc pin cao áp bởi máy phát 2
2.8.Chế ộ lùi xe:
Khi di chuyển xe ngược lại, máy phát 2 quay ngược lại như là một ộng cơ
iện. Động cơ ngừng hoạt ộng.máy phát 1 quay theo hướng về phía trước và chỉ
chạy cầm chừng, nó không tạo ra iện

Preview text:

lOMoAR cPSD| 58675420
PHẦN1: TỔNG QUAN ÔTÔ HYBRID
1.1. Khái niệm chung
Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng ộng cơ tổ hợp, ược kết hợp giữa ộng cơ chạy
bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với ộng cơ iện lấy năng lượng iện
từ một ắc-quy cao áp. Điểm ặc biệt là ắc-quy ược nạp iện với cơ chế nạp “thông
minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng.
Nhờ vậy mà ôtô có thể tiết kiệm ược nhiên liệu khi vận hành bằng ộng cơ iện ồng
thời tái sinh ược năng lượng iện ể dùng khi cần thiết.
1.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung
không giống nhau, mỗi nước có một quy ịnh riêng về khí thải của xe , nhưng ều có
xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp
nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều ó càng cấp thiết khi mà nguồn tài
nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn ến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của
người dân lại tăng không áng kể.
Các xe chạy bằng Diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác ều ang tràn ngập trên thị
trường gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu i, hệ sinh thái
thay ổi. Vì thế việc tìm ra phương án ể giảm tối thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi
trường là một vấn ề cần ược quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô nói riêng và mọi người nói chung.
Ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà
nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp ã ược công bố trong những
năm gần ây, như: hoàn thiện quá trình cháy của ộng cơ, sử dụng các loại nhiên liệu
không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, iện, pile
nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid)... Phạm vi bài viết này chỉ bàn về ôtô hybrid. Ôtô hybrid
Xuất hiện từ ầu những năm 1990 và cho ến nay, ôtô hybrid ã luôn ược nghiên cứu
và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường. Có thể lOMoAR cPSD| 58675420
nói, công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những
chiếc ô tô, ó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái.
Với các ưu iểm nổi bật như ã nêu, ôtô hybrid ang ược sự quan tâm nghiên cứu
và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày càng
có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng
sử dụng loại ô tô này.
Ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô iện, ôtô pin mặt trời... cho ến nay ều tồn tại một số
nhược iểm nhất ịnh, không dễ thực hiện với thực trạng như ất nước ta. Trong bối
cảnh ó thì ôtô hybrid nhiệt iện (kết hợp giữa ộng cơ ốt trong và ộng cơ iện) ược coi
là phù hợp nhất trong giai oạn ón ầu về xu thế phát triển ôtô sạch, nhằm áp ứng tính
khắt khe môi trường ô thị, tính nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu.
Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid nhiệt iện hoạt ộng
trong phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại ường
dài hàng trăm kilômet tương ối bằng phẳng... Chứ không thể sử dụng ô tô hybrid
nhiệt iện thay hẳn các loại ôtô khác vì tính công nghệ lai còn nhiều hạn chế, mà cái
khó nhất của vấn ề này là nguồn dự trữ năng lượng iện ể cấp cho ộng cơ iện, vì nếu
dùng bình ăcquy thông thường thì số lượng bình rất nhiều.
Trong phạm vi bài viết này chỉ bàn về dòng ôtô hybrid nhiệt iện (kết hợp giữa
ộng cơ ốt trong và ộng cơ iện) là loại ôtô hybrid thông dụng nhất hiện nay.
1.3. Phân loại ôtô hybrid
1.3.1. Theo thời iểm phối hợp công suất
1.3.1.1. Chỉ sử dụng motor iện ở tốc ộ chậm
Khi ôtô bắt ầu khởi hành, motor iện sẽ hoạt ộng cung cấp công suất giúp xe
chuyển ộng và tiếp tục tăng dần lên với tốc ộ khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước khi
ộng cơ xăng tự khởi ộng. Để tăng tốc nhanh từ iểm dừng, ộng cơ xăng phải khởi
ộng ngay lập tức mới có thể cung cấp công suất tối a. Ngoài ra, motor iện và ộng cơ
xăng cũng hỗ trợ cho nhau khi iều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như khi leo dốc,
leo núi hoặc vượt qua xe khác. Do motor iện ược sử dụng nhiều ở tốc ộ thấp, nên lOMoAR cPSD| 58675420
loại này có khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi lái ở ường phố hơn là khi i trên ường
cao tốc. Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai dòng iển hình thuộc loại này.
