Mục lục:
Truyền động của xe đến từ nhiều nguồn truyền động được gọi là truyền động hybrid. Thông thường truyền động hybrid được kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện.
Phân loại Hybrid
Các hệ thống Micro Hybird, Mild Hybrid và Full Hybrid được phân biệt dựa trên công suất hoặc điện áp của hệ thống truyền động bằng điện cũng như chức năng Auto Start/Stop, phanh hồi năng, hỗ trợ mô-men xoắn và khả năng vận hành hoàn toàn bằng điện:
| Micro Hybrid | Mild Hybrid | Full Hybrid |
|---|---|---|
| Công suất động cơ điện từ 3kW đến 5kW Điện áp khoảng 12V | Công suất động cơ điện từ 10kW đến 15kW Điện áp khoảng 42V – 150V | Công suất động cơ điện từ 30kW đến 170kW Điện áp khoảng 150V – 650V |
| Auto Start-Stop | Auto Start-Stop | Auto Start-Stop |
| – | Phanh hồi năng (Regenerative Braking) | Phanh hồi năng (Regenerative Braking) |
| – | Hỗ trợ mô-men xoắn | Hỗ trợ mô-men xoắn |
| – | Vận hành hoàn toàn bằng điện |
Chức năng của xe Hybrid
Tự động khởi động-dừng lại (Auto Start/Stop)
Động cơ xe tự động ngừng hoạt động ngay sau khi dừng lại. Khi tác động vào chân ga hay khi thả phanh thì động cơ khởi động trở lại. Việc khởi động động cơ cũng được thực hiện trong giai đoạn dừng lại, khi các thông số thay đổi làm cho hệ thống nhận biết rằng việc khởi động động cơ là cần thiết (ví dụ như khi nhiệt độ bên trong quá cao, cần kích hoạt điều hoà nhiệt độ). Việc khởi động được thực hiện bởi một thiết bị khởi động-phát điện tích hợp (ISG Integrated Starter Generator). Thiết bị này hoặc được nối với động cơ bằng đai truyền động hoặc được lắp vào hệ thống truyền động. Một thiết bị khởi động được bố trí theo cách bình thường (củ đề nâng cấp) cũng có thể dùng cho chức năng khởi động-dừng lại. Vì quá trình khởi động thường xuyên nên thiết bị này phải được gia cố.
Xe chỉ có chức năng Auto Start-Stop được gọi là Micro Hybrid, mặc dù chỉ được vận hành bằng một nguồn truyền động (động cơ đốt trong).
Hệ thống điều khiển cần nhiều thông số khác nhau cho chức năng Auto Start-Stop của động cơ thí dụ như tình trạng của ắc quy khởi động, yêu cầu của hệ thống điều hòa không khí, nhiệt độ của động cơ… Các thông số này được quy định khác nhau tùy theo hãng sản xuất.
Bảng dưới trình bày một thí dụ về các điều kiện để động cơ tự động tắt máy:
| Thông tin vận hành của xe | Điều kiện để xe tự tắt máy |
|---|---|
| Vận tốc | < 3 km/h |
| Vận tốc xe kể từ lúc động cơ dừng lại lần cuối | > 5km/h |
| Vị trí cần số | Số 0 (N) |
| Vị trí bàn đạp côn (ly hợp) | không đạp |
| Nhiệt độ động cơ | > 35 oC |
| Tốc độ tua máy | < 900 vòng/phút |
| Bầu lọc than hoạt tính | không trong quá trình xả |
| Tình trạng ắc-quy | bình thường |
| Chệnh lệch áp suất ở tổng phanh (Bộ cường hoá lực phanh) | < 500hPa |
| Chuyển động vô-lăng | không có |
| Yêu cầu điều hoà không khí | không bật sưởi hoặc không bật điều hoà |
| Nhiệt độ ngoài trời | 3 oC – 30 oC |
Động cơ dừng được hiển thị thông báo trong màn hình của xe.
