..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

THIẾT KẾ CẢI TẠO XE CUB 50
THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID

Sinh viên thực hiện: VÕ NGỌC LAM
HUỲNH VĂN LỊCH
PHAN THANH HƯNG
NGUYỄN NGỌC HÙNG

Đà Nẵng – Năm 2018


Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ XE GẮN MÁY HYBRID ..................................2

1.1.

Mục đích ý nghĩa của đề tài .........................................................................2

1.2.

Tổng quan về ô nhiễm môi trường và nhiên liệu .......................................2

1.2.1. Ơ nhiễm mơi trường, gia tăng nhiệt độ khí quyển, biến đổi khí hậu ..........2
1.2.2. Hậu quả của sự gia tăng nhiệt độ khí quyển ...............................................6
1.2.3. Viễn cảnh nhiên liệu hóa thạch ....................................................................6
1.3.

Nguồn năng lượng tương lai ........................................................................8

1.3.1. Năng lượng gió .............................................................................................. 9
1.3.2. Biomass - nhiên liệu sinh khối......................................................................9
1.3.3. Thủy điện .....................................................................................................10
1.3.4. Năng lượng đại dương ................................................................................11
1.3.5. Năng lượng hạt nhân ..................................................................................12
1.3.6. Pin nhiên liệu ............................................................................................... 13
1.3.7. Phản vật chất ............................................................................................... 14
1.3.8. Năng lượng mặt trời ....................................................................................15
1.4.

Ơ tơ hybrid ..................................................................................................16

1.4.1. Khái niệm chung.......................................................................................... 16
1.4.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid ........................................................... 16
1.4.3. Phân loại ôtô hybrid ....................................................................................17
1.4.3.1. Theo thời điểm phối hợp công suất ............................................................ 17
1.4.3.2. Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện .........18
1.5.

Xe gắn máy hybrid .....................................................................................21


Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẢI TẠO XE GẮN MÁY CUB 50
THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID ............................................................................23
2.1.

Thiết kế cải tạo xe gắn máy có sẵn thành xe gắn máy hybrid ................23

2.1.1. Phân tích lựa chọn loại xe gắn máy để cải tạo ..........................................23
2.1.2. Phân tích các phương án lắp đặt động cơ nhiệt và động cơ điện .............23


Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid

2.1.3. Thiết kế bố trí lắp đặt động cơ điện phía trước ..........................................26
2.1.4. Thiết kế bố trí các hệ thống bổ sung ........................................................... 28
2.1.4.1. Cải tạo phụt để lắp trục bánh xe điện .........................................................28
2.1.4.2. Bố trí lắp đặt ắc-quy cho động cơ điện .......................................................30
2.1.5. Tính tốn, kiểm tra sức bền toàn hệ thống khung sau khi cải tạo............31
2.1.5.1. Các thơng số đầu vào ...................................................................................31
2.1.5.2. Kết quả tính tốn .........................................................................................32
2.2.

Thiết kế bố trí hệ thống truyền động điện cho xe gắn máy hybrid ........34

2.2.1. Phân tích, lựa chọn phương án phối hợp công suất .................................34
2.2.1.1. Kiểu nối tiếp .................................................................................................34
2.2.1.2. Kiểu song song ............................................................................................. 34
2.2.1.3. Kiểu hỗn hợp ................................................................................................ 35
2.2.1.4. Kết luận ........................................................................................................36
2.2.2. Thiết kế bố trí động cơ điện .........................................................................36
2.2.3. Tính tốn động học xe gắn máy hybrid ......................................................37

2.2.3.1. Xác định động cơ điện .................................................................................37
2.2.3.2. Xác định động cơ nhiệt................................................................................38
2.2.3.3. Tính chọn ắc-quy cho động cơ điện............................................................ 39
2.2.4. Tính tốn tính năng xe gắn máy khi chạy bằng điện ................................ 41
2.2.4.1. Đặc tính tốc độ động cơ điện .......................................................................41
2.2.4.2. Tốc độ tối đa của động cơ điện đạt được ....................................................42
2.2.4.3. Đặc tính nhân tố động lực của xe máy điện ...............................................43
2.2.4.4. Đặc tính tăng tốc của xe máy điện .............................................................. 43
2.2.4.5. Kết luận ........................................................................................................45
2.3.

Phối hợp sử dụng nguồn động lực xăng-điện trên xe gắn máy hybrid..46

2.3.1. Phân tích đặc tính làm việc của động cơ xe gắn máy ................................ 46
2.3.1.1. Các chế độ làm việc của động cơ xe gắn máy ............................................46
2.3.1.2. Các đường đăc tính của động cơ xe gắn máy ............................................49
2.3.2. Phân tích đặc tính làm việc của động cơ điện BLDC ................................ 56


Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid

2.3.2.1. Momen điện từ ............................................................................................. 56
2.3.2.2. Đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC ................................ 57
2.3.2.3. Sức phản điện động .....................................................................................57
2.3.3. Thiết kế hệ thống điều khiển xe gắn máy hybrid .......................................58
2.3.3.1. Sơ đồ điều khiển các chế độ trên xe máy Hybrid .......................................58
2.3.3.2. Nguyên lý hoạt động sơ đồ điều khiển ........................................................59
2.4

Nâng cao công suất và hiệu suất xe gắn máy hybrid ............................... 60


2.4.1. Mục đích, yêu cầu ........................................................................................60
2.4.2. Các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trên xe gắn máy
hybrid
60
2.4.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện BLDC .........................60
2.4.2.2. Thiết kế bộ sạc điện từ năng lượng khi phanh hoặc khi xe xuống dốc ....62
2.4.3. Nghiên cứu thiết kế bộ ly hợp cắt bộ truyền động từ bánh xe đến động cơ
nhiệt khi chạy bằng điện .............................................................................................. 64
2.4.3.1. Ly hợp điện từ .............................................................................................. 64
2.4.3.2. Ly hợp một chiều (líp) .................................................................................65
2.4.3.3. Ly hợp siêu việt ............................................................................................ 66
Chương 3:
QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM CẢI TẠO XE GẮN MÁY
THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID ............................................................................67
3.1.

