Hệ thống Mild Hybrid là bước đệm quan trọng giữa động cơ đốt trong truyền thống và các dòng xe hybrid hoàn chỉnh. Với mô-tơ điện nhỏ cùng bộ pin điện áp thấp, Mild Hybrid hỗ trợ động cơ chính trong các pha tăng tốc, phanh tái tạo năng lượng và khởi động mượt mà hơn. Bài viết này sẽ mang đến cái nhìn tổng quan về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những ưu điểm nổi bật của hệ thống Mild Hybrid trong các dòng xe hiện đại.
1. Giới thiệu
Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng và siết chặt tiêu chuẩn phát thải, các giải pháp “điện hóa từng bước” cho hệ truyền động xe hơi đóng vai trò then chốt để giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải trong ngắn – trung hạn.
Trong phổ các dạng phương tiện điện-hóa (từ micro hybrid → mild hybrid → full hybrid → plug-in hybrid), Mild Hybrid Electric Vehicle (MHEV) xuất hiện như một phương án cân bằng giữa lợi ích môi trường, hiệu quả nhiên liệu và chi phí/độ phức tạp triển khai.
So với micro-HEV (chủ yếu là stop–start) và so với full-HEV/PHEV (có hệ HV và khả năng chạy thuần điện), MHEV cung cấp khả năng trợ lực mô-men (torque assist) và thu hồi năng lượng (regenerative braking) rõ rệt hơn, nhờ đó cải thiện hiệu suất nhiên liệu ở mức đáng kể đồng thời vẫn giữ chi phí và yêu cầu hạ tầng ở mức thấp hơn so với các hệ HV mạnh.
2. Khái niệm và định nghĩa
MHEV – Mild Hybrid Electric Vehicle về bản chất, MHEV là loại hybrid có mức độ lai hóa (degree of hybridization) trung bình—không đủ để vận hành liên tục bằng điện thuần túy nhưng đủ để điện đóng góp đáng kể trong các pha chuyển tiếp của chu trình lái.
Trong các bảng phân loại kỹ thuật phổ biến, MHEV thường được mô tả là có khoảng 10–20% năng lượng/công suất đến từ hệ điện, tương ứng phân bố năng lượng xấp xỉ 80–90% nhiên liệu và 10–20% điện trong hoạt động thực tế.
Một nghiên cứu/tổng quan tổng hợp cũng nêu mức lai hóa MHEV < 20% và chỉ ra rằng MHEV thường dùng mô-tơ có công suất trung bình (ví dụ 7–12 kW ở mức điện áp khoảng 150 V trong một số thiết kế) để thực hiện trợ lực và thu hồi năng lượng.
Chức năng cốt lõi của MHEV bao gồm:
(1) Stop–start mượt (khởi động/tắt động cơ bằng mô-tơ trợ giúp).
(2) Torque assist khi đề-pa/tăng tốc (giảm tải tức thời cho ICE).
(3) Regenerative braking (thu hồi năng lượng khi giảm tốc).
(4) quản lý năng lượng giữa hai mạng điện (low-voltage và bus 48 V) để cấp phụ tải và tối ưu tiêu thụ nhiên liệu.
Phân biệt nhanh với các mức lai hóa khác: micro-HEV chủ yếu cung cấp stop–start và sạc thông minh trên mạng điện 12 V mà không truyền mô-men ra bánh; full-HEV và PHEV có hệ HV (300–400 V), pin & mô-tơ lớn hơn.
Lợi ích hiệu quả nhiên liệu: các tài liệu tổng hợp và báo cáo thực nghiệm báo cáo mức cải thiện nhiên liệu của MHEV khác nhau theo kiến trúc và chu trình lái; phạm vi thực tế thường được nêu trong khoảng ~10–25% (tùy cấu hình, kích thước mô-tơ, chiến lược quản lý năng lượng và chu trình thử nghiệm) — do đó khi đánh giá phải chú ý điều kiện thử nghiệm cụ thể.
Tham khảo thêm: Khóa học Kỹ thuật sửa chữa xe ô tô Điện – xe ô tô Hybrid
3. Kiến trúc hệ thống (System architecture)
MHEV có thể được mô tả đặc trưng bởi kiến trúc điện kép (dual-bus) và một trong vài cấu hình truyền lực tiêu biểu của động cơ điện. Các thành phần và bố trí chính như sau.
3.1 Kiến trúc điện — dual-bus (12 V và 48 V) và bộ chuyển đổi
- Hầu hết thiết kế MHEV hiện đại dùng hai mạng điện: mạng 12 V cho phụ tải truyền thống (điện tử, đèn, bơm, quạt), và mạng cao hơn (thường 48 V; có thể lên tới 60–150 V trong một số thiết kế) để cấp nguồn cho mô-tơ hybrid và hệ quản lý năng lượng.
- Hai mạng này được liên kết bởi DC/DC Converter, cho phép phân bổ năng lượng linh hoạt và giữ an toàn/chi phí ở mức thấp hơn so với hệ HV 300 – 400 V.
