Hệ thống hybrid là gì?

Gần đây, xe điện đang được ưa chuộng. Tuy nhiên, xe điện hoàn toàn có một nhược điểm đáng kể - năng lượng dự trữ nhỏ mà không cần sạc lại. Vì lý do này, nhiều nhà sản xuất xe hơi hàng đầu đang trang bị cho một số mẫu xe của họ với các đơn vị hybrid.

Về cơ bản, xe hybrid là loại xe có hệ thống truyền lực chính là động cơ đốt trong, nhưng nó được cung cấp bởi hệ thống điện với một hoặc nhiều động cơ điện và một bộ pin bổ sung.

Ngày nay, một số loại cây lai được sử dụng. Một số chỉ hỗ trợ động cơ đốt trong khi khởi động, một số khác cho phép bạn lái xe bằng sức kéo điện. Hãy xem xét các tính năng của các nhà máy điện như vậy: sự khác biệt của chúng là gì, cách chúng hoạt động, cũng như những ưu và nhược điểm chính của hybrid.

Lịch sử của động cơ hybrid

Ý tưởng tạo ra một chiếc xe hybrid (hoặc sự lai tạo giữa xe hơi cổ điển và xe điện) được thúc đẩy bởi sự tăng giá nhiên liệu, tiêu chuẩn khí thải xe khắc nghiệt hơn và sự thoải mái hơn khi lái xe.

Việc phát triển nhà máy điện hỗn hợp lần đầu tiên do công ty điện lực Parisienne de voitures của Pháp đảm nhiệm. Tuy nhiên, chiếc xe hybrid đầu tiên có thể vận hành được là sự sáng tạo của Ferdinand Porsche. Trong nhà máy điện Lohner Electric Chaise, một động cơ đốt trong đóng vai trò như một máy phát điện, cung cấp năng lượng cho hai động cơ điện phía trước (gắn trực tiếp trên bánh xe).

Chiếc xe được giới thiệu trước công chúng vào năm 1901. Tổng cộng, khoảng 300 bản xe như vậy đã được bán. Mô hình này hóa ra rất thực dụng, nhưng chi phí sản xuất đắt đỏ, vì vậy một chiếc xe như vậy không thể phù hợp với túi tiền của một người đam mê xe hơi bình thường. Hơn nữa, vào thời điểm đó, một chiếc xe rẻ hơn và không kém phần thực dụng đã xuất hiện, được phát triển bởi nhà thiết kế Henry Ford.

Hệ thống truyền động xăng cổ điển buộc các nhà phát triển phải từ bỏ ý tưởng tạo ra xe hybrid trong nhiều thập kỷ. Mối quan tâm đến giao thông xanh đã tăng lên khi Dự luật Khuyến khích Vận tải Điện của Hoa Kỳ được thông qua. Nó đã được thông qua vào năm 1960.

Thật tình cờ, năm 1973, cuộc khủng hoảng dầu mỏ thế giới nổ ra. Nếu luật pháp Hoa Kỳ đã không khuyến khích các nhà sản xuất nghĩ đến việc phát triển những chiếc xe thân thiện với môi trường giá cả phải chăng, thì cuộc khủng hoảng đã buộc họ phải làm như vậy.

Hệ thống hybrid đầy đủ đầu tiên, nguyên lý cơ bản vẫn được sử dụng cho đến ngày nay, được TRW phát triển vào năm 1968. Theo quan niệm, cùng với động cơ điện, có thể sử dụng động cơ đốt trong nhỏ hơn nhưng sức mạnh của máy không bị hao hụt, và công việc trở nên trơn tru hơn rất nhiều.

Một ví dụ về xe hybrid chính thức là GM 512 Hybrid. Nó được hỗ trợ bởi một động cơ điện giúp tăng tốc chiếc xe lên đến 17 km / h. Ở tốc độ này, động cơ đốt trong đã được kích hoạt, nâng cao hiệu suất của hệ thống, nhờ đó tốc độ của xe tăng lên 21 km / h. Nếu có nhu cầu đi nhanh hơn, động cơ điện đã được tắt và xe đã được tăng tốc bằng động cơ xăng. Tốc độ giới hạn là 65 km / h.

