Hệ thống động lực và nguồn năng lượng trên xe lai toyota prius đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

TỔNG QUAN

Trình bày lý do chọn đề tài

1.1.1 Xe Hybrid và những ưu điểm nổi bật

Ô nhiễm môi trường đang gia tăng nghiêm trọng, với khí thải độc hại từ động cơ đốt trong là một trong những nguyên nhân chính Để giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm nguồn tài nguyên nhiên liệu hóa thạch, ô tô lai (xe Hybrid) đang trở thành xu hướng tại Việt Nam Xu hướng này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn mở ra kỷ nguyên xe điện cho đất nước.

Xe Hybrid kết hợp động cơ đốt trong và động cơ điện, ra đời từ cuối thế kỷ 18 Với ưu điểm vận hành êm ái, tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường, ô tô Hybrid đang thu hút sự quan tâm của nhiều hãng sản xuất ô tô trên toàn cầu, bao gồm Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản Hiện nay, nhiều mẫu ô tô Hybrid đã có mặt trên thị trường và được khách hàng ưa chuộng, như Toyota Prius, Toyota Camry Hybrid và Toyota Corolla Cross 1.8 HV Sự phổ biến của ô tô Hybrid đang gia tăng tại Việt Nam.

Hiện nay, xe ô tô chạy thuần điện đang phát triển mạnh mẽ, với hầu hết các nhà sản xuất ô tô đều cho ra mắt các mẫu xe điện riêng Xe điện trở thành mục tiêu toàn cầu, tuy nhiên, nguồn năng lượng pin trên xe điện là vấn đề được các nhà sản xuất đặc biệt chú trọng Nhiều công nghệ pin tiên tiến được áp dụng nhằm tối ưu hóa hiệu suất và lưu trữ năng lượng, giúp xe có thể di chuyển quãng đường xa nhất sau mỗi lần sạc.

1.1.2 Việc nghiên cứu về xe Hybrid trong và ngoài nước

Dựa trên những lợi ích nổi bật và xu hướng tương lai của ô tô điện và ô tô có mức phát thải thấp, việc nghiên cứu, phát triển và đào tạo cho các thế hệ ô tô này đang được thúc đẩy mạnh mẽ Nhiều công trình và đề tài nghiên cứu cải tiến đã được thực hiện cả trong và ngoài nước.

Trong nước: Đề tài “Toyota Prius Hybrid 2004-2009” –Tác giả: Tôn Hoàng Dũng, Nguyễn Quốc Khánh.[20]

 Những vấn đề đạt được:

- Khái quát được tổng quan về xe Hybrid

- Tìm hiểu được chức năng, nhận biết các bộ phận trên xe Toyota Prius 2004 –

- Trình bày được nguyên lý hoạt động của xe – chức năng, nhiệm vụ của từng bộ phận trên Toyota Prius 2004 – 2009

- Thực hiện được mục đích đề tài là tạo ra tài liệu phục vụ cho việc tham khảo về Toyota Prius 2004 - 2009

 Những vấn đề chưa đạt được:

- Đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi Prius 2004 – 2009 (thế hệ hai của Prius) được ra mắt khá lâu

Bài viết "Chuyên Đề Về Ô Tô Hybrid" của tác giả Đinh Duy Tuân và Võ Trọng Nhật chưa đi sâu vào tất cả các hệ thống của ô tô Hybrid, bao gồm hệ thống làm mát pin cao áp.

- Giới thiệu tổng quan về xe Hybrid

- Trình bày được các bộ phận và chế độ làm việc của xe

- Trình bày chi tiết các lỗi thường gặp và cách ứng phó khẩn cấp

- Là tài tiệu tham khảo bổ ích cho sinh viên tìm hiểu về xe Hybrid

- Đề tài chỉ tập trung vào thế hệ thứ hai của Prius

- Chưa liệt kê được quy trình tháo lắp trên hệ thống Hybrid phục vụ quá trình thực hành tại xưởng

Ngoài nước: Đề tài “Toyota Hybrid Synergy Drive” – Tác giả: Soheil Seyed Hosseini [22]

- Nghiên cứu về hệ thống “Toyota Hybrid Synergy” được sử dụng trên Prius, Highlander Hybrid, Camry Hybrid, Lexus RX 400h, Lexus GS 450h, Lexus

Hệ thống Toyota Hybrid System II trên Toyota Prius thế hệ thứ hai được nghiên cứu chi tiết, tập trung vào bộ bánh răng hành tinh và các chế độ vận hành của xe Nghiên cứu này giúp hiểu rõ cách thức hoạt động của hệ thống hybrid, từ việc tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu đến việc cải thiện khả năng vận hành trong các điều kiện khác nhau Sự kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện trong Prius không chỉ mang lại hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu khí thải, góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

- Khảo sát chi tiết các bộ phận của hệ thống Hybrid trên Toyota Prius 2004

- Khái quát về lịch sử và tương lai của dòng xe Hybrid Toyota Prius

- Chưa trình bày về động cơ đốt trong và hệ thống truyền lực

- Chưa khái quát về pin cao áp trên Prius

- Chỉ tập trung vào thế hệ thứ hai của Prius đã được ra mắt khá lâu Đề tài “Prius High Voltage Battery Diagnosis and Upgrade” Tác giả: Timothy Janello[23]

 Những vấn đề đạt được: Đưa ra được các vấn đề về pin cao áp trên Toyota Prius như:

- Thời gian có thể thay pin

- Các phương pháp kiểm tra pin cao áp

- Chỉ ra 10 bộ phận trên pin dễ bị hư hại và tình trạng hư hại

- Quyết định để nâng cấp pin trên Prius thế hệ hai

- Đưa ra những vấn đề về bảo trì thường bị lãng quên và cách khắc phục

The study primarily focuses on the high-voltage battery of the second-generation Toyota Prius, lacking a comprehensive examination of all systems involved This limitation is highlighted in the master's thesis titled "Modelling and Simulating a Hybrid Electric Vehicle" in the field of electrical engineering.

 Những vấn đề đạt được: Đề tài hiện tại đã mô hình hóa và mô phỏng về xe Hybrid giúp người đọc hiểu tổng quát về xe Hybrid

The article identifies shortcomings in the research, noting that it lacks a focused examination of a specific type of hybrid vehicle, instead addressing the topic in a general manner The study in question is titled "Design Selection of Multimode Power Split Hybrid Electric Vehicle Powertrains" by Giuseppe Buccoliero.

Đề tài đã nghiên cứu và phân tích các chế độ nhằm cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu của xe, đồng thời lựa chọn các chế độ phù hợp Bài viết cũng đưa ra những cân nhắc thực tế để tăng tốc và mở rộng các thuật toán cho trường hợp đa chế độ và các chế độ liên quan.

Đề tài hiện tại chỉ chú trọng vào hệ thống truyền lực và các chế độ vận hành của xe, mà chưa cung cấp cái nhìn tổng quát về một dòng xe cụ thể nào.

1.1.3 Lý do chọn đề tài

Xe Hybrid, đặc biệt là Toyota Prius, nổi bật với nhiều ưu điểm và đã được nghiên cứu sâu rộng Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp các nội dung quan trọng để cung cấp cái nhìn tổng quát về xe lai Toyota Prius, bao gồm động cơ và hệ thống động cơ, pin và hệ thống lưu trữ nhiên liệu, hệ thống động lực, các bộ phận của hệ thống Hybrid, chế độ vận hành, cảnh báo an toàn với nguồn điện cao áp, bảo dưỡng và quy trình kiểm tra hệ thống Hybrid Bên cạnh đó, bài viết cũng so sánh với thế hệ cũ để làm nổi bật sự phát triển vượt bậc của Toyota Prius thế hệ thứ ba.

Nhóm đã quyết định chọn đề tài “Hệ thống động lực và nguồn năng lượng trên xe lai Toyota Prius” cho đồ án tốt nghiệp, sau khi tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn, Thầy Nguyễn Văn Trạng Đề tài sẽ tập trung vào thế hệ thứ ba của Prius, cụ thể là mẫu Toyota Prius 2010.

Mục đích

Với kiến thức học tập từ trường, tài liệu chuyên ngành, cùng sự hỗ trợ tận tình từ các thầy cô và bạn bè trong Khoa Cơ, tôi đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm quý giá.

Đồ án này cung cấp tài liệu nền tảng hữu ích về hệ thống động lực của xe Hybrid và hệ thống lưu trữ, quản lý năng lượng trên ô tô điện, đặc biệt là cho việc tìm hiểu dòng xe Hybrid Toyota Prius và các dòng xe điện khác Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và khối lượng kiến thức lớn, đồ án có thể vẫn còn một số thiếu sót.

Bài viết này nhằm giới thiệu nguyên lý hoạt động, cấu tạo và các chế độ hoạt động của hệ thống động lực trên xe lai Toyota Prius 2010 Tài liệu này sẽ là nguồn tham khảo hữu ích cho sinh viên trong việc học tập và nghiên cứu về xe lai và xe điện Ngoài ra, bài viết còn cung cấp quy trình tháo lắp các bộ phận của hệ thống Hybrid, bao gồm pin cao áp, Inverter, Converter, bộ truyền động Hybrid và cáp điện sườn xe, nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình tháo lắp Nhóm nghiên cứu đã biên soạn đồ án này với mục đích hỗ trợ các bạn trong việc tìm hiểu và áp dụng kiến thức về hệ thống Hybrid.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Tổng quan về xe lai Toyota Prius (tập trung vào Prius thế hệ thứ ba – Prius 2010)

 Tìm hiểu động cơ 2ZR-FXE

 Tìm hiểu về hệ thống động lực trên ô tô Hybrid Prius

 Tìm hiểu những cảnh báo an toàn với hệ thống điện cao áp

 Tìm hiểu những hệ thống mới, nổi bật trên Prius 2010

 Tìm hiểu quy trình tháo lắp các bộ phận của hệ thống Hybrid trên Toyota Prius 2010

 Tìm hiểu các phương pháp kiểm tra và bảo dưỡng chung trên hệ thống Hybrid

 Cấu tạo, nguyên lý, các chế độ hoạt động của xe lai

 Mô hình giảng dạy thực tế

 Motor điện (cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động)

 Bộ chuyển đổi điện áp (bộ biến tần)

 Bộ bánh răng hành tinh

 Tổng quan về lịch sử phát triển các loại pin trên ô tô

 Công nghệ pin NiMH và hệ thống quản lý năng lượng

 Giới thiệu về các loại pin trên xe điện.

Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu, trong đó có các phương pháp chính như:

 Nghiên cứu lý thuyết về ô tô Hybrid nói chung và Toyota Prius nói riêng

 Biên dịch, nghiên cứu từ một số tài liệu hãng và tài liệu nước ngoài có uy tín

 Tham khảo các, tài liệu mô hình giảng dạy về xe lai, xe điện hiện có tại Xưởng Động cơ - Khoa Cơ khí Động lực

 Tham khảo những đề tài nghiên cứu về Toyota Prius trong và ngoài nước

 Sàng lọc thông tin, học hỏi kiến thức và kinh nghiệm từ các thầy trong khoa và bạn bè.

Ý nghĩa đề tài

Bài viết cung cấp kiến thức cơ bản về ô tô lai Toyota Prius, bao gồm hệ thống quản lý và lưu trữ năng lượng, cũng như quy trình tháo lắp các bộ phận trong hệ thống Hybrid Đề tài này giúp người đọc hiểu rõ hơn về xe lai và pin của xe điện, phục vụ cho nghiên cứu và làm tài liệu tham khảo cho mô hình truyền động lai Prius 2010.

