dangnamphong
Tài xế O-H
Xe Hybrid gồm những thành phần chính cơ bản nào ?
Xe hybrid, thường được gọi là xe lai hay xe lai điện, là loại xe sử dụng hai nguồn động lực: Động cơ đốt trong và động cơ điện. Sự hoạt động của xe này là sự kết hợp hoạt động giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sao cho tối ưu.
Vậy các thành phần chính của chiếc xe này là gì ? Hãy cùng OTO HUI tìm hiểu nhé !
Mô hình tổng quát của ôtô hybrid
Hình 1. Một dạng ôtô Hybrid kiểu phối hợp công suất song song
Hình 2. Một dạng ôtô hybrid kiểu hỗn hợp
Chú thích :
1. Engine: Động cơ đốt trong
2. ECM: Electric Control Module - Bộ phận điều khiển điện tử cho động cơ.
3. HV ECU: Hybrid Vehicle ECU- ECU điều khiển kết hợp trên ôtô hybrid.
4. Shift Postion Sensor: Cảm biến vị trí tay số.
5. Brake ECU: ECU điều khiển phanh.
6. HV Battery: High Volt Battery- Ắc-quy điện áp cao.
7. Inverter with Converter: Bộ chuyển đổi điện.
8. Hybrid Transaxle: Hộp số kết hợp với bộ phân phối công suất.
9. Acceleration Pedal Position Sensor: Cảm biến vị trí bàn đạp ga.
Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết từng thành phần
a, Động cơ đốt trong (Engine)
Động cơ đốt trong là nguồn động lực chính, ở ôtô hybrid có thể dùng động cơ xăng, động cơ Diesel, động cơ Hydro, khí hóa lỏng hoặc pin nhiên liệu.
Hình 3. Toyota Prius Hybrid 2018
b, Hộp số và bộ phân phối công suất (Hybrid Transaxle)
Cụm bánh răng hành tinh trong hộp số đóng vai trò như một bộ chia công suất có nhiệm vụ chia công suất từ động cơ chính của xe thành hai thành phần tạm gọi là phần dành cho cơ và phần dành cho điện. Các bánh răng hành tinh của nó có thể truyền công suất đến động cơ chính, động cơ điện – máy phát và các bánh xe chủ động trong hầu hết các điều kiện khác nhau. Các bánh răng hành tinh này hoạt động như một cơ cấu truyền động biến đổi liên tục CVT- Continuously Variable Transmission.
Hình 4. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của bộ phân phối công suất
c, Motor điện và máy phát điện (Motor and Generator)
Hình 5. Motor điện và máy phát điện
Tổ hợp motor điện – máy phát số 1 (MG1 - Motor Generater 1) có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc-quy điện áp cao (HV Battery), đồng thời cấp điện năng để dẫn động cho MG2 (Motor Generater 2). MG1 hoạt động như một motor để khởi động động cơ chính của xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh gần giồng như một CVT.
Tổ hợp motor điện – máy phát số 2 (MG2 - Motor Generater 2) có nhiệm vụ dẫn động cho các bánh xe chủ động tiến hoặc lùi xe. Trong suốt quá trình giảm tốc và phanh xe, MG2 (Motor Generater 2) hoạt động như một máy phát và hấp thu động năng (còn gọi là quá trình hãm tái sinh năng lượng) chuyển hóa thành điện năng để nạp lại cho ắc-quy điện áp cao.
Trên Toyota dùng một môtơ đồng bộ xoay chiều 3 pha, là một môtơ không chổi than DC hiệu suất cao với dòng AC. Các nam châm vĩnh cửu và một rôto được làm bằng các tấm thép điện từ ghép lại thành một môtơ công suất cao. Hơn nữa, bởi sự bố trí các nam châm vĩnh cửu theo một dạng tối ưu, mômen dẫn động được cải thiện và công suất được tăng lên. Cả MG1 (Motor Generater 1) và MG2 (Motor Generater 2) đều có kích thước gọn, nhẹ và là loại đồng bộ nam châm vĩnh cửu dòng điện xoay chiều hiệu quả cao.
d, Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter)
Bộ chuyển đổi biến dòng điện một chiều từ ắc-quy điện áp cao (HV Batterry) thành dòng xoay chiều làm quay motor điện hoặc biến dòng xoay chiều từ máy phát thành dòng điện một chiều để nạp điện cho ắc-quy.