VW Taxi Hybrid, một chiếc xe hybrid thành công khác, được giới thiệu ra công chúng vào năm 1973.

Cho đến thời điểm hiện tại, các nhà sản xuất ô tô đang cố gắng đưa các hệ thống hybrid và hoàn toàn bằng điện lên mức có thể cạnh tranh so với động cơ đốt trong cổ điển. Mặc dù điều này vẫn chưa xảy ra, nhiều sự phát triển đã biện minh cho hàng tỷ đô la được chi cho sự phát triển của họ.

Vào đầu thiên niên kỷ thứ ba, nhân loại đã chứng kiến ​​một sự mới lạ mang tên Toyota Prius. Đứa con tinh thần của nhà sản xuất Nhật Bản đã trở thành đồng nghĩa với khái niệm "xe hybrid". Nhiều sự phát triển hiện đại được vay mượn từ sự phát triển này. Đến nay, một số lượng lớn các sửa đổi của các cài đặt kết hợp đã được tạo ra, cho phép người mua chọn tùy chọn tốt nhất cho mình.

Cách thức hoạt động của ô tô hybrid

Đừng nhầm lẫn động cơ hybrid với xe chạy điện hoàn toàn. Việc lắp đặt điện có liên quan đến một số trường hợp. Ví dụ, ở chế độ thành phố, khi xe bị tắc đường, việc sử dụng động cơ đốt trong dẫn đến động cơ quá nóng, cũng như tăng ô nhiễm không khí. Đối với những tình huống như vậy, cài đặt điện được kích hoạt.

Theo thiết kế, kết hợp bao gồm:

• Bộ nguồn chính. Nó là một động cơ xăng hoặc dầu diesel.
• Động cơ điện. Có thể có một số trong số chúng tùy thuộc vào sửa đổi. Theo nguyên tắc hoạt động, chúng cũng có thể khác nhau. Ví dụ, một số có thể được sử dụng như một bộ truyền động bổ sung cho bánh xe, và một số khác làm trợ thủ cho động cơ khi khởi động xe từ trạng thái dừng.
• Pin dự phòng. Ở một số xe, nó có công suất nhỏ, năng lượng dự trữ đủ để kích hoạt lắp đặt điện trong thời gian ngắn. Ở những nơi khác, loại pin này có dung lượng lớn để xe có thể di chuyển tự do không tốn điện.
• Hệ thống điều khiển điện tử. Các cảm biến tinh vi giám sát hoạt động của động cơ đốt trong và phân tích hoạt động của máy, trên cơ sở đó động cơ điện được kích hoạt / ngừng hoạt động.
• Biến tần. Đây là một bộ chuyển đổi năng lượng cần thiết đến từ pin thành động cơ điện ba pha. Phần tử này cũng phân phối tải cho các nút khác nhau, tùy thuộc vào việc sửa đổi cài đặt.
• Máy phát điện. Nếu không có cơ chế này, không thể sạc lại pin chính hoặc pin phụ. Cũng như trên ô tô thông thường, máy phát điện chạy bằng động cơ đốt trong.
• Hệ thống thu hồi nhiệt. Hầu hết các xe hybrid hiện đại đều được trang bị hệ thống như vậy. Nó "thu thập" năng lượng bổ sung từ các bộ phận như vậy của ô tô như hệ thống phanh và khung xe (ví dụ như khi ô tô đang lao dốc từ trên đồi, bộ chuyển đổi sẽ thu năng lượng giải phóng vào pin).

Hệ thống truyền động hybrid có thể được vận hành riêng lẻ hoặc theo cặp.

Sơ đồ công việc

Có một số phép lai thành công. Có ba cái chính:

• thích hợp;
• song song, tương đông;
• nối tiếp-song song.

Mạch nối tiếp

Trong trường hợp này, động cơ đốt trong được sử dụng như một máy phát điện cho hoạt động của động cơ điện. Trên thực tế, động cơ xăng hay diesel không có mối liên hệ trực tiếp nào với bộ truyền động của ô tô.

