Ưu và nhược điểm của xe hybrid

bởi: Đỗ Lương Trường Sơn 25 Tháng 08, 2023

Xe hybrid là gì? Ưu nhược điểm ra sao? Chế độ làm việc như thế nào? Khi sử dụng cần lưu ý điều gì? Có các mẫu xe hybrid nào đang bán tại Việt Nam?

Xe hybrid là gì?

Xe hybrid (còn gọi là xe lai điện hay xe lai) là loại xe ô tô sử dụng song song hai nguồn động cơ là động cơ đốt trong và động cơ điện, tức là xe vừa chạy xăng, vừa chạy điện.

Xe hybrid là loại xe ô tô sử dụng song song hai nguồn động cơ là động cơ đốt trong và động cơ điện

Chiếc xe hybrid đầu tiên ra mắt vào năm 1899, được chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly của Pháp. Trải qua quá trình dài nghiên cứu và phát triển, đến thập niên 90, khái niệm xe lai điện mới thật sự trở nên hấp dẫn.

Các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản có công rất lớn trong việc thương mại hoá dòng xe này. Năm 1997, hãng Toyota ra mắt mẫu xe sedan hybrid Toyota Prius. Cùng thời gian, hãng Honda cũng trình làng mẫu xe Honda Civic và Honda Civic hybrid. Đây được xem là những chiếc ô tô đầu tiên đánh dấu việc dòng xe hybrid chính thức được thương mại hoá trong kỷ nguyên hiện đại.

Cấu tạo xe hybrid

Cấu tạo xe hybrid tương tự như xe sử dụng động cơ đốt trong thông thường. Động cơ kết nối với hệ thống truyền động để dẫn động các bánh xe. Tuy nhiên xe hybrid có thêm một động cơ điện chia sẻ nhiệm vụ dẫn động hoặc hỗ trợ động cơ đốt trong.

Để cơ cấu này phối hợp nhuần nhuyễn và vận hành trơn tru cần có thêm một số bộ phận hỗ trợ khác như pin và bộ chuyển đổi công suất. Pin (hay ắc quy điện áp cao) là thiết bị giúp tích trữ và cung cấp năng lượng cho động cơ điện. Bộ chuyển đổi công suất giúp chuyển đổi nguồn động lực của động cơ thành nhiều phần phục vụ các mục đích sử dụng khác nhau như dẫn động xe và nạp điện cho pin.

Các loại động cơ hybrid

Xe hybrid có 3 loại cấu trúc truyền động cơ bản:

Nối tiếp

Động cơ điện trực tiếp truyền lực đến hệ thống dẫn động bánh xe. Động cơ đốt trong chỉ đảm nhận nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho động cơ điện và nạp cho ắc quy.

Ưu điểm: Động cơ xăng chủ yếu chỉ hoạt động khi chạy xe đường dài nên giúp tiết kiệm xăng và giảm ô nhiễm môi trường.

Nhược điểm: Với loại hệ thống này, dung tích và kích thước ắc quy lớn do động cơ điện đảm nhận vai trò truyền lực chính. Động cơ xăng dễ rơi vào tình trạng làm việc quá tải vì phải luôn cung cấp năng lượng cho động cơ điện và ắc quy.

Song song

Cả động cơ điện và động cơ đốt trong đều cùng đảm nhận vai trò truyền lực. Khi nào động cơ điện làm việc, khi nào động cơ đốt trong làm việc hay khi nào cả hai cùng làm việc sẽ do bộ điều khiển trung tâm quyết định tuỳ vào từng điều kiện vận hành.

Ở truyền động song song, cả động cơ điện và động cơ đốt trong đều cùng đảm nhận vai trò truyền lực

Ưu điểm: Xe đạt công suất cao hơn do có hai nguồn truyền lực. Dung tích và kích thước ắc quy không quá lớn.

Nhược điểm: Hệ thống có cấu tạo phức tạp, chi phí sản xuất cao.

Hỗn hợp

Hệ thống hỗn hợp kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song. Hệ thống này giúp tận dụng tối đa thế mạnh, đồng thời khắc phục nhược điểm của hai hệ thống trên. Đây hiện là loại hệ thống đang được ưu tiên áp dụng trong chế tạo xe hybrid ngày nay.

