TỔNG QUAN ÔTÔ HYBRID
Khái niệm chung
Xe Hybrid, hay xe lai, sử dụng kết hợp hai nguồn năng lượng: động cơ xăng và mô tơ điện Điểm nổi bật nhất của xe Hybrid là khả năng tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với môi trường, đồng thời mang lại hiệu suất vận hành mạnh mẽ và yên tĩnh Công nghệ pin Hybrid cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cao của xe.
Xe hybrid kết hợp động cơ xăng và mô tơ điện, trong khi xe thông thường chỉ sử dụng động cơ xăng Tùy vào hệ thống, xe hybrid sử dụng hai nguồn năng lượng khác nhau, mang lại hiệu suất vận hành mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu tối ưu.
Hệ thống phối hợp công suất của ôtô sử dụng cơ chế nạp điện tiên tiến, cho phép ắc-quy được sạc lại trong quá trình phanh hoặc khi xe xuống dốc, được gọi là phanh tái tạo năng lượng Nhờ vào công nghệ này, ôtô không chỉ tiết kiệm nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện mà còn tái sinh năng lượng điện để sử dụng khi cần thiết.
Hình 1 2 Tổng quan hệ thống
Xu hướng phát triển ôtô hybrid
Sự phát triển phương tiện giao thông trên thế giới không đồng đều, với mỗi quốc gia có quy định riêng về khí thải Tuy nhiên, xu hướng chung là cải tiến và chế tạo ô tô với mức ô nhiễm thấp nhất và giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu Điều này trở nên cần thiết khi nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, dẫn đến giá dầu tăng cao trong khi thu nhập của người dân không tăng đáng kể.
Xe chạy bằng Diesel, xăng và các nhiên liệu khác đang gây ô nhiễm môi trường và làm xấu đi bầu khí quyển, ảnh hưởng đến hệ sinh thái Do đó, việc giảm thiểu khí thải ô nhiễm trở thành ưu tiên hàng đầu trong ngành ô tô và cộng đồng Mục tiêu hiện nay của các nhà nghiên cứu là phát triển ô tô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) Nhiều giải pháp đã được đề xuất, bao gồm cải thiện quá trình cháy của động cơ và sử dụng nhiên liệu không truyền thống như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời và ôtô lai (hybrid).
Trong đô án này chỉ bàn về ôtô hybrid
Hình 1 3 Lịch sử phát triển
Ôtô hybrid, xuất hiện từ đầu những năm 1990, đã được nghiên cứu và phát triển như một giải pháp kinh tế và thân thiện với môi trường Công nghệ hybrid được coi là chìa khóa cho kỷ nguyên mới của ô tô, mang lại những chiếc xe không gây ô nhiễm, hay còn gọi là ô tô sinh thái.
Ôtô hybrid đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên toàn cầu nhờ vào các ưu điểm nổi bật Sự gia tăng mẫu mã ôtô hybrid trên thị trường và số lượng người tiêu dùng lựa chọn loại xe này ngày càng nhiều Mặc dù ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô điện và ôtô pin mặt trời gặp phải một số khó khăn, ôtô hybrid nhiệt điện (HV) được xem là giải pháp phù hợp nhất trong bối cảnh hiện tại, giúp đáp ứng yêu cầu về môi trường đô thị và nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu.
Chúng ta chỉ có thể sử dụng xe hybrid nhiệt điện trong các thành phố, khu du lịch và trên những tuyến đường dài tương đối bằng phẳng Tuy nhiên, không thể thay thế hoàn toàn ô tô truyền thống bằng xe hybrid do công nghệ lai còn nhiều hạn chế Một trong những thách thức lớn nhất là nguồn dự trữ năng lượng điện cho động cơ, vì việc sử dụng ắc quy thông thường sẽ yêu cầu số lượng ắc quy rất lớn.
Xe Hybrid của Toyota tiết kiệm nhiên liệu gấp 1.5 đến 2 lần so với xe thông thường Tính đến năm 2020, Toyota đã bán được 16 triệu xe điện hóa toàn cầu, giúp tiết kiệm 52 tỷ lít nhiên liệu và giảm 139 triệu tấn khí thải CO2 so với động cơ đốt trong Hệ thống Hybrid của Toyota không chỉ phù hợp với cơ sở hạ tầng công nghệ hiện tại của Việt Nam mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Xe hybrid mang lại nhiều lợi ích cho Việt Nam, vì chúng không yêu cầu cơ sở hạ tầng mới và có thể sử dụng hạ tầng hiện có giống như các loại xe thông thường.
Xe Hybrid rất lý tưởng cho các đô thị lớn ở Việt Nam, vì chúng tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả, đặc biệt trong các tình huống tắc đường.
Trong bài viết này, chúng tôi chỉ tập trung vào dòng ô tô hybrid nhiệt điện, loại ô tô hybrid phổ biến nhất hiện nay, kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện.
Trên mẫu xe Corolla Cross Hybrid, người dùng có thể chọn chế độ chạy EV Mode, cho phép xe hoạt động hoàn toàn bằng điện Tuy nhiên, chế độ này chỉ có thể được kích hoạt khi pin còn khoảng 80% trở lên Thực tế cho thấy, việc sử dụng chức năng này trong các chuyến đi ngắn là khá khó khăn, do thời gian không đủ để sạc đầy pin.
Công nghệ hybrid kết hợp động cơ xăng và điện mà không cần sạc, rất phù hợp với thị trường Việt Nam nơi hạ tầng trạm sạc chưa phát triển Thực tế cho thấy, phiên bản hybrid tiết kiệm nhiên liệu hơn gần một nửa so với phiên bản xăng trong cùng điều kiện vận hành, đồng thời giảm lượng khí thải ra môi trường.
Pin cho xe hybrid được lắp đặt ở phía sau nhằm tối ưu hóa thiết kế và phân bổ trọng lượng một cách đồng đều giữa hai đầu xe Việc này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất vận hành mà còn tăng cường tính ổn định cho xe.