Quy trình thực nghiệm ...............................................................................67

3.1.1. Cải tạo chắn ba và lắp động cơ điện vào bánh trước.................................67
3.1.2. Cải tạo ly hợp 1 chiều .................................................................................68
3.1.3. Thiết kế đồ gá bình điện ..............................................................................69
3.1.4. Cải tạo lại hệ thống điện .............................................................................70
3.1.5. Trang trí và làm đẹp khung sườn ............................................................... 70
3.2.

Kết quả chạy thực nghiệm .........................................................................71

KẾT LUẬN ..............................................................................................................72
HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................................................................... 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73


Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid


MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, của cơng cuộc cơng nghiệp hóa và hiện
đại hóa thì đời sống người dân thế giới nói chung và nước ta nói riêng cũng được cải
thiện rõ rệt. Đi cùng với những điểm tích cực đó thì sự phát triển của kinh tế, xã hội
cũng làm tăng nhu cầu sử dụng các máy móc, phương tiện đi lại qua đó tăng mức độ
phát thải ô nhiễm cho môi trường. Đặc biệt trong những năm gần đây tốc độ tăng
trưởng nhanh của kinh tế và dân số đã khiến cho tình trạng ô nhiễm môi trường càng
trở nên trầm trọng, sức ép đối với nguồn nguyên-nhiên liệu ngày càng tăng. Trong bối
cảnh đó, hạn chế ơ nhiễm mơi trường và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên thiên
nhiên là mục tiêu quan trọng và có ý nghĩa sống cịn đối với nhân loại, đã và đang
được thực hiện trong tất cả các lĩnh vực trong đó có giao thơng vận tải.
Song song với việc sử dụng các nguồn nhiên liệu mới ít hoặc không gây ô nhiễm,
cải tiến động cơ đốt trong nhằm nâng cao hiệu suất và giảm ô nhiễm thì sử dụng cơng
nghệ Hybrid cũng là một biện pháp rất khả thi đã được nhiều hãng xe lớn nghiên cứu
và áp dụng.
Đề tài của nhóm chúng em là Thiết kế cải tạo xe gắn máy Cub 50 thành xe
gắn máy Hybrid. Đây là một đề tài tuy không mới trên thế giới nhưng còn khá mới
mẻ ở Việt Nam. Trong thời gian thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã cố gắng vận dụng
kiến thức về công nghệ Hybrid để áp dụng vào thiết kế xe gắn máy, tuy nhiên do còn
nhiều hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót.
Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm cũng như sự chỉ bảo, góp ý từ các thầy
cơ và bạn bè đề tài này hoàn thiện hơn. Xe gắn máy Hybrid do nhóm thiết kế có thể
cịn nhiều khuyết điểm nhưng chúng em hy vọng sẽ là cơ sở phục vụ cho việc nghiên

cứu, cải tiến nhằm xây dựng nên một chiếc xe máy Hybrid hoàn thiện hơn trong tương
lai.
Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Bùi Văn Ga cũng như các thầy
cơ trong khoa Cơ khí giao thơng đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ để chúng
em có thể hồn thành được đồ án tốt nghiệp này.
Đà Nẵng, ngày 27 tháng 5 năm 2018

SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

1


Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ XE GẮN MÁY HYBRID

1.1. Mục đích ý nghĩa của đề tài
Lượng xe gắn máy ở nước ta trong những năm gần đây gia tăng nhanh chóng,
vượt xa so với dự báo của các cơ quan quản lý nhà nước. Do tính cơ động cao và giá
cả phù hợp với khả năng kinh tế của phần lớn người dân nên hiện tại cũng như thời
gian tới, loại phương tiện này vẫn sẽ giữ vai trò thiết yếu trong q trình di chuyển của
con người.
Ngồi ra, đa số các phương tiện vận chuyển giao thơng cơ giới có sử dụng động
cơ nhiệt là nguồn phát thải chính gây ơ nhiễm đối với bầu khí quyển. Vì vậy, việc làm
giảm mức độ phát thải ô nhiễm của chúng luôn là đối tượng được chú ý nghiên cứu
của các nhà sản xuất ô tô, xe gắn máy. Trên cơ sở đó, đã có rất nhiều giải pháp được
đưa ra nhưng giải pháp áp dụng công nghệ vẫn là giải pháp được đánh giá cao. Điều
này được minh chứng bởi những chiếc ơtơ có động cơ thơng minh tiết kiệm nhiên liệu

của các hãng xe lớn như Toyota, Honda, … Cũng chính nhờ vậy mà các hãng xe này
có thể duy trì được hoạt động sản xuất kinh doanh các dịng xe của mình trong nền
kinh tế cạnh tranh cao.
Chính vì các căn cứ trên, đề tài tập trung nghiên cứu cải tiến xe gắn máy chạy
bằng động cơ xăng đơn thuần sang sử dụng kết hợp hai nguồn năng lượng là động cơ
đốt trong và động cơ điện. Mục đích chính là giảm thiểu thời gian hoạt động cho động
cơ đốt trong nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu. Bên cạnh đó việc sử dụng đồng thời
động cơ đốt trong và động cơ điện cũng sẽ giúp giảm lượng phát thải các chất ơ nhiễm
ra mơi trường, nâng cao tính kinh tế cho phương tiện.
1.2. Tổng quan về ô nhiễm mơi trường và nhiên liệu
1.2.1. Ơ nhiễm mơi trường, gia tăng nhiệt độ khí quyển, biến đổi khí hậu
Trong vịng 400000 năm trở lại đây, nhiệt độ khí quyển gần mặt đất đã trải qua
4 chu kỳ băng hà. Trước đây sự thay đổi nhiệt độ bầu khí quyển trong quá khứ hầu
như phụ thuộc vào các hiện tượng tự nhiên. Tuy nhiên, từ khi bắt đầu thời kì cơng
nghiệp, hoạt động của con người là nguyên nhân chính gây ra sự gia tăng nhiệt độ bầu
khí quyển. Điều này được khẳng định bởi mơ hình tính tốn sự tăng nhiệt độ khi xem
xét cái yếu tố ảnh hưởng khác nhau.
Trên cơ sở phân tích cân bằng nồng độ cacbon trong khí quyển, chúng ta có thể
dự báo được sự gia tăng nhiệt độ cực đại của khí quyển gần mặt đất trong tương lai từ
4o đến 8o. Nếu không có những giải pháp rút giảm nồng độ CO2 trong khí quyển thì
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

