Giáo trình công nghệ xe ô tô điện

d Separation of the plates of a capacitor OR distance traveled: khoảngcách giữa các tụ điện hoặc khoảng di chuyểnDoD Depth of discharge, a ratio changing from 0 fully charged to 1empty

CÔNG NGHỆ XE ĐIỆN

Chữ viết tắt

AC Alternating current : dòng điện xoay chiều

CARB California air resources board: Hội đồng quản trị nguồn tài nguyên

không khí CaliforniaCCGT Combined cycle gas turbine: Tua bin khí chu trình hỗn hợp

CNG Compressed natural gas: khí nén tự nhiên

CPO Catalytic partial oxidation:Xúc tác quá trình oxy hóa không hoàn toànCVT Continuously variable transmission: sự truyền biến đổi liên tục

DC Direct current: dòng điện một chiều

DMFC Direct methanol fuel cell: Pin nhiên liệu methanol

ECCVT Electronically controlled continuous variable transmission: hộp số tựđộng

ECM Electronically commutated motor: Mạch điện tử có động cơ

EMF Electromotive force: Sức điện động

EPA Environmental protection agency: Cơ quan bảo vệ môi trường

EPS Electric power steering: trợ lực lái điện

ETSU Energy technology support unit (a government organisation in theUK): tổ chức hỗ trợ công nghệ năng lượng (một tổ chức chính phủ tại Vương quốcAnh)

EV Electric vehicle: Xe điện

FCV Fuel cell vehicle: Pin nhiên liệu xe

FHDS Federal highway driving schedule: lịch trình đường cao tốc liên bangFUDS Federal urban driving schedule: lịch trình đường đô thị liên bang

GM General Motors: hãng xe GM

GM EV1 General Motors electric vehicle 1: xe điện đời thứ I General MotorsGTO Gate turn off : Cổng tắt

HEV Hybrid electric vehicle: xe lai

HHV Higher heating value: Nhiệt trị cao hơn

IC Internal combustion: Đốt trong

ICE Internal combustion engine: động cơ đốt trong

IEC International Electrotechnical Commission: Uỷ ban Điện tử quốc tếIGBT Insulated gate bipolar transistor: Tranzito lưỡng cực cách điện

kph Kilometres per hour: Kilômét một giờ

LHV Lower heating value: nhiệt trị thấp/ công suất tỏa nhiệt

LH2 Liquid (cryogenic) hydrogen: hydro (đông lạnh) dạng lỏng

LPG Liquid petroleum gas: khí gas hóa lỏng

LSV Low speed vehicle: Xe tốc độ thấp

MeOH Methanol

mph Miles per hour: Dặm / giờ

MEA Membrane electrode assembly: Lắp ráp điện cực màng

MOSFET Metal oxide semiconductor field effect transistor: tranzito hiệu ứngtrường oxit kim loại bán dẫn

NASA National Aeronautics and Space Administration: cơ quan Quản trịhàng không và không gian quốc gia

NiCad Nickel cadmium (battery): pin Niken-camit

NiMH Nickel metal hydride (battery): ắc quy Nike-kim loại hydrua

NL Normal litre, 1 litre at NTP: lít chuẩn, 1 lít ở NTP

NTP Normal temperature and pressure (200C and 1 atm or 1.01325 bar):nhiệt độ và áp suất chuẩn ( ở 200C và 1 atm hay 1.01325 bar)

NOX Nitrous oxides: oxit Nitơ

OCV Open circuit voltage: điện áp hở mạch

PEM Proton exchange membrane or polymer electrolyte membrane:different names for the same thing which fortunately have the same abbreviationMàng trao đổi proton hoặc màng điện phân polymer: các tên khác nhau cho cùngmột điều mà chúng có cùng một chữ viết tắt

PEMFC Proton exchange membrane fuel cell or polymer electrolyte membranefuel cell: pin nhiên liệu kiểu màng trao đổi proton hoặc pin nhiên liệu kiểu màngđiện polymer

PM Permanent magnet or particulate matter: nam châm vĩnh cửu hoặc vậtchất dạng hạt

POX Partial oxidation Quá trình oxy hóa không hoàn toàn

ppb Parts per billion: Phần tỷ

ppm Parts per million: Phần triệu

PROX Preferential oxidation: quá trình oxy hóa ưu tiên

PWM Pulse width modulation: sự điều biến độ rộng xung

PZEV Partial zero emission vehicle Một phần không khí thải

SAE Society of Automotive Engineers: Hiệp hội kỹ sư ô tô

SFUDS Simplified federal urban driving schedule Đơn giản hóa lịch lái xe đôthị liên bang

SL Standard litre, 1 litre at STP: lít tiêu chuẩn, 1 lít ở STP

SOFC Solid oxide fuel cell: Pin nhiên liệu oxit rắn

SRM Switched reluctance motor

STP Standard temperature and pressure (= SRS): Nhiệt độ và áp suất tiêuchuẩn (= SRS)

SULEV Super ultra low emission vehicles: siêu xe có khí thải cực thấp

TEM Transmission electron microscope: Kính hiển vi điện tử truyền quaULEV Ultra low emission vehicle: xe có khí thải cực thấp

VOC Volatile organic compounds: Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

VRLA Valve regulated (sealed) lead acid (battery): Valve điều chỉnh (đóngkín) chì axit (ắc quy)

WTT Well to tank: khoang để bình

WTW Well to wheel: khoang để bánh xe

WOT Wide open throttle: Mở rộng bướm ga

ZEBRA Zero emissions battery research association: hiệp hội nghiên cứu pinkhông phát khí thải

ZEV Zero emission vehicle: khí thải bằng không

Ký hiệu

Các kí tự được sử dụng để biểu trưng cho các biến, chẳng hạn như khối lượng, vàcũng như là biểu tượng hóa học trong phương trình hóa học Có sự phân biệt rõràng trong từng bối cảnh, nhưng thường là sử dụng cho các biến, và văn bản thông

thường cho các ký hiệu hóa học, do đó, H là viết tắt cho entanpy, trong khi đó H là

viết tắt của hydro Trong trường hợp một kí tự có thể biểu trưng cho hai hoặc nhiềubiến, bối cảnh phải luôn luôn rõ ràng

a Acceleration: gia tốc

A Area: Diện tích

B Magnetic field strength: Cường độ từ trường

Cd Drag coefficient Hệ số cản/kéo

C Amphour capacity of a battery OR capacitance of a capacitor: điệnnăng của một pin hoặc điện dung của một tụ điện

C3 Amphour capacity of a battery if discharged in 3 hours, the ‘3 hourrate’: công suất của pin nếu thải ra trong 3 giờ, ‘suất 3 giờ’

C p Peukert capacity of a battery, the same as the Amphour capacity ifdischarged at a current of 1 Amp Peukert: công suất của pin, giống như năng lượngtạo ra từ dòng điện có cường độ 1Ampe

CR Charge removed from a battery, usually in Amphours: Sạc xả pin,thường là trong Amphours

CS Charge supplied to a battery, usually in Amphours: sạc cung cấp chopin, thường là trong Amphours

d Separation of the plates of a capacitor OR distance traveled: khoảngcách giữa các tụ điện hoặc khoảng di chuyển

DoD Depth of discharge, a ratio changing from 0 (fully charged) to 1(empty): hệ số sạc, một tỷ số thay đổi từ 0 (sạc đầy) tới 1 (trống)

E Energy, or Young’s modulus, or EMF (voltage) Năng lượng, hoặcmôđun Yong, hoặc EMF (điện áp)

Eb Back EMF (voltage) of an electric motor in motion: Back EMF (điệnáp) của một động cơ điện trong chuyển động

Es Supplied EMF (voltage) to an electric motor: Cung cấp EMF (điện áp)cho một động cơ điện

e Magnitude of the charge on one electron, 1.602 × 10−19 Coulombs: độlớn của 1 điện tử, 1,602 × 10-19 Coulombs

f Frequency: Tần số, tần suất

F Force or Faraday constant, the charge on one mole of electrons, 96

485 Coulombs: Lực hoặc hắng số Faraday, điện tích của 1 mol phân tử , 96485Coulombs

F rr Force needed to overcome the rolling resistance of a vehicle: Lực cầncung cấp để vượt qua những lực cản lăn của xe

F ad Force needed to overcome the wind resistance on a vehicle: Lực cầncung cấp để vượt qua lực cản gió trên một chiếc xe

F la Force needed to give linear acceleration to a vehicle: Lực cần thiết đểcung cấp cho gia tốc tuyến tính để xe tăng tốc

F hc Force needed to overcome the gravitational force of a vehicle down ahill: Lực cần cung cấp để thắng lực hấp dẫn khi xe xuống một ngọn đồi

F ωaa Force at the wheel needed to give rotational acceleration to the

rotating parts of a vehicle: Lực tại bánh xe cần để cung cấp cho gia tốc quay vớicác bộ phận quay của một chiếc xe

F te Tractive effort, the forward driving force on the wheels: lực kéo, lựcdẫn động các bánh xe trước

g Acceleration due to gravity: gia tốc trọng trường

G Gear ratio OR rigidity modulus OR Gibbs free energy (negative

thermodynamic potential): tỉ số truyền hoặc hệ số cứng hoặc tỷ lệ năng lượng tự doGibbs (thế nhiệt động âm)

I Current, OR moment of inertia, OR second moment of area, thecontext makes it clear: cường độ dòng điện, hoặc mômen quán tính, hoặc mô menthứ hai của khu vực, thuộc tính làm rõ ràng

