Khi di chuyển trong phố, trên các xe hybrid và xe điện sẽ có hệ thống phanh tái sinh (hay phanh tạo nhiên liệu tuần hoàn) giúp tiết kiệm đến 30% năng lượng và đặc biệt an toàn khi xuống dốc.
Khái niệm và nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh
Hệ thống phanh tái tạo năng lượng, hay phanh tái sinh năng lượng (Regenerative Braking System – BRS) là hệ thống chuyển đổi động năng, nhiệt năng của vật thể và lực quán tính sinh ra khi phanh thành điện năng lưu trữ trong ắc quy hay pin. Đây là một công nghệ hiện đại trong ngành công nghiệp ô tô, hệ thống phanh tái sinh (Regenerative braking system) được áp dụng dành cho các dòng xe hybrid và các dòng xe thuần điện.
Đây là một hệ thống phanh tiên tiến được sử dụng kết hợp với hệ thống phanh truyền thống trên 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, Volkswagen, Mercedes-Benz, Toyota...đều sử dụng công nghệ phanh này.
Về nguyên lý hoạt động, khi phanh ở xe hybrid hoặc xe điện, động cơ điện sẽ chuyển sang chế độ máy phát. Khi đó, các bánh xe sẽ truyền động năng thông qua hệ thống truyền động đến máy phát. 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. 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 sẽ được thực hiện bằng phanh ma sát.
Ưu và nhược điểm của phanh tái sinh
Phanh tái tạo năng lượng có nhiều ưu điểm hơn hệ thống phanh truyền thống. Đầu tiên, nó giúp tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả bằng cách sử dụng phần động năng để tạo ra năng lượng lưu trữ thay vì sinh ra nhiệt năng do ma sát giữa má phanh và đĩa phanh.
Theo nhiều nghiên cứu, trang bị hệ thống phanh tái sinh cho xe giúp tiết kiệm nhiên liệu đến 30% khi di chuyển trong điều kiện đô thị.
Bên cạnh đó, hệ thống phanh tái sinh còn giúp giảm tốc trong hầu hết các trường hợp để làm chậm xe như mong muốn.
Ngoài tiết kiệm nhiên liệu, hệ thống phanh tái sinh còn giúp giảm lượng khí thải CO2 và bụi phanh khi vận hành – đặc biệt trong các tình huống giao thông đô thị liên quan đến phanh và tăng tốc thường xuyên.
Nguyên lý hoạt động phanh tái sinh trên xe hơi.
Ngoài ra, phanh tái tạo năng lượng giúp giảm mài mòn của các chi tiết phanh cơ khí, đặc biệt là má phanh, so với hệ thống phanh truyền thống, tăng tính an toàn hơn cho phương tiện và người sử dụng.
PGS.TS Đàm Hoàng Phúc (Đại học Bách khoa Hà Nội) cho biết, trong một nghiên cứu cả 2 loại phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và động cơ hybrid trên đoạn dốc dài 3km, độ dốc từ 7-10%.
"Sau khi đi hết đoạn dốc, đo nhiệt độ đĩa phanh của xe thông thường là 140 độ trong khi xe hybrid chỉ 90 độ, thấp hơn rất nhiều nhờ lượng nhiệt đã được hấp thụ trở lại để tái tạo năng lượng điện", ông nói.
Khi đi trên đường đồi núi dài với kỹ năng đổ dốc là phải về số thấp, rà phanh. Ông Phúc cũng chỉ ra rằng: "Việc đổ đèo dốc nếu rà phanh liên tục làm nóng má phanh, dầu bị sôi, sẽ rơi vào trạng thái mất phanh rất nguy hiểm. Lúc này, phanh tái sinh lại phát huy hiệu quả, hấp thụ hết động năng đó thành điện để nạp lại động cơ. Sử dụng xe hybrid có số B dành riêng cho đổ đèo ở dốc dài, tốc độ tối đa chỉ 30km/h và hầu như không cần phải sử dụng đến phanh chính".
Với nhiều ưu điểm là vậy nhưng hệ thống phanh tái tạo năng lượng chỉ có hiệu quả khi giảm tốc ở mức thấp, vì mo-men phanh sinh ra từ máy phát điện không đủ để dừng xe lại trong thời gian ngắn. Vì vậy, thường kết hợp cả hai loại phanh để tối ưu hóa hiệu quả cho hệ thống phanh trên xe.
Hơn nữa, việc phải sử dụng 2 hệ thống phanh cùng lúc sẽ gây rắc rối cho quá trình vận hành và bảo dưỡng.