Giới hạn đề tài

Tập trung chủ yếu vào xe Toyota Prius 2010 và hệ thống lưu trữ, quản lý năng lượng

Kết quả dự kiến đạt được

Hoàn thành được mục tiêu đề ra

Cung cấp lượng kiến thức chuẩn xác về xe lai (Toyota Prius 2010) và hệ thống lưu trữ và quản lý năng lượng

GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ XE LAI (HYBRID VEHICLE)

Giới thiệu chung

Với sự phát triển của xã hội, vấn đề môi trường ngày càng được chú trọng Một trong những phương pháp hiệu quả nhất để bảo vệ môi trường là giảm thiểu các tác nhân gây ô nhiễm Trong ngành công nghiệp vận tải, đặc biệt là ngành ô tô, việc kiểm soát khí thải động cơ và giảm phát thải từ xe cộ là ưu tiên hàng đầu.

Mặc dù công nghệ ô tô ngày càng phát triển nhằm tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu, nhưng khí thải từ động cơ đốt trong vẫn gây ảnh hưởng lớn đến môi trường Với nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng khan hiếm, việc phát triển năng lượng thay thế và cải thiện hiệu suất năng lượng trở thành giải pháp hiệu quả để giảm ô nhiễm và duy trì vai trò của ngành công nghiệp động lực Các phương tiện thay thế như xe điện (EV), xe lai (HEV), xe lai có thể sạc từ nguồn điện bên ngoài (PHEV) và xe chạy bằng nhiên liệu Hydro (FCV) đang được nghiên cứu Trong số đó, xe Hybrid được coi là lựa chọn tối ưu nhất nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.

Xe Hybrid, hay còn gọi là xe lai, là loại xe sử dụng động cơ kết hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong (ICE) Năng lượng cho xe được cung cấp từ một hoặc nhiều động cơ điện, trong khi động cơ đốt trong hỗ trợ khi cần thiết Hai nguồn năng lượng này được kết hợp thông qua thiết bị phân chia công suất (PSD) và được điều khiển bởi bộ điều khiển HEV ECU Bộ điều khiển này sẽ xác định thời điểm hoạt động của động cơ đốt trong, động cơ điện, hoặc cả hai, dựa trên các điều kiện di chuyển của xe.

Xe Hybrid kết hợp hai động cơ và hệ thống tái tạo năng lượng khi giảm tốc, giúp khắc phục vấn đề quãng đường của xe điện Công nghệ này cải thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ chạy bằng năng lượng hóa thạch, mang lại hiệu quả cao nhất và tiết kiệm cho người sử dụng, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường.

Để minh họa rõ ràng hơn về ưu và nhược điểm của xe Hybrid, chúng ta có thể so sánh các loại xe sử dụng năng lượng mới thông qua bảng dưới đây.

Bảng 2.1 So sánh các loại xe sử dụng năng lượng mới [1] Đặc điểm

Lợi thế Bất lợi Phạm vi ứng dụng

Giá thành thấp Khoảng cách di chuyển ngắn

Thích hợp cho di chuyển cự ly ngắn, tốc độ thấp

Công nghệ đã hình thành và phát triển tối ưu

Giá thành cao Đáp ứng nhu cầu hằng ngày của người sử dụng

Xe sử dụng nhiên liệu hiệu suất cao

Tiếng ồn nhỏ, không ô nhiễm, khả năng lái xe và tính di động cao

Công nghệ chưa phát triển và tốn kém

Khả năng ứng dụng rộng rãi nhất.

Phân loại xe Hybrid

Xe Hybrid có ba loại lớn:

 Plug-in Hybrid Electric Vehicle (P-HEV)

Dựa vào đặc điểm bố trí, truyền động, nguồn cung cấp năng lượng, và mức độ lai tạo (Hybrid hóa) có thể phân loại xe Hybrid như sau:

2.2.1 Phân loại theo kiểu bố trí [1]

Hệ thống Hybrid được chia làm 3 loại lớn: hệ thống Hybrid nối tiếp (Series HEV), hệ thống Hybrid song song (Parallel HEV), hệ thống Hybrid kết hợp (Combination HEV)

2.2.1.1 Hệ thống Hybrid nối tiếp (Series HEV)

Hình 2.1 Hệ thống Hybrid nối tiếp (Series HEV)

Hệ thống Hybrid nối tiếp bao gồm động cơ đốt trong, máy phát điện, động cơ điện và pin cao áp, không có liên kết cơ khí giữa động cơ và hệ thống truyền động Điều này cho phép động cơ đốt trong hoạt động ở điểm hiệu suất tối đa bằng cách điều chỉnh công suất đầu ra của pin Tuy nhiên, quá trình truyền năng lượng từ động cơ đốt trong qua máy phát điện đến motor điện gây thất thoát năng lượng lớn, đây là một trong những nhược điểm chính của hệ thống này Motor điện là thiết bị dẫn động duy nhất, vì vậy nó cần đủ lớn để đáp ứng hiệu suất của xe, tương tự như motor điện trên xe điện, nhận năng lượng từ pin để hoạt động.

Hệ thống Hybrid nối tiếp mang lại nhiều lợi ích từ động cơ điện, cho phép tăng tốc mượt mà mà không cần hộp số, cung cấp mô men xoắn cao trong dải tốc độ rộng và có tỉ lệ công suất trên trọng lượng cao Ngoài ra, hệ thống này còn tích hợp chức năng phanh tái tạo, biến motor điện thành máy phát điện để thu hồi năng lượng, chuyển đổi động năng thành điện năng, giúp giảm tốc xe và ngăn ngừa tổn thất nhiệt.

Các dòng xe sử dụng hệ thống Hybrid song song bao gồm e-POWER của Nissan, với động cơ đốt trong HR12DE dẫn động máy phát điện và motor điện EM57.

Model MX-30 (sắp ra mắt vào 2022) của Mazda, Chevrolet Volt 2012 sử dụng động cơ đốt trong EcoFLEXLUU I4 và 2 motor điện 111kW và 55kW [3]

Hình 2.2 Động cơ kết hợp trên hệ thống Hybrid nối tiếp trên mẫu e-POWER của Nissan

Hình 2.3 Động cơ kết hợp trên hệ thống Hybrid nối tiếp trên Chevrolet Volt

2.2.1.2 Hệ thống Hybrid song song (Parallel HEV)

Hình 2.4 Hệ thống Hybrid song song (Parallel HEV)

Hệ thống Hybrid song song bao gồm động cơ đốt trong, động cơ điện và pin cao áp, với bộ truyền động kết nối cho phép cả hai nguồn năng lượng hoạt động đồng thời hoặc lần lượt Công suất yêu cầu của motor điện trong hệ thống này thường thấp hơn so với các loại xe điện hoặc hệ thống Hybrid nối tiếp, nhờ vào sự hỗ trợ công suất từ động cơ đốt trong Hệ thống Hybrid song song có tính linh hoạt cao trong chế độ hoạt động, cho phép động cơ đốt trong hoạt động chủ yếu, trong khi motor điện chỉ hoạt động trong những trường hợp cụ thể, hoặc ngược lại Tuy nhiên, hệ thống này không thể hoạt động chỉ bằng động cơ đốt trong hay chỉ bằng motor điện, mà luôn kết hợp cả hai nguồn động lực.

Các xe sử dụng hệ thống Hybrid song song có thể kể đến như: Honda Insight Hybrid 2010-

2014 sử dụng động cơ đốt trong LDA-MF3 I4 (1.3L) kết hợp động cơ điện ULEV/AT-PZEV, Động Cơ Đốt

Honda Civic Hybrid 2003-2005 sử dụng động cơ đốt trong LDA series 4 I4 (1.3L) kết hợp động cơ điện ULEV 10kW (13hp) [3]

Hình 2.5 ICE LDA-MF3 I4 kết hợp động cơ điện ULEV/AT-PZEV trên Honda Insight

2.2.1.3 Hệ thống Hybrid kết hợp (Combination HEV)

Hình 2.6 Hệ thống Hybrid kết hợp (Combination HEV)

Hệ thống Hybrid kết hợp là một hệ thống kết hợp giữa hệ thống Hybrid song song và nối Động Cơ Đốt

Một thiết bị mới trong hệ thống xe hybrid được gọi là bộ chia công suất, kết nối động cơ đốt trong, motor điện và máy phát lại với nhau Hệ thống này cho phép động cơ đốt trong cung cấp điện năng lớn hơn cho pin, giúp lựa chọn motor điện có công suất cao hơn, từ đó hoạt động độc lập hiệu quả hơn Điều này khắc phục nhược điểm của hệ thống hybrid song song và cho phép động cơ kết nối với bộ truyền công suất, nâng cao khả năng vận hành của xe trong những tình huống cần thiết, đồng thời giải quyết hạn chế khi chỉ sử dụng motor điện như trong hệ thống hybrid nối tiếp.

Hệ thống Hybrid kết hợp động cơ đốt trong và động cơ điện, giúp xe di chuyển và sạc pin hiệu quả Động cơ đốt trong tạo công suất cho xe, trong khi động cơ điện đảm bảo vận hành êm ái, tăng tốc nhanh và tiết kiệm nhiên liệu ở tốc độ ổn định Hệ thống phanh tái sinh cho phép thu hồi năng lượng khi giảm tốc Tất cả các chế độ hoạt động được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm HEV-ECU, thông qua việc thu thập tín hiệu từ nhiều cảm biến để quản lý nạp xả điện và thứ tự hoạt động của các nguồn cung cấp công suất.

Bộ phân chia công suất SPD đóng vai trò quan trọng trong hệ thống Hybrid, kết nối động cơ đốt trong với motor điện để cải thiện hiệu suất ở tốc độ vòng tua máy thấp, đặc biệt trong chế độ khởi động và tăng tốc Motor điện cung cấp mô men xoắn cần thiết khi vòng tua máy thấp, giúp khắc phục điểm yếu của động cơ đốt trong Hệ thống Hybrid cho phép sử dụng động cơ nhỏ hơn và hiệu quả hơn, như động cơ hoạt động theo chu trình Atkinson hoặc Atkinson-Miller, từ đó nâng cao hiệu suất tổng thể của xe.

Có 2 hệ thống Hybrid kết hợp được biết đến rộng rãi trên thế giới như:

+ Hệ thống truyền động Hybrid của Toyota (THS – HSD)

+ Hệ thống “Two-Mode Hybrid” hợp tác giữa General Motors, DaimlerChrysler và BMW

The Toyota Highlander XLE AWD (GSU75) features a hybrid system that combines a 2.5L I4 A25A-FXS engine with two permanent magnet synchronous electric motors, while the Toyota Prius Prime utilizes a 1.8L 2ZR-FXE engine operating on the Atkinson cycle, paired with an MG1 electric motor.

2.2.2 Phân loại theo mức độ Hybrid hóa [4]

Xe Hybrid được phân loại dựa trên mức độ kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, phụ thuộc vào cách thức cung cấp công suất của hai loại động cơ này Trong một số phương tiện, động cơ đốt trong đóng vai trò chủ yếu, trong khi động cơ điện chỉ hoạt động khi cần thiết Ngược lại, ở một số xe khác, động cơ điện chiếm ưu thế hơn, và cũng có những trường hợp cả hai động cơ hoạt động song song để tối ưu hiệu suất.