Corolla Cross sử dụng pin NiMH (niken hydrua kim loại), công nghệ truyền thống với ưu điểm như tuổi thọ dài, sạc nhanh, an toàn cháy nổ, chịu nhiệt tốt và chi phí thấp hơn so với các loại pin khác Tuy nhiên, nhược điểm của loại pin này là trọng lượng nặng, dung lượng hạn chế và độ tự xả tăng theo thời gian Tuổi thọ và chi phí của pin hybrid là mối lo ngại lớn cho người dùng, mặc dù bảo trì xe hybrid tương tự như xe xăng, chỉ cần thêm bước vệ sinh lọc gió pin Toyota Việt Nam không công bố cụ thể thời gian thay pin, nhưng cho biết tuổi thọ pin tương đương với tuổi thọ xe, bảo hành 3 năm hoặc 100.000 km Tuy nhiên, pin có thể gặp vấn đề ở điều kiện nhiệt độ cực đoan, dẫn đến hư hại nhanh hơn, và chi phí thay pin khoảng hơn 90 triệu đồng.
Phân loại ôtô hybrid
Theo thời điểm phối hợp công suất
1.3.1.1 Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm
Khi ô tô khởi hành, motor điện hoạt động để cung cấp công suất, giúp xe tăng tốc lên khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước khi động cơ xăng khởi động Để đạt tốc độ nhanh từ điểm dừng, động cơ xăng cần khởi động ngay lập tức để cung cấp công suất tối đa Motor điện và động cơ xăng hỗ trợ lẫn nhau trong những điều kiện lái cần nhiều công suất, như khi leo dốc hoặc vượt xe khác Motor điện tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả hơn khi lái ở tốc độ thấp trên đường phố, so với khi di chuyển trên đường cao tốc Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai ví dụ tiêu biểu cho loại xe này.
1.3.1.2 Phối hợp khi cần công suất cao
Motor điện hỗ trợ động cơ xăng trong các tình huống cần công suất cao, chẳng hạn như tăng tốc nhanh từ điểm dừng, leo dốc hoặc khi vượt xe khác Trong điều kiện lái thông thường, xe vẫn hoạt động chủ yếu bằng động cơ xăng.
Những chiếc xe hybrid như Honda Civic Hybrid và Honda Insight tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả hơn khi di chuyển trên đường cao tốc, vì lúc này động cơ xăng hoạt động với áp lực thấp nhất.
Cả xe hybrid và xe điện đều sử dụng công suất từ ắc-quy, dẫn đến việc giảm hiệu suất của ắc-quy Tuy nhiên, xe hybrid có khả năng tự sạc mà không cần phải kết nối với nguồn điện bên ngoài.
1.3.2 Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện
1.3.2.1 Kiểu nối tiếp Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc-quy hoặc cung cấp cho động cơ điện
Hình 1 4 Hệ thống hybrid nối tiếp
Dòng điện được chia thành hai phần: một phần để nạp ắc-quy và phần còn lại để vận hành động cơ điện Động cơ điện không chỉ giúp chạy xe mà còn hoạt động như một máy phát điện, tái sinh năng lượng khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh.
Hệ thống hybrid nối tiếp có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm việc động cơ đốt trong không bao giờ hoạt động ở chế độ không tải, giúp giảm ô nhiễm môi trường Động cơ này có thể được tối ưu hóa cho từng loại ô tô, đồng thời chỉ hoạt động khi xe di chuyển quãng đường dài vượt quá giới hạn của ắc quy Đặc biệt, sơ đồ này có thể không cần hộp số, mang lại sự đơn giản và hiệu quả cho hệ thống truyền động.
Mặc dù tổ hợp ghép nối tiếp mang lại nhiều lợi ích, nhưng nó cũng gặp phải một số nhược điểm Cụ thể, kích thước và dung tích của ắc-quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song, và động cơ đốt trong phải hoạt động liên tục ở chế độ nặng nhọc để cung cấp điện cho ắc-quy, dẫn đến nguy cơ quá tải.
Dòng năng lượng được truyền tới bánh xe chủ động theo hướng song song, với động cơ nhiệt và motor điện cùng cung cấp lực cho trục bánh xe Trong hệ thống này, động cơ nhiệt là nguồn năng lượng chính truyền moment, trong khi motor điện hỗ trợ khi cần tăng tốc hoặc vượt dốc, tùy thuộc vào điều kiện hoạt động.
Kiểu này không cần máy phát điện riêng, vì động cơ điện có khả năng giao hoán lưỡng dụng, vừa nạp điện cho ắc-quy trong các chế độ hoạt động bình thường, vừa khởi động động cơ đốt trong và hoạt động như máy phát điện Ưu điểm của hệ thống này là công suất ôtô mạnh hơn nhờ sử dụng đồng thời hai nguồn năng lượng, trong khi mức độ hoạt động của động cơ điện thấp hơn động cơ nhiệt, giúp dung lượng ắc-quy nhỏ gọn và trọng lượng xe nhẹ hơn so với các kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp.
Động cơ điện và bộ phận điều khiển của nó có cấu trúc phức tạp và chi phí cao, trong khi động cơ nhiệt cần được thiết kế với công suất lớn hơn cho kiểu lai nối tiếp Ngoài ra, hiệu suất kinh tế nhiên liệu cũng như mức độ ô nhiễm môi trường của các động cơ này không được đánh giá cao.
Hình 1 6 Hệ thống hybrid song song
Hình 1 7 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song
Hệ thống lai này kết hợp hiệu quả giữa hai phương pháp nối tiếp và song song, tối ưu hóa lợi ích mà chúng mang lại Nó bao gồm một bộ phận đặc biệt, giúp nâng cao hiệu suất và tính linh hoạt của toàn bộ hệ thống.
Thiết bị phân chia công suất đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển giao tỷ lệ công suất biến đổi liên tục từ động cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động Hệ thống này cho phép xe hoạt động êm dịu chỉ với động cơ điện, đặc biệt phù hợp cho việc chế tạo xe hybrid.
Hình 1 8 Hệ thống hybrid hỗn hợp
Hình 1 9 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp.
