Xe Hybrid là gì? Chúng hoạt động ra sao?

Nếu đặt lên bàn cân và yêu cầu phải so sánh, bạn nghĩ một chiếc Toyota Prius sẽ có điểm chung nào so với các mẫu xe như: Cadillac Escalade, Chevrolet Malibu, Honda Insight hay Porsche Cayenne...??? Câu trả lời là chúng đều có thể được trang bị hệ thống truyền năng lượng dạng "lai", hay còn gọi là "Hybrid" - hệ thống được nhiều người biết đến nhờ "công lao" của chiếc Toyota Prius. Ở thời điểm hiện tại, các loại xe Hybrid đã trở nên phổ biến hơn bao giờ hết, ban đầu chỉ có những loại xe cỡ nhỏ, giờ thì mô hình này đã lan rộng sang cả những loại xe cỡ trung, cỡ lớn, và cả những chiếc SUV to lớn, hầm hố.v.v...

Trong thời đại mà quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hóa đang diễn ra ở mọi nơi trên toàn cầu như ngày nay, nhu cầu về năng lượng là vô cùng to lớn. Chính vì thế, việc tiết kiệm nhiên liệu và năng lượng luôn là yêu cầu hàng đầu được đặt ra cho mỗi quốc gia và mỗi ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô vốn luôn yêu cầu phải thay đổi từng ngày. Giải pháp được đưa ra chính là kết hợp một cách linh hoạt giữa động cơ xăng, động cơ điện và các cơ cấu giúp bảo tồn và chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả.

​
Prius chính là "lá cờ đầu" trong phân khúc xe Hybrid.

Vậy một chiếc xe Hybrid thực sự là như thế nào? chúng hoạt động ra sao? chúng giúp tiết kiệm nhiên liệu như thế nào.v.v... Tất cả sẽ được giải đáp qua những nội dung gì trình bày dưới đây.

Định nghĩa xe Hybrid

Một chiếc xe được gọi là "Hybrid" nếu nó sử dụng từ 2 loại năng lượng trở lên để tạo ra lực kéo. Nói một cách chính xác hơn, xe Hybrid sẽ được trang bị một động cơ đốt trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, một khối pin và một hay nhiều động cơ điện. 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".

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 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 Xăng-Điện khá nhiều. Chính vì thế, những chiếc xe Hybrid Diesel-Điện không được sản xuất phổ biến bằng các mô hình Hybrid sử dụng động cơ xăng như hiện tại.

Các thuật ngữ thường 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 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 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).

Những nền tảng Hybrid phổ biến

1. Series Hybrid

Một chiếc đầu máy xe lửa sử dụng nền tảng 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 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.

2. Parallel Hybrid

BMW 7-Series ActiveHybrid là mẫu xe Parallel Hybrid tiêu biểu​.

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.

3. Series-Parallel Hybrid

Toyota Highlander Hybrid là một mẫu xe tiêu biểu cho nền tảng 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 Plug-in Hybrid

Plug-in Hybrid là những loại "xe điện" đơn thuần, tức là chúng chỉ dùng điện năng tích trữ trong bộ pin để cung cấp cho mô-tơ điện và từ đó tạo ra lực kéo cho chiếc xe. Đặc điểm chung của những loại xe này là chúng đều có một cụm pin Li-ion rất lớn, đủ để cung cấp cho một hành trình di chuyển tương đối dài (khoảng vài trăm km trở lại). Cụm pin này được sạc thông qua nguồn điện từ bên ngoài, vì thế nên mới có cái tên "Plug-in".

Nói tóm lại, bạn có thể dễ dàng hình dung như này: bạn có một chiếc xe Plug-in Hybrid, nếu muốn dùng nó, bạn phải sạc đầy sẵn ở nhà, nếu nó... "hết pin" giữa đường, bạn phải ghé trạm sạc cố định ở trên đường để nạp thêm năng lượng (cái này ở các nước phát triển mới có), nếu nhắm thấy pin còn đủ thì bạn có thể trở về nhà mà không phải ghé vô mấy trạm sạc pin đó. Chính vì lý do bất tiện đó mà xe Plug-in Hybrid vẫn còn chưa được sử dụng một cách phổ biến, dù chính phủ nhiều nước đã hỗ trợ khá nhiều để người dân của họ chuyển qua sử dụng loại phương tiện này.

Những loại xe Plug-in Hybrid nổi tiếng mà có thể các bạn đã từng nghe nói đến như Nissan Leaf, Chevrolet Volt và đặc biệt gần đây có BMW i3 và nhất là Tesla Model S - mẫu xe chạy điện đạt tốc độ nhanh nhất ở thời điểm hiện tại (tốc độ tối đa 210km/h, tăng tốc 0-100km/h trong 4,2 giây).

Chevrolet Volt​.

Tesla model S - mẫu xe Plug-in Hybrid nhanh nhất ở thời điểm hiện tại​.

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 và nếu có điều kiện thì các bạn có thể lựa chọn cho mình một chiếc xe phù hợp nhất.​