Chương 1: Giới thiệu đề tài. Chương 2: Tổng quan về xe điện và xe Hybrid Chương 3: Hệ thống quản lý năng lượng và pin xe điện Chương 4: Thiết kế thi công mô hình Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 3 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN VÀ XE HYBRID Ở chương 2 này giới thiệu phân loại, định nghĩa, kết cấu và nguyên lý các dạng xe điện khác nhau hiện nay trên thị trường (EV, Plug – in Hybrid, phân biệt FCEV với Hybrid) và một số mẫu xe theo từng loại của các hãng trên thế giới.1 Giới thiệu chung về xe điện và xe Hybrid Quá trình chuyển đổi sang công nghệ vận tải đường bộ bằng điện đã đạt được động lực đáng kể trong thập kỷ qua với sự hỗ trợ của cả những tiến bộ công nghệ trong những năm gần đây và sự quan tâm ngày càng tăng của những khách hàng. Xe điện (EV) hiện đang được cung cấp với các hiệu suất và khả năng cải thiện như tăng khả năng tăng tốc, phạm vi hoạt động rộng hơn và có các tùy chọn sạc nhanh. Doanh số bán xe điện toàn cầu bao gồm cả xe điện chạy bằng pin (EV) và xe Hybrid cắm điện (PHEV) đã đạt mốc năm triệu vào năm 2019 với tỉ lệ BEV và PHEV cao hơn trước đây.
Trong khi đó, phải mất năm năm để bán được một triệu chiếc EV đầu tiên, thì chỉ mất sáu tháng cho một triệu chiếc tiếp theo và tỉ lệ người dùng đã không ngừng tăng lên. Đây là động lực để phát triển phương tiện sạch, hiệu quả và bền vững cho giao thông đô thị bắt nguồn từ các cân nhắc về môi trường và kinh tế. Phương tiện vận tải là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Tuy nhiên khí thải của động cơ đốt trong thông thường (ICEV) là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm đô thị và gây ra hiệu ứng nhà kính dẫn đến sự nóng lên toàn cầu.
Sự phụ thuộc vào dầu mỏ như là nguồn năng lượng duy nhất cho các phương tiện vận tải. Theo ước tính số lượng ô tô trên hành tinh chúng ta và số lượng ô tô sự dụng trên đường ngày càng tăng mỗi năm chỉ làm thêm vào vấn đề ô nhiễm. Ngoài ra còn về yếu tố kinh tế khi hiệu suất chuyển đổi năng lượng của động cơ đốt trong kém. Khi đánh giá mức độ hiệu quả trên cơ sở chuyển đổi từ dầu thô sang thành lực kéo ở bánh xe.
Con số này cho các EV thay thế không cao hơn đáng kể. Tuy nhiên nó vẫn thực sự khác biệt. Phát thải do phát điện ở các nhà máy địa phương dễ dàng điều chỉnh hơn so với phát thải từ các ICEV được duy trì riêng rẻ và rải rác khắp nơi. Những 4 người sống trong thành phố không phải thường xuyên tiếp xúc với khí thải liên quan đến các nhà máy điện, vì chúng hầu hết nằm ngoài khu đô thị.
Hơn nữa năng lượng điện có thể được tái tạo bằng cách sử dụng các nguồn tái tạo như thủy điện, gió và năng lượng mặt trời, mang lại cách tiếp cận thân thiện với môi trường nhất. EV là chỉ những phương tiện không phát thải (ZEV) mới có thể mang lại cơ hội hạn chế về vấn đề ô nhiễm một cách hiệu quả [2]. Xe điện bắt đầu được sử dụng công khai từ giữa thế kỷ thứ 19, thậm chí trước sự ra đời của các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Năm 1900, có khoảng 4200 chiếc ô tô đã được bán ra trong đó 40% chạy bằng hơi nước, 38% chạy bằng điện và 22% chạy bằng xăng.
Tuy nhiên sự phát minh ra máy khởi động, những cải tiến trong công nghệ sản xuất hàng loạt chạy bằng khí đốt và sự bất tiện trong việc sạc pin dẫn đến sự biến mất của xe điện vào đầu những năm 1900. Tuy nhiên, các vấn đề về môi trường và sự phụ thuộc khó chịu vào dầu mỏ đã dẫn đến sự trỗi dậy quan tâm đến xe điện trong những năm 1960. Sự phát triển của những công nghệ cùng với các mối quan tâm về môi trường và kinh tế cho phép trong vài thập kỉ tới sẽ có các nghiên cứu mới và phát triển đối với xe điện [2]. Sự quan tâm và nghiên cứu về xe điện tăng vọt vào những năm 1990 khi các nhà sản xuất ô tô lớn bắt tay vào kế hoạch giới thiệu xe điện hoặc xe lai điện (HEV) của riêng họ.