I m Motor current: cường độ dòng điện của động cơ

J Polar second moment of area: mô men cực thứ hai

k c Copper losses coefficient for an electric motor: hệ số tổn hao đồngcho một động cơ điện

k i Iron losses coefficient for an electric motor: hệ số tổn hao kim loại sắt

trong một động cơ điện

k w Windage losses coefficient for an electric motor: hệ số tổn hao do quạtgió trong động cơ điện

KE Kinetic energy: Động năng

K m Motor constant: Động cơ không đổi

k Peukert coefficient: hệ số Peukert

L Length: Chiều dài

m Mass: khối lượng

m Mass flow rate: Lưu lượng chất

m b Mass of batteries: Khối lượng của pin

N Avogadro’s number, 6.022 × 1023 OR revolutions per second: hằng sốAvogadro hoặc số vòng / giây

n Number of cells in a battery, OR a fuel cell stack, OR the number ofmoles of substance

Số lượng phần tử trong một pin, hoặc một khối pin nhiên liệu, hoặc số mol củachất

P Power OR pressure: Công suất hoặc áp lực

P adw Power at the wheels needed to overcome the wind resistance on avehicle: Công suất tại các bánh xe cần để vượt qua lực cản gió trên một chiếc xe

P adb Power from the battery needed to overcome the wind resistance

on a vehicle: Năng lượng từ pin cần để vượt qua lực cản gió trên một chiếc xe

P hc Power needed to overcome the gravitational force of a vehicledown a hill: Năng lượng cần thiết để vượt qua lực hấp dẫn của một chiếc xe xuốngmột ngọn đồi

cung cấp cho một động cơ điện

học được cung cấp bởi một động cơ điện

P rr Power needed to overcome the rolling resistance of a vehicle:Năng lượng cần thiết để vượt qua lực cản lăn của xe

P te Power supplied at the wheels of a vehicle: Công suất cung cấptại các bánh xe của một chiếc xe

Q Charge, e.g in a capacitor: Điện lượng,ví dụ: trong một tụ điện

q Sheer stress: độ cong, uốn

R Electrical resistance, OR the molar gas constant 8.314 JK−1mol−1: Điện trở, hoặc các hằng số phân tử khí 8,314 JK-1 mol-1

Ra Armature resistance of a motor or generator: điện trở phần ứngcủa một động cơ hoặc máy phát điện

RL Resistance of a load: điện trở của tải

r Radius, of wheel, axle, OR the rotor of a motor, etc Bán kính,các bánh xe, trục, hoặc các cánh quạt của một động cơ, v.v

r i , r o Inner and outer radius of a hollow tube: bán kính trong và ngoàicủa 1 trụ rỗng

SE Specific energy: Năng lượng riêng

T Temperature, OR Torque, OR the discharge time of a battery inhours: Nhiệt độ, hoặc Mô men, hoặc thời gian xả pin chỉ trong vài giờ

T1, T2 Temperatures at different stages in a process: Nhiệt độ ở các giai đoạnkhác nhau trong một quy trình

Tf Frictional torque, e.g in an electrical motor: Mô-men quay do

ma sát, ví dụ: trong một động cơ điện

t on , t off On and off times for a chopper circuit: thời gian tắt, mở củamột bộ đảo mạch dòng điện

W Work done: Công việc thực hiện

z Number of electrons transferred in a reaction: Số lượng cácelectron chuyển trong phản ứng một

Φ Total magnetic flux: Tổng số từ thông

σ Bending stress: ứng suất uốn

ε Electrical permittivity: hằng số điện môi

ηc Efficiency of a DC/DC converter: Hiệu suất của một bộ chuyểnđổi DC/DC

ηfc Efficiency of a fuel cell: Hiệu suất của pin

ηm Efficiency of an electric motor: Hiệu suất của một động cơ điện

ηg Efficiency of a gearbox: Hiệu suất truyền của một hộp số

η0 Overall efficiency of a drive system: hiệu suất truyền chung củamột hệ thống dẫn động

θ Angle of deflection or bend: Góc lệch hoặc bẻ cong

λ Stoichiometric ratio: Tỷ lệ cân bằng hóa học

μrr rr Coefficient of rolling resistance: Hệ số cán kháng

ψ Angle of slope or hill: Góc dốc hoặc đồi

ωa Angular velocity: Vận tốc góc

I GIỚI THIỆU

Các cuộc trình diễn đầu tiên của xe điện được thực hiện trong thập niên 1830, và

xe điện thương mại đã có mặt vào cuối thế kỷ 19 Những chiếc xe điện đã bướcvào thế kỷ thứ ba của nó như là một sản phẩm thương mại có sẵn và nó đã được rấtnhiều thành công, nhiều ý tưởng kỹ thuật khác đã đến, tồn tại và đi Tuy nhiên, xeđiện đã không được hưởng những thành công to lớn của động cơ đốt trong (IC)động cơ xe thông thường có phạm vi dài hơn nhiều và rất dễ dàng để tiếp nhiênliệu Hôm nay mối quan tâm về môi trường, đặc biệt là tiếng ồn và khí thải, cùngvới những phát triển mới trong pin và các pin nhiên liệu có thể đưa sự cân bằng trởlại những lợi ích của điện xe Do đó, quan trọng là các nguyên tắc chính trong thiết

kế của xe điện, các công nghệ và môi trường, các vấn đề có liên quan cần đượchiểu rõ

1.1 LỊCH SỬ TÓM TẮT

1.1.1 Những ngày đầu:

Những chiếc xe điện đầu tiên của thập niên 1830 sử dụng pin không thể sạc lại.Nửa thế kỷ đã trôi qua trước khi pin đã phát triển đầy đủ để sử dụng trong thươngmại điện xe Đến cuối thế kỷ 19, với sự sản xuất hàng loạt pin sạc, xe điện đã được

sử dụng khá phổ biến Xe ô tô tư nhân, mặc dù hiếm, đã được trang bị điện, cũngnhư các phương tiện khác như taxi Một taxi điện đã xuất hiện ở New York từ

1901, với Lily Langtree bên cạnh như trong hình 1.1 Thật vậy, nếu thực hiệnđược yêu cầu, những chiếc xe điện được ưa thích hơn động cơ đốt trong hoặc của

họ hỗ trợ các đối thủ Hình 1.2 là chiếc xe đầu tiên đạt tốc độ trên 60mph (dặm mộtgiờ) khi tay đua Bỉ Camille Jenatzy, lái xe chiếc xe điện được gọi là 'La Jamais

Contente ', lập kỷ lục tốc độ mới trên mặt đất 106 km/giờ (65.7mph) Điều nàycũng có nghĩa là chiếc xe đầu tiên vượt quá 100 km / giờ

Hình 1.1 New York Taxi Cab trong khoảng năm 1901, một chiếc xe pin điện (Người phụ nữ trong ảnh Lillie Langtry là, nữ diễn viên, người tình của Vua

Edward VII) ( Ảnh: Bảo tàng quốc gia Motor Beaulieu.)

Vào đầu thế kỷ 20 xe điện phải chú ý đến những đối thủ mạnh trong lĩnh vực vậntải đường bộ trong tương lai Những chiếc xe điện tương đối đáng tin cậy và bắtđầu sử dụng ngay lập tức, trong khi các loại xe động cơ đốt trong được vào thờiđiểm đó không đáng tin cậy, có mùi và cần tay quay để khởi động Các đối thủkhác, chiếc xe động cơ hơi nước, cần lửa và hiệu suất nhiệt của động cơ là tươngđối thấp

Đến năm 1920 hàng trăm ngàn xe điện đã được sản xuất để sử dụng như xe hơi, xetải, taxi, xe giao hàng và xe buýt Tuy nhiên, bất chấp những triển vọng của đầu xeđiện, một khi dầu giá rẻ đã được phổ biến rộng rãi và dùng khởi động cho động cơ

Hình 1.2 Camille Jenatzy của 'La Jamais Contente Xe điện này giữ kỉ lục thế giới

về vận tốc trên mặt đất vào năm 1899, và là chiếc xe đầu tiên vượt quá cả 60mph

và 100 km / giờ

đốt trong (phát minh năm 1911) đã đến, động cơ đốt trong đã chứng minh là mộtlựa chọn hấp dẫn cho các phương tiện cung cấp năng lượng Trớ trêu thay, thịtrường chính cho pin sạc có kể từ khi động cơ đốt trong được bắt đầu

1.1.2 Sự suy giảm tương đối của xe điện sau năm 1910

Những lý do cho sự thành công ngày càng lớn của các loại xe động cơ IC là dễhiểu khi một so sánh cụ thể của năng lượng của nhiên liệu dầu khí và của pin Cụthể năng lượng từ nhiên liệu đối với động cơ IC tuy khác nhau, nhưng vào khoảng

9000 Whkg-1, trong khi năng lượng của pin axít chì là khoảng 30 Whkg-1 Một khihiệu suất của động cơ IC, hộp số và truyền dẫn (thường là khoảng 20%) đối vớimột động cơ xăng theo tính toán, có nghĩa là 1800 Whkg-1 là năng lượng hữu ích(tại các trục hộp số) có thể đạt được Với một động cơ điện có hiệu suất 90% thìchỉ có 27Whkg-1 là năng lượng hữu ích (tại trục động cơ) Để minh họa rõ hơn điềunày, 4.5 lít (tương đương 1 gallon) xăng dầu có khối lượng khoảng 4 kg sẽ cungcấp cho động cơ một chiếc xe một điển hình trong phạm vi 50 km Để lưu trữ cùngmột lượng điện năng hữu ích đòi hỏi một axit chì pin phải có một khối lượngkhoảng 270 kg Để tăng gấp đôi năng lượng lưu trữ và phạm vi của chiếc xe động

cơ xăng thì cần hơn 4,5 lít nhiên liệu, với khối lượng chỉ khoảng 4 kg, trong khilàm như vậy với một chiếc xe pin axít chì yêu cầu cần phải bổ sung một khối lượngcủa pin khoảng 270 kg

