Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid (HEV) kiểu kết hợp bằng phần mềm GT- SUITE

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

70
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đè tài là thiết lập mô hình mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid (HEV) kiểu kết hợp thông qua phần mềm chuyên dụng GT-SUITE; nghiên cứu thuật toán điều khiển xe HEV; thiết lập chế độ mô phỏng mô hình xe HEV kiểu kết hợp trên phần mềm GT-Suite; trên cơ sở kết quả mô phỏng số đưa ra một số kết luận và kiến nghị.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid (HEV) kiểu kết hợp bằng phần mềm GT- SUITE

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---------------------------------- VŨ TẤT TÂN NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG NGUỒN ĐỘNG LỰC XE ĐIỆN HYBRID (HEV) KIỂU KẾT HỢP BẰNG PHẦN MỀM GT-SUITE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Thái Nguyên - Năm 2018 i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực đã cho phép tôi thực hiện luận văn này. Xin cảm ơn Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi học tập và làm luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Dương Thế Hùng đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận văn. Tôi xin cảm ơn lãnh đạo, các đồng nghiệp tại Cơ quan nơi tôi công tác đã tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận văn đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận văn này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi học tập. Tuy nhiên do còn có hạn chế về thời gian cũng như kiến thức của bản thân nên đề tài của tôi có thể còn nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự góp ý để luận văn được hoàn thiện hơn. Học viên ii
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .................................................. viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Mục đích của đề tài ....................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn....................................................................... 3 * Ý nghĩa khoa học: ....................................................................................... 3 * Ý nghĩa thực tiễn: ........................................................................................ 3 4. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 3 5. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 3 6. Các nội dung chính trong đề tài .................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 5 1.1. Nhiên liệu và ô nhiễm môi trường ............................................................. 5 1.2. Tổng quan về phát triển nguồn động lực cho phương tiện giao thông ...... 9 1.3. Giới thiệu về xe hybrid............................................................................... 9 1.3.1 Nguồn gốc ra đời của xe hybrid ........................................................... 9 1.3.2. Định nghĩa về xe hybrid ..................................................................... 10 1.4. So sánh đặc tính tốc độ của động cơ điện và động cơ đốt trong.............. 11 1.5. Xu hướng phát triển xe hybrid ................................................................. 14 1.5.1. Giới thiệu một số mẫu xe hybrid ........................................................ 15 1.5.2. Ưu, nhược điểm của xe hybrid ........................................................... 17 1.6. Kết luận chương 1 .................................................................................... 19 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP ......................... 20 NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO XE HYBRID .................................................... 20 2.1. Các thuật ngữ thường dùng trên xe hybrid .............................................. 20 iii
2.2. Các phương pháp phối hợp nguồn động lực hybrid ................................ 21 2.2.1. Phương pháp phối hợp nối tiếp ......................................................... 21 2.2.2. Phương pháp phối hợp song song ..................................................... 22 2.2.3. Phương pháp phối hợp nối tiếp - song song ...................................... 23 2.3. Các chế độ làm việc của xe hybrid .......................................................... 24 2.3.1. Chế độ chạy tăng tốc nhẹ ................................................................... 24 2.3.2. Chế độ chạy ổn định .......................................................................... 