NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XE HYBRID

1. Đặt vấn đề

Những năm gần đây tình trạng ô nhiễm không khí đã trở nên ngày càng nghiêm trọng, để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng không khí tại các thành phố lớn, chính phủ các nước đã đưa ra các quy định về tiêu thụ nhiên liệu và khí thải của xe. Đây là nguồn động lực chính thúc đẩy các hãng xản xuất ô tô đầu tư phát triển các công nghệ mới, thân thiện với môi trường cho các dòng sản phẩm của mình, trong đó phải kể đến xe điện (EV) và xe điện hybrid (HEV). Với ưu điểm về đặc tính kéo, hiệu suất và không gây ô nhiễm môi trường trong thành phố của xe EV so với xe sử dụng động cơ đốt trong (ĐCĐT) truyền thống, xe EV có thể được coi là hướng phát triển có nhiều triển vọng.

Tuy nhiên, do khả năng lưu trữ năng lượng trong ắc quy còn thấp, thời gian mỗi lần sạc kéo dài, tuổi thọ sử dụng ngắn, tự trọng lớn và giá thành cao đã làm hạn chế phạm vi khai thác của xe EV. Do vậy, xe HEV sử dụng phối hợp hai nguồn động lực, gồm động cơ điện (ĐCĐ) và ĐCĐT được cho là giải pháp hợp lý hiện nay, vì cho phép phát huy ưu điểm của ĐCĐ và ĐCĐT, cũng như khắc phục được các nhược điểm của chúng.

2. Hybrid là gì”

Trong tiếng Anh, chữ“ Hybrid” có ghĩa là tổ hợp. Ôtô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, là loại động cơ kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc quy. Nhờ vậy mà động cơ này có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết.

3. Công nghệ xe hybrid

Xe HEV sẽ được trang bị gồm: Một động cơ đốt trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, ắc quy, một hay nhiều ĐCĐ và máy phát điện (MPĐ). Tuy nhiên, xe HEV được phân thành 3 loại kết hợp nguồn động lực gồm: HEV nối tiếp, HEV song song và HEV kết hợp.

3.1. Hệ thống truyền lực ô tô hybrid nối tiếp

Hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp (Series hybrid electric drive train) là hệ thống dẫn động cho xe hybrid trong đó xe chỉ được kéo bởi mô-tơ điện. Mô-tơ điện này được cung cấp năng lượng từ hai nguồn là: Ắc quy và máy phát điện được dẫn động bởi ĐCĐT.

Hình 1. Cấu trúc bố trí Hybrid kiểu nối tiếp

3.2. Hệ thống truyền lực ô tô hybrid song song

Hệ dẫn động hybrid song song cho phép cả hai ĐCĐ và ĐCĐT cùng cung cấp năng lượng song song tới cầu xe: Trong đó ĐCĐT cung cấp năng lượng cơ học đến các bánh xe giống như các xe ĐCĐT truyền thống, ĐCĐ nó được nối với hệ thống truyền lực qua khớp cơ khí. Do đó, tốc độ quay của ĐCĐT phụ thuộc vào quãng đường xe chạy, vì vậy ĐCĐT có thể hoạt động dựa trên miền làm việc tối ưu và nạp điện cho ắc quy.

Hình 2. Cấu trúc bố trí Hybrid kiểu song song

3.3. Hệ thống truyền lực ô tô hybrid hỗn hợp

Hình 3. Cấu trúc bố trí Hybrid kiểu hỗn hợp

HEV kết hợp cho phép cả hai ĐCĐ và ĐCĐT cùng cung cấp năng lượng song song tới cầu xe: Trong đó ĐCĐT, ĐCĐ cung cấp năng lượng đến các bánh xe thông qua sự điều khiển đóng ngắt của khớp nối, MPĐ được ĐCĐT truyền chuyển động để nạp điện và cung cấp điện cho ĐCĐ thông qua khớp nối điều khiển. Mặc dù sự phức tạp của cấu trúc dẫn đến công nghệ sản xuất tốn kém hơn nhưng HEV kết hợp lại linh hoạt hơn trong việc kiểm soát do vậy một số HEV hiện đại thích áp dụng hệ thống này.