Hydraulic Hybrid – Công nghệ Hybrid Thủy lực

Hydraulic hybrid vehicle – Xe hybrid thủy lực (HHV) sử dụng nguồn năng lượng chất lỏng có áp suất, cùng với động cơ đốt trong thông thường (ICE), để tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn và giảm lượng khí thải độc hại. Chúng thu và tái sử dụng 70–80% năng lượng phanh/giảm tốc của xe so với 55% đối với xe hybrid điện. Đối với xe tải và xe buýt, điều này cũng có thể ít tốn kém hơn so với hệ thống điện, do giá pin cần thiết cho hệ thống điện là rất cao. Hệ thống xe hybrid thủy lực cũng có thể nhẹ hơn hệ thống điện do trọng lượng của pin lớn. Điều này có thể dẫn đến tác động thấp hơn đến khả năng tải trọng, đặc biệt là đối với các loại phương tiện hạng nặng.

Xe Hybrid thủy lực là gì?

Xe hybrid sử dụng hai nguồn năng lượng để truyền động cho các bánh xe. Trong một chiếc xe hybrid thủy lực (HHV), động cơ đốt trong thông thường và động cơ thủy lực được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các bánh xe.

Hệ thống hybrid thủy lực bao gồm hai thành phần chính: bình chứa chất lỏng thủy lực áp suất cao được gọi là bình tích áp và bơm/động cơ dẫn động thủy lực. Bình tích áp được sử dụng để lưu trữ chất lỏng có áp suất. Hoạt động như một động cơ, bộ truyền động thủy lực sử dụng chất lỏng có áp suất để quay các bánh xe. Hoạt động như một máy bơm, dẫn động thủy lực được sử dụng để tạo lại áp suất cho chất lỏng thủy lực bằng cách sử dụng động lượng của xe. Quá trình này chuyển động năng thành thế năng có thể tái sử dụng và được gọi là quá trình hãm tái sinh.

Các loại hệ thống Hybrid thủy lực

Hybrid thủy lực có 2 loại, bao gồm song song và nối tiếp.

Đối với HHV song song, cả động cơ đốt trong và hệ thống truyền động thủy lực đều tương tác cơ học với các bánh xe. Động cơ bơm thủy lực được tích hợp vào trục truyền động hoặc bộ vi sai. Trong các loại xe hybrid thủy lực song song, máy bơm/động cơ thường được lắp đặt giữa động cơ và hộp số, hoặc giữa hộp số và hộp truyền động vi sai. Vai trò của bơm/động cơ là hỗ trợ động cơ đốt trong trong quá trình tăng tốc và thu lại năng lượng khi phanh mà nếu không sẽ bị mất dưới dạng nhiệt trong hệ thống phanh thông thường.

Đối với HHV nối tiếp hoàn toàn dựa vào áp suất thủy lực để dẫn động các bánh xe, nghĩa là động cơ đốt trong không trực tiếp cung cấp năng lượng cơ học cho các bánh xe. Máy bơm/mô-tơ kết nối trực tiếp với trục truyền động hoặc mô-tơ trong bánh xe cung cấp mô-men xoắn dẫn động trực tiếp đến bánh xe. Động cơ đốt trong chỉ được kết nối với máy bơm và được thiết lập để hoạt động ở dải công suất hiệu quả nhất nhằm duy trì áp suất thủy lực tối ưu trong bình tích áp. Động cơ kéo phải cung cấp tất cả mô-men xoắn cần thiết để đẩy xe, nghĩa là hiệu suất tăng tốc tối đa có sẵn khi động cơ đốt trong chạy hoặc dừng. Nhược điểm chính của nó là trong hành trình ở trạng thái ổn định, trong đó quá trình chuyển đổi năng lượng kép gây ra tổn thất bổ sung.

Công nghệ hybrid thủy lực nối tiếp làm tăng đáng kể khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải với chi phí bổ sung không đáng kể. Công nghệ thủy lực cực kỳ mạnh mẽ và hiệu quả cho các hoạt động đòi hỏi lượng điện năng khổng lồ. HHV không chỉ có thể hoạt động tốt như các phương tiện thông thường mà còn có thể được chế tạo để mang lại hiệu suất vượt trội.

Công nghệ hybrid thủy lực rất linh hoạt. Công nghệ HHV đã được áp dụng cho xe quân sự, xe buýt, xe tải giao hàng trong đô thị, xe chở rác, xe thể thao đa dụng, xe sedan gia đình và thậm chí cả xe đạp. Nhờ có hệ thống phanh tái tạo năng lượng hiệu quả cao và chế độ hoạt động tắt động cơ thường xuyên, HHV trở thành phương tiện lý tưởng cho đô thị, nơi giao thông dừng và đi phổ biến.