Điều này được minh họa trong hình 1.3 Trên thực tế điều này sẽ không tăng gấpđôi phạm vi hoạt động của xe điện, một số lượng đáng kể năng lượng bổ sung là

dùng để tăng tốc và giảm tốc trong 270 kg của pin và thực hiện việc leo dốc Mộtphần năng lượng này có thể được lấy lại thông qua việc tái tạo, một hệ thống nơi

mà động cơ hoạt động như một máy phát điện, phanh các xe và chuyển đổi nănglượng động học của chiếc xe thành năng lượng điện và được lưu trữ về pin, từ đó

nó có thể được tái sử dụng Trong thực tế, khi hiệu suất sự phát điện, điều khiển,lưu trữ pin và đi qua các điện trở lại thông qua động cơ và điều khiển được chiếm

ít hơn một phần ba năng lượng có thể được phục hồi

Kết quả là phanh tái sinh có xu hướng được sử dụng nhiều như một cách phanhthuận tiện xe tải nặng, cái mà xe điện thường dùng, để đạt hiệu quả về năng lượng.Đối với pin axít chì để có năng lượng có ích như của 45 lít (10 gallon) xăng, cần cókhối lượng đáng kinh ngạc của pin là 2,7 tấn

Một vấn đề lớn đặt ra với pin là thời gian cần để sạc chúng Ngay cả khi nguồnđiện đầy đủ thì cần thời gian tối thiểu, thông thường là vài giờ, để sạc lại một pinaxít chì, trong khi 45 lít xăng có thể được đưa vào một chiếc xe trong khoảng mộtphút Thời gian sạc của một số các mới pin đã được giảm xuống một giờ, nhưngđiều này vẫn không là gì so với việc bơm đầy một bình xăng

Tuy nhiên, có một số hạn chế với các loại xe điện này là pin rất đắt, do đó, bất kỳpin điện nào cũng không chỉ giới hạn trong một phạm vi, nhưng như vậy thì nó lạiđắt hơn một chiếc xe động cơ đốt trong có kích thước và kết cấu tương tự

Ví dụ, 2,7 tấn của pin axít chì mà cho cùng một năng lượng có ích như là 45 lít (10gallon Anh) xăng sẽ có giá khoảng £ 8000 ở thời điểm hiện nay Các pin này cũng

có một tuổi thọ hạn chế, khoảng 5 năm, có nghĩa là phải mất thêm một khoảng đầu

tư lớn theo định kì cần để thay mới pin

Đây là những yếu tố giải thích cho ưu thế và sự thống trị của các loại động cơ đốttrong ở phần lớn thế kỷ 20

Kể từ thế kỷ 19 cách khắc phục hạn chế trong việc lưu trữ năng lượng của pin đượctiến hành Việc đầu tiên là cung cấp năng lượng điện qua những đường ray cungcấp, ví dụ tốt nhất là xe buýt chạy điện Nó đã được sử dụng rộng rãi trong thế kỷ

20 và những chiếc xe buýt không gây ồn và không gây ô nhiễm được sử dụng tạicác thị trấn và thành phố Khi xa rời nguồn cung cấp điện, xe buýt có thể tự chạybằng pin của nó Nhược điểm là, tất nhiên, các đường ray cung cấp điện rất đắt tiền

mà cần thiết vì vậy hầu hết các xe điện và xe đẩy có hệ thống xe buýt bị xoá khỏidịch vụ Sử chuyển giao hệ thống quy nạp điện hiện đại có thể khắc phục vấn đềnày.

Thuở đầu phát triển của xe điện , khái niệm xe lai cũng đã được phát triển, trong đómột động cơ đốt trong dẫn động một máy phát điện được sử dụng trong kết hợpvới một hoặc nhiều động cơ điện Đây là những cố gắng trong thế kỷ 20, nhưnggần đây có rất nhiều điều trở lại lúc trước Chiếc xe hybrid là một trong những ýtưởng hứa hẹn sẽ làm thay đổi ảnh hưởng của xe điện Các xe Toyota Prius (nhưtrong hình 1.11) là một xe lai hiện đại, người ta nói, đã tăng gấp đôi số lượng xe ô

tô điện trên các tuyến đường Điều này hứa hẹn tiềm năng đáng kể cho sự pháttriển của các xe lai và ý tưởng về xe lai trong tương lai Ta tiếp tục xem xét điềunày trong mục 1.3.2 dưới đây

1.1.3 Sử dụng xe điện vẫn phổ biến

Mặc dù những vấn đề trên, xe điện vẫn được sử dụng từ đầu thế kỉ 20 Chúng cólợi thế hơn động cơ đốt trong, chủ yếu là không có khí thải thải trực tiếp ra môitrường, và thứ hai là sự yên tĩnh vốn có Điều này làm cho chiếc xe điện trở nên lýtưởng đối với môi trường như một nhà kho, bên trong tòa nhà và trên các sân golf,nơi mà sự ô nhiễm và tiếng ồn không thể tồn tại

Một số ứng dụng của pin điện cho các thiết bị di động cho người già và tàn tật.Thật vậy, ở châu Âu và Hoa Kỳ các loại xe thể hiện trong hình 1.4 là một trongnhững mẫu phổ biến nhất Nó có thể chạy được trên vỉa hè, vào cửa hàng, và trongnhiều tòa nhà Thông thường chúng đủ chạy được khoảng 4 dặm nhưng nếu dàihơn phạm vi cho phép người tàn tật phải tắp vào dọc đường Một chiếc xe củadòng này được thể hiện trong hình 11.2 của chương cuối cùng

Họ cũng giữ lại hiệu quả của họ trong start-stop lái xe, khi một động cơ đốt trongtrở nên không hiệu quả và gây ô nhiễm Điều này làm cho các xe điện trở nên hấpdẫn và được sử dụng làm phương tiện giao hàng như sữa trôi nổi tiếng của Anh Ởmột số nước điều này thật hữu ích bởi một thực tế là để lại một chiếc xe tự độngvới động cơ đang chạy, ví dụ như khi lấy một cái gì đó từ cửa một ngôi nhà, là bấthợp pháp

1.2 PHÁT TRIỂN HƯỚNG TỚI CUỐI THẾ KỶ 20

Trong phần sau của thế kỷ 20 đã có những thay đổi có thể làm xe điện một đề nghịhấp dẫn hơn Thứ nhất có những mối quan tâm ngày càng tăng về môi trường, cả

về lượng phát thải tổng thể của khí carbon dioxide cũng như sự phát tán cục bộ củakhí thải, làm cho thị xã, thành phố đông đúc trở nên khó thở Thứ hai đã có nhữngphát triển kỹ thuật trong thiết kế xe và cải tiến để sạc pin, động cơ và điều khiển.Thêm vào đó, các loại pin có thể được tiếp nhiên liệu và pin nhiên liệu, phát minhđầu tiên bởi William Grove năm 1840, đã được phát triển cho điểm mà họ đangđược sử dụng trong các xe điện

Hình 1.4 Ghế xe lăn điện

Vấn đề môi trường cũng có thể là yếu tố quyết định trong việc sử dụng các xe điệncho thị trấn và thành phố Xăng pha chì đã bị cấm, và đã có một số thành phố nỗ

lực để giới thiệu xe không khí thải Tình trạng của California đã khuyến khích cácnhà sản xuất xe cơ giới sản xuất xe điện với Chương trình xe giảm khí thải Bảnchất khá phức tạp của các quy định trong nhà nước đã dẫn đến sự phát triển rất thú

vị trong pin nhiên liệu, pin, điện và xe hybrid (Các kết quả quan trọng của chươngtrình lập pháp ở California được thể hiện rõ hơn nữa trong Chương 10)

Xe điện không nhất thiết phải giảm tổng năng lượng sử dụng, nhưng chúng đi vớinăng lượng tạo ra từ trên bo IC động cơ được trang bị cho xe và chuyển các vấn đềđến các máy phát điện, mà có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu và nơi khí thải cóthể được xử lý Trường hợp nhiên liệu hóa thạch được đốt cháy để cung cấp điện

và năng lượng có ích cho ô tô là không nhất thiết phải tốt hơn so với sử dụng mộtđộng cơ diesel hoặc động cơ xăng hiện đại hơn có hiệu quả cao Tuy nhiên cónhiều tính linh hoạt trong việc lựa chọn các loại nhiên liệu tại các nhà máy điện.Ngoài ra một số hoặc tất cả các năng lượng có thể thu được từ các nguồn nănglượng thay thế như gió, thủy điện hoặc thủy triều, sẽ đảm bảo không phát khí thải.Trong số những phát triển kỹ thuật, pin đã có những cải tiến, mặc dù không đượcđáng giá cao như nhiều người từng mơ ước Giá trị thương mại của pin như loạinickel cadmium hay nickel metal hydride ở mức tốt nhất có thể gấp đôi năng lượngcủa pin axít chì, và nhiệt độ cao Sodium niken clorua hoặc pin Zebra gần ba lần.Đây là một cải tiến hữu ích, nhưng vẫn không cho phép các thiết kế của xe chạyvới một giới hạn dài Trong thực tế, pin sạc năng lượng cao nhất là pin lithiumpolymer với một năng lượng riêng gấp khoảng ba lần so với axit chì Mặc dù vẫncòn đắt nhưng có những dấu hiệu cho thấy giá sẽ giảm đáng kể trong tương lai Pinkẽm không khí có điện áp gấp bảy lần so với năng lượng của pin axít chì và các pinnhiên liệu là chứng minh đáng kể cho lời hứa Vì vậy, ví dụ, để thay thế cho 45 lít(10 gallon) xăng mà sẽ cung cấp cho một chiếc xe chạy 450 km (300 dặm), mộtkhối lượng 800 kg của pin lithium sẽ đáp ứng được yêu cầu, một sự cải thiện vềkhối lượng so với 2700 kg của pin axít chì, nhưng vẫn còn khá nặng Công nghệpin được đề cập chi tiết hơn trong chương 2, và pin nhiên liệu được mô tả trongchương 4

Đã có sử gia tăng nỗ lực để chạy xe điện từ pin quang điện Xe đã vượt qua cuộcthi ở Australia trong World Solar Challenge với tốc độ vượt quá 85 km / giờ(50mph) sử dụng năng lượng hoàn toàn thu được từ bức xạ mặt trời Mặc dù cácpin năng lượng mặt trời đắt tiền và năng lượng hạn chế (100Wm-2 thường đạt đượctrong ánh sáng mặt trời mạnh), chúng có thể có một số tác động trong tương lai

Giá của các pin quang điện liên tục giảm, trong khi hiệu quả ngày càng tăng.Chúng cũng có thể trở nên hữu ích, đặc biệt đối với xe dùng pin sạc đi sạc lại vànhư vậy là xứng đáng để xem xét.