So sánh xe thường, hybrid và xe điện
Xe Hybrid và xe thường 1.4.1.1 Điểm giống nhau :
-Cả hai dòng xe đều có sử dụng động cơ xăng để hoạt động
-Hệ thống truyền động động cơ xăng tương đồng
-Xe hybrid có quãng đường đi được tốt hơn xe thông thường
-Xe hybrid đắt hơn xe chạy xăng thông thường
Động cơ xăng hybrid có kích thước nhỏ hơn so với động cơ xăng truyền thống, giúp xe hybrid đạt hiệu suất cao hơn nhiều Với mô-men xoắn thấp hơn, động cơ này tiêu thụ ít nhiên liệu hơn, mang lại lợi ích về tiết kiệm nhiên liệu cho người sử dụng.
-Xe hybrid thân thiện với môi trường hơn xe thông thường Vì lượng khí carbon dioxide thải ra ít hơn so với ô tô thông thường
Xe hybrid và xe điện 1.4.2.1 Điểm giống nhau :
-Cả hai dòng xe đều cùng sử dụng động cơ điện để hoạt động Điều đó có nghĩa, 2 dòng xe này đều đảm bảo thân thiện với môi trường
-Xe hybird và ô tô điện đều sử dụng pin làm nguồn dự trữ năng lượng
Việc sửa chữa và bảo dưỡng hai dòng xe này gặp nhiều khó khăn do chi phí phụ tùng và linh kiện cao, cùng với sự thiếu phổ biến của các trạm sửa chữa Thêm vào đó, nguồn nhân lực được đào tạo chuyên sâu vẫn còn hạn chế.
-Cả 2 dòng xe đều di chuyển quãng đường hạn chế do giới hạn về dung lượng pin
-Cả 2 đều sử dụng hệ thống phanh tái tạo
Xe hybrid sử dụng đồng thời hai loại động cơ: động cơ điện và động cơ xăng, trong khi xe ô tô điện chỉ hoạt động nhờ vào động cơ điện duy nhất.
Khi hết pin, xe hybrid có ưu điểm vượt trội so với xe điện nhờ khả năng chuyển sang sử dụng động cơ đốt trong để tiếp tục vận hành Trong khi đó, xe điện cần phải sạc pin để có thể hoạt động trở lại.
-Xe ô tô hybird có mã lực hạn chế hơn xe ô tô điện Nói cách khác, động cơ của xe hybird không khỏe khoắn bằng ô tô điện
-Hệ thống động cơ hybrid có chi phí cao hơn rất nhiều hệ thống động cơ trên xe điện cùng phân khúc
Xe hybrid có kích thước pin nhỏ hơn so với ô tô điện, dẫn đến việc ô tô điện có khả năng di chuyển quãng đường xa hơn khi sử dụng động cơ điện.
Ô tô hybrid và ô tô điện khác nhau về cách tái tạo năng lượng Ô tô hybrid có khả năng tái tạo năng lượng khi phanh hoặc xuống dốc để nạp cho pin mà không cần sử dụng cổng sạc Ngược lại, ô tô điện cần nguồn điện từ bên ngoài qua cổng sạc và sẽ không hoạt động khi hết pin.
Xe hybird sẽ mất các khoản phí bảo dưỡng xe, thay dầu, nước làm mát,… còn xe ô tô điện sẽ không mất các khoản phí này
Ngược lại, xe ô tô điện sẽ phải trả phí sửa chữa, thay phụ tùng, thay pin do xuống cấp với mức phí cao
Giá xe điện chủ yếu cao do chi phí pin Khi công nghệ pin phát triển, giá thành sẽ giảm, giúp xe điện trở nên rẻ hơn so với xe hybrid cùng loại.
Xe hybrid có giá cao hơn khá nhiều so với xe xăng do cấu tạo phức tạp và phải cõng thêm chi phí pin
So với ô tô điện, xe hybrid có giá thành thấp hơn đáng kể Hiện nay, giá ô tô điện cao hơn từ 40-100% so với các mẫu xe chạy xăng cùng loại.
Xe hybrid hiện nay vẫn được ưa chuộng hơn xe ô tô điện nhờ tính tiện dụng, đặc biệt khi di chuyển xa Sự phổ biến của hệ thống trạm xăng vượt trội so với trạm sạc điện, khiến việc đổ xăng trở nên thuận tiện hơn so với việc sạc pin cho xe điện.
Xe ô tô hybrid dễ điều khiển với hộp số tự động tương tự như ô tô thông thường, nhưng việc tăng tốc có thể gặp khó khăn Đặc biệt, người dùng xe ô tô điện được hưởng ưu đãi về thuế và phí mua xe, trong khi xe hybrid không nhận được những ưu đãi này.
CÁC CHI TIẾT CHÍNH TRÊN Ô TÔ HYBIRD
Mô hình tổng quát ô tô Hybird
Hình 2 1 Kiểu mắc nối tiếp
1 Engine: Động cơ đốt trong
2 ECM: Electric Control Module - Bộ phận điều khiển điện tử cho động cơ
3 HV ECU: Hybrid Vehicle ECU- ECU điều khiển kết hợp trên ôtô hybrid
4 Shift Postion Sensor: Cảm biến vị trí tay số
5 Brake ECU: ECU điều khiển phanh
6 HV Battery: High Volt Battery- Ắc-quy điện áp cao
7 Inverter with Converter: Bộ chuyển đổi điện
8 Hybrid Transaxle: Hộp số kết hợp với bộ phân phối công suất
9 Acceleration Pedal Position Sensor: Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Hình 2 4 Kiểu hỗn hợp trên Toyota Cross
Động cơ đốt trong
Nguồn năng lượng chính cho các mẫu xe hybrid của Toyota vẫn là động cơ xăng
Tuy nhiên, đây không phải là hệ thống truyền động thông thường Chúng được chế tạo để đạt hiệu quả vận hành cao nhất và giảm thiểu khí thải (3)
Động cơ 2ZR-FXE, với dung tích 1.8 lít, được thiết kế đặc biệt cho xe Hybrid, tích hợp hệ thống điều phối van biến thiên kép (Dual VVT-i) và chu trình Atkinson, mang lại hiệu suất tối ưu cùng khả năng tiết kiệm nhiên liệu vượt trội.
