Xe điện hybrid (HEV) được cung cấp năng lượng từ động cơ đốt trong kết hợp với một hoặc nhiều động cơ điện sử dụng năng lượng tích trữ trong pin. HEV kết hợp lợi ích của việc tiết kiệm nhiên liệu cao và lượng khí thải từ ống xả thấp với sức mạnh và phạm vi của các loại xe thông thường.
HEV là viết tắt của Hybrid Electric Vehicle, dịch thuần túy sang tiếng Việt có nghĩa là Xe điện lai hay xe điện hỗn hợp. Thuật ngữ thường sử dụng là Xe điện Hybrid hay xe Hybrid.
Xe điện Hybrid là gì?
Xe điện hybrid (HEV) là loại xe điện được cung cấp năng lượng bởi một động cơ đốt trong và một hoặc nhiều động cơ điện, sử dụng năng lượng tích trữ trong pin. Không thể cắm điện cho xe điện hybrid để sạc pin. Thay vào đó, pin được sạc thông qua phanh tái tạo và động cơ đốt trong. Công suất phụ trợ do động cơ điện cung cấp có thể cho phép thiết kế động cơ đốt trong nhỏ hơn. Pin cũng có thể cung cấp năng lượng cho các phụ tải và giảm tải cho động cơ chạy không tải khi dừng. Kết hợp với nhau, các tính năng này giúp tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn mà không làm giảm hiệu suất.
Xe điện hybrid HEV là loại xe điện đại chúng đầu tiên được phát triển. Chính Toyota là nhà sản xuất đầu tiên đưa ra công nghệ này và bán nó cho chúng ta với tư cách là chiếc Prius bán chạy nhất hiện nay của họ. Prius đến Nhật Bản sớm nhất vào năm 1997, nhưng sau đó đã được xuất khẩu sang Mỹ vào năm 2000 cho mẫu năm 2001. Trong hơn 20 năm nay, xe hybrid đã giúp mọi người có được điều tốt nhất của cả hai thế giới khi lựa chọn giữa hệ thống truyền động xăng và điện.
Sự hỗ trợ của động cơ điện
Trong HEV, công suất phụ do động cơ điện cung cấp có thể cho phép tạo ra động cơ đốt trong nhỏ hơn. Pin điện kéo cũng có thể cung cấp năng lượng cho các phụ tải và giảm động cơ chạy không tải khi xe dừng. Kết hợp với nhau, các tính năng này giúp tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn mà không làm giảm hiệu suất.
Phanh tái tạo và sạc điện
HEV không thể cắm sạc vào các nguồn điện ngoài để sạc pin. Thay vào đó, xe sử dụng phanh tái tạo và động cơ đốt trong để sạc. Xe HEV thu năng lượng thường bị mất trong quá trình phanh bằng cách sử dụng động cơ điện làm máy phát điện và lưu trữ năng lượng thu được vào pin.
Các loại HEV
- Mild hybrid – Hybrid nhẹ – còn được gọi là micro hybrid – sử dụng pin và động cơ điện để cung cấp năng lượng cho xe và có thể cho phép động cơ tắt khi xe dừng (chẳng hạn như tại đèn giao thông hoặc khi xe đang dừng), cải thiện hơn nữa tính kinh tế nhiên liệu của xe. Hệ thống hybrid nhẹ không thể cung cấp năng lượng cho xe chỉ sử dụng điện, tức là không thể chạy xe mà chỉ động cơ điện hoạt động. Những loại xe này thường có giá thấp hơn xe hybrid hoàn toàn, tương ứng thì nó mang lại lợi ích tiết kiệm nhiên liệu ít hơn so với xe hybrid hoàn toàn.
- Full hybrid – Những chiếc hybrid hoàn toàn có pin lớn hơn và động cơ điện mạnh hơn, có thể cung cấp năng lượng cho xe trong những quãng đường ngắn và ở tốc độ thấp. Những chiếc xe này có giá cao hơn những chiếc hybrid nhẹ nhưng mang lại lợi ích tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn.
Có nhiều cách khác nhau để kết hợp sức mạnh từ động cơ điện và động cơ đốt trong.
- Hệ thống hybrid song song (Parallel hybrid) — kiểu thiết kế HEV phổ biến nhất — kết nối động cơ đốt trong và động cơ điện với các bánh xe thông qua khớp nối cơ khí. Cả động cơ điện và động cơ đốt trong đều dẫn động bánh xe trực tiếp.
- Hệ thống hybrid nối tiếp (Series hybrid) chỉ sử dụng động cơ điện để dẫn động các bánh xe, động cơ đốt trong đóng vai trò phát điện, thường được tìm thấy trong các loại xe điện hybrid cắm điện plug-in hybrid electric.
