Xe ô tô Hybrid: Cơ chế hoạt động và ứng dụng thực tế

Hiện nay, các loại xe ô tô Hybrid đang ngày càng trở nên phổ biến. Thời điểm đầu, chúng chỉ được trang bị trên những dòng xe cỡ nhỏ và hiện giờ đã được lan rộng sang cả những dòng xe cỡ trung, cỡ lớn và cả những chiếc SUV hầm hố…

Nếu bạn phải so sánh giữa một chiếc Toyota Prius và các mẫu xe khác như Toyota Camry, Porsche Cayenne hay Honda Civic, thì giữa chúng có điểm gì giống nhau? Câu trả lời ở đây là chúng đều sử dụng hệ thống truyền năng lượng dạng “lai”, hay còn gọi là Hybrid – công nghệ được nhiều người biết tới nhờ “công lao” của chiếc Prius Toyota.

Trong thời đại nhu cầu về năng lượng là điều tất yếu của mọi quốc gia. Chính bởi vậy, việc tiết kiệm nhiên liệu và năng lượng luôn là vấn đề hàng đầu của mọi quốc gia trong tất cả các ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô. Giải phải đưa ra chính là sự kết hợp linh hoạt giữa động cơ xăng, đồng cơ điện và cơ cấu giúp bảo tồn và chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả.

Vậy một chiếc xe ô tô Hybrid là gì? Nguyên lý hoạt động của chúng ra sao? Chúng có tiết kiệm nhiên liệu hơn các loại động cơ khác không?… Tất cả những điều này sẽ được VATC giải đáp qua bài viết sau đây!

Định nghĩa một chiếc xe ô tô Hybrid

Tìm hiểu về Xe ô tô Hybrid cùng trung tâm VATC

 

Một chiếc xe được gọi là Hybrid nếu như nó sử dụng 2 loại năng lượng trở lên để tạo ra lực kéo. Nói dễ hiểu hơn, xe Hybrid sẽ được trang bị một động cơ đốt trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, một khối pin và một hoặc nhiều động cơ điện.

Nhiều người thường nhầm xe ô tô Hybrid là “xe điện” – loại xe chỉ sử dụng năng lượng điện từ bên ngoài để vận hành, loại xe này được gọi là “Plug-in Hybrid”.

Xe Hybrid được chế tạo nhằm kết hợp động cơ xăng và động cơ điện một cách tối ưu nhất để có thể đạt được những yêu cầu khác nhau như: cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu, gia tăng công suất hoặc cung cấp thêm năng lượng cho các thiết bị điện tử và trang bị tiện nghi trên xe…

Các thuật ngữ thường được sử dụng trên xe Hybrid

#Motor điện (động cơ điện):

Là một trong những bộ phận rất quan trọng, nó đảm nhiệm nhiều vai trò khác nhau trên một chiếc xe ô tô Hybrid như hỗ trợ động cơ xăng khi chiếc xe cần tăng tốc, đóng vai trò như một máy phát điện, giúp chuyển đổi năng lượng từ động cơ xăng và tái tạo nặng lượng phanh thành điện năng tích trữ trong bô pin…

Ngoài ra, động cơ điện còn có thể giúp động cơ xăng khởi động ngay tức thì trong trường hợp cần thiết. Một số mẫu xe Hybrid có tới 2 hay thậm chí 3 động cơ điện.

#Chức năng khởi động/tự động dừng (Automatic Start/stop):

Cơ chế hoạt động và ứng dụng thực tế của Hybrid

 

Là bộ phận được trang bị trên đa số các mẫu xe Hybrid, nó có chức năng ngắt động cơ mỗi khi chiếc xe dừng lại (ví dụ như dừng đèn đỏ) và khởi động lại động cơ khi chiếc xe cần di chuyển (ví dụ khi chuyển đèn xanh) một cách tự động hoàn toàn. Chức năng này tương tự như hệ thống Idling Stop trên các dòng xe máy của Honda. Chức năng này rất tiện lợi khi bạn thường xuyên phải di chuyển xe trong thành phố.