Tình trạng ắc quy
Các thông số sau đây được xác định nhờ cảm biến ắc quy:
- Mức độ nạp
- Nhiệt độ ắc quy
- Trị số sụt giảm điện áp trong ắc quy trong lần khởi động cuối cùng
- Nhu cầu tiêu thụ điện năng của các thiết bị sử dụng điện đang vận hành
- Độ tải của máy phát điện
Auto Start/Stop chỉ được thực hiện khi điện áp ắc quy trên ngưỡng giới hạn. Trong tình trạng ắc quy nằm sát ngưỡng giới hạn, động cơ không tắt hoặc động cơ đã tắt được khởi động trở lại ngay lập tức.
Động cơ tự khởi động lại
Đang trong giai đoạn dừng lại, động cơ sẽ tự động khởi động khi có một trong các điều kiện vận hành sau đây:
- Tình trạng ắc quy giảm đến giới hạn thấp.
- Áp suất chân không của tổng phanh giảm xuống dưới mức quy định.
- Xe chuyển động (vận tốc lớn hơn 5 km/h).
- Cảm biến cho kính chắn gió phát hiện kính đọng hơi nước.
- Nhiệt độ của dành lạnh điều hòa không khí vượt quá mức quy định.
- Độ chênh lệch giữa nhiệt độ thực tế và nhiệt độ quy định bên trong xe dưới một trị số nhất định.
Tình trạng ắc quy ở giới hạn thấp là khi công suất ắc quy không đủ để khởi động động cơ.
Công tắc tiếp xúc của nắp khoang động cơ và dây an toàn (seat belt) phải được đóng lại khi động cơ tự động khởi động.
Động cơ tự động khởi động thông qua người lái xe
Động cơ tự động khởi động khi người lái xe tác động vào bàn đạp ly hợp hoặc thả phanh (hộp số tự động). Công tắc tiếp xúc của nắp khoang động cơ và dây an toàn (seat belt) phải được đóng lại khi động cơ tự động khởi động thông qua người lái xe.
Chặn quá trình Auto Start-Stop
Auto Start/Stop bị vô hiệu hoá khi xảy ra một trong các tình trạng vận hành sau đây:
- Ắc quy đạt gần đến tình trạng giới hạn thấp.
- Hệ thống điều hòa không khí ở chế độ sưởi.
- Nút bấm MAX-AC hay nút bấm rã đông được tác động.
- Tốc độ quạt gió cao và nhiệt độ thấp được đồng thời điều chỉnh.
- Cảm biến ở kính chắn gió phát hiện kính đọng hơi nước.
Các hãng sản xuất khác nhau có thể có thêm các thông số khác, thí dụ như góc đánh lái. Thông số này dùng để ngăn chặn động cơ tự động dừng lại khi điều khiển xe ở tốc độ thấp lúc đang xoay trở xe để đỗ xe. Khi sử dụng hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động, chức năng Auto Start/Stop cũng bị tắt.
Phanh hồi năng (Regenerative braking)
Trong khi phanh, thiết bị khởi động- phát điện tích hợp (ISG) vận hành như máy phát điện. Do đó, khi xe được phanh lại, ắc quy sẽ được nạp điện.
Một số hãng sản xuất sử dụng máy phát điện theo cách bố trí thông thường. Máy phát điện này chỉ hoạt động khi xe phanh hoặc trong chế độ tự đẩy (xe xuống dốc) bởi một chế độ điều chỉnh phù hợp (IAC = Intelligent Alternator Control = điều chỉnh máy phát điện thông minh), và khi tình trạng nạp của ắc quy ở trên mức quy định. Ở giai đoạn dẫn động, máy phát điện không được kích hoạt. Do đó giai đoạn này không cần năng lượng tiêu tốn cho việc chạy máy phát để sinh ra điện.
Sự điều chỉnh máy phát điện thông minh quy định hai trạng thái tích điện cho ắc quy (SOC: State Of Charge). Tùy thuộc vào trạng thái tích điện của ắc quy, quá trình điều chỉnh diễn ra theo các cách khác nhau.
Vì độ bền chu kỳ cần thiết, ắc quy thông dụng thường có thiết kế theo kiểu AGM (Absorbing Glass Mat = hấp thụ thảm thủy tinh) hoặc công nghệ thảm sợi. Hơn nữa ắc quy có dung lượng lớn hơn. Mức nạp của ắc quy luôn được giám sát bởi một cảm biến ắc quy. Cảm biến này được kết nối với bộ điều khiển động cơ và máy phát điện.