Toyota Corolla Cross được trang bị động cơ xăng 1.8L với công suất 97 mã lực và mô-men xoắn 142 Nm, kết hợp với mô-tơ điện 53 mã lực và mô-men xoắn 163 Nm Khi động cơ xăng và mô-tơ điện hoạt động đồng thời, xe mang lại khả năng vận hành vượt trội hơn hẳn so với phiên bản chỉ trang bị động cơ xăng.
Motor điện
Động cơ truyền động điện là loại động cơ đồng bộ xoay chiều, sử dụng nam châm neodymium vĩnh cửu và rôto được cấu tạo từ các tấm thép điện từ xếp chồng lên nhau.
Cấu tạo của động cơ DC không chổi than
Động cơ BLDC, giống như các động cơ đồng bộ thông thường, có các cuộn dây được sắp xếp lệch nhau 120 độ trong stator Các thanh nam châm được gắn vào rotor để tạo ra từ trường kích thích cho động cơ Điểm khác biệt của động cơ BLDC so với các động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là yêu cầu cảm biến vị trí rotor để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Stator của động cơ BLDC bao gồm lõi sắt được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện được ghép cách điện và dây quấn Phương pháp quấn dây của động cơ BLDC khác biệt so với động cơ xoay chiều 3 pha thông thường, điều này tạo ra sức phản điện với hình dạng đặc trưng hình thang.
Rotor : Về cơ bản, rotor không khác so với những động cơ nam châm vĩnh cửu khác
Cảm biến Hall là thiết bị quan trọng trong việc xác định vị trí từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator trong động cơ không chổi than (BLDC) Do đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang, cấu hình điều khiển của động cơ cần sử dụng cảm biến Hall, được gắn trên stator thay vì rotor, để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Nguyên lý hoạt động của động cơ brushless
Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC dựa trên sự tương tác giữa từ trường do stato tạo ra và nam châm vĩnh cửu trên rotor Khi dòng điện chạy qua một trong ba cuộn dây của stato, nó sẽ tạo ra cực từ thu hút nam châm vĩnh cửu gần nhất có cực từ trái dấu Rotor sẽ tiếp tục quay khi dòng điện chuyển sang cuộn dây liền kề Việc cấp điện tuần tự cho mỗi cuộn dây giúp rotor quay theo từ trường quay, tạo ra chuyển động liên tục.
Để tăng cường lực tương tác, cả hai cuộn dây sẽ được cấp điện đồng thời, trong khi thứ tự chuyển tiếp giữa các cuộn dây được điều khiển bởi mạch điều khiển của motor không chổi than.
Cấu trúc hình chữ V của các nam châm tối ưu hóa công suất và mô-men xoắn, mang lại hiệu suất truyền động cao cho động cơ không chổi than.
Động cơ không chổi than (BLDC) thường có 3 cuộn dây trên stato, dẫn đến việc có 6 dây dẫn điện kéo dài từ các cuộn dây này Trong số đó, 3 dây sẽ được kết nối bên trong với 3 dây còn lại kéo dài từ thân động cơ Việc đấu dây trong vỏ động cơ BLDC phức tạp hơn so với việc chỉ kết nối các cực âm và dương của tế bào nguồn.
Động cơ không chổi than (BLDC) mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, trong đó có tính hiệu quả cao khi có khả năng điều khiển liên tục ở lực quay tối đa, khác với động cơ có chổi than chỉ đạt mô men xoắn cực đại tại một số điểm nhất định Điều này giúp ngay cả các motor không chổi than mini cũng có thể cung cấp công suất đáng kể Thêm vào đó, khả năng kiểm soát hoạt động tốt của động cơ BLDC thông qua cơ chế phản hồi giúp phân phối chính xác mô men xoắn và tốc độ quay, từ đó giảm mức tiêu thụ năng lượng và ít sinh nhiệt Đặc biệt, động cơ này còn kéo dài tuổi thọ pin khi chạy bằng pin Động cơ BLDC cũng nổi bật với độ bền cao và ít phát ra tiếng ồn do không có chổi than, trong khi động cơ có chổi than thường gặp vấn đề mài mòn và phát sinh tia lửa, gây ra tiếng ồn điện Chính vì vậy, động cơ BLDC được ưa chuộng trong các ứng dụng cần tránh nhiễu điện.
Máy phát điện
Máy phát điện kiểu đồng bộ xoay chiều được sử dụng chủ yếu để sạc pin và cung cấp năng lượng cho động cơ điện khi cần thiết Để đạt được công suất tối ưu cho động cơ, máy phát phải quay ở tốc độ cao, với phạm vi vòng/phút có thể tăng từ mức tối đa thông thường 6.500 lên đến 10.000 vòng/phút.
Tốc độ vòng/phút cao hơn không chỉ nâng cao khả năng cung cấp điện trong dải tốc độ trung bình mà còn cải thiện khả năng tăng tốc ở dải tốc độ thấp Điều này dẫn đến việc cung cấp nhiều năng lượng hơn khi cần thiết mà không cần tiêu tốn thêm nhiên liệu trong động cơ xăng.
Phối hợp motor điện và máy phát điện
Cụm motor điện – máy phát số 1 (MG1) có chức năng nạp điện cho ắc quy điện áp cao và cung cấp năng lượng cho MG2 MG1 hoạt động như một motor khởi động động cơ đốt trong, đồng thời điều chỉnh tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh, tương tự như một hệ thống CVT.
Tổ hợp motor điện – máy phát số 2 (MG2) dẫn động cho các bánh xe chủ động, giúp xe tiến hoặc lùi Trong quá trình giảm tốc và phanh, MG2 hoạt động như một máy phát, hấp thu động năng và chuyển hóa thành điện năng, thực hiện quá trình phanh tái sinh năng lượng để nạp lại cho ắc-quy điện áp cao.
Toyota sử dụng một môtơ đồng bộ xoay chiều 3 pha, là môtơ không chổi than DC hiệu suất cao với dòng AC Môtơ này được cấu tạo từ các nam châm vĩnh cửu và rôto làm từ tấm thép điện từ, mang lại công suất cao Nhờ vào việc bố trí tối ưu các nam châm vĩnh cửu, mômen dẫn động được cải thiện và công suất tăng lên Cả MG1 và MG2 đều có kích thước gọn nhẹ, là loại đồng bộ nam châm vĩnh cửu hiệu quả cao trong dòng điện xoay chiều.