- Việc dùng 48 V vừa đạt được lợi ích công suất đủ lớn cho Torque assist (hỗ trợ mô-men) vừa tránh các yêu cầu an toàn/chi phí của hệ HV đầy đủ.
3.2 Động cơ điện (electric machine) – các kiểu lắp đặt phổ biến
- BSG (Belt Starter Generator) – P0 configuration: Mô-tơ/Generator gắn trên dây đai phụ trợ, thay thế máy phát/khởi động truyền thống.
- Ưu điểm: dễ tích hợp trên nền xe hiện có, chi phí thấp, thực hiện stop–start mượt và hỗ trợ tái sinh cơ bản.
- Nhược điểm: giới hạn mô-men/công suất do truyền qua dây đai.
- ISG (Integrated Starter Generator) – P1 configuration: Mô-tơ tích hợp trực tiếp trên trục khuỷu hoặc bộ truyền trước hộp số; cung cấp hiệu quả cao hơn BSG, phản hồi nhanh hơn và khả năng thu hồi/hỗ trợ tốt hơn so với P0.
P2 (giữa động cơ và hộp số) hoặc các biến thể: một số hệ mild hybrid (ít gặp hơn) dùng bố trí P2 để cho phép tách động cơ và cung cấp con đường truyền điện gần như độc lập — điều này mở rộng khả năng “coasting” và tăng hiệu quả tái tạo, nhưng phức tạp hơn và ít phổ biến cho MHEV tiêu chuẩn.
3.3 Pin và điện tử công suất (Battery & power electronics)
- Pin 48 V: MHEV sử dụng pin dung lượng nhỏ so với HEV/PHEV; mục tiêu là cung cấp năng lượng nhanh cho trợ lực và lưu trữ năng lượng tái sinh chứ không phải để cung cấp năng lượng để tăng quãng đường EV. Do đó gói pin thường có năng lượng tính bằng vài 100 Wh đến vài kWh (tùy hệ thiết kế. Các hệ quản lý pin (BMS) giám sát SOC, nhiệt độ, cân bằng cell và phối hợp với DC/DC để bảo đảm an toàn và tuổi thọ.
- Inverter & DC/DC: Động cơ điện điều khiển bằng bộ Inverter 3-phase với điện áp cao (48–150 V) và DC/DC cấp điện cho bus 12 V khi cần; inverter phải hỗ trợ cả chế độ motor (cung cấp torque) và generator (thu hồi năng lượng).
3.4 Hệ thống điều khiển (EMS) và tích hợp với ICE
EMS của MHEV chịu trách nhiệm quyết định khi nào dùng năng lượng từ pin để trợ lực, khi nào để ICE trực tiếp kéo bánh và khi nào ưu tiên sạc pin (ví dụ tăng sạc khi giảm tốc). Vì dung lượng pin nhỏ, chiến lược EMS của MHEV thường thiên về quản lý năng lượng hơn là hỗ trợ chạy EV kéo dài; mục tiêu tối ưu là giảm tiêu thụ nhiên liệu và tối đa hóa thu hồi trong giới hạn tuổi thọ pin.
Các nghiên cứu tổng hợp và thực nghiệm nêu rõ rằng EMS cho MHEV có thể dùng từ luật điều khiển đơn giản tới các thuật toán tối ưu hóa nâng cao khi cần thiết.
4. Cấu hình truyền động (Drivetrain Configurations)
MHEV thường được triển khai theo dạng parallel hybrid (là một kiểu phân loại xe Hybrid theo tiêu chí là cấu hình truyền động) với các cấu hình bố trí máy điện khác nhau, ký hiệu P0–P4. Trong đó, P0 và P1 là phổ biến nhất cho MHEV do đơn giản, chi phí thấp, dễ tích hợp.
- P0 (Belt Starter Generator – BSG): mô-tơ/generator đặt trên dây đai phụ trợ của động cơ. Ưu điểm: lắp đặt dễ trên nền xe sẵn có, chi phí thấp. Hạn chế: công suất giới hạn bởi khả năng truyền qua dây đai, mô-men thấp. Phù hợp micro/mild hybrid cỡ nhỏ.
- P1 (Integrated Starter Generator – ISG): mô-tơ gắn trực tiếp trên trục khuỷu ICE, thay thế máy phát/khởi động. Ưu điểm: truyền mô-men hiệu quả, phản hồi nhanh, khả năng tái sinh tốt hơn P0. Hạn chế: cần thiết kế lại hệ thống nhiều hơn.
- P2: mô-tơ đặt giữa động cơ và hộp số, có ly hợp tách. Cho phép tách ICE hoàn toàn khi chạy đều, tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Hạn chế: phức tạp, chi phí cao hơn, thường gần với full hybrid hơn.
Như vậy, P0/P1 là kiểu phổ biến của MHEV, còn P2 hướng tới với loại full hybrid.
5. Nguyên lý vận hành (Operating Principles)
MHEV khai thác động cơ điện và pin để hỗ trợ ICE theo các chế độ sau:
- Stop–start nâng cao: động cơ tắt khi dừng, khởi động lại nhanh/chính xác nhờ ISG/BSG thay vì motor đề truyền thống.