2


thời kì nóng lên này của trái đất sẽ kéo dài hơn rất nhiều so với các giai đoạn quả đất
nóng lên trong q khứ. Sự bùng nổ khí hậu khiến nhiệt độ trái đất gia tăng nhanh
chóng trước khi đạt giá trị cực đại diễn ra (nồng độ C02 trong khí quyển đạt giá trị cao

nhất), tức là thời điểm khi nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt.
Cân bằng cacbon trong khí quyển có ý nghĩa quyết định đến mọi giá trị cực
đoan của hệ thống khí hậu. Hạn chế sự gia tăng C02 sẽ làm giảm tốc độ gia tăng nhiệt
độ khí quyển để thiên nhiên và con người có thời gian thích nghi. Các giải pháp thu
hồi và lưu giữ C02 khả thi trong tương lai sẽ cho phép rút ngắn thời kì nóng lên của
Trái Đất và giúp con người có thể khống chế được nhiệt độ tối ưu của hành tinh xanh.
Nhiệt độ trên mặt đất đã diễn ra theo chu kì, có sự khác biệt ít nhiều về thời
gian và biên độ. Mỗi chu kì bắt đầu bởi thời kì tăng đột ngột nhiệt độ làm quả đất nóng
lên kéo dài khoản 10000 đến 20000 năm (gọi là thời kì băng hà), sau đó quả đất lạnh
dần tạo thành thời kì băng hà. Cuối mỗi thời kì băng hà, quả đất lại nóng lên và chu kì
mới lại bắt đầu.

Biến thiên nhiệt độ

3
0
-3
-6

0

5
0

100

150

200


250

300
350
400
Nghìn năm trước

450

Hình 1.1 Biến thiên nhiệt độ khí quyển gần mặt đất qua các thời kì băng hà
Nhiệt độ khí quyển trong quá khứ được tái hiện nhờ phân tích đồng vị oxygen
còn lưu giữ trong băng hà. Các mẫu khoan trong băng hà tại bắc cực ở độ sau 3500m
cho phép tái hiện lại nhiệt độ của khí quyển 800000 năm về trước. Mặt khác, phân tích
các bọt khí lưu lại trong những mẫu băng hà này cho phép ta tìm ra được thành phần
các chất trong khơng khí, từ đó xây dựng được mối quan hệ giữa nhiệt độ khí quyển và
nồng độ các chất gây hiệu ứng nhà kính trong quá khứ.Trong chu kì băng hà thứ tư,
nhiệt độ khơng khí gần mặt đất đã thay đổi với biên độ lên đến 10o. Tuy nhiên, nhiệt
độ cực đại của thời kì này khơng q 4o so với nhiệt độ trung bình của mặt đất hiện
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

3


nay. Những nghiên cứu nhiệt độ mặt đất ở những chy kì xa hơn trước đó đã cho thấy,
có giai đoạn nhiệt độ trung bình mặt đất lên đến 22o, nghĩa là cao hơn nhiệt độ trung
bình hiện nay 8o. Trong giai đoạn nóng kéo dài đến hàng chục triệu năm đó, băng ở
các cực tan hồn tồn.
Theo kết quả tái hiện diễn biến nhiệt độ khí quyển thì chúng ta đang sống trong

thời kì có nhiệt độ cao nhất trong 2 thiên niên kỉ qua. Sự ấm lên của khí quyển diễn ra
ở hai giai đoạn, giai đoạn đầu từ năm 1910 đến năm 1945 và giai đoạn sau từ năm
1976 đến nay. Sự gia tăng nhiệt độ khí quyển trong khoảng 1906 đến 2005 ước chừng
0,74o ± 0,18o. Trong khoảng từ năm 1956 đến năm 2006, nhiệt độ tăng 0,65o. Nhiệt độ
trung bình của mặt đất trong giai đoạn 2001 - 2007 là 14,44o, nghĩa là tăng thêm 0,21o
so với giai đoạn 1991 - 2000. Tốc độ gia tăng nhiệt độ trung bình hiện nay khoảng 2,5o
trong 100 năm.

Hình 1.2 Biến thiên nhiệt độ của khí quyển so với nhiệt độ trung bình 1961-1990
Nhiệt độ trung bình của mặt đất từ năm 1856 đến 2005 được biểu diễn trên hình
1.2. Ngồi ra, ta cũng có thể theo dõi mười năm có nhiệt độ chênh lệch cao nhất là từ
năm 1998 đến 2008 trong bảng thống kê bên dưới:
Bảng 1.1 Mười năm gần đây có chênh lệch nhiệt độ cao nhất so với nhiệt độ trung
bình giai đoạn 1961-1990 (oC)
Năm