Hình 2 7 Máy phát xe hybrid
Chu trinh Atkinson
Chu trình Atkinson được phát triển nhằm giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xăng Otto thuần tuý, tuy nhiên, để đảm bảo công suất hoạt động, cần bổ sung các cơ cấu hỗ trợ khác.
Năm 2011, Honda giới thiệu động cơ Exlink dựa trên lý thuyết Atkinson, mang đến sự khác biệt trong thiết kế piston Trong khi các động cơ 4 kỳ theo chu trình Otto có quãng đường di chuyển bằng nhau ở các kỳ, Exlink cho phép piston di chuyển dài hơn ở kỳ nổ-xả so với kỳ nạp-nén Điều này tạo ra thể tích giãn nổ lớn hơn, dẫn đến việc sinh ra công có ích nhiều hơn công hao phí, giúp xe tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả hơn.
Honda áp dụng cơ cấu cơ khí thuần túy, trong khi một số hãng khác điều chỉnh thời gian đóng mở van (xu-páp) Khi piston di chuyển đến cuối kỳ nạp và bắt đầu kỳ nén, van nạp sẽ đóng muộn hơn, dẫn đến một lượng hòa khí bị đẩy ngược ra khỏi xi-lanh, làm giảm công suất động cơ Mặc dù công suất giảm, nhưng hiệu suất được cải thiện nhờ vào việc giảm tỷ số nén, cho phép thể tích giãn nở lớn hơn thể tích nạp nén Điều này giúp động cơ sinh ra công có ích nhiều hơn công hao phí, tuy nhiên, động cơ có xu hướng yếu hơn, đặc biệt ở tua máy thấp.
Trong giai đoạn đầu, nhiều hãng xe đã áp dụng chu trình Atkinson kết hợp với động cơ điện để cải thiện hiệu suất, trong khi một số khác lại sử dụng hệ thống tăng áp Khi động cơ hoạt động ở chế độ vòng tua thấp, chu trình Atkinson được kích hoạt và động cơ điện hỗ trợ để bù đắp công suất Tuy nhiên, khi cần công suất cao và tải nặng, động cơ sẽ chuyển sang chu trình Otto thông thường bằng cách điều chỉnh thời gian đóng mở các van thông qua ECU.
Các kỹ sư đã phát triển một hệ thống cho phép xe chuyển đổi linh hoạt giữa chu trình Atkinson và chu trình Otto Ở tốc độ thấp, chu trình Atkinson được kích hoạt với sự hỗ trợ của động cơ điện, giúp xe linh hoạt và sẵn sàng tăng tốc Khi cần tải nặng và ở tốc độ cao, động cơ sẽ chuyển sang chu trình Otto thông qua việc điều khiển thời gian đóng mở van bằng ECU Mặc dù tiết kiệm nhiên liệu, động cơ có thể dễ bị chết máy ở tốc độ thấp.
Hộp số và sự phân phối công suất
Bộ phân chia công suất (PSD) trên động cơ Hybrid đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối công suất giữa các nguồn điện và nhiệt PSD xác định tỷ lệ năng lượng giữa động cơ nhiệt và động cơ điện, nhằm tối ưu hóa việc truyền động lực đến bánh chủ động.
Cấu tạo của bộ phân chia công suất trên động cơ Hybrid
Bộ phân chia công suất (PSD) chính là một hệ bánh răng hành tinh trong đó:
Vành răng bao kết nối với tổ hợp motor-máy phát số 2 (MG2) và đồng thời là trục ra của bộ phân chia công suất Nó truyền momen qua một hệ bánh răng đến trục bánh xe.
- Bánh răng mặt trời liên kết với cụm tổ hợp motor-máy phát số 1
- Giá của các bánh răng vệ tinh liên kết với trục đầu ra của động cơ nhiệt
Hình 2 9 Cấu tạo bộ phân chia công suất PSD trên động cơ Hybrid
Cụm bánh răng hành tinh chia công suất từ động cơ chính của xe thành hai phần: một phần cung cấp cho hệ thống cơ khí và phần còn lại cho hệ thống điện Các bánh răng hành tinh này hoạt động tương tự như một hộp số vô cấp (CVT), giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành của xe.
Bộ phận chuyển dổi điện( Inverter with converter)
Thiết bị này có khả năng chuyển đổi dòng điện một chiều từ ắc quy có điện áp cao thành dòng điện xoay chiều để vận hành động cơ điện, hoặc ngược lại, biến đổi dòng điện xoay chiều từ máy phát thành dòng điện một chiều để nạp cho ắc quy.
Bộ khuếch đại điện năng có khả năng tăng điện áp lên đến 500V, đồng thời được trang bị bộ chuyển đổi dòng, tạo ra hiệu suất cao trong việc điều chỉnh điện năng.
Một chiều 34 được sử dụng để nạp điện cho ắc-quy phụ của xe, trong khi bộ chuyển đổi dòng xoay chiều cung cấp điện cho máy nén trong hệ thống điều hòa hoạt động hiệu quả.
Hình 2 10 Bộ chuyển đổi điện
2.9 Pin điện áp cao (HV)
Pin hybrid, cụ thể là dùng trong mẫu SUV Toyota Corolla Cross Hybrid là pin công nghệ Niken-metal, không cần phải cắm điện
Pin chính của xe được bảo vệ trong vỏ niken-kim loại hyđrua bền chắc, với mật độ năng lượng cao hơn bình thường Nó thường bao gồm từ 120-250 cặp cực ắc-quy, với điện áp tiêu chuẩn từ 144V đến 350V (1,2V mỗi cặp cực ắc-quy) Pin được sạc bởi động cơ chính thông qua tổ hợp MG1 khi xe hoạt động bình thường và bởi tổ hợp MG2 trong quá trình hãm tái sinh năng lượng Nguồn điện được tái tạo khi phanh nhờ vào việc sạc lại từ động cơ đốt trong thông qua máy phát điện khi xe đang vận hành hoặc khi động cơ điện giảm tốc.
