Tính toán và đánh giá tính năng bộ nguồn LI ION thay thế cho ACCU CHÌ AXIT trên xe gắn máy LAI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG BỘ NGUỒN
LI-ION THAY THẾ CHO ACCU CHÌ-AXIT TRÊN
XE GẮN MÁY LAI

SVTH: TẠ VŨ DUY TÂN
MSSV: 14145254
SVTH: NGUYỄN TƯỜNG KHÁNH
MSSV: 14145114
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TRẠNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ơ tơ

TÊN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG BỘ NGUỒN
LI-ION THAY THẾ CHO ACCU CHÌ-AXIT TRÊN
XE GẮN MÁY LAI

SVTH: TẠ VŨ DUY TÂN
MSSV: 14145254

SVTH: NGUYỄN TƯỜNG KHÁNH
MSSV: 14145114
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TRẠNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018







LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn TS. Nguyễn Văn Trạng
và thầy Nguyễn Duy Tấn. Hai thầy đã hướng dẫn chi tiết, hỗ trợ và giúp đỡ nhiệt tình trong
quá trình chúng em thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giảng viên trong trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh nói chung, các thầy cơ trong ngành cơng nghệ kỹ
thuật ơ tơ nói riêng đã tận tình dãy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các
mơn chun ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng để thực hiện đồ án tốt
nghiệp này.
Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ
Chí Minh, Ban giám hiệu nhà trường, các phòng ban đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho
chúng em trong thời gian học tập tại trường.
Tuy có cố gắng trong q trình học tập cũng như quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp
nhưng khơng thể trách khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những nhận xét, đóng
góp của tất cả các thầy cơ để chúng em có thể hồn thiện hơn nữa.
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn.
Tp, Hồ Chí Minh, Ngày 20 Tháng 7 Năm 2018

i

TĨM TẮT
Trong tình hình vấn đề cạn kiện nhiên liệu hóa thạch và tình hình ơ nhiễm mơi trường
do khí thải động cơ đốt trong đang là vấn đề lớn thì giải pháp sử dụng năng lượng mới là
điện năng đang được hướng tới. Hiện nay các dòng xe lai đang được phát triển mạnh vì
mang ưu điểm kết hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong. Với sự phát triển và ưu điểm
vượt trội, pin lithium-ion đang được hướng tới thay thế cho nguồn điện là accu trên xe lai.
Đồ án này được thực hiện trên đối tượng là xe máy lai được cải tạo từ xe nền Honda
Lead 110cc với động cơ điện không chổi thang được đặt ở bánh trước. Bánh sau vẫn dẫn
động bằng hệ dẫn động nguyên bản của xe. Nghiên cứu này sử dụng nguồn điện pin Li-ion
50,4V-33Ah và accu chì-axit 48V-30Ah, từ đó tính tốn và so sánh tại các chế độ hoạt động
của xe để đưa ra đánh giá. Vì công suất động cơ đốt trong cao hơn nhiều so với cơng suất
động cơ điện nên việc tính tốn và so sánh chỉ thực hiện tại chỉ số truyền của hộp số CVT
cao nhất vì tại tỉ số truyền này moment tại bánh xe sau của xe cao nhất.
Kết quả thu được khi xe sử dụng bộ nguồn pin Li-ion có tải trọng thấp hơn khoảng
30kg. Ở các chế độ hoạt động một mình động cơ điện quãng đường xe đi dài hơn, có vận tốc
tối đa cao hơn khi sử dụng động cơ Li-on thay vì accu chì-axit. Các chế độ hoạt động còn
lại, xe sử dụng pin Li-ion đều cho khả năng leo dốc và gia tốc quán tính cao hơn hẳn so với
bộ nguồn accu chì-axit.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................................................................i
TÓM TẮT .......................................................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU ...................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................................................. viii

DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................................................ x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................................................................1
1.1 Tình hình ơ nhiễm khơng khí do phương tiện giao thơng ở Việt Nam .....................................................................1
1.2 Một số biện pháp giải quyết vấn đề về môi trường ..................................................................................2
1.3 Các nghiên cứu liên quan ...........................................................................................................................3
1.3.1 Các nghiên cứu về xe gắn máy lai .......................................................................................................3
1.3.2 Các nghiên cứu về pin lithium-ion ......................................................................................................5
1.4 Động lực của đề tài ......................................................................................................................................5
1.5 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ................................................................................................................6
1.5.1 Mục tiêu của đề tài ...............................................................................................................................6
1.5.2 Nhiệm vụ của đề tài ..............................................................................................................................6
CHƯƠNG 2: XE GẮN MÁY LAI VÀ CÁC BỘ NGUỒN CHO XE LAI....................................................8
2.1 Tổng quan về xe hybrid ..............................................................................................................................8
2.1.1 Khái niệm về xe hybrid ........................................................................................................................8
2. 1.2 Hệ thống động lực xe hybrid điện ................................................................................................... 10
2.1.3 Các kiểu hệ thống truyền lực xe hybrid .......................................................................................... 11
2.1.3.1 Truyền lực kiểu nối tiếp .............................................................................................................. 11
2.1.3.2 Truyền lực kiểu song song .......................................................................................................... 12
2.1.3.3 Truyền lực kiểu hỗn hợp ............................................................................................................. 14
2.1.4 Tình hình phát triển xe gắn máy lai ................................................................................................ 14
2.1.5 Các mẫu xe gắn máy hybrid hiện có ................................................................................................ 15
2.1.5.1 Honda Hybrid Scooter [10] ......................................................................................................... 15
2.1.5.2 eCycle hybrid [11] ........................................................................................................................ 16
2.1.5.3 FA - 801 (Hybrid 80cc - 500W) [12] ........................................................................................... 16
2.1.5.4 Piaggio MP3 Hybrid [13] ............................................................................................................ 17
2.1.5.5 Honda PCX Hybrid [14] .............................................................................................................. 18
2.2 Khái quát về accu chì-axit ....................................................................................................................... 18
iii