24 2.3.3. Chế độ tăng tốc và leo dốc................................................................. 24 2.3.4. Chế độ nạp ắc quy khi xe chuyển động.............................................. 25 2.3.5. Chế độ nạp ắc quy khi xe đứng yên ................................................... 25 2.4. Đường truyền công suất ở các chế độ làm việc ....................................... 26 2.4.1. Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai trong sơ đồ nguồn động lực kiểu kết hợp................................................................................................................ 26 2.4.2. Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ nhiệt .................................... 27 2.4.3. Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ điện ..................................... 28 2.4.4. Khi truyền công suất bằng 2 nguồn công suất .................................. 28 2.5. Chiến lược phối hợp nguồn động lực....................................................... 29 2.6. Kết luận chương 2 .................................................................................... 31 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH XE HYBRID KIỂU KẾT HỢP ....... 32 BẰNG PHẦN MỀM GT-SUITE .................................................................... 32 3.1. Giới thiệu về phần mềm GT-Suite ........................................................... 32 3.1.1. Giới thiệu chung................................................................................. 32 3.1.2. Các tính năng chính ........................................................................... 33 3.1.3. Các thành phần, mô đun chính của phần mềm .................................. 33 3.2. Cơ sở lý thuyết ......................................................................................... 34 3.2.1. Chiến lược điều khiển nạp điện cho ắc quy ....................................... 34 3.2.2. Sơ đồ làm việc của hệ thống truyền lực ............................................. 35 iv
3.2.3. Chế độ vận hành của xe HEV sử dụng nguồn động lực kết hợp ....... 35 3.3. Xây dựng mô hình mô phỏng................................................................... 36 3.3.1. Các bước xây dựng mô hình .............................................................. 36 3.3.2. Mục đích xây dựng mô hình ............................................................... 39 3.4. Kết quả mô phỏng khi động cơ được lắp trên xe thường và xe hybrid ... 43 3.4.1. Tốc độ động cơ ................................................................................... 43 3.4.2. Tiêu hao nhiên liệu............................................................................. 45 3.4.3. Phát thải NOx ..................................................................................... 47 3.4.4. Phát thải CO ...................................................................................... 50 3.4.5. Phát thải HC ...................................................................................... 52 3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................... 55 KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................... 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 58 v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải ĐCĐ Động cơ điện ĐCĐT Động cơ đốt trong EV Ô tô điện HEV Ô tô lai điện USHC Chu trình thử xe con trên xa lộ của Mỹ FTP-75 Chu trình thử xe con trên đường thành phố của Mỹ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Các thống số chính của xe thường và xe hybrid............................. 37 Bảng 3.2. Các thông số của chu trình thử xe con............................................ 40 cho đường thành phố của Mỹ.......................................................................... 40 Bảng 3.3. Các thông số của 2 chu trình thử FTP-75 và USHC ...................... 41 vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam .......... 5 Hình 1.2. Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính của Việt Nam năm 2011 .................................................................................... 6 Hình 1.3. Lượng khí thải CO do các phương tiện cơ giới đường bộ gây ra ..... 6 Hình 1.4. Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm do các phương tiện........................ 7 cơ giới đường bộ ............................................................................................... 7 Hình 1.5. Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 2011 ......... 8 Hình 1.6. Đặc tính lực kéo - tốc độ với công suất yêu cầu ............................. 11 của động cơ xăng............................................................................................. 11 Hình 1.7. Đặc tính lực kéo-tốc độ với hộp số tự động của một xe ................. 