Hình 6. Bộ chuyển đổi điện và sơ đồ nguyên lý hoạt động
Về cấu tạo, nó gồm một bộ khuếch đại điện năng để tăng điện áp được cung cấp lên đến 500V đồng thời nó được trang bị một bộ chuyển đổi dòng một chiều để nạp điện cho ắc-quy phụ của xe và một bộ chuyển đổi dòng xoay chiều để cấp điện cho máy nén trong hệ thống điều hòa của xe hoạt động.
e, Ắc-quy điện áp cao (HV Battery - High Volt Battery)
Ắc-quy chính của xe được bảo vệ trong một vỏ niken-kim loại hyđrua chắc chắn hơn và có mật độ năng lượng cao hơn so với bình thường. Thường gồm 120-250 cặp cực ắc-quy với điện áp chuẩn là 144V-350 Volt (1,2V/cặp cực ắc-quy) được nạp điện bởi động cơ chính thông qua tổ hợp MG1 khi xe chạy bình thường và tổ hợp MG2 trong suốt quá trình hãm tái sinh năng lượng.
Hình 7. Pin hybrid 14.4V 6.5Ah Toyota Camry
Hình 8. Pin xe HEV NIMH Hybrid
Ford Escape Hybrid, Honda Insight, Civic Hybrid và Toyota Prius đều sử dụng những pin hyđrua kim loại kiềm (NiMH), công nghệ pin giống như trong điện thoại di động và máy tính xách tay. Hệ thống hybrid của Prius là sự kết hợp của 38 mô đun chứa 228 pin điện riêng biệt với tổng công suất lên tới 273,6 V. Xe của Honda thì dùng 120 pin điện, tổng công suất 144 V; Ford 250 pin, công suất 330 V.
f, Cáp nguồn
Cáp nguồn hay cáp công suất trong xe hybrid dùng để truyền dòng điện có cường độ và điện áp cao giữa các thiết bị như ắc-quy điện cao áp, bộ chuyển đổi, các tổ hợp MG1, MG2 và máy nén trong hệ thống điều hòa. Đường dây cao áp và các giắc nối được đánh dấu bằng mầu da cam như trong hình trên.
Hình 9. Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao
g, Ắc quy phụ
Loại ắc-quy DC12V này được bố trí cố định phía sau xe, duy trì và cung cấp dòng điện một chiều ổn định cho các thiết bị như đèn xe, hệ thống âm thanh, các ECU điều khiển .v..v…
Hình 10. Ắc-quy phụ trên ôtô hybrid
h, Các bộ phận khác có công dụng hỗ trợ trên ôtô hybrid
Ngoài ra trong xe Hybrid còn kết hợp một số công nghệ hiện đại khác để nhằm tăng khả năng vận hành, giảm khí thải gây ô nhiễm và tối đa hóa khả năng tiết kiệm nhiên liệu.Khí động lực học/ hệ số kéo thấp
Để có được những bề mặt nhẵn, các kỹ sư chế tạo xe hybrid thường phải viện đến những đặc điểm thiết kế không theo quy ước nhằm tối đa hóa khả năng khí động. Ví dụ, Honda Insight có một hệ số kéo vô cùng thấp (0,25) do bề mặt nhẵn và dáng vẻ kỳ dị ở bánh sau. Ngay cả Toyota Prius, trông có vẻ bình thường trong mắt những người không chuyên nghiệp, cũng có hệ số kéo chỉ 0,29 do các kỹ sư đã tìm cách để làm nó trơn tru nhất. Tất cả các nhà sản xuất đều cố gắng giảm hệ số kéo ở bất cứ nơi đâu có thể bởi vì một chiếc xe với hệ số kéo thấp cần ít công suất (và nhiên liệu) hơn để vận hành.