1.3 CÁC LOẠI XE ĐIỆN SỬ DỤNG HIỆN NAY

Phát triển các ý tưởng từ thế kỷ 19 và 20 để sản xuất một loạt mới các xe điện vàbắt đầu có những tác động

Có sáu loại có ảnh hưởng cơ bản của chiếc xe điện, có thể được xếp như sau:

 Thứ nhất là pin xe điện truyền thống, đó là loại mà thường phải để tâm khimọi người nghĩ về xe điện

 Tuy nhiên, loại thứ hai, các xe điện hybrid, kết hợp pin và động cơ một vimạch, rất có khả năng trở thành loại phổ biến nhất trong những năm tới

 Thứ ba là có xe sử dụng nhiên liệu thay thế như là nguồn năng lượng bằngcách sử dụng pin nhiên liệu hoặc pin không khí kim loại

 Thứ tư có xe được cung cấp bởi đường dây điện

 Năm là có xe điện sử dụng năng lượng trực tiếp từ bức xạ mặt trời

 Sáu là có xe đó lưu trữ năng lượng bằng cách thay thế như bánh đà hoặc siêu

tụ điện, trong đó gần như luôn luôn có tổ hợp sử dụng một số nguồn nănglượng khác

Các loại khác có thể được đề cập là tàu đường sắt và tàu, và thậm chí cả máy bayđiện Tuy nhiên, cuốn sách này tập trung vào các phương tiện tự động sử dụngbánh

1.3.1 Pin xe điện

Khái niệm về chiếc xe pin điện cơ bản được thể hiện trong hình 1.5 Xe bao gồmmột pin điện để lưu trữ năng lượng, động cơ điện, và một bộ điều khiển Pinthường sạc lại từ nguồn điện thông qua một phích cắm và một bộ sạc pin có thểđược thực hiện trên máy bay hoặc trang bị tại các điểm sạc Bộ điều khiển, thôngthường sẽ kiểm soát các nguồn cung cấp đến động cơ cũng như tốc độ xe khi đi tới

và lùi Điều này thường được biết đến như một bộ điều khiển 2 góc phần tư, phíatrước và phía sau Nó thường được sử dụng cùng với cả hai phanh tái sinh để thulại năng lượng và hình thức như là một phanh không ma sát Khi thêm bộ điều

khiển cho phanh tái sinh ở phía trước và hướng ngược lại nó được gọi là một bộđiều khiển 4 góc phần tư.

Có một loạt các xe điện của loại hình này hiện đang có sẵn trên thị trường Đơngiản nhất là các xe đạp điện và xe ba bánh nhỏ và xe đi lại nhỏ Trong thị trườnggiải trí có xe đẩy điện sân golf Có một loạt các đầy đủ các kích thước xe điện,trong đó bao gồm xe điện, xe tải giao hàng và xe buýt Quan trọng nhất là đượcdùng để hỗ trợ việc di chuyển, như trong hình 1.4 và hình 11.2 (trong chương cuốicùng), và cũng như xe phân phối và xe đạp điện Một số ví dụ điển hình của loại xeđiện sử dụng pin có thể sạc lại được thể hiện trong hình 1.6 tới 1.9 Tất cả những

xe có một kích cỡ giới hạn và hiệu suất, nhưng chúng là thỏa mục đích cần banđầu

Hình 1.5 Khái niệm về chiếc xe có thể sạc lại pin điện

Hình 1.6 Một chiếc xe điện cổ, một pin hỗ trợ thành phố xe (Ảnh được cung cấp

bởi Công ty TNHH Ford Motor)

1.3.2 Xe điện lai

Một chiếc xe hybrid có hai hoặc nhiều hơn các nguồn năng lượng, và có một sốlượng lớn nhất các sự biến đổi Các loại phổ biến nhất của chiếc xe hybrid là kếthợp một động cơ đốt trong động cơ với một pin và một động cơ điện với máy phátđiện

Có hai sự sắp xếp cơ bản cho các loại xe hybrid, lai nối tiếp và lai song song, đượcminh họa trong hình 1.9 và 1.10 Trong chuổi nối tiếp xe lai được dẫn động bởimột hoặc nhiều động cơ điện cung cấp hoặc từ pin hoặc từ động cơ điều khiển máyphát điện, hoặc từ cả hai Tuy nhiên, cũng có trường hợp các lực dẫn động đếnhoàn toàn từ các động cơ điện hoặc động cơ

Xe lai song song có thể được dẫn động bởi động cơ IC làm việc trực tiếp thông quamột hệ thống truyền động đến các bánh xe, hoặc bằng một hoặc nhiều động cơđiện, hoặc bằng cách cả hai động cơ điện và động cơ IC cùng một lúc

Trong cả hai loại nối tiếp và song song, pin có thể nạp điện từ động cơ và máy phátđiện trong khi di chuyển, và do đó, pin không cần bất cứ điều gì to lớn như trongmột chiếc xe pin thuần túy Ngoài ra, cả hai loại đều dùng được phanh tái sinh, choviệc lái xe có động cơ để làm việc như một máy phát điện và đồng thời vừa làmchậm xe vừa sạc pin.

Hình 1.7 Xe đạp điện là một trong những xe điện được sử dụng rộng rãi

Các xe lai nối tiếp có xu hướng chỉ được sử dụng trong các ứng dụng chuyên môn

Ví dụ, động cơ xe lửa diesel là loại lai nối tiếp, như một số tàu thủy Một số xe vượt địa hình đặc biệt là xe lai nối tiếp, với một mô-tơ điện điều khiển riêng biệt ở mỗi bánh xe Những bất lợi chính của lai nối tiếp là tất cả các năng lượng điện phải

đi qua cả máy phát điện và động cơ

Các xe lai song song thì khác, có phạm vi ứng dụng rất rộng rãi Các máy điện có thể nhỏ hơn và rẻ hơn, như là chúng không có chuyển đổi tất cả các năng lượng

Hình 1.8 Xe giao hàng luôn luôn có được một vị trí quan trọng đối với xe pin điện

Có nhiều cách khác nhau trong việc sử dụng một chiếc xe lai song song Đơn giảnnhất là nó có thể chạy bằng điện từ pin, ví dụ, trong một thành phố nơi mà khí thảikhông được ưa chuộng, hoặc nó có thể được hỗ trợ chỉ bằng vi mạch động cơ, ví

dụ, khi đi du lịch bên ngoài thành phố Ngoài ra, còn những hữu ích như, một chiếc

xe lai song song có thể sử dụng kết hợp động cơ IC và pin, liên tục tối ưu hóa hiệuquả của động cơ đốt trong

Một sự sắp xếp phổ biến là để có được năng lượng cơ bản để chạy xe, thôngthường khoảng 50% nhu cầu năng lượng cao nhất là từ động cơ IC, và năng lượngcòn lại là từ các động cơ điện và pin, sạc pin từ máy phát điện động cơ khipin không được sử dụng Sử dụng kỹ thuật điều khiển hiện đại, tốc độ động cơ vàmô-men xoắn có thể được kiểm soát để giảm thiểu khí thải và tiết kiệm nhiên liệu

tối đa Các nguyên tắc cơ bản là giữ cho động cơ IC làm việc khá thường xuyên, ởtốc độ vừa phải, và ngược lại tắt hoàn toàn

Hình 1.9 Bố trí xe lai nối tiếp

Hình 1.10 Bố trí xe lai song song

Trong các hệ thống xe lai song song là cần thiết phải xác định một tỉ lệ được gọi là

"mức độ lai" như sau:

DOH= năngl ư ợ ng điệ n t ừ đ ộ ng c ơ đi ệ n

năng l ư ợ ng đi ệ n t ừ đ ộ ng c ơ đ iệ n+n ă ng lượ ng t ừ độ ng c ơ IC

Với mức độ lai càng lớn, phạm vi sử dụng một động cơ IC càng nhỏ, và nó hoạtđộng với hiệu quả gần như tối ưu cho một tỷ lệ lớn hơn Tại thời điểm này có mộtvăn bản rất quan trọng của Bộ Tài nguyên không khí California (CARB) xác định

ba mức độ lai, như trong Bảng 1.1 Hàng cuối cùng chỉ ra các "giá trị môi trường"của xe, và vấn đề được xem xét trong chương 10 Bởi vì có khả năng di chuyển của

xe hybrid, mặc dù trong một thời gian ngắn, với động cơ IC tắt và hoàn toàn dùngpin điện, chúng có thể được gọi là 'xe hoàn toàn không khí thải '(PZEVs)