12 Hình 1.8. Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của một động cơ xăng ........................ 12 Hình 1.9. Đặc tính của một mô-tơ điện........................................................... 13 Hình 1.10. Lực kéo của xe có động cơ xăng với hộp số 4 cấp ....................... 14 và mô-tơ điện với hệ dẫn động 1 cấp .............................................................. 14 Hình 2.1. Kiểu nối tiếp .................................................................................... 22 Hình 2.2. Kiểu song song ................................................................................ 23 Hình 2.3. Kiểu kết hợp .................................................................................... 24 Hình 2.4. Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai ..................................................... 26 Hình 2.5. Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai khi chỉ truyền công suất.............. 27 của động cơ nhiệt ............................................................................................ 27 Hình 2.6. Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai khi chỉ truyền công suất.............. 28 của động cơ điện.............................................................................................. 28 Hình 2.7. Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai khi truyền công suất.................... 28 bằng cả 2 nguồn............................................................................................... 28 Hình 2.8. Thuật toán điều khiển xe HEV........................................................ 30 Hình 3.1. Cửa sổ giao diện phần mềm GT-Suite và các mô đun ứng dụng ... 32 viii
Hình 3.2. Phương pháp “thermostat ON-OFF” .............................................. 34 để điều khiển nạp điện cho ắc quy .................................................................. 34 Hình 3.3. Sơ đồ làm việc của bộ điều khiển hệ thống truyền lực ................... 35 Hình 3.4. Chế độ vận hành của xe HEV sử dụng nguồn động lực kết hợp .... 36 Hình 3.5. Mô hình xe thông thường ................................................................ 38 Hình 3.6. Mô hình xe hybrid kiểu kết hợp nối tiếp - song song ..................... 38 Hình 3.7. Chu trình thử FTP-75 ...................................................................... 39 Hình 3.8. Chu trình thử xe con trên xa lộ của Mỹ, USHC.............................. 41 Hình 3.9. Chu trình thử FTP-75 thiết lập trong mô hình mô phỏng ............... 42 Hình 3.10. Chu trình thử USHC thiết lập trong mô hình mô phỏng .............. 42 Hình 3.11. Tốc độ động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ................. 44 khi chạy theo chu trình lái FTP-75.................................................................. 44 Hình 3.12. Tốc độ động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ................. 44 khi chạy theo chu trình lái USHC ................................................................... 44 Hình 3.13. Tiêu hao nhiên liệu động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid khi chạy theo chu trình lái FTP-75.................................................................. 45 Hình 3.14. Tiêu hao nhiên liệu động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid khi chạy theo chu trình lái USHC ................................................................... 46 Hình 3.15. Lượng nhiên liệu tiêu thụ động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid khi chạy theo 2 chu trình lái FTP-75 và USHC, [kg/h]....................... 46 Hình 3.16. Lượng nhiên liệu tiêu thụ cho 100 km của động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid khi chạy theo 2 chu trình lái FTP-75 và USHC, [lít/100km] ....................................................................................................... 47 Hình 3.17. Phát thải NOx động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ...... 48 khi chạy theo chu trình lái FTP-75.................................................................. 48 Hình 3.18. Phát thải NOx động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ...... 49 khi chạy theo chu trình lái USHC ................................................................... 49 ix