Các thành phần chính của xe điện Hybrid
#1. Động cơ đốt trong (đánh lửa bằng tia lửa) và các hệ thống liên quan
Đây là động cơ đốt trong thông thường, thường là động cơ xăng. Làm nhiệm vụ cung cấp năng lượng chính cho xe, sạc điện cho bộ pin kéo.
Như các ô tô truyền thống, xe điện Hybrid cũng bao gồm động cơ đốt trong, hệ thống nhiên liệu, nạp nhiên liệu, bình nhiên liệu, hệ thống xả và hệ thống cấp khí nạp.
#2. Ắc quy (phụ trợ)
Trong xe điện hybrid, ắc quy phụ trợ có điện áp thấp (đây là ắc quy trong các xe thông thường) cung cấp điện để khởi động ô tô trước khi ắc quy truyền động điện hoạt động; nó cũng cung cấp năng lượng cho các phụ kiện xe.
#3. Hệ thống làm mát (Thermal system)
Bao gồm hệ thống làm mát cho động cơ đốt trong, hệ thống làm mát cho động cơ điện, pin điện kéo, các bộ điều khiển điện tử công suất.
#4. Động cơ điện kéo (Electric traction motor)
Sử dụng năng lượng từ bộ pin kéo, động cơ này dẫn động các bánh xe của xe. Một số loại xe sử dụng động cơ máy phát điện thực hiện cả chức năng truyền động và tái tạo. Gọi là động cơ điện kéo bởi vì nó tham gia tạo sức kéo cho ô tô.
#5. Hộp số, hệ thống truyền lực
Hộp số, hệ thống truyền lực có vai trò truyền công suất từ động cơ đốt trong và động cơ điện kéo đến các bánh xe để làm cho xe chuyển động.
#6. Bộ pin kéo (Traction battery pack)
Đây là một bộ pin lớn hơn ắc quy thông thường, nó lưu trữ điện năng để sử dụng cho động cơ điện kéo. Được gọi là Bộ pin kéo vì nó cung cấp năng lượng cho động cơ điện truyền động (thực hiện chức năng kéo như động cơ đốt trong).
#7. Bộ chuyển đổi DC/DC (DC/DC converter)
Thiết bị này chuyển đổi nguồn DC điện áp cao hơn từ bộ pin kéo thành nguồn DC điện áp thấp hơn cần thiết để chạy các phụ kiện của xe và sạc lại ắc quy phụ.
#8. Máy phát điện (Electric generator)
Tạo ra điện từ các bánh xe quay trong khi phanh, cũng như khi động cơ đốt trong hoạt động, chuyển năng lượng đó trở lại bộ pin kéo. Một số loại xe sử dụng động cơ máy phát điện thực hiện cả chức năng truyền động và tái tạo.
#9. Bộ điều khiển điện tử công suất (Power electronics controller)
Bộ phận này quản lý dòng năng lượng điện được cung cấp bởi pin kéo, điều khiển tốc độ của động cơ điện kéo và mô-men xoắn mà nó tạo ra.
Xe điện Hybrid hoạt động như thế nào?
Xe hybrid thực chất là sự kết hợp giữa năng lượng xăng truyền thống và năng lượng pin điện. Khi di chuyển ở tốc độ thấp, chiếc xe hybrid sẽ sử dụng hệ thống truyền lực điện của nó. Nó sẽ hoạt động bằng năng lượng điện cho đến khi bạn tăng tốc khi động cơ xăng khởi động và tiếp nhận. Sau đó, nó sẽ chuyển trở lại hệ thống truyền lực điện khi bạn giảm tốc độ, v.v.
Ý tưởng là khi bạn đang lái xe trong thành phố, đối mặt với các tình huống giao thông tốc độ chậm và đông đúc, bạn có thể dựa vào năng lượng điện nhiều hơn để tiết kiệm xăng. Nhưng khi bạn chạy trên đường cao tốc, động cơ đốt trong sẽ tiếp nhận và mang lại cảm giác lái siêu tiết kiệm xăng và hiệu suất cao. Một số xe hybrid dễ dàng đạt được mức tiêu thụ hơn 50 mpg.
Hệ thống truyền động điện được chạy bằng pin dung lượng thấp, thường từ 1,3 đến 1,7kWh và chỉ cung cấp một lượng rất nhỏ phạm vi chỉ điện. Ví dụ, Toyota Prius chỉ có thể chạy khoảng 16 – 18km bằng năng lượng điện thuần túy. Pin được động cơ đốt trong sạc lại bất cứ khi nào động cơ khởi động. Một phần chức năng của HEV là chúng không cần cắm điện để sạc. Khi bạn lái xe nhanh hơn và động cơ tiếp quản, nó sẽ sạc lại pin điện khi bạn di chuyển.