2.2.1 Định nghĩa .......................................................................................................................................... 18
2.2.2 Cấu tạo và nguyên lí làm việc của accu ........................................................................................... 19
2.2.2.1 Cấu tạo ......................................................................................................................................... 19
2.2.2.2 Ngun lí làm việc và điện hóa học ............................................................................................ 20
2.2.3 Các thông số cơ bản của accu ........................................................................................................... 22
2.2.3.1 Dung lượng .................................................................................................................................. 22
2.2.3.2 Điện áp ......................................................................................................................................... 22
2.2.3.3 Điện trở trong .............................................................................................................................. 22
2.2.3.4 Tuổi thọ của accu chì-axit........................................................................................................... 22
2.2.3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ.............................................................................................................. 23
2.2.3.6 Tính tự xả của accu ..................................................................................................................... 23
2.2.3.7 Mật độ và khả năng tái tạo năng lượng ..................................................................................... 23
2.3 Khái quát về bộ nguồn lithium-ion ......................................................................................................... 24
2.3.1 Định nghĩa .......................................................................................................................................... 24
2.3.2 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo pin ................................................................................................. 24
2.3.2.1 Cấu tạo ......................................................................................................................................... 24
2.3.2.2 Nguyên lý hoạt động và điện hóa học ......................................................................................... 27
2.3.2.3 Cơ chế sạc .................................................................................................................................... 28
2.3.2.4 Nhiệt độ hoạt động ...................................................................................................................... 29
2.3.2.5 Hiệu suất ...................................................................................................................................... 29
2.3.2.6 Tự xả ............................................................................................................................................ 29
2.3.2.7 Tuổi thọ pin.................................................................................................................................. 30
2.4 Tiềm năng thay thế của pin lithium-ion cho Accu chì-axit ................................................................... 30
2.4.1 Kích thước và trọng lượng đối với năng lượng............................................................................... 31
2.4.2 Tốc độ sạc ........................................................................................................................................... 32
2.4.3 Các lợi ích trong sử dụng .................................................................................................................. 32
2.4.4 Tuổi thọ .............................................................................................................................................. 32
2.4.5 Vấn đề về môi trường ........................................................................................................................ 33
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ, LẮP ĐẶT PIN LITHIUM-ION.................................................... 34
THAY CHO ACCU CHÌ-AXIT .................................................................................................................... 34

3.1 Lựa chọn xe cải tạo ................................................................................................................................... 34
3.2 Phương án bố trí và lựa chọn hệ thống truyền lực ................................................................................ 34
3.3 Các chế độ làm việc .................................................................................................................................. 37
iv


3.4 Thông số cơ bản của xe ............................................................................................................................ 39
3.5 Lựa chọn động cơ cho xe lai .................................................................................................................... 40
3.6 Lựa chọn hệ thống lưu trữ năng lượng .................................................................................................. 41
3.6.1 Phương án lựa chọn nguồn là accu .................................................................................................. 41
3.6.2 Phương án lựa chọn nguồn là Lithium-ion ..................................................................................... 42
3.6.2.1 Tính tốn và lựa chọn bộ nguồn lithium-ion ............................................................................. 42
3.6.2.2 Thiết kế chế tạo mạch quản lý pin Li-ion ................................................................................... 43
3.7 Thông số thay đổi của xe sau cải tiến...................................................................................................... 44
3.7.1 Thông số nguồn lưu trữ năng lượng ................................................................................................ 44
3.7.2 Thông số của xe sau cải tạo............................................................................................................... 45
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ............................................................................ 46
4.1 Tính tốn lý thuyết ................................................................................................................................... 46
4.2 Chỉ động cơ điện hoạt động ..................................................................................................................... 50
4.2.1 Tốc độ xe khi chỉ động cơ điện hoạt động ....................................................................................... 50
4.2.2 Quãng đường xe đi được với vận tốc tối đa .................................................................................... 52
4.2.3 Quãng đường xe đi được trong thành phố (𝒗 = 𝟒𝟎 𝐤𝐦/𝐡) ........................................................... 53
4.2.4 Quãng đường xe đi được khi chạy ở chế độ tiết kiệm điện nhất ................................................... 54
4.2.5 Khả năng leo dốc cực đại của xe khi chỉ động cơ điện hoạt động ................................................. 56
4.3 Chỉ động cơ đốt trong hoạt động ............................................................................................................ 57
4.3.1 Khả năng leo dốc của xe.................................................................................................................... 57
4.3.2 Khả năng gia tốc của xe .................................................................................................................... 59
4.4 Chế độ hai động cơ cùng hoạt động ........................................................................................................ 62
4.4.1 Khả năng leo dốc của xe.................................................................................................................... 62
4.4.2 Khả năng gia tốc của xe .................................................................................................................... 65

