25 lê võ văn nhật tiểu luận cuối kỳ ô tô hybrid

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

BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC
Ô TÔ HYBRID

GVHD: GS. TSKH Bùi Văn Ga.
SVTH: Lê Võ Văn Nhật.
Nhóm:18.17
MSSV: 103180040.

Đà Nẵng, ngày 20-11-2021.


Mục lục


Lời nói đầu
Năm 2021 thế giới đang chịu tác động rất lớn từ thiên nhiên môi trường, đại dịch
Covid 19 vẫn đang hồnh hành mà khơng có dấu hiệu suy giảm. Theo nhiều
chuyên gia quốc tế, Việt Nam hiện nay đang phải đương đầu với nhiều vấn đề môi
trường nghiêm trọng như nạn phá rừng, sói mịn đất, việc khai thác quá mức
nguồn tài nguyên ven biển đe dọa tới các hệ sinh thái, sự đa dạng sinh học và sự
cạn kiệt nguồn gien. Thực trạng môi trường này đi cùng với vấn đề biến đổi khí
hậu, nước biển dâng đang đặt ra những vấn đề nóng bỏng thách thức đối với sự
phát triển nhanh và bền vững của Việt nam trong thời gian tới (Việt Nam được
đánh giá là một trong năm nước chịu tác động mạnh nhất của vấn đề biến đổi khí
hậu). Trong đó ơ nhiễm từ khí thải phương tiện Giao thơng ngày một tăng cao, giải
pháp sử dụng xe điện những năm gần được quan tâm hàng đầu, tuy nhiên thách
thức sử dụng phương tiện này rất lớn.

Sau khi kết thúc mơn học Ơ tơ Hybrid và nhận được chủ đề báo cáo và chọn đề tài
đó là Phần 1. Lịch sử phát triền accu và dự báo khả năng lưu trữ và giá thành accu
trong tương lai và Phần 2. Thiết kế sơ bộ xe máy hybrid.
Cảm ơn thầy Bùi Văn Ga hướng dẫn tận tình, giúp em tìm hiểu sâu hơn về
ơ tơ hybrid, trong q trình viết báo cáo khơng thể tránh được sai sót, cùng với
nhận thức của bản thân cịn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những
sai sót nhầm lẫn khơng mong muốn. Kính mong thầy xem xét góp ý và sửa chữa
giúp bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn.


Phần 1. Lịch sử phát triền accu và dự báo khả năng lưu trữ và
giá thành accu trong tương lai.
1.1 Lịch sử phát triển accu:
• Năm 1740 Pin đầu tiên trên thế giới:
Trước khi Benjamin Franklin phát hiện ra điện vào những năm 1740, khái
niệm về pin có thể đã xuất hiện từ 2.000 năm trước. Năm 1983, một nhóm các nhà
khảo cổ học đã phát hiện ra một bộ sưu tập các lọ đất nung ở Khujut Rabu, một
ngôi làng gần Baghdad. Những chiếc bình chứa những tấm đồng được cuộn lại
bằng một thanh sắt. Wilhelm König, một trong những nhà khảo cổ học người Đức,
đã thảo luận về khả năng kết hợp đồng và sắt này như một dạng tế bào galvanic
được sử dụng làm pin. Khi trộn lẫn với một chất lỏng có tính axit, đồng và sắt có
thể tạo ra phản ứng hóa học dẫn đến dòng điện. Người ta cho rằng dạng pin sớm
nhất này có thể đã được dùng để mạ vàng thành các đồ tạo tác của nền Văn minh
Parthia. Vương triều Parthia tồn tại từ năm 250 trước Công nguyên đến năm 250
sau Cơng ngun.

Hình. 1-1. Viên pin của người Parthian.

• Năm 1786: Cặp chân nhái đã chết nhưng biết cử động.
Luigi Galvani, một nhà vật lý người Ý, đã phát hiện ra một gợi ý mở

đường cho ý tưởng về pin. Galvani đang mổ xẻ một con ếch được gắn vào
một cái móc bằng đồng với một con dao mổ bằng sắt, và khi anh ta chạm
vào chân của con ếch, cái chân đó co giật. Nhà vật lý tin rằng điều này là do
"điện động vật", trong đó năng lượng kích hoạt chuyển động đến từ chính
4


chân. Điều này đã bị phản đối rất nhiều bởi Alessandro Volta, người tin
rằng hiện tượng này là do hai kim loại khác nhau và một chất dẫn ẩm gây
ra. Volta đã xác minh khái niệm này thông qua một thí nghiệm mà ơng đã
cơng bố vào năm 1791.