Các loại xe hybrid

Có nhiều loại xe hybrid. Các loại này chủ yếu khác nhau ở cách phối hợp công suất và thời điểm phối hợp công suất giữa động cơ điện và động cơ đốt trong.

Full hybrid

Xe full hybrid (còn gọi là parallel hybrid) là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong có thể hoạt động riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau tuỳ từng điều kiện vận hành. Pin động cơ điện có thể tự sạc bằng năng lượng cung cấp từ động cơ đốt trong.

Xe full hybrid là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong có thể hoạt động riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau

Loại xe full hybrid có thể chạy hoàn toàn bằng điện hoặc hoàn toàn bằng xăng/dầu hoặc kết hợp cả hai. Động cơ điện thường hoạt động riêng lẻ ở tốc độ thấp – trung bình. Tuy nhiên chỉ di chuyển trong quãng đường ngắn do giới hạn pin xe. Nhưng bù lại, pin lại có lợi thế tự sạc nhanh bằng động cơ đốt trong. Ở loại xe này, động cơ đốt trong vừa đảm nhận truyền lực cho xe, vừa tạo năng lượng để sạc pin cấp điện cho động cơ điện.

Ở các loại xe full hybrid, khi vừa khởi động, xe vận hành ở chế độ không tải, động cơ điện sẽ làm việc một mình. Khi xe bắt đầu di chuyển, tuỳ theo cách thức lái xe mà bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào cho động cơ đốt trong hoạt động, khi nào cho động cơ điện hoạt động hay khi nào cho cả hai hoạt động cùng lúc.

Nếu di chuyển ở tốc độ thấp, đạp ga nhẹ nhàng thì động cơ điện thường vẫn làm việc đơn lẻ. Nếu đạp ga sâu thì bộ điều khiển sẽ kích hoạt động cơ đốt trong để xe tăng tốc nhanh theo ý muốn người lái. Nếu tốc độ đã ổn định, ví dụ như duy trì đều đặn ở dải tốc trung bình 50 – 60 km/h thì động cơ đốt trong sẽ tự ngắt, chỉ có động cơ điện hoạt động.

Nhìn chung, với xe full hybrid, động cơ điện gần như làm việc trong suốt quá trình xe vận hành. Còn động cơ xăng sẽ tham gia trong các tình huống xe cần lực kéo lớn như khi tăng tốc hay chạy tốc độ cao.

Các dòng xe hybrid của Toyota như Toyota Pirus, Toyota Corolla hybrid, Toyota Camry hybrid, Toyota Corolla Cross hybrid, Toyota RAV4 hybrid … đều là thuộc dòng full hybrid này.

Mild hybrid

Mild hybrid electric vehicle – MHEV (xe lai nhẹ) là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt nhưng động cơ điện không thể hoạt động riêng lẻ. Ở loại xe này, động cơ điện chỉ đóng vai trò hỗ trợ cho động cơ đốt trong, không thể vận hành độc lập như full hybrid.

Mild hybrid là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt nhưng động cơ điện không thể hoạt động riêng lẻ

Nhiệm vụ chính của động cơ điện là cho phép động cơ đốt trong tắt khi xe đang lao dốc, phanh gấp, tạm dừng… và nhanh chóng khởi động lại sau đó. Bên cạnh đó, động cơ điện cũng tạo ra công suất để tăng lực kéo cho động cơ đốt trong. Pin của động cơ điện sẽ được nạp năng lượng thông qua quá trình phanh xe.

So với hệ thống full hybrid, hệ thống mild hybrid thường có giá thành thấp hơn do kết cấu đơn giản hơn, chi phí sản xuất ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, vì động cơ điện chỉ đóng vai trò phụ nên hiệu quả trong việc tối ưu công suất cũng như khả năng khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe mild hybrid sẽ không bằng xe full hybrid. Nhưng thực tế thì mild hybrid vẫn giúp tiết kiệm 10 – 15% nhiên liệu. Trong đó, cải thiện khá nhiều là khi xe chạy ở tốc độ thấp (thời điểm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải cao).