4.5 Chế độ sạc pin khi xe hoạt động .............................................................................................................. 68
4.5.1 Khả năng leo dốc của xe.................................................................................................................... 68
4.5.2 Khả năng gia tốc của xe .................................................................................................................... 70
4.6 So sánh kết quả tính tốn......................................................................................................................... 74
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................................. 76
PHỤ LỤC BẢNG ........................................................................................................................................... 78
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 95

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
Đơn vị

Chữ viết tắt và kí hiệu
𝑃𝑘

Cơng suất kéo của động cơ đốt trong.

W

𝑃𝑒

Cơng suất có ích của động cơ.

W

𝑃𝑒 𝑚𝑎𝑥

Cơng suất có ích cực đại của động cơ.

W

𝑀𝑒

Moment xoắn có ích của động cơ.

N.m

𝑀𝑒 𝑚𝑎𝑥

Moment xoắn cực đại của động cơ đốt trong.

N.m

𝑀𝑚 𝑚𝑎𝑥

Moment xoắn cực đại của động cơ điện.

N.m

𝑃𝑚

Công suất của động cơ điện.

W

𝑃𝑚𝑚𝑎𝑥

Công suất lớn nhất của động cơ điện.

W

𝑃𝑚 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡

Công suất đầu vào của động cơ điện.

W

𝑃𝑚 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡

Công suất đầu ra của động cơ điện.

W

𝑃𝑓

Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn.

W

𝑃𝑤

Công suất tiêu hao để thắng lực cản khơng khí.

W

𝑃𝑗

Cơng suất tiêu hao để thắng lực cản qn tính.

W

𝑃𝑖

Cơng suất tiêu hao để thắng lực cản dốc.

W

𝑃𝑝𝑖𝑛

Cơng suất của pin lithium-ion.

W

𝑃𝑎𝑐𝑐𝑢

Cơng suất của accu chì-axit.

W

𝐹𝑘

Lực kéo sinh ra tại bánh xe chủ động.

N

𝐹𝑓

Lực cản lăn.

N

𝐹𝑖

Lực cản leo dốc.

N

𝐹𝑤

Lực cản gió.

N

𝐹𝑗

Lực cản qn tính.

N

𝐹

Lực bám giữa bánh xe với mặt đường.

N

K

Hệ số cản gió.

N.s2/m4

g

Gia tốc trọng trường.

m/s2

G

Khối lượng của xe.

kg
vi


S

Diện tích cản gió.

m2

𝑟𝑏

Bán kính bánh xe.

mm

J

Gia tốc qn tính của xe.

m/𝑠 2

n

Số vòng quay của động cơ.

rpm

𝑛𝑃

Số vòng quay ứng với cơng suất có ích nhất định.

rpm

𝑛𝑚

Số vịng quay của động cơ điện.

rpm

𝑛𝑃 𝑚𝑎𝑥

Số vịng quay ứng với cơng suất có ích cựa đại.

rpm

𝑛𝑒 𝑚𝑎𝑥

Số vịng quay cực đại của động cơ đốt trong.

rpm

𝑛𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥

Số vòng quay ứng với moment xoắn cựa đại.

rpm

𝑛𝑃𝑒𝑚𝑎𝑥

Số vịng quay ứng với cơng suất cựa đại.

rpm

v

Vận tốc xe theo số vòng quay của động cơ.

km/h

s

Quãng đường xe đi được.

km

t

Thời gian xe đi được trong quãng đường nhất định.

h

𝛼

Góc dốc mà xe có thể leo được.

°

𝑓

Hệ số cản lăn.

𝑘 𝑇 , 𝑘𝑤 , a, b, c Các hệ số kinh nghiệm.


Hiệu suất truyền động.

𝛿𝑖

Hệ số ảnh hưởng của khối lượng quay.

𝑖𝑡

Tỉ số truyền tổng.

LPG

Liquidfied Petroleum Gas.

PHEV

Plug-in Hybrid Electric Vehicle.

EV

Electric Vehicle.