Hình. 1-2.Các điện cực chạm vào một con ếch và chân co lại theo vị trí hướng lên
(Nguồn ảnh: Trang web Wikipedia)
• Năm 1800: "Pin Volta" - Pin đầu tiên của nhân loại ra đời.
Alessandro Volta (1745-1827) là giáo sư vật lý tại Đại học Pavie, Italy.
Trước đó, Volta đã có nhiều nghiên cứu nhằm tăng cường tính điện của chai
Laiden. Trước đó, ơng đã đề xuất mơ hình "súng lục bắn điện" nhằm thực hiện liên
lạc đường dài. "Khẩu súng luc điện" được nối với một sợi dây sắt được đặt trên
các cọc gỗ kéo dài từ Milan đến Como, Italy. Đầu cuối của dây sắt được nối với
một chai chứa đầy khí methane. Khi muốn gửi một thơng điệp được mã hóa, "súng
lục điện" sẽ "bắn" một tia lửa điện và người nhận sẽ "đọc" được các thông điệp
trên chai chứa mê tan. Dù vậy, mơ hình của ơng khơng hề được chế tạo thực sự.

5


Hình. 1-3.Alessandro Volta (1745-1827) là giáo sư vật lý tại Đại học Pavie, Italy,
cha đẻ của pin.
Năm 1800, Volta đã thực hiện một loạt các thử nghiệm dùng kẽm, chì, thiếc

và sắt làm tấm tích điện âm (cathode); và đồng, bạc, vàng, than chì như một tấm
tích điện dương (anode). Sau đó, ơng xếp các tấm trái cực xen kẽ với nhau, ngăn
cách bởi miếng giấy xốp tẩm dung dịch muối ăn. Cuối cùng, ông nối điểm đầu với
điểm cuối với một sợi dây dẫn và nhận thấy có 1 dịng điện chạy qua. Đây chính là
viên pin đầu tiên của nhân loại được mang tên là "pin Volta". Sở dĩ danh từ pin
hay chính xác hơn là pile được đặt cho thiết bị này chính là do đây là 1 chồng các
miếng trịn bằng đồng và kẽm có hình dáng như một chiếc cọc.

6


Hình. 1-4.Mơ hình pin đầu tiên của Volta cịn được bảo tồn đến ngày nay.
• Năm 1820: Pin di động Daniell.
Nhà hóa học người Anh John Frederic Daniell đã mở đường để khắc phục
hạn chế của pile bằng cách phát minh ra Tế bào Daniell. Các bọt hiđro được loại
bỏ bằng cách sử dụng dung dịch điện phân thứ hai do vật dẫn thứ nhất tạo ra.
Daniell Cell đã sử dụng đồng sunfat ngâm trong một bình đất nung khơng tráng
men chứa đầy điện cực kẽm và axit sunfuric. Vì được làm bằng vật liệu xốp nên
bình đất nung cho phép các ion đi qua nhưng ngăn không cho các dung dịch trộn
lẫn. Daniell Cell cũng là pin đầu tiên kết hợp thủy ngân, được sử dụng để giảm ăn
mòn. Loại pin này tạo ra 1,1 vôn và ban đầu được sử dụng để cung cấp năng lượng
cho các thiết bị liên lạc.

7


Hình. 1-5.Tế bào Daniell, 1836.

• Năm 1838: Tế bào nồi xốp.
Một nhà sản xuất nhạc cụ có trụ sở tại Liverpool, John Dancer, đã sử dụng

thiết kế của Daniell Cell. Pin này được cấu tạo bởi một cực dương kẽm ở giữa
được ngâm vào một bình đất nung có chứa dung dịch kẽm sunfat. Nồi đất nung
xốp được nhúng vào dung dịch đồng sunfat chứa bên trong lon đồng. Đồng có thể
hoạt động như cực âm của tế bào. Các ion đi qua rào cản xốp nhưng các dung dịch
không bị trộn lẫn với nhau.

8


Hình. 1-6.Cell Daniell.
• Năm 1859: Sự xuất hiện của pin axit chì.
Tất cả các loại pin được phát minh trước đây đều là các tế bào chính, và do
đó chúng bị tiêu hao vĩnh viễn sau khi tiêu hết các phản ứng hóa học. Gaston
Planté đã giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra loại pin đầu tiên có thể sạc lại
được: Pin Axit-Chì. Bằng cách truyền dịng điện sạc và xả trong tế bào, pin có thể
cung cấp năng lượng trong thời gian dài hơn. Một nhà khoa học tên là Camille
Alphonse Fauretăng cường pin axít chì. Faure đã thiết kế một ô bao gồm một
9


mạng lưới chì, trong đó bột chì oxit được ép. Các lớp của các tổ hợp tấm này được
xếp chồng lên nhau để có hiệu suất cao hơn. Mơ hình đầu tiên cho pin axit-chì bao
gồm hai tấm chì được chia bởi các dải cao su tạo thành một hình xoắn ốc. Ắc quy
axit-chì lần đầu tiên được sử dụng để cung cấp năng lượng cho đèn chiếu sáng trên
toa tàu.