Hình 3.19. Phát thải NOx động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid khi chạy theo 2 chu trình lái FTP-75 và USHC, [kg/h] ........................................ 49 Hình 3.20. Phát thải CO động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ....... 51 khi chạy theo chu trình lái FTP-75.................................................................. 51 Hình 3.21. Phát thải CO động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ....... 51 khi chạy theo chu trình lái USHC ................................................................... 51 Hình 3.22. Phát thải CO động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ....... 52 khi chạy theo 2 chu trình lái FTP-75 và USHC .............................................. 52 Hình 3.23. Phát thải HC động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ....... 53 khi chạy theo chu trình lái FTP-75.................................................................. 53 Hình 3.24. Phát thải HC động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ....... 54 khi chạy theo chu trình lái USHC ................................................................... 54 Hình 3.25. Phát thải CO động cơ thường và động cơ lắp trên xe hybrid ....... 54 khi chạy theo 2 chu trình lái FTP-75 và USHC .............................................. 54 x
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Được phát minh vào khoảng 300 năm trước bởi nhà phát minh người Pháp Nicolas - Joseph Cugnot (1725 - 1804), xe ô tô ngày nay đã trở thành một trong những phương tiện giao thông không thể thiếu trong xã hội loài người. Cũng chính vì thế mà tình trạng ô nhiễm không khí trầm do khí thải từ động cơ ô tô đang là một trong những vấn đề nhức nhối của nhiều quốc gia hiện nay. Để có thể giảm thiểu được ô nhiễm môi trường từ ô tô, từ lâu đã có nhiều giải pháp kỹ thuật mang nhiều hứa hẹn như: ô tô chạy điện, ô tô dùng pin nhiên liệu, động cơ khí nén v.v... Tuy nhiên, những công nghệ kể trên vẫn chưa thể đưa vào sử dụng được vì còn nhiều giới hạn về công nghệ. Đối với ô tô chạy điện, việc nạp lại pin cần đến ít nhất 4 giờ đồng hồ, khuyết điểm này giới hạn tầm sử dụng của ô tô chạy điện. Đối với công nghệ fuel cell, hydro lỏng phải được lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp; vì thế chỉ có thể thích hợp với những quốc gia có khí hậu băng giá. Cả hai công nghệ trên cùng vướng phải một vấn đề chung đó là phải xây dựng lại toàn bộ hệ thống cơ sở cung cấp nhiên liệu. Những giới hạn trên của hai công nghệ tương lai này tạo ra một khoảng trống giữa nhu cầu bảo vệ môi trường và công nghệ ô tô truyền thống. Những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm không khí đã trở nên ngày càng nghiêm trọng. Để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng không khí tại các thành phố lớn, chính phủ các nước đã đưa ra các quy định ngặt nghèo về tiêu thụ nhiên liệu và khí thải của xe. Đây là nguồn động lực chính thúc đẩy các hãng xản xuất ô tô đầu tư phát triển các công nghệ mới, thân thiện với môi trường cho các dòng sản phẩm của mình, trong đó phải kể đến xe điện (EV) và xe điện hybrid (HEV) [1], [2], [3]. Với ưu điểm vượt trội về đặc tính kéo, hiệu suất và không gây ô nhiễm môi trường trong thành phố của xe EV so với xe sử 1
dụng động cơ đốt trong (ĐCĐT) truyền thống, xe EV có thể được coi là hướng phát triển có nhiều triển vọng. Tuy nhiên, do khả năng lưu trữ năng lượng trong ắc quy còn thấp, thời gian mỗi lần sạc kéo dài, tuổi thọ sử dụng ngắn, tự trọng lớn và giá thành cao đã làm hạn chế phạm vi khai thác của xe EV [3]. Do vậy, xe HEV sử dụng phối hợp hai nguồn động lực, gồm động cơ điện (ĐCĐ) và ĐCĐT được cho là giải pháp hợp lý hiện nay, vì cho phép phát huy ưu điểm của ĐCĐ và ĐCĐT, cũng như khắc phục được các nhược điểm của chúng. Cùng với xu hướng phát triển của thế giới, hiện nay dòng xe HEV đã xuất hiện nhiều ở Việt Nam. Do xe HEV có công nghệ phức tạp cả về kết cấu và hệ điều khiển, nên đã làm ảnh hưởng không nhỏ đến hiệu quả khai thác, sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa, thậm chí cả công tác quản lý của Nhà nước về các dòng xe này ở Việt Nam. Hơn nữa, đây là công nghệ mới, vẫn còn là bí mật của các hãng, nên việc tiếp cận công nghệ này cũng gặp rất nhiều khó khăn. Chính vì vậy, nghiên cứu thiết kế chế tạo để làm chủ công nghệ xe HEV cũng như định hướng sản xuất xe HEV ở Việt Nam là cần thiết và có tính thời sự. Để giải quyết một phần các vấn đề nêu trên, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid (HEV) kiểu kết hợp bằng phần mềm GT- SUITE” làm đề tài luận văn cao học của mình. 2. Mục đích của đề tài - Thiết lập mô hình mô phỏng nguồn động lực xe điện hybrid (HEV) kiểu kết hợp thông qua phần mềm chuyên dụng GT-SUITE; - Nghiên cứu thuật toán điều khiển xe HEV; - Thiết lập chế độ mô phỏng mô hình xe HEV kiểu kết hợp trên phần mềm GT-Suite. - Trên cơ sở kết quả mô phỏng số đưa ra một số kết luận và kiến nghị. 