General Motor đã giới thiệu chiếc EV Saturn EV1 đầu tiên cho công chúng sử dụng vào năm 1995, mặc dù chỉ dành cho một thị trường hạn chế ở California và Arizon. Phương tiện này đã ngừng sản xuất, nhưng sự kiện này chắc chắn là một cột mốc quan trọng trong lịch sử phương tiện hiện đại. Thị trường tiêu dùng quan tâm nhiều hơn đến các loại xe có thể di chuyển quảng đường dài với chỉ một lần sạc đầy pin. Một tính năng khác mà xã hội mong muốn là việc giảm thời gian sạc của bộ pin xuống mức tương đương với việc đổ đầy bình xăng [2].1: Chiếc EV Saturn EV1 đầu tiên [7] Phạm vi hạn chế của xe điện chạy bằng pin đã khiến các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp ô tô phải tìm kiếm các giải pháp thay thế trong những năm 1990.
Những nổ lực tích cực của ngành ô tô đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các HEV. Toyota dẫn đầu trong số các ngành công nghiệp và xe Hybrid đầu tiên đã được giới thiệu vào cuối những năm 1990 đó là chiếc Toyota Prius. Các HEV hoặc nó chỉ đơn giản là xe Hybrid sử dụng cả động cơ điện và động cơ đốt trong để cung cấp sức đẩy, những phương tiện này có lượng khí thải thấp hơn so với một số loại xe thông thường có kích thước tương tự sử dụng động cơ đốt trong. Tất nhiên động cơ đốt trong sử dụng trong xe Hybrid sẽ giảm kích thước so với xe động cơ đốt trong tương đương.
Động cơ đốt trong kết hợp động cơ điện và một bộ phận lưu trữ năng lượng sẽ cung cấp một phạm vi hoạt động rộng hơn và giảm ô nhiễm.[2] Sau khoảng một thập kỷ thống trị của HEV trong lĩnh vực điện khí hóa phương tiện giao thông đường bộ, xe điện bắt đầu xuất hiện trở lại với các phương tiện chạy bằng pin từ các công ty tiên phong như Tesla và Nissan. Mặc dù Tesla đã bắt đầu cung cấp BEV từ những năm 2008, nhưng những chiếc xe đó được nhắm vào thị trường xe hạng sang. Năm 2011, Nissan cung cấp Nissan Leaf với cả phải chăng hơn và ngay sau đó Ford với Ford Focus Electric. Với sự mở rộng nhanh chóng trên toàn cầu doanh số bán hàng cùng với những sự đổi mới trong hệ thống truyền động điện, xe điện đang trên đường phát triển bền vững.
Hiện tại các nhà sản xuất xe truyền thống và các nhà sản xuất xe điện thế hệ mới đều đang cung cấp nhiều loại xe điện 6 khác nhau. Ngoài ra, các trạm sạc đang được lắp đặt tại nhiều địa điểm đô thị và đường cao tốc với nhiều địa điểm cung cấp lựa chọn sạc nhanh. Một số công ty đang cung cấp bộ sạc không dây [2] Hình 2.2: Nissan Leaf 2011 [8] Hình 2.3: Xe Ford Focus Electric [9] Vấn đề phạm vi hoạt động hạn chế của BEV có thể được khắc phục bằng cách bổ sung môt động cơ và pin nhiên liệu sẽ cung cấp năng lượng cho các động cơ điện miễn là có sẵn nhiên liệu. Pin nhiên liệu là một bộ chuyển đổi năng lượng điện hóa nhưng có hiệu suất cao hơn nhiều so với động cơ nhiệt.
Nhiên liệu cho các động cơ này là khí hydro hoặc các loại khí mà từ đó hydro có thể được chiết xuất. Khái niệm này đã dẫn đến sự phát triển của xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV). Pin nhiên liệu hiện có sẵn với số lượng rất hạn chế mặc cho Honda và một số hãng khác đã nổ 7 lực thiết lập giá trị thương mại cho FCEV. Một yếu tố khác khiến lượng FCEV sụt giảm do cải tiến công nghệ giảm chi phí của pin Li – ion được sử dụng trên BEV.2 Xe Hybrid (HEV) Ô tô Hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, diesel.) với động cơ điện lấy năng lượng điện từ ắc quy cao áp.
Chính xác hơn, xe Hybrid được trang bị một động cơ đốt trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, một khối pin và một hoặc nhiều động cơ điện. Điểm đặc biệt ắc quy được nạp điện với cơ chế nạp thông minh như khi xe phanh, xuống dốc, được gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng. Nhờ vậy mà ô tô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện khi cần thiết để cung cấp trở lại cho xe.1 Xu hướng phát triển của ô tô 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 định riêng về khí thải của xe, nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ô tô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó càng cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể.
Các xe chạy bằng Diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường gây ô nhiễm môi trường. Xuất hiện từ những năm 1990 và cho đến nay ô tô Hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường. Có thể nói công nghệ Hybrid là chìa khóa mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái. Với các ưu điểm nổi bật đã nêu, ô tô Hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ô tô trên thế giới.
Ngày càng có nhiều mẫu ô tô Hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng [1].