Hình. 1-7. Pin ướt có thể sạc được của nhà vật lý người Pháp Gaston Planté.
• Năm 1866: Tế bào Leclanché, Pin kẽm carbon.
Nhà khoa học người Pháp Georges Leclanché đã phát minh ra một loại pin
bao gồm một cực dương kẽm với một cực âm mangan điơxít được bọc bên trong

một vật liệu xốp. Tế bào sử dụng dung dịch amoni clorua làm chất điện phân. Với
carbon được trộn vào cathode mangan dioxide, loại pin này có khả năng hấp thụ
nhanh hơn và thời hạn sử dụng lâu hơn. Leclanché đã cải tiến loại pin này bằng
cách thay thế chất điện phân lỏng thành một phiên bản pastier, dẫn đến việc tạo ra
loại pin khơ đầu tiên. Nó có thể được sử dụng theo các hướng khác nhau và vận
chuyển mà không bị đổ.

10


Hình. 1-8 Tế bào Leclanche.
• Năm 1886: Phiên bản tế bào Leclanché của Carl Gassner.
Pin khô là một loại pin điện, được sử dụng phổ biến cho các thiết bị điện di
động. Nó được phát triển vào năm 1886 bởi nhà khoa học người Đức Carl
Gassner, sau khi phát triển pin kẽm-carbon ướt bởi Georges Leclanché vào năm
1866. Phiên bản hiện đại được phát triển bởi Sakizō Yai người Nhật Bản vào năm
1887.
Tế bào khô sử dụng chất điện phân dạng sệt, chỉ có đủ độ ẩm để cho dịng
điện chạy qua. Khơng giống như ơ ướt, ơ khơ có thể hoạt động theo bất kỳ hướng
nào mà không bị đổ, vì nó khơng chứa chất lỏng tự do, nên phù hợp với thiết bị di
động. Để so sánh, các tế bào ướt đầu tiên thường là các hộp thủy tinh dễ vỡ với
các thanh chì treo ở phần trên cùng và cần được xử lý cẩn thận để tránh rơi vãi.
Pin axit-chì khơng đạt được độ an tồn và tính di động của tế bào khơ cho đến khi
pin gel phát triển. Tế bào ướt đã tiếp tục được sử dụng cho các ứng dụng tiêu hao
nhiều nước, chẳng hạn như khởi động động cơ đốt trong, vì việc ức chế dịng điện
có xu hướng làm giảm khả năng hiện tại.
Một tế bào khô phổ biến là tế bào kẽm-cacbon, đôi khi được gọi là tế bào
Leclanché khô, với điện áp danh định là 1,5 vôn, giống như tế bào kiềm.
• Năm 1899: Pin Nickel-Cadmium.
Waldermar Jungner, một nhà khoa học đến từ Thụy Điển, đã phát minh ra

pin niken-cadmium (NiCD) đầu tiên. Đây là một sạc pin có chứa niken và
cadmium điện ngâm trong một dung dịch kali hydroxit. Đây là loại pin đầu tiên sử
dụng chất điện phân kiềm, do đó nó mang lại cho nó khả năng tạo ra mật độ năng
lượng tốt hơn so với pin axit-chì.
Pin niken-cadmium cịn được gọi là NiCad hoặc pin có thể sạc lại . Chúng
được làm bằng hai tấm niken oxy-hydroxit và cadmium được san bằng với nhau
11


và cuộn lại trong hình trụ. Niken oxy-hydroxit là cực dương và cadimi là cực âm.
Chất điện phân được gọi là kali hydroxit gây ra sự tích điện giữa cực dương và cực
âm.

Hình. 1-9 Thành phần pin niken cadmium.

• Năm 1903: Pin Edison.
Một nhà khoa học nổi tiếng người Mỹ, Thomas Edison, đã nhặt được tế bào
niken-sắt mà Jungner thiết kế và tạo ra một phiên bản được cấp bằng sáng chế
khác của nó. Edison đã sử dụng một tế bào kiềm với sắt làm cực dương và niken
oxit làm cực âm. Ông cũng sử dụng clorua kali làm chất dẫn điện. Ban đầu, pin
Edison dành cho ô tô. Tuy nhiên, nó được sử dụng nhiều hơn trong thị trường công
nghiệp và đường sắt, đủ mạnh để tồn tại trong thời kỳ sạc quá mức và không sạc.