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn * Ý nghĩa khoa học: Xe HEV được trang bị một động cơ đốt trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, ắc quy và máy phát điện. Tuy nhiên, xe HEV được phân thành 4 loại kết hợp nguồn động lực, gồm: HEV nối tiếp, HEV song song, HEV kết hợp và HEV phức hợp. Luận văn đã góp phần đưa ra mô hình mô phỏng xe điện hybrid (HEV) dạng kết hợp nhờ thiết lập từ phần mềm chuyên dụng GT- SUITE. Trên cơ sở mô hình, có thể đánh giá ảnh hưởng nguồn động lực của xe tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cũng như chỉ tiêu phát thải. * Ý nghĩa thực tiễn: - Các kết quả của luận văn là cơ sở nghiên cứu quan trọng và hữu ích có thể sử dụng để hỗ trợ trong giai đoạn đầu quá trình thiết kế và phát triển xe hybrid ở Việt Nam; - Mô hình mô phỏng xe điện hybrid (HEV) đã xây dựng có thể sử dụng làm cơ sở cho các mục đích tương tự; - Kết quả của luận văn là cơ sở lý thuyết cho việc so sánh với kết quả thực nghiệm khi nghiên cứu về ô tô điện hybrid (HEV). 4. Đối tượng nghiên cứu Ô tô con lai điện hybrid (HEV) 5. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: sử dụng phần mềm GT-SUITE để mô phỏng hệ động lực xe hybrid kiểu kết hợp. 6. Các nội dung chính trong đề tài Thuyết minh của luận văn được trình bày gồm các phần chính sau: - Mở đầu - Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu - Chương 2. Nghiên cứu phương pháp phối hợp nguồn động lực cho xe hybrid 3
- Chương 3. Xây dựng mô hình xe hybrid kiểu kết hợp bằng phần mềm GT- Suite - Kết luận và kiến nghị 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Nhiên liệu và ô nhiễm môi trường Theo số liệu thống kê cuối năm 2011, số xe ô tô trên thế giới có khoảng trên 1,015 tỷ xe đang lưu hành, tăng 3,6% so với con số 980 triệu xe vào cuối năm 2009 và chủ yếu tập trung ở các nước phát triển như Mỹ (239,8 triệu xe), Trung Quốc (78 triệu xe), Nhật Bản (73,9 triệu xe). Tính trung bình, cứ 6,75 người lại có một người đang sở hữu ô tô. Ở Việt Nam, số lượng ô tô đang tăng rất mạnh. Tính tới tháng 3 năm 2009 thì số lượng ô tô tại Việt Nam là khoảng 990 nghìn chiếc và tập trung chủ yếu ở hai thành phố lớn là TP Hồ Chí Minh và Thủ đô Hà Nội như trên hình 1.1. Theo thống kê mới nhất của Cục Đăng kiểm Việt Nam, số lượng xe ô tô tính đến tháng 6 năm 2011 là 1,428 triệu xe [2]. Hình 1.1. Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam Với tốc độ tăng trung bình khoảng 10% số lượng xe ô tô như hiện nay chính là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường cũng như lượng tiêu thụ nhiên liệu. Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2011, hoạt động giao thông đóng góp gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs trên toàn quốc và chiếm khoảng 5
70% nguồn gây ô nhiễm không khí ở các khu đô thị lớn thể hiện trên hình 1.2 [2]. Hình 1.2. Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính của Việt Nam năm 2011 Tại các đô thị, giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đối với không khí, đặc biệt là sự phát thải các khí CO, VOC, NO2. Lượng khí thải này tăng lên hàng năm cùng với sự phát triển về số lượng và các phương tiện giao thông đường bộ như trên hình 1.3 [2]. Hình 1.3. Lượng khí thải CO do các phương tiện cơ giới đường bộ gây ra 6
Xét trên từng phương tiện tham gia giao thông thì lượng khí thải từ xe máy là tương đối nhỏ, trung bình một xe máy xả ra lượng khí thải chỉ bằng 1/4 so với xe ô tô con. Tuy nhiên do số lượng xe máy tham gia giao thông chiếm tỷ lệ lớn hơn và chất lượng nhiều loại xe đã xuống cấp nên xe máy vẫn là nguồn đóng góp chính các loại khí ô nhiễm, đặc biệt đối với các khí thải như CO và VOCs. Trong khi đó, xe tải và xe khách các loại lại thải nhiều SO2 và NO2 (Hình 1.4) [2]. Hình 1.4. Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường bộ gây ra Với mật độ các loại phương tiện giao thông lớn, chất thải các loại phương tiện giao thông kém và hệ thống giao thông chưa tốt thì lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường không khí từ giao thông vận tải đang có xu hướng gia tăng. Xe ô tô, xe máy ở Việt Nam bao gồm nhiều chủng loại. Nhiều xe đã qua nhiều năm sử dụng nên có chất lượng kỹ thuật thấp, có mức tiêu thụ nhiên liệu và nồng độ chất độc hại trong khí xả cao, tiếng ồn lớn. Ngay tại các thành phố lớn, tỷ lệ những xe đã qua sử dụng nhiều năm vẫn cao thể hiện trong hình 1.5 [2]. 7
