Xe Hybrid Là Gì? Tổng Quan Về Công Nghệ Xe Hybrid

Đối với sinh viên ô tô sẽ ít nhất 1 lần nghe đến cái tên xe Hybrid hay động cơ Hybrid. Vậy xe động cơ Hybrid là gì? Công nghệ Hybrid là gì ? Vì sao loại xe này lại ngày càng thông dụng trên thị trường ô tô thế giới? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu tổng quan xe Hybrid trong bài viết này.

Xe Hybrid là gì?

Hybrid trong tiếng Anh có nghĩa là lai tạo, hỗn hợp. Do đó xe Hybrid thường được gọi là xe lai hay xe lai điện. Cấu tạo xe Hybrid phổ biến hiện nay là động cơ đốt trong, một bình nhiên liệu, một khối pin và một hay nhiều động cơ điện.

Xe Hybrid được chế tạo để kết hợp động cơ xăng và động cơ điện một cách hợp lý nhằm đạt được những yêu cầu khác nhau, ví dụ như: cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu, gia tăng sức mạnh hoặc cung cấp thêm năng lượng cho những thiết bị điện tử và tiện nghi trên xe.v.v…

Theo lý thuyết, xe ô tô Hybrid dạng lai Diesel – Điện sẽ là mô hình đạt hiệu quả cao hơn trong việc tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, hệ thống này có cơ cấu phức tạp và giá thành sản xuất cao hơn dạng chạy Xăng – Điện khá nhiều. Chính vì thế, công nghệ xe Hybrid Diesel-Điện không được sản xuất phổ biến bằng các mô hình Hybrid sử dụng động cơ xăng như hiện tại.

Xe Hybrid thường hay bị nhầm lẫn với “xe điện” – loại xe chỉ dùng năng lượng điện sạc từ bên ngoài để vận hành, loại xe này được gọi là “Plug-in Hybrid”.

Các chế độ làm việc của xe Hybrid

Như đã nói ở trên là động cơ Hybrid kết hợp động cơ xăng và một hay nhiều động cơ điện để hoạt động. Bao gồm máy phát điện, pin hybrid, bộ điều khiển và bộ chuyển đổi điện áp.

Cũng như các chiếc xe khác, nguyên lí hoạt động của xe Hybrid được chia thành 4 trạng thái hoạt động là khởi hành, tăng tốc di chuyển trên đường bằng và giảm tốc.

Ở mỗi trạng thái chúng sẽ được cân chỉnh lượng nhiên liệu sao cho hợp ý. Để có thể tiết kiệm nhiên liệu nhất có thể.

Chế độ bắt đầu khởi hành

Khi tài xế ấn nút khởi động xe, lúc này chỉ động cơ điện hoạt động, động cơ đốt trong vẫn trong trạng thái nghỉ, chưa hoạt động.

Khi tài xế nhấn ga cho xe di chuyển. Lúc này tùy thuộc vào cách mà tài xế vận hành. Nếu nhẹ nhàng chân ga, sẽ vẫn chỉ có mô-tơ điện làm việc, cung cấp lực kéo cho trục dẫn động, đẩy xe về phía trước.

Còn khi tài xế đạp sâu ga ngay lập tức, hệ thống điều khiển xe Hybrid hiểu người lái muốn tăng tốc nhanh, lúc này động cơ xăng sẽ được kích hoạt để hỗ trợ động cơ điện.

Đối với xe bình thường, sử dụng động cơ đốt trong sẽ tiêu hao nhiều nhiên liệu để có thể khởi động. Khắc phục tình trạng này, xe Hybrid sẽ sử dụng năng lượng từ những chiếc bình pin hybrid, để cung cấp cho động cơ xoay chiều nguồn năng lượng chính giúp xe có thể khởi động.

Chế độ tăng tốc

Bất cứ khi nào người lái đạp thốc ga, dù tại vị trí đứng yên hay đang tốc độ di chuyển ổn định, xe sẽ lấy thêm điện từ pin hybrid để bổ sung cho động cơ điện, đồng thời động cơ xăng hoạt động bổ sung.