12


Hình. 1-10. Pin Edison.
• Năm 1955: Sự xuất hiện của pin kiềm.
Pin có chất điện phân kiềm (chứ khơng phải axit) được phát triển lần đầu
tiên bởi Waldemar Jungner vào năm 1899, và, làm việc độc lập, Thomas Edison

vào năm 1901. Loại pin khơ kiềm hiện đại sử dụng hóa học kẽm / mangan đioxit
được phát minh bởi kỹ sư người Canada Lewis Urry trong Những năm 1950 ở
Canada trước khi ông bắt đầu làm việc cho bộ phận Pin Eveready của Union
Carbide ở Cleveland, OH , dựa trên công việc trước đó của Edison.Vào ngày 9
tháng 10 năm 1957, Urry, Karl Kordesch, và PA Marsal đã nộp bằng sáng chế của
Hoa Kỳ (2.960.558) cho pin kiềm. Nó được cấp vào năm 1960 và được giao cho
Union Carbide Corporation.
Khi được giới thiệu vào cuối những năm 1960, điện cực kẽm của pin kiềm
(chung với các tế bào kẽm cacbon phổ biến lúc bấy giờ) có một màng bề mặt là
hỗn hống thủy ngân. Mục đích của nó là để kiểm sốt hoạt động điện phân tại các
vị trí có tạp chất, điều này sẽ làm giảm thời hạn sử dụng và thúc đẩy rò rỉ. Với việc
giảm hàm lượng thủy ngân được yêu cầu bởi các cơ quan lập pháp khác nhau, nó
trở nên cần thiết để cải thiện đáng kể độ tinh khiết và tính nhất quán của kẽm.
13


Hình. 1-11Pin kiềm.
• Năm 1912: Pin Lithium và Lithium-Ion.
Các pin lithium đã được đề xuất bởi nhà hóa học người Anh M. Stanley
Whittingham. Whittingham bắt đầu nghiên cứu dẫn đến bước đột phá của mình tại
Đại học Stanford. Đầu những năm 1970, ông đã khám phá ra cách lưu trữ các ion
liti bên trong các lớp của vật liệu disunfua. Sau khi được Exxon tuyển dụng, anh
ấy đã cải thiện sự đổi mới này. Whittingham sử dụng titan (IV) sulfua và kim loại
liti làm điện cực. Tuy nhiên, loại pin lithium có thể sạc lại này khơng bao giờ có
thể trở thành hiện thực.
Sự xen phủ thuận nghịch trong than chì được phát hiện trong thời gian 1974–76
bởi JO Besenhard tại TU Munich . Besenhard đề xuất ứng dụng của nó trong tế
bào lithium.
Năm 1991, Sony và Asahi Kasei đã phát hành pin lithium-ion thương mại đầu tiên.

14


Năm 2012 John B. Goodenough, Rachid Yazami và Akira Yoshino đã nhận được
Huy chương IEEE 2012 về Công nghệ Môi trường và An tồn vì đã phát triển pin
lithium ion; Goodenough, Whittingham và Yoshino đã được trao giải Nobel Hóa
học 2019 "cho sự phát triển của pin lithium ion".

Năm 2010, cơng suất sản xuất pin lithium-ion tồn cầu là 20 gigawatt-giờ. Đến
năm 2016, nó là 28 GWh, với 16,4 GWh ở Trung Quốc. Sản lượng vào năm 2021
được các nguồn khác nhau ước tính là từ 200 đến 600 GWh, và các dự đoán cho
năm 2023 là từ 400 đến 1.100 GWh.

Hình. 1-12. Pin lithium ion (nguồn Panasonic).
• Cơng nghệ pin tương lai.
Năm 2012, sự kiện hãng IBM (Mỹ) nghiên cứu chế tạo thành cơng pin
khơng khí (Lithium Air) được coi là dấu mốc có tính bước ngoặt của ngành chế
tạo pin.
Pin Lithium Air lấy Oxy từ khơng khí, lưu trữ vào khơng gian có kích cỡ angstrom
(tương đương 0.00000000001m) với cấu trúc nano carbon tên là Catot. Khi xả pin,
Oxy phản ứng với các ion lithi tạo thành hợp chất vô cơ lithium peroxide (Li ₂O ₂)
sinh ra điện năng. Còn khi cắm điện sạc, Oxy được thải lại vào trong khơng khí,
ion lithi cũng quay trở lại điện cực âm. Cơ chế này giúp tiết kiệm nhiên liệu và
thân thiện với mơi trường.
Ắc quy của pin khơng khí Lithium Air có vịng đời lên tới 500 lần sạc tương
đương 320.000 km. Con số này ở ắc quy truyền thống chỉ tối đa 25 lần sạc. Pin Liair còn có khả năng cung cấp 10.000 mAh bởi mỗi gam vật liệu Catot. Vì vậy, kích
thước và trọng lượng của pin có thể được tinh chỉnh tối đa để giảm gánh nặng rác
thải pin ra môi trường.

15

Hình. 1-13.Pin lithium air.
Pin nano.
Trong các loại pin thơng thường, chất lỏng và chất rắn tương tác với nhau,
gây ra hiện tượng phóng điện thấp, làm giảm tuổi thọ của pin. Để giải quyết vấn
đề này, các chuyên gia sử dụng vật liệu Nano như một lớp phủ, ngăn cách các điện
cực khỏi các chất lỏng trong pin khi pin khơng được sử dụng. Pin Nano gây kinh
ngạc với kích thước nhỏ hơn sợi tóc 80.000 lần nhưng có tuổi thọ lên tới 28.000
năm. Ngồi ra, loại pin này có thể sạc đầy chỉ sau 12 phút và tự sạc lại hàng nghìn
lần.

16


Hình. 1-14. Pin nano.
Pin cacbor-silicon.
So với than và chì, việc sử dụng vật liệu silicon cho điện cực dương giúp tăng
dung lượng lưu trữ gấp 10 lần. Tuy nhiên, silicon có nhược điểm là dễ giãn nở, co
lại hoặc vỡ thành nhiều mảnh nhỏ khi phóng điện gây hỏng pin.
Để tăng độ bền cho pin Carbon Silicon, các nhà khoa học đã cải tiến vật liệu
silicon thành hạt nano silicon, đồng thời sử dụng cấu trúc nano silicon kẹp giữa
nano carbon. Cải tiến này không chỉ làm tăng khả năng lưu trữ điện lên gấp 10 lần
mà cịn duy trì liên kết giữa các hạt nano silicon sau 500 chu kỳ hoạt động, từ đó
tăng độ bền của pin.
Vật liệu nano carbon tạo ra cơ chế đệm giúp pin carbon tăng tốc độ sạc lên 4 lần
so với pin thông thường. Công nghệ pin tương lai này sẽ tạo ra thay đổi đáng kể
cho ngành công nghiệp sản xuất ô tô, đặc biệt là xe điện thông minh.
Pin Lithium - lưu huỳnh.
Pin Lithium - lưu huỳnh có nguyên lý hoạt động cơ bản giống với pin

Lithium - ion tiêu chuẩn. Tuy nhiên, các nhà khoa học sử dụng cực âm sulphur
(lưu huỳnh) cho pin Lithium - lưu huỳnh mang lại khả năng sạc cao gấp 10 lần
nhưng ít tiêu hao năng lượng hơn các loại pin thông thường.

17


Hình. 1-15. Pin lithium-lưu huỳnh có khả năng sạc nhanh gấp 10 pin thông
thường.
Pin thể rắn solid state (SSB).
Pin thể rắn Solid State hạn chế khả năng bắt lửa và rị rỉ điện do có tính ổn định
điện hóa, mật độ năng lượng cao. Độ bền của pin thể rắn lên tới 10 năm và tốc độ
sạc nhanh gấp 6 lần so với pin thông thường.
Theo FutureBridge, pin thể rắn sẽ mở ra tương lai cho ngành công nghệ chế tạo
pin và ngành công nghiệp sản xuất xe điện. Riêng trong năm 2020 đã có tới 426
hồ sơ bằng sáng chế pin thể rắn được công bố. Tuy nhiên, giá thành cao đang là
rào cản để thương mại hóa loại pin này. Các công ty xe điện đang nỗ lực nghiên
cứu cơng nghệ sản xuất nhằm giảm chi phí cho pin thể rắn. Dự đoán đến năm
2030 hoặc sớm hơn, loại pin này sẽ bắt đầu được bán trên thị trường.

Hình. 1-16. Pin thể rắn (SSB). Nguồn SAMSUNG.
1.2 Khả năng lưu trữ của accu hiện nay và dự báo trong tương lai.
• Accu axit -chì.
18


Bạn có thể bảo quản pin axit chì kín lên đến 2 năm. Vì tất cả các pin đều tự
xả dần theo thời gian, điều quan trọng là phải kiểm tra điện áp và / hoặc trọng
lượng riêng, sau đó sạc khi pin rơi xuống trạng thái sạc 70 phần trăm, phản ánh
mạch hở 2,07V / cell hoặc 12,42V cho một gói 12V. (Trọng lượng riêng khi sạc 70