Hai tiêu chuẩn quan trọng trong việc sử dụng ắc quy là điện dung và độ bền chu kỳ. Một chu kỳ là một lần phóng điện và tiếp theo nạp điện trở lại. Độ bền chu kỳ được định nghĩa là số lần một ắc quy có thể phóng và sau đó nạp điện lại cho đến khi điện dung của nó giảm xuống dưới một trị số nhất định.
Hỗ trợ mô-men xoắn
Trong một số trạng thái vận hành nhất định, chẳng hạn như khi khởi chạy hoặc tải toàn phần, mô-men xoắn của động cơ đốt trong có thể được hỗ trợ bởi động cơ điện. Đặc biệt rất thích hợp để khởi chạy bằng các động cơ điện vì ở tốc độ thấp chúng có sẵn một mô-men xoắn lớn.
Để có được sự hỗ trợ mô-men xoắn hiệu quả, cần thiết có một hệ thống lưu trữ năng lượng có công suất lớn, thí dụ như ắc quy nickel-hydride hoặc ắc quy ion lithium. Hệ thống cũng phải được hoạt động với điện áp cao hơn để giảm cường độ dòng điện, và qua đó có thể giảm tiết diện dây dẫn điện. Công suất điện cao hơn cũng có thể làm tăng mức năng lượng thu hồi được từ hệ thống phanh (Regenerative Braking). Thiết bị khởi động-phát điện tích hợp được cài đặt trong hệ thống truyền động. Mild Hybrid thông thường có thể hỗ trợ động cơ đốt trong ở phạm vi tốc độ quay thấp, trong khi một số dòng Mild Hybrid cao hơn còn có thể hỗ trợ ở cả phạm vi tốc độ quay cao hơn.
Vận hành xe bằng điện
Khi dẫn động hoàn toàn bằng điện, hệ thống dẫn động sử dụng năng lực truyền động được cung cấp bởi một hoặc nhiều động cơ điện. Chức năng này chỉ có ở truyền động Full Hybrid với vận tốc có thể lên đến khoảng 50 km/h.
Plug-in Hybrid – PHEV
Truyền động hybrid có giắc cắm (PHEV – Plug-in Hybrid) sử dụng một ắc quy có thể được nạp điện phụ thêm thông qua lưới điện.
Truyền động hybrid có giắc cắm (PHEV = Plug-In Hybrid Electric Vehicle) sử dụng pin cao áp lớn hơn so với xe truyền động hybrid thông thường, và đó là hình thức hỗn hợp giữa xe truyền động hybrid thông thường (full Hybrid) và xe vận hành bằng điện (EV). Nhờ dung lượng điện lớn hơn nên xe có quãng đường di chuyển xa hơn so với chế độ chạy hoàn toàn bằng điện. Ngoài ra, xe cũng có thể hoạt động với động cơ đốt trong thông thường.
Các thiết bị phụ trợ
Đối với xe có truyền động hybrid, các thiết bị có thể được vận hành bằng điện, thí dụ như bơm áp suất chân không, máy bơm nước làm mát, trợ lực tay lái bằng điện và máy nén điều hòa không khí.
Vận hành các thiết bị thường chỉ được thực hiện khi cần thiết hoặc tùy thuộc vào nhu cầu điều chỉnh tốc độ quay. Các biện pháp này cải thiện việc cân bằng năng lượng của xe.
Một lợi thế khác của việc vận hành bằng điện là các bộ phận vẫn có thể hoạt động ngay cả khi ngắt động cơ đốt trong. Do đó, hệ thống điều hòa không khí có thể được trang bị với một bộ điều khiển từ xa cho phép mở lên trước khi động cơ khởi động.
Vận hành bằng điện cho máy bơm nước và máy nén điều hòa không khí có thể vừa duy trì việc làm mát cho bộ đảo điện, cho ắc quy điện áp cao và cho không gian trong xe sau khi ngừng động cơ. Trong nhiều trường hợp, các thiết bị vận hành bằng điện được tích hợp vào mạch hệ thống điện áp cao.
Xem thêm:
