CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 1.1 Khái niệm về xe hybrid Xe hybrid 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 nhất. Một bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và khi nào cả hai cùng hoạt động.1 Xe hybrid Chế độ làm việc của ô tô trong điều kiện thực tế phụ thuộc vào rất nhiều thông số như: tải trọng, tốc độ, hệ số bám, độ nghiêng bề mặt đường,…. Do đó trong từng điều kiện cụ thể công suất cần thiết của nguồn động lực trên xe là khác nhau.
Ở ô tô chỉ sử dụng một động cơ đốt trong hay động cơ điện trong nhiều điều kiện thì công suất phát ra và công suất cần thiết có sự khác biệt. Điều này gây ra sự lãng phí công suất không cần thiết. Xe hybrid sử dụng hai nguồn động lực là động cơ đốt trong và động cơ điện với mục tiêu là tận dụng những ưu điểm của từng loại động cơ để đưa ra được công suất tối ưu phù hợp nhất với từng điều kiện làm việc của xe khi sử dụng và tái tạo 10 năng lượng hữu ích trong quá trình phanh. Do đó xe hybrid so với xe truyền thống chỉ sử dụng động cơ đốt trong và động cơ điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao.2 Tiền đề về sự phát triển của xe hybrid Những chiếc xe hybrid đầu tiên được triển lãm ở Paris Salon năm 1899.
Nó được chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly của Pháp. Xe Pieper là một kiểu xe lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát bằng gió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì. Ắc quy sẽ được nạp khi xe đang chạy đều trên đường cao tốc hoặc khi xe hoạt động tại chỗ. Khi công suất dẫn động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, motor điện sẽ cung cấp thêm công suất cho động cơ.
Nó là một trong hai chiếc xe hybrid đầu tiên và là chiếc xe lai song song đầu tiên và không nghi ngờ rằng nó cũng là chiếc xe khởi động điện đầu tiên. Khái niệm xe lai điện thật sự trở nên hấp dẫn vào thập niên 90 khi một điều trở nên chắc chắn rằng xe điện không bao giờ đạt đến mục tiêu tiết kiệm năng lượng. Tập đoàn Ford Motor khởi động chương trình “Thách thức xe lai điện Ford” thu hút những nỗ lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe lai cho sản xuất ô tô. Các nhà sản xuất xe hơi trên thế giới đã xây dựng nhiều mẫu động cơ lai đạt đến tính tiết kiệm nhiên liệu thật tuyệt vời so với các phiên bản động cơ đốt trong trước đây.
Tại Mỹ, Dodge đã xây dựng mẫu xe Intrepid ESX 1, 2, và 3. ESX1 là xe lai điện bố trí nối tiếp, công suất được cung cấp bởi động cơ diesel tăng áp nhỏ 3 xylanh và bộ nguồn ắc quy, 2 động cơ điện công suất 100 hp được đặt ở hai bánh sau.Nỗ lực của người châu Âu được thể hiện qua chiếc French Renault Next, là chiếc xe lai điện cỡ nhỏ sử dụng động cơ đốt cháy cưỡng bức 750 cc và 2 motor điện. Nó có thể đạt tốc độ tối đa là 29.4 km/l (70 mpg) và đặc tính tăng tốc tương đương với kiểu xe truyền thống. Volkswagen cũng cho ra mẫu Chico, về cơ bản nó là một chiếc xe điện, với bộ 11 ắc qui nickel–metal hydride và một động cơ kích từ ba pha.
Một động cơ xăng nhỏ hai xy lanh dùng để nạp lại cho ắc quy và cung cấp thêm công suất khi hoạt động tốc độ cao.Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo ra bởi các nhà sản xuất người Nhật. Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius ở Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid. Những chiếc xe trên hiện đang lưu thông trên toàn thế giới. Chúng có thể đạt đến tính năng tiêu thụ nhiên liệu tuyệt hảo Toyota Prius và các dòng xe Honda có một giá trị lịch sử vì chúng là những chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp ứng vấn đề tiêu thụ nhiên liệu trên xe.
Ý nghĩa của xe hybrid 1.1 Tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt Hầu hết nhiên liệu sử dụng cho phương tiện giao thông là nhiên liệu lỏng được chiết suất từ dầu mỏ là nhiên liệu hóa thạch được hình thành sau 400- 600 triệu năm. Chính vì vậy dầu mỏ là nguồn nhiên liệu có hạn. Mặt khác lượng tiêu thụ nhiên liệu của thế giới tăng lên nhanh chóng hàng năm theo đà tăng trưởng kinh tế Hình 1. Lượng tiêu thụ nhiên liệu trong các năm 12 Hình 1.
