Xe ô tô hybrid là một loại phương tiện vận chuyển động cơ kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện. Điều này cho phép xe sử dụng cả năng lượng xăng hoặc dầu diesel cùng với năng lượng điện để tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải ra môi trường.
Hệ thống hybrid thường sử dụng công nghệ tái tạo năng lượng từ hệ thống phanh và một pin lithium-ion hoặc nickel-metal hydride để cung cấp nguồn điện cho động cơ điện. Xe ô tô hybrid thường được biết đến với tính tiết kiệm nhiên liệu cao và khả năng vận hành mượt mà, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường, là lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô hiện nay.
Một dạng ôtô Hybrid kiểu phối hợp công suất song song
Sơ đồ ôtô hybrid kiểu hỗn hợp
Một dạng ôtô hybrid kiểu hỗn hợp
Ghi chú:
1. Engine: Động cơ đốt trong
2. ECM: Electric Control Module – Bộ phận điều khiển điện tử cho động cơ.
3. HV ECU: Hybrid Vehicle ECU- ECU điều khiển kết hợp trên ôtô hybrid.
4. Shift Postion Sensor: Cảm biến vị trí tay số.
5. Brake ECU: ECU điều khiển phanh.
6. HV Battery: High Volt Battery- Ắc-quy điện áp cao.
7. Inverter with Converter: Bộ chuyển đổi điện.
8. Hybrid Transaxle: Hộp số kết hợp với bộ phân phối công suất.
9. Acceleration Pedal Position Sensor: Cảm biến vị trí bàn đạp ga.
I – Động cơ đốt trong:
Là nguồn động lực chính, ở ôtô hybrid có thể dùng động cơ xăng, động cơ Diesel, động cơ Hydro, khí hóa lỏng hoặc pin nhiên liệu.
Động cơ đốt trong, hộp số của ôtô hybrid (Toyota Prius)
II – Hộp số và bộ phân phối công suất (Hybrid Transaxle):
Cụm bánh răng hành tinh trong hộp số đóng vai trò như một bộ chia công suất có nhiệm vụ chia công suất từ động cơ chính của xe thành hai thành phần tạm gọi là phần dành cho cơ và phần dành cho điện.
Các bánh răng hành tinh của nó có thể truyền công suất đến động cơ chính, động cơ điện – máy phát và các bánh xe chủ động trong hầu hết các điều kiện khác nhau. Các bánh răng hành tinh này hoạt động như một cơ cấu truyền động biến đổi liên tục (CVT- Continuously Variable Transmission).
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của bộ phân phối công suất
III – Motor điện và máy phát điện:
Tổ hợp motor điện – máy phát số 1 (MG1-Motor Generater 1) có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc-quy điện áp cao (HV Battery), đồng thời cấp điện năng để dẫn động cho MG2 (MG2-Motor Generater 2). MG1 hoạt động như một motor để khởi động động cơ chính của xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh gần giồng như một CVT.
Tổ hợp motor điện – máy phát số 2 (MG2) có nhiệm vụ dẫn động cho các bánh xe chủ động tiến hoặc lùi xe. Trong suốt quá trình giảm tốc và phanh xe, MG2 hoạt động như một máy phát và hấp thu động năng (còn gọi là quá trình hãm tái sinh năng lượng) chuyển hóa thành điện năng để nạp lại cho ắc-quy điện áp cao.
Trên Toyota dùng một môtơ đồng bộ xoay chiều 3 pha, là một môtơ không chổi than DC hiệu suất cao với dòng AC. Các nam châm vĩnh cửu và một rôto được làm bằng các tấm thép điện từ ghép lại thành một môtơ công suất cao. Hơn nữa, bởi sự bố trí các nam châm vĩnh cửu theo một dạng tối ưu, mômen dẫn động được cải thiện và công suất được tăng lên. Cả MG1 và MG2 đều có kích thước gọn, nhẹ và là loại đồng bộ nam châm vĩnh cửu dòng điện xoay chiều hiệu quả cao.
IV – Bộ phận chuyển đổi điện
Bộ chuyển đổi biến dòng điện một chiều từ ắc-quy điện áp cao (HV Batterry) thành dòng xoay chiều làm quay motor điện hoặc biến dòng xoay chiều từ máy phát thành dòng điện một chiều để nạp điện cho ắc-quy.
Bộ chuyển đổi điện và sơ đồ nguyên lý hoạt động
Về cấu tạo, nó gồm một bộ khuếch đại điện năng để tăng điện áp được cung cấp lên đến 500V đồng thời nó được trang bị một bộ chuyển đổi dòng một chiều để nạp điện cho ắc-quy phụ của xe và một bộ chuyển đổi dòng xoay chiều để cấp điện cho máy nén trong hệ thống điều hòa của xe hoạt động
V – Ắc-quy điện áp cao. (HV Battery – High Volt Battery)
Ắc-quy chính của xe được bảo vệ trong một vỏ niken-kim loại hyđrua chắc chắn hơn và có mật độ năng lượng cao hơn so với bình thường. Thường gồm 120-250 cặp cực ắc-quy với điện áp chuẩn là 144V-350 Volt (1,2V/cặp cực ắc-quy) được nạp điện bởi động cơ chính thông qua tổ hợp MG1 khi xe chạy bình thường và tổ hợp MG2 trong suốt quá trình hãm tái sinh năng lượng.
Ford Escape Hybrid, Honda Insight, Civic Hybrid và Toyota Prius đều sử dụng những pin hyđrua kim loại kiềm (NiMH), công nghệ pin giống như trong điện thoại di động và máy tính xách tay. Hệ thống hybrid của Prius là sự kết hợp của 38 mô đun chứa 228 pin điện riêng biệt với tổng công suất lên tới 273,6 V. Xe của Honda thì dùng 120 pin điện, tổng công suất 144 V; Ford 250 pin, công suất 330 V.
VI – Cáp nguồn:
Cáp nguồn hay cáp công suất trong xe hybrid dùng để truyền dòng điện có cường độ và điện áp cao giữa các thiết bị như ắc-quy điện cao áp, bộ chuyển đổi, các tổ hợp MG1, MG2 và máy nén trong hệ thống điều hòa. Đường dây cao áp và các giắc nối được đánh dấu bằng mầu da cam như trong hình trên.
Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao
VII – Ắc quy phụ:
Loại ắc-quy DC12V này được bố trí cố định phía sau xe, duy trì và cung cấp dòng điện một chiều ổn định cho các thiết bị như đèn xe, hệ thống âm thanh, các ECU điều khiển .vv..
Xe ô tô hybrid không chỉ là một bước tiến lớn trong công nghệ vận tải, mà còn là một phương tiện giao thông hiệu quả và bền vững. Việc kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải, mà còn thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô về mặt công nghệ và bảo vệ môi trường. Xe ô tô hybrid là một lựa chọn thông minh và có triển vọng cho tương lai, hướng đến một hành tinh xanh hơn và một cuộc sống bền vững hơn.