Nguyên tắc hoạt động

Hệ thống xe hybrid thủy lực bao gồm bốn thành phần chính: chất lỏng công tác, bình chứa, bơm/động cơ (trong hệ thống hybrid song song) hoặc động cơ và máy bơm trong bánh xe (trong hệ thống hybrid nối tiếp) và bộ tích năng. Trong một số hệ thống, một máy biến áp thủy lực cũng được lắp đặt để chuyển đổi lưu lượng đầu ra ở bất kỳ áp suất nào với mức tổn thất năng lượng rất thấp. Trong một hệ thống hybrid điện, năng lượng được lưu trữ trong pin và được chuyển đến động cơ điện để cung cấp năng lượng cho xe. Trong quá trình phanh, động năng của xe được sử dụng để sạc pin thông qua hệ thống phanh tái tạo. Trong hệ thống hybrid thủy lực, máy bơm/động cơ trích xuất động năng trong quá trình phanh để bơm chất lỏng làm việc từ bình chứa đến bình tích áp. Do đó, chất lỏng làm việc được điều áp, dẫn đến việc lưu trữ năng lượng. Khi xe tăng tốc, chất lỏng công tác có áp suất này sẽ cung cấp năng lượng cho máy bơm/động cơ để cung cấp năng lượng cho xe. Đối với hệ thống hybrid song song, việc tăng hiệu suất nhiên liệu và giảm lượng khí thải là kết quả của việc giảm tải trọng cơ học lên động cơ đốt trong do mô-men xoắn do hệ thống hybrid cung cấp.

Hiệu quả đạt được của xe Hybrid thủy lực

EPA Hoa Kỳ tuyên bố rằng trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, mức tiết kiệm nhiên liệu trong thành phố của một chiếc xe tải hybrid thủy lực giao hàng trong đô thị đã tăng 60–70% dặm trên mỗi gallon so với một chiếc xe tải động cơ đốt trong tương tự, chạy bằng năng lượng thông thường. Lượng khí thải CO2 của cùng một xe tải giao hàng trình diễn được tuyên bố là thấp hơn 40%, đồng thời lượng hydrocacbon và hạt vật chất cũng thấp hơn nhiều (lần lượt là 50% và 60%).

EPA đã tính toán cho chiếc xe thử nghiệm này, công nghệ hybrid đã làm tăng thêm chi phí khoảng 7.000 USD so với một chiếc xe tải thông thường tương đương, trong khi mức tiết kiệm nhiên liệu trọn đời trong 20 năm ước tính trên 50.000 USD.

Điểm mấu chốt là công nghệ hybrid thủy lực đơn giản, sạch sẽ, hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

• Đơn giản – Công nghệ này không yêu cầu những bước đột phá để có hiệu quả về chi phí hoặc được sản xuất và có thể được sản xuất với các kỹ năng và cơ sở sản xuất đã có sẵn.
• Sạch – Nó đã được chứng minh là giảm tới 40 phần trăm lượng khí thải.
• Hiệu quả – HHV nối tiếp tăng đáng kể hiệu quả sử dụng nhiên liệu từ 60 phần trăm lên 100 phần trăm.
• Hiệu quả về chi phí – Chi phí sản xuất thấp kết hợp với việc giảm bảo dưỡng phanh và tăng đáng kể hiệu quả sử dụng nhiên liệu giúp tiết kiệm hàng ngàn đô la trong suốt vòng đời của xe. Điều này làm cho HHV trở thành một trong những công nghệ xanh tốt nhất để đầu tư vào.

Tại sao HHV lại hiệu quả?

• Phanh tái sinh. Khi phanh, HHV thu và tích trữ năng lượng từ các bánh xe. Khi xe bắt đầu tăng tốc, năng lượng dự trữ này được sử dụng để tăng tốc cho xe. Quá trình này thu và tái sử dụng hơn 70 phần trăm năng lượng thường bị lãng phí trong quá trình phanh. Điều này cũng làm giảm mài mòn trên phanh ma sát.

• Tắt động cơ khi không cần thiết. Không có hộp số truyền thống và trục truyền động kết nối động cơ với các bánh xe cho phép tắt hoàn toàn động cơ khi không cần thiết. Động cơ chỉ được kích hoạt bởi bộ điều khiển hybrid khi cần thiết. Do đó, việc sử dụng động cơ gần như giảm một nửa khi lái xe trong thành phố dừng và đi.

• Kiểm soát Động cơ Tối ưu. Do động cơ không được ghép nối cơ học với các bánh dẫn động nên bộ điều khiển hybrid có thể ra lệnh cho động cơ, khi cần, hoạt động với hiệu suất tối đa — hay còn gọi là điểm “ngọt” — để đạt được mức tiết kiệm nhiên liệu tối ưu cho xe.