Hệ thống mild hybrid thường được nhiều hãng xe sang như BMW, Mercedes-Benz, Audi, Volvo… ứng dụng trên các mẫu xe của mình.

Plug-in hybrid

Plug-in hybrid electric vehicle – PHEV (xe lai sạc điện) là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong. Tuy nhiên pin của động cơ điện không do động cơ đốt trong nạp đầy, mà được sạc bằng cách kết nối với nguồn điện bên ngoài thông qua phích cắm.

Plug-in hybridlà loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong, trong đó pin động cơ điện phải sạc từ nguồn điện bên ngoài

Xe plug-in hybrid hoạt động tương tự như xe full hybrid. Tuy nhiên quãng đường di chuyển của động cơ điện sẽ dài hơn do dung lượng pin lớn hơn. Xe plug-in hybrid có thể hoạt động hoàn toàn bằng điện mà không cần dùng đến động cơ đốt trong.

Bởi trên lý thuyết nếu chỉ di chuyển trong phố thì người dùng hiếm khi vượt quá giới hạn quãng đường chạy bằng điện cho 1 lần sạc. Trong trường hợp hết pin, động cơ đốt trong có thể truyền động như xe full hybrid.

So với các loại xe hybrid khác, xe PHEV có khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải tốt hơn. Tuy nhiên có một khảo sát cho thấy rằng, nhiều người sử dụng xe plug-in hybrid không tận dụng tốt ưu thế này. Họ hiếm khi sạc pin mà chỉ dùng xe PHEV như một chiếc xe hơi thông thường. Cách dùng này gây “tốn kém” hơn một chiếc xe ô tô truyền thống. Bởi xe PHEV sẽ nặng hơn (do có hệ thống hybrid) nên sẽ hao nhiên liệu hơn.

Một số mẫu xe thươg mại áp dụng hệ thống plug-in hybrid có thể kể đến: Mistubishi Outlander, Audi Q7 E-Tron…

Range extender hybrid

Range extender hybrid – REX là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong, nhưng động cơ đốt trong không chịu trách nhiệm truyền động cho các bánh xe mà chỉ dùng để sạc pin cho động cơ điện. Do đó loại xe hybrid này có thể chạy liên tục mà không cần phải dừng lại để sạc điện.

Tuy nhiên nhược điểm của xe range extender hybrid là việc có thêm động cơ đốt trong khiến xe nặng hơn nên ảnh hưởng đến hiệu suất xe. Đồng thời hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu đem lại cũng không quá ấn tượng.

Trên thị trường hiện nay không còn các mẫu xe sử dụng hệ thống REX. Tuy nhiên trước đây có một số mẫu xe REX từng được mở bán như BMW i3 REX, Chevrolet Volt…

Ưu nhược điểm của xe hybrid

Ưu điểm

Tiết kiệm nhiên liệu

Xe hybrid do sử dụng song song cả động cơ đốt trong và động cơ điện nên sẽ sử dụng nhiên liệu ít hơn so với xe sử dụng động cơ đốt trong thông thường. Theo số liệu của nhiều mẫu xe có song song phiên bản thường và hybrid, phiên bản hybrid có mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn từ 30 – 50% so với phiên bản động cơ truyền thống. Đây chính là một trong các ưu điểm lớn nhất của xe hybrid.

Giảm thiểu khí thải

Do kết hợp sử dụng điện năng và nhiệt năng để sinh công nên lượng khí thải xả ra ít hơn so với dòng ô tô truyền thống. Theo một hãng xe lớn cung cấp số liệu thì xe hybrid có thể giảm thiểu 1,5 – 2 lần mức khí thải so với xe sử dụng động cơ đốt trong.

Vận hành mượt mà, êm ái

Xe full hybrid êm ái hơn do phần lớn thời gian thường là động cơ điện hoạt động, nhất là khi chạy ở dải tốc thấp trong đô thị. Bên cạnh đó xe hybrid nói chung còn được đánh giá vận hành, tăng tốc mượt mà, liền mạch hơn do có sự phối hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong.

