Nghiên cứu giải pháp sạc thông minh cho xe điện (PEV plug in electric vehicles) nhằm nâng cao hiệu quả vận hành của lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LÊ THỊ ANH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SẠC THÔNG MINH CHO XE ĐIỆN
(PEV: PLUG-IN ELECTRIC VEHICLES) NHẰM NÂNG CAO
HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CỦA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HỆ THỐNG ĐIỆN
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS. Nguyễn Hoàng Việt

Hà Nội – Năm 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu giải pháp sạc thông minh cho xe điện
(PEV: Plug-in Electric Vehicles) nhằm nâng cao hiệu quả vận hành của lƣới
điện phân phối” do giảng viên TS. Nguyễn Hoàng Việt hƣớng dẫn là nghiên cứu
của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng từ các
thông tin đƣợc đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các trang web theo
danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2015
Học viên

Lê Thị Anh

i


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giáo tại trƣờng Đại học
Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô Viện Điện và bộ môn Hệ thống điện đã truyền đạt
cho em những kiến thức quý báu để em có thể hoàn thành luận văn này.
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Nguyễn Hoàng Việt
đã tận tình hƣớng dẫn và chỉ bảo cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn
này.
Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2015
Học viên

Lê Thị Anh

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ......................1
3. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả .....................2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.........................................................................................2

Chƣơng 1- TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN, ỨNG DỤNG CỦA XE ĐIỆN (ELECTRIC
VEHICLES) ................................................................................................................3
1.1. Tình hình phát triển của xe điện (Electric Vehicles) ...........................................3
1.1.1. Lịch sử của xe điện............................................................................................3
1.1.2. Đặc điểm của xe điện ........................................................................................4
1.2. Các loại xe ............................................................................................................6
1.2.1 Các xe thông thƣờng ..........................................................................................6
1.2.2. Xe lai điện (HEV) .............................................................................................6
1.2.3. Xe sạc điện Plug-in hybrid Electric ..................................................................8
1.3. PHEV là gì? ..........................................................................................................9
1.4. So sánh giữa HEV và PHEV ..............................................................................11
1.5. Thị trƣờng phát triển của EV và PHEVs ...........................................................12
Chƣơng 2 - XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH SỬ DỤNG CỦA SỐ LƢỢNG LỚN XE
ĐIỆN KẾT NỐI VỚI LƢỚI ....................................................................................16
2.1. Các kịch bản sạc pin EV ....................................................................................16
2.1.1. Các kịch bản ....................................................................................................16
2.1.2. Kế hoạch kịch bản ...........................................................................................17
2.2. Phƣơng pháp lập kế hoạch kịch bản...................................................................17

iii


2.3. Kế hoạch kịch bản cho sự thâm nhập của các PHEV ở lƣới điện phân phối .....20
2.4. Đặc tính của pin và sự kết nối với lƣới điện ......................................................23
2.4.1. Các loại Pin .....................................................................................................23
2.4.2. Công suất pin...................................................................................................23
2.4.3. Trạng thái sạc (SOC) .......................................................................................24
2.4.4. Năng lƣợng yêu cầu để sạc pin PHEV ............................................................27
2.4.5. Tuổi thọ pin .....................................................................................................27
2.5. Các cấp sạc và địa điểm sạc PHEV ....................................................................28

2.5.1. Cơ sở hạ tầng sạc.............................................................................................30
2.5.2. Xây dựng hệ thống điều khiển cho EV ...........................................................32
2.6. Đặc tính sử dụng số lƣợng lớn xe điện ..............................................................33
2.6.1. Khoảng cách lái xe hàng ngày ........................................................................33
2.6.2. Thời gian đến nhà từ chuyến đi cuối cùng ......................................................35
2.6.3. Số lƣợng xe mỗi nhà .......................................................................................35
2.6.4. Loại xe .............................................................................................................37
2.6.5. Mức độ thâm nhập của PHEV ........................................................................38
2.7. Cơ sở dữ liệu nghiên cứu NHTS ........................................................................39
2.7.1. Thời gian khởi hành của xe .............................................................................39
2.7.2. Thời gian đến nhà của xe ................................................................................40
2.7.3. Khoảng cách lái xe hàng ngày ........................................................................40
Chƣơng 3 - ẢNH HƢỞNG CỦA PHEV VỚI LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI .............. 42
3.1. Đồ thị phụ tải đặc trƣng của lƣới điện phân phối...............................................42
3.2. Kịch bản nghiên cứu ..........................................................................................44
3.2.1. Đặc tính kỹ thuật cơ bản của từng xe điện ......................................................44
3.2.2. Mật độ xác suất thời điểm khởi hành của xe...................................................45
3.2.3. Mật độ xác suất thời điểm về của xe ...............................................................45
3.3. Kết quả trƣờng hợp 1 (không xét thời gian khởi hành) .....................................49
3.4. Kết quả trƣờng hợp 2 (xét thời gian khởi hành) ................................................50
3.5. Kết luận ..............................................................................................................53

iv


Chƣơng 4 - NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SẠC THÔNG MINH CHO PEV NHẰM
NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƢỚI PHÂN PHỐI ..................................54
4.1. Phƣơng pháp sạc thông minh cho xe điện. ........................................................54
4.2. Kết quả áp dụng phƣơng pháp ...........................................................................56
4.3. Kết luận ..............................................................................................................57

KẾT LUẬN ............................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 59

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
EV

Electric Vehicle

ICE

Internal Combustion Engine

HEV

Hybrid Electric Vehicle

PHEV

Plug in Hybrid Electric Vehicle

SOC

State of Charge

AER

All Electric Range

PNNL

Pacific Northwest National Laboratory

ECPM

Energy Consumption Per Mile

NHTS

National Household Travel Surveys.

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc tính của một số PHEV .......................................................................13
Bảng 2.1: So sánh giữa kịch bản, dự báo và tầm nhìn ..............................................17
Bảng 2.2: Cỡ pin của các PHEV khác nhau (kWh) ..................................................23
Bảng 2.3: Cơ sở hạ tầng sạc PHEV ..........................................................................30
Bảng 2.4: Các bộ sạc pin xe điện thực tế .................................................................31
Bảng 2.5: Tỷ lệ các hộ với số lƣợng xe cộ khác nhau ..............................................37
Bảng 2.6: Cách đặt giá trị ứng với các loại xe ..........................................................37
Bảng 2.7: Tỷ lệ mỗi loại xe trong NHTS 20009 .......................................................37
Bảng 2.8: Tỷ lệ của các PHEV với các vùng khác nhau...........................................38
Bảng 3.1: Giá trị của phụ tải theo thời gian ..............................................................43

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ phát triển trong ngành công nghiệp xe hơi……………….…….5
Hình 1.2: Sự mất mát năng lƣợng trong một ICE điển hình .......................................6
Hình 1.3: Cấu tạo của xe HEV ....................................................................................7
Hình 1.4: Cấu hình xe lai nối tiếp và song song .........................................................8
Hình 1.5: Cấu tạo của xe PHEV..................................................................................9
Hình 1.6: Những yếu tố tác động để giới thiệu PHEV .............................................10
Hình 1.7: Khí thải toàn cầu .......................................................................................10
Hình 1.8: Phần trăm của pin và loại xe .....................................................................11
Hình 1.9: So sánh giữa các loại xe khác nhau...........................................................12
Hình 1.10: PHEV và EV ...........................................................................................15
Hình 2.1: Tiêu điểm và mục đích của việc lập kế hoạch kịch bản ...........................18
Hình 2.2: Các bƣớc để thiết lập một kịch bản...........................................................18
Hình 2.3: Phác thảo của các kịch bản khác nhau ......................................................22
Hình 2.4: Đặc tính sạc của pin xe điện .....................................................................26
Hình 2.5: Các phƣơng pháp sạc pin điển hình ..........................................................30
Hình 2.6: Hệ thống điều khiển EV ............................................................................33
Hình 2.7: Tỷ lệ phần trăm của xe so với dặm lái hàng ngày cho ..............................34
các ngày trong tuần ...................................................................................................34
Hình 2.8: Tỷ lệ phần trăm của xe so với thời gian về ở các ngày trong tuần ...........36
Hình 2.9: Tỷ lệ phần trăm của xe so với thời gian về ở các ngày cuối tuần .............36
Hình 2.10: Cấp độ thâm nhập trung bình của PHEV trong hệ thống phân phối ......38
Hình 2.11: Tỷ lệ phần trăm của các xe và thời gian khởi hành ................................39
Hình 2.12: Tỷ lệ phần trăm của các xe và thời gian đến ...........................................40
Hình 2.13: Tỷ lệ phần trăm các xe và khoảng cách lái hàng ngày ...........................41
Hình 3.1: Đồ thị phụ tải ngày đêm ............................................................................43
Hình 3.2: Số lƣợng xe điện và thời gian xuất phát của xe ........................................46
Hình 3.3: Tỷ lệ phần trăm của các xe và thời gian xuất phát....................................47
Hình 3.4: Số lƣợng xe điện và thời gian về của xe ...................................................47

viii


Hình 3.5: Tỷ lệ phần trăm của các xe và thời gian về ...............................................48
Hình 3.6: Số lƣợng xe điện và quãng đƣờng đi trong ngày ......................................48
Hình 3.7: Tỷ lệ phần trăm các xe và khoảng cách lái hàng ngày .............................49
Hình 3.8: Kết quả đặc tính sạc của pin PHEV (không xét tới thời gian khởi hành) .50
Hình 3.9: Kết quả đặc tính sạc của pin PHEV (xét tới thời gian khởi hành) ............51
Hình 3.10: Kết quả đặc tính sạc của pin PHEV (xét tới thời gian khởi hành) với
công suất bộ sạc siêu chậm) ......................................................................................52
Hình 4.1: Đồ thị phụ tải trong các kịch bản sạc khác nhau.......................................56

ix


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong hệ thống điện ngày nay trên khắp thế giới, ngày càng có nhiều hơn các
nguồn năng lƣợng mới, năng lƣợng tái tạo với những công suất khác nhau kết nối
vào lƣới. Với lƣới điện Việt Nam, xu thế đó cũng là tất yếu, đặc biệt khi các phụ tải
điện đang tăng lên nhanh chóng.
Vấn đề giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, các nguồn năng lƣợng đang khai
thác nhƣ dầu, than đá đang ngày càng cạn kiệt, cùng với sự phát triển nhanh chóng
của khoa học và công nghệ đã thúc đẩy mạnh mẽ tiềm năng ứng dụng và phát triển
các loại xe điện EV nhằm thay thế các xe chạy bằng các nhiên liệu truyền thống.
Tuy nhiên, việc sử dụng số lƣợng lớn các loại xe điện sẽ ảnh hƣởng tới chất lƣợng
điện năng của lƣới điện, đặc biệt khi quá trình sạc điện diễn ra một cách ngẫu nhiên
và thiều định hƣớng quản lý. Vì vậy các giải pháp sạc thông minh cho các xe điện
kết nối với lƣới (PEV) cần đƣợc quan tâm và nghiên cứu nhằm đảm bảo chất lƣợng

điện năng và đáp ứng nhu cầu sử dụng thuận tiện xe điện của con ngƣời.
Từ thực tế đặt ra đó, luận văn này sẽ đi vào nghiên cứu những ảnh hƣởng của
số lƣợng lớn xe điện khi kết nối với lƣới điện phân phối. Trong đó, tập trung vào
mức độ thâm nhập của các PHEV trên lƣới điện. Từ đó các kết luận và đề xuất giải
pháp sạc thông minh phù hợp sẽ đƣợc định hƣớng và đề xuất áp dụng vào tƣơng lai.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
a. Mục đích nghiên cứu của luận văn:
Nghiên cứu ảnh hƣởng của việc sử dụng số lƣợng lớn xe điện tới công tác
vận hành của lƣới điện phân phối. Từ đó đề xuất các giải pháp sạc thông minh cho
xe điện nhằm giảm ảnh hƣởng xấu tới chất lƣợng điện năng, nâng cao hiệu quả vận
hành lƣới điện, góp phần thúc đẩy tiềm năng sử dụng điện và quá trình
kết nối với lƣới.
b. Đối tượng nghiên cứu:
Giải pháp sạc thông minh cho xe điện nhằm nâng cao hiệu quả vận hành của
lƣới điện phân phối.

1


c. Phạm vi nghiên cứu:
Luận văn nghiên cứu giải pháp sạc thông minh cho số lƣợng lớn xe điện có
dung lƣợng pin 7,21 kWh.
3. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
- Tìm hiểu tình hình phát triển, ứng dụng của xe điện và sự kết nối với lƣới
điện.
- Nghiên cứu đặc tính sử dụng của số lƣợng lớn xe điện kết nối với lƣới.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của việc sạc số lƣợng lớn xe điện tới lƣới điện phân
phối.
- Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp sạc thông minh cho xe điện nhằm đảm bảo
chất lƣợng điện năng, nâng cao hiệu quả vận hành của lƣới điện phân phối có xét

đến sự thuận tiện cho ngƣời sử dụng xe.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với lập trình mô phỏng và đánh giá mức độ ảnh
hƣởng của sạc xe điện PHEV tới lƣới điện phân phối.

2


Chƣơng 1- TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN, ỨNG DỤNG CỦA XE ĐIỆN
(ELECTRIC VEHICLES)
1.1. Tình hình phát triển của xe điện (Electric Vehicles)
1.1.1. Lịch sử của xe điện
Xe điện (Electric Vehicles) là xe sử dụng một động cơ điện để dẫn động thay
vì một động cơ đốt trong. Xe điện đƣợc biết đến là xe không gây ô nhiễm (Zero
Emission Vehicle). Trong những năm gần đây, xe điện đƣợc chú ý nhiều khi vấn đề
môi trƣờng ngày càng đƣợc quan tâm.
Vào cuối năm 1800, Pháp và Anh là những quốc gia đầu tiên hỗ trợ sự phát
triển rộng rãi của xe điện. Bƣớc sang thế kỷ 20, Mỹ là nƣớc đã thịnh vƣợng về xe
hơi, xe chạy bằng hơi nƣớc, điện, xăng trở nên phổ biến hơn.
Tiến bộ kỹ thuật quan trọng nhất trong kỷ nguyên đó là sự phát minh ra
phanh nạp lại do kỹ sƣ ngƣời Pháp M.A. Darracq trên chiếc xe hai chỗ ngồi năm
1897. Phƣơng pháp này cho phép thu hồi lại động năng của xe trong khi phanh và
nạp lại cho ắc quy, điều này làm nâng cao hiệu quả dẫn động của xe. Đó là một
trong những đóng góp quan trọng nhất cho công nghệ xe điện và xe lai điện vì nó
cung cấp hiệu suất năng lƣợng cao hơn bất cứ phƣơng tiện khác nào di chuyển trong
thành phố. Thêm vào đó, một trong số những xe điện quan trọng nhất của thời kỳ đó
là chiếc xe đầu tiên có thể đạt tới 100 km/h.
Trong những năm đầu thập niên 90, xe điện không thể cạnh tranh đƣợc với
xe chạy xăng về phạm vi hoạt động. Năng lƣợng của ắc quy đƣợc chứa trong các
điện cực bằng kim loại nặng hơn động cơ xăng có cùng công suất. Công nghiệp ô tô

đã bỏ xe điện để mở đƣờng cho sự nghiên cứu xe lai điện.
Trong tình hình phát triển của xe điện, công nghệ ắc quy là yếu kém lớn
nhất đã ngăn cản con đƣờng tiến vào thị trƣờng của xe điện. Sự đầu tƣ và cố gắng to
lớn đã đƣa vào nghiên cứu ắc quy với mục đích nhằm cải thiện hiệu suất để phù hợp
với yêu cầu của xe điện. Nguồn năng lƣợng điện dự trữ hạn hẹp này của ắc quy cho
phép xe điện chỉ có thể có một vài ứng dụng đặc biệt, nhƣ tại sân bay, nhà ga xe
lửa, trên các tuyến đƣờng phân phối thƣ cũng nhƣ trên các xe golf…Vì thế, những

3


năm gần đây, nghiên cứu về công nghệ ô tô tiên tiến đã quay sang xe lai điện cũng
nhƣ xe dùng pin nhiên liệu.
Sau cuộc khủng hoảng dầu nghiêm trọng vào năm 1973 và 1979, công
nghiệp các nƣớc phụ thuộc vào dầu thay đổi để đầu tƣ vào năng lƣợng thay thế
khác, không chỉ cho các nhà máy điện, mà còn trong lĩnh vực giao thông vận tải.
Hơn nữa, các tác động môi trƣờng nghiêm trọng của các ICE (động cơ đốt trong)
không hiệu quả nhƣ phát thải cao, là khuyến khích để đầu tƣ vào năng lƣợng thân
thiện với môi trƣờng.
Có thể thấy từ hình 1.1, những bƣớc đột phá quan trọng đầu tiên trong ngành
công nghiệp xe hơi sau khi hoàn tất thực hiện ICE trong xe là chuyển từ xe thông
thƣờng thành lai xe điện. Những loại xe đầu tiên đƣợc bắt đầu vào năm 1997 tại
Nhật Bản bởi sự ra đời của Toyota Prius. Các đặc điểm kỹ thuật chính của loại xe
này là hoạt động của ICE vào khoảng thời gian hiệu quả của nó bằng các phƣơng
tiện của hệ thống phanh tái tạo.
Thế hệ mới nhất của chiếc xe không đƣợc giới thiệu trên thị trƣờng. Chúng
chủ yếu đƣợc gọi là PHEVs (xe sạc điện) với khả năng bổ sung phải đƣợc sạc từ
lƣới điện.
1.1.2. Đặc điểm của xe điện
1.1.2.1. Ưu điểm của xe điện

