TÌM HIỂU VỀ XE HEV TRUYỀN LỰC NỐI TIẾP (KHỚP NỐI ĐIỆN)

Thứ ba, 25/11/2025, 06:28 (GMT+7)

Trong những năm gần đây, xe Hybrid ngày càng phổ biến nhờ khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải. Một trong những cấu hình đặc biệt được nhiều hãng xe áp dụng là Hybrid truyền lực nối tiếp (Series Hybrid) hay còn gọi là khớp nối điện. Dưới đây là cách hệ thống này hoạt động và những đặc điểm nổi bật của nó.

1. Sơ đồ nguyên lý

Hệ thống động lực của đại bộ phận ô tô Hybrid truyền lực nối tiếp được giới thiệu trên hình 1.

Hình 1. Bố trí chung hệ truyền lực HEV nối tiếp

Nguồn năng lượng một chiều ở đây là bình nhiên niệu và bộ chuyển đổi năng lượng một chiều là một động cơ nhiệt kéo máy phát điện. Đầu ra của máy phát điện được kết nối với nguồn điện một chiều thông qua bộ chuyển đổi điện tử (chỉnh lưu).

Nguồn năng lượng hai chiều là một bộ pin điện hóa kết nối với một nguồn điện một chiều qua bộ chuyển đổi điện tử hai chiều (bộ chuyển đổi DC/DC). Bộ phân phối điện áp cũng được kết nối với bộ điều khiến của động cơ điện. Động cơ điện có thể hoạt động ở chế độ động cơ hay chế độ máy phát, có thể quay xuôi hay quay ngược. Hệ thống động lực này cần có bộ nạp điện cho pin sử dụng điện lưới.

2. Các chế độ hoạt động 

Hệ thống động lực của Series Hybrid được thiết kế theo sơ đồ “động cơ nhiệt – máy phát – pin – động cơ điện”.

Động cơ nhiệt không dẫn động bánh xe trực tiếp. Nó chỉ làm nhiệm vụ kéo máy phát điện.

* Điện tạo ra được chỉnh lưu và đưa vào:

- Pin Hybrid thông qua bộ chuyển đổi DC/DC hai chiều.

- Động cơ điện – bộ phận duy nhất truyền lực đến bánh xe.

* Động cơ điện có thể chạy ở cả hai chế độ: động cơ (kéo xe) và máy phát (phanh tái sinh).

* Hệ thống có thể sạc pin từ lưới điện tùy theo thiết kế.

Cấu trúc này giúp chiếc xe gần giống một xe điện (EV) nhưng có thêm động cơ nhiệt để cung cấp năng lượng khi cần.

* Các chế độ vận hành của xe Series Hybrid: Ô tô Hybrid truyền lực nối tiếp có các chế độ hoạt động sau đây:

1. Chỉ chạy bằng điện: Động cơ nhiệt tắt, xe dùng nguồn điện pin để di chuyển.

2. Chỉ chạy bằng động cơ nhiệt: Động cơ kéo máy phát → máy phát cung cấp điện cho động cơ điện. Vì thế công suất kéo của xe từ cụm động cơ máy phát điện, trong khi đó pin không cung cấp cũng không nhận năng lượng từ hệ thống điện động lực. Động cơ điện làm nhiệm vụ như một hệ thống truyền lực điện từ động cơ nhiệt đến bánh xe chủ động.

3. Chế độ Hybrid: Lực kéo được tạo ra từ cụm động cơ, máy phát điện và pin kết hợp với nhau trong khớp nối điện

4. Chế độ động cơ nhiệt với sạc pin: Động cơ - máy phát cung cấp năng lượng cho sạc pin và vận hành cho xe cùng lúc. Công suất động cơ - máy phát được chia trong khớp nối điện.

5. Chế độ phanh tái sinh: Động cơ - máy phát điện tắt, động cơ điện hoạt động ở chế độ máy phát. Công suất điện tạo ra được sử dụng để nạp ắc quy.

6. Chế độ nạp pin: Các động cơ điện không nhận công suất, cụm động cơ - máy phát điện nạp điện cho pin 

7. Chế độ nạp điện pin Hybrid: Cả cụm động cơ - máy phát điện và động cơ điện hoạt động ở chế độ máy phát khi phanh và nạp điện cho pin.

3. Ưu, nhược điểm của hệ thống Hybrid truyền lực nối tiếp

* Ưu điểm

Do động cơ nhiệt không liên kết cơ khí trực tiếp với bánh xe, hệ thống truyền lực cho phép động cơ hoạt động hoàn toàn độc lập với tải trọng biến thiên của xe. Nhờ đó, động cơ có thể được duy trì tại vùng hiệu suất tối ưu, mang lại nhiều lợi ích quan trọng như:

- Giảm rõ rệt mức tiêu hao nhiên liệu do động cơ luôn làm việc tại dải hiệu quả cao nhất.

- Hạn chế phát thải khí độc hại, qua đó cải thiện mức độ thân thiện môi trường.

- Tăng tuổi thọ của động cơ, vì hạn chế được các pha vận hành quá tải, thay đổi đột ngột hoặc làm việc ở vùng hiệu suất thấp.

Hệ thống truyền động có cấu trúc đơn giản nhờ đặc tính của động cơ điện – tạo mô-men lớn ngay từ tốc độ thấp. Điều này giúp hệ thống không cần sử dụng hộp số nhiều cấp như trên xe truyền thống. Cấu trúc truyền lực vì vậy có thể được tối ưu theo nhiều hướng, chẳng hạn như:

- Dẫn động độc lập từng bánh bằng các mô-tơ điện riêng lẻ.

- Thay thế hoàn toàn cơ cấu vi sai bằng hệ thống điều khiển mô-men điện tử.

- Tổ chức dẫn động bốn bánh thông qua bốn động cơ điện, loại bỏ nhu cầu sử dụng trục dẫn động và vi sai trung tâm.

Việc điều khiển hệ thống cũng trở nên đơn giản hơn, do bộ điều khiển điện tử (ECU/MCU) đảm nhiệm phân phối mô-men và năng lượng thay cho các cơ cấu cơ khí phức tạp của truyền động truyền thống.

 

Hình 2. Cấu trúc cơ bản của xe Hybrid

* Nhược điểm: Bên cạnh những ưu điểm thì nó cũng tồn tại một số hạn chế sau: 

Thứ nhất, năng lượng từ động cơ nhiệt phải trải qua hai lần chuyển đổi – từ cơ năng sang điện năng và từ điện năng trở lại cơ năng. Điều này dẫn đến tổn thất năng lượng đáng kể, đặc biệt khi hiệu suất của máy phát và động cơ điện không đạt mức tối ưu.

Thứ hai, việc bổ sung máy phát điện, bộ chỉnh lưu và bộ biến đổi công suất làm cho hệ thống trở nên cồng kềnh hơn, đồng thời tăng trọng lượng cũng như chi phí sản xuất của toàn bộ phương tiện.

Cuối cùng, do động cơ điện là nguồn kéo duy nhất truyền lực đến bánh xe, mô-tơ phải được thiết kế với công suất đủ lớn để đáp ứng yêu cầu tăng tốc và tải trọng cực đại. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành, trọng lượng và mức tiêu thụ điện của hệ thống.

Có thể nói rằng xe Hybrid truyền lực nối tiếp là một giải pháp thông minh, mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất và môi trường. Dù còn một số hạn chế về chi phí và trọng lượng, nhưng với sự phát triển của công nghệ pin và mô-tơ điện, đây vẫn là hướng đi đầy tiềm năng trong ngành ô tô hiện đại.