Hình 1.5. Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 2011 Vì vậy với điều kiện cơ sở hạ tầng giao thông, số lượng, chất lượng các phương tiện giao thông như ở Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung thì vấn đề tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường do khí thải gây ra vẫn đang là một trong những vấn đề được Nhà nước, các tổ chức quan tâm nhất để cải thiện môi trường cũng như năng lượng. Trong những năm qua, Nhà nước phải dùng ngân sách để bù lỗ cho xăng dầu để đảm bảo ổn định giá mặt hàng thiết yếu này nhằm ổn định giá cả của các mặt hàng khác. Tuy nhiên hiện nay giá dầu thô trên thế giới không ổn định, vì thế Nhà nước không còn khả năng bù lỗ, giá xăng dầu đã tăng và trong tương lai, mức độ tăng giá xăng dầu sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn do nguồn dự trữ dầu thô đã cạn kiệt. Việc sử dụng nhiên liệu khí thay cho nhiên liệu lỏng truyền thống là giải pháp hữu hiệu nhằm giảm bớt sự lệ thuộc vào dầu mỏ hiện nay. Với sự phát triển của ngành công nghiệp hiện đại, khoa học ngày càng được cải tiến để phù hợp với nhu cầu của thời đại, ngành công nghiệp ô tô vẫn không ngừng phát triển, tìm tòi các công nghệ mới để áp dụng trên ô tô phù hợp xu thế của ngày nay là bảo vệ môi trường và tiết kiệm nhiên liệu. 8
1.2. Tổng quan về phát triển nguồn động lực cho phương tiện giao thông 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 nồng độ phát thải khí thải của xe, nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến và chế tạo ra xe điện. Điều đó càng trở nên cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ hiện nay 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 nhiên liệu hóa thạch đều đang tràn ngập trên thị trường và là một trong số những tác nhân lớn 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 thải gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô nói riêng và của xã hội nói chung. Ô tô sạch không gây ô nhiễm là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ô tô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, như hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tô dùng động cơ lai (hybrid)... Trong số những giải pháp công nghệ trên thì xe sử dụng công nghệ hybrid đang được ứng dụng ngày càng phổ biến và cho hiệu quả cao. 1.3. Giới thiệu về xe hybrid 1.3.1 Nguồn gốc ra đời của xe hybrid Sự bùng nổ dân số, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, công nghiệp, mức sống con người ngày càng nâng cao làm cho nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn hơn. Theo đánh giá của các chuyên gia môi trường, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70%. Lưu lượng xe lớn và chất lượng nhiên liệu sử dụng chưa tốt (hàm lượng benzen khoảng 5% so với 1% ở các nước trong khu vực; hàm lượng lưu huỳnh trong 9
diesel chiếm từ 0,5 ÷ 1% so với 0,05% ở các nước trong khu vực) ngoài ra còn nhiều khí thải độc hại khác như: CO, NOx, PM,… là những nguyên nhân chính gây ra tình trạng ô nhiễm [3]. Tiêu thụ xăng dầu là một trong những nguyên nhân phát thải các chất độc hại như CO, hơi xăng dầu (CmHn, VOC), SO2, PM (chất thải rắn), chì, benzen... Phát thải những chất này liên quan chặt chẽ đến chất lượng xăng dầu. Trong cơ cấu tiêu thụ xăng dầu của quốc gia thì giao thông vận tải chiếm tỷ trọng lớn nhất, là nguồn phát thải lớn nhất các chất khí ô nhiễm kể trên. Để giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí do các phương tiện vận tải gây ra chúng ta phải thực hiện đồng thời nhiều giải pháp, chẳng hạn như: Siết chặt tiêu chuẩn khí phát thải đối với các loại phương tiện lưu thông (từ ngày 01 tháng 7 năm 2007, toàn bộ các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ sẽ phải tuân thủ theo tiêu chuẩn EURO II về khí thải) và đối với tất cả các loại ô tô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 4 từ 01/01/2018; nâng cao phẩm cấp của nhiên liệu truyền thống bằng cách sử dụng công nghệ hiện đại xử lý sâu trong các nhà máy lọc dầu kết hợp với việc sử dụng động cơ thế hệ mới hoặc sử dụng các loại nhiên liệu “sạch”. Trong đó việc sử dụng xe lai (hybrid) kết hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong nổi lên như là một sự lựa chọn tối ưu trong thời kỳ mà xe điện vẫn chưa có điều kiện thuận lợi để phát triển. 1.3.2. Định nghĩa về xe hybrid Hybrid nghĩa là lai, xe hybrid (Hybrid Electric Vehicle - HEVs) là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, là một phương tiện giao thông mà được sử dụng bằng hai nguồn năng lượng trở lên. Ví dụ như sự kết hợp giữa: Hệ thống “Chứa năng lượng nạp lại được” (Rechargeabe Energy Storage Systemhay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạp lại được) và nguồn nhiên liệu hóa thạch. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng 10