phần trăm là khoảng 1,218.) Ắc quy axit chì có thể có các giá trị khác nhau, và tốt
nhất bạn nên kiểm tra hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất. Một số nhà sản xuất
pin có thể để axit chì giảm xuống 60% trước khi sạc lại.
• Pin niken cadmium.
Niken-kim loại-hyđrua có thể được lưu trữ từ 3–5 năm. Sự sụt giảm dung
lượng xảy ra trong q trình bảo quản có thể khắc phục được một phần bằng cách
sơn lót. Nickel-cadmium lưu trữ tốt. Khơng qn Mỹ đã có thể triển khai pin NiCd
đã được lưu trữ trong 5 năm với dung lượng phục hồi tốt sau khi mồi. Người ta tin
rằng việc sơn lót trở nên cần thiết nếu điện áp giảm xuống dưới 1V / cell. Pin kiềm
và pin lithium chính có thể được lưu trữ lên đến 10 năm với mức hao hụt dung
lượng vừa phải.
• Pin lithium -ion.
Hầu như khơng có hiện tượng tự phóng điện dưới khoảng 4,0V ở 20 0C
(680F ); lưu trữ ở 3.7V mang lại tuổi thọ đáng kinh ngạc cho hầu hết các hệ thống
Li-ion. Việc tìm ra mức SoC chính xác 40–50 phần trăm để lưu trữ Li-ion không
quan trọng lắm. Ở mức điện tích 40 phần trăm, hầu hết Li-ion có OCV là 3,82V /
cell ở nhiệt độ phịng. Để có số đọc chính xác sau khi sạc hoặc xả, hãy để pin nghỉ
90 phút trước khi đọc. Nếu điều này là khơng thực tế, hãy phóng điện q mức
50mV hoặc tăng cao hơn 50mV khi sạc. Điều này có nghĩa là phóng điện đến
3,77V / cell hoặc sạc đến 3,87V / cell ở tốc độ C từ 1C trở xuống. Hiệu ứng dây
cao su sẽ giải quyết điện áp ở khoảng 3,82V. Hình 1-17 cho thấy điện áp phóng
điện điển hình của pin Li-ion.

19


Hình. 1-17.Điện áp phóng điện như một hàm của trạng thái sạc.
SoC của pin được phản ánh trong OCV. Lithium mangan oxit đọc 3,82V ở
40% SoC (25 ° C) và khoảng 3,70V ở 30% (yêu cầu vận chuyển). Nhiệt độ và các
hoạt động sạc và xả trước đó ảnh hưởng đến việc đọc. Để pin nghỉ 90 phút trước

khi đọc.
Li-ion không thể giảm xuống dưới 2V / cell trong bất kỳ khoảng thời gian
nào. Các màn chắn đồng hình thành bên trong các tế bào có thể dẫn đến hiện
tượng tự phóng điện cao hoặc đoản điện cục bộ. Nếu được sạc lại, các tế bào có
thể trở nên khơng ổn định, gây ra nhiệt độ quá cao hoặc hiển thị các hiện tượng bất
thường khác. Pin Li-ion bị căng có thể hoạt động bình thường nhưng nhạy cảm
hơn khi lạm dụng cơ học. Người sử dụng chứ không phải nhà sản xuất pin, trách
nhiệm đối với việc xử lý sai.

1.3 Giá thành pin.
Lithium-ion, hay Li-ion, là công nghệ pin được sử dụng nhiều nhất hiện
nay. Li-ion tự hào có mật độ năng lượng cao so với pin niken-cadmium cũ hơn và
việc khơng có hiệu ứng bộ nhớ, khiến pin mất dung lượng lưu trữ khi tiếp tục sử
dụng. 'Tự phóng điện' - trong đó các phản ứng hóa học nhỏ trong pin có dung
lượng thấp hơn theo thời gian, là điều tối thiểu trong cơng nghệ Li-ion.
Vì những lý do này, hầu hết các loại xe điện (EV) ngày nay đều sử dụng một số
dạng pin Li-ion. Tesla TSLA + 1,6%sử dụng hóa học lithium-niken-coban-nhơm
(NCA) của riêng mình, trong khi lithium-niken-mangan-coban (NMC) phổ biến
trong phần còn lại của lĩnh vực xe điện, do LG Chem và SK Innovation sản xuất.
20


Thật không may, tuổi thọ của Li-ion vẫn không đặc biệt dài và bị suy giảm
đáng kể trong vài năm đầu tiên. Năm năm sử dụng rộng rãi có thể khiến pin ở mức
70% -90% dung lượng ban đầu. Pin Li-ion vẫn là một phương tiện năng lượng đắt
tiền, với tiêu chuẩn công nghiệp dao động khoảng 137 USD / kilowatt-giờ (kWh)
vào năm 2020. Các cell pin NCA tiên tiến của Tesla được cho là có giá gần 100
USD / kWh. Điều đó nói lên rằng, chi phí đã trải qua một chặng đường dài: năm
2010, giá pin là 1.100 USD / kWh, giảm 90% trong vòng mười năm. Nhưng sự sụt
giảm đó khơng bền vững trong thập kỷ tới.