Xe Hybrid đắt hơn xe thông thường Tuy nhiên lại có thể tiết kiệm một số tiềnkhác Trong cấu tạo không cần hộp số, sự truyền tải có thể được đơn giản hóa vàkhác biệt có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng cặp động cơ trang bị trên nhữngbánh xe đối diện Trong cả hai loại nối tiếp và song song, thông thường, có thể pinkhởi động được loại bỏ

Bảng 1.1 CARB phân loại xe lai điện, vào tháng 04/ 2003

Cấp 1: điện ápthấp HEV

Cấp độ 2: điện ápcao HEV

Cấp 3: điện ápcao-năng lượngcao

gallon Anh) Xe Prius có tốc độ tối đa là 160 km / h (100 mph) và tăng tốc đến

100 km / h (62mph) trong 13,4 giây Pin xe Prius chỉ được sạc từ động cơ và không

sử dụng một ổ cắm bên ngoài Do đó, chỉ tiếp nhiên liệu với xăng theo cách thôngthường Ngoài ra, ghế bốn người thoải mái, và không gian hành lý gần như không

bị ảnh hưởng bởi kích thước hơi lớn hơn bình thường của pin Hệ thống truyền lựchoàn toàn tự động là một điểm hấp dẫn nữa của chiếc xe này

Toyota Prius là có những đặc điểm chủ yếu của một xe lai song song, như tronghình 1.10, trong đó động cơ đốt trong có thể trực tiếp cung cấp năng lượng cho xe.Tuy nhiên, nó không có một động cơ riêng biệt và máy phát điện, có thể hoạt động

ở chế độ nối tiếp, và không phải là "thuần" lai song song Nó có hộp số là khá phứctạp "bộ tách năng lượng ', dựa trên các bánh răng epicyclic, cho phép năng lượng

từ động cơ điện hoặc động cơ IC, theo tỷ lệ gần như bất kỳ, để gửi để các bánh xehoặc hộp số Năng lượng cũng có thể được gửi từ các bánh xe để máy phát điệnnhư trường hợp phanh tái sinh

Hầu hết các công ty lớn đang đưa ra các mẫu xe lai song song Honda Insight, thểhiện trong hình 8,14, và số liệu công suất được đưa ra trong Bảng 11.5, là một ví

dụ tốt Ngoài ra còn có phiên bản điện hybrid là Honda Civic

Cách bố trí xe lai song song trong hình 1.10, trong đó, động cơ đốt trong và máyphát điện đặt cạnh nhau, có vô số cách sắp xếp như vậy Những chiếc xe Honda đã

đề cập ở trên có máy điện đặt phù hợp với trục khuỷu, ở vị trí của bánh đà trongmột động cơ IC thông thường Những chú ý khác về xe lai xuất hiện trên thịtrường, chẳng hạn như các phiên bản hybrid thể thao phổ biến (SUV) tại Mỹ, cóđộng cơ IC và động cơ điện kết nối với các trục khác nhau, như trong hình 1.12 Ởđây, hệ thống điện dẫn động bánh sau, và động cơ IC cho bánh trước Đây là một

sự kết hợp lai song song thật sự, và đây là con đường để kết nối hai phần của hệthống, điện và động cơ Sự sắp xếp này có nhiều hấp dẫn về sự đơn giản trong cách

bố trí, rất gọn gàng cho một chiếc xe bốn bánh Pin sẽ được sạc chủ yếu bởi phanhtái sinh, nhưng nếu không đủ, tại thời điểm đi với tốc độ thấp, bánh xe sau có thểđược phanh để sạc pin, và bánh trước dẫn hướng và duy trì tốc độ Đây là cáchchuyển đổi năng lượng giữa động cơ IC và pin

Hình 1.12 Hệ thống lai song song với động cơ IC điều khiển trục trước và điện

điều khiển bánh xe phía sau

Hình 1.13 Tuy nhiên, một số xe lai song song có thể sắp xếp: điện cho các bánh xe

phía trước, động cơ IC phía sau

Một biến đổi của ý tưởng này được thể hiện trong hình 1.13 Nhiều xe SUV cóbánh xe sau gắn động cơ IC, và chúng trở thành xe hybrid song song bằng cáchcung cấp năng lượng điện cho trục trước Điều này có một chút lợi thế hơn sự sắpxếp trong hình 1.12, trong đó phanh tái tạo năng lượng nhiều hơn vì có sẵn trên cáctrục trước, do sự chuyển trọng lượng để các bánh xe phía trước theo phanh

Thậm chí nhiều hơn trong việc bố trí cho xe hybrid trở nên rõ ràng khi chúng ta lưu

ý rằng, với tất cả các loại hybrid, pin có thể được sạc từ một nguồn điện riêng,chẳng hạn như nguồn điện, trong khi chiếc xe không sử dụng Điều này sẽ đáng giánếu sử dụng một pin lớn hơn, và điều này có thể cho phép chiếc xe chỉ sử dụng pintrong một phạm vi đáng kể Chưa có nhà sản xuất nào có kế hoạch cho ra đời loại

xe này sớm, nhưng nó có thể là một sự phát triển trong những năm tới

Mặc dù có nhiều khác biệt trong sắp xếp với động cơ IC và pin nhưng thành phầncông nghệ chính cơ bản là giống nhau: động cơ điện, pin và bộ điều khiển Vì vậy,chúng ta chưa có một chương dành riêng cho xe hybrid, mà tầm quan trọng củachúng có thể khẳng định, bởi vì các công nghệ cơ bản được giải thích ở hầu hết cácchương trong chủ đề này

1.3.3 Nhiên liệu xe điện

Nguyên tắc cơ bản của xe điện sử dụng nhiên liệu cũng tương tự như với xe điện dùng pin, nhưng với pin nhiên liệu hoặc pin không khí kim loại thay thế có thể sạc điện pin Hầu hết các công ty lớn đã phát triển pin nhiên liệu xe Daimler Chrysler

là một, ví dụ đã phát triển chiếc xe pin nhiên liệu dựa trên dòng A của Mercedes, kết hợp với các pin nhiên liệu Ballard, một trong số đó được thể hiện trong hình 1.14 Chúng chạy nhờ pin nhiên liệu hydro được lưu trữ ở dạng lỏng

Hình 1.14 Xe Necar 4 dùng pin nhiên liệu từ năm 1999 Đây là lần đầu tiên pin nhiên liệu xe hơi có một hiệu suất và phạm vi hoạt động tương tự như động cơ IC Tốc độcao nhất là 144 km / giờ và phạm vi 450 km Cácpin nhiên liệu hydro được

lưu giữ như là một chất lỏng (Ảnh: Ballard Power Systems.)

Mặc dù phát minh này vào khoảng năm 1840, pin nhiên liệu vẫn chưa là một côngnghệ quen thuộc đối với hầu hết người, và chúng được phân tích chi tiết hơn trongchương 4

Như chúng ta sẽ thấy trong sau này trong Chương 5, một vấn đề lớn với các pinnhiên liệu, nói chung, là yêu cầu nhiên liệu hydro Điều này có thể được lưu trữtrong ngăn, mặc dù điều này không dễ dàng Một sự thay thế là lấy hydro từ nhiênliệu như methanol Đây là phương pháp được thể hiện trong Necar 5, một bướcphát triển hơn nữa của chiếc xe trong hình 1.14, có thể chỉ đơn giản là được tiếpnhiên liệu với methanol tương tự như là một chiếc xe bình thường được tiếp nhiênliệu bởi xăng dầu Chiếc xe có tốc độ tối đa là 150 km / giờ, mức tiêu thụ nhiênliệu là khoảng 5 l/100 km methanol Nó được thể hiện trong hình 5.5

Một chiếc xe dùng pin nhiên liệu cần lưu ý là Honda FCX thể hiện trong hình 1.15,được chiếc xe pin nhiên liệu đầu tiên ở Mỹ phải được đăng ký chính thức như mộtphương tiện phát thải bằng không (ZEV) với cơ quan bảo vệ môi trường (EPA).Phương tiện dịch vụ công cộng như xe buýt thuận tiện hơn có thể sử dụng các loạinhiên liệu mới như hydrogen, vì họ chỉ lấp đầy tại một nơi Xe buýt là những chiếc

xe dùng pin nhiên nhiệu, và một ví dụ trong hình 1.16

Pin kẽm không khí sản xuất bởi Công ty Vận tải nhiên liệu điện tử đã đượckiểm nghiệm trong xe cả ở Mỹ và ở châu Âu Theo phát biểu của công ty là đểkhai thác các xe buýt điện kẽm-không khí, trong thập kỷ này Trong mùa hè năm

2001, xe bus điện này đã vượt qua bài kiểm tra ở New York, và đã được chứngminh ở Nevada trong cùng năm Tại Đức, Chính phủ tài trợ tập đoàn của các công

ty công nghiệp để phát triển xe không khí thải dựa trên pin kẽm không khí củaEFTC

Pin kim loại không khí (được mô tả trong Chương 2) là một cải tiến dựa trên cácpin nhiên liệu Chúng tiếp nhiên liệu bằng cách thay thế các điện cực kim loại cóthể được tái chế Pin kẽm không khí được một pin đặc biệt đầy hứa hẹn trongkhoản này

Hình 1.15 Honda FCX là chiếc xe pin nhiên liệu đầu tiên được chứng nhận để sử dụng tại Mỹ vào năm 2002, và trở thành xe dùng trong công cộng Xe bốn chỗ ngồi dùng trong thành phố này đã tốc độ tối đa là 150 km / giờ và phạm vi dùng

là

270 km Nhiên liệu hydro được lưu trữ trong một bể cao áp (Ảnh: BPS)

Hình 1.16 Xe buýt pin nhiên liệu năng lượng, một trong những đội xe đi vào phục

vụ vào năm 2003 (Ảnh: Ballard Power Systems.)