1998

2005

2003

2002

2004

2006

2001


2007

1997

2008

Δθ

0,55

0,48

0,47

0,46

0,45

0,42

0,41

0,4

0,35

0,32

SVTH: Nhóm Hybrid


GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

4


Sự gia tăng nhiệt độ trong quá khứ gây ra do quá trình tự nhiên thì ngày nay
nhiệt độ gia tăng chủ yếu do hoạt động của con người. Cân bằng nhiệt của quả đất
được đảm bảo khi hệ thống khơng tích lũy năng lượng thặng dư từ Mặt Trời. Ban ngày
bức xạ mặt trời được hấp thụ bởi khí quyển, đại dương và đại lục, ban đêm các thành
phần này truyền ngược bức xạ ra không gian trong vùng hồng ngoại. Các tia bức xạ
hồng ngoại này đến lượt nó bị hấp thụ bởi mây và một số chất khí có mặt trong khí
quyển. Các chất khí gây hiệu ứng nhà kính phản xạ lại một phần bức xạ này về mặt đất
và làm nóng lớp khí quyển dưới cùng. Đó là hiệu ứng nhà kính. Khơng có hiệu ứng
này, nhiệt độ trung bình của mặt đất là -18o thay vì +15o như hiện nay. Hiệu ứng nhà
kính là một hiện tượng không thể thiếu trên hành tinh xanh của chúng ta. Tuy nhiên,
khi tác động của nó vượt q mức cho phép thì nó gây ra những hậu quả nghiêm trọng
đối với mơi trường.

Hình 1.3 Biến thiên nhiệt độ trung bình của khí quyển gần mặt đất và nồng độ CO2
tương ứng
Trong số những chất khí gây nên hiệu ứng nhà kính thì C𝑂2 chiếm tỷ trọng cao
nhất. Từ khi bắt đầu thời kỳ công nghiệp đến nay (khoảng 200 năm), sự phát thải C𝑂2
vào bầu khí quyển đã không ngừng gia tăng. Nồng độ C𝑂2 hiện nay đã tăng 35% so
vời thời kỳ tiền công nghiệp, vượt xa nồng độ của chúng 600000 năm trước (hình 1.3).
Nồng độ C𝑂2 đã tăng từ 280 ppm ở thời kỳ tiền công nghiệp đến 379 ppm vào
năm 2005. Mức tăng trung bình của C𝑂2 là +1,5 ppm/năm trong khoảng 1970 đến
2000 và +2,1 ppm/năm trong khoảng 2000 đến 2007. Các hoạt động của con người
như sử dụng nhiên liệu hóa thạch, phá rừng… sản sinh ra mỗi năm 6 tỉ tấn cacbon.
Tính tốn diễn biến nồng độ C𝑂2 trong khí quyển theo các kịch bản khác nhau cho
thấy, nồng độ này đạt cân bằng ổn định khoảng 500ppm trong trường hợp ngay từ bây

SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

5


giờ chúng ta không làm gia tăng thêm C𝑂2 và đạt giá trị cân bằng cực đoan khoảng
1100 ppm nếu tiếp tục phát thải như hiện nay. Các nhiên cứu về diễn biến khí hậu cho
thấy mối quan hệ trực tiếp giữa nồng độ C𝑂2 trong khí quyển và sự dao động chu kì
của nhiệt độ trong vịng 150000 gần đây. Nếu nồng độ C𝑂2 tăng lên gấp đôi sẽ làm
tăng nhiệt độ trung bình của mặt đất lên 2,8℃.
1.2.2. Hậu quả của sự gia tăng nhiệt độ khí quyển
Sự gia tăng nhiệt độ khí quyển gần mặt đất gây ra hậu quả nặng nề đối với môi
trường. Ở các vùng châu Phi nhiệt đới, Trung Mỹ, Nam Mỹ, Đông Nam Á và Úc, cây
cối lớn nhanh hơn và chết sớm hơn. Có chừng 20 giống động, thực vật đã biến mất
mỗi ngày do biến đổi khí hậu. Nếu mơi trường tiếp tục bị tác động bởi khô hạn, bão lụt
thì sự cân bằng hệ thống sinh thái của hành tinh sẽ bị ảnh hưởng nặng nề.
Khi nhiệt độ hành tinh tăng lên, các vi khuẩn, vi trùng và yếu tố truyền bệnh sẽ
phát triển nhanh chóng. Trên thực tế, nguy cơ bệnh tật do biến đổi khí hậu đã tăng lên
vào những năm 1993-1995 ở Trung Mỹ khi có một giai đoạn nóng bất thường và độ
ẩm tăng. Năm 1993, bệnh dịch tả phát triển mạnh ở Ấn Độ sau giai đoạn mưa kéo dài.
Năm 1996, bệnh viện màng não đã giết chết hàng nghìn người ở Đơng Phi trong thời
kì khơ hạn khủng khiếp.
Hậu quả của hiện tượng quả đất ấm dần lên ảnh hưởng đến loài người trong thế
kỉ 21 được tóm tắt như sau:
-

Giảm sút năng suất sản xuất nông nghiệp ở vùng nhiệt đới và gần nhiệt
đới;

Giảm nguồn nước trong hầu hết các vùng nhiệt đới và gần nhiệt đới;
Gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan như mưa lớn, bão, khô hạn, ảnh
hưởng đến canh tác nông nghiệp;
Gia tăng khả năng cháy rừng mùa khô;
Mở rộng các vùng bị nhiễm bệnh tả, bệnh sốt rét;
Lũ lụt lớn gia tăng do mực nước biển dâng cao và do biến đổi khí hậu;
Gia tăng tiêu thụ năng lượng cho điều hịa khơng khí;

1.2.3. Viễn cảnh nhiên liệu hóa thạch
Mặc dù kỹ thuật thăm dị, khai thác dầu mỏ đã được nâng lên mức cao nhất
nhưng lượng dầu khám phá vẫn sụt giảm nhanh chóng trong những năm gần đây.
Lượng dầu khí khám phá thêm đã không đủ bù đắp cho sự gia tăng nhu cầu về năng
lượng. Trên thực tế, phần lớn những giếng dầu khai thác hiện nay đã được phát hiện từ
rất lâu. Ví như Trung Đơng là nơi sản xuất dầu mỏ chính của thế giới, 1/3 sản lượng
dầu của khu vực này đã được khai thác từ các mỏ dầu lớn (như Ghawar, Kirkuk,
Burgan…) cách đây hơn nữa thế kỉ.
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