Hệ thống này cho phép lắp đặt các động cơ công suất thấp với thể tích nhỏ trong khoang máy. Nhiệm vụ chính của chúng là lái máy phát điện áp.

Những chiếc xe này thường được trang bị hệ thống thu hồi, thông qua đó năng lượng cơ học và động năng được chuyển hóa thành dòng điện để sạc lại ắc quy. Tùy thuộc vào kích thước của pin, một chiếc ô tô có thể đi được một quãng đường nhất định chỉ bằng sức kéo điện mà không cần sử dụng động cơ đốt trong.

Ví dụ nổi tiếng nhất của loại xe hybrid này là Chevrolet Volt. Nó có thể được sạc như một chiếc xe điện bình thường, nhưng nhờ động cơ xăng, phạm vi hoạt động được tăng lên đáng kể.

Mạch song song

Khi lắp đặt song song, động cơ đốt trong và động cơ điện hoạt động song song với nhau. Nhiệm vụ của động cơ điện là giảm tải cho dàn máy chính, giúp tiết kiệm nhiên liệu đáng kể.

Nếu ngắt động cơ đốt trong khỏi bộ truyền động, ô tô có thể bao phủ một khoảng cách nhất định khỏi lực kéo điện. Nhưng nhiệm vụ chính của phần điện là đảm bảo cho xe tăng tốc mượt mà. Đơn vị năng lượng chính trong những sửa đổi này là động cơ xăng (hoặc diesel).

Khi ô tô giảm tốc độ hoặc chuyển từ hoạt động của động cơ đốt trong, động cơ điện đóng vai trò như một máy phát điện để nạp năng lượng cho ắc quy. Nhờ động cơ đốt trong, những chiếc xe này không cần dùng pin cao áp.

Không giống như các xe hybrid tuần tự, các đơn vị này có mức tiêu thụ nhiên liệu cao hơn, do động cơ điện không được sử dụng như một bộ phận cung cấp năng lượng riêng biệt. Ở một số mẫu xe, chẳng hạn như BMW 350E iPerformance, động cơ điện được tích hợp vào hộp số.

Một đặc điểm của sơ đồ làm việc này là mô-men xoắn cao ở tốc độ trục khuỷu thấp.

Mạch song song nối tiếp

Đề án này được phát triển bởi các kỹ sư Nhật Bản. Nó được gọi là HSD (Hybrid Synergy Drive). Trên thực tế, nó kết hợp các chức năng của hai kiểu vận hành nhà máy điện đầu tiên.

Khi xe cần nổ máy hoặc di chuyển chậm trong tình trạng tắc đường, động cơ điện sẽ được kích hoạt. Để tiết kiệm năng lượng ở tốc độ cao, động cơ xăng hoặc dầu diesel (tùy thuộc vào kiểu xe) được kết nối.

Nếu bạn cần tăng tốc mạnh (ví dụ khi vượt) hoặc xe đang lên dốc, nhà máy điện sẽ hoạt động ở chế độ song song - động cơ điện sẽ giúp động cơ đốt trong giảm tải và do đó, tiết kiệm nhiên liệu.

Kết nối hành tinh của động cơ đốt trong ô tô truyền một phần công suất đến bánh răng chính của bộ truyền động, và một phần tới máy phát điện để sạc pin hoặc ổ điện. Trong một sơ đồ như vậy, các thiết bị điện tử phức tạp được lắp đặt để phân phối năng lượng tùy theo tình huống.

Ví dụ nổi bật nhất của xe hybrid với hệ thống truyền động song song là Toyota Prius. Tuy nhiên, một số sửa đổi của các mô hình nổi tiếng do Nhật Bản sản xuất đã nhận được các bản cài đặt như vậy. Một ví dụ về điều này là Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Công nghệ này cũng đã được mua bởi một số lo ngại của Mỹ. Ví dụ, sự phát triển đã tìm đường đến Ford Escape Hybrid.

Các loại tổng hợp kết hợp

Tất cả các hệ thống truyền động hybrid được phân loại thành ba loại:

• lai mềm;
• lai vừa;
• lai đầy đủ.