Nhược điểm

Giá cao hơn

Do có thêm động cơ điện và một số bộ phận hỗ trợ nên giá xe hybrid cao hơn ô tô truyền thống. Với mẫu xe có song song phiên bản hybrid và bản thường thì giá xe phiên bản hybrid luôn cao hơn.

Nặng hơn, công suất hạn chế hơn

Do có động cơ điện và pin nên trọng lượng xe hybrid sẽ nặng hơn ô tô truyền thống. Mặt khác công suất của xe hybrid cũng thường hạn chế hơn so với ô tô truyền thống. Bởi dòng xe này được thiết kế nhằm hướng đến việc tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện môi trường. Trong nhiều tình huống vận hành, nhất là khi di chuyển ở thành phố thì xe chỉ dùng động cơ điện.

Tốn nhiên liệu hơn nếu hết pin

Trong trường hợp xe hết pin hoặc pin hư, động cơ điện không thể hoạt động mà chỉ chạy bằng động cơ đốt trong thì xe hybrid sẽ tốn nhiên liệu hơn so với xe thường. Vì xe hybrid có thêm hệ thống động cơ điện và pin nên trọng lượng xe nặng hơn.

Vấn đề về pin

Bên cạnh các mặt bảo dưỡng xe tương tự như ô tô truyền thống, người dùng xe hybrid còn phải chú ý việc bảo dưỡng và sử dụng pin đúng cách. Trong trường hợp pin bị hỏng hay hết hạn sử dụng phải thay mới. Giá pin xe hybrid thấp nhất cũng trên dưới 100 triệu đồng. Tuy nhiên hiện nay nhiều hãng xe cho biết nếu bảo dưỡng và sử dụng pin đúng cách thì tuổi thọ pin cũng tương đương với tuổi thọ xe.

Với xe hybrid, người dùng phải chú ý thêm việc bảo dưỡng và sử dụng pin hybrid

Các chế độ làm việc của xe hybrid

Xe full hybrid thường có các chế độ sau:

Chế độ chạy hoàn toàn bằng điện
Chế độ chạy hoàn toàn bằng xăng
Chế độ vừa chạy xăng vừa chạy điện
Chế độ thu năng lượng khi giảm tốc

Trên xe hybrid thường có chế độ xe chạy điện. Người lái có thể chủ động chọn chế độ này. Tuy nhiên quãng đường chạy xe ở chế độ này sẽ bị giới hạn tuỳ vào lượng pin và điều kiện lái xe. Thông thường pin còn trên 80% mới có thể kích hoạt chế độ này. Do đó nếu chỉ vừa chạy xe trong thời gian ngắn sẽ khó sử dụng chế độ này bởi khi này pin chưa kịp sạc đầy.

Trên xe hybrid thường có chế độ xe chạy điện, người lái có thể chủ động chọn chế độ này

Người lái chỉ có thể chủ động chọn chế độ xe chạy điện. Còn với các chế độ khác như chạy hoàn toàn bằng xăng, vừa chạy xăng vừa chạy điện… sẽ do bộ điều khiển xe quyết định tuỳ vào trạng thái pin và điều kiện vận hành.

Thông thường bộ điều khiển xe sẽ chọn chế động chạy hoàn toàn bằng điện khi xe vừa khởi động, đề pa với tốc độ chậm, khi xe duy trì tốc độ ổn định ở mức thấp – trung bình. Động cơ xăng sẽ tham gia vào mỗi khi người lái đạp thốc ga, cần tăng tốc nhanh, chạy tốc độ cao, leo dốc… Khi này, động cơ xăng hoạt động vừa tăng thêm sức kéo cho xe, vừa cung cấp năng lượng cho pin hybrid.

Khi người lái buông chân ga hay đạp phanh để giảm tốc, lúc này bộ điều khiển sẽ kích hoạt chế độ thu năng lượng. Chế độ này giúp tận dụng động năng lãng phí nạp lại điện cho pin hybrid.

Trường hợp khi xe dừng lại hẳn như chờ đèn đỏ, chờ hành khách lên/xuống… động cơ xăng và điện đều tự ngắt để bảo toàn nguồn năng lượng.