Xe Hybrid - Xu hướng xe ô tô trong thời đại mới

Xe hybrid là gì? Đây được xem một trong những giải pháp nhiều tiềm năng của ngành công nghiệp ô tô

1. Tìm hiểu khái niệm xe hybrid là gì? Cấu tạo của dòng xe hybrid

Xe hybrid là giải pháp cho thời đại mới, hứa hẹn sẽ giải quyết vấn đề nguồn cung nhiên liệu cũng như khí thải ra môi trường.

1.1. Định nghĩa xe hybrid

Xe hybrid (còn được biết đến với tên gọi là xe lai điện hay xe lai) là loại xe ô tô sử dụng linh hoạt song song hai nguồn động cơ là một động cơ đốt trong và một động cơ điện Như vậy, xe hybrid là xe ô tô vừa chạy xăng, vừa chạy điện.

Chiếc xe hybrid đầu tiên được trình làng vào năm 1899, là thành quả chế tạo của Pieper, Liège của Bỉ kết hợp cùng với công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly đến từ Pháp. Trải qua quá trình dài tiến hành nghiên cứu và cải tiến, phát triển, cho đến thập niên 90, khái niệm xe ô tô lai điện mới thật sự trở nên thu hút hơn.

Quá trình thương mại hóa dòng xe hybrid có công đầu thuộc về các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản. Năm 1997, ngay khi hãng Toyota trình làng mẫu ô tô sedan hybrid Toyota Prius thì hãng Honda cũng ra mắt mẫu xe Honda Civic hybrid. Đây là cột mốc đầu tiên đánh dấu việc dòng xe hybrid chính thức được chuyển dịch thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại.

1.2. Cấu tạo của dòng xe hybrid

Cấu tạo của dòng xe hybrid khá giống với dòng xe sử dụng động cơ đốt trong thường gặp. Điểm chung đó là động cơ hybrid cũng được kết nối với hệ thống truyền động, thực hiện nhiệm vụ dẫn động tới các bánh xe. Song, điểm khác biệt là ở dòng xe hybrid còn trang bị thêm một động cơ điện cùng đảm nhận nhiệm vụ dẫn động bánh xe hoặc hỗ trợ cho động cơ đốt trong.

Các bộ phận pin, bộ chuyển đổi công suất có tác dụng hỗ trợ giúp cho hệ cơ cấu này có thể phối hợp nhuần nhuyễn và vận hành trôi chảy. Trong đó, pin (hoặc ắc quy điện áp cao) là thiết bị tích trữ và giải phóng năng lượng cung cấp cho động cơ điện. Bên cạnh đó, bộ chuyển đổi công suất giúp chuyển hóa nguồn động lực của động cơ thành nhiều phần tùy theo từng mục đích sử dụng khác nhau như dẫn động xe hay nạp điện cho pin.

Điểm chung của xe hybrid và xe sử dụng động cơ đốt trong là động cơ hybrid cũng được kết nối với hệ thống truyền động, thực hiện nhiệm vụ dẫn động tới các bánh xe

2. Cách phân biệt các loại động cơ xe hybrid

Các dòng xe hybrid thường sử dụng 3 loại cấu trúc truyền động cơ bản:

2.1. Cấu trúc truyền động nối tiếp

Ở những xe sử dụng cấu trúc truyền động nối tiếp, động cơ điện trực tiếp cung cấp, truyền lực cho hệ thống dẫn động bánh xe. Trong khi đó, động cơ đốt trong chỉ hoạt động khi xe chạy đường dài, nếu không sẽ đảm nhận vai trò cung cấp năng lượng cho động cơ điện và nạp điện dự trữ cho ắc quy.

Ưu điểm: Động cơ đốt trong chủ yếu chỉ hoạt động khi chạy xe đường dài, từ đó giúp tiết kiệm xăng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Nhược điểm: Ở hệ thống truyền động nối tiếp, vai trò truyền lực được thực hiện chính bởi động cơ điện nên ắc quy có dung tích và kích thước lớn. Không chỉ vậy, động cơ xăng vừa phải liên tục cung cấp năng lượng để động cơ điện hoạt động vừa cung cấp năng lượng dự trữ cho ắc quy nên dễ bị quá tải.