6


Hình 1.4 Trữ lượng dầu mỏ cịn lại trên thế giới (Gigaton)
Trung Đông chỉ tiêu thụ 6% sản lượng dầu mỏ của thế giới nhưng chiếm tới 2/3
trữ lượng dầu cịn có thể khai thác được. Việc tận thu các mỏ dầu đã khai thác bằng
cách ứng dụng công nghệ khai thác mới có thể làm tăng chút ít trữ lượng dầu.
Đối với khí thiên nhiên, Trung Đơng và Nga chiếm gần 3/4 trữ lương của thế
giới (hình 1.5). Ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương, những nước có trữ lượng khí
thiên nhiên lớn là Úc, Trung Quốc, Indonesia và Malaysia. Việt Nam có trữ lượng khí

thiên nhiên tương đương với Thái Lan, Myanma, Brunei, Bangladesh.
Nếu tốc độ tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch như năm 2006 thì trữ lượng dầu mỏ,
khí thiên nhiên và than đá cịn có thể khai thác trong 40 năm, 70 năm và 200 năm.
Công ty dầu lửa Anh Quốc BP cũng đưa ra dự báo tương tự năm 2005. Theo đó, khu
vực châu Á - Thái Bình Dương, dầu mỏ chỉ cịn khai thác được trong khoản đến năm
2020. Đến năm 2050, nguồn dự trữ dầu mỏ trong lòng đất hầu như cạn kiệt. Khi đó,
khí thiên nhiên thay thế dầu mỏ để duy trì nền văn minh “dầu mỏ” khoảng 1/4 thế kỉ
nữa. Than đá là nguồn nhiên liệu hóa thạch cuối cùng mà lồi người cịn khai thác
được, kéo dài đến hết thế kỉ 23.
Ở nước ta, trữ lượng dầu mỏ ước chừng khoảng 600 triệu thùng và khí thiên
nhiên ước chừng 6.8 trillion cubic feet (Tcf). Như vậy, trữ lượng khí thiên nhiên của
nước ta tương đương với 1 tỉ thùng dầu, lớn hơn trữ lượng dầu mỏ. Phần lớn lượng khí
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

7


thiên nhiên sản xuất ở Việt Nam được chuyển trực tiếp đến công nghiệp sản xuất điện
hay các đầu mối tiêu thụ như tổ hợp Điện - Đạm Phú Mỹ. Hiện khí thiên nhiên chưa
được sử dụng cho các lĩnh vực khác. Tình hình này sẽ thay đổi khi lượng khí thiên
nhiên khai thác được nhiều trong tương lai.

Hình 1.5 Sự phân bố trữ lượng ga theo khu vực trên thế giới (Nguồn: BP statistical
review, 2007)
Việt Nam khai thác trung bình 350700 thùng dầu/ngày (2007) và 141 (Bcf) khí
thiên nhiên/năm (2005). Như vậy với trữ lượng dầu khí đã xác định và mức độ khai
thác như hiện nay thì thời gian cịn có thể khai thác thương mại đối với dầu ở nước ta
là 45 năm và đối với khí thiên nhiên là 48 năm.

Từ phân tích trên đây chúng ta có thể nhận thấy, để chủ động về nguồn năng
lượng trong tương lai, góp phần bảo vệ mơi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững,
sự thay thế dần dầu mỏ, năng lượng hóa thạch bằng các nguồn năng lượng khác là việc
vô cùng cần thiết.
1.3. Nguồn năng lượng tương lai
Đối với viễn cảnh nhiên liệu hóa thạch đang ngày dần cạn kiệt, các nhà khoa
học đang chạy đua để hoàn thiện nguồn năng lượng xanh nhằm cải thiện môi trường
và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

8


Một số dự đoán trong tương lai sẽ là nền kinh tế hydro, nhưng nhiều chuyên gia
khác lại cho rằng năng lượng mặt trời mới là con đường đúng đắn.
Hàng loạt đề án liên quan đến tua-bin gió trên cao hoặc động cơ phản vật chất
cũng được xem như là nguồn năng lượng trong tương lai.
1.3.1. Năng lượng gió
Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Sử dụng
năng lượng gió là một trong những phương thức thu thập năng lượng được biết đến từ
thời cổ đại. Khái niệm sử dụng cối xay gió đang có bước tiến xa hơn khi các nhà khoa
học đang muốn tạo ra máy điện trên bầu trời bằng cách thả nổi cối xay gió ở độ cao
4,5 km trong bầu khí quyển. Hệ thống này trang bị 4 cánh quạt và 2 tua-bin giúp tạo ra
nguồn điện từ gió. Năng lượng gió hiện nay chỉ chiếm 0,1% nhu cầu điện của thế giới,
nhưng con số này dự kiến sẽ tăng nhanh và là một trong những hình thức của năng
lượng sạch trong tương lai. Việc mở rộng khai thác năng lượng gió cũng gặp những
khó khăn khơng nhỏ bởi hệ thống này phụ thuộc vào vị trí của nơi có gió mạnh. Nhiều

lo ngại chỉ ra rằng các trang trại gió có thể ảnh hưởng đến thời tiết địa phương, nhưng
điều này vẫn chưa được nghiên cứu một cách triệt để. Các nhà khoa học hy vọng rằng
việc dùng cối xay gió trên bầu trời sẽ góp phần giải quyết những vấn đề hạn chế kể
trên.

