Phanh tái tạo – công nghệ phanh mang tính bền vững

Khi xe điện ngày càng trở nên phổ biến, những công nghệ mới cũng cần được nghiên cứu và cải tiến nhiều hơn, trong đó có phanh tái tạo (regenerative brake). Công nghệ này có vai trò rất quan trọng và gần như không thể thiếu đối với mọi chiếc xe hybrid và xe điện trên thị trường.

Phanh tái tạo là chìa khóa mang lại lợi thế cho hệ thống truyền động điện. Nhờ khả năng tạo ra điện khi phanh, công nghệ này cho phép chiếc xe tiết kiệm một phần năng lượng.

Trong bài viết này, mời bạn đọc cùng Otoman tìm hiểu nguyên lý hoạt động của phanh tái tạo, điều mà xe chạy xăng hoặc dầu diesel không có.

1. Phanh là một sự lãng phí năng lượng

Hãy bắt đầu với ma sát – một nguyên tắc cơ bản giúp xe di chuyển chậm lại trong hơn 100 năm qua. Khi đạp bàn đạp phanh, hai hoặc nhiều bề mặt ma sát sẽ tiếp xúc với nhau, chuyển đổi động năng (kinetic) của xe thành nhiệt năng và giảm tốc độ của nó. Đây là một quá trình không thể đảo ngược (irreversible), trong đó nhiệt được tỏa ra vào không khí xung quanh xe.

Xăng (hoặc dầu diesel) đi từ bình nhiên liệu, đến động cơ và được đốt cháy bên trong xi lanh, làm quay bánh xe và giúp xe di chuyển. Vì vậy, khi hệ thống phanh tạo ra nhiệt (cản trở sự chuyển động), đó là một sự lãng phí năng lượng.

2. Khai thác năng lượng từ phanh

Tạo ra điện là một công việc khó khăn. Đó là lý do tại sao các trạm điện (power station) cần những nguồn năng lượng khổng lồ để làm quay các cánh tuabin, ví dụ như than đá, gió, hoặc một số nguồn năng lượng khác.

Đây chính xác là nguyên lý làm việc của phanh tái tạo. Thay vì chỉ đơn giản là làm cho các bề mặt ma sát với nhau, phanh tái tạo sử dụng điện trở (vốn có của một máy phát điện) để vừa làm giảm tốc độ của xe mà vừa tạo ra năng lượng điện.

Điều tuyệt nhất của phanh tái tạo là xe không cần thêm bất kỳ một thiết bị phần cứng nào. Xe hybrid và xe điện vẫn được trang bị phanh truyền thống thông thường. Tuy nhiên khi bạn chỉ đạp nhẹ chân phanh, đĩa phanh và cùm phanh sẽ không hoạt động.

Thay vào đó, động cơ điện sẽ tạm thời trở thành một máy phát điện. Lúc này, máy phát tạo ra điện năng nạp về pin cao áp. Hiệu ứng của hiện tượng này có tác dụng làm chậm xe.

Ngoài ra, một số hệ thống phanh tái tạo có thể hoạt động sớm hơn. Thay vì phải đạp bàn đạp phanh, chỉ cần nhả chân ga thôi thì phanh tái tạo cũng sẽ hoạt động. Nhiều nhà sản xuất xe hơi gọi đây là kỹ thuật lái xe một bàn đạp (one-pedal driving).

Trong trường hợp cần momen phanh lớn hơn, xe sẽ cần sự trợ giúp của hệ thống phanh ma sát trên xe. Khi đó, ECU đảm nhận nhiệm vụ tính toán và phân chia lực phanh, đảm bảo rằng tổng momen phanh giữa hệ thống phanh ma sát và phanh tái tạo luôn ở mức 100%.

Tất nhiên, quá trình thu hồi và tái tạo điện năng vẫn tồn tại thất thoát, nhưng dù sao thì thu được một lượng nhỏ năng lượng cũng sẽ hiệu quả hơn là lãng phí hoàn toàn với phanh thông thường.

3. Một số ưu và nhược điểm của phanh tái tạo

Hiện nay, nhiều hãng xe đang tìm cách giảm thiểu phần năng lượng bị lãng phí bởi các loại phanh ma sát thông thường (đĩa, tang trống), và nỗ lực làm cho chiếc xe di chuyển xa hơn. Đối với xe hybrid, phanh tái tạo sẽ giúp cải thiện phạm vi di chuyển với cùng một bình xăng (hoặc dầu diesel). Tương tự đối với xe thuần điện, dung lượng pin cũng sẽ được duy trì tốt hơn, từ đó giúp tiết kiệm chi phí cho người dùng và bảo vệ môi trường.

Khi xe được giảm tốc bởi phanh tái tạo (thường ở vận tốc thấp hoặc di chuyển trong đô thị), người lái không cần dùng đến phanh ma sát quá nhiều. Nhiều trung tâm dịch vụ cho biết khi bảo dưỡng, tình trạng của hệ thống phanh trên phần lớn xe điện và hybrid là vẫn còn khá mới. Rõ ràng, công nghệ phanh tái tạo giúp tăng tuổi thọ của phanh ma sát và giảm chi phí bảo trì.

Tuy nhiên, không có gì là hoàn hảo cả. Phanh tái tạo chỉ hiệu quả khi xe chạy ở vận tốc thấp. Ngoài ra, mức độ tiêu thụ nhiên liệu của xe khi di chuyển trong thành phố vẫn sẽ cao hơn trên đường cao tốc.

4. Lời kết

Có thể thấy rằng phanh tái tạo mang lại một ý nghĩa đáng kể trong sự phát triển của ngành công nghiệp xe hơi ở hiện tại và cả tương lai. Hiện nay, những yêu cầu về cắt giảm khí thải và bảo vệ môi trường đang ngày càng khắt khe, đồng thời nhiên liệu hóa thạch cũng dần cạn kiệt.

Do đó, những công nghệ mang tính bền vững và có khả năng tái tạo sẽ là hạt nhân cho sự phát triển của xe hơi.