Xe sử dụng động cơ đốt trong khi tăng tốc sẽ tăng mô-men xoắn lên nhiều lần. Vòng tua máy quay nhanh hơn cũng như tiêu hao nhiều nhiên liệu hơn.

Trong khi đó, xe Hybrid sẽ tận dụng năng lượng được truyền đến bánh xe bởi 3 nguồn khác nhau. Năng lượng của động cơ đốt trong, năng lượng bổ sung từ pin hybrid và năng lượng từ máy phát điện xoay chiều. Điều này giúp động cơ đốt trong được giảm tải bớt đi. Nó giúp xe tiết kiệm được nhiên liệu.

Chế độ di chuyển trên đường bằng ở vận tốc ổn định

Khi xe di chuyển với vận tốc thấp, ổn định, chỉ có động cơ điện hoạt động, nếu pin còn đủ năng lượng. Nhưng khi tốc độ tăng lên cao, động cơ đốt trong sẽ hoạt động.

Ngoài việc truyền lực cho bánh xe thì nó còn cung cấp năng lượng cho máy phát điện. Và cung cấp năng lượng cho động cơ xoay chiều.

Khi động cơ xoay chiều hoạt động nó sẽ chia sẻ việc cung cấp năng lượng với động cơ đốt trong. Đồng thời việc này còn giúp sạc điện cho pin hybrid. Ngăn chặn sự thất thoát nhiên liệu.

Chế độ giảm tốc

Đối với xe thông thường thì khi phanh, động năng sẽ bị triệt tiêu do lực ma sát. Nguồn năng lượng này tương đối lớn và bị lãng phí. Đối với xe Hybrid quán tính trong quá trình giảm tốc sẽ được tận dụng làm quay máy phát điện. Từ đó tích trữ điện cho pin hybrid. Nó sẽ lại có ích cho quá trình tăng tốc và khởi động.

Khi xe dừng hẳn, cả động cơ xăng và mô-tơ điện sẽ tự ngắt để bảo toàn nguồn năng lượng.

Các nền tảng xe Hybrid phổ biến hiện nay

Hybrid nối tiếp (Series Hybrid)

Đây là mô hình Hybrid lâu đời nhất, nó đã được ứng dụng trên những đầu máy xe lửa và tàu thủy xuất hiện ở thế kỷ trước. Trong một chiếc xe sử dụng nền tảng Series Hybrid, động cơ điện đóng vai trò trưc tiếp trong việc tryền lực cho bánh xe.

Chính vì thế, yêu cầu đặt ra là động cơ điện phải có sức mạnh lớn, dẫn đến kích thước của nó rất to. Tuy chạy bằng động cơ điện nhưng loại xe này vẫn được xem là xe Hybrid bởi vì nó vẫn sử dụng động cơ xăng để tại ra nguồn điện cung cấp cho động cơ điện và hoạt động như là một chiếc máy phát điện đúng nghĩa.

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

Hybrid song song (Parallel Hybrid)

Đây là mô hình Hybrid đơn giản và ít “tốn kém” nhất nên nó được áp dụng khá nhiều trên xe hơi. Ở nền tảng này, động cơ xăng chỉ làm một nhiệm vụ duy nhất là cung cấp sức mạnh cho chiếc xe, động cơ điện đóng vai trò hỗ trợ cho động cơ xăng mỗi khi chiếc xe cần gia tốc mạnh, ví dụ như khi tăng tốc, qua mặt hay leo đèo chẳng hạn…

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

Hybrid song song kết hợp (Mild Parallel Hybrid)

Những mô hình Hybrid này sử dụng một động cơ điện nhỏ gọn (thường <20 kW) để cung cấp các tính năng tự động như dừng / khởi động và cung cấp thêm trợ lực trong quá trình tăng tốc và tạo ra năng lượng trong giai đoạn giảm tốc (hay còn gọi là tái tạo năng lượng phanh – Regenerative Braking).