Mức độ lai tạo (Hybrid hóa) của xe được tính bằng tỷ lệ công suất của động cơ điện so với tổng công suất của cả động cơ điện và động cơ đốt trong Một chiếc xe xăng thông thường có mức độ Hybrid hóa là 0%, trong khi xe điện đạt mức 100% Ngoài ra, xe Hybrid cũng được xem là có mức độ Hybrid hóa 100% khi hoạt động ở chế độ xe điện (EV Mode).

 Mức độ Hybrid hóa thấp (Micro Hybrid)

Động cơ điện trong xe Micro Hybrid có chức năng khởi động và dừng hệ thống, tự động tắt khi ở chế độ cầm chừng, nhưng không cung cấp mô men xoắn cho xe Công suất của motor điện thường thấp, dưới 10kW, với công suất trung bình khoảng 2.5kW và hoạt động ở mức điện áp 12V, giúp tiết kiệm năng lượng sử dụng từ 5% đến 10% Một số mẫu xe Micro Hybrid tiêu biểu bao gồm BMW 1 Series, Fortwo và Mercedes.

 Mức độ Hybrid hóa trung bình (Mild Hybrid)

Xe Mild Hybrid được trang bị motor điện, cung cấp khoảng 10% công suất tối đa của động cơ Motor điện này có công suất từ 10 đến 20kW và hoạt động ở mức điện áp từ 100 đến 200V, giúp tiết kiệm từ 20% đến 30% năng lượng tiêu thụ của xe.

Các mẫu xe Mild Hybrid như: Chevrolet Malibu, Chevrolet Silveradois…

 Mức độ Hybrid hóa hoàn toàn (Full Hybrid)

Motor điện đóng góp ít nhất 40% vào công suất và mô men xoắn của động cơ Việc sử dụng motor điện có công suất lớn hơn cùng với pin dung lượng cao giúp giảm thể tích, kích thước và khối lượng của động cơ đốt trong.

16 giảm nhiên liệu tiêu thụ cũng như giảm phát thải khí thải

Xe Full Hybrid cung cấp công suất khoảng 50kW – 75kW và hoạt động ở mức điện áp 200-300V, giúp tiết kiệm 30% tới 50% năng lượng sử dụng của xe

Các mẫu xe Full Hybrid như: Toyota Prius, Toyota Camry Hybrid, Ford Escape Hybrid, Kia Optima Hybrid…

Xe Plug-in Hybrid là hệ thống Hybrid kết hợp động cơ đốt trong với mô tơ điện và pin sạc lớn Khác với xe lai thông thường, xe Plug-in Hybrid có thể được sạc từ nguồn điện bên ngoài, giúp kéo dài thời gian và khoảng cách sử dụng động cơ điện Khi pin hết điện, xe sẽ hoạt động như một xe Hybrid thông thường.

Các loại xe Plug-in Hybrid như : Mitsubishi Outlander P-HEV, Toyota Prius P-HEV….

Điều khiển trên xe Hybrid

Hệ thống điều khiển là yếu tố then chốt trong việc tối ưu hóa hiệu suất của xe Hybrid, giúp động cơ đốt trong và motor điện hoạt động đồng bộ và hiệu quả Nó không chỉ đảm bảo sự hoạt động đúng lúc mà còn tối đa hóa khả năng thu hồi năng lượng khi giảm tốc và dừng lại Thiết kế bộ điều khiển cho xe Hybrid cần đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe để đạt được hiệu suất tối ưu.

+ Giảm thiểu sự tiêu thụ nhiên liệu và tăng tối đa hiệu suất của nhiên liệu

+ Giảm tối đa phát thải khí thải ra môi trường

+ Mang lại cảm giác lái tốt nhất cho người sử dụng

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển trên xe Hybrid (trích dẫn từ tài tiệu “A Comprehensive

Overview of Hybrid Electric Vehicles” tác giả: Rakesh Mishra) được minh họa ở hình dưới đây:

Hình 2.7 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển trên xe Hybrid

Trong đó : ud : Tốc độ mong muốn của xe u : Tốc độ của xe

Tdrv-dmd : Nhu cầu của người lái SOC : Trạng thái sạc

Tice-dmd : Mô men xoắn yêu cầu của động cơ đốt trong

Tgc-dmd : Mô men xoắn yêu cầu của máy phát

Tmc-dmd : Mô men xoắn yêu cầu của motor

Tbh-dmd : Mô men xoắn yêu cầu của phanh Δu : Sự khác biệt của tốc độ mong muốn và tốc độ xe

Driver command interpreter : Bộ phiên dịch yêu cầu người lái

Vehicle system controller : Bộ điều khiển hệ thống xe

Electronic contronller : Bộ điều khiển điện tử

Hệ thống điều khiển xe Hybrid rất phức tạp và yêu cầu sự điều khiển đa cấp, bao gồm bộ phiên dịch yêu cầu người lái, bộ điều khiển hệ thống xe và bộ điều khiển điện tử Bộ điều khiển hệ thống xe quyết định mô men xoắn cho motor, máy phát điện, động cơ đốt trong và phanh dựa trên nhu cầu của người lái, tốc độ xe và trạng thái sạc của pin (SOC), trong đó trạng thái sạc được quản lý bởi hệ thống quản lý pin (BMS) và tốc độ xe được cung cấp bởi cảm biến Bộ điều khiển điện tử nhận tín hiệu từ bộ điều khiển hệ thống xe để điều khiển các bộ phận tương ứng hoạt động.

2.3.1 Bộ phiên dịch yêu cầu người lái

Bộ phận này có chức năng phiên dịch và tính toán mô men xoắn của người lái dựa trên tốc độ mong muốn và tốc độ thực tế của xe Tốc độ xe được điều khiển thông qua bàn đạp ga và vị trí của bàn đạp phanh, tạo ra hệ thống kiểm soát nguồn cấp dữ liệu Hệ thống này điều chỉnh bàn đạp ga và bàn đạp phanh để xe có thể di chuyển theo tốc độ mà người lái mong muốn.

2.3.2 Bộ điều khiển hệ thống xe

Xe Hybrid sử dụng nhiều nguồn năng lượng hơn so với các phương tiện thông thường, và việc phân chia năng lượng giữa các nguồn này được gọi là Quản lý Năng lượng (EM) Bộ điều khiển hệ thống xe thực hiện việc điều khiển truyền động dựa trên chiến lược EM, nhận tín hiệu từ bộ chuyển đổi lệnh của người lái và thông số phản hồi từ bộ điều khiển điện tử.

2.3.3 Bộ điều khiển điện tử

Bộ điều khiển điện tử là hệ thống nhúng thực hiện lệnh từ bộ điều khiển hệ thống xe, giúp điều khiển các bộ phận tương ứng hoạt động Hệ thống này bao gồm các bộ điều khiển như ECU (bộ điều khiển động cơ đốt trong), MCU (bộ điều khiển motor điện), GCU (bộ điều khiển máy phát điện), bộ điều khiển phanh điện tử và hệ thống quản lý pin (BMS) ECU điều chỉnh mô men đầu ra của động cơ đốt trong theo tín hiệu từ bộ điều khiển hệ thống xe, bằng cách điều khiển lượng nhiên liệu bơm vào buồng đốt Điểm hoạt động của động cơ được xác định bởi mô men xoắn và tốc độ tại thời điểm đó.

MCU điều khiển motor đạt mô men xoắn mong muốn bằng công nghệ FOC (Field-Oriented Control) Công nghệ này cho phép điều khiển mô men xoắn cho động cơ đồng bộ 3 pha nam châm vĩnh cửu thông qua việc điều chỉnh dòng điện, giúp thay đổi mô men xoắn một cách chính xác và với băng thông cao FOC được tích hợp trực tiếp trong phần cứng, mang lại hiệu suất tối ưu cho hệ thống.

Motor điện không chỉ cung cấp lực kéo mà còn hoạt động như một máy phát điện trong quá trình phanh giảm tốc hoặc khi xuống dốc, được gọi là phanh tái sinh Điều này cho phép động năng của xe được chuyển đổi thành năng lượng điện, giúp sạc lại pin, thay vì bị lãng phí dưới dạng nhiệt năng do phanh cơ khí.

19 trường hợp cần lực phanh lớn hơn, phanh khẩn cấp thì bộ điều khiển phanh điện tử sẽ làm việc kích hoạt phanh của xe [2]

HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TRÊN XE TOYOTA PRIUS 2010

Tổng quan về xe lai Toyota Prius

3.1.1 Thế hệ đầu tiên (First generation – XW10; 1997)

Toyota Prius (XW10) là mẫu xe lai cỡ nhỏ được sản xuất bởi Toyota từ năm 1997 đến 2003, bao gồm các phiên bản NHW10 và NHW11 Xe được trang bị động cơ Hybrid đặt ở phía trước và có hệ dẫn động cầu trước.

Các thông số của hai phiên bản Prius thế hệ đầu tiên được liệt kê ở bản dưới đây:

Bảng 3.1 Các thông số của hai phiên bản Prius thế hệ đầu tiên

Prius (NHW10) Prius (NHW11) Động cơ

- Công suất: 58 hp tại 4000 vòng/phút

- Mô men xoắn: 102 N.m tại 4000 vòng/phút

- 1.5L 1NZ-FXE I4 VVT-i Atkinson cycle

- Công suất: 30 kW (40 hp) tại

- Mô men xoắn: 350 N.m Điện áp Motor điện hoạt động ở mức

Motor điện hoạt động ở mức 273.6V

Truyền lực 1 bộ bánh răng hành tinh 1 bộ bánh răng hành tinh

Phân chia công suất (Power-split Hybrid)

3.1.2 Thế hệ thứ hai (Second generation – XW20; 2003)

Dòng XW20 đại diện cho thế hệ thứ hai và thay thế cho người tiền nhiệm của nó là XW10

Dòng XW20 được thiết kế 5 cửa thay vì 4 của như ở trên dòng XW10 [7]

Các thông số của dòng XW20 được liệt kê ở bảng dưới đây:

Bảng 3.2 Các thông số cơ bản của dòng XW20 Động cơ

- 1.5L 1NZ-FXE I4 VVT-i Atkinson cycle

Motor - Công suất: 50 kW (67 hp) tại 1200 vòng/phút

- Mô men xoắn: 400 N.m Điện áp Motor điện hoạt động ở mức 500V

Truyền lực 1 bộ bánh răng hành tinh

Truyền động Hybrid - Phân chia công suất

- Toyota Hybrid System II – Hybrid Synergy Drive

Tiêu chuẩn phát thải AT – PZEV

- Điện áp mỗi mô đun là 7.2V

Prius thế hệ thứ hai là mẫu xe đầu tiên trong ngành sử dụng máy nén A/C chạy bằng điện từ pin cao áp, kết hợp với trợ lực lái điện, giúp giảm thiểu các cơ cấu truyền động bằng dây đai khi sử dụng lái trợ lực thủy lực Ngoài ra, xe còn được trang bị pin NiMH nhỏ hơn và nhẹ hơn, nâng cao hiệu suất và khả năng tiết kiệm năng lượng.

3.1.3 Thế hệ thứ ba (Third generation – XW30; 2009)

Thế hệ thứ ba của Prius, được biết đến với mã XW30, bao gồm hai phiên bản là ZVW30 và ZVW35 (Plug-in), mang đến nhiều cải tiến về sức mạnh và hệ thống truyền lực.

Bảng 3.3 Các thông số của Prius thế hệ thứ ba Động cơ

- Motor điện nam châm vĩnh cửu

- Hoạt động ở mức điện áp 650V

- 1 bộ bánh răng phân chia công suất kết hợp 1 bộ bánh răng hành tinh giảm tốc motor

Pin - 1.3 kWh Nickel-Metal Hydride

Điện áp 201.6V trong thế hệ mới của động cơ giúp bơm nước được dẫn động bằng điện, nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu Motor điện và các thành phần của hệ thống Hybrid được thiết kế nhỏ gọn và nhẹ hơn, mang lại hiệu quả tối ưu hơn Theo ước tính của hãng, biến tần, động cơ điện và bộ truyền động trên thế hệ mới nhẹ hơn 20% so với thế hệ trước.

Phiên bản Plug-in mới với pin lithium-ion 4,4 kWh mang đến nhiều lựa chọn cho người dùng và nâng cao hiệu suất của xe, cho phép xe hoạt động hoàn toàn bằng điện trong một quãng đường đáng kể.

18 km và có thể sạc được từ nguồn điện bên ngoài thông qua cổng sạc được trang bị ở hông xe (ở trên chắn bùn sau bên phải) [7]

3.1.4 Thế hệ thứ tư (Fourth generation – XW50; 2015)

Prius, kế thừa thành công từ các thế hệ trước, đã phát triển ở thế hệ thứ tư với khả năng tiết kiệm nhiên liệu vượt trội và trọng lượng nhẹ hơn.

Thế hệ thứ tư của Prius cung cấp hai tùy chọn động cơ, bao gồm động cơ đặt trước với hệ dẫn động cầu trước và động cơ đặt trước với hệ dẫn động bốn bánh (AWD-e).

Các thông số của Prius XW50 được liệt kê ở bảng dưới đây:

Bảng 3.4 Các thông số của Prius XW50 Động cơ 1.8L 2ZR – FXE I4 VVT-i

Truyền động Hybrid Bộ phân chia công suất

- 1.2 kWh Nickel-Metal Hydride (AWD-e)

3.1.5 Các biến thể của Toyota Prius

Ngoài 4 thế hệ chính, còn có các biến thể Prius khác để phù hợp với các yêu cầu của các thị trường cũng như cải thiện tính năng của phiên bản tiêu chuẩn Các mẫu đáng chú ý như: + Prius Plug-in Hybrid: được phát triển dựa trên phiên bản Prius ZVW30 với pin lithium-ion 4,4 kWh

+ Prius Prime: là thế hệ thứ hai của phiên bản Plug-in Hybrid, còn được gọi với tên là PHV (ở Nhật Bản)

+ Prius V: Được phát triển dựa trên Prius thế hệ thứ ba với không gian chở hàng lớn hơn 50% so với bản tiêu chuẩn

+ Prius C: (C viết tắt từ “City”) là một phiên bản kết hợp lấy cảm hứng từ Yaris kết hợp với hệ thống Hybrid thế hệ thứ ba [7]

3.1.6 Giới thiệu về Toyota Prius 2010

Toyota Prius 2010 là một mẫu hatchback 5 cửa, thế hệ thứ ba của Prius Các thông số chi tiết của xe [6] được liệt kê ở bảng dưới đây:

Bảng 3.5 Thông số chi tiết trên Toyota Prius 2010

BỘ PHẬN ĐẶC ĐIỂM Động cơ đốt trong Động cơ xăng 2ZR-FXE 1.8 lít, hợp kim nhôm Công suất 98 hp Động cơ điện Động cơ nam châm vĩnh cửu

Tổng công suất ròng của hệ thống Hybrid 134 hp (100kW)

Sự truyền lực Hộp số vô cấp điều khiển điện tử eCVT

Pin cao áp 201,6V Ni-MH

Trọng lượng không tải 1397 kg

Thể tích bình chứa nhiên liệu 45 lít

Chỉ số tiết kiệm nhiên liệu Trong thành phố: 4,7 lít/100 km Đường cao tốc: 4,8 lít/100 km

Vật liệu khung xe Thép Unibody

Thép tấm Ngoại trừ capo và cửa làm bằng nhôm

Hình 3.7 Hình dạng ngoại thất Prius 2010

+ Vị trí 1 trên hình 3.7 là vị trí của logo của xe và logo của hệ thống Hybrid được sử dụng trên xe:

Hình 3.8 Logo của xe và hệ thống Hybrid

+ Vị trí 2 trên hình 3.7 là vị trí của nắp bình nhiên liệu (nằm ở hông xe phía sau, bên phía người lái)

Số nhận dạng xe (VIN) là chuỗi 17 ký tự bao gồm cả chữ và số, được đặt ở phía trước kính chắn gió và trên khung cửa tài xế Ví dụ về VIN là JTDKN3DUA82020211, dùng để xác định từng chiếc xe, như chiếc Prius.

28 định bởi 8 kí tự đầu tiên như: JTDKN3DU Vị trí số VIN được minh họa trong hình dưới đây:

Hình 3.9 Vị trí số VIN

Hình 3.10 Hình dạng nội thất xe

Cụm đồng hồ bảng hiển thị, bao gồm đồng hồ tốc độ, đèn READY, đèn báo vị trí cần số và đèn cảnh báo, được đặt ở vị trí 3 trên hình 3.10, nằm giữa thanh dashboard và gần kính chắn gió.

Hình 3.11 Hình dạng khoang động cơ

+ Vị trí 4 trên hình 3.11 là động cơ đốt trong (2ZX-FXE, 1.8 lít, hợp kim nhôm)

+ Vị trí 5 trên hình 3.11 là logo hệ thống Hybrid (nằm trên nắp động cơ) [6].

Động cơ đốt trong – động cơ 2ZR-FXE

3.2.1 Giới thiệu về động cơ 2ZR-FXE Động cơ được trang bị trên Prius 2010 là động cơ 2ZR-FXE thay thế cho động cơ 1NZ- FXE trên thế hệ trước Động cơ được thiết kế với dung tích 1.8 lít DOHC 16 valve chu trình Atkinson với các công nghệ cam thông minh VVT-i, hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS, hệ thống điều khiển bướm ga điện tử ETCS-i và hệ thống điều khiển làm mát EGR.v.v [9]

Hình 3.12 Động cơ 2ZR-FXE

30 Động cơ cũng cấp công suất tối đa 98 hp tại 5200 vòng/phút, mô men xoắn cực đại 142 N.m tại 4000 vòng/phút [8]

Trên các mẫu động cơ Prius, máy nén điện sử dụng năng lượng từ pin cao áp thay thế cho hệ thống trợ lực lái thủy lực, giúp động cơ 2ZR-FXE trên Prius 2010 trở thành động cơ không dây đai đầu tiên của Toyota Chu trình Atkinson kết hợp với động cơ điện tối ưu hóa nhiên liệu và chi phí, đồng thời giảm phát thải ra môi trường Hệ thống luân hồi khí xả EGR cũng góp phần giảm phát thải, giúp Prius 2010 đạt tiêu chuẩn phát thải AT-PZEV ở California và tiêu chuẩn EURO 5.

3.2.2 Cấu tạo của động cơ 2ZR-FXE

+ Nắp máy được làm bằng nhôm, chứa một buồng đốt pentroof (Buồng đốt kiểu vát nghiêng)

Nắp máy được thiết kế đơn giản hơn nhờ việc tách rời nắp đậy trục cam khỏi nắp máy chính Hệ thống xupap nạp và xả được bố trí với góc nghiêng 29 độ, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.

Các piston được làm bằng hợp kim nhôm, giúp các piston nhỏ gọn và nhẹ hơn

Đỉnh piston được thiết kế theo hình dạng Taper Squish Shape, hay còn gọi là hiệu ứng Squish, giúp tạo ra sự hỗn loạn trong hỗn hợp nhiên liệu Hình dạng này không chỉ cải thiện quá trình cháy, mà còn nâng cao khả năng truyền nhiệt và giảm thiểu lượng muội than sinh ra.

Thân máy được chế tạo từ nhôm, có đường kính piston là 80.5 mm và hành trình piston là 88.3 mm, giúp giảm trọng lượng động cơ một cách đáng kể.

 Xupap và dẫn động xupap

Cơ cấu này tích hợp bộ dẫn động bằng xích, các cơ cấu cò mổ, bộ điều chỉnh khe hở xupap thủy lực, cùng với hệ thống cam thông minh VVT-i, tạo nên hiệu suất hoạt động tối ưu cho động cơ.

Hình 3.16 Xupap và dẫn động xupap

Thông số của xupap được thể hiện ở bảng dưới đây:

Bảng 3.6 Thông số của xupap

Góc mở 29° đến 12° BTDC 31° BBDC

Góc đóng 61° đến 102° ABDC 3° ATDC

Khe hở của xupap được duy trì ổn định nhờ vào áp lực dầu và lực từ lò xo, thông qua hệ thống điều chỉnh độ hở bằng thủy lực.

Hình 3.17 Thiết bị điều chỉnh độ hở xupap

3.2.3 Các công nghệ và hệ thống khác của động cơ 2ZR-FXE

Hình 3.18 Hệ thống làm mát động cơ

Bơm nước trong hệ thống làm mát của động cơ 2ZR-FXE được trang bị bơm điện, giúp giảm thiểu tổn thất cơ học và cho phép kiểm soát tốc độ dòng nước làm mát mà không phụ thuộc vào tốc độ vòng tua máy.

Bơm nước điện giúp giảm thiểu cơ cấu dây đai dẫn động của động cơ, từ đó giảm nguy cơ hư hỏng và nhu cầu bảo trì, bảo dưỡng liên quan đến dây đai này.

Bơm nước được điều khiển trực tiếp bằng ECM giúp điều chỉnh lượng nước làm mát tuần hoàn một cách linh hoạt, phù hợp với các điều kiện hoạt động của động cơ Nhờ đó, động cơ sẽ được làm nóng nhanh hơn và giảm thiểu tổn thất nhiệt, nâng cao hiệu suất hoạt động.

 Hệ thống nạp và xả

Động cơ 2ZR-FXE sử dụng đường ống nạp bằng nhựa nhằm giảm trọng lượng tối đa cho động cơ Ngoài ra, buồng EGR được tích hợp vào đường ống nạp, giúp phân phối khí EGR đều vào tất cả các xy lanh.

Hệ thống tuần hoàn nhiệt khí xả:

Hệ thống tuần hoàn nhiệt khí thải tận dụng nhiệt năng từ khí thải để làm nóng nước làm mát động cơ, giúp khởi động nhanh chóng và đạt được mức nhiệt hoạt động lý tưởng.

Hệ thống này tối ưu hóa khả năng tiết kiệm nhiên liệu trong quá trình khởi động động cơ bằng cách làm nóng nhanh, giúp động cơ nhanh chóng đạt được nhiệt độ lý tưởng.

Hình 3.20 Hệ thống tuần hoàn nhiệt khí xả

Hệ thống tuần hoàn nhiệt khí xả điều chỉnh lưu lượng khí thải trong ống xả thông qua việc đóng và mở các van tích hợp Các van này được điều khiển bởi cơ cấu điều khiển khí xả, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và phát hiện sự cố trong hệ thống động cơ Khi nhiệt độ nước làm mát vượt quá mức cho phép, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến đồng hồ tap lô, đồng thời kích hoạt đèn cảnh báo nhiệt độ nước làm mát.