Lượng tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới Theo biểu đồ 1.3 ta có thấy sự tăng lên nhanh chóng lượng sử dụng của thế giới theo xu hướng phát triển ngày càng cao. Và cũng theo hình 1.3 ta còn thấy lượng nhiên liệu dầu mỏ được sử dụng chủ yếu vào lĩnh vực giao thông vận tải. Thống kê nguồn năng lượng năm 2000 Mặt khác theo bảng 1.3 ta có thể thấy được lượng dầu mỏ còn lại chưa được phát hiện và chưa được khai thác trên thế giới. Như vậy nguồn năng lượng hóa thạch chỉ đủ duy chì đến năm 2038 như hình 1.
Bởi vậy mà trong gia đoạn hiện nay yêu cầu cấp thiết của ngành giao thông vận tải là tìm các giải pháp để giải quyết vấn đề năng lượng trong tương lai. 13 Tìm và phát triển nguồn năng lượng mới : Phát triển các nguồn năng lượng sạch có sẵn trong tự nhiên như : năng lượng gió, năng lượng điện mặt trời. Ưu điểm của những nguôn năng lượng này là năng lượng hoàn toàn sạch với môi trường, có khả cung cấp trong thời gian dài. Nhược điểm giá thành khai thác lớn, khó có thể khai thác với công suất lớn.
Phát triên các nguôn năng lượng kết hợp với nguồn năng lượng dầu mỏ để giảm bớt sự phụ thuộc và năng lượng dầu mỏ như Ethanol. Đây là loại xăng pha cồn sinh học, sẽ làm giảm bớt khí thải C02 ra không khí, là một loại nhiên liệu thân thiện hơn với môi trường, đông thời người tiêu dùng sẽ tiết kiệm chi phí so với giá xăng thông thường (A92). Phát triên các nguôn năng lượng thay thế hoàn toàn không phụ thuộc vào năng lượng dâu mỏ cũng đang rât phổ biến. Một số loại đã được áp dụng trong thực tế.
Các phát triển về năng lượng thay thế trong giai đoạn hiện nay là: Biodiesel: Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất tò dầu mỏ mà tò dầu thực vật hay mỡ động vật. Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng sạch. Mặt khác chúng không độc và dễ phân giải trong tự nhiên. Biogas: là 1 loại khí sinh học, được sản xuất từ việc lên men yếm khí các loại phân hữu cơ hay xác động, thực vật.
Khí hoá lỏng LPG, Khí thiên nhiên nén CNG: Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là Propan (C3H8) và Butan (C4H10), thành phần hóa học của CNG chủ yếu là Metan (CH4) và các Hydrocacbon khác như là Etan, Propan. Hydro: Là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên nhiên. Đặc điểm quan trọng của hydro là sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H20), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng. 14 Như vậy các nguồn năng lượng mới đang phát triển đều có ưu điểm chung là nhiên liệu sạch thải ra ít chât độc hại hơn năng lượng dầu mỏ.
Nhưng các nguồn năng lượng này chưa thê thay thê được nhiên liệu dầu mỏ vì vẫn còn nhiều các tồn tại cần giải quyết: chưa thê sản xuât trên quy mô lớn như biogas, ảnh hưởng an ninh lương thực như biodiezel, ethanol, đang còn tôn tại trong vấn đề công nghệ và giá thành như Hydro khí hóa lỏng LPG. Sự phát triên của các phương tiện hiện tại: Hiện nay đi đôi với việc phát triển các phương tiện mới ưu việt hơn, tối ưu các phương tiện hiện tại cũng là một giải pháp vô cùng hữu hiệu: Hoàn thiện động cơ diezel; Các kỹ thuật mới để nâng cao tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thông phun commonrail điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả băng hoặc nâng cao chât lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp. Ô tô chạy băng các loại nhiên liệu lỏng thay thế: Các loại nhiên liệu lỏng thay thế hiện nay là cồn, colza,. có nguồn từ thực vật.
Do thành phần c trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2. Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệu còn cao ảnh hưởng an ninh lương thực. Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên: có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe ô tô đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng. Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô tô.
Ô tô chạy bằng điện: ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môi trường không khí trong thành phố. Tuy nhiên ô tô điện vẫn còn 15 nhiều vấn đề cần giải quyết khi lượng điện dự trữ trong ắc quy chưa được cao. Sự phát triển xe chạy băng pin nhiêu liệu: công nghệ pin nhiên liệu có thể được phát hiện vào năm 1839 bởi ông William Grove, và trong quá trình phát triển dài đến ngày nay. o tô lai (hybrid): ô tô lai là loại ô tô sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau Trong khi các giải pháp sử dụng ô tô chạy hoàn toàn bằng điện còn nhiều bất cập thì ô tô hybrid sử dụng động cơ điện và động cơ đốt trong tỏ ra có nhiều ưu thế nhất.
Ô tô lai dạng này sử dụng động cơ điện một chiều chạy bằng ắc quy được nạp điện bằng điện lưới khi ô tô dừng và nạp điện bổ sung từ cụm động cơ đốt trong -mát phát điện mọt chieu bo trí trên xe.