Công Nghệ Hybrid – Tương Lai “Sạch” Của Ngành Ô Tô?

Công nghệ Hybrid là khái niệm chúng ta có thể đã 1 lần nghe đến nếu quan tâm đến ô tô, đây được xem như giải pháp cho tương lai về các vấn đề năng lượng và môi trường.

Tuy nhiên công nghệ này vẫn còn nhiều bất cập và tranh cãi xung quanh xe hybrid về bảo vệ môi trường và hiệu quả kinh tế khi sử dụng.

Đó cũng là một phần lý do cộng với các trạm sạc điện chưa phổ biến tại Việt Nam mà dòng xe này chưa xuất hiện nhiều ở nước ta.

Vậy công nghệ xe hybrid là gì? Cùng Ô Tô Hoàng Long tìm hiểu chi tiết nhất trong bài viết sau.

 

Công Nghệ Hybrid Là Gì?

Công nghệ Hybrid là việc xe sử dụng cùng lúc cả động cơ đốt trong và động cơ điện để tạo ra mo-men xoắn cung cấp động năng cho xe di chuyển.

Hybrid trong tiếng Anh có nghĩa là lai tạo, hỗn hợp, tượng trưng việc phối hợp cả 2 loại động cơ một cách hiệu quả nhất.

Dùng động cơ điện khi di chuyển tốc độ chậm, quãng đường ngắn trong nội thành và dùng động cơ xăng trên đường cao tốc, đường trường.

Đôi khi động cơ điện thực hiện tất cả công việc, đôi khi là động cơ xăng, và đôi khi chúng hoạt động cùng nhau.

Kết quả là lượng xăng bị đốt cháy ít hơn và do đó, tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn. Thêm năng lượng điện thậm chí có thể tăng hiệu suất trong một số trường hợp nhất định.

Công nghệ ô tô Hybrid là giải pháp để đáp ứng những tiêu chuẩn nghiêm ngặt về tiêu chuẩn khí thải và hiệu suất nhiên liệu tại những nước phát triển.

Xe hơi hybrid lần đầu tiên ra mắt từ những năm 1997 với ý tưởng bảo vệ môi trường và sau đó là tiền thân cho các dạng động cơ thuần chạy điện, pin, hydro cũng phát triển theo.

Không nên nhầm lẫn giữa xe điện như Tesla với xe hybrid vì xe hybrid dùng cả 2 loại động cơ nhưng chủ yếu là động cơ xăng, trong khi xe điện chỉ dùng động cơ điện.

Hybrid Technology này vốn chưa được sự quan tâm của đa số khách hàng tại Việt Nam, chủ yếu được dùng trên các dòng xe hạng sang.

Xe Corolla Cross của hãng Toyota được phân phối chính hãng tại Việt Nam là dòng xe đầu tiên sử dụng động cơ hybrid tiên tiến này.

 

Cấu Tạo Và Chức Năng Của Động Cơ Hybrid

Thông thường, một hệ thống động cơ của xe Hybrid bao gồm: động cơ xăng, một hay nhiều động cơ điện xoay chuyền, ắc quy Hybrid (HV), máy phát điện, chuyển đổi điện áp (PCU) và bộ điều khiển.

Mô-tơ điện (động cơ điện)

Trong một chiếc xe ô tô công nghệ hybrid, động cơ điện đóng vai trò cung cấp lực cho hệ thống truyền động ở những tốc độ nhất định.

Nó hỗ trợ động cơ chính khi cần tăng tốc hoặc tái tạo động năng từ xe để nạp điện tích trữ vào hệ thống pin.

 

Chức năng khởi động/dừng tự động Automatic Star/Stop

Hệ thống giúp xe tiết kiệm nhiên liệu tiêu thụ đi khoảng 10% bằng cách tự động tắt động cơ khi xe dừng hoặc đang đậu xe và khởi động nhanh chóng động cơ khi cần di chuyển.