1.3.4 Xe điện sử dụng mạng lưới cung cấp

Cả hai xe buýt và xe điện đều được biết đến, và có thời điểm đã được sửdụng rộng rãi như là một phương tiện vận tải trong thành phố Chúng rất hiệu quả,không phát ra khí thải khi vận chuyển trong thành phố và vẫn còn được sử dụngtrong một số thành phố Thông thường, điện được cung cấp bởi các đường cungcấp trên cao và một pin nhỏ được sử dụng trên các xe buýt xe cho phép sử dụngtrong một phạm vi hạn chế khi không sử dụng các đường dây cung cấp

Bây giờ thật khó khăn để xem lý do tại sao hầu hết trong số này đã khôngcòn phục vụ Cần phải nhớ rằng vào thời điểm khi nó trở thành xu hướng và loại

bỏ xe điện và xe buýt, chi phí là một tiêu chí quan trọng cần cân nhắc hơn môitrường và lo lắng về hiệu ứng nhà kính Nhiên liệu hóa thạch thì rẻ và chi phí đượccoi là không tốt, không linh hoạt, tốn kém và bảo trì tốn kém Xe điện đặc biệtđược coi là cản trở tiến độ của xe có động cơ tư nhân quan trọng nhất Hôm nay,khi xe động cơ IC quá nhiều và ô nhiễm môi trường thị xã, thành phố, các tiêu chí

đã thay đổi một lần nữa Xe điện chạy bằng dây chuyền cung cấp có thể tạo mộttác động hữu ích trong vận tải hiện đại và khái niệm không được bỏ qua bởi cácnhà thiết kế, mặc dù hầu hết của cuốn sách này được dành cho phương tiện tựđộng

1.3.5 Xe năng lượng mặt trời

Xe năng lượng mặt trời như Honda Dream, đã chiến thắng năm 1996 trong worldsolar challenge, rất tốn kém và chỉ làm việc hiệu quả khi ở dưới ánh nắng mặt trờicao Xe Honda Dream dùng năng lượng mặt trời đạt được tốc độ trung bình khi

chạy ở nước Úc, từ Darwin tới Adelaide, khoảng 85 km/h (50mph) Mặc dù khôngchắc rằng một chiếc xe thân thiện với thiên nhiên này sẽ là một đề xuất thật sự nhưmột phương tiện sử dụng hàng ngày, hiệu quả của các pin năng lượng mặt trờiquang điện đang dần tăng trong khi chi phí đang giảm theo thời gian Khái niệmcủa việc sử dụng pin năng lượng mặt trời, bao bọc bề mặt của xe để giữ cho pincủa một chiếc xe tăng lên, là một ý tưởng hoàn toàn khả thi, chi phí giảm và tănghiệu quả, có thể một ngày nào đó chứng minh được là một đề xuất thực tế

1.3.6 Xe điện sử dụng bánh đà hoặc siêu tụ điện

Đã có nhiều thiết bị lưu trữ năng lượng thay thế bao gồm cả các bánh đà vàsiêu tụ điện Theo nguyên tắc chung cả hai thiết bị có năng lượng cao riêng biệt ,

mà có nghĩa là chúng có thể tích và xả năng lượng rất nhanh chóng Tuy nhiên,năng lượng mà chúng có thể tích trữ hiện nay đang khá nhỏ Nói cách khác, mặc

dù chúng đã có một mức công suất khá, chúng có một mức năng lượng kém.Chúng được xem xét nhiều hơn trong Chương 3

Một chiếc xe điện mới sử dụng một bánh đà như một thiết bị tích trữ năng lượngđược thiết kế bởi John Parry, Anh quốc Chiếc xe cơ bản là một xe điện, trong đóbánh đà được kích hoạt bởi một động cơ điện Năng lượng để chạy được cung cấpkhi xe điện dừng tại các trạm dùng chân của hành khách Xe được dẫn động bằngbánh đà Xe giảm tốc bằng cách sử dụng hộp số tác động bánh đà và do đó chuyểnđộng năng của xe cho động năng của bánh đà, một hình thức phanh tái sinh hiệuquả Chiếc xe được minh họa trong hình 1.17 Các nhà phát minh đã đề xuất lắpđặt cả bánh đà và hộp số cho một chiếc xe chạy bằng pin thông thường Lợi thế củaviệc này là pin không sẵn sàng trích năng lượng một cách nhanh chóng, trong khimột bánh đà có thể Thứ hai là sự sắp xếp cho một hiệu quả cao hơn trong việc táisinh năng lượng, sẽ giúp giảm khối lượng pin

Thử nghiệm xe sử dụng tụ điện cực (cũng được xem xét trong chương 3) để lưu trữnăng lượng cũng đã được kiểm nghiệm; thông thường chúng được sử dụng nhưmột phần của một chiếc xe hybrid Nguồn năng lượng chính từ động cơ IC, nhưvới các xe buýt hiện trong hình 1.18, hoặc nó có thể là pin nhiên liệu Các xe buýtMAN trong hình 1.18 sử dụng một động cơ diesel Trong cả hai trường hợp mụcđích của tụ điện là để cho phép sự phục hồi năng lượng động học khi xe chậm lại,

và để đạt năng lượng cao nhất trong thời gian nhỏ nhất khi tăng tốc, do đó chophép động cơ nhỏ hơn hoặc pin nhiên liệu cung cấp năng lượng cho xe

Các nguồn dự trữ năng lượng như các tụ điện và bánh đà có thể được sử dụngtrong nhiều loại xe lai Năng lượng được sử dụng trong xe hybrid bao gồm pin sạc,pin nhiên liệu hoặc nhiên liệu, năng lượng mặt trời, động cơ IC, các đường dâycung cấp, bánh đà và tụ điện Bất cứ hai hoặc nhiều trong số này có thể được sửdụng cùng nhau để tạo thành một chiếc xe hybrid điện, cho hơn 21 tổ hợp lai với 2

nguồn năng lượng Nếu 3 hoặc nhiều hơn các nguồn năng lượng được kết hợp sẽtạo ra hơn 35 Chắc chắn có rất nhiều ý tưởng trong việc kết hợp này.

Hình 1.17 Xe điện này sử dụng một bánh đà để lưu trữ năng lượng (Ảnh:Parry

People Movers Ltd.)

Hình 1.18 Xe bus lai điện/diesel với năng lượng điện được lưu trữ trong các tụ

điện (Ảnh: Man Nutzfahrzeuge AG.)

1.4 XE ĐIỆN CHO TƯƠNG LAI

Tương lai của xe điện, tất nhiên, vẫn còn trên văn bản Tuy nhiên, sự cầnthiết phải giảm thiểu thiệt hại cho môi trường là cấp bách Nhiều công nghệ để sảnxuất chiếc xe đó đã được phát triển và có giá trị, hiện nay đang đươc đánh giá caotrong nhiều trường hợp, các công nghệ dừng lại trong khi nhu cầu ngày càng tăng,

mà sẽ cho phép sản xuất số lượng lớn

Các chương sau đây mô tả các công nghệ then chốt tạo nên cơ sở của xe điện bâygiờ và trong tương lai: pin (Chương 2), các cách lưu trữ năng lượng khác như tụđiện và bánh đà (chương 3), pin nhiên liệu (Chương 4), dự trữ hydro (Chương 5),

và động cơ điện (Chương 6) Một khía cạnh rất quan trọng của việc này là hiệusuất chiếc xe làm mẫu, và Chương 7 nói về chủ đề này Các chương cuối cùng củachủ đề nói về thiết kế tính an toàn và ổn định cho xe, và tính tiện nghi của mộtchiếc xe hiện đại cần có

Có một triển vọng thực sự cho các thành phố và thị xã bằng cách sử dụng xe khôngkhí thải, và cũng như xe sử dụng công nghệ điện để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu

Đó là phụ thuộc vào các kỹ sư, nhà khoa học và nhà thiết kế để biến điều này thànhhiện thực

II.PIN

2.1 GIỚI THIỆU

Chúng ta đã thấy ở chương trước rằng có nhiều loại khác nhau và kích cỡcủa xe điện Tuy nhiên, trong hầu hết trường hợp pin là một thành phần quan trọng.Trong xe điện cổ điển pin năng lượng chỉ lưu trữ năng lượng, và là thiết bị với chiphí cao, trọng lượng và thể tích lớn Trong xe lai, pin liên tục phải nạp và xả nănglượng, cũng là một bộ phận có tầm quan trọng cao Một số xe dùng pin nhiên liệukhông lớn hơn những xe động cơ đốt trong bình thường, nhưng nó là có thể xảy ra

mà hầu hết là các xe FC sẽ có pin khá lớn và làm việc với pin nhiên liệu lai pin.Tóm lại, một sự hiểu biết tốt về công nghệ pin và hiệu suất của chúng là cần thiếtđối với những ai liên quan đến pin điện

Một pin điện là gì? Một pin bao gồm hai hoặc nhiều pin điện kết hợp với nhau Cácpin điện chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện Các pin điện baogồm điện cực âm và điện cực dương liên kết bởi chất điện phân Đây là phản ứnghóa học giữa các điện cực và chất điện phân mà tạo ra dòng điện một chiều Trongtrường hợp pin thứ cấp hoặc có thể sạc lại, các phản ứng hóa học có thể được đảongược bằng cách đảo ngược chiều dòng điện và pin trở lại trạng thái sạc

Các pin chì axit là loại có thể sạc lại được biết đến nhiều nhất Các xe điện đầu tiên

sử dụng pin sạc trước phát minh pin chì acid có thể sạc lại khoảng một phần tư thế

kỷ, và có một số lượng rất lớn các vật liệu và chất điện phân có thể được kết hợp

