Tìm hiểu công nghệ xe Hybrid

I. Giới thiệu chung và nguyên nhân ra đời xe Hybrid.
Được phát minh vào khoảng 300 năm trước bởi nhà phát minh người Pháp
Nicolas - Joseph Cugnot (1725-1804), xe ô tô ngày nay đã trở thành một
trong những phương tiện giao thông không thể thiếu trong xã hội loài người.
Cũng chính vì thế mà tình trạng ô nhiễm không khí trầm do khí thải từ động
cơ ô tô đang là một trong những vấn đề nhức nhối của nhiều quốc gia hiện
nay.
Để có thể giảm thiểu được ô nhiễm môi trường từ ô tô, từ lâu đã có nhiều
giải pháp kỹ thuật mang nhiều hứa hẹn như: ô tô chạy điện, ô tô dùng pin
nhiên liệu, động cơ khí nén v.v... Tuy nhiên, những công nghệ kể trên vẫn
chưa thể đưa vào sử dụng được vì còn nhiều giới hạn về công nghệ. Đối với
ô tô chạy điện, việc nạp lại pin cần đến ít nhất 4 giờ đồng hồ, khuyết điểm
này giới hạn tầm sử dụng của ô tô chạy điện. Đối với công nghệ fuel cell,
hydro lỏng phải được lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp; vì thế chỉ có thể thích hợp
với những quốc gia có khí hậu băng giá. Cả hai cộng nghệ trên cùng vướng
phải một vấn đề chung đó là phải xây dựng lại toàn bộ hệ thống cơ sở cung
cấp nhiên liệu. Những sự giới hạn trên của hai công nghệ tương lai này tạo ra
một khoảng trống giữa nhu cầu bảo về môi trường và công nghệ ô tô truyền
thống.
Fuel Cell, một giải pháp cho ô tô “sạch”nhưng vẫn còn nhiều giới hạn về
công nghệ
Gần đây một kỹ thuật chế tạo ô tô mới đã được ra đời nhằm phần nào tiết
kiệm nguồn năng lượng không tái sinh được (dầu hỏa) cũng như bảo vệ môi
trường trong lúc công nghệ fuel cell và pin điện được hoàn chỉnh. Công nghệ
Hybrid là một giải pháp được coi là thành công hiện nay và đã được đưa vào
thị trường rộng rải ở các nước phát triển như Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản
v.v...
Ngành công nghiệp ôtô trên thế giới đang đứng trước một câu hỏi lớn: Làm
thế nào để sản xuất được loại xe ôtô không làm ô nhiễm môi trường và tiết
kiệm năng lượng? Ôtô Hydro, ôtô điện, ôtô pin mặt trời... đều không dễ thực
hiện. Nhưng giờ đây ôtô Hybrid - dòng ôtô dùng nguồn năng lượng tổ hợp -

đã trả lời câu hỏi hóc búa trên. Ôtô HYBRID giảm hẳn lượng khí thải độc hại
và giảm tới một nửa lượng tiêu thụ nhiên liệu.
II. Ôtô Hybrid là gì?
Hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) là dòng
ôtô sử dụng động cơ tổ hợp. Thật ra, ý tưởng“Hybrid”đã có từ rất lâu đời.
Theo Bách Khoa Toàn Thư mở Wikipedia thì Hybrid Vehicle, tạm dịch là
Phương Tiện Giao Thông Ghép, là một phương tiện giao thông mà được
động lực bằng hai nguồn năng lượng trở lên. Ví dụ như sự kết hợp giữa:
Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được (Rechargeable Energy
Storage System hay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạp lại được) và Nguồn
Năng Lượng Nhiên Liệu (Xăng, dầu diesel v.v...)
Xe đạp bằng sức người với sự trợ giúp của động cơ điện ví dụ như xe đạp
điện chẳng hạng.
Tàu buồm kết hợp với mô-tơ điện.
Trang1
Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với
một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết
định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi
nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về
sau
Trong thực tế hiện nay, thuật ngữ này (Hybrid Vehicle) thường dùng để
nói đến Phương Tiện Giao Thông Ghép kết hợp năng lượng từ điện và xăng
(Petroleum Electric Hybrid Vehicle) hay viết tắt trong tiếng anh là PEHV, và
cũng có thể được viết tắt là HEV (Hybrid Electric Vehicle). Theo ngôn ngữ
phổ thông tiếng Việt thường dùng ta có thể gọi là “Xe điện xăng”, hay tiếng
Anh là Hybrid Car.
III. Nguyên lý hoạt động của ôtô hybrid.
Ôtô hybrid hoạt động theo nguyên tắc (hình 1): Động cơ điện được sử dụng
để khởi động xe, trong đó trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng
bộ. Động cơ điện còn có công dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe

gia tốc hoặc leo dốc. Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ điện được sử
dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc quy. Không giống như các
phương tiện sử dụng động cơ điện khác, động cơ Hybrid không cần nguồn
điện bên ngoài, động cơ đốt trong sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy. Với sự
phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, động cơ hybrid được mở
rộng giới hạn làm việc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ đốt trong hiệu
suất tổ hợp động cơ cao, mô-mem lớn ở số vòng quay nhỏ và giảm thiểu ô
nhiễm môi trường.


Hình 1: Sơ đồ truyền động động cơ Hybrid
IV. Ưu điểm của ôtô Hybrid:
Tổ hợp động cơ hybrid có những ưu điểm sau:
- Tận dụng năng lượng khi phanh: khi cần phanh hoặc khi xe giảm tốc độ,
động cơ điện có tác dụng như máy phát điện, năng lượng phanh được tận
dụng để tạo ra dòng điện nạp cho ắc-quy.
Trang2
- Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (động cơ hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu ít
hơn nhiều so với động cơ đốt trong thông thường, chỉ bằng một nửa)
- Động cơ điện được dùng trong các chế độ gia tốc hoặc tải lớn nên động cơ
đốt trong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ nên động cơ đốt trong có kích
thước nhỏ gọn.
- Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể của ôtô
Có thể chạy xa và mạnh mẽ được giống như những ô tô chạy xăng bình
thường.
- Ô tô Hybrid vẫn dùng xăng làm nhiên liệu nên người vận hành không phải
lo việc nạp điện, thông thường tốn rất nhiều thời gian.
- Ô tô Hybrid ít gây ô nhiễm môi trường hơn ô tô chạy xăng bình thường bởi
vì động cơ điện có hiệu xuất cao hơn nhiều so với động cơ xăng. Động cơ
--Hybrid thường tiết kiệm hơn 100% so với động cơ xăng truyền thống.

V. Phương pháp truyền động:
Theo phương pháp truyền động, có thể chia động cơ hybrid thành 2 loại
chính: tổ hợp ghép nối tiếp và tổ hợp ghép song song.
1) Tổ hợp ghép nối tiếp (hình 2)
Hybrid nối tiếp: Đối với loại hệ thống này, nguồn động lực chính xoay bánh
xe là động cơ điện. Trong khi động cơ chỉ làm nhiệm vụ phát ra điện để nạp
pin và cung cấp cho động cơ điện.
Trong sơ đồ nối tiếp, động cơ đốt trong (động cơ xăng, động cơ diesel hoặc
pin nhiên liệu) kéo máy phát cung cấp điện cho ắc quy và động cơ điện, ở
đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe. Năng
lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng là quay rô-
to của máy phát tạo ra điện năng và từ điện năng lại chuyển sang cơ năng
làm quay bánh xe.

Hình 2: Sơ đồ nối tiếp


Ưu điểm của sơ đồ này là: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động
ở chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường; Động cơ đốt trong có
thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ôtô; Sơ đồ này có
thể không cần hộp số.
Trang3
Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như: Kích
thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song; động cơ đốt
trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy
nên dễ bị quá tải
2) Tổ hợp ghép song song (Hình 3)
Hybrid song song: Đối với loại hệ thống này, cả hai nguồn động lực (điện và
xăng) đều được kết nối trực tiếp vào bánh xe và có thể truyền động lực một
cách độc lập hoặc đồng thời. Nói một cách đơn giản là bánh xe có thể được