Hình 2 11 Hệ thống pin điện áp cao
Cáp nguồn trong xe hybrid có vai trò quan trọng trong việc truyền dòng điện cao áp giữa các thiết bị như ắc-quy điện cao áp, bộ chuyển đổi và các tổ hợp MG1, MG2 cùng máy nén hệ thống điều hòa Đường dây cao áp và các giắc nối được nhận diện dễ dàng qua màu da cam.
Hình 2 12 Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao
Ắc-quy DC12V được lắp đặt cố định phía sau xe, có nhiệm vụ duy trì và cung cấp dòng điện một chiều ổn định cho các hệ thống như giải trí, chiếu sáng và ECU.
Hình 2 13 Vị trí ác quy phụ
2.12 Các bộ phận khác có cộng dụng hỗ trợ xe
Ôtô hybrid tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến nhằm nâng cao hiệu suất vận hành, giảm thiểu khí thải ô nhiễm và tối ưu hóa khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Để tối ưu hóa khả năng khí động, các kỹ sư chế tạo xe hybrid thường áp dụng những thiết kế không theo quy ước nhằm tạo ra bề mặt nhẵn Ví dụ, Honda Insight sở hữu hệ số kéo rất thấp chỉ 0,25 nhờ vào bề mặt mượt mà và kiểu dáng đặc biệt ở bánh sau Trong khi đó, Toyota Prius, mặc dù có vẻ bình thường, cũng đạt được hệ số kéo 0,29 nhờ vào những cải tiến thiết kế giúp tăng tính khí động học Tất cả các nhà sản xuất đều nỗ lực giảm hệ số kéo bởi xe có hệ số kéo thấp sẽ tiêu tốn ít công suất và nhiên liệu hơn trong quá trình vận hành.
Ngắt tự động động cơ xăng là một công nghệ quan trọng trong các xe hybrid, giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải Bằng cách hạn chế tối đa việc sử dụng động cơ xăng trong quá trình hoạt động, xe hybrid không chỉ tiết kiệm nhiên liệu mà còn ngừng tiêu thụ điện năng Khi người lái nhấn vào bàn đạp tăng tốc, motor điện sẽ khởi động lại động cơ xăng một cách liền mạch, đảm bảo không có sự trì hoãn hay ảnh hưởng đến khả năng vận hành của xe.
Hệ thống kiểm soát cầm chừng xylanh (Cylinder Idling System)
Honda Civic Hybrid áp dụng hệ thống phanh tái tạo năng lượng để giảm sự kéo của động cơ, cho phép động cơ điện thu được nhiều năng lượng hơn trong quá trình phanh Khác với động cơ xăng thông thường, động cơ Civic Hybrid sử dụng hoạt động bơm của xylanh để phanh trong quá trình xuống dốc, từ đó chuyển hóa năng lượng từ động cơ điện để nạp ắc-quy.
Có thể giảm sự kéo động cơ bằng cách sử dụng khớp ly hợp trên xe số sàn hoặc đặt xe ở số không với hộp số CVT Hệ thống vô hiệu xylanh của Honda thực hiện điều này bằng cách đóng van hút và xả trên 3 trong 4 xylanh, cho phép pít tông di chuyển tự do, từ đó giảm kéo động cơ và tối đa hóa năng lượng thu được từ motor điện.
Tối ưu hóa đường khí thải
Bộ xả tích hợp được lắp đặt trực tiếp vào đầu xy lanh, giúp giảm khối lượng và tối ưu hóa dòng khí xả, từ đó nâng cao hiệu suất vận hành và khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Pít tông ma sát nhỏ
Thông qua một quy trình rèn đặc biệt, ma sát ở thành xylanh được giảm thiểu, từ đó nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu Công nghệ Offset Cylinder Bores được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất, giảm ma sát khi pít tông di chuyển bên trong xylanh, góp phần vào việc tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả hơn.
Công nghệ biến thiên lưu lượng khí nạp
Nguyên lí hoạt động chính trên xe hybrid
Hộp số CVT
Hộp số CVT là từ viết tắt của “Continuously Variable Transmission”, có nghĩa là hộp số biến thiên vô cấp
Hộp số CVT là loại hộp số cho phép thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục mà không cần phân chia theo từng cấp số Khác với các hộp số ô tô truyền thống sử dụng bánh răng, hộp số CVT tạo ra tỷ số truyền thông qua dây đai và hai hệ Pulley, bao gồm Pulley sơ cấp và Pulley thứ cấp.
Hệ thống Pulley bao gồm hai ròng rọc liên kết bằng dây Curoa, cho phép ròng rọc trượt ra vào để điều chỉnh độ cao của đầu dây Sự thay đổi này ảnh hưởng đến bán kính quay, dẫn đến các tỷ số truyền khác nhau Nhờ đó, hệ Pulley có khả năng tạo ra các cấp số phù hợp với tốc độ vòng tua của động cơ.
Hộp số tự động vô cấp (CVT) và hộp số tự động có cấp (AT) đều sử dụng hệ thống thuỷ lực để điều khiển Điểm khác biệt chính giữa hai loại hộp số này là hộp số vô cấp không có các cấp số, trong khi hộp số có cấp được phân chia thành nhiều cấp số như 1, 2, 3, 4, tương tự như hộp số sàn.
Hộp số E-CVT trên Toyota Corolla Cross có cấu trúc ròng rọc thay đổi kích thước tùy theo nhu cầu điện năng của xe Khi một ròng rọc lớn hơn, ròng rọc còn lại sẽ nhỏ lại, tạo ra sự linh hoạt trong việc điều chỉnh hiệu suất vận hành.
41 đều không cố định nên chúng có thể cung cấp vô số tỷ số truyền, ngược lại với loại tự động có số bánh răng cố định
Hình 3 4 Nguyên lí thay đổi tỉ số truyền
Bằng cách thay đổi kích thước pulley Từ đó tạo ra tỉ số truyền phù hợp thay đổi linh hoạt với từng chế độ làm việc của xe
Có tác dụng tạo ra áp suất để thay đổi tỉ số truyền của hộp số.
