Tại sao phanh tái tạo năng lượng lại quan trọng với xe điện và xe hybrid?

Công nghệ phanh tái tạo năng lượng hay còn gọi là phanh tái sinh năng lượng là một hệ thống được hoạt động theo cơ chế thu hồi động năng, nhiệt năng thường bị mất trong quá trình phanh và chuyển đổi thành điện năng để đưa trở lại bộ pin lithium-ion phục vụ cho hệ thống truyền động.

Chính vì vậy, các mẫu xe điện (BEV) hay những mẫu xe hybrid (HEV), xe hybrid sạc điện (PHEV) của các nhà sản xuất ô tô lớn trên thế giới như Tesla, BYD, Toyota, Mercedes-Benz, Hyundai-KIA... đều có sự xuất hiện của hệ thống phanh tái tạo năng lượng như một trang bị tiêu chuẩn.

Bên cạnh mục đích thu hồi năng lượng để cung cấp cho bộ pin, công nghệ này còn giúp cho xe giảm tốc độ và đặc biệt an toàn khi chạy xuống dốc. Trong một số trường hợp chạy ở tốc độ chậm, hệ thống phanh tái tạo năng lượng có thể khiến chiếc xe dừng hẳn, hay còn được gọi là "lái xe bằng một bàn đạp", nghĩa là người lái có thể không cần sử dụng bàn đạp phanh tùy theo điều kiện.

Ví dụ trên xe điện Hyundai IONIQ 5, tính năng "lái xe bằng một bàn đạp" được gọi là i-Pedal hay e-Pedal Step trên mẫu Nissan Kicks. Tính năng này có thể được kích hoạt bằng cách kéo một trong các lẫy ở phía sau vô lăng hoặc dựa trên chế độ vận hành. Tuy nhiên, nếu người lái xe muốn phanh tái tạo ít can thiệp vào quá trình vận hành hơn, họ có thể chọn chế độ tự động hoặc tùy chỉnh ba mức độ can thiệp khác nhau.

Đặc biệt, khi so sánh thực tế với hệ thống phanh truyền thống, việc giảm tốc độ do người lái nhấn bàn đạp phanh tạo ra ma sát giữa má phanh và rotor phanh (đĩa phanh). Chúng thường kém hiệu quả vì gần như toàn bộ năng lượng dùng để đẩy xe về phía trước bị mất dưới dạng nhiệt và bụi trong quá trình phanh. Nó cũng gây ra sự hao mòn đáng kể trên chính hệ thống phanh (má phanh và đĩa), dẫn tới tốn kém cả về chi phí sửa chữa hoặc thay thế.

Mặt khác, phanh tái tạo năng lượng có thể thu hồi được tới 70% động năng thường bị mất trong hệ thống phanh thông thường. Điều đó nói lên rằng, mức năng lượng được phục hồi phụ thuộc vào mức độ tái tạo có sẵn ở một kiểu dáng xe cụ thể, cũng như điều kiện lái xe vào thời điểm đó.

Cơ chế phanh tái tạo năng lượng hoạt động như thế nào?

Trong xe điện hay xe hybrid, một bộ pin sẽ cung cấp năng lượng cho một động cơ điện dẫn động bánh trước hoặc sau, hay nhiều động cơ điện sử dụng hệ dẫn động bốn bánh để tạo ra mô-men xoắn làm quay các bánh xe thông qua việc chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.

Với phanh tái tạo năng lượng, khi phanh ở xe điện hay xe hybrid, quá trình này về cơ bản được đảo ngược. Động cơ điện sẽ hoạt động như một dạng máy phát điện. Các bánh xe sẽ truyền động năng thông qua hệ thống truyền động đến máy phát điện.

Máy phát điện biến một phần lớn động năng thành năng lượng điện, sau đó được lưu trữ trong pin điện áp cao của xe. Khi người lái nhả bàn đạp ga, điện trở máy phát trong quá trình phanh tái tạo năng lượng được kích hoạt sẽ làm giảm tốc độ xe hoặc dừng hẳn. Việc sử phanh ma sát chỉ thực sự cần thiết khi người lái muốn xe dừng lại một cách đột ngột.

Lợi thế của phanh tái tạo năng lượng ở trên xe điện và xe hybrid

Có hai lợi thế lớn mà hệ thống phanh tái tạo năng lượng đem lại cho xe điện và xe hybrid, đó là giảm độ hao mòn trên má phanh và đĩa phanh hơn, đồng thời tăng phạm vi hoạt động của xe. Má phanh và đĩa phanh có thể tốn hàng triệu đồng để sửa chữa hoặc thay thế. Nhưng người dùng sẽ tiết kiệm đáng kể số tiền đó nếu lái xe bằng một bàn đạp, do các bộ phận của hệ thống phanh truyền thống hiếm khi được sử dụng.

Ngoài ra, bằng cách thu lại nguồn năng lượng thường bị mất trong quá trình phanh và tái tạo chúng thành nguồn năng lượng cung cấp cho bộ pin điện áp cao, đồng nghĩa phạm vi hoạt động của xe điện có thể được mở rộng, từ đó việc sạc pin tại các nhà hay các trạm sạc sẽ mất ít thời gian hơn.

Hệ thống phanh tái tạo năng lượng có nhược điểm không?

Mọi thứ đều có hai mặt và hệ thống phanh tái tạo năng lượng cũng vậy. Nhược điểm của phanh tái tạo năng lượng trên xe điện, xe hybrid là không thể thay thế hoàn toàn cho hệ thống phanh truyền thống bởi nó chỉ có hiệu quả khi giảm tốc ở mức thấp, vì mô-men phanh sinh ra từ máy phát điện không đủ để dừng xe lại trong thời gian ngắn. Do đó, để quá trình phanh xe một cách hiệu quả, người lái vẫn phải kết hợp cả hai loại phanh.

Tiếp theo, trên một số xe điện, bàn đạp phanh có thể sẽ có cảm giác khác với những gì mà người lái đã quen trên một chiếc xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống.

Cuối cùng, hệ thống phanh tái tạo năng lượng chỉ có thể được lắp đặt trên các bánh dẫn động vì cần có bộ truyền động để thu hồi năng lượng. Nhiệt thải không giảm đáng kể trừ khi xe là kiểu dẫn động 4 bánh.

Việc thêm hệ thống phanh tái tạo năng lượng vào xe có nghĩa là tăng trọng lượng của xe. Mặc dù điều này có thể cải thiện khả năng tiết kiệm pin (BEV) hoặc nhiên liệu (HEV/PHEV) trong điều kiện lái xe khởi động và dừng, nhưng nó có thể có tác động tiêu cực đến mức tiêu thụ nhiên liệu khi di chuyển trên đường cao tốc.