Hình. 1-18.Giảm chi phí pin theo thời gian tính bằng đơ la trên mỗi kilowatt giờ.
Theo Bloomberg New Energy Finance (BNEF), mức giá 101 USD / kWh là
nơi mà xe điện sẽ có giá cạnh tranh với động cơ đốt trong. Ngưỡng này dự kiến sẽ
vượt qua trong khoảng thời gian từ 2023-2025, nhưng câu hỏi vẫn cịn đó liệu hóa
học pin Li-ion có thể được cải thiện qua thời điểm này hay khơng.
Báo cáo cho biết giá gói pin Lithium-ion trung bình là 132 USD / kwh vào
năm 2021 — giảm từ 140 USD / kwh vào năm 2020 — và 101 USD / kwh trên cơ
sở cell, báo cáo cho biết.
Tuy nhiên, giá nguyên liệu thô cao hơn đã đẩy giá trở lại, theo báo cáo, dự
đốn giá gói trung bình 135 đơ la / kwh cho năm 2022. Điều đó có nghĩa là thời
điểm giá giảm xuống dưới 100 đô la / kwh — thường được coi là một cột mốc
quan trọng đối với khả năng chi trả của xe điện - bị trì hỗn hai năm.
Dự đốn giá cell pin trung bình sẽ giảm xuống dưới 100 USD / kwh vào năm
2024, cho phép các nhà sản xuất ô tô sản xuất ô tô điện đạt mức giá ngang bằng
với xe chạy xăng. Một nghiên cứu năm 2020 cho thấy chi phí vẫn là rào cản lớn
nhất đối với việc áp dụng xe điện.

21


Sản xuất pin đang làm căng thẳng nguồn cung coban, với những lo ngại về
việc liệu quá trình khai thác - do Cộng hòa Dân chủ Congo (DRC) thống trị - có
trách nhiệm với mơi trường hoặc xã hội hay khơng. Các nhà sản xuất sẽ cần tìm
các nguồn khác.
Cũng đã có những sự cố an tồn được ghi nhận khiến công chúng e ngại khi sử
dụng súng, mặc dù sự cố thực tế về pin Lithium quá nóng hiếm khi xảy ra so với
số lượng đang được sử dụng. Đó là những nhược điểm của những gì cách đây
khơng lâu là tiên tiến.
Các nhà khoa học tin rằng tương lai - loại pin 50 USD / kWh trở xuống - nằm ở

nơi khác.
Nghiên cứu đang được tiến hành và các nguyên mẫu đang được phát triển, nhưng
có thể phải mất một thập kỷ trước khi một thiết bị thể rắn có sẵn cho nhu cầu tiêu
dùng cơng cộng: các chun gia ước tính cơng nghệ thể rắn sẽ có giá từ $ 800 /
kWh đến ~ $ 400 / kWh vào năm 2026.

22


Phần 2. Thiết kế sơ bộ xe máy hybrid.
2.1 Vấn đề đặt ra.
Việt Nam là một quốc gia điển hình ở khu vực và trên thế giới về sử dụng
xe mô tô, xe gắn máy khi chiếm tới 95% tổng số xe cơ giới. Đây là loại phương
tiện đi lại được nhiều người dân lựa chọn bởi dễ sử dụng, khả năng cơ động và giá
thành hợp lý. Kết quả điều tra sơ bộ tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh cho
thấy, người dân sử dụng xe mơ tơ, xe gắn máy di chuyển từ 2-4 lượt/ngày. Bình
qn mỗi người dân Hà Nội di chuyển 20-25 km/ngày và khoảng 7250 km/năm;
người dân thành phố Hồ Chí Minh di chuyển 25-30 km/ngày và khoảng 8.700
km/năm bằng xe mô tô, xe gắn máy.
Bên cạnh những lợi ích mà xe mơtơ, xe gắn máy mang lại thì đây cũng là
nguồn chính thải ra các chất độc hại như CO, HC, VOC, NOx, ... gây ơ nhiễm
khơng khí đặc biệt là ở các đơ thị nơi có mật độ phương tiện tham gia giao thông
lớn.
Dưới tác động của môi trường ngày càng lớn, phương tiện giao thông ngày
ngày được các nước khắc khe hơn trong việc giảm khí thải ơ nhiễm, chính vì lẽ thế
giải pháp được các hãng xe lớn đưa ra là mô tô Hybrid. Tất cả các động cơ hybrid
đều cho phép chúng ta tận hưởng cả hai phần của từng loại động cơ. Một mặt,
chúng ta có sức mạnh và quyền tự chủ mà nhiên liệu hóa thạch mang lại cho
chúng ta và mặt khác, tính bền vững của năng lượng tái tạo. Cũng giống như
chúng ta đã nói về ơ tơ điện và ơ tơ hybrid, hơm nay chúng ta phải nói về xe máy

hybrid. Hiện nay các hãng sản xuất xe máy như Honda, Yamaha, Kawasaki,.. điều
đang chú trọng đến sản phẩm mô tô hybird của mình.
Honda đã phát triển chiếc xe máy hybrid đầu tiên trên thế giới, * PCX
Hybrid được trang bị hệ thống hybrid độc quyền của Honda, để mang lại niềm vui
di chuyển mới. Pin công suất cao và động cơ khởi động ACG hỗ trợ động cơ nhận
ra mô-men xoắn cao trong một gói nhỏ gọn khơng lớn hơn PCX thơng thường.
Ngoài việc cân bằng phản ứng ga nhanh nhẹn và hiệu suất cao cùng với sự tiện lợi
vượt trội.

