Nguyên lý làm việc của xe hybrid được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu.
1. Kết cấu của xe Hybrid:
Kết cấu của xe Hybrid gồm có các bộ phận chính sau đây:
Kết cấu nguyên lý làm việc của xe hybrid
– Động cơ: Động cơ xăng chu trình Atkin có hệ số giãn nở cao
Động cơ hoạt động tại tốc độ và tải tối ưu cho hiệu quả cao. Động cơ 1này cũng trích ra nhiều năng lượng từ sự đốt cháy của xăng bằng cách dùng chu trình Atkinson tỷ số nén cao.
– Hộp số:
- Thiết bị chia công suất (Bộ truyền hành tinh):
Thiết bị này chia công suất từ động cơ thành 2 đường: cơ và điện. Bộ truyền hành tinh này có thể truyền công suất giữa động cơ, máy phát-môtơ (MG), và các bánh xe hầu như trong bất cứ điều kiện nào. Bộ truyền hành tinh có tác dụng như một CVT (hộp số vô cấp). - MG1 (Motor Generator No.1):
MG1 nạp lại điện cho ắc quy HV và cấp điện để dẫn động MG2. MG1 đóng vai trò như một môtơ để khởi động động cơ và điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền hành tinh một cách tuyến tính như CVT (hộp số vô cấp). - MG2 (Motor Generator No.2):
MG2 quay các bánh xe chuyển động tiến và lùi. Trong khi giảm tốc và phanh, MG2 đóng vai trò như một máy phát và phục hồi năng lượng động lực học như là năng lượng điện (phanh phục hồi điện) để nạp điện cho ắc quy HV. - Bộ đổi điện (Bộ điều khiển điện)
Bộ đổi điện DC (Dòng một chiều) từ ắc quy HV thành AC (dòng xoay chiều) để dẫn động môtơ hoặc AC thành DC để nạp lại điện cho ắc quy HV. Thiết bị này chứa một bộ chuyển đổi tăng cường, nó tăng điện đến 500V. Ngoài ra nó còn chứa một bộ chuyển đổi DC-DC để nạp điện cho ắc quy phụ và bộ chuyển đổi AC”điều hoà” cho môtơ máy nén điều hoà. - Ắc quy HV (High Voltage)
Ắc quy kín (Ni-MH) là loại ắc quy nhỏ gọn hơn và có mật độ điện năng cao hơn. Nó gồm có 168 ngăn với điện áp bình thường là 200V (1.2V x 168 ngăn). Nó được nạp điện nhờ động cơ thông qua MG1 với tốc độ đều và MG2 trong khi phanh phục hồi. - Cáp điện
Đây là dây cao áp, cao dòng được nối với ắc quy HV, bộ đổi điện, MG1, MG2 và máy nén A/C. Các dây cao áp và các giắc nối của nó đều có màu vàng. - Ắc quy phụ (12V)
Đây là ắc quy kín và là loại không cần bảo dưỡng DC12V, và được dùng cho các hệ thống DC12V như đèn, hệ thống âm thanh và các ECU v.v
Xem thêm: Tổng quan về hệ thống Hybrid
2. Nguyên lý làm việc
– Hybrid nối tiếp (series hybrid) là loại sử dụng mô-tơ điện dẫn động trực tiếp tới bánh xe. Động cơ đốt trong chỉ có nhiệm vụ chạy máy phát điện. Ở dạng hybrid nối tiếp, động cơ thuần chất hoạt động như một chiếc máy phát điện. Đây là dạng khởi thuỷ của động cơ hybrid. Do khả năng vận hành không tốt, cũng như hiệu quả năng lượng ở mức vừa phải, nên dạng hybrid này hiện nay không còn sử dụng nhiều. Sơ đồ nguyên lý làm việc được chỉ ra trong hình vẽ dưới đây.
Sơ đồ nguyên lý của Hybrid nối tiếp
– Hybrid song song (Parallel Hybrid) là động cơ đốt trong cung cấp lực kéo cho các bánh xe. Động cơ điện chỉ đóng vai trò hỗ trợ cho động cơ xăng, khi chiếc xe cần gia tốc nhanh. Ngoài ra, nếu lượng pin còn lại đủ lớn, động cơ điện sẽ thay thế động cơ xăng để hoạt động trong điều kiện xe di chuyển chậm, không cần nhiều sức mạnh. Trong điều kiện này, việc sạc lại pin đến từ hệ thống tái tạo năng lượng từ lực phanh (Regenerative Braking) chứ không đến từ mô-tơ điện. 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. Sơ đồ nguyên lý làm việc như hình vẽ dưới đây.
Sơ đồ nguyên lý của Hybrid song song
– Hybrid nối tiếp/ song song (series-parallel hybrid) là loại kết hợp cả hai loại trên, đây cũng là cơ cấu hybrid phức tạp và có chi phí sản xuất cao nhất. Nhờ bộ chia công suất, năng lượng từ động cơ đốt trong và động cơ điện được biến thiên liên tục và bổ trợ cho nhau giúp chiếc xe có hiệu quả hoạt động tốt nhất. Cơ cấu hoạt động luân phiên giúp cụm pin trên xe hầu như lúc nào cũng được sạc đầy. Xe có thể vận hành bởi chế độ lái thuần động cơ điện (EV-mode), rất hữu ích khi di chuyển trong điều kiện giao thông đông đúc. Đây là dạng xe lai hybrid tiên tiến và tối ưu nhất bây giờ. Sơ đồ nguyên lý làm việc được chỉ ra trong hình vẽ dưới đây.
Sơ đồ nguyên lí Hybrid nối tiếp/ song song
– Các chế độ làm việc:
Các chế độ làm việc của xe Hybrid
- Chế độ SẴN SÀNG
Một đèn “READY” thông báo cho lái xe biết rằng xe đã sẵn sàng để có thể lái. Động cơ sẽ nổ máy và tắt tự động tuỳ theo nhiệt độ nước làm mát và tình trạng của ắc quy HV, để cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu. Hệ thống khởi động bằng ấn nút: Hãy ấn lên nút nguồn power khi vị trí cần số ở “P” và đạp bàn đạp phanh. Hệ thống khởi động bằng chìa khoá điện: Hãy vặn chìa khoá đến vị trí “START” khi cần số ở vị trí “P”. - Khởi hành (Take-off)
Chỉ có môtơ điện được dùng cho việc khởi hành và ở các tốc độ từ thấp đến trung bình. - Lái xe bình thường
Khi lái xe bình thường, cả động cơ và mô tơ dẫn động các bánh xe: công suất của động cơ được chia giữa các bánh xe và máy phát điện, rồi đến dẫn động môtơ. Sự phân phối công suất được điều khiển để tăng tối đa hiệu quả. Khi cần, máy phát cũng sẽ nạp điện cho ắc quy HV từ năng lượng thừa của động cơ. - Tăng tốc mạnh
Ắc quy cấp năng lượng bổ sung để tăng lực dẫn động, còn động cơ và môtơ làm tăng tốc êm dịu - Giảm tốc/phanh
Môtơ đóng vai trò như một máy phát, được dẫn động bởi các bánh xe. “Hệ thống phanh phục hồi” này phục hồi năng lượng động lực học thành năng lượng điện, nó được lưu lại trong ắc quy HV.
