CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE Ô TÔ ĐIỆN 1. Giới thiệu tổng quan về xe điện 1. Giới thiệu chung Xe ô tô điện là loại phương tiện được cung cấp năng lượng bởi động cơ điện. Thay ví sử dụng các động cơ đốt trong với các nhiên liệu như xăng hoặc dầu diesel, ô tô điện sử dụng năng lương được cung cung cấp từ một bộ pin sạc.
1 Ô tô điện Vinfast e34 của Việt Nam Ô tô chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện gọi là xe điện thuần điện (EV). Ngoài ra, loại xe ô tô vừa có thể chạy bằng điện, vừa có thể chạy bằng các nhiên liệu khác được gọi là xe điện lai - xe hybrid (HEV). Xe ô tô điện thuần tuý là loại xe chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện từ, không sử dụng bất kỳ động cơ đốt trong nào (xăng, dầu hay diesel). Điều này có nghĩa là tất cả các hệ thống trên xe, bao gồm cả động cơ, đều được vận hành bằng nguồn điện từ pin sạc.
Xe ô tô điện lai ( HEV ) là loại phương tiện kết hợp giữa hai hệ thống động cơ: động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng/diesel và động cơ điện sử dụng năng lượng từ pin. Khái niệm “lai” trong xe hybird xuất phát từ việc hai hệ thống động cơ này phối hợp với nhau để vận hành xe, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu lượng khí thải. Lịch sử phát triển của ô tô điện trên thế giới Trên thế giới xe sử dụng nguồn năng lượng điện đã có quá trình phát triển từ rất lâu. Trong thời kì đầu xe chạy điện rất phát triển thấm chí nó còn lấn át xe chạy bằng động cơ đốt trong.
9 Trong năm 1828, Hungary, Ányos Jedlik đã phát minh ra một chiếc xe mô hình với quy mô nhỏ được hỗ trợ bởi một động cơ điện mà ông thiết kế. Năm 1835, một chiếc xe điện có quy mô nhỏ được thiết kế bởi Giáo sư Stratingh Groningen, Hà Lan, và được xây dựng bởi trợ lý của ông Christopher Becker. Năm 1835, Thomas Davenport, một thợ rèn người Brandon, Vermont, đã chế tạo một chiếc xe điện với quy mô nhỏ. Davenport cũng là nhà phát minh đầu ứng dụng động cơ điện một chiều đầu tiên tại Mỹ.
Khoảng 1842 Thomas Davenport và Scotsmen Robert Davidson đã sử dụng tế bào pin mới nhưng không sạc lại được. Tại Pháp Gaston Plante phát minh ra một loại pin lưu trữ tốt hơn trong năm 1865 và Camille Faure đã cải thiện pin với khả năng lưu trử dài hơn vào 1881. Năm 1899, một chiếc xe đua được thiết kế tại Bỉ được gọi là "La Jamais Contente" thiết lập một kỷ lục thế giới đạt tốc độ 68 mph được thiết kế bởi CamilleJénatzy. Mãi đến 1895, người Mỹ bắt đầu dành sự chú ý cho xe điện sau khi một xe ba bánh điện được thiết kế bởi AL Ryker và William Morrison xây dựng một toa xe sáu hành khách vào năm 1891.
Nhiều đổi mới và quan tâm đến xe có động cơ tăng lên rất nhiều trong cuối những năm 1890 và đầu những năm 1900. Năm 1897, xe điện được sản xuất với mục đích thương mại đầu tiên là đội xe taxi ở thành phố New York. Xe điện được sản xuất tại Mỹ bởi Anthony, Baker, Columbia, Anderson, Edison, Fritchle, Studebaker, Riker, Milburn, và những người khác trong những năm đầu thế kỷ 20. Đầu năm 1900 mặc dù tốc độ tương đối chậm, nhưng xe điện vẫn có một số ưu điểm hơn so với các đối thủ cạnh tranh của nó như : xe điện hoạt động êm, không có mùi hôi, tiếng ồn so với các xe chạy xăng.
