I. Tổng quan
Luận văn tập trung vào tính toán năng lượng và thiết bị động lực cho ô tô điện cỡ nhỏ, nhằm đáp ứng xu hướng toàn cầu về điện khí hóa phương tiện giao thông. Nghiên cứu này đặt ra mục tiêu giảm thiểu khí thải và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Ô tô điện được xem là giải pháp thay thế hiệu quả cho xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống. Luận văn cung cấp các bước cơ bản trong tính toán nguồn năng lượng và lựa chọn thiết bị động lực phù hợp, đồng thời phát triển mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink.
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Ô nhiễm môi trường từ khí thải xe cộ đang là vấn đề nghiêm trọng. Ô tô điện không chỉ giảm thiểu khí thải mà còn tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành. Việc chuyển đổi từ xe động cơ đốt trong sang xe điện là xu hướng tất yếu, đặc biệt tại các đô thị lớn. Nghiên cứu này nhằm cung cấp giải pháp tính toán hiệu quả cho hệ thống động lực và năng lượng điện trên ô tô cỡ nhỏ.
1.2 Tình hình nghiên cứu
Trong nước, các nghiên cứu về hệ thống động lực và pin xe điện đã được thực hiện, nhưng chưa toàn diện. Ngoài nước, nhiều nghiên cứu đã chuyển đổi thành công xe động cơ đốt trong sang xe điện, sử dụng các loại động cơ điện và pin khác nhau. Tuy nhiên, việc kết hợp giữa tính toán, mô phỏng và thực nghiệm vẫn còn hạn chế.
II. Cơ sở lý thuyết
Luận văn trình bày các đặc tính động cơ điện và hệ thống động lực trên ô tô điện. Các loại động cơ điện như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM), động cơ không đồng bộ ba pha (IM), và động cơ một chiều không chổi than (BLDC) được phân tích chi tiết. Ngoài ra, các loại pin như pin Lithium-ion, pin axit chì, và pin kim loại-khí cũng được so sánh về hiệu suất và ứng dụng.
2.1 Đặc tính động cơ điện
Các động cơ điện được sử dụng trên ô tô điện có đặc điểm riêng về công suất, mô-men xoắn và hiệu suất. PMSM và BLDC là hai loại phổ biến nhờ hiệu suất cao và độ bền tốt. Động cơ không đồng bộ ba pha cũng được ưa chuộng do chi phí thấp và dễ bảo trì.
2.2 Các loại pin trên ô tô điện
Pin Lithium-ion được ưu tiên sử dụng nhờ mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài. Các loại pin axit chì và pin kim loại-khí cũng được xem xét, nhưng có hạn chế về trọng lượng và hiệu suất. Việc lựa chọn pin phù hợp là yếu tố quyết định đến hiệu suất và phạm vi di chuyển của xe điện.
III. Tính toán thông số động cơ và pin
Luận văn trình bày quy trình tính toán năng lượng và lựa chọn thiết bị động lực cho ô tô điện cỡ nhỏ. Các yêu cầu vận hành như vận tốc tối đa, khả năng tăng tốc, và phạm vi di chuyển được đưa ra làm cơ sở tính toán. Động cơ điện và pin được lựa chọn dựa trên các thông số kỹ thuật và hiệu suất.
3.1 Tính toán động cơ điện
Công suất và mô-men xoắn của động cơ điện được tính toán dựa trên yêu cầu vận hành. Động cơ PMSM được lựa chọn nhờ hiệu suất cao và khả năng đáp ứng tốt các yêu cầu về tốc độ và tải trọng.
3.2 Tính toán pin
Dung lượng và số lượng pin được tính toán để đảm bảo phạm vi di chuyển và hiệu suất năng lượng. Pin Lithium-ion được ưu tiên sử dụng nhờ mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài.
IV. Mô hình hóa và mô phỏng ô tô điện
Mô hình hệ thống động lực được phát triển trên phần mềm Matlab/Simulink. Các kết quả mô phỏng bao gồm vận tốc tối đa, khả năng tăng tốc, và phạm vi di chuyển được đánh giá. Mô hình này giúp kiểm tra hiệu suất của động cơ điện và pin trong các điều kiện vận hành khác nhau.
4.1 Mô hình mô phỏng
Mô hình hệ thống động lực được xây dựng với các khối như khối Driving cycle, khối Motor & Controller, và khối pin. Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng đáp ứng của hệ thống đối với các yêu cầu vận hành.
4.2 Kết quả mô phỏng
Các kết quả mô phỏng bao gồm vận tốc tối đa, thời gian tăng tốc, và phạm vi di chuyển được phân tích. Hệ thống động lực đáp ứng tốt các yêu cầu ban đầu, với sai số nhỏ trong quá trình mô phỏng.
V. Xây dựng chương trình tính toán tự động
Một chương trình tính toán tự động được phát triển bằng Matlab App Designer. Chương trình này cho phép người dùng nhập các yêu cầu vận hành và nhận kết quả về công suất động cơ, mô-men xoắn, và dung lượng pin. Chương trình này giúp đơn giản hóa quá trình tính toán và lựa chọn thiết bị.
5.1 Giao diện và ứng dụng
Giao diện chương trình được thiết kế thân thiện, cho phép người dùng nhập các thông số như vận tốc tối đa, khả năng tăng tốc, và phạm vi di chuyển. Kết quả tính toán được hiển thị ngay lập tức, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn thiết bị phù hợp.
5.2 Kết quả tính toán
Chương trình đã được thử nghiệm với các thông số từ chương 3 và 4, cho kết quả chính xác và đáng tin cậy. Điều này chứng tỏ tính ứng dụng cao của chương trình trong thực tế.