Mỗi loại đều có chức năng cũng như đặc điểm riêng biệt.

Hệ thống truyền động lai vi mô

Các nhà máy điện như vậy thường được trang bị hệ thống thu hồi nhiệt để động năng được chuyển đổi thành năng lượng điện và quay trở lại pin.

Cơ chế truyền động trong chúng là một bộ khởi động (cũng có thể hoạt động như một máy phát điện). Không có ổ bánh xe điện trong các cài đặt như vậy. Sơ đồ này được sử dụng khi khởi động thường xuyên động cơ đốt trong.

Hệ thống truyền động hybrid trung bình

Những chiếc xe như vậy cũng không di chuyển do động cơ điện. Động cơ điện trong trường hợp này đóng vai trò trợ giúp cho khối nguồn chính khi tải tăng lên.

Các hệ thống như vậy cũng được trang bị hệ thống phục hồi, thu năng lượng miễn phí trở lại pin. Các đơn vị hybrid trung bình cung cấp động cơ nhiệt hiệu quả hơn.

Hệ thống truyền động hybrid đầy đủ

Trong các hệ thống lắp đặt như vậy, có một máy phát điện công suất lớn, được dẫn động bởi động cơ đốt trong. Hệ thống được kích hoạt ở tốc độ xe thấp.

Tính hiệu quả của hệ thống được thể hiện ở sự hiện diện của chức năng "Start / Stop", khi xe di chuyển chậm trong tình trạng tắc đường, nhưng bạn cần tăng tốc mạnh khi có đèn giao thông. Một tính năng của lắp đặt hybrid hoàn chỉnh là khả năng tắt động cơ đốt trong (ly hợp được ngắt) và điều khiển động cơ điện.

Phân loại theo mức độ điện khí hóa

Trong tài liệu kỹ thuật hoặc tên của một kiểu xe ô tô, các thuật ngữ sau có thể có:

• vi sinh;
• lai nhẹ;
• lai hoàn chỉnh;
• nhúng vào hỗn hợp.

Microhybrid

Trong những chiếc xe như vậy, một động cơ thông thường được lắp đặt. Chúng không được truyền động bằng điện. Các hệ thống này được trang bị chức năng khởi động / dừng hoặc được trang bị hệ thống phanh phục hồi (khi phanh, pin được sạc lại).

Một số mô hình được trang bị cả hai hệ thống. Một số chuyên gia cho rằng những loại xe như vậy không được coi là xe hybrid, vì chúng chỉ sử dụng động cơ xăng hoặc diesel mà không tích hợp vào hệ thống truyền động điện.

Lai nhẹ

Những chiếc xe như vậy cũng không di chuyển do điện. Họ cũng sử dụng một động cơ nhiệt, như trong loại trước. Với một ngoại lệ - động cơ đốt trong được hỗ trợ bởi hệ thống lắp đặt điện.

Các mô hình này không có bánh đà. Chức năng của nó được thực hiện bởi một máy phát điện khởi động. Hệ thống điện làm tăng độ giật của động cơ công suất thấp khi tăng tốc khó.

Kết hợp hoàn chỉnh

Những phương tiện này là những phương tiện có thể đi được một quãng đường nhất định bằng lực kéo điện. Trong các mô hình như vậy, có thể sử dụng bất kỳ sơ đồ kết nối nào được đề cập ở trên.

Các đường lai như vậy không bị tính phí từ nguồn điện. Pin được sạc lại bằng năng lượng từ hệ thống phanh tái tạo và máy phát điện. Khoảng cách đi được cho một lần sạc phụ thuộc vào dung lượng của pin.

Các plugin kết hợp

Những chiếc xe như vậy có thể hoạt động như một chiếc xe điện hoặc chạy bằng động cơ đốt trong. Nhờ sự kết hợp của hai nhà máy điện, nên khả năng tiết kiệm nhiên liệu khá tốt.

Vì thực tế không thể lắp đặt một bộ pin lớn (trong xe điện, nó thay thế cho một bình xăng), một chiếc hybrid như vậy có thể đi tới 50 km trong một lần sạc mà không cần sạc lại.