 Hệ thống điều khiển động cơ

Hình 3.21 Hệ thống điều khiển động cơ

Động cơ điện và các bộ phận của hệ thống Hybrid

3.3.1 Bố trí các bộ phận của hệ thống Hybrid trên xe

Hình 3.25 Bố trí hệ thống Hybrid trên xe

1 Ắc quy phụ 12V – Nằm ở phía bên phải khoang hàng hóa

2 Pin cao áp – Nằm ở khoang hàng hóa, sau hàng ghế sau

3 Dây cáp điện – Nằm ở gầm xe và khoang động cơ

4 Inverter-Converter – Nằm ở khoang động cơ

5 Động cơ đốt trong – Nằm ở khoang động cơ

6 Motor điện – Nằm ở khoang động cơ

7 Máy phát điện – Nằm ở khoang động cơ

8 Máy nén A/C – Nằm ở khoang động cơ [6]

3.3.2 Bộ truyền lực của hệ thống Hybrid

Bộ truyền lực của hệ thống Hybrid là sự kết hợp hoàn hảo giữa các thiết bị tạo ra, phân chia và tái sinh công suất So với thế hệ trước, Prius mới đã được cải tiến đáng kể để giảm trọng lượng và tối ưu hóa công suất, đồng thời tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả hơn Bộ phận phân chia công suất (PSD) được trang bị thêm bộ giảm tốc, giúp tăng mô men xoắn đầu ra và thay thế truyền động bằng xích bằng truyền động bánh răng giữa PSD và trục vào của vi sai cầu xe Các bộ phận chính trong bộ truyền lực của hệ thống Hybrid bao gồm nhiều thành phần quan trọng.

+ Resolver (cảm biến tốc độ)

+ Cảm biến nhiệt độ MG1 MG2

+ Bộ phân chia công suất (PSD)

Hình 3.26 Bộ truyền lực hệ thống Hybrid

Motor Generator 1 (MG1) trên Toyota Prius 2010 là động cơ điện nam châm vĩnh cửu, hoạt động với điện áp tối đa 650V AC và được làm mát bằng chất lỏng MG1 đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng cơ học từ động cơ đốt trong thành năng lượng điện để sạc pin cao áp, đồng thời cung cấp năng lượng cho MG2, giúp tạo lực đẩy cho xe di chuyển.

Hình 3.28 Rotor và stator của MG1

MG1 được cấu tạo từ 4 nam châm nhỏ có kích thước 0,691 mm x 21,06 mm x 6,35 mm, xếp chồng lên nhau để tạo thành một nam châm dài 27,64 mm (1,08”) Mỗi nam châm có trọng lượng riêng, góp phần vào hiệu suất tổng thể của sản phẩm.

Nam châm trong MG1 của Toyota Prius 2010 có tổng khối lượng là 448 gam, bao gồm 28 gam từ bốn nam châm 7 gam Khối lượng của rotor và stator của MG1 lần lượt là 3,93 kg và 8,58 kg, tổng cộng là 12,5 kg Những con số này tương tự với khối lượng của MG1 trên các mẫu xe Toyota khác.

Prius 2004 Những khối lượng này không bao gồm vỏ, bộ trao đổi nhiệt, vòng bi, bánh răng

So sánh MG1 trên Prius 2004 và Prius 2010 cho thấy rằng MG1 trên Prius 2010 được thiết kế nhỏ gọn và nhẹ hơn, nhờ vào việc quấn các cuộn dây tập trung.

Ngoài ra MG1 còn hoạt động như một bộ khởi động để khởi động động cơ [10]

Hình 3.29 So sánh MG1 của Prius 2004 và Prius 2010

Motor Generator 2 (MG2) trên Toyota Prius 2010 là động cơ điện nam châm vĩnh cửu, hoạt động với điện áp tối đa 650V AC và được làm mát bằng chất lỏng.

MG2 tạo động lực cho xe bằng cách sử dụng năng lượng từ pin cao áp và MG1, đồng thời hoạt động hiệu quả khi không đạp bàn đạp ga hoặc trong trường hợp phanh.

MG2 hoạt động như một máy phát, chuyển đổi năng lượng phanh từ động năng của xe thành năng lượng điện, giúp sạc lại pin cao áp.

Khối lượng toàn bộ của MG2 là 22,69 kg, bao gồm stator nặng 16,0 kg và rotor nặng 6,7 kg, không tính vỏ, bộ trao đổi nhiệt, vòng bi và bánh răng Sau khi tháo cuộn dây đồng, cụm stator còn lại nặng khoảng 11 kg Trên Prius 2010, khối lượng dây đồng trong MG2 là 4,93 kg.

Vào năm 2010, khối lượng của MG2 trên Prius đã giảm đáng kể từ 6.8 kg ở Prius 2004, giúp cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất nhờ giảm lượng dây đồng Nam châm của MG2 trên Prius 2010 chỉ nặng 48 gram với kích thước 49,3 mm × 17,88 mm × 7,16 mm, so với 77 gram và kích thước 83,1 mm × 18,9 mm × 6,5 mm của Prius 2004 Prius 2010 chỉ sử dụng một nam châm dọc theo trục rotor, tạo ra tổng khối lượng nam châm là 0,768 kg, trong khi tổng khối lượng nam châm của Prius 2004 là 1,232 kg, cho thấy sự giảm đáng kể về khối lượng nam châm trên Prius 2010.

Cả MG1 và MG2 đều có 3 cuộn dây chính dài từ 27 tới 36 inch, được chia thành 3 pha, mỗi pha bao gồm 12-20 dây AWG với 8 cuộn mắc nối tiếp, mỗi cuộn có 11 vòng dây Tổng trọng lượng đồng cho mỗi pha khoảng 1.644 kg, và tổng cộng 3 pha là 4,93 kg So với các thế hệ trước, dây đồng trong Prius 2010 sử dụng loại bó dây gồm 50 dây đồng nhỏ không phân nhóm, mỗi dây có đường kính 0.45 mm, cho thấy sự cải tiến rõ rệt.

Hình 3.31 So sánh bó dây trên Prius 2004 và 2010

So với MG2 trên thế hệ Prius trước, MG2 trên Prius 2010 đã có sự cải tiến đáng kể về công suất, với số vòng quay tăng lên giúp nâng cao hiệu suất năng lượng Đồng thời, tổng khối lượng của MG2 đã giảm khoảng 33%, làm giảm trọng lượng tổng thể của xe, trong khi công suất được cải thiện từ 50kW lên 60kW Các so sánh chi tiết được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 3.7 So sánh thông số motor MG2 trên Prius 2004 và Prius 2010

Phiên bản Đặc điểm Prius 2010 Prius 2004

Công suất đầu ra tối đa 60kW (80 hp) 50kW (67 hp) Điện áp hoạt động tối đa AC 650V AC 500V

Loại Motor Motor nam châm vĩnh cửu Motor nam châm vĩnh cửu

Hệ thống làm mát Làm mát bằng không khí Làm mát bằng chất lỏng

Mô men xoắn tối đa 546 Nm 400 Nm

Ngoài ra việc sử dụng rotor mới cũng giúp cải thiện tối đa hiệu suất và giảm khối lượng bản thân của MG2, cụ thể:

+ Thân rotor được khoét những lỗ lớn giúp giảm khối lượng của rotor giúp cải thiện sự ảnh hưởng đến mô men xoắn

Thiết kế này giảm thiểu tổn thất do dòng điện xoáy ở trục bằng cách tạo ra các khoảng trống lớn hơn, giúp giảm từ thông xả ra quá mức trong khu vực này.

Rotor thể hệ mới trên Prius 2010 được mô phỏng trên hình dưới đây:

Hình 3.32 Rotor thế hệ mới trên Prius 2010

Resolver là cảm biến quan trọng giúp phát hiện cực từ trong rotor của MG1 và MG2, từ đó cho phép điều khiển chính xác hai động cơ này Trong hệ thống Hybrid của Prius 2010, có hai Resolver được tích hợp, một cho MG1 và một cho MG2, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho cả hai động cơ.

43 một cuộn dây kích từ và hai cuộn dây phát hiện là S, C Rotor của Resolver có hình bầu dục, khi quay khe hở giữa rotor và stator thay đổi

Dòng điện xoay chiều với tần số xác định được cấp vào cuộn dây kích từ và cuộn dây phát hiện S, C, từ đó tạo ra dòng điện xoay chiều tương ứng với vị trí rotor Bộ Inverter – Converter (MG ECU) xác định vị trí tuyệt đối của rotor dựa trên các pha và biên độ sóng của cuộn dây S, C MG ECU không chỉ phân tích mà còn kiểm tra tín hiệu đầu ra của Resolver để phát hiện các trục trặc Hơn nữa, HV CPU tính toán sự thay đổi tín hiệu trong khoảng thời gian cố định, sử dụng Resolver như một cảm biến tốc độ cho MG1 và MG2.

 Cảm biến nhiệt độ MG1 MG2

Bộ phận chia công suất, hộp số eCVT và các chế độ hoạt động trên Prius 2010 56 1 Bộ phân chia công suất PSD

3.4.1 Bộ phân chia công suất PSD

 Tổng quan về bộ phân chia công suất PSD

Việc kết hợp động cơ đốt trong, động cơ điện và năng lượng điện tái sinh từ động năng của xe trong hệ thống Hybrid là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự tối ưu hóa để nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

57 sự điều khiển nhiều nguồn công suất đầu vào nhằm tối ưu lượng hiệu suất của nhiên liệu cũng như giảm thiếu tối đa khí thải

Bộ phân chia công suất PSD trong hệ thống Hybrid của Toyota hoạt động giống như một bộ bánh răng hành tinh, bao gồm bánh răng bao, bánh răng mặt trời và cần dẫn - bánh răng hành tinh Kết hợp với motor và bộ truyền động, nó tạo ra một hệ thống truyền động từ công suất đầu vào đến bánh xe chủ động So với thế hệ thứ hai, Prius thế hệ thứ ba được thiết kế tối ưu và nhỏ gọn hơn, với khối lượng nhẹ hơn 20% so với thế hệ trước.

Hình 3.56 So sánh bộ phân chia công suất trên Prius 2004 và Prius 2010

Bộ phân chia công suất (PSD) trên Toyota Prius đã trải qua sự cải tiến qua các thế hệ Ở thế hệ thứ nhất và thứ hai, PSD được trang bị một bộ bánh răng hành tinh Tuy nhiên, ở thế hệ thứ ba, bộ phân chia công suất được nâng cấp với việc bổ sung bộ bánh răng hành tinh giảm tốc, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ điện mới.

Bộ bánh răng hành tinh trên Prius 2010:

Hình 3.57 Bộ bánh răng hành tinh

Tổng quát sự liên kết giữa các nguồn lực với bộ phân chia công suất (trích dẫn từ tài liệu

EVALUTION OF THE 2010 TOYOTA PRIUS HYBRID SYNERGY DRIVE SYSTEM – Tác giả: Mitch Olszewski – Tháng 3 năm 2011) được minh họa trong hình dưới đây:

Hình 3.58 Minh họa sự liên kết các nguồn công suất đầu vào và đầu ra trên Prius 2010

+ Bánh răng mặt trời được liên kết với MG1 (Motor Generator 1)

+ Cần dẫn – bánh răng hành tinh được liên kết với động cơ đốt trong (ICE)

Bánh răng bao của bộ bánh răng hành tinh thứ nhất kết nối với bánh răng bao của bộ bánh răng hành tinh giảm tốc MG2, tạo liên kết tới hộp số eCVT và cuối cùng dẫn đến bánh xe chủ động.