Chức năng rất hiệu quả khi phải di chuyển trong nội thành đông đúc, tương tự như chức năng tắt động cơ trên xe máy PCX.

 

Hệ thống tái tạo năng lượng phanh Regenerative Braking

Xe sẽ chuyển đổi động năng bằng cách hấp thụ lực quán tính mỗi khi đạp phanh hoặc đang thả trôi dốc và chuyển thành điện tích trữ vào pin xe.

 

Chức năng vận hành thuần điện Electric Drive

Một chế độ cực hữu ích khi đi trong các con đường nội thành với tốc độ thấp, lúc này xe chỉ dùng động cơ điện, đến khi pin gần cạn thì động cơ đốt trong sẽ hoạt động và tạo ra năng lượng để sạc lại pin.

Và cứ như vậy, xe sẽ hoán chuyển một cách linh hoạt cả 2 loại động cơ để đạt hiệu quả tối đa nhất có thể.

Hiện tại, các nhà sản xuất xe tải và xe đầu kéo Mỹ như Freightliner và International cũng đang chú trọng phát triển cả xe đầu kéo hybrid và chạy điện để theo kịp xu hướng bảo vệ môi trường trong tương lai.

 

Cách Hoạt Động Của Xe Hybrid

Thông thường xe chạy động cơ xăng hoặc dầu diesel sẽ có động cơ kết nối hệ truyền động để làm quay bánh xe thì với động cơ hybrid chúng ta sẽ có thêm 1 motor điện hỗ trợ cho động cơ chính.

Hệ thống sẽ cần thêm những thiết bị phụ trợ khác như: bộ chia công suất, bộ đổi điện, bộ giảm tốc motor, khối pin cho động cơ điện.

Vậy hệ thống phức tạp ngày sẽ hoạt động như thế nào trong quá trình xe di chuyển?

Cùng xem tiếp nhé.

Trước tiên, khi lái xe nhấn nút đề máy xe, động cơ chính vẫn chưa hoạt động mà lúc này chỉ động cơ điện hoạt động vì vậy, tài xế sẽ không cảm nhận hoặc nghe thấy tiếng xe nổ như thông thường.

Đây cũng là một đặc trưng của dòng xe hybrid có thể khiến nhiều người bất ngờ khi sử dụng lần đầu.

Sau giai động khởi động, đến giai đoạn lái xe, tùy thuộc vào phong cách lái của tài xế mà hệ thống sẽ vận hành theo cách khác nhau.

Trường hợp tài xế chạy “êm” kiểu tăng tốc nhẹ nhàng thì lúc này vẫn chỉ có môtơ điện hoạt động để cung cấp động năng cho xe di chuyển.

Còn đối với những tài xế thích mạnh mẽ, đạp mạnh ga ngay thì xe sẽ đáp ứng sức mạnh ngay bằng cách kích hoạt động cơ xăng, dầu để xe tăng tốc nhanh.

Bất kể ở trạng thái đứng yên hay đăng chạy đều trên đường, khi tài xế đạp thốc ga thì xe sẽ tăng tốc nhanh bằng cách lấy thêm điện ở bình ắc quy cung cấp cho động cơ điện và động cơ xăng được bổ sung.

Xe chủ yếu dùng động cơ điện khi đã đạt vận tốc ổn định khoảng 60 km/h nhưng động cơ xăng vẫn sẵn sàng để hoạt động bất cứ lúc nào cần tăng tốc.

Hệ thống phát hiện và tính toán theo lực chân ga của tài xế, khởi động động cơ xăng để cung cấp mô men xoắn cho hệ thống cũng như năng lượng cho motor điện.

Trong lúc xe vận hành theo quán tính, tài xế không đạp ga hoặc đang đạp phanh thì động cơ xăng sử dụng động năng này để sạc điện cho pin hybrid.

 

Ưu Và Nhược Điểm Của Xe Hybrid

Ưu điểm vượt trội

Tiết kiệm nhiên liệu: công nghệ hybrid giúp xe tiết kiệm nhiên liệu đáng kễ so với động cơ đốt trong thông thường ở cùng môi trường vận hành.