Bộ chia công suất
Cụm bánh răng hành tinh trong bộ phân chia công suất có vai trò quan trọng trong việc phân chia công suất từ động cơ chính của xe thành hai thành phần: cơ và điện Các bánh răng hành tinh này có khả năng truyền công suất đến động cơ chính, động cơ điện – máy phát, và các bánh xe chủ động trong nhiều điều kiện khác nhau Chúng hoạt động như một hộp số vô cấp (CVT), giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng vận hành của xe.
Hình 3 6 Vị trí bộ chia công suất
MG1 có vai trò nạp điện cho ắc quy điện áp cao và cung cấp năng lượng cho MG2, hoạt động như một mô tơ khởi động động cơ chính và điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh tương tự như CVT MG2 dẫn động các bánh xe, cho phép xe tiến hoặc lùi, và trong quá trình giảm tốc và phanh, MG2 hoạt động như một máy phát, hấp thu động năng và chuyển hóa thành điện năng để nạp lại ắc quy điện áp cao Để hiểu rõ hơn về nguyên lý làm việc của PSD, cần khảo sát các chế độ hoạt động của nó.
Hình 3 7 Chế độ khởi động
Hình 3 8 Bộ PSD ở chế độ khởi động
Ngay lập tức sau khi nhấn nút khởi động hoặc hoặc nhấn bàn đạp ga để kích hoạt, hệ thống hybrid sẽ hoạt động trở lại
Motor nhỏ MG1 sẽ quay theo chiều kim đồng hồ, khiến 4 bánh răng hành tinh quay ngược chiều kim đồng hồ Khi tốc độ tăng, momen tác động lên cần giữ 4 bánh răng hành tinh làm cho cần bắt đầu xoay, qua đó khởi động động cơ nhờ kết nối với trục khuỷu 4 bánh răng hành tinh cũng ăn khớp với vành răng ngoài, nhưng động năng không truyền cho vành răng ngoài, dẫn đến việc bánh răng chỉ quay quanh trục mà không dịch chuyển Trong trường hợp bánh xe đã chuyển động, quá trình khởi động vẫn diễn ra tương tự, nhưng motor nhỏ cần ít năng lượng hơn để khởi động động cơ.
Hình 3 9 Chế độ chay êm
Hình 3 10 Bộ PSD ở chế độ chạy êm
Mặc dù quá trình này có vẻ giống như “Khởi động”, nhưng thực chất chúng hoàn toàn khác nhau Công suất không được truyền từ bánh răng mặt trời mà từ vành răng bao Motor lớn, hay MG2, nhận điện năng từ ac-quy HV để tạo ra momen quay vành răng bao, từ đó cung cấp công suất cho các bánh xe Động năng từ vành răng bao làm quay 4 bánh răng hành tinh Trong trường hợp MG1 ở trung tâm được giữ lại nhờ năng lượng điện, 4 bánh răng hành tinh sẽ quay và làm quay động cơ Tuy nhiên, MG1 thực tế quay tự do, dẫn đến việc các bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh cũng quay tự do quanh trục của chúng.
Hình 3 11 Chế độ tăng tốc
Khi xe tăng tốc, cả động cơ lớn và động cơ nhiệt cùng cung cấp năng lượng cho bánh xe, trong khi động cơ nhỏ hoạt động như một máy phát điện, tạo ra điện năng cho động cơ lớn MG2 sử dụng ngay lập tức.
Sự chuyển đổi linh hoạt giữa máy phát và động cơ điện mang lại lợi ích lớn cho tuổi thọ của ắc quy, đồng thời giảm thiểu quá trình phóng nạp điện của ắc quy.
+ Chế độ chạy theo trớn:
Hình 3 13 Chế độ thấp ổn định
Chế độ chạy theo trớn trong bộ PSD tương tự như chế độ “Tăng tốc”, nhưng tiêu thụ ít năng lượng hơn Trong chế độ này, số vòng quay của động cơ nhiệt giảm, dẫn đến việc các bánh răng hành tinh quay ngược lại Quá trình này tiếp diễn cho đến khi tốc độ của xe giảm xuống.
49 thấp hơn 42 MPH, lúc này động cơ nhiệt sẽ ngừng hoạt động và hệ thống chuyển sang chế độ “Thả trôi”
Hình 3 15 Bộ PSD ở chế độ chạy lùi
Khi động cơ nhiệt ngừng hoạt động, motor nhỏ sẽ quay để dẫn động các bánh răng hành tinh, khiến motor lớn quay ngược lại Mặc dù động cơ nhiệt có thể khởi động khi xe chạy lùi, chế độ chạy lùi vẫn tiếp tục diễn ra Động cơ điện nhỏ chỉ cần quay nhanh hơn để bù đắp sự thay đổi tốc độ bên trong, giữ cho xe chuyển động ổn định Thiết kế này đơn giản nhưng tinh tế, mang đến nhiều chế độ linh hoạt với chỉ một vài bộ phận nhỏ hoạt động liên tục và bền bỉ.
+ Chế độ chạy lùi khi động cơ nhiệt đang hoạt động
Trong chế độ "Chạy lùi" của bộ PSD, động cơ nhiệt có thể khởi động tại một số thời điểm, dẫn đến việc giảm động năng có ích truyền đến bánh xe Tuy nhiên, việc khởi động động cơ đồng thời cung cấp nhiệt năng và điện năng, nên điều này là chấp nhận được Chế độ này mang lại sự tiện lợi vượt trội vì đã loại bỏ hoàn toàn số lùi truyền thống như trên các loại xe khác.
+ Chế độ thả trôi xe:
Khi tốc độ xe giảm xuống dưới 42 MPH và không còn cần năng lượng từ các nguồn động lực, động cơ nhiệt sẽ tắt hoàn toàn, nhưng các bánh răng hành tinh vẫn tiếp tục hoạt động.
Để giữ cho động cơ điện quay tự do, cần đứng yên và tiếp tục quay, tương tự như xe số sàn khi về số 0.
lít với hệ thống điều phối van biến thiên kép (Dual VVT-i) và chu trình
Toyota Corolla Cross được trang bị động cơ xăng 1.8L với công suất 97 mã lực và mô-men xoắn 142 Nm, kết hợp với mô-tơ điện 53 mã lực và mô-men xoắn 163 Nm Khi cả hai nguồn năng lượng hoạt động cùng nhau, xe mang lại khả năng vận hành vượt trội hơn hẳn so với phiên bản chỉ sử dụng động cơ xăng.
2.3 Motor điện Động cơ Truyền động Điện là một loại động cơ đồng bộ xoay chiều sử dụng nam châm neodymium vĩnh cửu và một rôto bao gồm các tấm thép điện từ xếp chồng lên nhau
Cấu tạo của động cơ DC không chổi than
Động cơ BLDC, giống như các động cơ đồng bộ thông thường, có các cuộn dây được bố trí lệch nhau 120 độ trong stator Các nam châm được gắn chắc chắn vào rotor để tạo ra từ trường kích thích cho động cơ Điểm khác biệt nổi bật của động cơ BLDC so với các động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khác là yêu cầu cảm biến vị trí rotor để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả.
Stator của động cơ BLDC bao gồm lõi sắt được làm từ những lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau và dây quấn Cách quấn dây của động cơ BLDC khác biệt so với động cơ xoay chiều 3 pha thông thường, điều này tạo ra sức phản điện với hình dạng đặc trưng là hình thang.
Rotor : Về cơ bản, rotor không khác so với những động cơ nam châm vĩnh cửu khác
Cảm biến Hall là thiết bị quan trọng trong việc xác định vị trí của từ trường rotor trong động cơ không chổi than (BLDC) Do đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang, cấu hình điều khiển của động cơ cần cảm biến để đồng bộ hóa các pha của cuộn dây stator Đặc biệt, cảm biến Hall được lắp đặt trên stator thay vì rotor, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.
Nguyên lý hoạt động của động cơ brushless
Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC dựa trên sự tương tác giữa từ trường do stato tạo ra và nam châm vĩnh cửu trên rotor Khi dòng điện đi qua một trong ba cuộn dây stato, nó sẽ tạo ra cực từ hút nam châm vĩnh cửu gần nhất có cực từ trái dấu Rotor sẽ tiếp tục quay khi dòng điện chuyển sang cuộn dây liền kề, và việc cấp điện tuần tự cho mỗi cuộn dây sẽ giúp rotor quay theo từ trường quay.
Để tăng cường lực tương tác, hai cuộn dây sẽ được cấp điện đồng thời, với thứ tự chuyển tiếp giữa các cuộn dây được điều khiển bởi mạch điều khiển của motor không chổi than.
Cấu trúc hình chữ V của các nam châm trong động cơ không chổi than tối ưu hóa công suất và mô-men xoắn, mang lại hiệu suất truyền động cao.
Động cơ không chổi than (BLDC) thường có 3 cuộn dây trên stato, dẫn đến việc có 6 dây dẫn điện kéo dài từ các cuộn dây này Trong số đó, 3 dây được kết nối bên trong với 3 dây còn lại để kéo dài từ thân động cơ Việc đấu dây trong vỏ của động cơ BLDC phức tạp hơn so với việc chỉ kết nối các cực âm và dương của nguồn điện.
Động cơ không chổi than (BLDC) có nhiều ưu điểm nổi bật, trong đó tính hiệu quả là một trong những lợi thế lớn nhất, cho phép điều khiển liên tục ở lực quay tối đa, khác với động cơ chổi than chỉ đạt mô men xoắn cực đại tại một số điểm nhất định Khả năng kiểm soát hoạt động tốt của động cơ BLDC nhờ cơ chế phản hồi giúp phân phối chính xác mô men xoắn và tốc độ quay, từ đó giảm tiêu thụ năng lượng và nhiệt sinh ra Điều này cũng kéo dài tuổi thọ của pin trong các ứng dụng sử dụng nguồn điện pin Hơn nữa, động cơ BLDC có độ bền cao và ít tạo ra tiếng ồn do không có chổi than, trong khi động cơ chổi than thường gặp vấn đề về mài mòn và tạo tia lửa, gây tiếng ồn điện Chính vì vậy, động cơ BLDC thường được ưa chuộng trong các ứng dụng cần tránh nhiễu điện.
Máy phát điện kiểu đồng bộ xoay chiều chủ yếu được sử dụng để sạc pin và cung cấp năng lượng cho động cơ điện khi cần thiết Để đạt công suất tối ưu cho động cơ, máy phát phải quay ở tốc độ cao, với phạm vi vòng/phút có thể tăng từ 6.500 lên đến 10.000 vòng/phút.
Tốc độ vòng/phút cao hơn không chỉ nâng cao khả năng cung cấp điện ở dải tốc độ trung bình mà còn cải thiện khả năng tăng tốc ở dải tốc độ thấp Điều này giúp cung cấp nhiều năng lượng hơn khi cần thiết mà không cần tiêu tốn thêm nhiên liệu trong động cơ xăng.
2.5 Phối hợp motor điện và máy phát điện
Cụm motor điện – máy phát số 1 (MG1) có vai trò quan trọng trong việc nạp điện cho ắc quy điện áp cao và cung cấp năng lượng cho MG2 MG1 không chỉ khởi động động cơ đốt trong mà còn điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh, hoạt động tương tự như một hộp số vô cấp (CVT).
Tổ hợp motor điện – máy phát số 2 (MG2) có vai trò quan trọng trong việc dẫn động các bánh xe chủ động, giúp xe tiến hoặc lùi Trong quá trình giảm tốc và phanh, MG2 hoạt động như một máy phát, hấp thu động năng và thực hiện quá trình phanh tái sinh năng lượng, chuyển hóa năng lượng này thành điện năng để nạp lại cho ắc-quy điện áp cao.
Toyota sử dụng một môtơ đồng bộ xoay chiều 3 pha, là môtơ không chổi than DC hiệu suất cao với dòng AC Môtơ này được cấu tạo từ các nam châm vĩnh cửu và rôto làm từ tấm thép điện từ, tạo nên công suất cao Nhờ vào cách bố trí tối ưu của các nam châm vĩnh cửu, mômen dẫn động được cải thiện và công suất tăng lên Cả hai môtơ MG1 và MG2 đều có kích thước gọn nhẹ, thuộc loại đồng bộ nam châm vĩnh cửu với hiệu suất cao trong dòng điện xoay chiều.
Hình 2 7 Máy phát xe hybrid