Ưu nhược điểm của ô tô hybrid

Hiện tại, hybrid có thể được coi là mắt xích chuyển tiếp từ động cơ nhiệt sang động cơ điện thân thiện với môi trường. Mặc dù mục tiêu cuối cùng vẫn chưa đạt được, nhưng nhờ sự ra đời của các phát triển đổi mới hiện đại, đã có một xu hướng tích cực trong sự phát triển của vận tải điện.

Vì cây lai là một lựa chọn chuyển tiếp nên chúng có cả điểm tích cực và tiêu cực. Các điểm cộng bao gồm:

• Tiết kiệm nhiên liệu. Tùy thuộc vào hoạt động của cặp nguồn, chỉ số này có thể tăng lên đến 30% hoặc hơn.
• Sạc lại mà không cần sử dụng nguồn điện. Điều này trở nên khả thi nhờ vào hệ thống thu hồi động năng. Mặc dù, việc sạc đầy không xảy ra, nhưng nếu các kỹ sư có thể cải thiện việc chuyển đổi, thì xe điện sẽ không cần ổ cắm nữa.
• Khả năng cài đặt một động cơ có khối lượng và công suất nhỏ hơn.
• Điện tử tiết kiệm hơn nhiều so với cơ khí, chúng phân phối nhiên liệu.
• Động cơ ít nóng hơn, và tiêu hao nhiên liệu khi lái xe trong tình trạng tắc đường.
• Sự kết hợp giữa động cơ xăng / diesel và điện cho phép bạn tiếp tục lái xe nếu pin công suất cao đã hết.
• Nhờ hoạt động của động cơ điện mà động cơ đốt trong có thể chạy ổn định hơn và ít gây tiếng ồn hơn.

Cài đặt kết hợp cũng có một danh sách khá nhiều nhược điểm:

• Pin trở nên không sử dụng được nhanh hơn do số lượng chu kỳ sạc / xả lớn (ngay cả trong các hệ thống hybrid nhẹ);
• Pin thường bị xả hoàn toàn;
• Phụ tùng cho những chiếc xe như vậy là khá đắt;
• Việc tự sửa chữa hầu như là không thể, vì điều này đòi hỏi thiết bị điện tử tinh vi;
• So với các mô hình xăng hoặc dầu diesel, hybrid đắt hơn vài nghìn đô la;
• Bảo trì thường xuyên tốn kém hơn;
• Các thiết bị điện tử phức tạp đòi hỏi phải được xử lý cẩn thận, và các lỗi xảy ra đôi khi có thể làm gián đoạn một hành trình dài;
• Rất khó để tìm được một chuyên gia có thể điều chỉnh đúng hoạt động của các nhà máy điện. Vì điều này, bạn phải nhờ đến dịch vụ của những xưởng may chuyên nghiệp đắt tiền;
• Pin không chịu được sự dao động nhiệt độ đáng kể và tự phóng điện.
• Mặc dù thân thiện với môi trường trong quá trình vận hành của động cơ điện, việc sản xuất và tiêu hủy pin gây ô nhiễm rất lớn.

Để xe hybrid và xe điện có thể trở thành đối thủ cạnh tranh thực sự của động cơ đốt trong, cần phải cải thiện nguồn năng lượng (để chúng tích trữ nhiều năng lượng hơn nhưng đồng thời không quá nhiều), cũng như hệ thống sạc lại nhanh chóng mà không gây hại cho ắc quy.

Câu hỏi và trả lời:

Xe hybrid là gì? Đây là một phương tiện trong đó có nhiều hơn một đơn vị năng lượng tham gia vào chuyển động của nó. Về cơ bản nó là sự pha trộn giữa một chiếc ô tô điện và một chiếc ô tô với động cơ đốt trong cổ điển.

Sự khác biệt giữa xe hybrid và xe hơi thông thường là gì? Xe hybrid có những ưu điểm của xe điện (động cơ hoạt động im lặng và lái xe mà không cần sử dụng nhiên liệu), nhưng khi lượng pin giảm xuống, bộ năng lượng chính (xăng) sẽ được kích hoạt.