Khí thải thấp: Lượng khí thải xả ra thấp hơn so với các dòng xe chạy động cơ đốt trong.

Tiếng ồn động cơ thấp: Khi chạy ở tốc độ thấp, xe sẽ dùng động cơ điện nên hạn chế tối đa ồn ào khi hoạt động.

Tăng tốc và hiệu suất tốc độ được cải thiện: Khả năng tăng tốc và vượt dốc cực tốt khi có sự kết hợp cả 2 động cơ qua sự điều khiển của máy tính.

Bởi chính cơ chế hoạt động của xe, như phiên bản HV của mẫu Corolla Cross đang được bán ra tại Việt Nam thì mức tiêu hao nhiên liệu trung bình chỉ 4,2L/100km, ngay cả khi vận hành trong phố đông cũng chỉ hết 4,5L/100km, chỉ bằng khoảng 60% so với lượng nhiên liệu của một chiếc xe hạng A cỡ nhỏ. Lượng phát thải của một chiếc xe sử dụng động cơ đốt trong thông thường có dung tích 2.0L là khoảng hơn 170g CO2/km, trong khi xe hybrid chỉ 98g CO2/km.

 

Nhược điểm

Giá bán đắt hơn: Nguyên nhân chính khiến giá xe Hybrid đắt hơn xe thông thường cùng phân khúc là do chi phí phát sinh thêm động cơ điện và pin.

Chi phí sửa chữa và bảo dưỡng tốn kém: Khách hàng sẽ phải bảo dưỡng cả 2 loại động cơ và thay pin nếu cần thiết nên giá thành sẽ cao hơn.

Tại các nước như Thái Lan, Singapore thì dòng xe hybrid phát triển khá mạnh, nhưng tại Việt Nam dòng xe này chưa thể trở thành lựa chọn của số đông.

Những lo ngại về linh kiện thay thể, chi phí thay pin cao, chi phí bảo dưỡng, thuế phí và điều kiện thời tiết nóng ẩm có thể là những nguyên nhân chính.

Những tranh cãi về vấn đề xe hybrid có bảo vệ môi trường hay không cũng đang không có hồi kết khi ai cũng có lý do để bảo vệ quan điểm của mình.

Sử dụng xe hybrid giảm khí thải ra môi trường là điều hiển nhiên, nhưng tài nguyên để sản xuất pin và xử lý pin hư hỏng có tác động đến môi trường nhiều hay không?

Đó là một câu hỏi khá lớn cho các nhà sản xuất nhắm đến việc mở rộng thị trường xe hybrid.

Còn chi phí vận hành và bảo dưỡng xe hybrid cũng là một điều cân nhắc khi khách hàng quyết định xuống tiền mua xe.

Mức giá chênh lệch giữa bản chạy động cơ xăng và động cơ hybrid đủ để trả tiền xăng cho đến lúc thay pin mới khiến khách hàng đắn đo khi mua xe.

Vấn đề lớn nhất của xe hybrid đó là chi phí khá lớn khi cần thay pin hoặc sửa chữa khi pin bị hỏng.

Chi phí cho việc thay mới ắc quy xe hybrid vào khoảng 300 triệu vnd vào những năm 2018, nhưng hiện tại đã giảm xuống khoảng 90 triệu khi nguồn cung dồi dào và thị trường mở hơn.

Nguy hiểm cho người đi xe máy & người đi bộ: Nguyên nhân là do xe Hybrid rất êm và không phát ra tiếng động khi xe được dẫn động hoàn toàn bằng động cơ điện. Do không có âm thanh nên người đi bộ và người đi xe máy có xu hướng bất cẩn và không để ý đến ô tô đang di chuyển xung quanh.

Một báo cáo của Cơ quan Quản lý An toàn Giao thông Đường cao tốc Quốc gia Mỹ năm 2009 đã kiểm tra các vụ tai nạn xe điện hybrid liên quan đến người đi bộ và người đi xe đạp và so sánh chúng với các vụ tai nạn liên quan đến động cơ đốt trongphương tiện (ICEV).

Kết quả cho thấy, trong một số tình huống trên đường, xe Hybrid nguy hiểm hơn đối với những người đi bộ hoặc xe đạp. HEV có nguy cơ gây tai nạn cho người đi bộ cao gấp hai lần ICEV.

 

Những Lưu Ý Khi Sử Dụng Xe Hybrid

Công nghệ xe điện lai xăng hybrid khá phù hợp với thị trường Việt nếu tính về sự tiện dụng vì xe có thể vừa chạy bằng xăng vừa chạy điện không cần cắm dây xạc như xe điện thuần hoặc plug-in hybrid.

Xe hybrid có tiết kiệm tiền xăng dầu hơn so với xe chạy bằng động cơ đốt trong?

Như đã nói ở trên, thực nghiệm cho thấy xe hybrid tiết kiệm xăng dầu hơn một nữa so với xe thông thường, nhưng chi phí khấu hao pin là một điều cần lưu ý.

Pin dùng trong đa số xe hybrid là loại NiMH (niken hydrua kim loại) hoặc Lithium-ion có ưu điểm là tuổi thọ cao, sạc nhanh, chi phí sản xuất thấp, chịu cháy nổ tốt.

Nhược điểm của loại pin này là trọng lượng nặng, dung lượng ít và dễ chai pin theo thời gian dùng lâu.

Tại Việt Nam, loại pin này được bảo hành trong 3 năm hoặc 100000 km tùy điều kiện nào đến trước nên cũng là một vướng mắt khi lựa chọn mua xe.

 

Các Dòng Hybrid Hiện Nay

Hiện tại Việt Nam khá hiếm những dòng xe hybrid, có chăng chỉ là những xe Lexux RX 450h, Camry Hybrid, Merc S400 Hybrid… nhưng đó là những xe nhập tư nhân, không phải chính hãng.

Mỗi năm chỉ vài chục chiếc về Việt Nam, đáng chú ý là dòng Toyota Prius được nhập chính hãng như số lượng ít.

Trên thế giới, dòng xe ô tô hybrid cũng chia thành nhiều dòng như:

 

Hybrid nối tiếp (series hybrid)

Đây là dạng khởi thủy của dòng hybrid, chỉ sử dụng motor điện dẫn động trực tiếp tới các bánh xe, nhận năng lượng từ pin hoặc máy phát điện chạy bằng động cơ đốt trong.

Do chỉ sử dụng động cơ điện tạo ra lực truyền, động cơ xăng chỉ dùng để phát điện nên động cơ phải có kích thước lớn và nặng hơn.

Hiện nay, do hiệu quả sử dụng cũng như vận hành không tốt nên dòng động cơ này không còn được sử dụng phổ biến nữa.

 

Hybrid song song (Parallel Hybrid)

Nền tảng động cơ Parallel Hybrid sử dụng song song động cơ điện và động cơ đốt trong để tạo ra công suất cho xe.

Nhưng xe chủ yếu chỉ dùng động cơ đốt trong để tạo công suất, động cơ điện đóng vai trò hỗ trợ khi xe cần tăng tốc hoặc chạy ở tốc độ thấp khi còn nhiều pin.

Loại này sử dụng một bộ pin nhỏ hơn so với nền tảng Series Hybrid và việc sạc lại pin đến từ hệ thống tái tạo năng lượng từ lực phanh (Regenerative Braking) chứ không đến từ mô tơ điện.

Khi nhu cầu điện năng thấp, Parallel Hybrid cũng sử dụng động cơ như một máy phát điện để sạc bổ sung.

Những mẫu xe trang bị hybrid song song cho khả năng vận hành tốt, nhưng hiệu quả nhiên liệu chỉ được cải thiện một phần nào đó.

