HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRÊN XE HYBRID

Hệ thống truyền động điện và xe hybrid đại diện cho sự chuyển dịch quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô, nhằm đáp ứng nhu cầu giảm phát thải khí nhà kính, tiết kiệm nhiên liệu và tăng hiệu suất vận hành. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện hóa, các hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu tác động môi trường mà còn mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà hơn nhờ mô-men xoắn tức thì từ động cơ điện. Hệ thống truyền động thuần điện (Battery Electric Vehicle - BEV) sử dụng hoàn toàn năng lượng điện từ pin để cung cấp lực kéo, loại bỏ hoàn toàn động cơ đốt trong và hệ thống xả khí. Ngược lại, xe hybrid kết hợp động cơ đốt trong (ICE) với động cơ điện, cho phép chuyển đổi linh hoạt giữa các nguồn năng lượng để tối ưu hóa hiệu quả, đặc biệt trong điều kiện giao thông đa dạng.

Theo dữ liệu cập nhật, thị trường xe điện và hybrid đang tăng trưởng mạnh mẽ với hơn 9 triệu xe bán ra trong nửa đầu năm, tăng 28% so với cùng kỳ năm trước. Các công nghệ pin mới giúp giảm trọng lượng và tăng mật độ năng lượng, chẳng hạn như pin trạng thái rắn (solid-state batteries) dự kiến đạt mật độ năng lượng cao hơn 25-50% so với pin lithium-ion truyền thống, cho phép phạm vi hoạt động lên đến 800-1000 km chỉ với một lần sạc. Các nhà sản xuất như BMW, Toyota và Honda đang dẫn đầu trong việc áp dụng các công nghệ này, không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm chi phí sản xuất và tăng tính bền vững môi trường.

Lịch sử hệ thống truyền động điện bắt đầu từ thế kỷ 19 với các mẫu xe điện đầu tiên như chiếc xe của Gustave Trouvé năm 1881, nhưng bị lấn át bởi xe chạy xăng do giá dầu rẻ và phạm vi hạn chế. Sự bùng nổ thực sự xảy ra từ đầu thế kỷ 21 nhờ tiến bộ trong pin lithium-ion, với các mẫu xe như Tesla Roadster năm 2008 đánh dấu kỷ nguyên hiện đại. Đến tháng 9/2025, giá pin xe điện đã giảm mạnh xuống khoảng $115/kWh ở một số thị trường, giúp xe điện cạnh tranh hơn với xe động cơ đốt trong. Xe hybrid, được Toyota tiên phong với Prius năm 1997, đã phát triển từ mild hybrid (hybrid nhẹ) với hệ thống 12V đến plug-in hybrid (PHEV) có thể sạc từ lưới điện và nay tích hợp AI để tối ưu hóa năng lượng.

Tầm quan trọng của hệ thống này nằm ở việc giảm tiêu thụ nhiên liệu lên đến 50% so với xe truyền thống, giảm phát thải CO2 lên đến 40-60% tùy loại, và cải thiện chất lượng không khí đô thị. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, các chính phủ khuyến khích chuyển đổi sang xe điện qua các chính sách thuế, trợ cấp và cấm xe xăng ở một số khu vực. Tại Việt Nam, các mẫu xe hybrid như Toyota Corolla Cross hybrid và Honda Civic e:HEV đang phổ biến nhờ khả năng tiết kiệm nhiên liệu trong điều kiện giao thông đông đúc, với doanh số tăng 35% trong năm 2025. Ngoài ra, hệ thống này hỗ trợ chuyển đổi năng lượng tái tạo, như sử dụng pin xe làm nguồn lưu trữ cho lưới điện (Vehicle-to-Grid).

Hệ thống truyền động điện và hybrid được phân loại dựa trên mức độ điện hóa, cách kết hợp nguồn năng lượng và ứng dụng thực tế, giúp tối ưu hóa cho các nhu cầu khác nhau từ đô thị đến đường dài.

 

3.1 Xe điện thuần (BEV):

Sử dụng hoàn toàn động cơ điện và pin để cung cấp lực kéo, không có động cơ đốt trong nên không phát thải trực tiếp. Hệ thống này đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên đến 90%, cao hơn nhiều so với ICE (khoảng 20-30%). Ví dụ: Tesla Model 3 với phạm vi hoạt động lên đến 363 dặm (584 km) năm 2025, phù hợp cho di chuyển đô thị và giảm chi phí vận hành nhờ sạc tại nhà.

3.2 Xe hybrid (HEV):

Kết hợp động cơ đốt trong và động cơ điện nhưng không sạc từ lưới, năng lượng điện được tạo ra từ phanh tái sinh hoặc máy phát từ ICE.

3.2.1 Hybrid nối tiếp (Series Hybrid):

ICE chỉ tạo điện cho pin, động cơ điện truyền lực đến bánh xe, loại bỏ hộp số phức tạp. Phù hợp cho xe tải hoặc xe buýt, như Nissan e-Power với hiệu suất cao ở tốc độ thấp.