BLDC

Brushless DC Electric Motor.

CVT

Continuously Variable Transmissions.

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình

Trang

Hình 2.1: Phân loại các loại xe theo sử dụng năng lượng

9

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống động lực xe hybrid điện

10

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống trruyền lực kiểu nối tiếp

12

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống trruyền lực kiểu song song

13

Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống truyền lực kiểu hỗn hợp

14

Hình 2.6: Xe Honda Hybrid scooter

15

Hình 2.7: Xe eCycle Hybrid

16

Hình 2.8: Xe FA – 801

17

Hình 2.9: Xe Piaggio MP3 Hybrid

17

Hình 2.10: Honda PCX Hybrid

18

Hình 2.11: Biểu đồ thể hiện mật độ năng lượng của accu chì-axit và pin lithium-ion

31

Hình 3.1: Kiểu hệ thống truyền động hybrid nối tiếp, song song và phức hợp

35

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển và phân phối công suất của xe máy lai

38

Hình 3.3: Accu CSB-EVX12300 12V-30Ah

41

Hình 3.4: Mạch điều khiển nạp-xả pin Li-ion LTC4007

43

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối 4 bộ pin lithium-ion

44

Hình 4.1: Đồ thị đặc tính ngồi của động cơ đốt trong Honda Lead 110cc.

48

Hình 4.2: Đồ thị đặc tính ngồi của động cơ điện BLW-16B.

49

Hình 4.3: Tốc độ của động cơ điện ở chế độ 50% tải.

51

Hình 4.4: Tốc độ của động cơ điện ở chế độ đầy tải.

51

Hình 4.5: Khả năng leo dốc theo tốc độ động cơ ở chế độ 50% tải.

57

Hình 4.6: Khả năng leo dốc theo tốc độ động cơ ở chế độ đầy tải.

58

Hình 4.7: Khả năng gia tốc theo tốc độ động cơ ở chế độ 50% tải.

60

Hình 4.8: Khả năng gia tốc theo tốc độ động cơ ở chế độ đầy tải.

60

Hình 4.9: Khả năng leo dốc theo tốc độ động cơ ở chế độ 50% tải.

63

Hình 4.10: Khả năng leo dốc theo tốc độ động cơ ở chế độ đầy tải.

63

viii


Hình 4.11: Khả năng gia tốc theo tốc độ động cơ ở chế độ 50% tải.

66

Hình 4.12: Khả năng gia tốc theo tốc độ động cơ ở chế độ đầy tải.

66

Hình 4.13: Khả năng leo dốc theo tốc độ động cơ ở chế độ 50% tải.

68

Hình 4.14: Khả năng leo dốc theo tốc độ động cơ ở chế độ đầy tải.

69

Hình 4.15: Khả năng gia tốc theo tốc độ động cơ ở chế độ 50% tải.

71

Hình 4.16: Khả năng gia tốc theo tốc độ động cơ ở chế độ đầy tải.

72

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Giới thiệu một số loại accu và tỉ trọng.

21

Bảng 2.2: So sánh accu chì-axit và pin lithium-ion

31

Bảng 3.1: Thông số cơ bản của xe nền Honda Lead 110cc

39

Bảng 3.2: Thông số cơ bản của động cơ điện

41

Bảng 3.3: Thông số của pin Sanyo UR18650F-SCUD-3

43

Bảng 3.4: Thông số cơ bản của 2 bộ nguồn

44

Bảng 3.5: Thông số thay đổi của xe

45

Bảng 4.1: Giá trị các thông số tính tốn lý thuyết.

46

Bảng 4.2: Cơng suất có ích và moment xoắn theo số vòng quay của động cơ đốt trong.

78

Bảng 4.3: Thông số của động cơ điện BLW-16B.

80

Bảng 4.4: Tốc độ động cơ điện ở 2 chế độ tải của 2 bộ nguồn.

81

Bảng 4.5: Thơng số tính tốn độ thể hiện độ dốc xe có thể vượt qua với bộ nguồn

pin lithium-ion.

82

Bảng 4.6: Thơng số tính tốn độ thể hiện độ dốc xe có thể vượt qua với bộ nguồn
accu chì-axit.

83

Bảng 4.7: Thơng số tính tốn thể hiện gia tốc quán tính của xe với bộ nguồn
pin lithium-ion.

84

Bảng 4.8: Thơng số tính tốn thể hiện gia tốc qn tính xe với bộ nguồn accu chì-axit.

85

Bảng 4.9: Thơng số tính tốn của động cơ điện ở chế độ hybrid.

86

Bảng 4.10: Thơng số tính tốn thể hiện độ dốc xe có thể vượt qua với bộ nguồn
pin lithium-ion.

87

Bảng 4.11: Thơng số tính tốn thể hiện độ dốc xe có thể vượt qua với bộ nguồn
accu chì-axit.