xoay một cách riêng biệt bằng động cơ điện hoặc động cơ xăng, hoặc cả hai.
Động cơ điện có hai chức năng chính. Chức năng thứ nhất là chuyển hóa
điện năng được cung cấp từ pin điện thành cơ năng. Chức năng thứ hai là
chuyển hóa ngược lại từ cơ năng thành điện năng để nạp lại cho pin. Hầu hết
các hãng sản xuất Ô tô Hybrid hiện nay đều thiết kế theo cách này vì có thể
tận dụng cả hai nguồn năng lượng một cách hiệu quả nhất.
Trong sơ đồ này, ngoài sự liên hệ cơ khí trực tiếp giữa động cơ đốt trong
và bánh xe như ôtô thông thường còn có thêm động cơ điện truyền động đến
bánh xe. Khi ôtô chạy trên xa lộ, nguồn dẫn động chủ yếu sẽ là động cơ đốt
trong, động cơ điện sẽ dùng khi gia tốc ôtô còn khi chạy trong thành phố
nguồn dẫn động chủ yếu là động cơ điện. Sơ đồ này có ưu điểm là: Công
suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng, không cần
dùng máy phát riêng do động cơ điện có tính năng giao hoán, lưỡng dụng sẽ
làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt động bình thường, ít
tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian. Động cơ điện được sử dụng ở
đây là loại đặc biệt có tính năng lưỡng dụng, nó có thể khởi động động cơ
đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy, cung cấp
năng lượng trong trường hợp xe cần gia tốc hoặc lên dốc.

Hình 3: Sơ đồ song song
3) Các bộ phận chính của ôtô Hybrid (hình 4)
- Hệ thống làm mát có nhiệm vụ làm mát động cơ đốt trong, nhiên liệu và ắc
quy. Nhiệt của nước làm mát có thể sử dụng để sấy sóng cabin xe ở vùng
nhiệt độ thấp hoặc dùng cho các thiết bị nhiệt khác.
Trang4
- Động cơ điện: nhận năng lượng điện tử ắc quy, chuyển thành năng lượng
cơ khí dẫn động bánh xe. Ưu điểm của động cơ điện là cho mô-men lớn ở số
vòng quay nhỏ, hoạt động êm, hiệu suất cao

Hình 4: Các bộ phận chính của xe Hybrid

- Hộp số: Ôtô hybrid có thể dùng nhiều loại hộp số khác nhau. Bốn loại hộp
số thường dùng là: hộp số vô cấp, hộp số sang số tự động, hộp số tay, hộp số
tự động thông thường với bộ chuyển đổi mô-men.
- Hệ thống xử lý khí xả: khí thải của động cơ ôtô luôn là vấn đề được đặt ra.
Ôtô hybrid có thể giảm lượng khí thải do tốn ít nhiên liệu, sử dụng những
nguồn nhiên liệu sạch, cải tiến chất lượng của động cơ và công nghệ xử lý
khí thải.
- Bộ phận điều khiển: điều khiển các chế độ hoạt động và sự phối hợp giữa
động cơ đốt trong và động cơ điện.
- Ắc quy: là một thành phần quan trọng của động cơ hybrid, đảm bảo các yêu
cầu như tạo dòng lớn, cho phép nạp điện trong quá trình phanh, độ bền cao.
Hiện nay thường sử dụng ắc quy axit chì, trong tương lai hai loại ắc quy ino-
lithium và polyme-lithium có nhiều triển vọng áp dụng cho xe hybrid.
VI. Tính kinh tế của xe hybrid.
- Tiết kiệm năng lượng trên đường trường:
Khi vận hành ô tô Hybrid trên đường trường, nguồn động lực chính lại là
động cơ máy nổ bởi vì động cơ máy nổ đạt hiệu xuất cao hơn khi chạy
đường dài cũng như mạnh mẽ hơn động cơ điện. Cách thiết kế này giúp ô tô
hybrid đạt được gia tốc mạnh và vận tốc cao tương tự như các loại ô tô
truyền thống khác.
- Thu hồi năng lượng:
Ngoài tiết kiệm năng lượng trong quá trình chuyển hóa năng lượng từ nhiên
liệu sang cơ năng một cách hiệu quả hơn, ô tô hybrid còn được thiết kế nhằm
thu hồi lượng năng lượng bị hao phí qua quá trình vận hành. Đối với ô
tô thông thường khi được hãm lại, năng lượng được chuyển hóa từ cơ năng
sang nhiệt năng làm nóng đĩa thắng (rotor).
Đối với ô tô Hybrid, cơ năng có thể được chuyển hóa thành điện năng và
nạp lại vào pin điện, vì thế rất nhiều năng lượng hao phí trong quá trình vận
Trang5