1.3.1.2. Phối hợp khi cần công suất cao
Motor iện hỗ trợ ộng cơ xăng chỉ khi iều kiện lái yêu cầu nhiều công suất,
như trong quá trình tăng tốc nhanh từ iểm dừng, khi leo dốc hoặc vượt qua xe khác,
còn trong iều kiện bình thường xe vẫn chạy bằng ộng cơ xăng. Do ó, những chiếc
hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi i trên ường cao tốc vì ó là khi ộng cơ
xăng ít bị gánh nặng nhất. Điển hình là Honda Civic Hybrid và Honda Insight thuộc loại thứ hai.
Cả hai loại này ều lấy công suất từ ắc-quy khi motor iện ược sử dụng và ương
nhiên nó sẽ làm yếu công suất của ắc-quy. Tuy nhiên, một chiếc xe hybrid không
cần phải cắm vào một nguồn iện ể sạc bởi vì nó có khả năng tự sạc.
1.3.2. Theo cách phối hợp công suất giữa ộng cơ nhiệt và ộng cơ iện
1.3.2.1. Kiểu nối tiếp
Động cơ iện truyền lực ến các bánh xe chủ ộng, công việc duy nhất của ộng cơ nhiệt
là sẽ kéo máy phát iện ể phát sinh ra iện năng nạp cho ắc-quy hoặc cung cấp cho ộng cơ iện .
Hình 1a. Hệ thống hybrid nối tiếp
Dòng iện sinh ra chia làm hai phần, một ể nạp ắc-quy và một sẽ dùng chạy
ộng cơ iện. Động cơ iện ở ây còn có vai trò như một máy phát iện (tái sinh năng
lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh. lOMoAR cPSD| 58675420
Hình 1b. Sơ ồ truyền ộng hệ thống hybrid nối tiếp
Ưu iểm: Động cơ ốt trong sẽ không khi nào hoạt ộng ở chế ộ không tải nên giảm
ược ô nhiễm môi trường, Động cơ ốt trong có thể chọn ở chế ộ hoạt ộng tối ưu, phù
hợp với các loại ôtô. Mặt khác ộng cơ nhiệt chỉ hoạt ộng nếu xe chạy ường dài quá
quãng ường ã quy ịnh dùng cho ăcquy. Sơ ồ này có thể không cần hộp số.
Nhược iểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược iểm như:
Kích thước và dung tích ắc-quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song, ộng cơ ốt
trong luôn làm việc ở chế ộ nặng nhọc ể cung cấp nguồn iện cho ắc-quy nên dễ bị quá tải.
1.3.2.2. Kiểu song song
Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ ộng i song song. Cả ộng cơ nhiệt và motor
iện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ ộng với mức ộ tùy theo các iều kiện hoạt
ộng khác nhau. Ở hệ thống này ộng cơ nhiệt óng vai trò là nguồn năng lượng truyền
moment chính còn motor iện chỉ óng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc.
Kiểu này không cần dùng máy phát iện riêng do ộng cơ iện có tính năng giao hoán
lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp iện cho ắc-quy trong các chế ộ hoạt ộng bình
thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền ộng trung gian, nó có thể khởi
ộng ộng cơ ốt trong và dùng như một máy phát iện ể nạp iện cho ắc-quy.
Ưu iểm: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng,
mức ộ hoạt ộng của ộng cơ iện ít hơn ộng cơ nhiệt nên dung lượng bình ắc-quy nhỏ
và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp. lOMoAR cPSD| 58675420
Nhược iểm: Động cơ iện cũng như bộ phận iều khiển motor iện có kết cấu phức
tạp, giá thành ắt và ộng cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn kiểu lai nối tiếp.
Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu không cao.
Hình 2a. Hệ thống hybrid song song
Hình 2b. Sơ ồ truyền ộng hệ thống hybrid song song
1.3.2.3. Kiểu hỗn hợp
Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng
tối a các lợi ích ược sinh ra. Hệ thống lai nối tiếp này có một bộ phận gọi là "thiết
bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến ổi liên tục công suất của ộng cơ
nhiệt và ộng cơ iện ến các bánh xe chủ ộng. Tuy nhiên xe có thể chạy theo "kiểu êm
dịu" chỉ với một mình ộng cơ iện. Hệ thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo xe hybrid. lOMoAR cPSD| 58675420
Hình 3a. Hệ thống hybrid hỗn hợp
Hình 3b. Sơ ồ truyền ộng hệ thống hybrid hỗn hợp.
1.3.2.4. So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất
Bảng 1. So sánh ưu nhược iểm giữa 3 kiểu hệ thống phối hợp công suất Kiểu lai
Sự tiết kiệm nhiên liệu Sự thực hiện truyền ộng Sự dừng Lấy lại Hoạt
Tổng hiệu Gia tốc Công suất không tái năng ộng hiệu suất phát ra sinh lượng suất cao cao liên tục Nối tiếp Song song Hỗn hợp lOMoAR cPSD| 58675420
PHẦN 2:TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG
HYBRID TRÊN XE TOYOTA PRIUS
CHƯƠNG 1:Tổng quan Hệ thống Hybrid TOYOTA PRIUS
Prius là một từ tiếng Latin có nghĩa là phải i trước. "Toyota ã chọn tên này
vì chiếc xe Prius là tiền thân của chiếc xe ể ến.Dân số tăng nhanh và phát triển
kinh tế trong những thập kỷ gần ây dẫn ến một sự gia tăng mạnh trong tiêu thụ
nhiên liệu trên quy mô toàn cầu . Đối mặt với những thách thức ể tạo ra một chiếc
xe thân thiện với trái ất,Toyota ã sản xuất hàng loạt ô tô hybrid ầu tiên trên thế giới
Hệ thống hybrid là làn sóng của tương lai, và bây giờ có nhiều ưu ãi ể mua
xe hybrid. Chủ sở hữu của Prius, hoặc hybrid khác khí-và-xe iện, có thể ược
hưởng mức thuế thu nhập khấu trừ. Theo Internal Revenue Service, xe hybrid ủ
iều kiện ể khấu trừ thuế từ lâu áp dụng cho xe ược hỗ trợ bởi nhiên liệu ốt sạch.
Chính sách này cho phép một lần khấu trừ, có thể ược tuyên bố bởi người tiêu
dùng cho năm xe lần ầu tiên ược ưa vào sử dụng. lOMoAR cPSD| 58675420
Trong hình thức ơn giản nhất, một hệ thống hybrid kết hợp các hoạt ộng tốt
nhất ặc iểm của ộng cơ ốt trong và ộng cơ iện.Tinh vi hơn các hệ thống hybrid,
giống như Toyota Hybrid System,phục hồi năng lượng nếu không bị mất nhiệt
trong các hệ thống phanh và sử dụng nó ể bổ sung năng lượng của ộng cơ ốt trong.
Những kỹ thuật tinh vi cho phép các hệ thống Hybrid của Toyota ạt ược hiệu quả
nhiên liệu vượt trội và giảm lượng lớn CO2.
Khi Prius ược ra mắt, nó ã ược chọn mẫu thiết kế xe khách tốt nhất của thế
giới cho năm 2001. Chiếc xe ã ược lựa chọn bởi vì nó là chiếc xe hybrid ầu tiên
mà chỗ ngồi từ 4-5 người cộng hành lý của họ, và nó là một trong những xe có
tính kinh tế nhất và xe thân thiện với môi trường. Sau ó, trong năm 2004, Prius thế
hệ thứ hai giành ược Motor Trend Car uy tín của năm và giải nhất thiết kế xe của năm 2004.
Hệ thống Hybrid của Toyota (THS) cơ cấu truyền ộng trong Prius gốc và Hệ
thống Hybrid của Toyota II (THS-II) cơ cấu truyền ộng trong lần thứ hai cả hai
thế hệ Prius cung cấp ấn tượng EPA tính kinh tế nhiên liệu và khí thải cực sạch:
1.1.Các bộ phận của hệ thống hybrid lOMoAR cPSD| 58675420
Các thành phần chính của hệ thống lai là:
• IC Engine : ộng cơ tích hợp
• Motor generator 1 (MG1): máy phát iện 1
• Motor generator 2(Mg2): máy phát iện 2
• planetary gear set:bánh răng hành tinh iều chỉnh
• Inverter:bộ chuyển ổi
• HV Battery: High Volt Battery- Ắc-quy iện áp cao
• HV ECU: Hybrid Vehicle ECU- ECU iều khiển kết hợp trên ôtô hybrid.
1.2.Động cơ tích hợp:ộng cơ NZ-FXE của toyota là ộng cơ xăng 1,5-lít sử dụng
VVT-i ( Variable Valve Timing with Intelligence) hệ thống iều khiển xupáp với lOMoAR cPSD| 58675420
góc mở biến thiên thông minh và ETCS-I (electronic throttle control system-
intelligence) hệ thống iều khiển bướm ga iện tử thông minh
1.3.Máy phát iện 1 (MG1): hoạt ộng như việc iều khiển bộ phận cho năng lượng
ể tách bộ bánh răng hành tinh. Nó nạp lại ắc quy iện áp cao và ồng thời cung cấp
iện năng ể iều khiển máy phát 2 (MG2). MG1 iều khiển hiệu quả chức năng biến
ổi liên tục của cụm hộp số trong vỏ hộp số và khởi ộng ộng cơ lOMoAR cPSD| 58675420
Máy phát 1 tạo ra năng lượng iện cung cấp cho ộng cơ hoạt ộng
1.4.Động cơ iện 2 :ể iều khiển xe.
