HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ô TÔ (REGENATIVE BRAKING SYSTEM)

    👀  Như chúng ta đã biết vấn đề nhiên liệu và ô nhiễm môi trường đang là thách thức đối với các hãng sản xuất ô tô. Năng lượng truyền thống (năng lựợng hóa thạch) đang ngày càng cạn kiệt, ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng đã và đang là những vấn đề mang tính toàn cầu. Một trong những giải pháp để giảm thiểu vấn đề nêu trên được các hãng xe đưa ra là chế tạo ra những dòng xe hybrid (lai). Một chiếc xe sử dụng hai nguồn động lượng: một động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine: ICE) và một thiết bị tích trữ năng lượng thì được gọi là hệ thống hybrid . Hiện nay, hệ thống xe hybrid kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện được sử dụng khá phổ biến. Hệ thống này thường được chia làm 3 kiểu truyền lực: kiểu nối tiếp, kiểu song song và kiểu hỗn hợp. Dù là kiểu hệ thống truyền lực nào đi nữa thì hệ thống hybrid đều phải có các bộ phận như động cơ đốt trong, mô tơ điện và máy phát điện (Motor and Generator: MG) và ắc quy cao áp (Hybrid Vehicle Battery: HVB). Một trong những yếu tố giúp dòng xe này tiết kiệm nhiên liệu đó là nó tận dụng được năng lượng tái tạo khi xe giảm tốc thông qua hệ thống phanh tái sinh năng lượng (Regenerative Braking System : RBS).

Để hiểu rõ hơn về điều này ta hãy lấy một ví dụ như sau: Một chiếc xe ô tô có khối lượng bản thân 300kg đang di chuyển với vận tốc 72km/h. Ta sử dụng hệ thống phanh thông thường để giảm tốc xe xuống còn 32km/h thì giá trị năng lượng tiêu tốn được tính theo công thức E = ² sẽ là 47, 8 KJ. Trong đó E_k là động năng của xe, m là khối lượng của xe và v là tốc độ của xe. Do đó nếu như năng lượng này được thu gom và tích trữ để sử dụng lại cho việc tăng tốc của xe thay vì làm tiêu tán thành nhiệt năng và tiếng ồn ở cơ cấu phanh. Giả sử ta thu hồi lại được chỉ cần 25% năng lượng đó (tức là 25 % của 47,8 KJ = 11,95KJ). Năng lượng này đủ để gia tốc chiếc xe này lên tốc độ từ 0 đến 32 km/h

Thật ra thì ý tưởng về hệ thống phanh tái sinh năng lượng đã có từ rất lâu và được sử dụng rộng rãi trên tàu điện bằng việc sử dụng các mô tơ điện hoạt động với chức năng như là các máy phát điện trong khi tác động phanh . Với việc cải tiến công nghệ chế tạo các chi tiết và kỹ thuật điều khiển đã làm tăng hiệu suất của hệ thống phanh tái sinh trên tàu điện. Một nghiên cứu cho thấy giảm được 37%  năng lượng điện tiêu hao khi tàu điện sử dụng phanh tái sinh.

Đối với ô tô sử dụng động cơ đốt trong thì khó có thể đạt được đến mức này bằng việc sử dụng phanh tái sinh bởi vì không giống như mô tơ điện, quá trình chuyển đổi năng lượng trong động cơ đốt trong không thể được phục hồi. Mặt khác khối lượng của ô tô nhỏ hơn tàu điện do đó năng lượng tích trữ khi phanh ít hơn. Thêm vào đó cần phải có các thiết bị biến đổi và tích trữ năng lượng. Theo các nghiên cứu gần đây thì năng lượng được tái tạo, biến đổi và tích trữ dưới các dạng như: ắc quy điện, bộ tích năng thủy lực/khí nén, bánh đà hay là lò xo đàn hồi.

Vấn đề của hệ thống phanh truyền thống

• Bạn phải tiêu hao nhiều nhiên liệu để tạo ra động năng giúp cho xe chuyển động.
• Khi phanh những động năng đó chuyển đổi thành nhiệt lượng do ma sát giữa các chi tiết của hệ thống phanh và biến mất.
• Cuối cùng chúng ta phải tái tạo lại động năng đó và tiêu hao thêm nhiên liệu.

Hệ thống phanh tái sinh (Regenerative braking system) được cho là giải pháp cho vấn đề này.

Hệ thống phanh tái sinh là gì?

Đây là một hệ thống phanh tiên tiến được sử dụng cùng với hệ thống phanh truyền thống thông thường trong xe điện/hybrid hiện đại. Nó biến đổi động – nhiệt năng của quá trình phanh sinh ra thành điện để sử dụng lại.

Hầu hết các xe mới nhất từ ​​các nhà sản xuất như Tesla, Toyota, Volkswagen và Mercedes đều sử dụng công nghệ phanh này.

Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh

Khi phanh ở xe hybrid hoặc xe điện, động cơ điện sẽ chuyển sang chế độ máy phát. Các bánh xe truyền động năng thông qua hệ thống truyền động đến ”máy phát”. Máy phát điện biến một phần lớn của động năng thành năng lượng điện, sau đó được lưu trữ trong một pin điện áp cao của xe. Đồng thời, điện trở máy phát trong quá trình tạo ra điện sẽ làm chậm chiếc xe.

Tất nhiên quá trình phanh này diễn ra rất lâu đến khi xe dừng lại. Vì vậy, khi cần nhiều mô-men phanh hơn so với máy phát điện có thể cung cấp, hệ thống phanh bổ sung được thực hiện bằng phanh ma sát.

Ưu điểm

• Giảm tốc từ hệ thống phanh tái sinh đủ trong hầu hết các trường hợp để làm chậm xe như mong muốn.
• Giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải CO2 – đặc biệt trong các tình huống giao thông đô thị liên quan đến phanh và tăng tốc thường xuyên (xe hybrid)
• Tăng đáng kể trong phạm vi hoạt động của xe cho mỗi lần sạc đầy (xe điện)
• Hạn chế bào mòn các chi tiết phanh cơ khí truyền thống
• Giảm phát thải bụi phanh

Nhược điểm

Chỉ phát huy hiệu quả trong trường hợp giảm tốc ở tốc độ rất thấp. Vì momen phanh sinh ra từ máy phát điện không đủ để dừng xe lại trong thời gian ngắn.

TÀI LIỆU CHUYÊN ĐỀ