 

Hybrid nối tiếp/ song song (series-parallel hybrid)

Đây là dòng hybrid tiên tiến được sử dụng trên các mẫu xe hybrid hiện tại bởi tính thực dụng cao nhưng chi phí sản xuất đắt đỏ.

Nhờ có bộ chia công suất, động cơ đốt trong và động cơ điện hoạt động luân phiên hoặc kết hợp cùng lúc giúp xe vận hành tối ưu nhất.

Kết hợp tuyệt vời ưu điểm của 2 dòng Series và Parallel Hybrid động cơ đốt trong vừa có thể truyền lực tới bánh xe như Parallel vừa dùng sạc pin và có thể chỉ dùng động cơ điện như Series.

Cơ cấu đặc biệt này giúp xe sạc lại pin nhanh chóng, để xe có thể hoạt động chế độ lái thuần điện trong thời gian lâu hơn.

Phạm vi hoạt động của dòng hybrid PHEV lớn hơn so với các dòng thông thường khi chạy thuần điện, ví dụ như chiếc Toyota Prius chạy được 48km thay vì 17km như các dòng khác.

Tuy hệ thống này có chi phí cao hơn so với Series Hybrid hay Parallel Hybrid thuần túy vì nó yêu cầu động cơ xăng và bộ pin lớn hơn, nhưng hiệu năng mà nó mang lại là rất xứng đáng.

Những chiếc xe Series-Parallel Hybrid có khả năng tiết kiệm nhiên liệu cực tốt, hệ thống vận hành êm ái nhưng mạnh mẽ lúc cần thiết.

 

MILD-Hybrid (MHEV)

Mild Hybrid là dòng xe hybrid có thiết kế động cơ điện khá nhỏ, nó chỉ có thể hỗ trợ thêm cho động cơ chính lúc cần mà không thể hoạt động độc lập.

Xe MILD-Hybrid tương tự như Parallel Hybrid, nghĩa là cả 2 đều dùng động cơ điện trong trường hợp xe cần gia tốc nhưng muốn khí thải ra môi trường ở mức thấp nhất. Bên cạnh đó xe MID-Hybrid còn tận dụng năng lượng lúc phanh để sinh điện năng rồi lưu trong pin. Từ đó hiệu suất nhiên liệu tăng lên đáng kể.

Tương tự như dòng Parallel, Mild Hybrid có 2 động cơ đốt trong và động cơ điện, nhưng chỉ trong trường hợp cần thêm lực kéo thì động cơ điện mới hoạt động.

Đại diện tiêu biểu của MILD-Hybrid chính là xe Ferrari LaFerrari.

 

Plug-in Hybrid (PHEV)

Như tên gọi của nó, “plug-in” tức là dòng xe này chỉ có thể sạc pin bằng cách cắm trực tiếp vào nguồn điện bên ngoài.

Dòng này tiến gần hơn với xe điện ngày nay bằng việc chỉ dùng một động cơ điện để cung cấp lực kéo cho xe, không phát thải, di chuyển êm ái.

Cung cấp năng lượng chính là cụm pin Li-ion cực lớn đủ để xe di chuyển hàng trăm km mỗi lần sạc, nhưng bù lại thì trọng lượng xe tăng lên đáng kể.

Nhìn chung, xe plug-in hybrid khá phát triển tại các nước Âu hoặc Mỹ, những nơi chính phủ hỗ trợ rất nhiều trạm sạc điện.

Khá bất tiện khi sử dụng dòng này tại Việt Nam vì bạn phải canh sao cho quảng đường đi và về không quá lượng pin còn lại trên xe.

Nissan Leaf, Chevrolet Volt, BMW i3 và nhất là Tesla Model S là những mẫu xe tiêu biểu cho dòng này, tốc độ tối đa 210km/h, tăng tốc 0-100km/h trong 4,2 giây.

Trên đây là bài viết tổng hợp của Ô Tô Hoàng Long về công nghệ Hybrid, hy vọng Việt Nam sẽ nhập khẩu về nhiều hơn nữa loại xe tiên tiến này trong tương lai gần.