Xe điện được bán trên thị và được giới phụ nữ yêu thích vì nó dễ sử dụng. Từ năm 1990 đến nay : Các tập đoàn ô tô hàng đầu thế giới đa và đang ra sức nghiên cứu và phát triển xe điện. Sau đây là 5 chiếc xe tiêu biểu trong thời gian này: *Detroit Electric model 90: Detroit Electric được sản xuất từ năm 1907 đến 1942. Xe này đã đạt đến đỉnh cao trong sản xuất và bán hàng trong giai đoạn từ năm 1912 đến 1920.
Thành công của chiếc xe này phần lớn là do nhu cầu của phụ nữ cho một chiếc xe đơn giản để sử dụng trong đô thị. Đã được bán hơn 1000 chiếc xe mỗi cho đến Chiến tranh thế giới thứ I. Detroit Electric được trang bị 14 gói pin 6 Volt được sản xuất bởi Công ty Thomas Edison. 10 Detroit Electric có thể chạy được 100 - 130km sau mỗi lần sạc và có tốc độ tối đa 32 km/h.
*1974 Serbing-Vanguard Citicar: Trong thời kỳ xảy ra khủng hoảng năng lượng những năm 1970, Serbing - Vanguard Citicar được lựa chọn thay cho các phương tiện giao thông khác, tạo nên cơn sốt xe cỡ nhỏ. Cho tới 1977, nhà sản xuất đã bán được tới 2.300 chiếc Citicar có giới hạn chạy 80 km và tốc độ tối đa 45 km/h. Khách hàng cũng có thể lựa chọn nâng cấp từ phiên bản 3,5 mã lực lên 5 mã lực với tốc độ tối đa lên khoảng 60 km/h.Vỏ nhựa có tới 5 lựachọn màu. Thiết kế nhỏ gọn giúp bán kính quay xe chỉ có 3m.
Đến 1976, số lượng Citicar tiêu thụ đã đưa Serbing - Vanguard lên vị trí thứ 6 tại Mỹ (sau GM, Ford, Chrysler, AMC và Checker). Sau đó, tập đoàn Commuter Vehicles đã mua lại thiết kế Citicar và đổi tên là Commuta - Car. Phiên bản nâng cấp được tiếp tục sản xuất vào năm 1979, có khoảng 2 nghìn chiếc Comuta-car và Comuta-van đã được xuất xưởng.300 chiếc, Citicar, hay Comuta-car, hiện đang giữ kỷ lục về lượng xe điện sản xuất trong lịch sử ngành ô tô. *General Motor EV1: Những năm đầu thập kỷ 90, GM đã đổ hàng tỷ USD vào nghiên cứu xe điện và cho ra đời mẫu xe điện đầu tiên của hãng - EV1.
Thế hệ đầu tiên của EV1 gắn ắc quy chì - axit, giới hạn chạy từ 120 đến 160 km. Thế hệ thứ 2 thay bằng ắc quy niken hydrua nâng giới hạn chạy lên 120 đến 240 km và tốc độ thời gian 130km/h nhưng vẫn không đáp ứng được nhu cầu của người dùng khi đó. Mặc dù được coi là chiếc xe điện tốt nhất thế giới nhưng EV1 vẫn không thể so sánh với động cơ đốt trong. Một vấn đề nữa là giá của chiếc xe.
GM chỉ cho phép thuê EV1 trong 3 năm hoặc 48 nghìn km với giá từ 34 nghìn đến 44 nghìn USD. Giải pháp duy nhất cho EV1 là ngừng sản xuất do không thể hòa vốn. *2002 - Ford Think City: Cháu trai của Henry Ford, Bill Ford, đã mạo hiểm đưa tập đoàn của mình vào nghiên cứu công nghệ xe sạch sau khi ông lên làm chủ tịch kiêm Tổng Giám đốc Ford. Khởi đầu bằng việc mua lại hãng sản xuất xe điện Nauy - Think.