Hình 1.6 Máy phát điện sử dụng năng lượng gió
1.3.2. Biomass - nhiên liệu sinh khối
Năng lượng sinh khối, hay nhiên liệu sinh học, bao gồm các vật chất chứa năng
lượng hóa học dự trữ trong chất hữu cơ. Sinh khối là các phế phẩm từ nơng nghiệp
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

9


(rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp, ...) và phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ, ...). Nhiên
liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng hay khí... được đốt để phóng thích năng lượng
như ethanol hay thành dạng khí sinh học (biogas).

Hình 1.7 Nhiên liệu sinh
Nhưng khơng giống như một số nguồn năng lượng tái tạo khác, năng lượng
sinh khối khơng thực sự sạch vì khi đốt chất hữu cơ sẽ tạo ra một lượng lớn cacbon
đioxide. Ngoài ra, để sử dụng rộng rãi thì người ta phải tìm cách bù đắp bằng việc
trồng các loại cây phát triển nhanh và cỏ để dùng làm nguồn cung cấp nhiên liệu. Các
nhà khoa học cũng đang thử nghiệm với việc sử dụng vi khuẩn để tác động vào sinh
khối và sản xuất hydro để làm nhiên liệu. Đây là một nguồn nhiên liêu sinh học thay
thế khá thú vị nhưng gây tranh cãi ở quy trình biến đổi nhiệt (TCP). Không giống như
các nhiên liệu tự nhiên thông thường, TCP có thể chuyển đổi hầu như bất kỳ loại chất
hữu cơ thành dầu lửa và nước nhưng lượng chất thải gây hiệu ứng nhà kính cũng

khơng giảm được bao nhiêu.
1.3.3. Thủy điện
Thủy điện hiện tại chiếm 20% nguồn điện năng của thế giới. Tính đến gần đây,
nhiều nhận định cho rằng thủy điện từ năng lượng nước là một nguồn tài ngun thiên
nhiên phong phú mà khơng địi hỏi thêm nhiên liệu và không gây ô nhiễm. Tuy nhiên,
nhiều nghiên cứu mới đây chỉ ra một số thách thức của các đập thủy điện có thể tạo ra
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

10


một lượng đáng kể cacbon dioxide và methane qua sự phân rã của các nguyên liệu
thực vật ngập nước.

Hình 1.8 Thủy điện đang là một phần quan trọng của nguồn năng lượng
Bên cạnh đó, một nhược điểm của đập nước nữa là mọi người dân sống xung
quanh thường phải di dời để đảm bảo tính an tồn. Điển hình như trường hợp của Dự
án đập Tam Hiệp ở Trung Quốc - đập lớn nhất trên thế giới khi hoàn thành trong năm
2009 thì 1,9 triệu người đã phải di chuyển cùng vơ số các di tích lịch sử đã bị nhấn
chìm và biến mất. Ngồi ra, một vấn đề lớn của thủy điện nữa là việc ngăn sông, đắp
đập không phù hợp sẽ làm thay đổi hệ sinh thái trong khu vực và là một trong những
nguyên nhân gây ra hạn hán, ngập lụt…
1.3.4. Năng lượng đại dương
Đại dương bao phủ 70% diện tích bề mặt Trái đất, và nước là một bộ thu năng
lượng mặt trời tự nhiên. Việc chuyển đổi năng lượng nhiệt của đại dương (OTEC)
nhằm khai thác bộ thu năng lượng này và sử dụng sự khác biệt nhiệt độ giữa bề mặt
nước được làm nóng bởi ánh nắng mặt trời và nguồn năng lượng nước ở dưới độ sâu
của đại dương để tạo ra điện. Nhà máy OTEC thường phân ra thành 3 loại:

Chu kỳ khép kín: Một chất lỏng có điểm sơi thấp như amoniac được làm nóng
bằng nước biển ấm. Hơi nước tạo ra được sử dụng để vận hành tua-bin phát điện rồi
sau đó được làm lạnh bằng nước biển lạnh. Nhưng thiết bị bay hơi và ngưng tụ của hệ
thống này phải sử dụng bề mặt trao đổi nhiệt, cồng kềnh, tiêu thụ một lượng lớn kim
loại, và khó khăn để duy trì.
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

11


Chu kỳ mở: Tương tự như chu kỳ OTEC khép kín, ngoại trừ khơng có chất lỏng
trung gian thấp (như khí propan, isobutan, freon, amoniac…). Hệ thống làm nước sơi
trong thiết bị bay hơi và biến thành hơi. Hơi nước chạy từ vòi phun tua-bin làm phát
điện. Xả hơi từ tua-bin vào bình ngưng được làm mát bằng nước biển vùng lạnh.

Hình 1.9 Đại dương bao phủ 70% diện tích bề mặt Trái đất và là một bộ thu
năng lượng mặt trời tự nhiên
Chu kỳ lai: Chu kỳ OTEC đóng được sử dụng để tạo ra điện, sau đó được tạo ra
môi trường áp suất thấp cần thiết cho chu kỳ mở cửa.
Nhà máy OTEC có thể tăng thêm nguồn nước ngọt, và hơn nữa nước biển giàu
chất dinh dưỡng lấy từ đáy đại dương có thể được dùng để nuôi cấy vi sinh vật và thực
vật biển. Hạn chế chủ yếu của OTEC chính là hiệu suất chuyển đổi nhiệt năng thành
điện năng quá thấp khi hệ thống này chỉ hoạt động dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ,
thường khoảng 20oC.
1.3.5. Năng lượng hạt nhân
Albert Einstein đã nói rằng ranh giới giữa vật chất và năng lượng không cịn rõ
ràng. Năng lượng có thể được tạo ra bởi các nguyên tử - quá trình chia tách hoặc kết
hợp được gọi là sự phân hạch và nhiệt hạch tương ứng. Phân hạch hạt nhân phóng xạ

có hại và tạo ra lượng lớn chất phóng xạ, có tác động hàng ngàn năm và có thể phá
hủy tồn bộ hệ sinh thái nếu bị rò rỉ. Lo ngại lớn hơn nữa là năng lượng hạt nhân đã và
đang được sử dụng như một loại vũ khí có sức hủy diệt kinh khủng.
Hiện nay, hầu hết các nhà máy điện hạt nhân sử dụng phản ứng phân hạch, đòi
hỏi một lượng lớn năng lượng để sản xuất và duy trì ở nhiệt độ cao cần thiết. Ý tưởng
tổng hợp nhiệt hạch âm thanh - về mặt kỹ thuật được hiểu là tổng hợp nhiệt hạch bằng
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

12


quán tính âm thanh - xuất xứ từ một hiện tượng tự nhiên phát quang do âm thanh
(sonolumi - nescence).