23


Hình. 2-19. Xe PCX Hybrid của hãng HONDA.
2019 Honda PCX Hybrid Specs, có thơng số kỹ thuật.
Động cơ đốt trong:
-

Xylanh đơn 4 thì
Dung tích: 124cc
Đường kính x: 52,4 x 57,9mm
Tỷ số nén: 11,0: 1
Công suất cực đại: 12,1 mã lực @ 8500 vịng / phút
Mơ men xoắn cực đại: 8,9 ft / lbs @ 5000 vòng / phút

Phần động cơ ĐIỆN:
-

Bộ truyền động điện
Pin: 48V lithium ion
Công suất tối đa: 1,9 mã lực @ 3000 vịng / phút

Mơ-men xoắn cực đại: 3,2 ft / lbs @ 3000 vòng / phút.

Từ thông số kỹ thuật trên Xe hybrid này kết hợp hoạt động của một động
cơ đốt trong phun xăng điện tử 124cc và một động cơ điện kiểu xoay chiều đồng
24


bộ gắn trực tiếp vào bánh sau của xe. Hệ thống sử dụng Pin: 48V lithium ion để
lưu trữ năng lượng. Khi chạy trên đường bằng phẳng trong thành phố, một mình
động cơ điện sẽ dẫn động xe chạy với tốc độ đạt 60 km/h. Khi cần lực phát động
lớn như tăng tốc hoặc lên dốc thì động cơ đốt trong sẽ kết với động cơ điện thông
qua bộ truyền động đai vô cấp để tăng thêm công suất kéo. Để tận dụng năng
lượng, khi xe giảm tốc hoặc xuống dốc thì động cơ điện sẽ trở thành máy phát điện
nạp điện vào accu. Chúng ta thấy được tính ưu việc của động cơ Hybird trên mô
tô, xe máy phù hợp với thị trường nhu cầu sử dụng các nước như Việt Nam, Lào,
… Bởi thế mô tô hybrid trong tương lai sẽ thay thế dần cho động cơ đốt trong, và
sự phát triển tiến bộ trên công nghệ hybrid trong tương lai ln ln được quan
tâm. Để tìm hiểu về sơ bộ về thiết kế moto hybrid chúng ta sẽ đi sâu vào các phần
tiếp theo.
2.2 Tính tốn thiết kế xe gắn máy hybird:
Theo quy định của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 14:2015/BGTVT.
Khối lượng tính tốn cho một người ngồi trên xe được xác định theo quy định của
nhà sản xuất nhưng không nhỏ hơn 65 kg đối với xe bố trí hai chỗ ngồi, khơng nhỏ
hơn 75 kg đối với xe bố trí một chỗ ngồi. Như vậy nếu tính cả xe và người thì khối
lượng tổng cộng khoảng 240kg (chở 2 người). và tốc độ quy định tối đa 60 km/h.
2.2.1 Xác định động cơ điện
Công suất cần thiết của động cơ dùng để tạo ra lực kéo (kí hiệu FM) thắng lực cản
lăn của mặt đường (FL), lực cản lên dốc (FD), lực cản gió (FG) và lực qn tính
khi tăng tốc (F Q).
Phương trình cân bằng lực được viết như sau:

FM = FL + FD + FG + FQ (1)
Lực cản lăn được tính: FL = f.G
với f là hệ số cản lăn và G=2400N là tổng trọng tải của xe, f=0,20 là hệ số cản lăn
trên đường nhựa khơng, do đó FL = 2400.0,020 = 48 (N).
Lực cản lên dốc được tính: FD = G.sinα với sinα là độ dốc của mặt đường, nếu độ
dốc chọn là 10% (sinα = 0,1), ta có FD = 2400.0,1 =240(N).
Lực cản gió được tính: FG = k.S.v 2 với k là hệ số cản không khí, S là diện tích cản
chính diện và v là vận tốc của xe. Đối với xe gắn máy: k = 0,4÷0,5(Ns2/m4) và S
= 0,4÷0,6(m2). Chọn k = 0,5(Ns2/m4), S = 0,4(m2) và vận tốc xe được chọn v =
60(km/h)= 16,7(m/s) ta có
FG = 0,4.0,5. = 55.778(N).
Lực qn tính: FQ = M.a với M là khối lượng toàn bộ và a là gia tốc của xe.
25