- Xe không có sự rung động, mùi, khí thải và tiếng ồn nhƣ xe xăng.
- Điện năng có ở bất cứ đâu và dễ dàng cung cấp cho xe.
- Cấu trúc xe đơn giản, dễ dàng lắp ráp.
- Thay đổi bánh răng trên xe xăng là phần khó khăn nhất của lái xe, trong khi xe
điện không yêu cầu thay đổi thiết bị.
- Ngƣời sử dụng xe điện ít phải bảo dƣỡng xe và tiết kiệm đƣợc các chi phí bảo
dƣỡng nhƣ thay thế phụ tùng, thay dầu.
- Ngƣời mua ô tô điện có thể nhận đƣợc các khoả hỗ trợ kinh phí từ nhà nƣớc
hoặc công ty.

4


- Xe điện có hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng cao hơn so với các xe sử dụng
động cơ đốt trong nên tiết kiệm nhiên liệu và giá thành xe rẻ hơn các loại xe khác.
- Thời gian khởi động của xe điện ngắn hơn đặc biệt trong điều kiện khí hậu
lạnh.

Hình 1.1: Sơ đồ phát triển trong ngành công nghiệp xe hơi
1.1.2.2. Nhược điểm của xe điện
- Xe điện không thể đáp ứng đƣợc cho các chuyến hành trình dài hơn 200km.
- Mất nhiều thời gian sạc điện (từ 6 – 8 giờ).
- Do cơ sở hạ tầng còn chƣa phát triển nên có rất ít các trạm sạc dành cho xe
điện.
- Tăng chi phí tiền điện hàng tháng cho ngƣời sử dụng.
- Hiện nay do hạn chế về công nghệ mà các xe ô tô điện chƣa thể so sánh đƣợc
với các loại xe chạy bằng xăng ở phƣơng diện tốc độ cao và gia tốc.
- Do tiêu thụ các thiết bị điện khác trên xe nhƣ điều hòa, ti vi.. sẽ làm ăcquy
hết điện nhanh hơn.

5


1.2. Các loại xe
1.2.1 Các xe thông thƣờng
Là những loại xe có hiệu quả khoảng 30%, 70% năng lƣợng đang bị lãng phí
trong quá trình chuyển hóa năng lƣợng trong một ICE. Hình 1.2 cho thấy sự mất
mát lớn trong một ICE.

Hình 1.2: Sự mất mát năng lượng trong một ICE điển hình
Từ hình trên có thể thấy tổng năng lƣợng đƣợc sử dụng bởi một ICE là
khoảng 13% tổng năng lƣợng đầu vào. Sự mất mát năng lƣợng do nhiều yếu tố gây
nên. Vì thế công nghệ tồn tại để nâng cao hiệu quả; nhƣ van biến thiên thời gian và
nâng, sạc tốc độ, phun nhiên liệu trực tiếp... Nhƣng bằng cách giới thiệu xe lai,
những thiệt hại đã đƣợc giảm đáng kể.
1.2.2. Xe lai điện (HEV)
Các xe điện hybrid (HEVs) hiện nay có hai hệ thống ổ đĩa bổ sung: một
động cơ xăng và thùng nhiên liệu, một động cơ điện, pin và điều khiển.
HEVs không thể sạc đƣợc từ lƣới điện và tất cả năng lƣợng của xe đến từ xăng. Tuy
nhiên, trong khi lái xe năng lƣợng bị thu hồi khi giảm tốc và phanh và đƣợc lƣu trữ
6