#Hệ thống tái tạo năng lượng nhanh (Regenerative Braking):

Cơ chế hoạt động và ứng dụng thực tế của Hybrid

 

Một chức năng quan trọng của motor điện là tạo ra dòng điện để sạc lại cho bộ pin của xe. Ngoài việc chuyển đổi động năng từ động cơ xăng, motor điện còn hấp thị một phần quán tính mỗi khi xe đang giảm tốc và chuyển đổi thành dòng điện tích trữ trong bộ pin của chiếc xe.

Thông thường, những mẫu xe chạy bằng dầu hoặc xăng đơn thuần không thể tận dụng được nguồn năng lượng này, và nó sẽ được chuyển đổi thành một dạng năng lượng vô ích (thậm chí có hại) khác, đó chính là nhiệt năng tỏa ra trên hệ thống phanh.

#Chức năng vận hành thuần điện (Electric Drive):

Động cơ điện còn có một chức năng quan trọng khác, đó chính là hỗ trợ động cơ xăng trong những trường hợp cần bổ sung thêm công suất như tăng tốc, leo dốc… Điều này khiến các nhà sản xuất có thể yên tâm hơn khi lắp một động cơ nhỏ gọn lên chiếc xe, bởi nó đã có một trợ thủ đắc lực khác là động cơ điện hỗ trợ.

Ngoài ra, trong một số trường hợp, động cơ điện còn có thể đảm nhận luôn nhiệm vụ của động cơ xăng. Chẳng hạn như khi xe đi trong thành phố và phải di chuyển với tốc độ thấp, lúc này mình động cơ điện cũng có thể “kéo” chiếc xe đi cho tới, khi bộ pin gần cạn thì động cơ xăng sẽ được khởi động để “nhận lại” nhiệm vụ, đồng thời tạo ra năng lượng để sạc cho bộ pin… Cứ như thế, cả hai bộ phận được hoán đổi nhiệm vụ cho nhau một cách linh hoạt và hiệu quả để tối ưu hóa mức nhiên liệu sử dụng.

Không phải mẫu xe Hybrid nào cũng được trang bị đầy đủ các bộ phận này, cũng như có cơ chế hoạt động giống nhau. Tất cả đều phụ thuộc vào các sắp đặt và bố trí các bộ phận với nhau.

Những ứng dụng của Hybrid phổ biến

  1. Series Hybrid

Tìm hiểu về Xe ô tô Hybrid cùng trung tâm VATC

 

Đây là mô hình Hybrid lâu đời nhất, nó được ứng dụng trên những đầu máy tàu hỏa và tàu thủy xuất hiện ở nhiều thế kỷ trước. Trên một chiếc xe sử dụng nền tảng Series Hybrid, động cơ điện đóng vai trò trực tiếp trong việc truyền lực tới bánh xe.

Bởi vậy nên, yêu cầu đặt ra của động cơ điện là phải có sức mạnh lớn nên kích thước có nó thường rất to. Tuy chạy động cơ điện nhưng loại xe này vẫn được coi là xe Hybrid, bởi nó vẫn sử dụng động cơ xăng để tái tạo nguồn điện cung cấp tới động cơ điện và hoạt động như một chiếc máy phát điện đúng nghĩa.

Hiện nay, hầu hết không có chiếc xe ô tô Hybrid nào sử dụng nền tảng này nữa. Tuy nhiên, nền tảng “xưa cũ” này vẫn còn được ứng dụng trên những chiếc xe sử dụng năng lượng từ pin nhiên liệu Hydrogen thay vì sử dụng động cơ xăng truyền thống để tạo ra điện năng.

  1. Parallel Hybrid

Tìm hiểu về Xe ô tô Hybrid cùng trung tâm VATC

 

Đây là mô hình Hybrid đơn giản và ít tốn kém nhất, nên nó được áp dụng rất nhiều trên xe hơi. Với nền tảng này, động cơ xăng chỉ làm một nhiệm vụ duy nhất là cung cấp sức mạnh cho xe, còn động cơ điện đóng vai trò hỗ trợ cho động cơ xăng mỗi khi chiếc xe cần tăng tốc.