để hình thành một pin Tuy nhiên, chỉ có một tương đối nhỏ số này được phát triển

và dùng làm pin trong xe Hiện nay bao gồm các axit chì, sắt, niken, nikencadmium, nickel metal hydride, lithium polymer lithium, sắt, natri và lưu huỳnhnatri clorua kim loại Ngoài ra còn có những phát triển gần đây của pin là nhômkhông khí và kẽm không khí Mặc dù đã có nhiều cố gắng khác nhau, trong khoảng

150 năm phát triển, một pin phù hợp để sử dụng rộng rãi cho các xe điện vẫn chưađược tìm ra Tuy nhiên, có gần đây đã được một số tiến triển quan trọng trong côngnghệ pin tạo niềm hy vọng lớn cho tương lai Nó cũng có hiệu suất tốt và là môhình thật sự, nó có thể được dùng thiết kế các phương tiện rất hữu ích bằng cách sửdụng dòng điện của pin như là một nguồn tích trữ năng lượng chính

Từ cách thiết kế của chiếc xe điện ta thấy pin có thể được coi như là một hộp đenvới các tiêu chí đặc trưng Các tiêu chí này bao gồm năng lượng riêng, mật độ nănglượng, công suất riêng, điện áp định mức, hiệu suất amp, hiệu suất năng lượng, tínhthương mại, chi phí, nhiệt độ hoạt động, tỷ lệ tự xả, hệ số làm việc và tỷ lệ sạc, cácđiều đó sẽ được giải thích trong phần sau Các nhà thiết kế cũng cần phải hiểu rằngphải làm thế nào để năng lượng tích trữ thay đổi đối với nhiệt độ môi trường xungquanh, định mức sạc và xả, hình dạng pin, nhiệt độ tối ưu, phương pháp sạc, nhucầu làm mát và khả năng phát triển trong tương lai Tuy nhiên, một ít hiểu biết tốithiểu về hóa học của pin là rất quan trọng, với các hiệu suất và nhu cầu bảo dưỡngkhác nhau Tái chế pin đã sử dụng cũng trở nên ngày càng quan trọng

Các thông số chính để xác định tình trạng và hiệu suất của pin được đưa ra trongphần sau Trong các phần sau sẽ chỉ ra các thành phần hóa học và hiệu suất củapin

2.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA PIN

2.2.1 Ắc qui và điện áp pin

Tất cả các ắc qui có điện áp định mức và ắc qui cung cấp năng lượng điện Ắc qui

có thể được bắt nối tiếp để cung cấp điện áp khi yêu cầu Ắc qui cho xe điệnthường được quy định ở mức 6V hoặc 12 V, và các cụm này bắt nối tiếp để tạo rađiện áp yêu cầu Trong thực tế, điện áp này luôn thay đổi Khi hiện dòng điện đi ra,điện áp sẽ giảm, khi pin đang được sạc, điện áp sẽ tăng lên

Điều này được thể hiện rõ ở điện trở và mạch tương đương pin được hiển thị tronghình 2.1 Pin được giả thiết là có một điện áp cố định, nhưng điện áp tại các thiết bịđầu cuối lại có những điện áp khác là V, vì điện áp qua R Khi đó, ta có:

V = E – IR; (2.1)

Lưu ý rằng nếu cường độ dòng điện bằng không, điện áp đầu cuối bằng E, và vìvậy E thường gọi là điện áp mạch mở Nếu pin đã được sạc, điện áp sẽ tăng IR.Trong pin xe điện, điện trở rõ ràng là càng thấp càng tốt.

Hình 2.1 Mô hình mạch điện tương đương đơn giản của pin pin này gồm có sáu

2.2.2 Nạp (hoặc Amphour) điện lượng

Các điện lượng mà một pin có thể cung cấp rõ ràng là một thông số rất quan trọng.Đơn vị đo trong SI là Coulomb, điện tích khi chạy qua dòng điện trong một giây.Tuy nhiên, đơn vị này quá nhỏ Thay vào đó, Amphour được sử dụng: là điện tíchqua dòng trong một giờ Công suất của pin vào khoảng 10Amphours Điều này cónghĩa là nó có thể cung cấp 1Amp trong 10 giờ, hay 2Amps trong 5 giờ, hoặc theo

lý thuyết là 10 Amps trong 1 giờ Tuy nhiên, trong thực tế, hầu hết các pin khôngđạt được điều này

Trường hợp có khả năng xảy ra nhất là một pin có thể cung cấp 1Amp cho 10 giờ,nếu cung cấp 10 Amps, thời gian thường ít hơn một giờ Hiểu được điều này rấtquan trọng Công suất của pin cỡ lớn được sử dụng trong xe điện (lực kéo của pin)thường được phóng ra trong 5 giờ Hình 2.2 cho thấy điện lượng bị ảnh hưởng thếnào nếu phóng nhanh hay chậm Biểu đồ này là của một pin 100 Amphour Chú ýrằng nếu điện tích được phóng ra trong một giờ, khả năng giảm xuống chỉ còn 70Amphours Mặt khác, nếu chậm hơn, trong 20 giờ, khả năng sẽ tăng lên đếnkhoảng 110 Amphours Sự biến đổi này là các phản ứng phụ không mong muốnbên trong pin Đáng chú ý nhất là trong các pin chì axít, nhưng xảy ra ở tất cả các

loại Dự đoán chính xác tác động của hiện tượng này rất quan trọng, và điều này sẽđược giải quyết trong mục 2.11.

Điện dung của một pin trong Amphours được kí hiệu là C Tuy nhiên, đôi lúc gây

nhầm lẫn vì nó cũng được sử dụng để kí hiệu cho một dòng điện Giả sử một pin

có điện tích là 42 Amphours, ta cũng có thể nói rằng C = 42 Amphours Nếu nói công suất dòng điện là 2C hay pin cần nạp 0.4C Trong những trường hợp này có

nghĩa là công suất là 84 Amps, hoặc lượng nạp của pin là 16.8Amps

Hình 2.2 Biểu đồ cho thấy sự biến đổi điện tích của một pin 42 Amphour định mức Biểu đồ này được dựa trên các phép đo từ một pin kéo chì acid được sản xuất

bởi Hawker Energy Products Inc

Kí hiệu C còn có các cách viết khác Như chúng ta đã nói ở trên, điện tích

Amphour của pin thay đổi theo thời gian khi phóng điện tích Trong ví dụ trên, pin

42 Amphour được cho vào khoảng 10 giờ Nói cách khác, một pin 84 Amps có thể

viết là 2C10

Ví dụ: Thể hiện dòng điện 21 Amps từ ví dụ pin 42 Amphour, với ký hiệu C Tỷ lệ

là 1/2 hoặc 0,5 Như vậy dòng điện 21 Amps = 0.5C10

Bằng cách biểu diễn này rất có lợi với dòng điện pin, nó thể hiện mối quan hệ giữadòng điện và kích thước của pin Nó được sử dụng phổ được sử dụng trong các tàiliệu liên quan đến pin và thông số kỹ thuật, mặc dù các chỉ số liên quan đến thờigian xả thường bị bỏ qua.

2.2.3 Năng lượng lưu trữ

Mục đích của pin để lưu trữ năng lượng Năng lượng được lưu trữ trong pin phụthuộc vào điện áp của nó, và điện tích lưu trữ Đơn vị trong SI là Joule, nhưng đơn

vị này cũng bất tiện vì nhỏ, và được thay thế bằng Watthour Đây là năng lượngtương đương với một sức mạnh làm việc của 1 Watt trong 1 giờ Watthour tươngđương với 3.600 Jun Dùng Watthour phù hợp với việc sử dụng Amphour, vì nómang lại công thức đơn giản:

Watthours = Amphours × điện áp hoặc Năng lượng = V × C

Tuy nhiên, khi sử dụng công thức này phải thận trọng Chúng tôi đã lưu ý rằng cả

điện áp pin V, và thậm cả điện dung Amphour C, rất khác nhau tùy thuộc về cách

sử dụng pin Cả hai đều giảm khi cường độ dòng điện tăng và pin xả nhanh Nănglượng lưu trữ vì vậy là một đại lượng biến thiên, và giảm nếu năng lượng được giảiphóng nhanh chóng Nó thường được xác định với Amphour định mức

2.2.4 Năng lượng riêng

Năng lượng riêng là lượng năng lượng điện được lưu trữ trong mỗi kg của pin Nó

có các đơn vị của Wh.kg-1 Khi biết năng lượng điện của pin mà xe cần, ta chia nócho năng lượng riêng thì có được khối lượng gần đúng của xe Năng lượng riêngkhông thể cao hơn trong sách hướng dẫn vì như ta thấy, năng lượng được lưu trữtrong pin phụ thuộc các yếu tố như nhiệt độ và tốc độ xả Chúng ta sẽ thấy rõ trongmục 2.2.6 dưới đây, và biểu đồ Ragone của hình 2.3 với sự thay đổi của nănglượng riêng của pin

2.2.5 Mật độ năng lượng

Mật độ năng lượng là lượng năng lượng điện được lưu trữ trên một mét khối thểtích pin Nó thường có các đơn vị là Wh.m-3 Đây cũng là một tham số quan trọngnhư năng lượng xung kích của pin (Wh) có thể được chia theo mật độ năng lượngcủa pin (Wh.m-3) để hiển thị khối lượng của pin được yêu cầu Ngoài ra, nếu biếttrước thể tích pin (m3), ta nhân với mật độ năng lượng pin (Wh.m-3) để có nănglượng xấp xỉ của pin Thể tích pin cũng có tác động đáng kể trong thiết kế xe Vậy,năng lượng riêng, mật độ năng lượng là một con số định mức

