Tìm hiểu về xe điện

Nội dung đồ ánác Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển Hai em đã khảo sát được kết cấu chung của một xe điện b

GVHD: TS ĐỖ QUỐC ẤM SVTH: LÊ VĂN SƠN PHẠM THÁI PHONG

Họ tên sinh viên: 1 Lê Văn Sơn MSSV: 16145499 Lớp: 161452A

(E-mail: 16145499@student.hcmute.edu.vn; Điện thoại: 0366644841)

2 Phạm Thái Phong MSSV: 16145475 Lớp: 161452A

(E-mail: 16145475@student.hcmute.edu.vn; Điện thoại: 0947963798)

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Khóa: 2016-2020

1 Tên đề tài

Tìm hiểu về xe điện

2 Nhiệm vụ đề tài

- Tìm hiểu, nghiên cứu về hệ thống điện trên xe ô tô và tìm hiểu động cơ điện một chiều trên xe

- Phân tích, đánh giá thuận lợi và khó khăn của ô tô điện trong hiện tại và tương lai

3 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 30/03/2021

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 24/08/2021

TS Đỗ Quốc Ấm

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn: Động cơ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên: Phạm Thái Phong MSSV: 16145475

Tên đề tài:. Tìm hiểu về xe điện

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Họ và tên GV hướng dẫn: TS Đỗ Quốc Ấm

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

Hai em Sơn – Phong đã có nhiều nỗ lực trong việc thực hiện nhiệm vụ đượcgiao Thái độ làm việc nghiêm túc,

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN (không đánh máy)

2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

Kết cấu và hình thức trình bày phù hợp với yêu cầu của Khoa CKĐ, Các em đã tham khảo nhiều nguồn tài liệu khác nhau (trên 100 TLTK), để biên tập luận án Các hình vẽ , bảng biểu được ghi chú rõ ràng có ghi chú đầy đủ

2.2 Nội dung đồ ánác

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

Hai em đã khảo sát được kết cấu chung của một xe điện bao gồm kết cấu chung của một xe điện, các loại động cơ sử dụng trên xe điện, các loại pin cùng với các đặc điệm của chúng Nội dung đề tài rộng mang tính khào sát và thời gian bị hạn chế nên không đi sâu được vào các phần

cụ thể Tuy vậy, chúng cũng cung cấp đượcmột cái nhìn cụ thể về ô tô điện với các đặc điểm và các xu hướng phát triển của chúng

2.3 Kết quả đạt được:

Tập thuyết minh, CD

2.4 Những tồn tại (nếu có):

Không

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ

thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn: Động cơ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: Phạm Thái Phong MSSV: 16145475

Tên đề tài:. Tìm hiểu hệ thống điện trên xe EV

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Tìm hiểu hệ thống điện trên xe EV

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện

và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021

TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các

mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ

thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

i

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài này, em đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ, góp

ý và hướng dẫn của rất nhiều người Đầu tiên, nhóm em muốn gửi lời cảm ơn chân

thành đến TS Đỗ Quốc Ấm giảng viên của khoa Cơ khí động lực Trường Đại học

Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình làm đề tài

Ngoài ra, nhóm em cũng muốn cảm ơn các thầy cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Xin cảm ơn tất cả các bạn thành viên trong lớp, những người đồng hành và gắn

bó với nhóm trong suốt 4 năm học, đã có những góp ý và giúp đỡ nhóm em trong những thời điểm khó khăn khi làm đề tài

Cuối cùng, nhóm em xin cảm ơn giáo viên phản biện và các thầy cô trong hội đồng bảo vệ đồ án đã dành thời gian nhận xét, đánh giá và giúp đỡ nhóm em trong quá trình bảo vệ đồ án

Đồ án này sẽ không được hoàn thành tốt đẹp nếu không có sự giúp đỡ đó của tất cả mọi người Một lần nữa nhóm xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2021 Sinh viên thực hiện

ii

LỜI MỞ ĐẦU

Xe điện (EV), bao gồm Xe điện chạy pin (BEV), Xe điện hybrid (HEV), Xe điện hybrid plug-in (PHEV), Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV), đang trở thành phổ biến hơn trong lĩnh vực giao thông vận tải trong thời gian gần đây Như

xu hướng hiện nay cho thấy điều này Phương thức vận tải có khả năng thay thế phương tiện động cơ đốt trong (ICE) trong tương lai gần Mỗi thành phần EV chính

có một số công nghệ hiện đang được sử dụng hoặc có thể trở nên nổi bật trong tương lai EVs có thể gây ra những tác động đáng kể đến môi trường, hệ thống điện năng

và các lĩnh vực liên quan khác Hệ thống điện hiện nay có thể phải đối mặt với những bất ổn lớn với đủ mức thâm nhập EV, nhưng với sự quản lý và điều phối thích hợp,

EV có thể có những đóng góp lớn vào việc thực hiện thành công khái niệm lưới điện thông minh Có những khả năng mang lại lợi ích môi trường to lớn cũng như xe điện

có thể làm giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính do ngành giao thông vận tải tạo ra Tuy nhiên, có một số trở ngại lớn đối với xe điện để khắc phục trước khi thay thế hoàn toàn xe ICE Đề tài này tập trung vào việc xem xét hệ thống điện và động cơ điện một chiều trên xe Mục tiêu của đề tài là cung cấp một bức tranh tổng thể về công nghệ EV hiện tại và các cách phát triển trong tương lai để hỗ trợ các nghiên cứu trong tương lai về lĩnh vực này

iii

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN i

LỜI MỞ ĐẦU ii

MỤC LỤC iii

LIỆT KÊ HÌNH VẼ v

LIỆT KÊ BẢNG viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 3

1.3 Nội dung nghiên cứu 3

1.4 Phương pháp nghiên cứu 4

1.5 Giới hạn đề tài 4

1.6 Nội dung đề tài 4

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Các loại xe điện EV 6

2.1.1 Xe điện chạy bằng pin (BEV) 6

2.1.2 Xe điện lai (HEV) 8

2.1.3 Xe điện hyprid plug – in (PHEV) 10

2.1.4 Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV) 11

2.2 Cấu hình xe EV 16

2.2.1 Thiết lập chung cho xe EV 17

2.2.2 Thiết kế trên HEV 23

2.2.2.1 Lai nối tiếp 23

iv

2.2.3.2 Lai song song 25

2.2.2.3 Lai nối tiếp – song song 26

2.2.2.4 Lai hỗn hợp 28

2.3 Nguồn năng lượng 30

2.3.1 Pin 30

2.3.2 Siêu tụ điện (UCs) 40

2.3.3 Pin nhiên liệu (FC) 42

2.3.4 Bánh đà 45

Chương 3: HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN XE EV 49

3.1 Tổng quan về hệ thống điện trên xe EV 49

3.2 Động cơ điện sử dụng trong xe EV 51

3.2.1 Động cơ DC có chổi than 51

3.2.2 Động cơ DC không chổi than (BLDC) 51

3.2.3 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) 53

3.2.4 Động cơ cảm ứng (IM) 55

3.2.5 Động cơ điện trở chuyển mạch (SRM) 56

3.2.6 Động cơ điện trở đồng bộ (SynRM) 57

3.2.7 Động cơ điện trở đồng bộ có hỗ trợ PM 58

3.2.8 Động cơ nam châm vĩnh cửu không lõi sắt thông lượng hướng trục 59

3.3 Hệ thống sạc 63

3.3.1 Sạc AC 66

3.3.2 Sạc DC 67

Chương 4:XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN XE ĐIỆN – KẾT QUẢ - KẾT LUẬN 72

4.1 Xu hướng và phát triển trong tương lai 72

4.2 Kết quả 75

4.3 Kết luận 79

v

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình Trang

Hình 2.1 Yêu cầu về tốc độ mô-men xoắn trong lịch trình lái xe trong đô thị 7

Hình 2.2 Cấu tạo BEV 8

Hình 2.3 Dòng công suất giữa các khối cơ bản của HEV 9

Hình 2.4 Ví dụ về chiến lược quản lý năng lượng được sử dụng trong HEV 10

Hình 2.5 Cấu hình FCEV 12

Hình 2.6 Pininfarina H2 Speed, một siêu xe sử dụng pin nhiên liệu hydro 12

Hình 2.7 Thuộc tính EV của pin nâng cao và tỷ lệ thuộc tính EV của pin nhiên liệu 13

Hình 2.8 Hình thêm thông tin phiên bản QR Code 14

Hình 2.9 Hệ thống con EV 16

Hình 2.10 Các cấu hình EV dẫn động bánh trước khác nhau 17

Hình 2.11 Tesla Model S, cấu hình dẫn động cầu sau 18

Hình 2.12 Tesla Model S, cấu hình dẫn động bốn bánh 18

Hình 2.13 Hiriko Fold – một chiếc xe sử dụng động cơ bánh xe 19

Hình 2.14 Xe thí nghiệm với hệ thống W-IWM 20

Hình 2.15 IWM thông thường và không dây 20

Hình 2.16 Thiết lập W-IWM 21

Hình 2.17 Truyền động của hệ thống hybrid nối tiếp 22

Hình 2.18 Truyền động của hệ thống lai song song 23

Hình 2.19 Hệ thống bánh răng hành tinh 24

Hình 2.20 Truyền động của hệ thống lai song song nối tiếp 25

Hình 2.21 Truyền động của hệ thống lai song song nối tiếp sử dụng biến trở 25

Hình 2.22 Hệ thống e-CVT phân chia đầu vào 26

Hình 2.23 Hệ thống e-CVT 27

Hình 2.24 Kết cấu cho HEV dẫn động bốn bánh 27

Hình 2.25 Sắp xếp tế bào pin trong một bộ pin 33

Hình 2.26 Cấu hình bộ cân bằng 33

vi

Hình 2.27 Cấu hình bộ cân bằng cảm ứng 34

Hình 2.28 Một ô UC, một dải phân cách giữ hai điện cực cách xa nhau 38

Hình 2.29 Sự kết hợp của pin và UC để bổ sung những thiếu sót của nhau 38

Hình 2.30 Nguyên lý làm việc của pin nhiên liệu 39

Hình 2.31 Cấu hình pin nhiên liệu hydro 40

Hình 2.32 Một bánh đà được sử dụng trong hệ thống phục hồi động năng của xe 42 Hình 2.33 Các thành phần cơ bản của bánh đà 43

Hình 3.1 Cấu trúc xe điện EV 46

Hình 3.2 Đặc tính của động cơ một chiều không chổi than nam châm vĩnh cửu 48

Hình 3.3 Động cơ PMSM cực lồi và cực ẩn 48

Hình 3.3 Đặc tính truyền động động cơ cảm ứng 50

Hình 3.4 SynRM với rôto nhiều lớp dọc trục 51

Hình 3.6 Nam châm vĩnh cửu (PM) hỗ trợ SynRM 52

Hình 4.1 Các xu hướng chính và các lĩnh vực phát triển trong tương lai của EV 66

vii

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng Trang

Bảng 2.1 So sánh các loại xe khác nhau 14

Bảng 2.2 Ưu điểm và hạn chế của cấu hình lai hỗn hợp 22

Bảng 2.3 Ưu điểm và hạn chế của cấu hình lai song song 23

Bảng 2.4 So sánh cấu hình lai song song và nối tiếp 23

Bảng 2.5 Mục tiêu hiệu suất của pin EV do USABC đặt ra 28

Bảng 2.6 Các loại pin thông dụng, cấu tạo cơ bản, ưu nhược điểm của chúng 29

Bảng 2.7 So sánh chéo các loại pin để chỉ ra những ưu điểm tương đối 30

Bảng 2.8 Ưu điểm và nhược điểm của các loại bộ cân bằng khác nhau 34

Bảng 2.9 So sánh các bộ cân bằng 36

Bảng 2.10 Thông số pin của một số xe điện hiện tại 36

Bảng 2.11 So sánh các cấu hình pin nhiên liệu khác nhau 40

Bảng 2.12 Đặc điểm của các vật liệu khác nhau được sử dụng cho bánh đà 43

Bảng 2.13 Mật độ năng lượng và công suất tương đối 44

Bảng 2.14 Phương tiện sử dụng các hệ thống lưu trữ khác nhau 44

Bảng 3.1 So sánh công suất của các động cơ khác nhau có cùng kích thước 53

Bảng 3.2 Giá trị mật độ mômen đặc trưng của một số động cơ 53

Bảng 3.3 Ưu nhược điểm và cách sử dụng các loại động cơ 53

Bảng 3.4 Tiêu chuẩn sạc 57

Bảng 3.5 Đặc tính sạc AC của SAE (Society of Automotive Engineers) 59

Bảng 3.6 Đặc tính sạc DC của SAE (Society of Automotive Engineers) 60

Bảng 3.7 So sánh các hệ thống sạc không dây 62

Bảng 3.8 Điều kiện hoạt động của bộ chuyển đổi DC-DC đa năng 66

Bảng 3.9 So sánh các thành phần được sử dụng trong bộ chuyển đổi 69

Bảng 3.10 Bộ chuyển đổi có ứng dụng EV hiển thị các tính năng và công dụng 78

Bảng 3.11 Đặc điểm của hệ thống sạc không dây 82

viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

EV: Electric Vehicle

PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicles HEV: Hybrid Electric Vehicle

GHG: Green House Gas

ICE: Internal Combustion Engine

ESS: Energy Storage System

FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle

BEV: Battery Electric Vehicle

EM: Electric Motor

SOC: State Of Charge

DOE: Department of Energy

AWD: All Wheel Drive

W-IWM: Wireless – In Wheel Motor WPT: Wireless Power Transfer

PG: Planetary Gear

4WD: Four Wheel Drive

ix

EOL: End of Life

UC: Ultra Capacitors

FC: Fuel Cell

KERS: Kinetic Energy Recovery System

DC: Direct Current

PM: Permanent Magnet

AC: Alternating Current

PMSM: Permanent Magnet Synchronous Motor

IM: Induction Motor

SRM: Switched Reluctance Motor

IPM: Interior Permanent Machine

SynRM: Synchronous Reluctance Motor

EVSE: Electric Vehicle Service Equipment

SAE: Society of Automotive Engineers

WPT: Wireless Power Transfer

EDL: Energy Dynamic Laboratory

KAIST: Korea Advance Institute of Science and Technology IPT: Inductive Power Transfer

CPT: Capacitive Power Transfer

PMPT: Permanent Magnet Coupling Power Transfer

RIPT: Resonant Inductive Power Transfer

OLPT: On-Line inductive Power Transfer

x

RAPT: Resonant Antennae Power Transfer PSFB: Phase-Shift Full-Bridge

SRC: Series Resonant Converter

CCI: Close-Coupled Inductor

LCI: Loosely-Coupled Inductor

PFC: Power Factor Correction

ZVS: Zero Voltage Switching

DCM: Discontinuous Conduction Mode

1

Chương 1:

TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Trong thời gian gần đây, xe điện (EV) đang trở nên phổ biến, và đằng sau điều này có rất nhiều lý do Nổi bật nhất là đóng góp của xe điện trong việc giảm phát thải khí nhà kính (GHG) Trong năm 2009, lĩnh vực giao thông vận tải phát thải 25% khí thải nhà kính do các lĩnh vực liên quan đến năng lượng tạo ra Với sự thâm nhập của

xe điện vào lĩnh vực giao thông vận tải, dự kiến sẽ giảm con số đó, nhưng đây không phải là lý do duy nhất, bên cạnh đó việc thiết kế ra xe EV êm ái, dễ vận hành và không

có chi phí về nhiên liệu Về phương thức giao thông đô thị, nó rất hữu ích Nó không

sử dụng bất kỳ năng lượng dự trữ nào hoặc gây ra bất kỳ phát xạ nào trong khi chạy không tải, có khả năng cung cấp tổng mô men xoắn từ khi khởi động và không yêu cầu chuyển tiếp khí ga Ngành điện đang trải qua một giai đoạn thay đổi trong đó năng lượng tái tạo giữ vị trí quan trọng Lưới điện thế hệ tiếp theo, được gọi là 'lưới điện thông minh' cũng đang được phát triển Xe điện đang được coi là một đóng góp chính cho hệ thống điện mới này bao gồm các cơ sở phát điện tái tạo và hệ thống lưới điện tiên tiến Tất cả những điều này đã dẫn đến một sự đổi mới, sự quan tâm và phát triển của phương thức vận tải này

Ý tưởng sử dụng động cơ điện để lái xe xuất hiện sau khi đổi mới động cơ chính nó Từ năm 1897 đến năm 1900, xe điện chiếm 28% tổng số phương tiện giao thông và được ưa chuộng hơn so với xe sử dụng động cơ đốt trong (ICE) Nhưng các loại xe ICE đã đạt được động lực sau đó, và với giá dầu thấp, xe ICE sớm chinh phục thị trường, trở nên trưởng thành và tiên tiến hơn nhiều, và xe điện đã chìm vào quên lãng Cơ hội hồi sinh xuất hiện dưới dạng khái niệm tổng quát chung là EV1 Động

cơ này, được ra mắt vào năm 1996, và nhanh chóng trở nên rất phổ biến Các nhà sản xuất ô tô hàng đầu khác bao gồm Ford, Toyota và Honda cũng đưa ra những chiếc xe

2

điện của riêng họ Toyota rất thành công Prius, chiếc xe điện hybrid thương mại đầu tiên (HEV), được ra mắt tại Nhật Bản vào năm 1997, với 18 000 xe được bán trong năm sản xuất đầu tiên Ngày nay, hầu như không có EVs thế kỷ 20 nào tồn tại điều

đó, một ngoại lệ có thể là Toyota Prius, vẫn đang phát triển mạnh mẽ với hình thức tốt hơn và phát triển hơn Hiện nay thị trường xe được thống trị bởi Nissan Leaf, Chevrolet Volt và Tesla Model S, trong khi thị trường ở Trung Quốc nằm trong tay của BYD Auto Co , Ltd (Khu phát triển công nghiệp công nghệ cao quốc gia Tây

An, Tây An, Trung Quốc) EVs có thể được coi là sự kết hợp của các hệ thống con khác nhau Mỗi hệ thống này tương tác với nhau để làm cho EV hoạt động và có nhiều công nghệ có thể được sử dụng để vận hành các hệ thống con Các bộ phận chính của các hệ thống con đóng góp vào tổng hệ thống Một số bộ phận này phải làm việc rộng rãi với một số bộ phận khác, trong khi một số phải tương tác rất ít Dù trường hợp có thể là gì, nó là công việc tổng hợp của tất cả những hệ thống làm cho

EV hoạt động

Có khá nhiều cấu hình và tùy chọn để tạo EV EV có thể được điều khiển duy nhất với nguồn điện dự trữ, một số có thể tạo ra năng lượng này từ ICE và cũng có một số xe sử dụng cả ICE và động cơ điện cùng nhau Xe điện sử dụng các loại dự trữ năng lượng để lưu trữ năng lượng của chúng Các loại động cơ đã được sử dụng trong EVs và có thể được sử dụng trong tương lai, điện áp sạc và cấu hình bộ sạc khác nhau có thể được sử dụng để sạc các phương tiện Sạc không dây cũng đang được kiểm tra và thử nghiệm để tăng tính tiện lợi

Trong khi làn sóng nghiên cứu ô tô điện đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới thì tại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được sự quan tâm thích đáng của các nhà khoa học, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách Qua khảo sát tình hình những năm vừa qua, có thể khẳng định rằng ở Việt Nam chưa hề có một nghiên cứu nào thực sự bài bản, khoa học và mang tính hệ thống về ô tô điện

3

Trong vài năm trở lại đây, một số sản phẩm xe điện mang tính thử nghiệm đã được nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học và những nhà sáng chế không chuyên Việt Nam Một số sản phẩm mang tính sao chép đơn thuần, chế tác lại về mẫu mã và sau đó cũng không tiếp tục phát triển Có thể kể ra một số sản phẩm do người Việt tự thiết kế và chế tạo, như năm 2008, ông Trần Văn Tâm sống tại Củ Chi – thành phố

Hồ Chí Minh đã tự nghiên cứu và chế tạo xe điện 3 bánh có sức chứa 3 người, tốc độ 35km/h, sử dụng động cơ một chiều 48V – 800W, 4 ắc quy khô 12V/50Ah, chạy 40km nạp một lần Đây là thành công đáng khích lệ đối với một nhà sáng chế nghiệp

dư, tuy nhiên những chỉ tiêu chất lượng của xe còn thấp, xe được chế tạo với phương pháp mang tính kỹ thuật, chưa có hàm lượng khoa học và quy trình công nghệ

Trong khi thế giới đã có những bước tiến lớn trong công nghệ chế tạo ô tô điện, Việt Nam cho đến nay vẫn đứng ngoài dòng chảy của xu thế tất yếu này Nếu không nhanh chóng triển khai nghiên cứu, nước ta sẽ lại tiếp tục bị lệ thuộc vào thế giới Tuy nhiên, phần lớn chúng ta vẫn chưa thấy được tính cấp thiết của việc nghiên cứu

ô tô điện tại Việt Nam Chính vì lý do trên chúng em chọn đề tài “Tìm hiểu về xe

điện”

1.2 Mục tiêu

Tìm hiểu, nghiên cứu về hệ thống điện trên xe ô tô và tìm hiểu động cơ điện một chiều trên xe Phân tích, đánh giá thuận lợi và khó khăn của ô tô điện trong hiện tại và tương lai

1.3 Nội dung nghiên cứu

4

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu tài liệu thứ cấp: nhóm thực hiện phương pháp này để thực hiện các tài liệu có sẵn (sách, báo khoa học, luận văn, …) liên quan đến công nghệ các loại xe điện trên thế giới, hệ thống điện trên xe, các loại động cơ điện một chiều trên xe

Phương pháp phân tích, so sánh, tổng hợp: Nhóm em sử dụng phương pháp này để phân tích cơ sở lý luận, phân tích thực trạng, đối chiếu giữa thực tế và lý luận,

từ đó tổng hợp thành những quan điểm, luận điểm và kết luận

1.5 Giới hạn đề tài:

Đề tài chỉ đề cập đến nghiên cứu về mặt lý thuyết: các hệ thống điện trong xe, các động cơ điện một chiều trên xe, các nguồn năng lượng, mạch công suất, những lợi ích kinh tế và hướng phát triển công nghệ trong tương lai

1.6 Nội dung đề tài

 Chương 1: Tổng quan

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

 Chương 3: Hệ thống điện trên xe EV

 Chương 4: Kết luận và hướng phát triển

Cụ thể như sau:

 Chương 1: Tổng quan

Trình bày vấn đề và lý do chọn đề tài, mục tiêu và bố cục của đề tài

5

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày tổng quan về ô tô điện, các loại ô tô điện, cấu hình các loại ô tô điện,

các loại năng lượng trên xe ô tô điện

 Chương 3: Hệ thống điện trên xe EV

Trình bày tổng quan hệ thống điện trên xe EV, động cơ điện trên xe EV, công

nghệ mạch chuyển đổi công suất, kỹ thuật tối ưu hóa và thuật toán điều khiển

 Chương 4: Kết luận và hướng phát triển

Trình bày kết quả đã đạt trong đề tài, nhận xét những ưu điểm và nhược điểm

của xe EV và các giải pháp phát triển cho đề tài trong tương lai

6

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các loại xe điện EV

Xe điện EV có thể chỉ chạy bằng động cơ điện hoặc có thể sử dụng kết hợp với động cơ đốt trong ICE Pin làm nguồn năng lượng tạo thành loại EV cơ bản, nhưng cũng có những loại xe có thể sử dụng các nguồn năng lượng khác Chúng có thể được gọi là EV kết hợp (HEVs) Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế bên lĩnh vực phương tiện điện đường bộ đã đề xuất rằng xe sử dụng hai hoặc nhiều loại nguồn năng lượng, có thể được gọi là HEV nhưng miễn là ít nhất một trong số chúng cung cấp năng lượng điện [4] Định nghĩa này tạo ra rất nhiều sự kết hợp có thể cho các HEV như ICE và pin, pin và bánh đà, pin và tụ điện, pin và nhiên liệu ô tô Do đó, tất cả mọi người đều bắt đầu gọi xe có ICE và HEV kết hợp động cơ điện, pin và tụ điện dưới dạng EV siêu tụ điện hỗ trợ, và những chiếc có pin và pin nhiên liệu FCEV [2-4] Những thuật ngữ này đã được chấp nhận rộng rãi và theo tiêu chuẩn này, xe điện có thể được phân loại như sau:

(1) Xe điện chạy bằng pin (BEV)

(2) Xe điện lai (HEV)

(3) Xe điện hybrid plug-in (PHEV)

(4) Xe điện pin nhiên liệu (FCEV)

2.1.1 Xe điện chạy bằng pin (BEV)

Xe điện chỉ có pin để cung cấp năng lượng cho bộ truyền động được gọi là BEV BEV chỉ dựa vào năng lượng được lưu trữ trong bộ pin của chúng; do đó phạm vi của những phương tiện như vậy phụ thuộc trực tiếp vào dung lượng pin Thông thường, chúng có thể đi được 100 km – 250 km trong một lần sạc [5], trong khi các mô hình cấp cao nhất có thể đi xa hơn rất nhiều, từ 300 km đến 500 km[5] Các phạm vi này phụ thuộc vào việc lái xe tình trạng và kiểu dáng, cấu hình xe, điều kiện đường xá,

7

khí hậu, loại pin và tuổi đời Một lần sạc pin mất khá nhiều thời gian so với việc tiếp nhiên liệu thông thường như xe ICE [6,7] Có thể mất đến 36 giờ để pin sạc đầy, tuy nhiên sẽ tốn ít thời gian hơn nếu chúng ta sử dụng xe ICE Thời gian sạc phụ thuộc vào cấu hình bộ sạc, cơ sở hạ tầng và mức năng lượng hoạt động Ưu điểm của BEV

là cấu tạo, vận hành đơn giản và thuận tiện, không sản sinh ra bất kỳ khí nhà kính (GHG), không tạo ra bất kỳ tiếng ồn nào và do đó có lợi cho môi trường

Động cơ điện cung cấp mô-men xoắn cao và tức thì, ngay cả ở tốc độ thấp Những lợi thế này, cùng với với hạn chế về phạm vi hoạt động, khiến chúng trở thành phương tiện hoàn hảo để sử dụng trong các khu vực đô thị; như được mô tả trong Hình 2 1, lái xe trong đô thị yêu cầu chạy ở tốc độ chậm hoặc trung bình và những phạm vi này đòi hỏi rất nhiều về mômen xoắn Nissan Leaf và Teslas là một số BEV bán chạy hiện nay, cùng với một số xe Trung Quốc Hình 2 2 cho thấy cấu hình cơ bản cho BEV: các bánh xe được dẫn động bằng các động cơ điện được chạy bằng pin thông qua một mạch chuyển đổi điện năng

Hình 2.1 Yêu cầu về tốc độ mô-men xoắn trong lịch trình lái xe trong đô thị

Hầu hết việc lái xe được thực hiện trong dải tốc độ 2200 đến 4800 vòng/phút với

8

lượng mô-men xoắn đáng kể Rpms thấp hơn yêu cầu mô-men xoắn trung bình khoảng 125 Nm; các phương tiện giao thông đô thị phải hoạt động thường xuyên trong khu vực này vì chúng thường xuyên phải dừng và xuất phát [4]

Hình 2.2 Cấu tạo BEV Nguồn DC của pin thông qua biến tần chuyển đổi

thành AC để chạy động cơ [5]

2.1.2 Xe điện lai (HEV)

HEV sử dụng cả ICE và bộ truyền động điện để cung cấp năng lượng cho xe HEV sử dụng động cơ điện khi nhu cầu điện năng thấp Đó là một lợi thế lớn trong điều kiện tốc độ thấp như các khu đô thị; nó cũng làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu

do động cơ tắt hoàn toàn trong thời gian chạy không tải, ví dụ như tắc đường Tính năng này cũng làm giảm phát thải khí nhà kính Khi tốc độ vượt mức cần thiết, HEV chuyển sang sử dụng ICE Hệ thống truyền lực cũng có thể làm việc cùng nhau để cải thiện hiệu suất Hệ thống động lực hỗn hợp được sử dụng rộng rãi để giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn bộ phận nén turbo trong những chiếc xe tăng áp, như Acura NSX ICE có thể sạc đầy pin, HEV cũng có thể lấy lại năng lượng bằng cách phanh tái tạo

Do đó, HEV chủ yếu là ô tô ICE được điều khiển kết hợp nguồn năng lượng từ accu

để cải thiện quãng đường hoặc để nâng cao hiệu suất Để đạt được những tính năng

9

này, cấu hình HEV đang được các nhà sản xuất xe hơi áp dụng rộng rãi Hình 2 3 hiển thị các dòng năng lượng trong HEV cơ bản Trong khi khởi động xe, ICE có thể chạy động cơ như một máy phát điện để tạo ra năng lượng và lưu trữ nó trong pin Trong quá trình tăng tốc cà động cơ nhiệt (ICE) và động cơ điện (Power electric motor) đều cung cấp năng lượng cho ô tô Khi cần tăng tốc độ, ICE và động cơ đều truyền động Trong quá trình phanh, hệ thống động lực dẫn động động cơ điện hoạt động như máy phát điện để sạc pin bằng cách hãm tái sinh Khi hoạt động trên đường, động cơ ICE dẫn động cả ô tô và động cơ điện, lúc này động cơ điện hoạt động như một máy phát điện (sạc pin) Quá trình nạp bị dừng khi phương tiện dừng lại Hình

2 4 cho thấy một ví dụ về hệ thống quản lý năng lượng được sử dụng trong HEV Kết quả ở đây là sự phân chia công suất giữa ICE và động cơ điện (EM) bằng cách xem xét tốc độ xe, đầu vào của người lái xe, trạng thái sạc (SOC) của pin và tốc độ động cơ đạt được tiết kiệm nhiên liệu tối đa

10

(a) Hướng của dòng điện khi khởi động và khi dừng

(b) Hướng của dòng công suất trong quá trình vượt, phanh và chạy

Hình 2.3 Dòng công suất giữa các khối cơ bản của HEV trong các giai đoạn khác

nhau của chu kỳ truyền động [8]

Hình 2.4 Ví dụ về chiến lược quản lý năng lượng được sử dụng trong HEV Bộ điều

khiển phân chia nguồn điện giữa ICE và động cơ bằng cách xem xét các thông số đầu vào khác nhau [8]

2.1.3 Xe điện hybrid plug-in (PHEV)

Khái niệm PHEV hình thành để mở rộng phạm vi toàn diện của HEV [9-14]

Nó sử dụng cả ICE và hệ thống truyền lực, giống như HEV, nhưng sự khác biệt giữa chúng là PHEV sử dụng điện là nguồn năng lượng chính, vì vậy những phương tiện này yêu cầu dung lượng pin lớn hơn HEV PHEV bắt đầu ở chế độ "tất cả dùng điện",

11

chạy bằng điện và khi pin sắp hết, nó sẽ báo hiệu trên ICE để sạc pin ICE được sử dụng ở đây để mở rộng phạm vi PHEV có thể sạc pin trực tiếp từ lưới điện (mà HEV không thể); PHEV cũng có cơ sở để sử dụng phanh tái tạo Khả năng của PHEV chỉ chạy bằng điện trong hầu hết các thời gian làm cho lượng khí thải carbon của nó nhỏ hơn HEV Chúng cũng tiêu thụ ít nhiên liệu hơn và do đó giảm chi phí liên quan Thị trường xe hiện nay khá đông khách hàng, Chevrolet Volt và doanh số Toyota Prius cũng cho thấy mức độ phổ biến của chúng

2.1.4 Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV)

FCEV còn có tên là Xe chạy bằng pin nhiên liệu (FCV) Chúng có tên như vậy bởi vì phương tiện là pin nhiên liệu sử dụng các phản ứng hóa học để sản xuất ra điện [15] Hydro là nhiên liệu của sự lựa chọn cho các FCV để thực hiện phản ứng này, vì vậy chúng thường được gọi là xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro FCV mang hydro trong các bình áp suất cao đặc biệt, một thành phần khác để sản xuất ra điện là oxy,

mà nó thu được từ không khí hút vào từ môi trường Điện lực được tạo ra từ các tế bào nhiên liệu đi đến một động cơ điện dẫn động các bánh xe Năng lượng dư thừa được lưu trữ trong hệ thống lưu trữ như pin hoặc siêu tụ điện Các FCV có sẵn trên thị trường như Toyota Mirai hoặc Honda Clarity sử dụng pin cho mục đích này [2,3,16-18] FCVs chỉ tạo ra nước dưới dạng sản phẩm phụ của quá trình tạo ra năng lượng được đẩy ra khỏi ô tô qua các ống xả Các cấu hình của một FCV được thể hiện trong Hình 2.5 Một lợi thế của những phương tiện như vậy là chúng có thể sản xuất điện riêng của chúng mà không thải ra carbon Một ưu điểm chính khác của chúng là việc đổ đầy nhiên liệu cho những chiếc xe này mất cùng khoảng thời gian cần thiết

để đổ xăng cho một chiếc xe sử dụng xăng thông thường Điều này làm cho việc áp dụng những phương tiện này có nhiều khả năng hơn trong tương lai gần[2-4,19] Một trở ngại chính trong việc áp dụng công nghệ này là sự khan hiếm của các trạm nhiên liệu hydro Một báo cáo cho Hoa Kỳ Bộ Năng lượng (DOE) chỉ ra một nhược điểm

12

khác là chi phí pin nhiên liệu cao, chi phí hơn 200 đô la cho mỗi kW, cao hơn nhiều

so với ICE (dưới 50 đô la cho mỗi kW)[20,21] Đây cũng là những mối quan tâm liên quan đến an toàn trong trường hợp hydro dễ cháy rò rỉ ra khỏi các bồn chứa Nếu những vấn đề đó được giải quyết, FCV thực sự có thể đại diện cho những chiếc xe ô

tô trong tương lai Các khả năng sử dụng công nghệ này trong siêu xe được thể hiện qua Pininfarina’s H2 Speed (Hình 2.6) So sánh BEV và FCEV ở các khía cạnh khác nhau [22], trong đó FCEV có vẻ tốt hơn BEV về nhiều mặt; sự so sánh này được thể hiện trong Hình 2.7 Trong hình này, các chi phí khác nhau và các vấn đề liên quan đến chi phí của BEV và FCEV: trọng lượng, thể tích lưu trữ cần thiết, lượng thải khí nhà kính ban đầu, nhu cầu năng lượng khí tự nhiên, nhu cầu năng lượng gió, chi phí gia tăng, chi phí cơ sở hạ tầng nhiên liệu cho mỗi chiếc ô tô, chi phí nhiên liệu cho mỗi km,và chi phí vòng đời gia tăng đều được so sánh các dãy cho 320 km (màu xanh lam) và 480 km (màu xanh lục) Trục hoành hiển thị tỷ lệ thuộc tính của BEV so với FCEV Vì có ít giá trị hơn trong những thuộc tính chỉ ra lợi thế, bất kỳ giá trị nào cao hơn một trong trục hoành sẽ khai báo FCEV vượt trội hơn BEVs ở thuộc tính đó Điều đó có nghĩa là, BEV chỉ xuất hiện tốt hơn trong các lĩnh vực bắt buộc năng lượng gió và chi phí nhiên liệu cho mỗi km Chi phí nhiên liệu dường như vẫn là một trong những nhược điểm lớn của FCEV, với tư cách là một phương thức sản xuất hydro giá rẻ, bền vững và thân thiện với môi trường vẫn còn thiếu, và cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu chậm hơn so với cơ sở hạ tầng của BEV; nhưng những vấn đề này có thể không còn phổ biến trong tương lai gần

13

Hình 2.5 Cấu hình FCEV Oxy từ không khí và hydro từ các xi lanh phản ứng trong

pin nhiên liệu để sản xuất điện chạy động cơ Chỉ nước được tạo ra dưới dạng sản phẩm phụ được thải ra trong môi trường

Hình 2.6 Pininfarina H2 Speed, một siêu xe sử dụng pin nhiên liệu hydro

14

Hình 2.7 Thuộc tính EV của pin nâng cao và tỷ lệ thuộc tính EV của pin nhiên liệu

cho 320 km (màu xanh lam) và Phạm vi 480 km (màu xanh lá cây), với giả định về hỗn hợp lưới điện trung bình của Hoa Kỳ trong phạm vi thời gian 2010–2020 và tất

cả hydro được tạo ra từ khí tự nhiên [22]

Một điều khác về FCV [23] đó là pin nhiên liệu cắm vào xe (PFCV) có công suất lớn hơn và tiêu hao nhỏ hơn, khiến nó trở thành chiếc xe chiếm ưu thế về pin [23], nếu hydro cho các phương tiện như vậy có thể được tạo ra từ các nguồn tái tạo

để chạy nhiên liệu tế bào và năng lượng để sạc pin cũng đến từ các nguồn xanh, những

Hình 2.8 Cấu hình PFCV Ngoài các pin nhiên liệu, sự sắp xếp này có thể sạc trực

tiếp pin từ ổ cắm điện

Bảng 2.1 So sánh các loại xe khác nhau [4]

Loại EV Thiết bị điều

khiển

Nguồn năng

 Siêu tụ điện

 Không khí thải

 Không phụ thuộc vào dầu

 Phạm vi phụ thuộc phần lớn vào loại pin được sử dụng

 Có sẵn trên thị trường

 Giá và dung lượng pin

 Phạm vi

 Thời gian sạc

 Tính sẵn có của các trạm sạc

16

 Có thể lấy điện từ cả nguồn điện và nhiên liệu

 Cấu trúc phức tạp có cả

hệ thống truyền động điện và cơ khí

 Có sẵn trên thị trường

 Tối ưu hóa kích thước pin

và động cơ

FCEV  Động cơ điện  Pin nhiên

liệu

 Rất ít hoặc không phát thải

 Hiệu quả cao

 Không phụ

nguồn cung cấp điện

 Giá cao

 Có sẵn trên thị trường

 Chi phí pin nhiên liệu

 Cách khả thi

để sản xuất nhiên liệu

 Sự sẵn có của các phương tiện tiếp nhiên liệu

2.2 Cấu hình xe EV

Không giống như ICE [4], xe điện khá linh hoạt Điều này là do sự vắng mặt của các sắp xếp cơ khí phức tạp được yêu cầu để chạy một chiếc xe thông thường Trong EV, nó chỉ là một bộ phận chuyển động, động cơ Nó có thể được điều khiển bằng các cách sắp xếp điều khiển khác nhau về các phương pháp kỹ thuật

Động cơ cần một nguồn điện để chạy, có thể từ một loạt các nguồn Những hai thành phần có thể được đặt ở các vị trí khác nhau trên xe chúng được kết nối thông qua dây dẫn điện, xe sẽ hoạt động Sau đó, một lần nữa, một EV có thể chỉ chạy bằng điện, nhưng một ICE và động cơ điện cũng có thể hoạt động kết hợp để quay các bánh xe Vì tính linh hoạt như vậy, các cấu hình khác nhau xuất hiện được áp dụng tùy theo loại xe EV có thể là được coi là một hệ thống kết hợp ba hệ thống con khác nhau [4]: nguồn năng lượng, động cơ và các phụ trợ khác

17

Hệ thống nguồn năng lượng

Bao gồm nguồn, hệ thống nạp và quản lý năng lượng

kỹ thuật tái tạo năng lượng như vậy [4]

2.2.1 Thiết lập chung cho xe EV

EV có thể có các cấu hình khác nhau Hình 2.10a mô tả một chiếc xe dẫn động cầu trước chỉ sử dụng ICE được thay thế bằng động cơ điện Nó có hộp số và ly hợp

Hệ thống con: Động lực

Bàn đạp ga

18

cho phép mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp và mô-men xoắn thấp ở tốc độ cao Ngoài

ra còn có một bộ vi sai cho phép các bánh xe quay ở các tốc độ khác nhau Hình 2 10b cho thấy một cấu hình với việc bỏ qua ly hợp Nó có một bánh răng cố định thay cho hộp số làm cho đặc tính mômen-tốc độ không đạt được tối đa Cấu hình của Hình

2 10c có động cơ, bánh răng và bộ vi sai là một khối duy nhất dẫn động cả hai bánh Nissan Leaf, cũng như Chevrolet Spark, sử dụng động cơ điện lắp ở phía trước để dẫn động cầu trước Trong Hình 2.10d, e, các cấu hình cần lấy hành động vi sai bằng cách sử dụng hai động cơ cho hai bánh xe được hiển thị Tương tác cơ học có thể giảm hơn nữa bằng cách đặt các mô-tơ bên trong bánh xe để tạo ra “ổ đĩa trong bánh xe” Một mạng lưới hệ thống bánh răng được sử dụng ở đây vì những lợi thế như tỷ

lệ giảm tốc độ cao và sự sắp xếp của các trục đầu vào và đầu ra Hệ thống bánh răng

cơ khí được loại bỏ hoàn toàn trong lần cuối cùng cấu hình (Hình 2.10f) bằng cách lắp động cơ tốc độ thấp với cấu hình rôto bên ngoài trên vành bánh xe Điều khiển tốc độ động cơ do đó điều khiển tốc độ bánh xe và tốc độ xe Các loại xe EV cũng có thể được chế tạo với cấu hình dẫn động cầu sau Phiên bản động cơ duy nhất của Tesla Model S sử dụng cấu hình này (Hình 2.11) Nissan Blade Glider là một EV dẫn động bánh sau với sự sắp xếp động cơ trong bánh xe Việc sử dụng động cơ này cho phép nó áp dụng số lượng khác nhau mô-men xoắn ở một trong hai bánh sau để cho phép vào cua tốt hơn

19

Hình 2.10 Các cấu hình EV dẫn động bánh trước khác nhau (a) Xe dẫn động cầu

trước với ICE được thay thế bằng một động cơ điện; (b) Cấu hình xe không có ly hợp; (c) Cấu hình với động cơ, hộp số và bộ vi sai được kết hợp thành một khối duy nhất

để dẫn động bánh trước; (d) Cấu hình với các động cơ riêng lẻ với sợ cố định cho bánh trước để có được tác động vi sai; (e) Cấu hình sửa đổi của Hình 2 10d với sự

bố trí bánh răng cố định được đặt trong các bánh xe; (f) Cấu hình với hệ thống bánh răng cơ khí được loại bỏ bằng cách lắp động cơ tốc độ thấp vào vành bánh xe

C: Ly hợp D: Vi sai FG: Bộ truyền bánh răng GB: Hộp số M: Động cơ điện

20

Hình 2.11 Tesla Model S, cấu hình dẫn động cầu sau [22,24]

Để có thêm khả năng điều khiển về công suất, các cấu hình dẫn động bốn bánh (AWD) cũng có thể được sử dụng, mặc dù đi kèm với chi phí, trọng lượng và độ phức tạp tăng thêm Trong trường hợp này, hai động cơ có thể được sử dụng để dẫn động phía trước và các trục sau Cấu hình dẫn động bốn bánh được thể hiện trong Hình 2.12 Cấu hình AWD hữu ích để cung cấp khả năng bám đường tốt hơn trong điều kiện trơn trượt, chúng cũng có thể sử dụng vectơ mô-men xoắn để đạt được hiệu suất

và khả năng xử lý khi vào cua tốt hơn Cấu hình AWD cũng có thể được thực hiện cho các hệ thống động cơ bánh xe Nó có thể tỏ ra khá hữu ích cho những chiếc xe trong thành phố như Hiriko Fold (Hình 2.13) có hệ thống lái, bộ truyền động, hệ thống treo, phanh và một động cơ đều được tích hợp trong mỗi bánh xe Sự sắp xếp như vậy có thể cung cấp đánh lái tất cả các bánh hiệu quả, tất cả các vô lăng cùng với việc dễ dàng đỗ xe và vào cua

Hình 2.12 Tesla Model S, cấu hình dẫn động bốn bánh [24]

21

Hình 2.13 Hiriko Fold một chiếc xe sử dụng động cơ bánh xe

Cấu hình động cơ bố trí trong bánh xe khá thuận tiện vì chúng giảm trọng lượng của quá trình truyền động bằng cách loại bỏ động cơ trung tâm, bộ truyền động liên quan, bộ vi sai, khớp nối vạn năng và trục truyền động[25] Chúng cũng cung cấp khả năng kiểm soát tốt hơn, khả năng quay vòng tốt hơn và nhiều không gian hơn cho pin, tế bào nhiên liệu, nhưng trong trường hợp này động cơ được kết nối với hệ thống điện và điều khiển thông qua dây dẫn có thể bị hỏng do môi trường khắc nghiệt, rung động và gia tốc, do đó gây ra rắc rối nghiêm trọng Sato và cộng sự, đã đề xuất một hệ thống mô-tơ bánh xe không dây (W-IWM) [26] trên một chiếc xe thử nghiệm (thể hiện trong Hình 2 14) Nói một cách đơn giản, các dây được thay thế bằng hai cuộn dây có thể truyền điện ở giữa chúng Do các rung động do điều kiện đường xá gây ra, động cơ và xe có thể bị lệch và có thể gây ra sự thay đổi điện áp phía thứ cấp Cấu hình động cơ bánh xe được thể hiện trong Hình 2 15, trong khi hiệu suất ở các giai đoạn khác nhau của hệ thống như vậy được thể hiện trong Hình 2 16 Trong các điều kiện như thế này, ghép cộng hưởng từ được ưu tiên cho truyền điện không dây [27] vì nó có thể khắc phục được các vấn đề liên quan đến sự sai lệch đó [28] Việc

sử dụng bộ so sánh độ trễ và áp dụng công suất biến tần thứ cấp cho bộ điều khiển để chống lại sự thay đổi của điện áp thứ cấp cũng được đề xuất trong [28] Truyền công

22

suất không dây (WPT) sử dụng ghép cộng hưởng từ theo kiểu sắp xếp song song nối tiếp có thể cung cấp hiệu suất truyền 90% theo cả hai hướng ở mức 2 kW [29] Do

đó, W-IWM cũng phù hợp với phanh tái tạo

Hình 2 14 Xe thí nghiệm với hệ thống W-IWM [26]

Hình 2.15 IWM thông thường và không dây Trong thiết kế không dây, các cuộn

dây được sử dụng thay vì dây để truyền điện từ ắc-quy sang động cơ [26]