Hình 1.10 Nhà máy nhiệt điện hạt nhân
Nguyên lý hoạt động ở đây là sử dụng các loa phóng thanh gắn vào bình chứa
đầy chất lỏng rồi truyền sóng áp suất, kích thích sự chuyển động các bọt sóng âm. Các
bọt này lớn lên và tan vỡ tuần hoàn, tạo nên các chớp loé sáng thấy được, kéo dài
không quá 50 picô giây. Bọt tạo ra nhiệt độ và áp suất có thể đạt đến mức khởi động
được phản ứng tổng hợp nhiệt hạch. Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu một
phương pháp để tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân được kiểm soát bằng cách đẩy các
ion hydro "nặng" trong điện trường mạnh.
1.3.6. Pin nhiên liệu
Ngay từ thời điểm xuất hiện, pin nhiên liệu hydro được xem như sự thay thế
hồn hảo cho các loại nhiên liệu hóa thạch. Các nhà khoa học có thể tạo ra điện bằng
cách sử dụng hydro và oxy mà không gây ảnh hưởng đến môi trường. Xe hơi chạy
bằng pin nhiên liệu hydro không chỉ mang đến hiệu suất tốt hơn động cơ đốt trong mà
khí thải duy nhất của nó sẽ là nước.

Thật không may, trong khi hydro là nguyên tố có nhiều nhất trong vũ trụ nhưng
ở trái đất thì hầu hết nó được gắn liền với các phân tử như nước. Điều đó có nghĩa là
hydro tinh khiết phải được sản xuất bởi các nguồn năng lượng khác - mà trong nhiều
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

13


trường hợp liên quan đến nhiên liệu hóa thạch. Một vấn đề khác với hydro là nó khơng
thể nén một cách dễ dàng hoặc an tồn, và địi hỏi bể lớn để lưu trữ. Ngồi ra các
ngun tử hydro có xu hướng thất thốt thơng qua vật liệu làm bình chứa.

Hình 1.11 Xe chạy pin nhiên liệu
1.3.7. Phản vật chất
Phản vật chất là khái niệm trong vật lý, được cấu tạo từ những phản hạt cơ bản
như phản hạt electron, phản hạt notron, ... Theo lý thuyết, nếu phản vật chất gặp vật
chất thì sẽ gây phản ứng nổ và giải phóng năng lượng khổng lồ, được tính bởi phương
trình nổi tiếng của Einstein, E = mc2.

Hình 1.12 Phản vật chất chưa thể có ứng dụng thực tế
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

14


Phản vật chất đã được sử dụng trong kỹ thuật hình ảnh y tế được gọi là chụp cắt

lớp phát xạ positron (PET), nhưng việc sử dụng nó như một nguồn nhiên liệu tiềm
năng vẫn còn thuộc về lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Phản vật chất có thể được sản
xuất trong phịng thí nghiệm, nhưng hiện tại chỉ chiếm một lượng rất nhỏ và với chi
phí quá cao. Thậm chí nếu vấn đề của sản xuất có thể được giải quyết thì vẫn cịn câu
hỏi khó cần giải đáp là làm thế nào để lưu trữ cái gì đó mà có khuynh hướng tự hủy
khi tiếp xúc với vật chất thông thường và làm thế nào để khai thác năng lượng tạo ra.
1.3.8. Năng lượng mặt trời
Theo báo cáo dự đoán của Tổ chức Năng lượng Quốc tế (International Energy
Agency), đến năm 2050 mặt trời có thể sẽ trở thành nguồn điện năng lớn nhất, xếp trên
cả nhiên liệu hóa thạch, năng lượng gió, thủy năng và năng lượng hạt nhân. Năm 2006
ở Úc, tháp năng lượng mặt trời khổng lồ cao 1km với 32 tua-bin khí có tổng công suất
200 MW đã đi vào sử dụng. Hệ thống năng lượng mặt trời này được bao quanh bởi
một nhà kính khổng lồ có tác dụng làm nóng khơng khí để làm quay tua-bin xung
quanh chân tháp. Giới chuyên gia ước tính rằng các nhà máy điện sẽ có thể tạo ra 200
megawat điện và giảm được 700.000 tấn khí gây hiệu ứng nhà kính trong mỗi năm. Và
gần đây nhất là nhà máy điện năng lượng mặt trời Topaz có cơng suất 550 megawatt
với 9 triệu tấm pin quang điện, bao phủ hơn 24 ha tại California, Mỹ.
Đây được xem là nguồn năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới hiện nay và
Topaz cung cấp điện năng cho khoảng 160.000 hộ gia đình.