88

Bảng 4.12: Thơng số tính tốn thể hiện gia tốc qn tính của xevới bộ nguồn
pin lithium-ion.

89

Bảng 4.13: Thơng số tính tốn thể hiện gia tốc quán tính của xe với bộ nguồn
x


accu chì-axit.

90

Bảng 4.14: Thơng số tính tốn thể hiện góc dốc xe có thể vượt qua với bộ nguồn
pin lithium-ion.

91

Bảng 4.15: Thơng số tính tốn thể hiện góc dốc xe có thể vượt qua với bộ nguồn
accu chì-axit.

92

Bảng 4.16: Thơng số tính tốn thể hiện gia tốc qn tính của xe với bộ nguồn
pin lithium-ion.

93

Bảng 4.17: Thơng số tính tốn thể hiện gia tốc quán tính của xe với bộ nguồn
accu chì-axit.

94

Bảng 4.18: So sánh kết quả qua các chế độ làm việc của 02 bộ nguồn ở 50% tải.

74

Bảng 4.19: So sánh kết quả qua các chế độ làm việc của 02 bộ nguồn ở 100% tải.

75

xi


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tình hình ơ nhiễm khơng khí do phương tiện giao thông ở Việt Nam
Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường, ô nhiễm giao thông hiện đang là một trong
những nguồn gây ơ nhiễm khơng khí nghiêm trọng tại các thành phố lớn. Mật độ các phương
tiện tham gia giao thông ngày càng nhiều đã tác động trực tiếp đến người tham gia giao
thông, người đi đường, ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sống và sức khỏe cộng đồng.
Tổng lượng phát thải gây ô nhiễm môi trường khơng khí từ các phương tiện giao thơng cơ
giới đường bộ là nguồn phát thải chất gây ô nhiễm lớn nhất. Theo thống kê của Hiệp hội Các
nhà sản xuất xe máy Việt Nam, tổng lượng xe máy bán ra năm 2017 của các thành viên đạt
khoảng 3,3 triệu chiếc, tăng gần 5% so với năm 2016. Mỗi năm, có khoảng gần 22.000 xe
máy hồn thành thủ tục đăng ký mới chỉ tính riêng Hà Nội [1] và theo ghi nhận thì sự gia
tăng phương tiện xe máy chưa có dấu hiệu suy giảm. Do đó, xe máy được xem là nguồn gây
ơ nhiễm chính và chiếm vị trí hàng đầu hiện nay.
Theo các chuyên gia môi trường, các hoạt động giao thơng vận tải đã có những đóng

góp quan trọng vào công cuộc phát triển kinh tế-xã hội của đất nước. Tuy nhiên, việc tăng
cường các hoạt động giao thông vận tải làm phát sinh nhiều vấn đề về mơi trường khơng khí.
Trong q trình hoạt động, các phương tiện giao thông thải lượng lớn các chất như: bụi, CO,
NOx, SOx, hơi xăng dầu, bụi chì, benzen… vào mơi trường khơng khí. Lượng khí thải,
bụi… gây ơ nhiễm đang tăng lên hàng năm cùng với sự phát triển về số lượng các phương
tiện giao thông đường bộ. Hằng ngày, chỉ cần một nửa số phương tiện trên hoạt động cũng
đã xả thải ra môi trường một lượng lớn các khí độc hại, trong đó có nhiều thành phần gây
nên hiệu ứng nhà kính, gây ra các loại bệnh như: Viêm nhiễm đường hô hấp do nhiễm vi
khuẩn, hen suyễn, viêm phế quản mạn tính, viêm mũi…
Báo cáo cũng cho thấy, sự phát thải của các phương tiện cơ giới đường bộ phụ thuộc
rất nhiều vào chất lượng các loại xe. Đối với các phương tiện như xe ô tơ, xe máy qua nhiều
năm sử dụng có chất lượng thấp, hiệu quả sử dụng nhiên liệu thấp, nồng độ chất độc hại, bụi
trong khí xả cao… là nguyên nhân gây ơ nhiễm nghiêm trọng. Trong đó, xe máy là nguồn
đóng góp chính các loại khí ơ nhiễm, đặc biệt là các khí thải CO, VOC… Xe tải và xe khách
các loại lại phát thải ra nhiều NO2.
1