Sơ đồ hoạt động của 3 loại động cơ hybrid, lần lượt A là loại song song, B là loại nối tiếp và C là loại hỗn hợp

2.2. Cấu trúc truyền động song song

Cấu trúc truyền động song song là cấu trúc mà cả động cơ điện và động cơ đốt trong cùng nhau thực hiện vai trò truyền lực. Bộ điều khiển trung tâm sẽ dựa trên điều kiện vận hành để quyết định thời điểm động cơ điện làm việc, thời điểm động cơ đốt trong làm việc hoặc cả hai cùng làm việc.

Ưu điểm: Xe được cung cấp công suất cao hơn nhờ có hai nguồn cùng truyền lực. Ắc quy không cần có dung tích và kích thước quá lớn.

Nhược điểm: Hệ thống truyền động song song có cấu tạo phức tạp, chi phí sản xuất đắt.

2.3. Cấu trúc truyền động hỗn hợp

Hệ thống cấu trúc truyền động hỗn hợp kết hợp cả hai hệ thống truyền động nối tiếp và song song. Hệ thống hỗn hợp vừa có khả năng tận dụng tối đa thế mạnh, vừa khắc phục nhược điểm của hai hệ thống nêu trên. Hệ truyền động hỗn hợp đang được ưu tiên áp dụng trong chế tạo xe ô tô hybrid ngày nay.

3. Dòng xe hybrid được phân loại như thế nào?

Có nhiều loại xe ô tô hybrid. Người ta phân loại xe hybrid chủ yếu dựa trên cách phối hợp công suất và thời điểm phối hợp công suất của động cơ điện và động cơ đốt trong.

3.1. Xe ô tô full hybrid

Xe full hybrid (còn có tên gọi là parallel hybrid) là loại xe ô tô hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với nhau tùy theo từng điều kiện vận hành. Pin động cơ điện có thể dự trữ năng lượng được cung cấp bởi từ động cơ đốt trong bằng cách sạc nhanh.

Động cơ điện thường hoạt động độc lập khi xe chạy ổn định ở tốc độ thấp – trung bình, quãng đường ngắn. Động cơ đốt trong thực hiện hai vai trò đó là truyền lực cho xe, và tạo năng lượng cung cấp cho động cơ điện.

Xe full hybrid (còn có tên gọi là parallel hybrid) là loại xe ô tô hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với nhau

Khi mới khởi động, xe sử dụng động cơ điện. Sau đó, nếu người lái nhấn ga sâu thì bộ điều khiển sẽ kích hoạt động cơ đốt trong nhằm giúp xe tăng tốc nhanh theo ý muốn. Khi tốc độ xe đã ổn định thì động cơ đốt trong sẽ tự ngắt để mình động cơ điện hoạt động.

Như vậy, động cơ điện hoạt động gần như suốt quá trình xe vận hành. Còn động cơ xăng sẽ được kích hoạt trong các tình huống xe cần tới lực kéo lớn.

Các dòng xe hybrid của Toyota như Toyota Pirus, Toyota Corolla hybrid, Toyota Camry hybrid, Toyota Corolla Cross hybrid, Toyota RAV4 hybrid … đều là thuộc dòng full hybrid này.

3.2. Xe ô tô mild hybrid

Mild hybrid electric vehicle – MHEV (còn gọi là xe lai nhẹ) là loại xe ô tô hybrid có cả động cơ điện và động cơ đốt tuy nhiên động cơ điện không thể hoạt động độc lập. Thay vào đó, động cơ điện chỉ đóng vai trò hỗ trợ cho hoạt động của động cơ đốt trong.

Động cơ điện sẽ thực hiện nhiệm vụ khi xe đang lao dốc, phanh gấp, tạm dừng… để động cơ đốt trong tạm thời tắt và nhanh chóng khởi động lại ngay sau đó. Không chỉ vậy, động cơ điện cũng sản sinh công suất giúp tăng lực kéo cho động cơ đốt trong. Pin của động cơ điện sẽ dự trữ năng lượng thông qua quá trình phanh xe.