Ngắt tự động động cơ xăng
Để giảm tiêu thụ nhiên liệu, tất cả các xe hybrid đều cố gắng hạn chế tối đa động cơ xăng trong suốt quá trình hoạt động. Nó không chỉ tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải mà còn ngừng tiêu thụ điện năng. Tương tự như một chiếc xe ngựa hai bánh, motor điện khởi động lại động cơ xăng khi lái xe nhấn lại pê đan tăng tốc. Đây là một hoạt động khá liền mạch, hầu như không có sự trì hoãn hay mất khả năng vận hành cho lái xe.
Hộp số biến thiên vô cấp (CVT-Continuously Variable Transmission):
CVT là một loại hộp số tự động mới (thực tế đã xuất hiện hơn 100 năm nay nhưng gần đây mới được ứng dụng trong ngành ô tô) không có bánh răng, ly hợp ma sát, dầu thủy lực hoặc biến mô. Thay vì thế, nó sử dụng một thiết kế dây curoa và puli đơn giản, giúp kết hợp chặt chẽ số truyền với phạm vi vòng/phút tối ưu của động cơ để đạt được công suất lớn hơn và tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Được ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp ánh sáng nhưng những tiến bộ gần đây trong vật liệu và công nghệ mạch vi xử lý đã khiến CVT phù hợp hơn với ngành ô tô.
Hệ thống kiểm soát cầm chừng xylanh (Cylinder Idling System)
Honda Civic Hybrid sử dụng hệ thống này để giảm sự kéo của động cơ và cho phép motor điện giành được nhiều năng lượng nhất trong suốt quá trình phanh tái tạo năng lượng. Một động cơ xăng thông thường phanh động cơ trong quá trình xuống dốc bằng hoạt động bơm của xylanh. Hoạt động này sẽ giành năng lượng từ động cơ điện để nạp ắc-quy.
Có thể tránh sự kéo động cơ bằng cách đưa khớp ly hợp vào xe với một hộp số sàn hoặc đặt xe ở số không với một CVT. Hệ thống vô hiệu xylanh của Honda thực hiện điều này bằng cách đóng van hút và xả trên 3 trong 4 xylanh, cho phép pít tông di chuyển tự do trong xylanh, vì vậy có thể giảm sự kéo động cơ và tối đa hóa năng lượng mà motor điện thu được.
Tối ưu hóa đường khí thải
Integrated Exhaust Manifold: được đặt trực tiếp vào đầu xylanh nhằm giảm khối lượng và tối ưu hóa dòng khí xả, vì vậy giúp tăng vận hành và khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Pít tông ma sát nhỏ
Thông qua một quá trình rèn đặc biệt, sự ma sát ở thành xylanh giảm làm tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Kết hợp với công nghệ Offset Cylinder Bores nhằm tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu bằng cách giảm ma sát đẩy của pít tông khi chúng di chuyển bên trong xylanh.
Công nghệ biến thiên lưu lượng khí nạp
Thực hiện đưa hỗn hợp nhiên liệu vào đủ tương ứng với từng chế độ hoạt động của động cơ để đạt được cháy hoàn toàn, nhằm tối ưu hóa quá trình cháy để thực hiện tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm do khí xả.
Sử dụng những vật liệu tiên tiến
Việc sử dụng những vật liệu tiên tiến - như magie, hợp kim nhôm và nhựa dẻo – làm giảm khối lượng của xe. Việc giảm khối lượng làm tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải và giúp vận hành hiệu quả hơn.
Với tất cả những công nghệ tiên tiến, khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải của mình, ôtô hybrid được xem là những chiếc xe của tương lai. Chắn chắn, với những model hybrid mới xuất hiện và những model đang được phát triển, công nghệ này sẽ là đóng vai trò chính trong bức tranh của ngành ô tô những năm sắp tới.