Bên cạnh đó, áp lực về nguồn năng lượng từ các nguồn tài nguyên hóa thạch của Việt
Nam ngày càng lớn khi nguồn cung năng lượng hóa thạch đang suy giảm dần do trữ lượng
có hạn mà nhu cầu sử dụng ngày càng lớn, kèm theo đó là việc tiêu thụ nguồn năng lượng
này đang gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nếu giữ nguyên tốc độ khai thác như
hiện nay, trữ lượng dầu mỏ của Việt Nam chỉ đủ khai thác trong khoảng 34 năm; khí thiên
nhiên chỉ còn 63 năm còn than đá chỉ còn khai thác được 4 năm [2] trong khi đây lại đang là
những nguồn đầu vào chính cho nền kinh tế Việt Nam.
Bởi vậy, chúng ta cần đề ra những giải pháp cấp bách nhằm hạn chế ô nhiễm môi
trường, sử dụng hợp lí nguồn tài ngun hóa thạch góp phần bảo vệ môi trường sống của
chúng ta thêm xanh và sạch.
1.2 Một số biện pháp giải quyết vấn đề về môi trường
Việt Nam là một trong những quốc gia đang phải đối mặt với nhiều thách thức liên

quan đến vấn đề ô nhiễm mơi trường. Trong đó, vấn đề ơ nhiễm khơng khí đang ở mức đáng
báo động. Ơ nhiễm khơng khí có sự góp mặt của hoạt động giao thơng vận tải-nguồn phát
thải gây ơ nhiễm chính đối với bầu khí quyển. Vì vậy, việc làm giảm mức độ khí thải ô
nhiễm của loại phương tiện trên luôn là đối tượng nghiên cứu của các nhà sản xuất ô tô, xe
gắn máy. Nhiều giải pháp đã được đưa ra nhằm làm giảm ơ nhiễm khơng khí như thắt chặt
mức tiêu chuẩn khí thải đối với xe nhập đã qua sử dụng và xe đang lưu hành; tăng cường
kiểm sốt khí thải lưu động trên đường; mở rộng cơ sở thực hiện kiểm định đạt tiêu chuẩn
khí thải.
Đồng thời, chúng ta cần tìm ra những nguồn năng lượng mới thay thế cho nhiên liệu
hóa thạch song song với việc nghiên cứu cải tiến động cơ nâng cao hiệu suất để tiết kiệm
năng lượng. Trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu cải tiến như:
+ Nghiên cứu hồn thiện q trình cháy của động cơ Diesel.
+ Cải tiến hệ thống đánh lửa thường sang đánh lửa điều khiển bằng điện tử; hệ thống
cung cấp nhiên liệu sử dụng chế hịa khí sang phun xăng điều khiển điện tử.
+ Nghiên cứu sử dụng nhiều loại nhiên liệu thay thế như: LPG (Liquidfied Petroleum
Gas), methanol, ethanol, fuel cell, biodiesel, khí thiên nhiên, điện và năng lượng mặt trời.
+ Nghiên cứu sử dụng nguồn động lực lai (Hybrid).
2


Tuy nhiên các giải pháp pháp trên đều có nhược điểm lớn đó là khơng thể ứng dụng
rộng rãi được. Hiện nay một xu hướng rất nổi bật là trang bị nguồn động lực lai (Hybrid)
trên các loại phương tiện giao thơng đường bộ. Xu hướng trên có tính khả thi cao đối với
một đất nước có lượng lớn phương tiện cá nhân là xe gắn máy như nước ta hiện nay. Việc sử
dụng động cơ lai mang lại hiệu quả cao vì nó kết hợp từ các động cơ thành phần nên tạo
được hiệu suất làm việc cao, đồng thời hạn chế lượng khí thải gây ơ nhiễm mơi trường do sử
dụng năng lượng thay thế xăng dầu, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng. Vì thế mà công
nghệ xe lai (Hybrid) đã được các hãng sản xuất xe trên thế giới tập trung nghiên cứu.
1.3 Các nghiên cứu liên quan
Từ thực trạng nhiên liệu và môi trường nêu ra ở trên, đã có nhiều nghiên cứu trong và

ngoài nước liên quan đến xe gắn máy lai. Nhằm tìm ra hướng đi chung cho loại phương tiện
này, góp phần giải quyết vấn đề môi trường và tăng hiệu quả sử dụng.
1.3.1 Các nghiên cứu về xe gắn máy lai
Đề tài “Thiết kế xe gắn máy Hybrid” [3] do GS.TSKH Bùi Văn Ga (Đại học Đà
Nẵng) và ThS. Nguyễn Quân (Cao đẳng Công nghiệp Huế) thực hiện được đăng tải trên tạp
chí Khoa học và Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 4/2009. Đề tài được xác định là thiết kế xe
gắn máy Hybrid điện-gas với hai động cơ là động cơ điện công suất tổng cộng 1.500W và
động cơ nhiệt 50cc chạy bằng LPG có tính năng vận hành phù hợp với điều kiện đường sá
Việt Nam. Xe không phát ô nhiễm khi chạy bằng điện và khi chạy bằng LPG, mức độ phát
thải ô nhiễm của xe tối đa bằng 20% mức độ phát thải của xe gắn máy chạy bằng xăng cùng
kích cỡ. Việc đầu tư sản xuất loại xe này sẽ tạo ra sản phẩm công nghiệp đặc thù của Việt
Nam và hứa hẹn một thị trường tiêu thụ rộng lớn trên thế giới.
Theo tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật-ĐH SPKT TP.HCM, số 30/2014, nhóm tác
giả Đào Trọng Cường (Trường Trung cấp nghề Vĩnh Long) và Lê Thanh Phúc (Trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã thực hiện nghiên cứu “Thiết kế hệ thống truyền lực cho
xe gắn máy lai” [4]. Xe được chọn để thực hiện đề tài là một chiếc xe tay ga hiệu Attila đã
qua sử dụng. Từ đó, nghiên cứu cải tạo và lắp ráp thêm hệ thống truyền động từ một động cơ
điện công suất 400W để phối hợp với động cơ xăng dẫn động bánh xe sau. Theo kết quả
thực nghiệm, cả hai động cơ xăng và động cơ điện cùng truyền moment quay đến trục bánh
3