3.2.2 Hybrid song song (Parallel Hybrid):

Cả ICE và động cơ điện đều có thể truyền lực trực tiếp đến bánh xe qua hệ thống ly hợp. Hệ thống này linh hoạt, tiết kiệm nhiên liệu khi ICE hoạt động ở vùng hiệu suất cao. Ví dụ: Honda Insight với khả năng chuyển đổi mượt mà.

3.3 Hybrid kết hợp (Power-Split Hybrid):

Kết hợp series và parallel, sử dụng bánh răng hành tinh để phân tách công suất, đạt hiệu quả cao nhất. Ví dụ: Toyota Prius với hệ thống Hybrid Synergy Drive, giảm tiêu thụ nhiên liệu 40%.

3.4 Xe hybrid sạc điện (PHEV): Tương tự HEV nhưng có pin lớn hơn (10-20 kWh), có thể sạc từ lưới điện, cho phép chạy thuần điện ở khoảng cách ngắn (40-60 km). Sau đó chuyển sang chế độ hybrid. Ví dụ: Toyota RAV4 PHEV với phạm vi chạy điện khoảng 42 dặm (67 km).

3.5 Hybrid nhẹ (Mild Hybrid - MHEV):

Động cơ điện chỉ hỗ trợ ICE, không thể chạy thuần điện, thường sử dụng hệ thống 48V để khởi động, tăng tốc và phanh tái sinh. Tiết kiệm nhiên liệu khoảng 10-20%. Ví dụ: Honda Civic e:HEV.

3.6 Xe điện mở rộng phạm vi (EREV): Giống series hybrid nhưng có pin lớn, ICE chỉ làm máy phát khi pin cạn. Ví dụ: Chevrolet Volt với phạm vi điện lên đến 80 km.

Phân loại này giúp chọn hệ thống phù hợp: BEV cho môi trường sạch, PHEV cho linh hoạt, MHEV cho tiết kiệm chi phí ban đầu, đặc biệt trong thị trường đang chuyển dịch với tăng trưởng 21% EV toàn cầu năm 2024.

Kết cấu hệ thống truyền động điện bao gồm các thành phần chính: pin, động cơ điện, bộ điều khiển, bộ biến đổi và hệ thống truyền lực, được thiết kế để đảm bảo hiệu suất, an toàn và độ bền.

4.1 Hệ thống truyền động thuần điện (BEV):

4.1.1 Pin: Lưu trữ năng lượng, thường là lithium-ion hoặc trạng thái rắn, với dung lượng từ 60-100 kWh. Kết nối với bộ quản lý pin (BMS) để kiểm soát sạc/xả, nhiệt độ và tuổi thọ.

4.1.2 Động cơ điện: Thường là động cơ nam châm vĩnh cửu (PMSM) hoặc cảm ứng (IM), cung cấp mô-men xoắn cao từ 0 rpm, hiệu suất 95%.

4.1.3 Bộ biến tần (Inverter): Chuyển đổi DC từ pin sang AC cho động cơ, sử dụng công nghệ SiC để giảm tổn hao.

4.1.4 Hệ thống truyền lực: Có thể là dẫn động cầu trước (FWD), sau (RWD) hoặc toàn thời gian (AWD), với hệ thống làm mát tích hợp.

4.2 Hệ thống hybrid:

4.2.1 Series Hybrid: ICE kết nối máy phát để nạp pin, động cơ điện truyền lực đến bánh xe. Không có kết nối cơ học trực tiếp giữa ICE và bánh xe, giảm rung động.

4.2.2 Parallel Hybrid: ICE và động cơ điện kết nối song song với trục truyền động, sử dụng ly hợp để chuyển đổi. Có thể có cấu hình “Through the Road” (TTR) với ICE và điện trên các trục khác nhau, tăng tính linh hoạt.

4.2.3 Power-Split Hybrid: Sử dụng planetary gearset để phân tách công suất từ ICE thành cơ học và điện. Ví dụ: Toyota Hybrid System với MG1 (máy phát) và MG2 (động cơ điện), cho phép vận hành mượt mà.

Các thành phần chung: Pin (nhỏ hơn ở HEV, khoảng 1-2 kWh), ECU để điều khiển, và hệ thống phanh tái tạo để thu hồi năng lượng lên đến 30%. Trong PHEV, pin lớn hơn với cổng sạc CCS hoặc CHAdeMO. MHEV sử dụng pin 48V nhỏ, tích hợp belt-driven starter-generator (BSG) để hỗ trợ ICE.

Kết cấu này đảm bảo độ bền lên đến 10 năm, an toàn với hệ thống cách ly cao áp, và hiệu suất cao nhờ cảm biến vị trí, tốc độ và nhiệt độ để giám sát thời gian thực.