Mild hybrid electric vehicle – MHEV (còn gọi là xe lai nhẹ) là loại xe ô tô hybrid có cả động cơ điện và động cơ đốt tuy nhiên động cơ điện không thể hoạt động độc lập

Hệ thống mild hybrid thường có giá thành thấp hơn full hybrid do kết cấu đơn giản hơn, chi phí sản xuất rẻ hơn. Mặc dù vậy, vì động cơ điện chỉ đóng vai trò hỗ trợ nên hiệu quả tối ưu công suất và tiết kiệm nhiên liệu sẽ kém hơn xe full hybrid. Các con số thực tế vẫn cho thấy mild hybrid giúp tiết kiệm 10 – 15% nhiên liệu, thể hiện rõ khi xe chạy ở tốc độ thấp.

Nhiều hãng xe sang như BMW, Mercedes-Benz, Volvo, Audi… ứng dụng hệ thống mild hybrid trên các mẫu xe của mình.

3.3. Xe ô tô plug-in hybrid

Plug-in hybrid electric vehicle – PHEV (còn được biết đến là xe lai sạc điện) là loại xe hybrid sử dụng cả động cơ điện và động cơ đốt trong. Nhưng thay vì nạp đầy pin của động cơ điện bằng động cơ đốt trong thì ở PHEV, pin được sạc qua phích cắm với nguồn điện bên ngoài.

Cơ chế hoạt động của động cơ xe plug-in hybrid tương tự với xe full hybrid. Điểm khác biệt là quãng đường di chuyển của động cơ điện sẽ dài hơn nhờ dung lượng pin lớn hơn. Xe plug-in hybrid có khả năng hoạt động hoàn toàn với động cơ điện mà không cần sử dụng tới động cơ đốt trong. Trong trường hợp xe hết pin dự trữ, động cơ đốt trong vẫn có thể truyền động giống như xe full hybrid.

Plug-in hybrid electric vehicle – PHEV (còn được biết đến là xe lai sạc điện) là loại xe hybrid sử dụng cả động cơ điện và động cơ đốt trong

Nếu như sạc pin và sử dụng PHEV đúng cách, xe có khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải đáng kể. Nhưng nếu chỉ dùng PHEV như chiếc xe ô tô thông thường thì sẽ phản tác dụng, gây “tốn kém” hơn vì xe PHEV sẽ nặng hơn dẫn đến hao nhiên liệu hơn.

Hệ thống plug-in hybrid được áp dụng trên một số mẫu xe có thể kể đến như: Mistubishi Outlander, Audi Q7 E-Tron…

3.4. Xe ô tô range extender hybrid

Range extender hybrid – REX là loại xe ô tô hybrid có cả động cơ điện và động cơ đốt trong, nhưng thay vì truyền động cho các bánh xe thì động cơ đốt trong ở đây chỉ dùng để sạc pin dự trữ cho động cơ điện. Như vậy, loại xe hybrid này có thể chạy liên tục mà không cần mất thời gian dừng lại để sạc điện.

Tuy nhiên điểm yếu của xe range extender hybrid là khối lượng xe nặng hơn vì có thêm động cơ đốt trong, làm cho hiệu suất xe và khả năng tiết kiệm nhiên liệu đều bị ảnh hưởng. Trước đây, có một vài mẫu xe REX từng được mở bán trên thị trường như BMW i3 REX, Chevrolet Volt… nhưng hiện nay hệ thống này không còn được sử dụng.

Điểm yếu của xe range extender hybrid là khối lượng xe nặng hơn vì có thêm động cơ đốt trong, làm cho hiệu suất xe và khả năng tiết kiệm nhiên liệu đều bị ảnh hưởng

Trên đây là một số thông tin về khái niệm dòng xe hybrid là gì, phân loại xe hybrid. Có thể thấy, những ưu điểm của dòng xe lai này mang đến cho người dùng và môi trường đó là tiết kiệm nhiên liệu, giảm lượng khí thải cùng khả năng vận hành êm ái. Tuy nhiên, những nhược điểm tồn đọng cần phải cải thiện nếu muốn thuyết phục khách hàng hơn là giá thành, khối lượng, công suất hoạt động cũng như hạn chế pin xe. Đừng quên theo dõi IMATS để theo dõi những thông tin mới, bổ ích nhất về xe ô tô nhé!