xe sau, xe hoạt động ổn định, an toàn, giảm lượng phát thải và tiết kiệm khoảng 20% nhiên
liệu so với xe ban đầu chỉ có động cơ xăng. Nhìn chung, toàn bộ hệ thống truyền động của
động cơ điện là một cụm chi tiết rời, có thể lắp ráp dễ dàng vào xe máy. Sau khi lắp thêm hệ
thống truyền động, xe nặng hơn xe nguyên bản 23 kg.
Nội dung luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu mơ hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực
xe” [5] của tác giả Huỳnh Thịnh được thực hiện trên xe máy lai xăng-điện cải tạo từ xe cơ sở
Honda Lead 110cc với động cơ điện không chổi than đặt trực tiếp tại bánh trước. Bánh sau
được dẫn động bằng hệ dẫn động nguyên bản của xe. Cả hai bánh đều có khả năng cung cấp

công suất độc lập hoặc đồng thời cho xe khi di chuyển trên đường. Kết quả mô phỏng bằng
phần mềm Matlab-Simulink với thuật toán điều khiển phân phối cơng suất Rule-Based
Control theo các chu trình chạy thử với phương pháp điều khiển phân phối công suất đề xuất
cho thấy tính năng động lực học của xe lai khơng thua kém xe cơ sở, trong khi mức tiêu thụ
nhiên liệu tăng thêm 0,15l/100 km. Khi xe chạy mà không có chế độ sạc trên xe, từ khi nạp
accu đầy và chạy đến khi accu cịn một nửa thì xe tiêu thụ trung bình 2,38l/100 km trên
quãng đường 84,8 km, thấp hơn 0.31l so với xe cơ sở đã chọn.
Trong cuốn “Design and implementation of a novel hybrid electric motorcycle
transmission” [6] của hai tác giả Kuen-Bao Sheu và Tsung-Hua Hsu đã nghiên cứu sự truyền
tải xe gắn máy lai hoạt động với 4 chế độ: động cơ điện, động cơ, động cơ tái sinh năng
lượng, và điện năng, đặc điểm của hệ thống này gồm động cơ điện-máy phát và cơ chế thay
đổi chế độ hoạt động được thực hiện bằng bộ ly hợp cơ khí. Phân tích về hệ thống truyền
động lai tác giả Sheu đã nghiên cứu phân tích mơ phỏng hệ thống truyền động lai và hệ
thống lưu trữ năng lượng bằng Mathlab-Simulink với mục đích tối ưu hóa khả năng phân
phối năng lượng giữa nguồn lực.
Trong bài báo nghiên cứu của Chris Mi (University of Michigan–Dearborn, USA),
M. Abul Masrur (University of Detroit Mercy, USA) và David Wenzhong Gao (University
of Denver, USA) lại đưa ra mẫu thiết kế ứng dụng chế độ “Master-Slave” cho xe Hybrid
(HEV- Hybrid Electric Vehicle) [7]. Mơ hình sử dụng là xe gắn máy 50cc để thiết kế phù
hợp với dòng xe 100cc. Một motor phụ DC được sử dụng để theo dõi tốc độ quay của bánh

4


sau đồng thời cung cấp thêm moment xoắn thông qua bộ hợp lực cho bánh sau do đó cơng
suất được gia tăng
Một tác giả khác là Kuen-Bao Sheu trong một bài nghiên cứu về “Analysis and
evaluation of hybrid scooter transmission systems” [8] ơng đã phân tích đánh giá hệ thống
truyền tải cho xe lai, thiết kế mới nhất của hệ thống truyền động lai kết hợp với truyền tải
công suất giữa động cơ điện và xăng. Mục đích là giảm tối thiểu nguồn khí thải và tận dụng

tối ưu nguồn năng lượng tái sinh ở các chế độ năng lượng và hãm tái sinh. Ưu điểm của hệ
thống này là chỉ dùng một động cơ điện-máy phát điện hoạt động với cơ cấu bánh răng hành
tinh không sử dụng bộ ly hợp truyền động phanh.
1.3.2 Các nghiên cứu về pin lithium-ion
Đến thời điểm hiện tại, việc nghiên cứu và ứng dụng pin Li-ion thay thế cho accu
khơng cịn là một vấn đề mới nữa. Từ khi pin Li-ion xuất hiện và phát triển thì đã có nhiều
cơng ty, hãng xe đã nghiên cứu và ứng dụng nó làm bộ nguồn thay thế cho accu của nhiều
loại xe lai. Nhiều dòng xe điện, xe hybrid sử dụng bộ nguồn là pin Li-ion đã có mặt trên thị
trường và tương lai sẽ còn phát triển mạnh hơn nữa.
Theo “Automotive Lithium-ion Batteries: State of the art and future developments in
lithium-ion battery packs for passenger car applications” của tác giả Peter Miller xuất bản
vào 10/01/2015 đã đưa ra những thống kê cụ thể để chỉ ra những lợi ích của việc sử dụng pin
Li-ion cho xe hybrid, xe điện và tìm năng phát triển trong tương lai. Báo cáo này cho thấy
phạm vi ứng dụng cho ơ tơ và tóm tắt u cầu khác nhau cho mỗi loại. Điều này cho thấy
rằng, pin lithium-ion có thể được sử dụng làm bộ nguồn xe du lịch lớn, chúng phù hợp nhất
để sử dụng trong các loại xe PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) và EV (Electric
Vehicle).
1.4 Động lực của đề tài
Hiện nay, các vấn đề về mơi trường như sự ơ nhiễm mơi trường khơng khí, nóng lên
tồn cầu,…đang là mối quan tâm, lo ngại hàng đầu trên thế giới. Trong đó, nguyên nhân do
chất xả của các phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch chiếm một phần khơng nhỏ. Bên
cạnh đó, song song với sự phát triển về cơng nghiệp thì số lượng phương tiện giao thông
bằng động cơ đốt trong tăng lên đáng kể, lượng nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Vì
5


vậy, việc bảo vệ mơi trường và tìm nguồn nhiên liệu thay thế là cần thiết. Hai giải pháp được
đánh giá tốt nhất hiện nay là sử dụng pin nhiên liệu (Fuel Cell Vehicle) và ô tô lai điện-nhiệt
(Hybrid). Trong tương lai, việc nghiên cứu và phát triển các phương tiện hoạt động dựa trên
nguồn năng lượng vô hạn, năng lượng tái tạo được, năng lượng sạch, hạn chế ô nhiễm sẽ là

giải pháp năng lượng lý tưởng và bền vững nhất. Những loại xe hybrid kết hợp được ưu
điểm của động cơ điện và động cơ nhiệt tạo ra được hiệu suất tổng hợp rất cao và mức độ
phát thải ơ nhiễm thấp. Vì vậy, cơng nghệ lai là tiêu chí đứng đầu để nhà sản xuất trên thế
giới tập trung nghiên cứu phát triển.
Ở Việt Nam, phương tiện giao thơng chủ yếu là xe gắn máy. Lượng khí xả từ những
loại phương tiện giao thông này đang chiếm vị trí đầu. Nhưng vì giá cả phù hợp với nhiều
đối tượng, tính cơ động, chiếm ít diện tích,…nên vẫn là phương tiện được sử dụng nhiều.
Thế nên, việc nghiên cứu,phát triển và ứng dụng xe máy lai tại Việt Nam là cần thiết, vừa
đáp ứng được nhu cầu của người Việt Nam, vừa bảo vệ được môi trường, tiết kiệm nguồn tài
nguyên nhiên liệu.
Nguồn điện của xe máy hybrid sử dụng hiện nay đa số là accu chì-axit, đây là một
loại nguồn truyền thống, có giá thành rẻ. Nhưng với sự phát triển của công nghệ, nhiều loại
pin nguồn mới đã xuất hiện và mang nhiều ưu điểm, nhiều lợi ích hơn so với accu chì-axit,
có thể kể đến là pin lithium-ion. Qua nhiều năm nghiên cứu và phát triển của pin Li-ion, loại
pin đã thể hiện được nhiều ưu điểm vượt trội và đang được áp dụng nhiều vào các loại thiết
bị điện tử cầm tay, tiêu biểu là điện thoại di động. Với những ưu điểm hơn về mật độ năng
lượng cao, khả năng hồi phục, tuổi thọ chu kỳ và độ an toàn so với accu chì-axit, thì đây là
nguồn năng lượng điện hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích hơn nếu thay thế cho accu chì-axit
trên xe hybrid.
1.5 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
1.5.1 Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu, ứng dụng pin Li-ion thay thế cho accu chì-axit trên xe gắn máy lai.
- Đánh giá tính khả thi của pin Li-ion khi thay thế accu chì-axit.
1.5.2 Nhiệm vụ của đề tài
- Tìm hiểu về xe hybrid, các chế độ hoạt động của xe hybrid.
6


- Tìm hiểu về accu chì-axit và pin lithium-ion.
- Phân tích và chọn phương pháp bố trí, lắp đặt.

- Tính toán và đánh giá kết quả.

7