MG2 ược sử dụng (cho) lực chuyển ộng tại những tốc ộ thấp và lực bổ sung tại
tốc ộ cao . Nó cung cấp năng lượng trợ giúp cho trục ầu ra ộng cơ khi cần thiết và
giúp chiếc xe ạt ược hiệu suất cao lOMoAR cPSD| 58675420
1.5.Bộ bánh răng hành tinh:
Bộ hộp số hành tinh là một thiết bị chia công suất. MG1 ược nối với bánh răng
mặt trời, MG2 ược nối với vòng răng và trục ầu ra ộng cơ ược nối với giá hành
tinh. Những bộ phần này ược dùng ể kết hợp năng lượng từ ộng cơ và
MG2 và ể thu hồi năng lượng tới ắc quy iện áp cao.
Một bộ bánh răng hành tinh duy nhất ể chia momen xoắn giữa máy phát 1,máy phát 2 và ộng cơ
1.5.Bộ biến ổi iện: Hiện nay giữa máy phát 1,máy phát 2 và ắc quy iện áp cao ược
kiểm soát bởi biến tần.Nó dùng ể chuyển ổi dòng iện áp cao 1 chiều thành dòng
iện áp cao xoay chiều và nó chỉnh dòng iện áp cao xoay chiều từ máy phát 1 và
máy phát 2 ể nạp pin iện áp cao lOMoAR cPSD| 58675420
Một thiết bị biến ổi iện áp cao 1 chiều vào dòng iện xoay chiều (máy phát iện 1 và
máy phát iện 2) và ngược lại
1.6.Ắc quy iện áp cao: Nguồn cất giữ năng lượng ược thu bởi máy phát 2 trong
thời gian tái tạo,năng lượng ược tạo bởi máy phát 1. ắc quy cung cấp năng lượng
cho ộng cơ iện khi khởi ộng hoặc khi cần bổ sung thêm iện THS (2001-2003 Prius) THS-II (2004 and later Prius)
38 Những mô un hợp kim Hy- rua
28 mô un hợp kim Hy-rua Kim loại Kim loại Niken Ni ken Điện áp tổng: 273.6 V iện áp tổng: 201.6 V lOMoAR cPSD| 58675420
ắc quy iện áp cao:cung cấp năng lượng iện tới máy phát 2 trong suốt quá trình khởi
ộng ,tăng tốc và lái xe lên dốc lOMoAR cPSD| 58675420
CHƯƠNG 2: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
Chế ộ iều khiển hệ thống hybrid
Khi khởi ộng và di chuyển với tốc ộ thấp, máy phát 2 cung cấp ộng lực chính.
Động cơ có thể hoạt ộng ngay lập tức nếu các pin cao áp tích nạp nguồn pin thấp.
Khi tăng tốc ộ trên 15-20 mph ộng cơ sẽ bắt ầu hoạt ộng
Khi lái xe trong iều kiện bình thường, năng lượng của ộng cơ ược chia thành hai
ường, một phần ổ bánh xe và một phần iều khiển máy phát 1 tạo ra iện. Các ECU
iện áp cao iều khiển tỷ lệ phân phối năng lượng cho hiệu quả tối a Trong thời gian
tăng tốc hoàn toàn, năng lượng ược tạo ra bởi ộng cơ và máy phát 1 bổ sung bằng
nguồn iện từ pin cao áp. mô-men xoắn của ộng cơ kết hợp với mô-men xoắn máy
phát 2 cung cấp năng lượng cần thiết ể tăng tốc ộ xe Trong quá trình giảm tốc hoặc
phanh máy phát 2 hoạt ộng như một máy phát iện ể thu hồi năng lượng tái sinh. Việc
thu hồi năng lượng từ phanh ược lưu trữ trong acws quy iện áp cao 2.0.Chế ộ iều khiển hybrid
Hệ thống hybrid sử dụng các chế ộ khác nhau ể ạt ược hiệu quả hoạt ộng cao nhất
ể áp ứng các iều kiện lái xe. Dưới ây miêu tả một trong các chế ộ hoạt ộng
Nếu xe ã ược sạc ầy và không di chuyển, ộng cơ có thể dừng lại.Động cơ sẽ khởi
ộng tự ộng nếu pin cao áp cần sạc. Ngoài ra, nếu hệ thống iều hòa nhiệt ộ lớn nhất
ược chọn trên Prius 2001,2003, các ộng cơ sẽ chạy liên tục do ộng cơ ược iều khiển
bởi các máy nén. Năm 2004 và sau ó sử dụng một máy nén Prius iện. lOMoAR cPSD| 58675420
2.1. Khởi ộng ộng cơ khi xe ang chạy
Nếu mômen dẫn ộng yêu cầu tăng lên khi xe chạy chỉ với MG2, MG1 sẽ ược
kích hoạt ể khởi ộng ộng cơ. Tương tự, nếu có một trong những hạng mục do ECU
kiểm soát như tình trạng SOC, nhiệt ộ ắc quy, nhiệt ộ nước và iều kiện tải iện lệch
so với mức tiêu chuẩn, thì MG1 sẽ ược kích hoạt ể khởi ộng ộng cơ (MG1 hoạt ộng ở chế ộ ộng cơ).
2.2. Tăng tốc nhẹ với ộng cơ lOMoAR cPSD| 58675420
Ở tốc ộ trung bình (15-40 mph), ộng cơ ốt trong sẽ hoạt ộng và cung cấp năng
lượng, MG2 sẽ hoạt ộng ồng thời như một ộng cơ iện sử dụng một lượng iện năng
hỗ trợ. MG1 cũng quay ồng thời với ộng cơ ( ược kéo bởi ộng cơ) và óng vai trò
như một máy phát iện, cung cấp năng lượng cho MG2.
2.3. Tốc ộ thấp ổn ịnh
Khi xe ang chạy ở chế ộ tải thấp, bộ truyền hành tinh sẽ chia công suất ộng
cơ ra hai phần. Một phần truyền ến các bánh xe chủ ộng, phần còn lại kéo MG1 ể
phát iện ến bộ biến ổi cấp cho MG2 hoạt ộng bổ sung công suất ến các bánh xe chủ ộng.
2.4. Tăng tốc tối a lOMoAR cPSD| 58675420
Khi xe ược chuyển từ chế ộ tải thấp sang chế ộ tăng tốc mạnh, hệ thống
này sẽ bổ sung iện của ắc quy iện áp cao vào lực truyền ộng của MG2.
2.5. Tốc ộ cao ổn ịnh
Khi xe chạy ở tốc ộ cao ổn ịnh ộng cơ và MG2 hoạt ộng, MG1 hoạt ộng ở
chế ộ phanh (MG1 không quay).
2.6. Tốc ộ tối a
Khi tốc ộ ôtô cao (>100mph) thì MG2 sẽ hoạt ộng ể bổ sung công suất cho
ộng cơ ốt trong, lúc này ắc quy iện áp cao sẽ cung cấp iện cho hoạt ộng của MG2, lOMoAR cPSD| 58675420
MG1 cũng nhận một phần năng lượng iện từ ắc quy iện áp cao và quay ngược chiều
với MG2 tạo một tỷ số truyền tăng cho phép ôtô chạy với tốc ộ cao.
2.7.Giảm tốc ộ và phanh:
Ngay khi lái xe người iều khiển ạp ga, máy phát 2 trở thành một máy phát
iện.máy phát 2 ược quay bởi sự chuyển ộng của bánh xe và tạo ra iện ể sạc pin cao
áp. Quá trình này ược gọi là tái tạo phanh. Khi chiếc xe chậm lại, ộng cơ ngừng
hoạt ộng và máy phát 1 quay ngược trở lại ể duy trì tỷ lệ truyền Khi bàn ạp
phanh ược nén xuống, lực phanh ban ầu ến ể hãm iện cho ộng cơ iện và lực phanh
cần thiết ể biến máy phát 2 như là một máy phát iện. Các hệ thống phanh thủy lực
cung cấp iện năng nhiều hơn ể dừng xe và cho xe chạy chậm lại. lOMoAR cPSD| 58675420
Khi xe chậm lại, ộng năng từ các bánh xe bị thu hồi và chuyển thành năng lượng
iện và sử dụng ể sạc pin cao áp bởi máy phát 2 2.8.Chế ộ lùi xe:
Khi di chuyển xe ngược lại, máy phát 2 quay ngược lại như là một ộng cơ
iện. Động cơ ngừng hoạt ộng.máy phát 1 quay theo hướng về phía trước và chỉ
chạy cầm chừng, nó không tạo ra iện