- Torque assist: trong tăng tốc hoặc vượt, mô-tơ bổ sung mô-men tức thời, giảm tải ICE, cải thiện hiệu suất và giảm rung động.
- Regenerative braking: khi giảm tốc, máy điện chuyển sang phát điện, sạc pin 48 V.
- Coasting/Sailing: trong một số MHEV, ICE có thể tạm ngừng (clutch mở) khi xe chạy đều, giảm ma sát động cơ.
- Phụ tải điện thông minh: pin 48 V cấp điện cho phụ tải thay vì buộc ICE kéo máy phát liên tục, giúp tiết kiệm thêm.
Các chế độ này diễn ra tự động theo quyết định của Energy Management System (EMS).
6. Chiến lược quản lý năng lượng (Energy Management Strategies – EMS)
Mục tiêu EMS trong MHEV là:
- Giảm tiêu thụ nhiên liệu & phát thải.
- Duy trì SOC (State of Charge) trong dải an toàn.
- Giữ cân bằng giữa công suất điện – nhiệt để kéo dài tuổi thọ pin và mô-tơ.
Các chiến lược phổ biến:
- Rule-based (RB): dựa trên logic điều kiện đơn giản (tốc độ, tải, SOC). Phù hợp thương mại vì dễ triển khai.
- Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS): tính toán tương đương nhiên liệu cho năng lượng điện, tối ưu theo thời gian thực.
- Model Predictive Control (MPC): dùng mô hình dự báo để tối ưu đa mục tiêu. Hiệu quả cao nhưng yêu cầu tính toán nhiều.
- Các nghiên cứu mới dùng thuật toán tiến hóa/heuristic (GA, PSO) để tối ưu EMS, nhất là khi có mục tiêu đa tiêu chí (fuel, NOx, CO₂ .
7. Hiệu quả và Đánh giá (Performance and Assessment)
- Tiết kiệm nhiên liệu: thường 10–15% so với ICE thuần tuý, cao hơn micro-HEV nhưng thấp hơn full/PHEV.
- Giảm phát thải: cắt giảm CO₂ tương ứng, và giảm NOx/HC trong điều kiện đô thị nhờ giảm tải ICE.
- NVH: stop–start mượt hơn, giảm rung ồn do ISG/BSG.
- Giới hạn: không có EV mode thực sự, chỉ hỗ trợ trong các pha tải ngắn.
8. Ứng dụng thực tế và Ví dụ thương mại
- Audi, Mercedes-Benz, BMW, Hyundai/Kia: nhiều mẫu xe trang bị 48 V BSG/ISG mild hybrid.
- Honda Civic, Accord, Saturn Vue 2009, GMC Sierra 1500: các ví dụ MHEV đã thương mại hoá.
- Lợi thế: dễ triển khai đại trà trên nhiều phân khúc, chi phí thấp hơn full HEV.
9. Ưu điểm và hạn chế
Ưu điểm:
- Hiệu quả nhiên liệu tốt với chi phí/độ phức tạp vừa phải.
- Không yêu cầu hạ tầng sạc ngoài.
- Dễ tích hợp vào xe truyền thống với ít thay đổi cơ khí.
Hạn chế:
- Không chạy thuần điện.
- Mức tiết kiệm giới hạn bởi dung lượng pin và công suất motor.
- Không đạt mức phát thải thấp bằng PHEV/BEV.
10. Xu hướng và triển vọng
- 48 V mild hybrid ngày càng phổ biến, là bước trung gian trước khi thị trường chuyển dịch sang PHEV và BEV.
- Kết hợp mild hybrid với downsizing động cơ để đạt chuẩn Euro 7/CAFE.
- Triển vọng: tiếp tục được áp dụng rộng rãi trong 5–10 năm tới cho xe phổ thông và xe thương mại nhẹ, khi hạ tầng sạc BEV chưa hoàn thiện.
11. Kết luận
MHEV là giải pháp cân bằng giữa hiệu quả nhiên liệu, chi phí và độ phức tạp kỹ thuật. Với stop–start nâng cao, hỗ trợ mô-men – torque assist và tái tạo năng lượng regenerative braking, MHEV mang lại cải thiện tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải đáng kể hơn micro hybrid, trong khi chi phí thấp hơn full/PHEV. Trong lộ trình điện hóa, MHEV đóng vai trò “cầu nối” quan trọng, đặc biệt ở các thị trường đang phát triển hạ tầng sạc.
Trên đây là toàn bộ tài liệu về chủ đề tổng quan Mild Hybird mà trung tâm VATC muốn gửi đến bạn. Hy vọng bạn đã có thêm cho mình kiến thức hay trong ngày.
Nếu bạn có đang đam mê hoặc muốn tìm hiểu về các khóa học trong ngành ô tô thì liên hệ ngay với trung tâm VATC theo thông tin dưới đây để được tư vấn chi tiết nhất nhé!
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam – VATC
- Địa chỉ: Số 4-6, Đường số 4, Phường Hiệp Bình Phước, Thành Phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
- Điện thoại: 0945711717
- Email: info@oto.edu.vn
Xem thêm:
