lựa chọn và tính toán hệ thống động lực ô tô điện

Nhiệm vụ đề tài: − Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quyết định mua ô tô điện của khách hàng − Xác định phân khúc xe tiềm năng − Phân tích và lựa chọn cấu hình hệ thống truyền lực − Lự

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Ô tô điện đã trải qua một sự phát triển đáng kể trong những năm gần đây và đã trở thành một phần quan trọng của ngành công nghiệp ô tô Các hãng sản xuất lớn như Tesla, Nissan, Chevrolet, và BMW đã tung ra các mẫu xe ô tô điện với tầm xa khá ấn tượng và hiệu suất ấn tượng Công nghệ pin đã tiến bộ đáng kể, cho phép xe điện đi được xa hơn và sạc nhanh hơn Mạng lưới sạc công cộng đã phát triển, và cơ sở hạ tầng sạc nhanh trên đường cũng đang được xây dựng Các chính phủ và tổ chức quốc tế đang ưu ái sử dụng xe ô tô điện bằng cách cung cấp khuyến mãi và hỗ trợ cho người dùng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự lan rộng của công nghệ này

Một trong những lợi ích lớn nhất của ô tô điện là khả năng giảm thiểu tác động của nó đối với môi trường Với khí nhà kính ngày càng trở nên đe dọa, các loại phương tiện xanh đã trở thành một phần quan trọng của cuộc chiến để giảm phát thải khí nhà kính Xe ô tô điện không chỉ giảm khí thải trong quá trình vận hành, mà còn giúp giảm áp lực lên nguồn nước và tài nguyên do quá trình sản xuất nhiên liệu truyền thống gây ra Bên cạnh tác động tích cực đến môi trường, xe ô tô điện còn mang lại nhiều lợi ích cho người dùng Một trong những lợi ích lớn nhất là tiết kiệm năng lượng Việc sử dụng điện để di chuyển sẽ giúp người dùng tiết kiệm đáng kể so với việc mua xăng hoặc dầu diesel Hơn nữa, xe ô tô điện thường có chi phí vận hành thấp hơn và ít yêu cầu bảo dưỡng Điều này có nghĩa rằng người dùng có cơ hội tiết kiệm tiền và thời gian

Mặc dù có nhiều ưu điểm, ô tô điện cũng đối diện với nhiều thách thức Một trong những thách thức lớn nhất là phạm vi di chuyển của ô tô điện và cơ sở hạ tầng trạm sạc chưa phổ biến dẫn đến lo ngại về việc sạc lại xe Ngoài ra, giá cả của ô tô điện hiện nay vẫn cao hơn so với xe truyền thống vẫn là một rào cản cho một số người muốn sở hữu xe

Triển vọng của ô tô điện là rất tươi sáng Công nghệ pin đang tiếp tục phát triển, với pin có khả năng lưu trữ năng lượng cao hơn và tuổi thọ dài hơn Mạng lưới sạc nhanh đang phát triển, giúp giảm thời gian sạc lại và làm cho việc sử dụng xe ô tô điện trở nên thuận tiện

2 hơn Các hãng sản xuất ô tô trên toàn cầu đang đầu tư vào phát triển xe ô tô điện và công nghệ tự hành Với sự hỗ trợ của chính phủ và quyết tâm của ngành công nghiệp, ô tô điện sẽ trở thành một phần quan trọng của tương lai của giao thông và môi trường Đây cũng là những yếu tố được mọi người kỳ vọng sẽ phát triển triển hơn để tạo “cú hích” cho thị trường xe ô tô điện Việt Nam.Từ đó, chúng tôi tiến hành tìm hiểu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu mua xe của người Việt để đưa ra được phương án tính toán lựa chọn hệ thống động lực cho xe điện một cách hợp lí nhất.

Tính cấp thiết đề tài

Hiện nay ô nhiễm môi trường là vấn đề đang được các nước trên thế giới quan tâm sâu sắc Lượng khí thải của các phương tiện giao thông sử dụng động cơ đốt trong thải ra ngày càng lớn gây ra các hiện tượng biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính Hơn thế nữa là vấn đề về nhiên liệu, khi mà trữ lượng dầu thô trên thế giới được dự báo là hữu hạn và chi phí khai thác ngày càng khó khăn Các quốc gia và doanh nghiệp lớn trên thế giới đang dần loại bỏ nguyên liệu hóa thạch và đầu tư phát triển vào các nguồn nhiên liệu sạch thay thế Sản phẩm điển hình cho điều đó là ô tô điện, với các ảnh hưởng tích cực của mình với môi trường về vấn đề khí thải thì ô tô điện đã và đang trở thành một xu hướng phát triển và được đánh giá là tương lai của nền công nghiệp ô tô trên thế giới.Một trong những hệ thống tạo nên sự khác biệt của ô tô điện so với ô tô truyền thống chính là là hệ thống động lực Là một phần quan trọng được coi là xương sống của chiếc xe, khác với xe ô tô truyền thống, hệ thống động lực trên xe điện không sử dụng động cơ đốt trong nên sẽ không phát thải khí CO2 gây ô nhiễm môi trường và bộ phận truyền động trong đó cũng sẽ được đơn giản hóa nhằm tạo ra hiệu suất hoạt động của xe cao nhất.Từ đó chúng tôi quyết định chọn đề tài “Tính toán và lựa chọn hệ thống động lực cho ô tô điện” để tìm hiểu, phân tích các loại hệ thống truyền lực, động cơ và nguồn năng lượng trong ô tô điện nhằm lựa chọn phương án bố trí tối ưu đối với các yêu cầu cụ thể về ô tô điện như giá thành, công suất, hiệu suất và phạm vi hoạt động.

Mục tiêu đề tài

Mục tiêu của đề tài "Tính toán và lựa chọn hệ thống động lực cho xe tô điện" là thăm dò và nghiên cứu các khía cạnh quan trọng liên quan đến thiết kế và hiệu suất của hệ thống

3 động lực trong xe ô tô điện Nhẳm thực hiện hoặc cung cấp thông tin tham khảo cho nhà sản xuất để sản xuất,lắp ráp xe điện trong nước với quy mô lớn Dưới đây, chúng ta sẽ xác định rõ các mục tiêu cụ thể để đảm bảo nghiên cứu được thực hiện một cách chi tiết và cụ thể:

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quyết định mua ô tô điện của khách hàng

- Xác định phân khúc xe tiềm năng

- Xác định sự tối ưu trong lựa chọn hệ thống động lực: Đánh giá và so sánh các loại động cơ, nguồn năng lượng, và hệ thống dẫn động có sẵn cho xe ô tô điện Mục tiêu là xác định lựa chọn tối ưu dựa trên hiệu suất, hiệu quả năng lượng, phạm vi di chuyển và giá thành

- Đánh giá chi phí liên quan: Xem xét các chi phí liên quan đến lựa chọn hệ thống động lực, bao gồm chi phí sản xuất, bảo trì và vận hành của xe ô tô điện Mục tiêu là xác định các yếu tố chi phí quan trọng và xem xét cách giảm thiểu chi phí

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Đối tượng nghiên cứu

- Khái quát về thị trường xe điện

- Hệ thống động lực xe điện

- Các loại động cơ điện và pin

- Phân tích nhu cầu thị trường từ đó đưa ra phương pháp tính toán lựa chọn động cơ, pin cho hệ thống động lực xe điện

PHÂN TÍCH THỊ TRƯỜNG Ô TÔ ĐIỆN

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quyết định mua xe của người tiêu dùng

2.1.1 Giá mua ban đầu và chi phí thay pin:

Bất kế là loại xe nào, xe nhiên liệu hay xe điện “giá thành” luôn là mối quan tâm lớn của khách hàng khi quyết định mua một chiếc ô tô nói chung Và giá thành ban đầu cao hơn so với xe xăng là một trong những điều khiến khách hàng ngần ngại khi quyết định mua xe điện Ở Việt Nam, 500-800 triệu là số tiền mà đa số khách hàng sẵn sàng bỏ ra để mua ô tô nhiều nhất Và có thể thấy rằng phần lớn ô tô lăn bánh ở Việt Nam có tầm giá nằm ở khoảng này

Bên cạnh đó, chi phí thay pin cũng không hề rẻ Pin xe điện chỉ có tuổi thọ từ 6 – 10 năm trung bình là 8 năm, sau khoảng thời gian này, pin bắt đầu phân rã Vì vậy việc bỏ tiền túi ra một khoản khá lớn để thay lại bộ pin mới cho xe là điều không thể tránh khỏi Vì thế đây cũng là một trong những vấn đề gây ra sự lưỡng lự cho khách hàng trong việc chọn mua một chiếc ô tô điện thay vì mua ô tô chạy nhiên liệu

Chi phí vận hành cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến xu hướng mua và sử dụng xe điện trong cộng đồng ngày nay Trái ngược với chi phí mua xe ban đầu khá cao, chi phí vận hành xe điện rẻ hơn đáng kể so với nhiên liệu hóa thạch dùng cho xe đốt trong, nhất là trong bối cảnh giá xăng không ngừng biến động hiện nay

Bên cạnh các yếu tố về kinh tế, phạm vi lái xe sau một lần sạc đầy cũng là vấn đề khá được quan tâm Khi so sánh xe điện với xe xăng, nhiều người thường lầm tưởng xe điện có quãng đường di chuyển ngắn hơn xe xăng, nhưng thực tế không phải vậy, quãng đường của hai loại xe có thể được xem như tương đương

Theo công bố của các hãng xe điện hiện nay, xe điện có khả năng chạy được quãng đường dao dộng từ 150 – 500km cho mỗi lần sạc đầy và một số xe có phạm vi di chuyển lên

5 đến 800km Tùy vào từng hãng, từng công nghệ và từng phân cấp xe mà chia ra dao động Và trung bình của xe xăng là 482km cho mỗi lần đổ đầy bình xăng

2.1.4 Thời gian tiếp năng lượng:

Một trong những nhược điểm lớn nhất của xe điện hiện đại có lẽ chính là thời gian tiếp năng lượng của nó Thời gian đổ xăng cho một chiếc ô tô thông thường chỉ tốn khoảng 10 phút thì khoảng thời gian dành cho việc nạp pin xe điện lại lâu hơn khá nhiều Với những bộ sạc tốc độ chậm, khách hàng có thể phải tốn cả đêm để sạc đầy pin xe điện, với những bộ sạc nhanh thông thường thì cũng phải tốn đến 3 - 4 tiếng Và khi sạc nhanh thì cần 18-30 phút để đạt được 80% pin

2.1.5 Cơ sở hạ tầng và lưới điện: Ô tô điện sử dụng nguồn năng lượng chính từ pin, yêu cầu phải thường xuyên được sạc tiếp năng lượng Vì vậy, việc áp dụng và phổ biến xe điện ở nước ta còn phụ thuộc vào tính khả dụng và khả năng tiếp cận của cơ sở hạ tầng.Theo thống kê năm 2021 thì Việt Nam có khoảng 500 trạm ô tô điện trải dài khắp đất nước Tuy nhiên các trạm sạc phân bố không đồng đều Trong 500 trạm sạc thì phân bố không đồng đều trên các tỉnh Phần lớn trạm sạc sẽ tập trung tại 2 thành phố lớn của Việt Nam là Thành phố Hồ Chí Minh và thủ đô Hà Nội Đây cũng là 2 thành phố có lượng xe điện nhiều nhất Việt Nam Ở Thành phố Hồ Chí Minh và thủ đô Hà nội thì các xe điện có thể có nhiều lựa chọn trong việc sạc điện pin cho ô tô điện bởi vì nơi đây có nhiều trạm sạc điện phân bố ở các trung tâm thương mại các cây xăng dầu và chung cư Điều này tạo tính linh hoạt trong việc cung cấp năng lượng khi cần thiết Còn các tỉnh khác thì vẫn có trạm sạc nhưng không nhiều, đa số cũng tập trung tại các trung tâm thương mại và các thành phố lớn của tỉnh Và các vùng quê, nông thôn chưa được xây dựng các trạm sạc điện Điều này dẫn đến vấn đề mỗi lần xe hết pin rất là bất tiên trọng việc tìm kiếm kiếm mơi cung cấp năng lượng Do đó tạo nên sự không thoải mái cho khách hàng và giảm tỉ lệ khách hàng sẽ chọn xe điện khi muốn mua xe di chuyển.

Xác định tiềm năng mua xe điện của khách hàng

Ở tháng 6/2022 oto.com đã thực hiện một khảo sát trên 1147 người có độ tuổi tiềm năng để mua ô tô ( trên 24 tuổi ) qua các nền tảng trực tuyến về ô tô điện

Theo số liệu thống kê thì có tới 99.4% người đã từng nghe về ô tô điện Đây là một con số rất lý tưởng để nói lên độ hot của ô tô điện trên thị trường ô tô hiện nay Trong 99.4% người này thì 82% người quan tâm và đã từng tìm hiểu xe điện và có tới 46.08% người chắc chắn rằng họ sẽ mua xe điện trong khoảng tương lai gần sắp tới ( 12 tháng)

Hình 2.1 Mức độ nhận biết về ô tô điện của người dùng Việt được khảo sát

Từ số liệu ta có thể thấy rằng nên công nghiệp ô tô điện ở Việt Nam đang trên đà phát triển rất là mạnh mẽ Bên cạnh đó chính phủ Việt Nam cũng có chính ưu đãi khuyến khích sử dụng ô tô điện như giảm thuế tiêu thụ đặc biệt đối với ô tô điện, miễn hoặc giảm lệ phí trước bạ (LPTB) cho ô tô điện

Xác định phân khúc xe tiềm năng

Theo thống kế của hiệp hội các nhà sản xuất ô tô tại Việt Nam (VAMA), số lượng ô tô bán ra năm 2022 tăng lên nhiều so với năm 2021 và doanh số bán chạy nhất là các dòng xe như Toyota Vios, Hyundai Accent, KIA Seltos, Mitsubishi Xpander, Honda City…

Ta có thể thấy mẫu bán chạy nhất năm 2022 của các hãng có mức giá nằm trong khoảng 500-800 triệu Ta có thể thấy được một phần mức độ ưu tiên của khách hàng dành cho xe muốn mua nằm ở khoảng giá nào, từ đó xác định được phân khúc xe được ưa chuộng nhất hiện nay ở Việt Nam.Vì vậy chúng tôi lựa chọn phân khúc phải nằm trong khoảng giá bán chạy nhất là 500-800 triệu Dựa vào yếu tố trên, chúng tôi quyết định lựa chọn phân khúc xe hạng C, là mẫu xe phổ biến nhất trên thế giới bởi nó "vừa đủ" cho tất cả các nhu cầu từ trên phố, xa lộ hay nông thôn Tại thị trường Việt Nam, đây cũng là phân khúc "sôi động" nhất với mức giá đáp ứng tiêu chí nêu trên

Hình 2.2 Thống kê 10 thương hiệu bán nhiều xe nhất Việt Nam năm 2022

Theo “hãng tư vấn quản trị Oliver Wyman” chi phí sản xuất hệ thống động lực trong ô tô điện bao gồm (pin, động cơ điện, hệ truyền động) cao hơn ô tô truyền thống khoảng 45%, chiếm khoảng 52% chi phí sản xuất toàn bộ xe vào năm 2020 và dự đoán tới năm 2030 chi phí sản suất sẽ giảm và chỉ chiếm 40% chi phí toàn bộ Giả sử với chi phí tối ưu nhất là 40%, với mong muốn sản xuất chiếc xe điện phân khúc xe hạng C bán với mức giá tầm 800tr tức là giá thành cho hệ thống động lực tầm 320 triệu.Tuy nhiên đó là mức giá bán ra,để sản suất có lợi nhuận thì chúng ta phải đảm bảo chi phí cho hệ thống động phải nhỏ hơn 320 triệu

• Kết luận về đối tượng khách hàng và khu vực phát triển

Dựa theo những thông tin đã được phân tích về nhu cầu và yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chọn xe điện khi mua xe của khách hàng Bên cạnh đó còn có những vấn đề về khả năng cung cấp cơ sở vật chất sau khi mua xe điện như cơ sở hạ tầng, lưới điện và khả năng nạp lại năng lương của ô tô điện Kết hợp với số liệu thống kê từ khảo sát trực tuyến của oto.com chúng tôi xác định yêu cầu cho hệ thống động lực phải đơn giản,tối ưu chí phí nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng

Hình 2.3 So sánh chi phí sản xuất xe xăng và xe điện

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC

Lựa chọn cấu hình,cách bố trí các cụm trong hệ thống động lực ô tô điện

3.1.1 Cấu tạo chung của ô tô điện

Tương tự như ô tô sử dụng động cơ đốt trong, ô tô điện có kích thước và hình dáng tương đương với các loại ô tô sử dụng động cơ xăng hoặc dầu Các xe ô tô hoàn toàn chạy bằng điện (EV) được trang bị một hoặc nhiều động cơ điện thay vì động cơ đốt trong truyền thống Những chiếc xe này sử dụng nguồn năng lượng từ bộ pin để cấp điện cho động cơ điện, và cần phải được kết nối tới trạm sạc hoặc lưới điện để nạp năng lượng Với việc hoạt động bằng điện, phương tiện này không tạo ra khí thải và loại bỏ các thành phần liên quan đến hệ thống nhiên liệu như bình nhiên liệu, bơm nhiên liệu, và đường ống nhiên liệu

Hình 3.1 Cấu tạo ô tô điện Động cơ điện: Một trong những bộ phận quan trọng của xe ô tô điện Bộ phận này đảm nhận chức năng chính là cung cấp năng lượng cho xe Trên thị trường, động cơ điện có thể là loại 1 chiều(DC) hoặc xoay chiều(AC) Thông thường động cơ xoay chiều sẽ được lắp đặt vào ô tô điện phổ biến hơn

Biến tần: Thiết bị này có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện 1 chiều thành xoay chiều Biến tần được lắp đặt để thay đổi tốc độ quay của động cơ Việc này được thực hiện thông qua

10 điều chỉnh tần số của dòng điện xoay chiều Ngoài ra, thông qua việc điều chỉnh biên độ của tín hiệu biến tần để tùy chỉnh mô-men xoắn hoặc công suất của động cơ

Pin và bộ sạc pin: Pin trong ô tô điện là bộ phận dùng để lưu trữ năng lượng cho xe chạy Để xe điện có thể vận hành được thì pin phải được sạc đầy Loại pin được sử dụng để lắp đặt trong ô tô điện hiện nay là pin lithium Sử dụng pin loại này vì nó có tỷ lệ xả thải thấp, ít gây ô nhiễm môi trường Bộ sạc pin với chức năng kiểm soát mức điện áp của pin Việc này được thực hiện thông qua điều chỉnh tốc độ sạc trên ô tô Hơn thế nữa, bộ sạc pin có có khả năng theo dõi nhiệt độ của pin giúp duy trì tuổi thọ của pin

Bộ điều khiển: Bộ phận này được ví von như bộ não của xe ô tô điện Chức năng của bộ phận này là quản lý, kiểm soát tất cả các thông số kỹ thuật, tốc độ của xe

Cáp sạc: Cáp sạc đặt bên trong xe ô tô điện, được sử dụng để sạc pin cho tô tô tại các điểm sạc công cộng hoặc tại nhà Ở những nơi có điểm sạc nhanh, sẽ có loại cáp sạc riêng biệt để bạn có thể sử dụng

3.1.2 Khái quát hệ thống truyền động xe ô tô điện

Hệ thống động lực ô tô, còn gọi là hệ thống truyền động, là một phần quan trọng của một chiếc xe có nhiệm vụ tạo ra, điều khiển và truyền động sức mạnh cơ học để đẩy xe di chuyển Chúng đóng vai trò quyết định trong việc điều khiển và chuyển động của chiếc xe bao gồm việc tăng tốc, giảm tốc, di chuyển tiến hoặc lùi Ngoài ra hệ thống này cũng ảnh hưởng đến khả năng vận hành êm ái của xe

Hệ thống truyền lực trên ô tô điện có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ hơn xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống, có cấu tạo đơn giản gồm động cơ, hộp giảm tốc( hộp số), bộ vi sai và hệ thống pin

Hình 3.2 Mô tả hệ thống động lực ô tô điện

3.1.3 Các hệ thống dẫn động trên ô tô

Hệ thống dẫn động trên ô tô có nhiệm vụ truyền tải momen từ động cơ tới các bánh để xe có thể di chuyển Hiện nay trên thị trường có tất cả 4 loại hệ dẫn động gồm dẫn động cầu trước (FWD), cầu sau (RWD), bốn bánh toàn thời gian (AWD) và bán thời gian (4WD)

Hình 3.3 Các loại dẫn động trên ô tô

3.1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống dẫn động trên ô tô

Hệ dẫn động cầu trước – FWD: Có động cơ và hộp số được đặt tại phần đầu xe, trục truyền động được đặt ở cầu trước Sức mạnh từ động cơ sẽ truyền qua hộp số làm 2 bánh trước quay và kéo theo 2 bánh sau để xe di chuyển về phía trước FWD hiện tại được trang bị phổ biến trên các dòng xe ô tô phổ thông như sedan cỡ nhỏ, trung và xe gia đình.

Hệ dẫn động cầu sau – RWD: Trục truyền động được đặt ở 2 bánh sau Sức mạnh từ động cơ sẽ truyền qua hộp số,trục các đăng tới trục truyền động và dẫn động 2 bánh sau quay giúp xe vận hành hiệu quả Hiện nay RDW đa số được trang bị trên các mẫu xe thể thao và xe sang

Hệ dẫn động 4 bánh bán thời gian-4WD: Trục truyền động được bố trí ở cả 2 cầu và có hộp số phụ Điều này giúp cho hệ dẫn động 4WD có thể chuyển đổi từ dẫn động 1 cầu sang 2 cầu nhờ hộp số phụ Một vài mẫu xe còn được trang bị thêm khóa vi sai trung tâm giúp cân bằng 2 bánh xe bên trái, phải đồng thời phân bổ momen xoắn đến 2 cầu giúp xe vượt qua địa hình xấu một cách trơn tru

Hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian – AWD: Trục truyền động được bố trí ở cả 2 cầu, sức mạnh từ động cơ được truyền đến cả 4 bánh xe ở mọi thời điểm.AWD được điều khiển nhờ thuật toán và công nghệ điện tử sẽ tự tính toán để phân bổ lực kéo đến các bánh xe một cách tối ưu và linh hoạt Hầu hết những dòng xe SUV, bán tải đều được trang bị 4WD hoặc AWD và một số mẫu xe thể thao, sedan phân khúc cao cấp

3.1.3.2 Ưu nhược điểm của các hệ dẫn động

So sánh Ưu điểm Nhược điểm

- Cấu tạo đơn giản, kết cấu cơ khí không phức tạp nên chiếm ít không gian tạo cho không gian nội thất rộng rãi hơn,

- Độ bám đường tăng do khối dẫn động đặt ở phía trước

- Nặng ở phần đầu xe gây tăng tốc khó khăn hơn

- Trọng lượng phân bổ không đều gây gây ra hiện tượng bánh sau trượt dài

- Khả năng bám đường tốt nhờ trọng lượng được phân bổ đều

- Khả năng đánh lái chính xác và dễ dàng hơn vì hệ dẫn động đặt ở phía sau giúp giảm trọng lượng tác dụng lên phần đầu xe

- Cấu tạo phức tạp dẫn đến chi phí cao hơn

- Sử dụng trục các đăng để dẫn động đến bánh sau nên công suất bị tiêu hao đáng kể

- Xe vận hành kém ổn định khi tăng tốc đột ngột

- Khả năng vận hành mạnh mẽ và độ bám đường ổn định

- Khả năng off-road tốt dễ dàng chinh phục các địa hình xấu

- Đòi hỏi người lái phải có kinh nghiệm để vận hành xe một cách an toàn và hợp lý

- Mức tiêu hao nhiên liệu lớn do hệ dẫn động phức tạp

- Chi phí sửa chữa bảo dưỡng cao

- Có khả năng phân bổ lực kéo một cách thông minh và tự động khi di chuyển giữa các cung đường khác nhau giúp cho việc lái xe trở nên an toàn hơn

- Tiêu hao nhiên liệu cao

- Cấu tạo phức tạp,khó sửa chữa

Bảng 3.1 So sánh ưu nhược điểm các loại hệ dẫn động

Động cơ

3.2.1 Cấu tạo chung động cơ điện Động cơ điện bao gồm 2 thành phần chính là tĩnh và phần quay:

Phần Tĩnh: Phần tĩnh hay còn được gọi là stato, bao gồm lõi thép và dây quấn Lõi thép là trụ hình trụ rỗng, được làm từ tấm thép dày 0,35 - 0,5 mm, có rãnh để đặt dây quấn Dây quấn stato, làm từ đồng hoặc nhôm, được đặt trong rãnh của lõi thép Phần này cũng có vỏ nhôm hoặc gang, bệ cố định với đế, và ổ đỡ đựng trục quay của roto

Phần Quay: Phần quay hay còn gọi là roto, bao gồm lõi thép, dây quấn và trục máy Lõi thép có hình trụ đặc, được làm từ tấm thép kỹ thuật điện, liên kết với trục quay và đặt vào hai ổ trục của stato Dây quấn roto có hai loại: roto lồng sóc và roto dây quấn

Khi cuộn dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện thì xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor Nguyên lý cơ bản mà các động cơ điện từ dựa vào là có một lực Lorentz xuất hiện trên một cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm trong một từ trường và nó vuông góc với cả cuộn dây cũng như từ trường

3.2.3 Đặc tính đầu ra của động cơ trên ô tô điện

Hiệu suất của xe điện (EV) bao gồm khả năng tăng tốc, được đánh giá thông qua thời gian cần thiết để phương tiện tăng tốc từ tốc độ bằng không đến một tốc độ cụ thể (hiệu suất khởi động), hoặc từ một tốc độ thấp lên đến một tốc độ cao cụ thể (khả năng vượt), khả năng leo dốc được đánh giá thông qua độ dốc lớn nhất mà phương tiện có thể vượt qua ở một tốc độ cụ thể, và tốc độ tối đa mà phương tiện có thể đạt được Trong ô tô điện chỉ có động cơ truyền động cung cấp moment xoắn cho bánh xe Do đó, hiệu suất của phương tiện hoàn toàn phụ thuộc vào đặc tính moment xoắn-tốc độ hoặc đặc tính công suất-tốc độ của động cơ Một phương tiện, để đáp ứng yêu cầu vận hành như khả năng tăng tốc ban đầu và khả năng leo dốc với công suất tối thiểu như đã đề cập ở trên, cần thực hiện toàn bộ quá trình vận hành trong chế độ công suất không đổi Tuy nhiên, việc hoạt động toàn bộ trong chế độ công suất không

22 đổi không khả thi cho bất kỳ phương tiện thực tế nào Đối với ô tô điện, các đặc tính đầu ra mong muốn của động cơ điện được minh họa trong hình dưới đây

Hình 3.11 Đặc tính động cơ điện trên ô tô

Có thể quan sát rằng động cơ điện của EVs được kỳ vọng có khả năng cung cấp moment xoắn cao ở tốc độ thấp để khởi động và tăng tốc, cũng như có công suất cao ở tốc độ cao để điều hành Đồng thời, phạm vi tốc độ ở chế độ công suất không đổi càng rộng càng tốt Lí tưởng nhất, việc loại bỏ khu vực moment xoắn không đổi sẽ cung cấp công suất định mức tối thiểu của động cơ, nhưng điều này không khả thi về mặt vật lý Đối với các động cơ điện thông thường trong các ứng dụng công nghiệp, hiệu suất đầu ra của chúng được thể hiện trong hình dưới

Hình 3.12 Đặc tính động cơ dùng trong công nghiệp Ở chế độ hoạt động bình thường, động cơ điện có thể cung cấp moment xoắn định mức không đổi đến tốc độ cơ bản hoặc định mức của nó Ở tốc độ này, động cơ đạt đến giới hạn công suất định mức của nó Hoạt động vượt quá tốc độ cơ bản lên đến tốc độ tối đa bị hạn chế trong khu vực công suất không đổi này Phạm vi của hoạt động công suất không đổi phụ thuộc chủ yếu vào loại động cơ cụ thể và cách điều khiển của nó Tuy nhiên, một số động cơ điện có thể chệch hướng khỏi chế độ hoạt động công suất không đổi, vượt qua một số tốc độ nhất định và vào chế độ tự nhiên trước khi đạt tới tốc độ tối đa.Moment xoắn tối đa ở chế độ hoạt động bình thường giảm theo tỉ lệ nghịch bình phương với tốc độ Mặc dù moment giảm theo nghịch đảo bình phương của tốc độ, nhưng đối với một số động cơ có tốc độ cao,chế độ bình thường này vẫn chiếm một phần đáng kể trong biểu đồ công suất-tốc độ Việc hoạt động ở chế độ bình thưởng của động cơ có thể dẫn tới việc yêu cầu công suất giảm Đối với hệ thống động lực gián tiếp, yêu cầu về tốc độ động cơ tối đa phụ thuộc vào tốc độ tối đa của xe, bán kính bánh xe và tỷ số truyền Tuy nhiên, đối với hệ thống lái xe trực tiếp, yêu cầu về tốc độ động cơ tối đa chỉ phụ thuộc vào hai tham số đầu tiên

Do đó, từ đặc tính đầu ra của động cơ cho xe điện, có thể rút ra những kết quả sau:

- Yêu cầu công suất (công suất định mức) cho hiệu suất tăng tốc giảm khi tỷ lệ vùng công suất không đổi tăng lên

- Ngược lại, yêu cầu moment xoắn (moment xoắn định mức) cho tăng tốc tăng lên khi tỷ lệ vùng công suất không đổi tăng lên Điều này dẫn đến kích thước và thể tích động cơ lớn hơn

- Hiệu suất vượt (thời gian và khoảng cách vượt) giảm đáng kể khi tỷ lệ vùng công suất không đổi tăng lên

- Tốc độ tối đa của động cơ có ảnh hưởng đáng kể đến moment xoắn yêu cầu của động cơ Động cơ tốc độ thấp với vùng công suất không đổi lớn có moment xoắn trục định mức cao hơn nhiều Do đó, chúng cần nhiều sắt và đồng hơn để hỗ trợ lưu lượng và moment xoắn cao này

- Khi công suất động cơ giảm, moment xoắn yêu cầu tăng lên Do đó, mặc dù yêu cầu công suất của bộ chuyển đổi sẽ giảm khi mở rộng phạm vi công suất không đổi, kích thước, khối lượng và chi phí của động cơ sẽ tăng

- Tăng tốc độ tối đa của động cơ có thể giảm kích thước động cơ bằng cách cho phép hệ thống truyền động tăng moment xoắn trục Tuy nhiên, tốc độ tối đa của động cơ không thể tăng vô hạn mà không gây thêm chi phí và yêu cầu truyền động Do đó, có nhiều xung đột cấp hệ thống khi mở rộng phạm vi công suất không đổi

3.2.4 Yêu cầu về động cơ cho ô tô điện

Trong cấu trúc truyền động của xe điện, nhiệm vụ chủ yếu của động cơ điện là cung cấp năng lượng cho hệ thống truyền động Tùy thuộc vào điều kiện vận hành và đặc điểm riêng của từng loại hệ thống truyền động, sẽ có những yêu cầu cụ thể đối với động cơ điện Để đảm bảo hiệu suất và ổn định cao của hệ thống truyền động điện trên ô tô, sự tương ứng giữa động cơ điện và hệ thống truyền động là quan trọng Việc chọn lựa động cơ phải đáp ứng

25 một cách tối ưu các yêu cầu của cơ cấu truyền động không chỉ mang tính kỹ thuật mà còn ảnh hưởng đến mặt kinh tế

Do đó, quá trình phân tích để lựa chọn một động cơ điện phù hợp đòi hỏi sự xem xét chi tiết về các đặc điểm kỹ thuật và kinh tế Điều này đảm bảo rằng động cơ sẽ hoạt động hiệu quả trong điều kiện kinh tế, hạ tầng và môi trường hiện tại của nước ta.Trên thực tế, ngành công nghiệp ô tô vẫn đang tìm kiếm động cơ lái xe phù hợp nhất cho ô tô điện hoặc ô tô hybrid (HEV) Do đó, việc lựa chọn động cơ điện phù hợp nhất cho một ô tô điện là một vấn đề thách thức Động cơ truyền động cho ô tô điện đặt ra những tiêu chuẩn đặc biệt, khác biệt so với các động cơ sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp Tổng quát, loại động cơ này đòi hỏi những điều kiện cụ thể được phân tích như sau: a) Về mặt kỹ thuật

- Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ gọn, và mật độ công suất cao: Động cơ truyền động của ô tô điện thường có công suất từ khoảng 30 kW đến 100 kW trở lên Với công suất này, sử dụng động cơ thông thường trong ngành công nghiệp sẽ dẫn đến trọng lượng động cơ lớn, tăng tự trọng của xe và làm giảm hiệu suất năng lượng, điều này có thể làm giảm quãng đường di chuyển mỗi lần sạc (một thước đo quan trọng đối với ô tô điện)

- Phạm vi tốc độ rộng bao gồm momen xoắn không đổi và vùng công suất không đổi

Xe ô tô thông thường phải có khả năng di chuyển từ 0 đến khoảng 150 km/h, yêu cầu động cơ hoạt động trong một dải tốc độ rộng

- Momen xoắn cao ở tốc độ thấp để khởi động và leo dốc, cũng như công suất cao ở tốc độ cao để vận hành:

Khi ô tô khởi động và di chuyển ở tốc độ thấp, mômen xoắn cần phải lớn, trong khi khi xe chạy ở tốc độ cao, mômen xoắn có thể giảm Động cơ điện thường có hai vùng hoạt động:

• Vùng I: Dưới tốc độ cơ bản (vùng mômen không đổi)

Pin xe điện

Pin điện là thiết bị lưu trữ và chuyển đổi năng lượng điện hóa thành điện năng Pin được sử dụng rộng rãi trong ô tô là các loại pin thứ cấp, pin thứ cấp là pin có thể sạc và xả nhiều lần Ví dụ về pin thứ cấp như pin Axit chì (PbA), pin Niken bao gồm pin Niken Cadmi, pin hydrua kim loại Niken (NiMH) và pin Lithium-ion (Li-ion) Tất cả các dòng pin này đều từng được các nhà sản xuất sử dụng làm nguồn lưu trữ năng lượng điện cho sản phẩm xe điện

Loại pin còn lại là pin sơ cấp, đây là loại pin xài 1 lần Ví dụ về loại pin sơ cấp này là pin kềm – mangan Mỗi một đơn vị pin của những loại pin khác nhau có mức điện áp và mật độ năng lượng khác nhau

3.3.2 Cấu tạo và hoạt động cơ bản của Cell pin

Cấu tạo của 1 cell pin cơ bản được trình bày ở hình dưới đây Cực dương được làm từ oxit kim loại và cực âm được làm từ kim loại dẫn điện hoặc than chì

Các điện cực được kết nối với các bộ thu điện Bộ cách ly là một màng ngăn mỏng thường làm bằng xốp, nhựa PE và PP dùng để loại bỏ khả năng chập mạch giữa các điện cực và tạo điều kiện cho dòng ion di chuyển Điện áp dương của cell pin ở cực dương và điện áp âm của cell pin sẽ ở cực âm

Hình 3.19 Cấu tạo cở bản của pin Chất điện phân là phần dung dịch lỏng, hóa chất có chứa ion có tác dụng tạo môi trường thuận lợi truyền tải các ion và điện tích giữa các điện cực khi pin hoạt động

Trong quá trình sạc, bộ sạc điện được kết nối giữa các cực bên trong và dòng điện I sẽ chạy từ bộ sạc vào cực dương và ra khỏi cực âm Cùng trong quá trình sạc, các electron (e - ), sẽ chảy ra bên ngoài theo hướng ngược lại với dòng điện I từ cực dương sang cực âm và các ion dương sẽ di chuyển thông qua chất điện phân từ cưc dương qua cực âm

Hình 3.20 Quá trình sạc của pin

Trong quá trình xả, một tải điện ở bên ngoài được kết nối với pin, dòng điện sẽ chạy từ dương qua tải và trở về cực âm Dòng electron (e - ) sẽ chạy ngược lại với dòng điện I từ cực âm về cực dương, và các ion dương sẽ chuyển động từ cực âm qua chất điện phân về cực dương

Hình 3.21 Quá trình xả của pin

3.3.3 Các thông số của pin

Mỗi một Cell pin của những loại pin khác nhau có mức điện áp và mật độ năng lượng khác nhau Tùy thuộc vào mục đích sử dụng pin mà đưa ra các yêu cầu khác nhau về điện áp của pin

Thông thường đối với xe điện, điện áp của các Cell pin rất nhỏ so với điện áp cần thiết để hoạt động của động cơ điện Vì vậy nên người ta đã sắp xếp các Cell pin lại với nhau theo kiểu song song hoặc nối tiếp Khi sắp xếp nối tiếp thành chuỗi thì sẽ tạo ra được điện áp cao hơn và công suất cao hơn vì khi mắc nối tiếp thì điện áp của bộ pin sẽ là tổng điện áp của từng Cell pin Khi các Cell pin được mắc song song thì sẽ cho ra dòng điện điện và công suất cao hơn Năng lượng lưu trữ, tuổi thọ, và điện áp của pin là phụ thuộc vào dòng điện hoặc nguồn điện được lấy ra từ pin Bằng cách thềm vào nhiều Cell pin song song có thể tăng năng lượng, tuổi thọ, và điện áp cho một công suất nhất định

Hình 3.22 Biểu tượng pin, pin mắc nối tiếp, pin mắc song song, pin mắc nối tiếp song song Trong ô tô điện, các loại pin sử dụng thường được sắp xếp theo mô hình song song nối tiếp Vì khi sắp xếp như vậy sẽ giúp tăng lên điện áp, dòng điện, công suất, năng lượng và tuổi thọ bộ pin

3.3.3.2 Dung lượng sạc của pin

Dung lượng của pin được tính bằng Ah thường có ký hiệu là C C ở đây không phải là coulomd mà là kí hiệu dung lượng pin (Capacity) Ví dụ tốc độ xả C3 có nghĩa là dung lượng pin có thể cung cấp trong 3 giờ

Năng lượng riêng là một trong các chỉ số quan trọng để đánh giá 1 dòng pin cụ thể Đây là chỉ số năng lượng mà pin lưu trữ được trên mỗi đơn vị khối lượng (kg) và thường được kí hiệu là Wh/kg Nhờ chỉ số này mà ta có thể ước chừng được khối lượng của bộ pin xe điện dựa trên dung lượng cần thiết và loại pin lựa chọn

Mật độ năng lượng là chỉ số năng lượng mà pin có thể lưu trữ trên một đơn vị thể tích (L) và được kí hiệu là Wh/L Nhờ chỉ số này mà ta có thể ước chừng được kích thước của bộ pin và điều chỉnh để phù hợp với kích thước của xe

Công suất riêng là chỉ số đặc trưng cho khả năng cung cấp năng lượng trên một đơn vị khối lượng (kg) của pin và được kí hiệu là W/kg Tuy nhiên, công suất riêng của pin không phụ thuộc nhiều vào bộ pin mà phụ thuộc vào tải nó đang cung cấp tiêu hao như thế nào

Năng lượng lưu trữ là lượng năng lượng mà bộ pin có thể lưu trữ, chỉ số này phụ thuộc vào điện tích và điện áp của pin Trong xe điện thì năng lượng lưu trữ có đơn vị là kWh

Phân tích đánh giá các loại pin Lithium ion khác nhau

3.4.1 Lithi Coban Oxit ( LiCoO 2 ) – LCO

LCO có cực dương làm từ Oxit Liti Coban (LiCoO2) và cực âm làm từ than chì C6 Li + được tách ra từ cực dương Lithium Coban Oxit và cực dương này được làm với cấu trúc phân lớp có Li xen kẽ trong các lớp CoO2

Hình 3.26 Quá trình xả của pin Lithium ion Dưới dây là sơ đồ đánh giá ở các tiêu chí khác nhau ở pin LCO

Hình 3.27 Sơ đồ đánh giá các tiêu chí của LCO

Dựa vào sơ đồ đánh giá về các tiêu chí của pin LCO ta có thể thấy:

• Ưu điểm: LCO có được năng lượng riêng cao, điều này giúp cho nó có thể duy trì năng lượng cung cấp trong thời gian dài cho thiết bị điện tử Bên cạnh đó, giá cả của loại pin này cũng được xếp vào mức trung bình Tiêu chí này là một trong nhũng lí do nhà sản xuất có thể nghĩ đến nếu lựa chọn loại pin để sản xuất

• Nhược điểm: Đối nghịch với khả năng lưu trữ năng lượng cao của mình, các mặt khác của LCO không được đánh giá cao khi các tiêu chí về độ an toàn, công suất riêng, tuổi thọ và hiệu suất của loại pin này chi chỉ ở mức trung bình và thấp Điều này thể hiện rất rõ ràng loại pin này không phải là ưu tiên hàng đầu có các hãng xe điện khi lựa chọn loại pin để sử dụng làm nguồn cung cấp năng lượng chính cho sản phẩm của mình

Thông số của LCO Điện áp Năng lượng riêng Tuổi thọ Độ an toàn Giá cả Hiệu suất

Rất cao Trung bình Thấp cao Trung bình

3.7V 150-200Wh/kg 500-1000 vòng Bảng 3 5 Thông số của pin LCO

3.4.2 Pin Lithium Mangan Oxit ( LiMn 2 O 4 ) – LMO Đây là loại Pin Li ion có cực dương là 1 hợp chất oxit mangan lithium Hợp chất LiMn2O4 này có cấu trúc 3 chiều thay vì phân lớp giống như LCO Cấu trúc này giúp cho các Ion dương ( Li + ) di chuyển tốt hơn và giảm điện trở trong của pin, từ đó góp phần làm giảm đi thời gian sạc của pin và nâng cao dòng điện đầu ra của pin

Hình 3.28 Cấu trúc 3 chiều của LiMn2O4 Dưới dây là sơ đồ đánh giá ở các tiêu chí khác nhau ở pin LMO

Hình 3.29 Sơ đồ đánh giá các tiêu chí của LMO Dựa vào sơ đồ đánh giá về các tiêu chí của pin LMO ta có thể thấy:

• Ưu điểm: pin LMO có năng lượng riêng ở mức trung bình Mặc dù không cao như LCO nhưng vẫn được xếp là cao Bên cạnh đó, các chỉ số về độ an toàn, công suất của LMO vượt trội hơn so với LCO mặc dù giá của cả 2 loại được xếp vào mức gần nhau

• Nhược điểm: Mặc dù các chỉ số của LMO được đánh giá là cân bằng và vượt trội hơn so với LCO một chút nhưng tuổi thọ của loại pin này cũng tương đối thấp Thêm vào đó thì hiệu suất của loại pin này cũng không được đánh giá cao, chỉ nằm ở mức trung bình thấp

Nhờ thay bế bằng những vật liệu làm cực dương khác mà loại pin này có thể cân bằng thêm về công suất và độ an toàn Tuy nhiên, với chỉ số vòng đời thấp hơn như vậy nhưng mà giá cả thì không rẻ hơn rất khó để các nhà sản xuất ô tô điện ưu tiên sử dụng loại vật liệu này làm thiết bị lưu trữ năng lượng chính trên xe

Thông số của LMO: Điện áp Năng lượng riêng Tuổi thọ Độ an toàn Giá cả

Trung bình Trung bình 3.7V 100-150 Wh/kg 700 vòng

Bảng 3.6 Thông số của pin LMO

3.4.3 Pin Lithium sắt photphat (LiFePO 4 ) – LFP

Hình 3.30 Cấu trúc Nano của LiFePO4

Bên cạnh đó, loại pin này còn có nhiều ưu điểm khác so với các loại pin khác như là khả năng giữ được điện áp cao ở thời gian dài, dòng điện định mức cao, khả năng ổn định nhiệt độ cao, nó có khả năng chịu mọi điều kiện sạc và hơn hết là tuổi thọ của loại pin này cũng rất cao 1 điều nữa góp phần giúp cho loại pin này được nhà sản xuất ưu tiên sử dụng là các vật liệu cần thiết để sản xuất loại pin này rất dễ tìm do có nguồn tài nguyên phong phú

Hình 3.31 Phân lượng phốt phát và ion trong LFP

Pin LFP là loại pin được sử dụng nhiều trong các loại xe điện hiện nay trên thế giới bởi các đặc tính của nó phần lớn phù hợp với yêu cầu mà nhà sản xuất muốn

Hình 3.32 Sơ đồ đánh giá ở các tiêu chí khác nhau ở pin LFP

• Ưu điểm: Không giống như LCO và LMO, pin LFP có các chỉ số rất tốt Tuổi thọ cao, độ an toàn cao, công suất cao và tốc độ xả cao là những đặc tính giúp cho LFP trở thành sự lựa chọn ưu tiên trong việc trở thành nguồn lưu trữ và cung cấp năng lượng chính cho nền công nghiệp ô tô điện Bên cạnh những điều đó, giá cả của loại pin này được đánh giá ở mức trung bình, và khi kết hợp với tuổi thọ cao của mình nó trở thành một lựa chọn vô cùng tiết kiệm cho khách hàng

• Nhược điểm: Bên cạnh những ưu điểm vượt trội của mình, loại pin này cũng có những nhược điểm như điện áp danh nghĩa thấp (3.2V), từ đó làm cho năng lượng riêng của loại pin này cũng thấp hơn nhiều loại pin Trong trường hợp nhiệt độ làm việc không lý tưởng thì khả năng tự xả của loại pin này cũng cao hơn các loại pin khác

Thông số của LFP Điện áp Năng lượng riêng Tuổi thọ Độ an toàn Giá cả

Trung bình Rất cao Rất cao Trung bình

5000-7000 vòng, có khả năng đạt tới 12000 vòng ở một số Cell Bảng 3 7 Thông số của pin LFP

3.4.4 Lithium Niken Mangan Coban Oxit (LiNiMnCoO 2 ) – NMC

Pin Lithium Niken Mangan Coban Oxit là loại pin có cực dương được làm từ LiNiMnCoO2, đây là một trong những loại pin thành công nhất khi kết hợp được Niken và Mangan, trong đó Niken là kim loại có mật độ năng lượng cao nhưng độ ổn định thấp và Mangan là kim loại có độ ổn định cao nhờ vào cấu trúc 3 chiều của nó nhưng mật độ lại thấp

Bên cạnh đó, Coban là một loại kim loại khá đắt đỏ Nếu dùng nó làm nguyên vật liệu chính để sản xuất pin thì chi phí cho loại pin này sẽ rất cao và không được nhà sản xuất đánh giá cao vì ảnh hưởng đến lợi nhuận rất lớn Với sự kết hợp làm hợp chất cực dương thiên về Niken với tỉ lệ 60% là Niken và 20% là Mangan và Coban

Hình 3.33 Phân lượng Niken, Mangan và Coban trong pin NMC Dưới đây là sơ đồ đánh giá ở các tiêu chí khác nhau ở pin NMC

Hình 3.34 Sơ đồ đánh giá ở các tiêu chí của NMC

• Ưu điểm: đây là loại pin có mật độ năng lượng rất cao, điều này có nghĩa là loại pin này có khả năng lưu trữ cao mà khối lượng lại không quá nặng, nếu được sử dụng trong ô tô điện thì nó sẽ góp phần rất lớn làm giảm đi trọng lượng của xe điện Bên cạnh đó, các chỉ số khác của loại pin này như độ an toàn, công suất, hiệu suất, tuổi thọ mặc dù không được đánh

54 giá rất cao nhưng vẫn rất ấn tượng và đều nằm ở mức trung bình khá Kết hợp với giá cả không quá đắt làm cho loại pin NMC này trở thành một trong những loại pin được ưu tiên làm nguồn lưu trữ và cung cấp năng lượng cho xe điện

• Nhược điểm: điện áp của loại pin này hơi thấp nên bị ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của thiết bị, phương tiện

Hình 3.35 Pin NMC được sử dụng trên ô tô điện của hãng Tesla Thông số pin NMC: Điện áp Năng lượng riêng Tuổi thọ Độ an toàn Giá cả

Cao Trung bình Trung bình Trung bình 3.6-3.7 150-220 Wh/kg 1000-2000

Bảng 3.8 Thông số của pin NMC

Pin thể rắn

Pin thể rắn là pin trạng thái rắn, đây là loại pin được coi là tương lai của các ngành công nghiệp ô tô điện Bởi các tính năng và chỉ số vượt trội hơn rất nhiều so với loại pin đang được sử dụng hiện nay là pin Lithium ion (li-ion) Pin thể rắn là loại pin có cấu tạo gồm 2 cực và chất điện phân như các loại pin khác Tuy nhiên, sự khác biệt của loại pin này là chất điện phân của nó ở trạng thái rắn trong khi các loại pin khác thì chất điện phân ở trạng thái lỏng hoặc gel

Pin thể rắn được đánh giá có mật độ năng lượng cao hơn pin Lithium ion, từ đó có thể suy ra pin thể rắn có khối lượng nhẹ hơn các loại pin khác trong trường hợp 2 loại pin cùng dung lượng, và sẽ có thể cung cấp nhiều năng lượng điện hơn nếu 2 loại pin khối lượng Nhờ vào điểm nổi trội này nên pin thể rắn được đánh giá là tương lai của nên công nghiệp ô tô điện

Nhờ vào đặc điểm chất điện phân được làm ở trạng thái rắn, thể tích cần thiết để cung cấp cho chất điện phân được giảm và tăng lên mật độ năng lượng Giúp cho kích thước của pin thể rắn chiếm ưu thế hơn so với các loại pin khác

Hình 3.40 Mô phỏng cấu tạo của pin thể rắn

Tuy nhiên pin thể rắn chỉ được gọi là tương lai của ô tô điện là bởi vì nó có nhiều vấn đề khó khăn khác cần được giải quyết, ví dụ là khả năng sản xuất lớn, bởi vì đây là loại pin có công nghệ mới nên việc sản xuất loại pin này chưa có đủ công nghệ để làm để sản xuất ra một số lượng lớn.

Lựa chọn loại pin cho xe được thiết kế

3.6.1 Yêu cầu về đặc tính của pin

Ngày nay hầu hết các nhà sản xuất xe điện đều lựa chọn pin Lithium ion để làm thiết bị lưu trữ và cung cấp năng lượng cho sản phẩm của mình Bởi các thông số vượt trội của pin lithium ion có thể mang lại: mật độ năng lượng cao, tuổi thọ kéo dài, dộ an toàn cao Đây là những điều mà các dòng xe điện mong muốn có được ở thiết bị cung cấp năng lượng của mình

Theo như tìm hiểu, hiện nay các dòng pin Lithium ion được sử dụng nhiều nhất là LFP, NMC, NCA và LTO Mỗi loại pin đều mang trong mình những đặc tính vượt trội hơn so với các loại pin khác Tuy nhiên, khi so sánh với nhau thì chúng sẽ có những mặt ưu điểm và khuyết điểm khác nhau Từ đó dựa vào yêu cầu mà nhà sản xuất mong muốn đối với sản phẩm của mình mà đưa ra lựa chọn được loại phù hợp nhất

Và đối với loại xe mà đề tài đang tính toán thì loại pin mong muốn phải có các yêu cầu sau đây:

• Chi phí rẻ: với mục đích thiết kế, sản xuất xe điện cho khách hàng ở phân cấp bình dân thì chi phí rẻ là một trong những ưu tiên hàng đầu

• Tuổi thọ cao: tuổi thọ của bộ pin cao sẽ góp phần giảm đi chi phí thay thế, sửa chữa và bão dưỡng

• Độ an toàn cao: xe điện là phương điện để con người di chuyển, khi độ an toàn của sản phẩm được nâng cao thì khách hàng sẽ tin tưởng lựa chọn sản phẩm bởi vì an toàn là của khách hàng

• Mật độ năng lượng cao: mật độ năng lượng của pin cao giúp cho nhà sản xuất giảm bớt được trọng lượng của xe điện, nâng cao hiệu suất làm việc của xe hơn

• Công suất cao: Bộ pin có công suất càng cao thì khả năng cung cấp năng lượng cho động cơ càng tốt và xe hoạt động tốt hơn

Dựa theo những yêu cầu mà đề tài đặt ra và dựa vào bảng so sánh các loại pin thì pin Lithium ion photphat (LFP) là loại pin được lựa chọn cho sản phẩm xe điện này

Với giá rẻ hơn, độ an toàn cao và tuổi thọ vượt trội (3000-7000 vòng, khi cực đại có thể đạt tới 12000 vòng/cell) so với các dòng Lithium ion khác thì đây là những lí do để lựa chọn LFP làm thiết bị lưu trữ năng lượng cho loại xe được thiết kế này Mặc dù LFP có mật độ năng lượng không cao nhưng nó là một trong những dòng pin của pin Lithium ion Tuy nó không cao so với các dòng khác nhưng nó cao hơn các loại pin khác Với mục đích thiết kế xe điện sử dụng lâu dài, tiết kiệm chi phí thì LFP là một lựa chọn hợp lí nhất

TÍNH TOÁN, XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC XE ĐIỆN

Tính chọn công suất động cơ điện

4.1.1 Các lực tác dụng lên xe

Các thông số và yêu cầu được đặt ra cho xe:

Chiều dài cơ sở 2700 mm

Khối lượng không tải 1500 kg

Khoảng cách chạy mỗi lần sạc đầy pin >400 km Độ dốc tối đa 20 ◦

Tốc độ cần thiết đạt được 120 km/h

Có thể chạy ở điều kiện được đặt ra 75km/h lên dốc 12 ◦ toàn tải

Bảng 4.1 Thông số và yêu cầu về xe Công suất cần thiết của động cơ điện là công suất để tạo ra lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động của ô tô mà có thể khắc phục được các lực cản trong quá trình chuyển động Trong đó các lực cản bao gồm: lực cản lăn, lực cản leo dốc, lực cản gió (không khí), và lực cản quán tính

Hình 4.1 Sơ đồ các lực tác dụng lên xe Ở trường hợp tổng quát, ta có phương trình lực kéo:

Fk = Ff + Fi + Fw + Fj

Fk : lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động

Fi : lực cản lên dốc

Fw : lực cản gió (không khí)

Fj : lực cản quán tính

Ta bắt đầu tính từng lực:

* Trong đó: f : hệ số cản lăn ( đối với đường nhựa tốt f: 0.015 – 0.018 Ta chọn f=0.018)

1500) G: trọng lượng toàn bộ của ô tô α : góc dốc của mặt đường ( α : 12 ○ )

• Lực cản gió (không khí) :

Cx : hệ số cản không khí ( đối với loại xe du lịch xe thường: Cx: 0.35-0.5 chọn Cx = 0.4

G: trọng lượng toàn bộ của ô tô α : góc dốc của mặt đường

Lực cản quán tính là lực cản khi xe chuyển động không ổn định, lực quán tính gồm 2 loại là lực quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay Tuy nhiên lực cản quán tính của chuyển động quay rất nhỏ, bằng khoảng 0.05 quán tính tịnh tiến nên ta có thể coi lực cản quán tính là lực cản quán tính tịnh tiến

* Trong đó: m: khối lượng của ô tô a: gia tốc tịnh tiến của ô tô

Khi xe tăng tốc, với gia tốc càng lớn thì lực cản để cản lại chuyển động của xe cũng càng lớn và xe cần có công suất đủ lớn để vượt qua lực cản này để xe hoạt động bình thường

Vậy khi xe di chuyển tăng tốc với gia tốc tối đa lên vận tốc tối đa và leo dốc lớn nhất:

F kmax = F fmax + F imax + F wmax + F jmax

Ta có thể thấy đây là trường hợp cực kỳ khắc nghiệt đối với công suất, bởi vì trong thực thế không có chiếc xe nào và cũng không có người điều khiển nào chạy xe trong trường hợp tất cả các yếu tố ngăn cản chuyển động của ô tô đều đạt cực đại cả Ta cần xem xét là các trường hợp có thể xảy ra đối với khả năng người điều khiển sẽ chạy xe như thế nào Ví dụ như chạy với vận tốc vừa hoặc nhỏ lên dốc, chạy tốc độ nhanh trên đường phẳng hoặc dốc có góc nhỏ

4.1.2 Tính, chọn công suất cho động cơ Để thiết kế xe có công suất hợp lí nhất, ta sẽ tính công suất trong nhiều trường hợp khác nhau để chọn được công suất cực đại hợp lí nhất cho động cơ ô tô thiết kế

Trường hợp 1: Xe chạy với tốc độ 120km/h toàn tải trên đường phẳng ( Fj = 0, Fi = 0 ) → Fk = Ff + Fw

Ta có công suất Pk = Fk*v

3.6) = 40.93(kW) Trường hợp này ta cho xe chạy được ở vận tốc 120km/h hoàn toàn không phải 120 km/h là tốc độ tối đa của xe Lí do để xe chạy được 120km/h là vì 120km/h là tốc độ tối đa mà ô tô ở Việt Nam được phép chạy

Trường hợp 2: xe chạy với vận tốc 75km/h, toàn tải, lên dốc 12 ◦ (Fj = 0 )

Ta có công suất Pk = Fk*v

Ta chọn trường hợp 2 là 75km/h và α = 12 ◦ có lí do là thường dốc ở đường giao thông ở Việt Nam là các cây cầu và đường dốc đèo, và theo luật giao thông ở Việt Nam thì tốc độ cho phép chạy khi lên cầu ở Việt Nam thì 60km/h và 80km/h là tốc độ cho phép tối đa khi lên cầu (tùy vào từng cây cầu khác nhau) Nên thiết kế xe với tốc độ leo dốc toàn tải ở vận tốc 75km/h là trường hợp chúng ta tự đặt ra yêu cầu về khả năng làm việc cho xe để xe có thể hoạt động tốt nhất trong các trường hợp đó

Bên cạnh đó thì góc dốc lớn nhất được ghi nhận ở Việt Nam là lần lượt là 11 ◦ và 13 ◦ Nên ta sẽ lấy trung bình là 12 ◦

Theo hai trường hợp được xét thì trường hợp 2 có công suất lớn và cũng là một trường hợp có khả năng xảy ra trong thực tế khi lái xe Và công suất của trường hợp 2 lớn hơn trường hợp 1 nên công suất động cơ chúng ta chọn sẽ để đáp ứng luôn trường hợp chạy xe 1

Theo như được tính toán thì Pk = 90.64 kW là công kéo yêu cầu ở bánh xe

Từ đó ta có thể tính được công suất danh định (công suất thiết kế) của động cơ là:

*Trong đó: ղtl : hiệu suất của hệ thống truyền lực ( hiệu suất truyền lực ở xe du lịch ղ 𝑡𝑙 : 0.85 – 0.9 Tuy nhiên, đây là sử dụng cho xe chạy bằng nhiên liệu Đối với xe điện, hệ thống truyền lực đơn giản hơn nên hiệu suất sẽ cao hơn ta chọn ղ 𝑡𝑙 = 0.93 ) ղdc : hệ số sử dụng công suất của động cơ ( chọn ղdc = 0.95 )

Vậy thì chọn động cơ lắp trên xe ứng với công suất cực đại yêu cầu Pemax :

Vậy để đảm bảo cho xe đạt được các thông số thiết kế thì chúng ta chọn động cơ điện có công suất tổng là Pemax = 120 kW

Hiện nay, trên thế giới, ô tô điện thường sử dụng động cơ điện xoay chiều (AC) với nam châm vĩnh cửu nằm trong rotor, và trong một số trường hợp cụ thể, động cơ IPM (Interior Permanent Magnet) được ưa chuộng Cả hai loại động cơ này đều có ưu điểm về hiệu suất, khả năng kiểm soát tốc độ, và hiệu quả năng lượng, làm cho chúng phù hợp cho ứng dụng ô tô điện.Động cơ AC thường được ưa chuộng vì khả năng vận hành hiệu quả ở nhiều dải tốc

68 độ và kích thước nhỏ gọn Các công nghệ tiên tiến như động cơ IPM giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm mức tiêu thụ năng lượng

Sau khi tìm hiểu các loại động cơ điện đang bán trên thị trường chúng tôi quyết định chọn nhà cung cấp đế từ Trung Quốc (công ty SHANGHAI OE INDUSTRIAl ) vì giá cả đáp ứng được yêu cầu và gần nước ta nên sẽ tiết kiệm được chi phí vận chuyển so với các nhà cung cấp đến từ châu âu hay các khu vực khác Động cơ được chọn là động cơ nam châm vĩnh cửu đồng bộ có công suất 120kw có giá 4000$ tương đương khoảng hơn 92 triệu đồng

Hình 4.2 Động cơ được chọn Thông số kĩ thuật động cơ:

Loại Nam Châm vĩnh cửu Đồng Bộ Điện áp 350V

Tốc độ cơ bản/tối đa (rpm) 4000/12000rpm

Công suất định mức/cực đại 60/120kw

Momen xoắn định mức/cực đại (Nm) 143/300Nm

Phương pháp làm mát Làm mát bằng chất lỏng

Bảng 4.2 Thông số của động cơ được chọn

4.1.4 Tính toán tỉ số truyền cho xe:

Do đây là xe điện nên chỉ có tỉ số truyền của hộp số và tỉ số truyền của truyền lực chính: it = ih*io

* Trong đó: it: tỉ số truyền của hệ thống truyền lực ih: tỉ số truyền của hộp số io: tí số truyền của truyền lực chính ( thông thường các xe có io = 4 nên ta chọn io = 4)

Tỉ số truyền của hộp số:

Vì xe điện nên ta chỉ xài hộp số 1 cấp nên itmax=io*ihmax

Ta giả thiết là xe đang chuyển động ổn định (Fj = 0) và chạy với vận tốc nhỏ (Fw = 0)

Từ đó ta có phương trình lực kéo

Ta có: ψmax = fmax + imax = 0.018 + tag(20) = 0.382

Ta chọn góc dốc tối đa là 20 ◦ là vì theo khảo sát ở bên Mỹ thì góc dốc tối đa họ phát hiện ra được có độ dốc lên tới 20 ◦ Và xe chúng ta sản xuất không chỉ có mục tiêu chỉ bán ở trong nước mà còn là bán ra nước ngoài

Tính toán sức kéo của xe điện

4.2.1 Xây dựng đường đặc tính của động cơ Đặc tính của động cơ là đồ thị các đường công suất và momen theo tốc độ động cơ Pe

* Ta có các ký hiệu:

𝜔 𝑏 : Tốc độ góc cơ bản (tại đây công suất động cơ đạt cực đại)

𝜔 𝑒 : Tốc độ góc của động cơ

30 = 1256.637 (rad/s) Tốc độ cơ bản:

Hệ số tỉ lệ tốc độ:

Ta sẽ vẽ đồ thị theo trục hoành là số vòng quay (v/p) nên ta có công thức quy đổi: n = 𝜋∗𝜔 𝑒

Ta có bảng số liệu

STT ω (rad/s) n (v/p) Me (N.m) Pe (kW)

Bảng 4 3 Số liệu xây dựng đường đặc tính của động cơ

Hình 4.3 Đồ thị momen và công suất của động cơ

4.2.2 Xác định vận tốc lớn nhất của xe

Sau khi tính toán và chọn được các thông số về khối lượng và công cơ Ta bắt đầu tính đến vận tốc cực đại (𝑣 𝑚𝑎𝑥 ) mà xe có thể đạt được Xe sẽ đạt được vận tốc cực đại (𝑣 𝑚𝑎𝑥 ) ở điều kiện chạy trên đường bằng (Fi = 0), và khi chạy ở vận tốc cực đại thì sẽ không có lực cản quán tính (Fj = 0) Do đó chỉ còn lực cản không khí và lực cản lăn tác động lúc xe đạt được vận tốc cực đại (𝑣 𝑚𝑎𝑥 )

Ta có công thức lực kéo:

Xe sẽ đạt được vận tốc cực đại khi lực cản và lực kéo cân bằng với nhau

Me (N.m) n (v/p) Đồ thị moment và công suất của động cơ

Với công suất tối đa là 120kW và số vòng quay tối đa động cơ có thể cũng cấp là 12000 v/p Ta sẽ tính tốc độ đối đa mà xe đạt được

Khi tính tốc độ tối đa, ta sẽ xét xe tới tải thấp ( 1 xe, 1 người và không hành lý)

Khối lượng trung bình 1 người là 60kg

→ Tổng khối lượng m trong trường hợp này là: m 60 kg

Giải phương trình với ẩn là vmax ta được: vmax = 177 km/h = 49.17 m/s

4.2.3 Tính toán số vòng quay mà xe sử dụng

Ta có rb là bán kính tính toán ( bán kinh làm việc trung bình ): rb = λ.r○

Trong đó: r○ là bán kính thiết kế của bánh xe λ: hệ số kế đến sự biến dạng của lốp ( λ = 0.93 ÷ 0.935 cho lốp có áp thuất thấp, ta chọn λ 0.933 )

Ta chọn bánh xe có thông số như sau: 215/45R và có đường kính vành bánh xe: 18 inch

Xe đạt được vận tốc lớn nhất khi tỉ số truyền của hộp số là nhỏ nhất (ih =1 truyền thẳng)

4.2.4 Xây dựng đặc tính kéo của xe

Ta có công thức tính lực kéo ở bánh xe chủ động:

Fc = Ff + Fw = f*G + 0.625*Cx*S*𝑣 2 Ở đây hộp số chúng ta có 2 cấp số là truyển thẳng ih = 1 và gài số ih = 1.9615 Ứng với mỗi tỉ số truyền hộp số khác nhau sẽ có lực kéo khác nhau qua từng vận tốc

Công thức tính vận tốc: v = 𝜔 𝑒 ∗𝑟 𝑏𝑥

Từ các công thức ở trên ta vẽ đồ thị lực kéo lực cản của xe:

Ta có bảng số liệu:

STT ω (rad/s) n (v/p) Me Pe v (km/h) Fk (N) Fc (N)

Bảng 4.4 Số liệu xây dựng đặc tính kéo của xe

Hình 4.4 Đồ thị đặc tính lực kéo không gài số

Vận tốc (km/h) Đồ thị cân bằng lực kéo

4.2.5 Xác định vận tốc lớn nhất xe đạt được khi gài số

Khi xe gài số: itmax = ihmax*io = 4*1.9615 = 7.846

Ta dựa vào các công thức tính lực kéo (Fk) và lực cản (Fc) để vẽ đồ thị về đặc tính kéo của xe khi gài số

Ta có bảng số liệu:

STT ω (rad/s) n (v/p) v1 (km/h) Fk1 (N) Fc1 (N)

11 655.6 6263.7 90.24 4229.4 764.09 Bảng 4.5 Số liệu xây dựng đặc tính kéo của xe khi gài số

Hình 4.5 Đồ thị đặc tính lực kéo khi gài số

4.2.6 Nhân tố động lực học Để đánh giá chính xác ô tô người ta thường đánh giá đặc tính động lực học của ô tô Bởi vì đặc tính này có các thông số kết cấu cụ thể của xe

Công thức của nhân tô động lực học:

Ta có bảng số liệu:

Vận tốc (km/h) Đồ thị cân bằng lực kéo khi gài số

25 177.01 0.0471 90.243 0.252 0.047 Bảng 4.6 Số liệu xây dựng nhân tố động lực học

Hình 4.6 Đồ thị nhân tố động lực học

4.2.7 Xây dựng đồ thị khả năng tăng tốc của xe

Nếu xe chạy trên đường bằng thì ta có:

Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay:

Vận tốc (km/h) Đồ thị nhân tố động lực học

Do là ô tô điện có các khối lượng chuyển động quay ít hơn (hệ thống truyền động đơn giản hơn) nên 𝛿 𝑖 sẽ giảm nên ta chọn:

Từ công thức nhân tố động lực học:

Ta có bảng giá trị hệ số tính đến ảnh hưởng của các chuyển động quay:

Bảng 4.7 Giá trị hệ số tính đến ảnh hưởng của các chuyển động quay

Bảng giá trị gia tốc với từng vận tốc tại các tay số:

Bảng 4.8 Số liệu xây dựng đồ thị gia tốc

Hình 4.7 Đồ thị gia tốc Xây dựng đồ thị gia tốc ngược:

Vận tốc (km/h) Đồ thị gia tốc

Bảng 4.9 Số liệu xây dựng đồ thị gia tốc ngược

Hình 4.8 Đồ thị gia tốc ngược

Vận tốc (km/h) Đồ thị gia tốc ngược

4.2.8 Tính toán khả năng tăng tốc từ 0-100km/h

Sau khi gài số lực kéo của xe sẽ tăng lên và giúp cho xe có khả năng tăng tốc mạnh hơn Và một trong ba yếu tố đánh giá về một chiếc xe là khả năng tăng tốc và cụ thể là từ 0-

Tại xe được thiết kế sau khi gài số có khả năng tăng tốc tối đa lên đến 90 km/h

Như vậy để tính toán khả năng tăng tốc nhanh nhất của xe từ 0-100km Ta sẽ cho xe tăng tốc từ 0-90km/h ở tay số 1 và từ 90-100km/h ở tay số 2

Ta sẽ lập bảng tính toán trong giả thiết hộp số là hộp số tự động nên thời gian trễ chuyển số sẽ là 0

Công thức tính toán thời gian tăng tốc:

Công thức tính quãng đường tăng tốc:

Ta lập bảng số liệu:

Bảng 4 10 Bảng số liệu thời gian và quãng đường tăng tốc

Hình 4.9 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc

Quãng đường (m) thời gian (s)

Vận tốc (km/h) Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc t S

Tính toán tiêu hao nhiên liệu của xe điện

4.3.1 Tính toán tiêu hao nhiên liệu ở các vận tốc

Tính toàn mức tiêu hao nhiên liệu ( điện năng ) cho ô tô điện là 1 trong những vấn đề rất khó xác định, bởi vì năng lượng tiêu hao của 1 chiếc xe ô tô điện phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, ví dụ như:

Xe đang chạy ở vận tốc bao nhiêu ?

Xe chở bao nhiêu tải ? Xe đang leo dốc hay không ?

Xe đang chạy ở trong điều kiện nhiệt độ thời tiết như thế nào ?

Quá trình lái xe như thế nào? Để tính chính xác được lượng tiêu hao trung bình, người ta thường tính dựa trên các chu trình chạy thực tế được ghi lại Tuy nhiên, xe điện chúng ta tính toán chỉ mới dừng ở mức thiết kế và chưa được sử dụng thực tế nên không thể nào sử dụng chu trình để tính toán chính xác năng lượng tiêu hao trung bình của xe

Do đó, chúng ta chỉ có thể tính toán mức độ tiêu hao năng lượng của xe ở các vận tốc cụ thể ở các điều kiện đường cụ thể

Ta sẽ tính mức năng lượng tiêu hao của xe ở các tốc độ khác nhau khi chạy trên đường thẳng (Fj = 0, Fi = 0)

Ta có phương trình lực kéo:

Tính vào hiệu suất để biết công suất tiêu (Pth) hao cần thiết:

Ví dụ nếu xe chạy với vận tốc 60km/h trong 1h xe sẽ chạy được 60km Sau đó ta tính được lượng tiêu hao nhiên liệu khi chạy với vận tốc 60km/h trong 1h và chia cho 60, ta sẽ có được lượng điện năng tiêu hao cho 1km ở vận tốc nhất định

Vận tốc xe (km/h) Công suất (kW) Điện năng tiêu hao (Wh/km)

Bảng 4.11 Mức tiêu hao năng lượng ở các vận tốc

Từ bảng dữ liệu tính toán ta có thể thấy rằng, với mỗi tốc độ khác nhau thì xe sẽ có các mức tiêu hao năng lượng khác nhau Khi vận tốc càng tăng thì mức độ tiêu hao cũng sẽ tăng

86 lên nhiều Bên cạnh đó, khi xe tăng tốc, phanh, lên dốc hoặc xuống dốc đều ảnh hưởng đến lượng năng lượng tiêu hao

4.3.2 Tính toán và chọn pin có dung lượng cần thiết Để xe đáp ứng được yêu cầu về phạm vi có thể chạy đã đặt ra trước đó, ta cần tính toán dung lượng pin cần thiết của bộ pin lưu trữ năng lượng

Vì không thể tính toán được mức năng lượng tiêu hao trung bình dựa trên các chu trình chạy thực tế do gặp nhiều khó khăn trong tính toán Chúng ta sẽ tìm hiểu, thống kê tốc độ trung bình mà xe ở một khu vực cụ thể để tính toán mức tiêu hao nhiên liệu tượng trưng

Theo thống kê của sở giao thông vận tải, năm 2023 ở trung tâm Tp Hồ Chí Minh vào các ngày trong tuần tốc độ trung bình lưu thông là 33.41-36.29km/h và các ngày cuối tuần là 34.16-37.77km/h

Hình 4.10 Thống kê tốc độ trung bình ở trung tâm Tp Hồ Chí Minh Ở khu vực rìa Thành phố Hồ Chí Minh vào các ngày trong tuần tốc độ trung bình lưu thông là 38.11-46.56km/h và các ngày cuối tuần là 45.85-48.81km/h

Hình 4.11 Thống kê tốc độ trung bình ở quận ngoài Tp Hồ Chí Minh

Theo các thống kê trên, ở trung tâm thành phố với tốc độ trung bình 33.41-37.77km/h thì xe cần tiêu hao lượng năng lượng là: 109.08-113.55 Wh/km

Và ở khu vực rìa với tốc độ trung bình 38.11-48.81 km/h thì xe cần tiêu hao lượng năng lượng là: 113.92-127.32 Wh/km

Tuy nhiên đây chỉ là mức tiêu hao năng lượng ở vận tốc trung bình được thống kê Trên thực tế thì mức tiêu hao năng lượng trung bình của xe sẽ cao hơn do trong quá trình chạy xe thì người điều khiển có thể tăng tốc, lên dốc, dừng đèn đỏ… Tất cả các hành động này đều góp phần tăng lượng năng lượng tiêu hao của xe

Với mục đích thiết kế xe có khả năng chạy với phạm vi hoạt động lớn (> 400km) Với các mức tiêu hao cụ thể đã tính toán, ta sẽ tiến hành tính toán dung lượng pin cần thiết

Với mức tiêu hao năng lượng 127.32 Wh/km, để xe có thể chạy với phạm vi >400 km thì dung lượng pin cần thiết là:

Bên cạnh đó, một chiếc xe không hoàn toàn sử dụng được hết dung lượng tổng của pin mà chỉ sử dụng được khoảng 90-95% tổng dung lượng

Ta chọn dung lượng pin là 60 kWh

Theo luật giao thông ở Việt Nam, các đường cao tốc được thiết kế với các vận tốc 60- 80km/h và 60-120km/h tùy thuộc vào các cao tốc khác nhau

Một trường hợp cụ thể là cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh-Trung Lương (62km) có tốc độ cho phép tối đa là 100km/h và tốc độ trung bình ghi nhận được là ≈70km/h

Vậy khi xe chạy trên cao tốc này với tốc độ trung bình 70km/h thì xe cần tiêu hao 163.6 Wh/km và cần 10.143kWh để chạy hết đoạn cao tốc này

Một trường hợp khác là cao tốc dài nhất Việt Nam, cao tốc Vân Đồn – Móng Cái có chiều dài 99km và được thiết kế tốc độ tối đa được lưu thông là 120km/h Và tốc độ tối đa này được thiết kế đa số dành cho xe ô tô du lịch

Nếu như chạy với các vận tốc cho phép lần lượt lượt là 100 110 và 120km/h trên cao tốc này thì xe sẽ cần tiêu hao lần lượt là: 284.93 Wh/km, 325.23 Wh/km và 369.38 Wh/km và cần 28.2 kWh, 32.2kWh, và 36.57kWh để đi hết đoạn cao tốc này

Vậy với dung lượng đã chọn là 60kWh cho bộ pin LFP thì bộ pin vẫn đủ dung lượng cung cấp cho xe chạy hết trên cao tốc với mức tiêu hao nhiều nhất là 120km/h

Tổng hợp quy trình lựa chọn và tính toán động lực cho ô tô điện

Để lựa chọn một hệ thống động lực phù hợp thì quy trình lựa chọn và tính toán là một vấn đề cần thực hiện đầu tiên nhằm mục đích để quá trình thực hiện được trơn tru hơn

Sau khi thực hiện các nghiên cứu và phân tích ở trên ta bắt đầu tóm tắt lại và đưa ra quy trình thực hiện cụ thể để cho những các nhân hoặc tổ chức có nhu cầu tham khảo sẽ dễ dàng hơn trong việc lựa chọn hệ thống động lực cho ô tô điện mà bản thân mong muốn

• Xác định các yêu cầu về xe: bước này chúng ta sẽ xác định các yêu cầu bản thân mong muốn về chiếc xe như giá thành, khản năng của xe, mục tiêu sử dụng và phạm vi hoạt động…

• Lựa chọn hệ thống truyền lực: dựa vào các nghiên cứu và phân tích về hệ thống truyền lực ở trên và đưa ra lựa chọn

• Tính toán công suất động cơ: Dựa vào các yêu cầu đặt ra về khả năng của xe để tính toán công suất cần thiết cho động cơ của xe

• Lựa chọn động cơ: dựa vào nghiên cứu và phân tích về các loại động cơ mà đưa ra lựa chọn về loại động cơ thích hợp

• Lựa chọn pin: sau khi tính toán về khả năng tiêu thụ của xe và dựa vào các đặc tính về xe theo yêu cầu kết hợp với các nghiên cứu và phân tích về pin ở trên mà đưa ra loại pin phù hợp với yêu cầu