Hình 1.13 Nhà máy điện năng lượng mặt trời
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

15


Hệ thống năng lượng mặt trời khơng địi hỏi thêm nhiên liệu khác để hoạt động
và tác động ô nhiễm mơi trường gần như là khơng có. Ánh sáng mặt trời có thể được

lưu lại thành nhiệt để sử dụng ngay hoặc chuyển đổi thành điện năng. Ngồi ra, cơng
nghệ còn cho phép biến đổi ánh sáng thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang
điện... Những hạn chế của hệ thống năng lượng mặt trời bao gồm chi phí ban đầu cao
và địi hỏi khơng gian sử dụng khá lớn. Không chỉ vậy, đối với hầu hết các lựa chọn
thay thế năng lượng mặt trời thì hiệu suất sử dụng có thể bị ảnh hưởng bởi sự ơ nhiễm
khơng khí và thời tiết làm giảm lượng ánh sáng mặt trời.
1.4. Ơ tơ hybrid
1.4.1. Khái niệm chung
Ơ tơ hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy
bằng năng lượng truyền thống (xăng, Diesel…) với động cơ điện lấy năng lượng điện
từ một ắc-quy cao áp. Điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện với cơ chế nạp “thông
minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng. Nhờ
vậy mà ơtơ có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời
tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết.
1.4.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung
khơng giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải, nhưng đều 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 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, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh
thái thay đổi. Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây ơ nhiễm
mơi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ơ tơ nói riêng và
mọi người nói chung.
Ơ tô 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 đã được công bố trong những
năm gần đây, như: hồn thiện q trình cháy của động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu
không truyền thống cho ơtơ như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile

nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid)... Phạm vi bài viết này chỉ bàn về ôtô
hybrid.
Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được
nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và mơi trường.
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

16


Có thể nói, cơng nghệ hybrid là chìa khố mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của
những chiếc ô tơ, đó là ơ tơ khơng gây ơ nhiễm mơi trường hay cịn gọi là ơ tơ sinh
thái.
Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được 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 ơtơ hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu
dùng sử dụng loại ơ tơ này. Ơtơ sử dụng Hydrogen, ơtơ điện, ôtô pin mặt trời... cho
đến nay đều tồn tại một số nhược điểm nhất định, không dễ thực hiện với thực trạng
như đất nước ta. Trong bối cảnh đó thì ôtô hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa động cơ đốt
trong và động cơ điện) được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu thế
phát triển ơtơ sạch, nhằm đáp ứng tính khắt khe mơi trường đơ thị, tính nguy cơ cạn
kiệt nhiên liệu.
Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid nhiệt điện hoạt
động trong phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại
đường dài hàng trăm kilômet tương đối bằng phẳng... Chứ không thể sử dụng ô tô
hybrid nhiệt điện thay hẳn các loại ơtơ khác vì tính cơng nghệ lai cịn nhiều hạn chế,
mà cái khó nhất của vấn đề này là nguồn dự trữ năng lượng điện để cấp cho động cơ
điện, vì nếu dùng bình ăcquy thơng thường thì số lượng bình rất nhiều.
Trong phạm vi bài viết này chỉ bàn về dịng ơtơ hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa

động cơ đốt trong và động cơ điện) là loại ôtô hybrid thông dụng nhất hiện nay.
1.4.3. Phân loại ôtô hybrid
1.4.3.1. Theo thời điểm phối hợp công suất
a. Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm
Khi ô tô bắt đầu khởi hành, motor điện sẽ hoạt động cung cấp công suất giúp xe
chuyển động và tiếp tục tăng dần lên với tốc độ khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước khi
động cơ xăng tự khởi động. Để tăng tốc nhanh từ điểm dừng, động cơ xăng phải khởi
động ngay lập tức mới có thể cung cấp cơng suất tối đa. Ngồi ra, motor điện và động
cơ xăng cũng hỗ trợ cho nhau khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như khi leo
dốc, leo núi hoặc vượt qua xe khác. Do motor điện được sử dụng nhiều ở tốc độ thấp,
nên loại này có khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi lái ở đường phố hơn là khi đi trên
đường cao tốc. Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai dịng điển hình thuộc loại
này.
b. Phối hợp khi cần cơng 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 xe khác,
cịn trong điều kiện bình thường xe vẫn chạy bằng động cơ xăng. Do đó, những chiếc
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

17


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 và Honda Insight thuộc
loại thứ hai.
Cả hai loại này đều lấy công suất từ ắc-quy khi motor điện được sử dụng và
đương nhiên nó sẽ làm yếu cơng suất của ắc-quy. Tuy nhiên, một chiếc xe hybrid
không cần phải cắm vào một nguồn điện để sạc bởi vì nó có khả năng tự sạc.

1.4.3.2. Theo cách phối hợp cơng suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện
a. 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 1.14 Hệ thống hybrid nối tiếp
Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp ắc-quy và một sẽ dùng chạy
động cơ điện. Động cơ điện ở đây còn có vai trị như một máy phát điện (tái sinh năng
lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh.
Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải
nên giảm được ô nhiễm mơi trường, động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động
tối ưu, phù hợp với các loại ôtô. Mặt khác động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu xe chạy
đường dài quá quãng đường đã quy định dùng cho ăcquy. Sơ đồ này có thể khơng cần
hộp số.
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 nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy nên dễ
bị quá tải.
SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

18


Hình 1.15 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp
b. 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 các điều

kiện hoạt động khác nhau. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trị là nguồn năng
lượng truyền moment chính cịn motor điện chỉ đóng vai trị trợ giúp khi tăng tốc hoặc
vượt dốc.

Hình 1.16 Hệ thống hybrid song song
Kiểu này khơng cần dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tính năng
giao hốn lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc-quy trong các chế độ hoạt
động bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian, nó có thể khởi
động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc-quy.
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 ắc-quy

SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

19


nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp 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 nối
tiếp. Tính ơ nhiễm mơi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu khơng cao.

Hình 1.17 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song
c. 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 bị
phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất của động cơ

nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động.

Hình 1.18 Hệ thống hybrid hỗn hợp
Tuy nhiên xe có thể chạy theo "kiểu êm dịu" chỉ với một mình động cơ điện. Hệ
thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo xe hybrid.

SVTH: Nhóm Hybrid

GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga

20