Hybrid nối tiếp – song song (Series-Parallel Hybrid)

Như cái tên của nó đã nói lên tất cả, mô hình Hybrid này chính là sự kết hợp của 2 dạng nêu trên. Nó chính là nền tảng có kết cấu phức tạp nhất, và tất nhiên là có chi phí sản xuất và giá thành cao nhất.

Tuy nhiên, giá trị mà nó mang lại là rất xứng đáng, những chiếc xe Series-Parallel Hybrid luôn có mức tiêu hao nhiên liệu tốt nhất, có thời gian sử dụng điện năng từ bộ pin lâu nhất và tốc độ tối đa đạt được là cao nhất so với các nền tảng khác.

Trong mô hình này, sức mạnh tạo ra từ động cơ xăng & động cơ điện được kết hợp với nhau một cách linh hoạt nhằm bổ trợ cho nhau và tạo ra hiệu quả hột động tốt nhất cho chiếc xe.

Động cơ xăng sẽ đóng vai trò cung cấp sức mạnh chủ yếu cho chiếc xe, động cơ điện sẽ hỗ trợ cho động cơ xăng khi cần thiết (mô hình Parallel Hybrid). Điện năng sẽ được lưu trữ trong cụm pin (thường là loại Li-ion) của chiếc xe, nó sẽ được sạc thông qua hệ thống tái tạo năng lượng phanh (Regenerative Braking) và cả động năng sinh ra từ động cơ xăng (mô hình Series Hybrid).

Chính vì thế, nếu hoạt động một cách luân phiên thì cụm pin trên xe hầu như lúc nào cũng được sạc đầy. Mỗi chiếc xe được trang bị nền tảng Series-Parallel Hybrid đều có một hệ thống quản lý chế độ lái và điều kiện vận hành thông minh.

Hệ thống này sẽ tự động nhận biết được điều kiện lái và mức pin còn lại để đưa ra chế độ vận hành hiệu quả nhất (Series hoặc Parallel) ở một thời điểm nào đó cụ thể.

Xe điện Hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle)

Một mô hình phụ khác của xe Hybrid là xe điện Hybrid. Xe điện Hybrid là dòng xe lai sạc điện có bộ pin lớn và được sạc từ nguồn điện bên ngoài, có cấu tạo thường là Hybrid Xăng – Điện chung (song song hoặc nối tiếp) với khả năng lưu trữ năng lượng tăng lên, thường được lưu trữ trọng cụm pin lithium-ion.

Mô hình này cho phép xe chạy ở chế độ hoàn toàn bằng điện trong một quãng đường dài,  phụ thuộc vào kích thước của pin và cách bố trí cơ học của nó (nối tiếp hoặc song song).

Xe điện Hybrid có thể được kết nối với nguồn điện chính ở trạm cấp điện để tránh sạc bằng động cơ đốt trong khi trong quá trình vận hành.

Các thuật ngữ chuyên ngành dùng trên xe Hybrid

Dưới đây là các thuật ngữ hay dùng khi đề cập đến những loại xe Hybrid:

• Mô-tơ điện (hay còn gọi là động cơ điện): là một một phận rất quan trọng, nó đóng nhiều vai trò trong một chiếc xe Hybrid như hỗ trợ động cơ xăng khi chiếc xe cần tăng tốc nhanh, đóng vai trò như một máy phát điện, giúp chuyển năng lượng từ động cơ xăng và hệ thống tái tạo năng lượng phanh thành điện năng tích trữ trong bộ pin… Ngoài ra, động cơ điện còn có thể giúp khởi động động cơ xăng một cách tức thì trong trường hợp cần thiết. Một vài mẫu xe ô tô Hybrid có đến 2 (Porsche 918 Spyder), hay thậm chí có thể là 3 động cơ điện.
• Chức năng khởi động/dừng tự động (Automatic Star/Stop): là bộ phận được trang bị trên hầu hết các mẫu xe Hybrid, nó có chức năng ngắt động cơ xăng mỗi khi xe dừng lại (VD như khi dừng đèn đỏ) và khởi động lại động cơ mỗi khi chiếc xe cần di chuyển (VD như khi đèn xanh bật lên) một cách hoàn toàn tự động, tương tự như hệ thống Idling Stop trên các loại xe máy của Honda hiện tại mà các bạn đã biết. Chức năng này tỏ ra rất hiệu quả khi chiếc xe phải di chuyển nhiều trong thành phố, lý do là lượng nhiên liệu lãng phí khi động cơ phải chạy không tải được cắt giảm hoàn toàn.
• Hệ thống tái tạo năng lượng phanh (Regenerative Braking): Một chức năng quan trọng của mô-tơ điện là tạo ra dòng điện để sạc lại cho bộ pin của xe. Ngoài việc chuyển đổi động năng từ động cơ xăng, mô-tơ điện còn hấp thụ một phần lực quán tính mỗi khi xe đang giảm tốc hoặc “thả dốc” và chuyển đổi thành dòng điện tích trữ trong bộ pin của chiếc xe. Thông thường thì những chiếc xe chạy xăng hay dầu đơn thuần đều không tận dụng được nguồn năng lượng này và nó được chuyển đổi thành một dạng năng lượng vô ích (thậm chí là 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 chí là hỗ trợ động cơ xăng trong những tình huống cần bổ sung thêm năng lượng như tăng tốc, vượt xe hay leo đèo chẳng hạn… Điều này cho phép nhà sản xuất hoàn toàn yên tâm khi lắp một động cơ nhỏ gọn lên chiếc xe, bởi nó đã có một trợ thủ đắc lực là động cơ điện rồi. Ngoài ra trong một số trường hợp, động cơ điện còn đảm nhiệm luôn nhiệm vụ của động cơ xăng. Ví dụ như khi đi trong thành phố với tốc độ thấp, một mình động cơ điện sẽ “kéo” chiếc xe đi, đến khi bộ pin gần cạn thì động cơ xăng sẽ được khởi động để “nhận lại” nhiệm vụ, đồng thời tạo ra năng lượng sạc lại cho bộ pin.v.v… Cứ thế, cả hai bộ phận được hoán đổi nhiệm vụ cho nhau một cách linh hoạt và tạo ra hiệu quả tuyệt vời trong việc sử dụng nhiên liệu.

Trên đây là một số khái niệm và thuật ngữ cơ bản về xe Hybrid. Không phải mẫu xe ô tô Hybrid nào cũng được trang bị đầy đủ các bộ phận này cũng như có cơ chế hoạt động như nhau, tất cả đều phụ thuộc vào cách bố trí và sắp đặt các bộ phận với nhau (Layout).

Các dòng xe Hybrid ở Việt Nam

Thị trường ô tô Việt Nam vẫn có sự tham gia của các dòng xe Hybrid, tuy nhiên số lượng vô cùng ít ỏi. Một vài dòng xe Hybrid tại Việt Nam như Lexus RX 450h, Lexus LS600h, Mercedes-Benz S400 Hybrid, Toyota Prius hay Toyota Camry phiên bản Hybrid nhập Mỹ…

• 

• 

• 

Trên đây là tất cả những gì cơ bản và cụ thể nhất về xe Hybrid. Hy vọng rằng qua bài viết này, các bạn sẽ có cái nhìn rõ ràng hơn về phân khúc xe “xanh” này. Nếu bài viết hữu ích với bạn, hãy Like, chia sẻ và cho chúng tôi biết cảm nghỉ của bạn nhé.

Lời kết

Như vậy là chúng ta vừa tìm hiểu xong xe Hybrid là gì? và tổng quan về công nghệ Hybrid. Hy vọng bài viết này sẽ mang đến cho bạn nhiều kiến thức hữu ích. Nếu bạn thấy bài viết Xe Hybrid Là Gì? Tổng Quan Về Công Nghệ Xe Hybrid hữu ích thì đừng quên đánh giá 5 sao và Share bài viết này để ủng hộ Sinh Viên Ô Tô nhé!