Think từng nổi tiếng từ trước đó với những chiếc xe sân gôn đáng tự hào, nhưng với City, thương hiệu này mới 11 có được một chiếc xe thực thụ. Think City là chiếc xe điện đầu tiên trên thế giới vượt qua kiểm tra va đập và đủ chất lượng chạy đường cao tốc năm 2008. Tốc độ tối đa 105 km/h và giới hạn chạy 210 km/1 lần sạc, tăng tốc lên 50 km/h trong 6,5 giây và lên 80 km/h trong 16 giây. Tuy nhiên, vào năm 2002, khi Think vẫn còn trong tay Ford, City từng bị thu hồi rất nhiều do các lỗi kỹ thuật.
Ford đã quyết định dừng chiến dịch quảng bá cho City và bán lại cho một tập đoàn sản xuất xe điện của Thụy Sĩ, những chiếc City được xuất khẩu ngược lại Nauy do nhu cầu xe điện tại đây đang cao. Think City được sản xuất tiếp vào năm 2007. *2008 - GEM e4: Chrysler đã đầu tư vào hãng sản xuất xe điện Global Electric Motocar họ nhận thấy tiềm năng của thị trường xe điện tốc độ thấp hay còn gọi là NEV (Neighborhood electric vehicle). Mặc dù chỉ có vận tốc tối đa 40 km/h và giới hạn chạy 48 km nhưng những chiếc xe của GEM được ứng dụng khá rộng rãi và phù hợp yêu cầu của nhiều loại hình công việc.
6 mẫu xe cơ bản của GEM là e2 (2 chỗ), e4 (4 chỗ), e6 (6 chỗ), eS, eL, eL XD (thêm giá chở hàng phía sau) được sử dụng hàng ngày trong các mục đích như đi dạo, tuần tra đường phố hoặc công viên, chớ khách du lịch, bán hàng lưu động, sử dụng trong bệnh viện, sân bay hay sân gôn…Đến nay, hơn 35 nghìn chiếc GEM đã được sản xuất và tiêu thụ và tiềm năng của GEM vẫn còn rất lớn.Cấu tạo xe ô tô điện Hiện nay, ô tô điện được sử dụng ngày càng rộng rãi và biến. Bởi xe ô tô điện không thải khí CO2 gây ô nhiễm môi trường. Hơn thế nữa, các bộ phận cấu tạo xe ô tô điện có chuyển động ít hơn 90% so với các bộ phận cấu tạo của các loại xe ô tô sử dụng động cơ đốt trong trên thị trường. Cấu tạo chung của ô tô điện hiện nay bao gồm những bộ phận sau đây: 12 Hình 1.
2 Cấu tạo của xe ô tô điện + Động cơ điện + Biến tần + Pin và bộ sạc pin + Bộ điều khiển + Cáp sạc Nguyên lí hoạt động: Nguyên lý hoạt động của ô tô điện dựa trên việc sử dụng năng lượng điện lưu trữ trong pin để cung cấp năng lượng cho động cơ điện, thay vì sử dụng nhiên liệu như xăng hay dầu diesel trong xe truyền thống. Dưới đây là chi tiết các bước của nguyên lý hoạt động của ô tô điện: Lưu trữ năng lượng trong pin: • Pin: Là bộ phận chính cung cấp năng lượng cho toàn bộ hoạt động của xe. Pin ô tô điện thường là loại pin Lithium-ion, có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng điện một chiều (DC). • Cấp điện từ pin: Khi khởi động xe, pin cung cấp năng lượng điện cho hệ thống, bao gồm cả động cơ điện và các hệ thống điện tử trên xe (điều hòa, đèn, hệ thống giải trí, …).
Chuyển đổi năng lượng điện từ pin thành cơ năng: • Bộ biến tần: Do pin lưu trữ điện một chiều (DC), bộ biến tần sẽ chuyển đổi dòng điện này thành điện xoay chiều (AC), để cung cấp cho động cơ điện. Bộ biến tần cũng 13 điều chỉnh tần số và cường độ dòng điện để kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ. Hoạt động của động cơ điện: • Động cơ điện: Khi nhận được điện xoay chiều từ bộ biến tần, động cơ sẽ chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng (động năng), giúp xe di chuyển. Động cơ điện tạo ra lực xoắn ngay lập tức khi có dòng điện, giúp ô tô điện tăng tốc nhanh và mượt mà mà không cần hộp số phức tạp.