Nếu lượng pin còn lại đủ nhiều, động cơ điện sẽ thay thế động cơ xăng trong những trường hợp xe di chuyển chậm và không cần sử dụng nhiều sức mạnh. Trong mô hình này, hệ thống tái tạo năng lượng phanh (Regenerative Branking) sẽ đóng vai trò chủ đạo trọng việc “sạc pin” chứ không phải là động cơ xăng. Do đó, tốc độ phục hồi năng lượng của pin sẽ diễn ra khá chậm.

  1. Series-Parallel Hybrid

Tìm hiểu về Xe ô tô Hybrid cùng trung tâm VATC

 

Đây là nền tảng Hybrid có kết cấu phức tạp nhất, và giá thành cao nhất. Những chiếc xe Series-Parallel Hybrid luôn có mức tiêu hao nhiên liệu ít nhất, thời gian sử dụng điện năng từ bộ pin lâu nhất và tốc độ tối đa là cao nhất so với các nền tác khác.

Sức mạnh tạo ra từ động cơ xăng và động cơ điện được kết hợp với nhau một cách linh hoạt, để bổ trợ cho nhau và tạo ra hiệu quả hoạt động tốt nhất cho chiếc xe. Động cơ xăng sẽ đảm nhiệm vai trò cung cấp ức mạnh chủ yếu cho chiếc xe, còn động cơ điện sẽ hỗ trợ cho động cơ xăng khi cần thiết.

Tìm hiểu về Xe ô tô Hybrid cùng trung tâm VATC

 

Điện năng sẽ được lưu giữ trong cụm pin (thường là pin Li-ion) của chiếc xe, nó sẽ được sạc thông qua hệ thống tái tạo năng lượng phanh (Regenerative Branking) và cả động năng sinh ra từ động cơ xăng (mô hình Series Hybrid).

Nếu hoạt động một cách luân phiên thì cụm pin trên xe gần như lúc nào cũng được sạc đầy. Mỗi chiếc xe được trang bị nền tảng này đều sẽ có một hệ thống quản lý chế độ lái và điều kiện vận hành thông minh. Hệ thống sẽ tự động nhận biết được điều kiện lái và mức pin còn lại để chuyển đổi chế độ vận hành một cách hiệu quả nhất.

  1. Xe Plug-in Hybrid

Cơ chế hoạt động và ứng dụng thực tế của Hybrid

 

Như đã đề cập ở phần trên, Plug-in Hybrid là những loại “xe điện” đơn thuần, nghĩa là chúng chỉ sử dụng năng lượng điện được tích trữ trong bộ pin, để cung cấp cho motor điện và tạo ra lực kéo cho một chiếc xe.

Đặc điểm chung của những loại xe này là đều sở hữu một cụm pin Li-ion rất lớn, đủ để cung cấp điện năng cho một hành trình tương đối dài (ít nhất vài trăm km). Cụm pin này được sạc thông qua nguồn điện từ bên ngoài, vậy nên mới có tên gọi là “Plug-in).

Để sử dụng một chiếc xe Plug-in Hybrid, bạn phải sạc đầy sẵn ở nhà. Nếu nó “hết pin” giữa đường, bạn phải ghé trạm sạc cố định ở trên đường để nạp thêm năng lượng (cái này ở các nước phát triển mới có), nếu nhắm thấy pin còn đủ thì bạn có thể trở về nhà mà không phải ghé vô mấy trạm sạc pin đó. Chính vì lý do bất tiện đó mà xe Plug-in Hybrid vẫn còn chưa được sử dụng một cách phổ biến, dù chính phủ nhiều nước đã hỗ trợ khá nhiều để người dân của họ chuyển qua sử dụng loại phương tiện này.

Những loại xe ô tô Hybrid Plug-in nổi tiếng mà có thể các bạn đã từng nghe nói đến như Nissan Leaf, Chevrolet Volt và đặc biệt gần đây có BMW i3.

Xem thêm: Hộp số xe ô tô điện

Profile Pic
VATC

Bình luận

Your email address will not be published. Required fields are marked *