+ Bánh răng mặt trời (bộ bánh răng hành tinh giảm tốc MG2) liên kết với MG2

+ Cần dẫn được cố định vào vỏ của bộ truyền lực

Số răng của các bánh răng bộ phân chia công suất và bộ bánh răng hành tinh giảm tốc MG2

59 được liệt kê theo bảng dưới đây:

Bảng 3.9 Số răng của bộ phân chia công suất và bộ bánh răng hành tinh giảm tốc

Bộ phân chia công suất PSD

Bộ bánh răng hành tinh giảm tốc cho MG2

Bánh răng mặt trời (răng) 30 22

Bánh răng hành tinh (răng) 23 18

 Cấu tạo và thông số

ECVT trên Prius 2010 bao gồm motor, máy phát điện và hộp số

Hình 3.59 Các bộ phận của tổ hợp Hybrid trên Prius 2010

Thành phần chính của eCVT bao gồm hai bộ bánh răng hành tinh thuộc hệ thống chia công suất và bộ giảm tốc MG2 Bên cạnh đó, hệ thống còn có cơ cấu phanh đỗ xe, được kích hoạt thông qua một bộ bánh răng dẫn động bởi motor từ trở SRM 12-8 với vỏ màu đen Các bộ phận này được minh họa trong hình dưới đây.

Hình 3.60 Các phần của tổ hợp Hybrid và cơ cấu motor phanh đỗ xe

Sơ đồ điều khiển hộp số eCVT (được trích dẫn từ tài liệu “2010 Toyota Prius Repair Manual”) được minh họa trong hình dưới đây:

Hình 3.61 Sơ đồ điều khiển hộp số eCVT

Hộp số trên Toyota Prius 2010, thuộc thế hệ ba, tiếp tục sử dụng hộp số vô cấp điều khiển điện tử giống như các thế hệ trước Tuy nhiên, điểm khác biệt lớn là sự truyền lực giữa bộ phân chia công suất và vi sai không còn sử dụng xích như trên Prius 2004 (thế hệ hai).

2010 (thế hệ ba) đã được thay bằng bộ truyền bánh răng nghiêng Cụ thể so sánh đặc điểm và sự truyền lực của Prius 2010 và Prius 2004 như sau:

- Cấu tạo, cách bố trí và số răng của các bánh răng được thể hiện trong hình dưới đây:

Hình 3.62 Cấu cách bố trí bộ truyền động trên Prius 2004

- Bộ truyền động Prius 2004 gồm 4 trục riêng biệt

- Công suất từ bánh răng bao truyền qua bộ truyền xích đến bộ truyền bánh răng trung gian và đến bánh răng của vi sai

Tỉ số giữa số răng đĩa xích là 35/36, trong khi tỉ số giữa số răng của bộ bánh răng trung gian là 44/30 Ngoài ra, tỉ số giữa số răng của bộ bánh răng trung gian và vi sai là 75/26.

- Tổng tỉ số truyền từ bộ phân chia công suất đến vi sai là 35/36 × 44/30 × 75/26 = 4,113

- Cấu tạo, cách bố trí và số răng của các bánh răng được thể hiện trong hình dưới đây:

Hình 3.63 Cấu cách bố trí bộ truyền động trên Prius 2010

- Bộ truyền động Prius 2010 gồm 3 trục riêng biệt

Công suất được truyền từ bánh răng bao, bao gồm bộ bánh răng hành tinh và bánh răng bao của bộ giảm tốc MG2, đến bộ bánh răng trung gian và sau đó tới bánh răng của vi sai.

Tỉ số giữa số răng của bánh răng bao và bánh răng trung gian là 55/54, trong khi tỉ số giữa số răng của bánh răng trung gian và bánh răng của vi sai là 77/24.

- Tổng tỉ số truyền từ bộ phân chia công suất đến vi sai là 55/54 × 77/24 = 3.27 [10]

 Cần chọn số điện tử:

The electronic selector is a crucial component in the "select shift-by-wire system," designed to transmit numerical signals through an electronic control system This system facilitates the seamless transition between various driving modes, including Reverse (R), Neutral (N), Drive (D), and Brake (B).

Hình 3.64 Cần chọn số điện tử

Các chế độ này chỉ hoạt động khi xe đang bật và hoạt động, ngoại trừ chế độ N có thể được kích hoạt khi công tắc máy (IG) được bật.

Biểu tượng hình sao trên hình minh họa chỉ ra vị trí mặc định của cần chọn số Khi người lái gạt cần chọn số để lựa chọn chế độ lái (R, N, D, B), chế độ được xác nhận trên cụm đồng hồ và cần chọn số sẽ trở về vị trí mặc định Để chọn chế độ N, người lái cần giữ cần chọn số ở chế độ N trong khoảng 0.5 giây.

Hình 3.65 Màn hình hiển thị cần số

Toyota Prius khác biệt với các xe thông thường nhờ vào việc trang bị công tắc riêng biệt cho chế độ P, thay vì tích hợp trên cần chọn số như các mẫu xe khác.

Khi xe dừng lại, việc phanh đỗ được thực hiện bằng cách nhấn vào công tắc P, không phụ thuộc vào vị trí của cần số Ngoài ra, công tắc P cũng sẽ tự động kích hoạt khi bạn nhấn nút nguồn để tắt xe.

Cần chọn số điện tử là thiết bị điện tử hoạt động nhờ nguồn ắc quy phụ 12V; nếu ắc quy này hết điện hoặc bị ngắt kết nối, xe sẽ không thể di chuyển ra khỏi bãi đỗ.

An toàn điện và các hệ thống khác trên xe

3.5.1 An toàn điện áp cao thế

Bộ pin cao áp cung cấp năng lượng cho hệ thống điện cao áp bằng dòng DC, kết nối qua cáp điện cao áp màu cam gồm cáp cực dương và cực âm Tại bộ Inverter-Converter, điện áp của pin được tăng từ 201.6V DC lên 650V DC và chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều 3 pha để cấp cho motor điện Dây cáp điện cố định từ bộ Inverter-Converter tới các bộ phận như motor điện, máy phát điện và máy nén A/C Hệ thống này đảm bảo an toàn cho người ngồi trong xe và kỹ thuật viên sửa chữa khỏi điện áp cao.

 Hệ thống an toàn điện áp cao thế

1: Pin Cao Áp 2: Inverter-Converter 3: Máy Phát

4: Động Cơ Đốt Trong 5: Bộ Phân Chia Công Suất 6: Motor Điện

Hình 3.75 Hệ thống điện cao thế

Cầu chì điện cao áp tại vị trí 1 trong hình 3.75 đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ ngắn mạch cho bộ pin cao áp Cáp điện cao thế (âm và dương) tại vị trí 2 được kết nối từ bộ pin cao áp đến bộ Inverter-Converter, và tiếp tục đến motor và máy phát, với sự điều khiển của các relay thường mở 12V.

Relay thường mở 12V tại vị trí 3 trên hình 3.75 có chức năng điều khiển việc cấp điện từ pin cao áp Relay này hoạt động nhờ nguồn từ ắc quy phụ 12V Khi xe tắt máy, relay sẽ ngắt dòng điện từ pin cao áp, giúp đảm bảo an toàn và tiết kiệm năng lượng cho pin.

Bộ điều khiển điện tử tại vị trí 4 trên hình 3.75 có chức năng giám sát lỗi nối đất và liên tục kiểm soát rò rỉ điện áp cao đến khung xe trong quá trình vận hành Khi phát hiện sự cố, bộ điều khiển sẽ cảnh báo bằng cách bật đèn cảnh báo chính trong cụm đồng hồ và hiển thị thông báo “Check Hybrid System” trên màn hình đa thông tin.

Cảnh báo: Hệ thống điện cao áp có thể vẫn hoạt động trong 10 phút sau khi bị tắt hoặc vô hiệu hóa, do đó, để tránh bị thương nghiêm trọng hoặc tử vong, hãy không chạm vào hoặc cắt đứt bất kỳ cáp điện cao áp màu cam nào Các cáp điện cao áp được cách điện với thân xe, vì vậy dòng điện cao áp chỉ chạy qua các dây này, không qua thân xe Do đó, thân xe bằng kim loại vẫn an toàn khi chạm vào vì đã được cách điện với các thành phần điện cao áp.

 Mức điện áp trong hệ thống Hybrid

Để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành và sửa chữa hệ thống Hybrid, việc nắm rõ mức điện áp tại các bộ phận là rất quan trọng.

+ Vị trí 1 trên hình 3.76 là điện áp ắc quy phụ: 12V DC

+ Vị trí 2 trên hình 3.76 là điện áp pin cao áp: 201.6V DC

+ Vị trí 3 trên hình 3.76 là điện áp đầu ra từ Inverter-Converter sạc cho pin cao áp: 201.6V

+ Vị trí 4 trên hình 3.76 là điện áp MG1, MG2: 650V AC

+ Vị trí 5 trên hình 3.76 là điện áp cấp cho máy nén A/C: 201.6V DC

3.5.2 Hệ thống khóa thông minh Smart Key

Hệ thống chìa khóa thông minh trên Prius 2010 tích hợp bộ thu phát sóng giao tiếp hai chiều, cho phép người dùng khóa và mở cửa xe mà không cần nhấn nút Khi chìa khóa thông minh được nhận diện, người dùng có thể khởi động xe mà không cần đặt chìa vào công tắc khởi động.

Hình 3.77 Smart Key trên Prius 2010

Các tính năng thông minh:

+ Chức năng điều khiển từ xa để khóa, mở cửa và khởi động xe

+ Các nút điều khiển không dây để khóa và mở cả 5 cửa trên xe

+ Chìa khóa kim loại được ẩn trong Smart Key để khóa và mở cửa

Hình 3.78 Khóa kim loại trên Prius 2010

 Chức năng khóa, mở cửa

Có một vài phương pháp để khóa, mở cửa có sẵn như:

Nhấn nút khóa trên Smart Key để khóa tất cả 5 cửa, bao gồm cả cửa cốp xe Để mở khóa, nhấn nút mở khóa một lần để mở cửa tài xế hoặc nhấn hai lần để mở tất cả các cửa Ngoài ra, bạn có thể chạm vào cảm biến ở mặt sau tay nắm bên ngoài cửa tài xế khi Smart Key ở gần xe để mở khóa cửa tài xế.

Với 73 cửa hành khách phía trước, việc mở khóa tất cả các cửa trở nên dễ dàng hơn khi có Smart Key ở gần Chỉ cần chạm vào cảm biến khóa cửa trên cửa trước hoặc nhấn nút khóa cửa sau (cửa cốp xe) để khóa tất cả các cửa một cách nhanh chóng.

Hình 3.79 Cảm biến khóa, mở cửa và nút nhấn mở khóa cửa sau

Để mở khóa cửa tài xế, hãy cắm chìa khóa kim loại vào ổ khóa và xoay theo chiều kim đồng hồ một lần Để mở khóa tất cả các cửa, xoay chìa khóa hai lần Để khóa tất cả các cửa, vặn chìa khóa theo chiều ngược chiều kim đồng hồ một lần Lưu ý rằng chỉ có cửa tài xế mới có ổ khóa bên ngoài sử dụng chìa khóa kim loại khi Smart Key không hoạt động.

Hình 3.80 Ổ khóa của chìa khóa kim loại

 Chức năng khởi động/ tắt xe

Smart Key đã trở thành sự thay thế cho chìa khóa kim loại truyền thống, đồng thời nút nguồn với đèn cảnh báo tích hợp cũng đã thay thế cho công tắc máy Chỉ cần có Smart Key gần xe, người dùng có thể dễ dàng khởi động xe mà không cần sử dụng chìa khóa.

Khi nhả bàn đạp phanh, nhấn nút Power lần đầu tiên để bật các thiết bị phụ trợ trên xe Nhấn nút lần thứ hai để kích hoạt chế độ đánh lửa, và lần nhấn thứ ba sẽ tắt chế độ đánh lửa.

Hình 3.82 Sơ đồ hoạt động của nút nhấn Power

Khởi động xe là ưu tiên hàng đầu và được thực hiện bằng cách nhấn đồng thời bàn đạp phanh và nút Power Để xác nhận quá trình khởi động thành công, hãy kiểm tra đèn báo nút Power đã tắt và đèn READY sáng lên trong cụm đồng hồ.

Nếu pin của Smart Key đã hết, bạn có thể khởi động xe bằng cách đặt mặt biểu tượng Toyota của Smart Key vào nút Power Sau khi còi kêu trong vòng 5 giây, hãy nhấn nút Power và đạp bàn đạp phanh, đèn READY sẽ sáng lên.

Hình 3.83 Minh họa các bước khởi động xe khi Smart Key hết pin

+ Sau khi xe đã được khởi động và đang hoạt động, nếu muốn tắt xe hãy dừng hoàn toàn xe sau đó nhấn nút Power một lần

Trong trường hợp khẩn cấp, để tắt máy trước khi xe dừng hẳn, bạn hãy nhấn giữ nút Power trong 3 giây Quy trình này rất hữu ích khi xảy ra tai nạn, đặc biệt khi đèn READY vẫn sáng và không thể chọn chế độ phanh đỗ xe, trong khi bánh xe vẫn đang chuyển động.

3.5.3 Hệ thống điều hòa không khí điều khiển từ xa

Quy trình kiểm tra các bộ phận của hệ thống Hybrid trên xe [5]

Hình 3.89 Tổng quan về kiểm tra các bộ phận hệ thống Hybrid

Hệ thống Điều khiển Hybrid

Kiểm tra Nhiệt điện trở

Kiểm tra Quạt làm mát Pin

Kiểm tra Cảm biến dòng điện

Pin Kiểm tra Relay tích hợp

Kiểm tra ắc quy phụ 12V

Kiểm tra cảm biến tốc độ motor (MG1)

Kiểm tra cảm biến tốc độ máy phát (MG2)

Kiểm tra bộ Inverter- Converter

Kiểm tra cảm biến nhiệt độ máy phát

Kiểm tra cảm biến nhiệt độ motor

Hệ thống Pin cao áp

Kiểm tra MG1 Kiểm tra MG2 MG1, MG2

3.6.1 Quy trình kiểm tra hệ thống điều khiển Hybrid

Hình 3.90 Các bộ phận kiểm tra của hệ thống điều khiển Hybrid

3.6.1.1 Kiểm tra cảm biến tốc độ motor (MG1)

Bước 1: Ngắt kết nối giắc D29 ra khỏi bộ Inverter-Converter

Bước 2: Đo các giá trị điện trở sau đây

Bảng 3.10 Kiểm tra với hở mạch của 6 chân 1-6 giắc D29

Chân kết nối Điều kiện Thông số

D29-1(MRF) với D29-2(MRFG) Công tắc IG OFF 9.5 đến 15.5 Ω D29-3(MSN) với D29-4 (MSNG) Công tắc IG OFF 15 đến 27 Ω

D29-6(MCS) với D29-5 (MCSG) Công tắc IG OFF 14 đến 26 Ω

Hệ thống điều khiển Hybrid

Kiểm tra cảm biến tốc độ motor

Kiểm tra cảm biến tốc độ máy phát (MG2)

Kiểm tra bộ Inverter- Converter

Kiểm tra cảm biến nhiệt độ máy phát

Kiểm tra cảm biến nhiệt độ motor

Bảng 3.11 Kiểm tra với ngắn mạch của 6 chân 1-6 giắc D29

Bước 3: Kiểm tra điện áp các chân khi bật công tắc máy (IG ON)

Bảng 3.12 Điện áp các chân 1-6 khi bật công tắc máy (IG ON)

D29-1(MRF) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-2 (MRFG) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-6 (MCS) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-5 (MCSG) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-3 (MSN) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-4 (MSNG) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

3.6.1.2 Kiểm tra tốc độ máy phát (MG2)

Bước 1: Ngắt kết nối giắc D29 ra khỏi bộ Inverter-Converter

Bước 2: Đo các giá trị điện trở sau đây

D29-1 (MRF) và D29-2 (MRFG) yêu cầu sườn xe có công tắc IG OFF từ 10 kΩ trở lên Tương tự, D29-6 (MCS) và D29-5 (MCSG) cũng cần sườn xe với công tắc IG OFF tối thiểu 10 kΩ Cuối cùng, D29-3 (MSN) và D29-4 (MSNG) yêu cầu sườn xe có công tắc IG OFF không dưới 10 kΩ.

Bảng 3.13 Kiểm tra với hở mạch của 6 chân 7-12 giắc D29

D29-11(GRF)với D29-12 (GRFG) Công tắc IG OFF 9.5 đến 15.5 Ω

D29-7 (GSN) với D29-8 (GSNG) Công tắc IG OFF 15 đến 27 Ω

D29-10 (GCS) với D29-9 (GCSG) Công tắc IG OFF 14 đến 26 Ω

Bảng 3.14 Kiểm tra với ngắn mạch của 6 chân 7-12 giắc D29

Bước 3: Kiểm tra điện áp các chân khi bật công tắc máy (IG ON)

Bảng 3.15 Điện áp các chân 7-12 giắc D29 khi bật công tắc máy (IG ON)

D29-11 (GRF) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-12 (GRFG) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-10 (GCS) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-9 (GCSG) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-7 (GSN)với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

D29-8 (GSNG) với sườn xe Công tắc IG ON Thấp hơn 1V

3.6.1.3 Kiểm tra bộ Inverter-Converter

Bước 1: Kiểm tra Service Plug đã được tháo

Lưu ý: Sau khi tháo Service Plug, không được bật công tắc máy (READY) nếu không có

D29-11 (GRF) và D29-12 (GRFG) yêu cầu sườn xe với công tắc IG OFF có giá trị trở kháng từ 10 kΩ trở lên Tương tự, D29-10 (GCS) và D29-9 (GCSG) cũng cần sườn xe với công tắc IG OFF đạt mức trở kháng tối thiểu 10 kΩ Ngoài ra, D29-7 (GSN) và D29-8 (GSNG) cũng yêu cầu sườn xe với công tắc IG OFF có trở kháng 10 kΩ hoặc cao hơn.

84 hướng dẫn trong tài liệu sữa chữa Điều đó có thể gây ra lỗi

Bước 2: Ngắt kết nối giắc kết nối A59 ra khỏi bộ Inverter-Converter

Bước 3: Đo giá trị điện trở

Bảng 3.16 Điện trở tiêu chuẩn giắc A59

A59-29 (GI) với A59-28 (GND1) Công tắc IG OFF 10 kΩ hoặc cao hơn A59-35 (ILKI) với A59-36 (ILKO) Công tắc IG OFF thấp hơn 3Ω

3.6.1.4 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ motor

Bước 1: Kết nối Techstream với cổng DLC 3

Công tắc máy bật (IG ON)

Nối chân 24 (MMT) và chân 25 (MMTG) của giắc A21 thì Techstream hiển thị 401°F (205°C)

Ngắt kết nối giắc kết nối cảm biến nhiệt độ motor thì Techstream hiển thị -58°F (-50°C)

Bước 2: Kiểm tra giắc kết nối giữa HV CPU và cảm biến nhiệt độ motor

- Tắt công tắc máy (IG OFF)

- Ngắt kết nối giắc D8 của cảm biến nhiệt độ motor

Bảng 3.17 Kiểm tra với hở mạch giắc D8 và giắc A21

D8-2 (MMT) với A21-24 (MMT) Công tắc IG OFF thấp hơn 1 Ω

D8-1 (MMTG) với A21-25 (MMTG) Công tắc IG OFF thấp hơn 1 Ω

Bảng 3.18 Kiểm tra với ngắn mạch giắc D8 và giắc A21

3.6.1.5 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ máy phát

- Các bước tiến hành tương tự quá trình kiểm tra cảm biến nhiệt độ motor

D8-2 (MMT) hoặc chân A21-24(MMT) với sườn xe Công tắc IG OFF 10 kΩ hoặc lớn hơn D8-1 (MMTG) hoặc A21-25 (MMTG) với sườn xe Công tắc IG OFF 10 kΩ hoặc lớn hơn

Bước 1: Tháo IGCT relay từ hộp relay động cơ

Bảng 3.19 điện trở của IGCT relay

Chân kết nối Điều kiện Thông số chân 3 với chân 5 Cấp nguồn 12V vào chân 1 và chân 2 của relay

10kΩ hoặc cao hơn chân 3 và chân 5 Không cấp nguồn 12V vào chân

1 và chân 2 của relay thấp hơn 1 Ω

3.6.2 Quy trình kiểm tra hệ thống pin cao áp

Hình 3.98 Các bộ phận kiểm tra của hệ thống pin cao áp

3.6.2.1 Kiểm tra nhiệt điện trở

Bước 1: Tháo giắc kết nối S17 ra khỏi cụm nhiệt điện trở

Bước 2: Đo giá trị điện trở theo bảng dưới đây

Bảng 3.20 Điện trở tiêu chuẩn của nhiệt điện trở

Bước 3: Kết nối lại giắc cắm

Hệ thống Pin cao áp

Kiểm tra Quạt làm mát Pin

Kiểm tra Relay tích hợp

Kiểm tra Cảm biến dòng điện Pin

3.6.2.2 Kiểm tra quạt làm mát Pin

Tốc độ của cụm quạt gió làm mát pin được điều khiển bởi HV CPU thông qua việc bật relay quạt khi đầu nối FCTL được kích hoạt HV CPU gửi tín hiệu lệnh (SI) đến cụm quạt để điều chỉnh tốc độ quạt phù hợp với nhiệt độ của pin HV Thông tin về điện áp đặt vào cụm quạt được truyền về HV CPU dưới dạng tín hiệu giám sát qua giao tiếp nối tiếp thông qua bộ điều khiển thông minh.

 Kiểm tra bó dây điện và giắc điện (điện áp)

Bước 1: Tháo cọc âm (-) của ắc quy

Bước 2: Đảm bảo rằng Servive Plug chưa được lắp đặt

Bước 3: Tháo cụm khung giá đỡ phụ pin xe Hybrid số 1

Bước 4: Lắp cọc âm (-) của ắc quy

Bước 5: Kết nối Techstream với DLC3

Bước 6: Bật công tắc nguồn (IG)

Nếu công tắc nguồn bật và Service Plug được tháo ra, mã lỗi DTC P0A0D-350 cho hệ thống công tắc khóa liên động sẽ được lưu trữ Nếu mã lỗi này xuất hiện, hãy sử dụng Techstream để xóa mã lỗi.

Bước 7: Nhập đường dẫn: Powertrain / Hybrid Control / Active Test / Driving the Battery Cooling Fan

Bước 8: (Dùng cho kiểm tra chân IG0 của giắc S14) Nhập đường dẫn: All Data / VMF Fan Motor Voltage

Bước 9: Chọn từng chế độ gió (1 đến 6) trong "Driving the Battery Cooling Fan" để kiểm tra nghiệm vận hành cụm quạt gió làm mát pin

Bước 10: Đo điện áp theo giá trị trong bảng dưới đây

Bảng 3.21 Điện áp tiêu chuẩn giắc S14

S14-1 (IG0) với Sườn xe Quạt làm mát pin đang chạy

Bước 11: Tắt công tắc nguồn

Bước 12: Lắp đặt cụm khung giá đỡ phụ ắc quy xe Hybrid số 1

 Kiểm tra bó dây và giắc kết nối ( relay tích hợp – cụm quạt làm mát pin)

Bước 2: Tháo relay tích hợp

Bước 4: Ngắt kết nối giắc S14 của cụm quạt gió làm mát pin

Bước 5: Đo điện trở theo giá trị trong bảng dưới đây

90 Điện trở tiêu chuẩn của S14-1 (IG0) với các cực khác 1A-8 và sườn xe là 10 kΩ hoặc cao hơn ( IG OFF)

Bước 7: Kết nối giắc S14 của cụm quạt gió làm mát bằng pin

Bước 8: Lắp cụm khung giá đỡ phụ pin xe Hybrid số 1

 Kiểm tra cụm quạt làm mát pin

Bước 3: Ngắt kết nối đầu nối S14 của cụm quạt gió làm mát bằng pin

Bước 4: Đo điện trở theo giá trị dưới đây

Hình 3.102 Giắc S14 Điện trở của S14-1 (IG0) với S14-4 (GND0) và sườn xe là 10 kΩ hoặc cao hơn (IG OFF)

3.6.2.3 Kiểm tra Service Plug Đo điện trở theo giá trị trong bảng dưới đây

91 Điện trở tiêu chuẩn của 2 chân Service Plug là dưới 1 Ω

Nếu kết quả không như chỉ định, hãy thay thế Service Plug

3.6.2.4 Kiểm tra relay tích hợp số 1

(Integration relay) Đo điện áp theo giá trị trong bảng dưới đây

Bảng 3.22 Điện áp tiêu chuẩn của Integration relay

D1 – sườn xe Bình thường 4.5V đến 5V

D2 – sườn xe Bình thường 4.5V đến 5V

Nếu kết quả không như chỉ định, một trong các tải điện được kết nối với relay tích hợp có thể bị trục trặc

3.6.2.5 Kiểm tra cảm biến dòng điện pin cao áp

Cảm biến dòng điện của pin, được lắp trên dây cáp dương của cụm pin HV, phát hiện cường độ dòng điện vào pin Bộ điều khiển thông minh đầu vào nhận điện áp từ 0 đến 5V tương ứng với cường độ dòng điện từ cảm biến Nếu điện áp đầu ra dưới 2,5V, pin HV đang được sạc; trên 2,5V, pin HV đang xả CPU HV xác định cường độ dòng điện sạc và xả dựa trên tín hiệu từ giắc IB và tính toán trạng thái sạc (SOC) của pin HV thông qua tích lũy.

 Kiểm tra bó dây điện và giắc điện

Bước 2: Kiểm tra để đảm bảo Service Plug chưa được lắp đặt

Bước 4: Chỉ ngắt kết nối đầu nối c1 của Battery smart unit

Hình 3.105 Ngắt kết nối giắc c1

Bước 5: Ngắt giắc cảm biến dòng điện của pin c4 khỏi hộp đầu nối pin Hybrid

Bước 6: Đo điện trở theo các giá trị trong bảng dưới đây:

Bảng 3.23 Kiểm tra hở mạch của giắc c1 và giắc c4

Chân kết nối Điều kiện Thông số c1-1 (IB) - c4-3 (IB) Công tắc IG OFF Dưới 1 Ω c1-6 (GIB) - c4-2 (GIB) Công tắc IG OFF Dưới 1 Ω c1-5 (VIB) - c4-1 (VIB) Công tắc IG OFF Dưới 1 Ω

Bảng 3.24 Kiểm tra ngắn mạch của giắc c1 và giắc c4

Kết nối chân điều kiện với sườn xe yêu cầu sử dụng các thông số cụ thể: c1-1 (IB) hoặc c4-3 (IB) cần kết nối với sườn xe khi công tắc IG OFF có điện trở 10kΩ hoặc cao hơn; c1-6 (GIB) hoặc c4-2 (GIB) cũng phải kết nối tương tự; và c1-5 (VIB) hoặc c4-1 (VIB) cần tuân thủ cùng một điều kiện về điện trở.

Bước 7: Kết nối đầu nối c1 với Battery Smart Unit

Bước 8: Kết nối giắc cảm biến dòng điện c4 với khối kết nối pin Hybrid

Bước 9: Lắp đặt cụm khung giá đỡ phụ ắc pin Hybrid số 1

Bước 10: Kết nối cáp với cực âm (-) của ắc quy

 Kiểm tra bộ điều khiển thông minh

Bước 1: Ngắt kết nối cọc âm (-) của pin

Bước 3: Tháo cụm khung giá đỡ phụ xe Hybrid số 1

Bước 4: Kết nối cáp với cọc âm (-) của pin

Bước 5: Bật công tắc nguồn (IG)

Lưu ý: Bật công tắc nguồn (IG) khi đã tháo Service Plug sẽ thiết lập hệ thống công tắc khóa liên động DTC (P0A0D-350) Sử dụng Techstream để xóa DTC

Bước 6: Đo điện áp theo các giá trị trong bảng dưới đây

Bảng 3.25 Điện áp tiêu chuẩn của giắc c4 và c1

Chân kết nối Điều kiện Thông số c4-1 (VIB) - c4-2 (GIB) Công tắc IG ON 4.6V đến 5.4V c1-1 (IB) - c1-6 (GIB) Công tắc IG ON 2.46V đến 2.54 V

Bước 7: Tắt công tắc nguồn

Bước 8: Ngắt kết nối cáp khỏi cực âm (-) của ắc quy

Bước 9: Lắp đặt cụm khung giá đỡ phụ pin xe Hybrid số 1

Bước 10: Kết nối cáp với cực âm (-) của ắc quy

3.6.2.6 Kiểm tra ắc quy phụ 12V

 Kiểm tra điện áp của pin phụ

Lưu ý: Nếu ắc quy đã cạn hoàn toàn hoặc "READY" không sáng, hãy sạc lại ắc quy Kiểm tra lại bình ắc quy trước khi trả xe cho khách

Bước 1: Kiểm tra pin xem có bị hư hỏng và biến dạng không Nếu phát hiện thấy hư hỏng, biến dạng hoặc rò rỉ nghiêm trọng, hãy thay pin

Bước 2: Kiểm tra điện áp

Để loại bỏ mạch sạc khỏi ắc quy, hãy tắt công tắc nguồn và bật đèn pha trong 20 đến 30 giây Sau đó, đo điện áp ắc quy theo giá trị được cung cấp trong bảng dưới đây.

Bảng 3.26 Điện áp tiêu chuẩn của ắc quy 12V:

Cọc dương – Cọc âm 20°C (68°F) 12.5V đến 12.9 V

Nếu điện áp không như chỉ định, hãy sạc ắc quy

Kiểm tra xem các cực của ắc quy không bị lỏng hoặc bị ăn mòn

Nếu các cọc bình và dây cáp điện bị ăn mòn, hãy làm sạch chúng

 Kiểm tra các cầu chì Đo điện trở của từng cầu chì đối với hệ thống nạp ắc quy phụ Điện trở tiêu chuẩn: Dưới 1 Ω

Nếu bất kỳ kết quả nào không được như chỉ định, hãy thay thế các cầu chì nếu cần

 Kiểm tra ống thông hơi ắc quy Đảm bảo rằng ống mềm không bị gấp khúc

3.6.3 Quy trình kiểm tra MG1, MG2

Bước 2: Tháo nắp bảo vệ đầu nối bộ converrter Inverter

Hình 3.109 Tấm bảo vệ Bước 3: Ngắt kết nối cáp AC ba pha của MG1 ra khỏi bộ converrter Inverter

Hình 3.110 Vị trí cáp MG1

Bước 4: Kiểm tra MG1 xem có ngắn mạch giữa các pha hay không bằng cách sử dụng miliohmmeter

Sử dụng miliohm kế, đo điện trở theo giá trị trong bảng dưới đây

Lưu ý rằng nếu nhiệt độ MG1 cao, điện trở sẽ có sự thay đổi đáng kể so với thông số kỹ thuật Vì vậy, để có kết quả chính xác, hãy đo điện trở ít nhất 8 giờ sau khi xe đã dừng lại.

Bảng 3.27 Điện trở tiêu chuẩn giữa các pha cáp f1:

Chân kết nối Điều kiện Thông số f1-2 (U) - f1-3 (V) Công tắc IG OFF 87.0 to 96.2 mΩ f1-3 (V) - f1-1 (W) Công tắc IG OFF 87.0 to 96.2 mΩ f1-1 (W) - f1-2 (U) Công tắc IG OFF 87.0 to 96.2 mΩ

Bước 5: Sử dụng megohmmeter đặt ở 500 V, đo điện trở

Lưu ý: Đảm bảo đặt megohmmeter thành 500V khi thực hiện thử nghiệm này Sử dụng cài đặt cao hơn 500V có thể dẫn đến hư hỏng bộ phận được kiểm tra

Bảng 3.28 Điện trở tiêu chuẩn cáp f1

Chân kết nối f1-2 (U), f1-3 (V) và f1-1 (W) đều yêu cầu điều kiện kết nối với sườn xe và tấm chắn, với thông số Công tắc IG OFF đạt 100 MΩ hoặc cao hơn.

Bước 6: Kết nối cáp máy phát điện và cáp động cơ

Bước 7: Lắp nắp đầu nối biến tần

Bước 2: Tháo nắp đầu nối biến tần khỏi bộ Converter Inverter

Bước 3: Ngắt kết nối cáp AC ba pha của MG2 ra khỏi bộ converrter Inverter

Hình 3.112 Vị trí cáp MG2

Bước 4: Kiểm tra MG2 xem có ngắn mạch giữa các pha hay không bằng cách sử dụng miliohmmeter

Sử dụng miliohm kế, đo điện trở theo giá trị trong bảng dưới đây

Lưu ý rằng nếu nhiệt độ MG2 tăng cao, điện trở sẽ có sự thay đổi đáng kể so với thông số kỹ thuật Vì vậy, để đảm bảo độ chính xác, hãy đo điện trở ít nhất 8 giờ sau khi xe đã dừng lại.

Bảng 3.29 Điện trở tiêu chuẩn giữa các pha cáp e1:

Chân kết nối Điều kiện Thông số e1-2 (U) - e1-3 (V) Công tắc IG OFF 154 đến 170 mΩ e1-3 (V) - e1-1 (W) Công tắc IG OFF 148 đến 164 mΩ e1-1 (W) - e1-2 (U) Công tắc IG OFF 149 đến 165 mΩ

Bước 5: Sử dụng megohmmeter đặt ở 500 V, đo điện trở

Lưu ý: Đảm bảo đặt megohmmeter thành 500V khi thực hiện thử nghiệm này Sử dụng cài đặt cao hơn 500V có thể dẫn đến hư hỏng bộ phận được kiểm tra

Bảng 3.30 Điện trở tiêu chuẩn cáp e1

Chân kết nối e1-2 (U), e1-3 (V) và e1-1 (W) đều yêu cầu có điều kiện kết nối với sườn xe và tấm chắn, với thông số Công tắc IG OFF đạt 100 MΩ hoặc cao hơn.

Bước 6: Kết nối cáp máy phát điện và cáp động cơ

Bước 7: Lắp nắp đầu nối biến tần

HỆ THỐNG LƯU TRỮ VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG

Tiêu đề	Hệ Thống Động Lực Và Nguồn Năng Lượng Trên Xe Lai Toyota Prius
Người hướng dẫn	GVC.TS. Nguyễn Văn Trạng
Trường học	Trường Đại Học
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp

Định dạng
Số trang	207
Dung lượng	5,15 MB