trong pin. Năng lƣợng đƣợc lƣu trữ này sau đó đƣợc sử dụng để bổ sung cho động
cơ xăng. HEVs sử dụng động cơ điện để hỗ trợ tăng tốc. Một số xe cũng có thể
đƣợc hỗ trợ chỉ dùng động cơ điện cho khoảng cách ngắn và ở tốc độ thấp.
Tiết kiệm nhiên liệu đạt đƣợc bằng xe hybrid thƣờng trong khoảng 20 đến
40%, tùy thuộc vào loại và phong cách lái xe. HEV tiết kiệm nhiên liệu sẽ đƣợc tiếp
tục cải thiện nhƣ pin mới nhẹ hơn và hệ thống ổ đĩa đƣợc tối ƣu hóa hơn nữa.
ICE và máy điện có thể đƣợc kết nối với nhau trong các cấu hình khác nhau.

Các cấu hình cơ bản là lai song song và nối tiếp nhƣ trong hình 1.4.
Một vấn đề của thực tế, xe nối tiếp và song song tham khảo để định hƣớng
hai nguồn điện trong hệ thống động cơ đẩy. Các cấu hình đƣợc giới thiệu trong hình
trên là cơ bản, trong đó cấu hình cao cấp hơn với sự kết hợp của nối tiếp và thiết kế
song song đƣợc sử dụng với nhiều loại xe khác nhau gần đây. Ví dụ, trong Toyota
Prius có cả những ƣu điểm của song song và lai nối tiếp.

Hình 1.3: Cấu tạo của xe HEV

7


a)

b)

Hình 1.4: Cấu hình xe lai nối tiếp và song song
(hình a: nối tiếp, hình b: song song)
1.2.3. Xe sạc điện Plug-in hybrid Electric
+ Xe điện Plug-in hybrid (PHEVs) là một phần mở rộng của công nghệ xe lai
HEV.
+ Sự khác biệt chính là dung lƣợng lớn hơn và thiết kế pin khác biệt có thể
đƣợc sạc từ lƣới điện. Phạm vi điện chỉ có thể đƣợc mở rộng hơn nữa nếu sạc có sẵn
tại nơi làm việc hoặc mua tại các điểm đến.
+ Xe tiết kiệm nhiên liệu hơn so với một chiếc xe lai tiêu chuẩn, bởi vì xe có
thể dựa chủ yếu vào điện trong các chuyến đi ngắn.
+ PHEV khắc phục hạn chế phạm vi của một pin xe điện.
Dung lƣợng pin cao hơn so với HEVs là đặc điểm kỹ thuật quan trọng nhất của
PHEVs. Tuy nhiên, việc sạc vào lƣới điện là tính năng bổ sung của PHEVs.

8


Hình 1.5: Cấu tạo của xe PHEV
1.3. PHEV là gì?
Trong điều kiện môi trƣờng sống hiện nay đang bị ô nhiễm nghiêm trọng do
một phần không nhỏ từ khí thải của xe hơi thì giảm phát thải là một thách thức lớn
cho cả các nƣớc phát triển và đang phát triển. Thêm vào đó, việc tiêu thụ các nguồn
nhiên liệu hóa thạch làm nguồn tài nguyên thiên nhiên bị hụt giảm nghiêm trọng.
Các xe hơi công vụ là một trong những nguồn chính tiêu thụ nhiên liệu hóa
thạch. Do đó, tiêu thụ nhiên liệu cao và phát khí thải là khuyến khích chính để thực
hiện thay đổi trong lĩnh vực xe hơi công vụ. Hơn nữa, những cách thức mới để phát
điện có thể đƣợc coi là một động lực để giới thiệu các PHEV. Những vấn đề này và
các khuyến khích đƣợc thể hiện bằng đồ thị trong hình 1.7.
Lƣợng phát thải khí nhà kính toàn cầu từ các lĩnh vực khác nhau đƣợc đồ họa
trong hình 1.6. Các chất khí bao gồm Dioxide Carbon (72% trong tổng số), Methane
(72% trong tổng số), Methane (72% trong tổng số) và Nitrous oxide (26% trong
tổng số).
Nhƣ thể hiện trong hình 1.7, trạm năng lƣợng chiếm phần trăm lớn nhất là
22% trong tổng lƣợng khí thải toàn cầu. Lƣợng khí thải đƣợc tạo ra bởi ngành giao
thông vận tải gần tƣơng đƣơng với ngành công nghiệp. Nếu có thể loại bỏ lƣợng khí

9


thải từ giao thông, có thể giảm tải đi một phần không nhỏ trong lƣợng phát thải toàn
cầu. Chính vì thế giới thiệu các PHEV đƣợc cung cấp từ các nguồn
năng lƣợng sạch là một lựa chọn sáng tạo và phù hợp.

Hình 1.6: Những yếu tố tác động để giới thiệu PHEV

Hình 1.7: Khí thải toàn cầu

10


1.4. So sánh giữa HEV và PHEV
Trong hình dƣới phần trăm hoạt động pin của một chiếc xe tƣơng ứng với loại
đƣợc biểu diễn.
Lai điện nhỏ
0%

Lai điện nhẹ

10%

Lai điện đầy

30%

50%

Lai điện đầy
Xe sạc điện

Lai điện với mức độ
nâng cấp
70% Xe sạc điện

Hình 1.8: Phần trăm của pin và loại xe

100%
Đầy điện

Có thể thấy từ hình 1.8, chiếc xe lai nhỏ ít hơn 10% điện. Động cơ điện của xe
lai nhỏ không thêm lực đẩy cho động cơ đốt trong, nhƣng trong các hoạt động nhƣ
một bộ khởi động/ máy phát điện cho phép các động cơ đốt trong dừng lại và khởi
động lại ngay lập tức để tránh chạy không tải và để kích hoạt phanh tái tạo. Nó đƣợc
phổ biến với tên gọi xe vi lai "lai dừng/ khởi động" hay một "lai rỗng". Tên cuối
cùng đƣợc sử dụng do thực tế một hệ thống truyền động lai nhỏ không cải thiện
nhiên liệu nhiều nhƣ một hệ thống truyền động lai. ICE đã cung cấp gần 90% yêu
cầu điện cho lái xe.
Xe lai nhẹ là một loại xe lai có động cơ điện không thể quay bánh dẫn động.
Do đó các động cơ điện chỉ hỗ trợ động cơ đốt trong, trái ngƣợc với một xe lai đầy.
Trong xe lai nhẹ, gần 70% điện đƣợc thực hiện từ ICE. Sự khác biệt giữa một xe lai
nhẹ và vi mô là ICE nhỏ hơn trong xe lai nhẹ với hiệu suất tƣơng tự.
Xe lai đầy đƣợc sử dụng chủ yếu cho những chiếc xe động cơ điện trực tiếp
giúp ICE và cũng là động cơ điện và pin có đủ năng lƣợng để biến các bánh dẫn
động một cách độc lập. Vì vậy, ICE có 50% yêu cầu năng lƣợng của chiếc xe.
Xe sạc điện (PHEVs) với hơn 50% năng lƣợng pin có khả năng bổ sung để có
đƣợc năng lƣợng sạc từ lƣới điện. HEVs có kích thƣớc pin lớn hơn. Khoảng cách
mà chiếc xe có thể đi đƣợc dựa trên chế độ điện đã đƣợc mở rộng bởi kích thƣớc
pin lớn hơn.
Tăng dung lƣợng pin có thể làm giảm kích thƣớc ICE. Việc sử dụng các pin
lớn hơn đƣợc hiển thị trong giới thiệu đầy đủ các loại xe điện ICE độc lập với chu
kỳ lái xe. Trong hình dƣới so sánh giữa các xe khác nhau đƣợc mô tả.

11

ICE nhỏ hơn là sự khác biệt duy nhất giữa xe nhẹ và xe lai nhỏ. Mặt khác,
một PHEV là một chiếc xe lai đầy đủ với kích thƣớc pin lớn hơn và khả năng sạc
với lƣới điện.

Hình 1.9: So sánh giữa các loại xe khác nhau
Hoàn thiện những khả năng mới để có thể sạc pin từ lƣới, thế hệ xe mới đƣợc
gọi là các PHEV với các đời xe ra đời. Mặc dù ICE trong những loại xe này ƣu tiên
sử dụng năng lƣợng điện đƣợc tạo ra từ các nguồn năng lƣợng thân thiện với môi
trƣờng. Quá trình chuyển đổi từ HEVs tới PHEVs sẽ làm cho việc quản lý đƣợc suất
khí thải từ ống xả xe hơi tới các ống khói nhà máy điện ít hơn.
1.5. Thị trƣờng phát triển của EV và PHEVs
Các công ty ô tô đặc biệt là công ty hoạt động trong thị trƣờng HEV đang
tăng đầu tƣ vào một xe điện đầy hoặc xe điện sạc. Ví dụ: cả Toyota (với xe hơi lai
Prius) và GM tại NAIAS 2009 (Trình diễn ô tô quốc tế Bắc Mỹ) đã công bố cho thị
trƣờng ra đời sớm của PHEVs. Trong bảng 1.1 biểu diễn đặc tính của một số các
PHEV.
12


Toyota là công ty đầu tiên giới thiệu các HEV trong năm 1997. Vì có rất nhiều
kinh nghiệm trong ngành công nghiệp HEV, những kỳ vọng cao hơn so với các
công ty khác cho sự ra đời của PHEVs. Nhƣng Toyota đang chờ đợi sự tiến bộ
trong ngành công nghiệp pin nhằm giới thiệu mô hình PHEV. Kích thƣớc pin cho
Prius PHEV đƣợc ƣớc tính là 10 kWh với thế hệ mới của pin lithium-ion.
General Motors và Chevrolet hợp tác cho việc phát triển mới loạt PHEV gọi
Volt. Volt với pin lithium-ion 16 kWh có khoảng lái xe bằng điện là 64 km.
Bảng 1.1: Đặc tính của một số PHEV

Mẫu xe

Hãng sản
xuất

Hiệu
suất pin
(kWh)

Prius (PHEV)

Toyota

10

Volt (EV3)

Chevrolet/GM

16

Tesla Roadster
Tesla Motors
(EV)

53 (6)

Think City
(EV)

Think

28.3
(MES

Recharge C30
(PHEV)

Volvo

12

iMiev (EV)

Mitsubishi

16

BYD Auto
(PHEV)

F3DM

16

13

Loại pin

Khoảng
cách
điện

(km)

Lithium 48
ion
Lithium 64
ion
Lithium 362
ion
MES DEA Zebra
170-203
Enerdel,
Lion
Lithium100
polymer
Lithium 160
ion
Lithium iron
100
phosphate

Thời
gian
sạc
đầy
(giờ)

Hiệu
suất
động
cơ

điện
(kW)

8

N/A

N/A

111

3.5

185

9.5-13

30

3

N/A

7-14

47

7

50

Tesla Motors đã đón nhận hơn 250 xe điện đầy cho đến tháng 3 năm 2009. Xe
có năng lƣợng đƣợc sạc trong 3,5 giờ với 70 trạm sạc Amps (3 pha). A375 volt AC
động cơ điện cảm ứng làm mát bằng gió với tần số biến đổi đƣợc thực hiện trong
chiếc xe này để cải thiện tất cả các yêu cầu lái ở tốc độ tối đa 200 km/h. ReCharge
đƣợc gọi với khái niệm lai sạc điện đã đƣợc giới thiệu bởi Volvo. Chiếc xe tiết kiệm
nhiên liệu hiệu quả và đang sản xuất khí thải ít hơn so với các mô hình xe lai điện
khác. ReCharge Concept có sử dụng hàng loạt lai công nghệ mà không có kết nối
cơ khí giữa động cơ và các bánh xe. Hơn nữa, bốn động cơ điện, ở mỗi bánh xe có
một động cơ, cung cấp năng lƣợng điện độc lập cho xe, tăng tốc từ 0-100 km/h mất
9 giây và tốc độ tối đa là 160 km /h. iMiEV là xe điện đƣợc sản xuất bởi công ty
Mitsubishi (Nhật Bản). Các động cơ nam châm vĩnh cửu đồng bộ hiệu quả cao đã
đƣợc đƣa vào làm xe êm hơn. Chiếc xe có thể đƣợc sạc trong nửa giờ với các trạm
sạc nhanh (200V 50 kW) với cả nguồn 100V-15A cung cấp năng lƣợng trong 14
giờ và 200V-15A cung cấp điện trong 7 giờ.
BYD Auto là công ty Trung Quốc về cơ bản sản xuất 65% pin nickelcadmium của thế giới và 30% pin điện lithium-ion di động trên thế giới tập trung
vào sản xuất PHEV và EV. Mô hình F3DM là một chiếc xe hai chế độ là xe lai sạc
điện đầu tiên đã bƣớc vào thị trƣờng trong tháng 12 năm 2008. Động cơ xăng của
chiếc xe này là một động cơ 2.4 lít và pin của nó có thể đƣợc sạc bằng ổ cắm điện
bình thƣờng trong gia đình.

14


Hình 1.10: PHEV và EV

15