Hình 2.3 Một biểu đồ Ragone

2.2.6 Công suất riêng

Công suất riêng là lượng điện thu được / kg của pin Nó biến thiên lớn và có độ lớnthay đổi nhiều, vì công suất cung cấp từ pin phụ thuộc rất nhiều vào tải kết nối với

nó so với khi kết nối với chính nó Mặc dù không có pin công suất tối đa, sẽ làkhông phải hợp lý để vận hành chúng ở mức gần cao nhất dù, vì không kéo dàiđược lâu và sẽ không có hiệu quả

Đơn vị thường dùng là W.kg-1 Một số pin có một năng lượng riêng tốt, nhưng cócông suất riêng thấp, có nghĩa là chúng lưu trữ rất nhiều năng lượng, nhưng chỉ cóthể xả ra từ từ Với xe điện, họ có thể lái xe rất chậm với một khoảng cách dài.Công suất riêng chỉ cao khi năng lượng riêng thấp với mọi loại pin Bởi vì điềunày, như chúng ta đã thấy trong phần 2.2.2, lấy năng lượng trong một pin ra nhanhchóng, với công suất cao, làm giảm năng lượng có sẵn

Sự khác biệt trong sự thay đổi công suất riêng với năng lượng riêng đối với cácloại pin khác nhau loại là rất quan trọng, và thuận lợi để so sánh chúng Điều nàythường được thực hiện bằng cách sử dụng một đồ thị biểu thị mối quan hệ giữanăng lượng riêng và công suất riêng, là đồ thị Ragone Tỉ lệ logarit được sử dụng,

công suất rút ra từ pin có thể khác nhau rất nhiều trong các ứng dụng khác nhau.Một biểu đồ Ragone cho một pin phát động chì axit tương tự như pin NiCad, đượcthể hiện trong hình 2.3

Có thể thấy rằng, với cả hai pin, ta thấy rằng công suất riêng tăng khi năng lượngriêng giảm Trong khoảng1÷100 W.kg-1, pin NiCad thay đổi ít hơn Tuy nhiên, khitrên 100 W.kg-1 pin NiCad giảm nhanh hơn nhiều

Biểu đồ Ragone như hình 2.3 được sử dụng để so sánh các nguồn năng lượng củatất cả các loại Trong trường hợp này chúng ta có thể kết luận rằng, bỏ qua các yếu

tố khác như chi phí, dùng pin NiCad lợi hơn nếu yêu cầu mật độ năng lượng ít hơn

100 W.kg-1 Tuy nhiên, tại giá trị cao hơn, lên đến 250 W.kg-1 hoặc nhiều hơn, nêndùng pin chì axit Biểu đồ Ragone cũng trả lời cho câu hỏi công suất riêng của pin

là gì?

2.2.7 Hiệu suất của Amphour ( hay điện tích)

Một pin lí tưởng sẽ phục hồi như cũ lượng pin đã cung cấp cho nó, đây là trườnghợp hiệu suất Amphour đạt 100% Tuy nhiên, không có như thế; hiệu suất sạc chỉ

là gần 100% Giá trị chính xác sẽ khác nhau với các loại pin khác nhau tùy vàonhiệt độ và chế độ sạc Ví dụ, khi sạc được khoảng 20% đến 80% thì hiệu suất gần100%, nhưng khi chỉ còn dưới 20% được đưa vào giảm đi rất nhiều Những lý docho điều này sẽ được tìm hiểu rõ ràng khi chúng ta nhìn vào mỗi loại pin trongchương này

2.2.8 Hiệu suất năng lượng

Đây là một thông số rất quan trọng và nó được định nghĩa là tỷ số giữa năng lượngđiện được cung cấp bởi pin và năng lượng điện cần thiết để đưa nó về trạng tháitrước khi xả pin Một lập luận mạnh mẽ cho việc sử dụng xe điện dựa trên hiệusuất năng lượng của nó, với tổng lượng khí thải được giảm xuống, vì vậy hiệu suấtnăng lượng cao là chấp nhận được Nó sẽ được rõ ràng từ những gì đã được nóitrong các phần trước rằng hiệu quả năng lượng sẽ khác nhau rất nhiều với cách sửdụng pin Nếu pin đã được sạc và thải ra nhanh chóng, ví dụ, hiệu suất năng lượnggiảm đáng kể Tuy nhiên đây là một cách để so sánh pin, theo cách tương tự nhưlượng nhiên liệu tiêu thụ cho xe ô tô

2.2.9 Định mức tự xả

Hầu hết pin xả khi không sử dụng, và điều này được gọi là tự xả Điều này rất quantrọng vì nó có nghĩa là một số pin không thể bỏ lâu mà không thể không sạc lại

Những lý do cho việc tự xả sẽ được giải thích trong phần sau Tỷ lệ thay đổi tùytheo loại pin, và với các yếu tố khác như nhiệt độ, nhiệt độ tăng sẽ làm tăng sự tự

xả

2.2.10 Hình dạng pin

Pin có nhiều hình dạng: tròn, hình chữ nhật, hình lăng trụ hoặc hình lục giác Bìnhthường là hình chữ nhật Một số pin có dạng hình học cố định Một số có thể thayđổi chiều cao, chiều rộng và chiều dài Điều này phụ thuộc các nhà thiết kế, đặcbiệt là khi còn trên giấy thiết kế, hoặc như hôm nay là khi thiết trên màn hìnhCAD Họ có thể trải rộng pin ra trên cả diện tích sàn, đảm bảo trọng tâm thấp vàtính năng xử lí tốt

2.2.11 Nhiệt độ, sự gia nhiệt và nhu cầu làm mát của pin

Mặc dù hầu hết các pin chạy ở nhiệt độ như của môi trường xung quanh, một sốchạy ở nhiệt độ cao hơn và cần làm nóng để bắt đầu và sau đó làm mát khi sửdụng Trong những trường hợp khác, hiệu suất pin giảm đi ở nhiệt độ thấp, đó làđiều không mong muốn, nhưng vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách làmnóng pin Khi chọn pin, nhà thiết kế cần phải được hiểu biết nhiệt độ của pin, sựgia nhiệt và nhu cầu làm mát và phải có những xem xét trong suốt quá trình cácquá trình thiết kế xe

2.2.12 Tuổi thọ và chu kì

Hầu hết các pin sạc chỉ chị được vài trăm chu kỳ sạc đến 20% Tuy nhiên, con sốchính xác phụ thuộc vào loại pin, cũng như thiết kế của pin, và cách sử dụng pin.Đây là thông số kĩ thuật quan trọng của pin, vì nó phản ánh tuổi thọ của pin, do đóphản ánh chi phí xe điện đang chạy Thông tin cụ thể hơn về điều này, và tất cả cácthông số pin khác được đề cập cụ thể và đưa ra trong các phần tiếp theo

2.3 PIN CÁC LOẠI

2.3.1 Pin axít chì

Pin được biết đến nhiều nhất và sử dụng rộng rãi nhất cho xe điện là pin axít chì.Pin axít chì được sử dụng rộng rãi trong các loại xe động cơ đốt trong nên cũngđược biết đến Tuy nhiên với xe điện, pin axít chì mạnh mẽ hơn chịu được chu kìsâu và sử dụng chất sệt hơn chứ không lỏng Nên chi phí sản xuất tăng thêm

Trong các pin acid, bản cực âm có chì xốp là nguyên liệu hoạt động, trong khi cácbản cực dương có chì oxit Các bản cực được ngâm trong một chất điện phân làaxít sulfuric loãng Các acid sulfuric kết hợp với chì và các oxit chì để sản xuất

sulfat chì, nước, năng lượng điện được hình thành trong quá trình Các phản ứngtổng thể là:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 ←→ 2PbSO4 + 2H2O

Các phản ứng trên mỗi điện cực của pin sẽ được hiển thị trong hình 2.4 Trongphần trên của sơ đồ pin đang xả Cả hai điện cực phản ứng dẫn đến sự hình thànhcủa chì sulphate Chất điện phân làm mất mất acid sulfuric, và trở nên loãng

Khi được sạc, như trong nửa dưới của hình 2.4, các điện cực khôi phục lại chì vàoxit chì Các điện cực cũng phục hồi acid sulfuric, và nồng độ tăng lên.Các pin acid chì là pin có thể sạc thông dụng nhất Những lý do chính của điều này

là vì các thành phần chính (chì, sulfuric acid, một thùng chứa bằng nhựa) khôngđắt tiền, đáng tin cậy, và nó có cấp điện áp tương đối cao khoảng 2V mỗi pin Cácđặc điểm chung của pin được đưa ra trong Bảng 2.1

Một trong những tính năng đáng chú ý nhất của pin axít chì là điện trở của nó rấtthấp (xem Phần 2.2.1 và Hình 2.1) Điều này có nghĩa rằng sự sụt giảm điện áp làkhá nhỏ, có thể nhỏ hơn so với bất kì pin xe điện nào Các con số được đưa ratrong Bảng 2.1 dưới đây là dành cho một pin đơn, công suất định mức là 1.0amphours Điện lượng của một pin tỉ lệ với diện tích của các bản cực, và điện trởtrong tỉ lệ nghịch với diện tích các bản Kết quả là các điện trở trong tỉ lệ nghịchvới điện lượng Các hệ số đưa ra trong Bảng 2.1 với 0.022Ω trên mỗi pin là mộtquy tắc ngón tay cái lấy từ một loạt các pin kéo chất lượng tốt Tính gần đúng điệntrở trong của một pin acid chì :

R=s ố l ư ợ ng pin∗0.022

C10 Ω

Hình 2.4 Phản ứng xảy ra trong quá trình sạc và xả của pin chì axit