CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN VÀ ẮC QUY SỬ DỤNG TRONG Ô TÔ ĐIỆN 1. Lịch sử hình thành và phát triển xe điện (a) (b) Hình 1. Một số mẫu xe điện giai đoạn 1890 - 1930 a- Wood’s Electric Phaeton (1902) b- Mẫu xe đua La Jamais Contente (1899) Xe điện là loại phương tiện có lịch sử hình thành và phát triển tương đối lâu đời. Sau khi những chiếc xe sử dụng động cơ đốt trong được đưa vào sử dụng phổ biến ở các nước công nghiệp phát triển, đến những năm 30 của thế kỉ XIX, những chiễc xe điện đầu tiên do nhà khoa học người Scotland Robert Anderson phát minh mới xuất hiện.
Cũng trong khoảng thời gian đó, năm 1835 giáo sư Stratingh cùng trợ lý Christopher Becker cũng cho ra đời mẫu thiết kế xe điện cơ nhỏ. Tuy nhiên những thiết kế ban đầu còn nhiều hạn chế so với xe chạy xăng như không đủ năng lượng để chạy quãng đường dài nên không thể sử dụng rộng rãi. Phải tới năm 1865, sau thành công của Camille Faure trong việc nâng cao khả năng lưu trữ năng lượng của pin thì những thiết kế này mới có thể thực hiện được những hành trình dài hơn và mở ra tương lai cho lĩnh vực phát triển xe điện. Về ứng dụng thực tế, hai quốc gia Anh và Pháp là những nước tiên phong khi đã bắt đầu ứng dụng xe điện vào hệ thống giao thông từ cuối thế kỉ XIX.
Trong khi 3 đó Bỉ cũng đã chế tạo thành công mẫu xe đua chạy điện đầu tiên “La Jamais Contente” vào năm 1899 bởi Cammelle Jénatzy với vận tốc tối đa lên đến 102km/h. Trong thời kỳ đầu cuối thế kỉ XIX, xe điện khá được ưa chuộng vì khắc phục được những nhược điểm như chạy rung, ồn, ô nhiễm và giá nguyên liệu hóa thạch còn đắt của các loại xe đương thời (xe chạy bằng động cơ đốt xăng hoặc động cơ hơi nước). Tuy nhiên, đến đầu thế kỉ XX, hàng loạt những sự kiện quan trọng đã đánh dấu sự lép vế hoàn toàn của xe điện so với xe chạy xăng (việc phát hiện dầu thô ở Texas giúp hạ nhiệt giá dầu thế giới, Henry Ford phát minh ra động cơ đốt trong giá rẻ, …). Cụ thể đến những năm 1920, chi phí cho mỗi chiếc xe điện lên đên 1750USD so với giá bán của một chiếc xe chạy xăng chỉ khoảng 650USD.
Điều này đã dẫn đến sự biến mất hoàn toàn của xe điện trên thị trường. Đến thập niên 70, thế giới chứng kiến cuộc khủng hoảng năng lượng tồi tệ nhất trong lích sử cùng với những cảnh báo về những vấn đề ô nhiễm môi trường như ô nhiễm không khí, sự nóng lên của trái đất… Điều này thôi thúc các nhà sản xuất nghĩ đến việc quay trở lại với xe điện. Một số mẫu xe điện giai đoạn từ 1930 – 1990 a- Battronic (1971) b- Elcar (1975) Nhờ những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực truyền động và công nghệ pin, khả năng hoạt động của xe điện đã có những bước tiến rõ rệt. Bên cạnh đó tính thời trang và gọn nhẹ cũng đã được các nhà sản xuất lưu tâm với nhiều mẫu mã sang 4 trọng, bắt mắt bên cạnh tính năng vận hành cao để có thể cạnh tranh với các loại xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống.
Công nghệ phát triển xe điện hiện nay vẫn đang trong giai đoạn hoàn thiện và chứng kiến sự cạnh tranh khốc liệt giữa những nhà sản xuất. Bên cạnh việc được coi là một trong những sản phẩm chiến lược của các hãng xe trong tương lai gần, xe điện cũng nhận được sự ủng hộ của chính phủ các quốc gia nhằm thay thế cho các loại phương tiện gây ô nhiễm hiện hành. Tình hình và xu hướng phát triển của xe điện trên thế giới và Việt Nam Việc sử dụng động cơ điện để phát động thay thế cho động cơ đốt trong trên xe điện đem lại rất nhiều ưu điểm cho với các loại xe khác: • Hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng • Có thể điều khiển nhanh và chính xác mômen • Bằng cách điều khiển độc lập bánh xe, có thể loại bỏ bộ truyền cơ khí, giảm bớt kích thước và trọng lượng xe • Không phát sinh khí thải • Chủ động nâng cao chất lượng chuyển động bằng cải tiến điều khiển động cơ,… Nhờ đó, Xe điện có một vai trò vô cùng quan trọng như là loại phương tiện thay thế những xe sử dụng năng lượng hóa thạch gây ô nhiễm và khói bụi hiện nay. Nhận biết được xu hướng này, trên các hãng ô tô lớn trên thế giới đang ra sức cạnh tranh nhau với sự ra đời của hàng loạt những mẫu xe mới chất lượng cao, thiết kế sang trọng với giá thành hạ để thu hút người tiêu dùng.
Phong trào chuyển sang sử dụng các mẫu “xe xanh” cũng nhận được sự ủng hộ tại các quốc gia. Tại Mỹ, quốc gia tiêu thụ ô tô nhiều nhất thế giới, tổng thống Obama đã phê duyệt dự án đầu tư 25 tỷ USD cho việc nghiên cứu và phát triển xe điện và các loại xe hybrid. Số tiền này sẽ được đầu từ cho các viện nghiên cứu và cho các nhà sản xuất ô tô tiên phong trong lĩnh vực xe điện như GM, Ford, Nissan và Tesla vay để phát triển và mở rộng sản xuất, hạ giá thành các loại xe tiết kiệm nhiên liệu. Một số mẫu xe điện hiện đại a- Nissan Leaf b- Chevrolet Volt 2011 c- Ford TH!NK d- Tesla Roadster 2010 Tại châu Âu, Pháp đã chi 550 triệu USD cho việc xây dựng và phát triển các phương tiện không cacbon năm 2008; còn chính phủ Tây Ban Nha tuyên bố rằng sẽ có khoảng 1 triệu xe chạy điện trên đường năm 2014 bằng việc trợ giá từ 15-20%.
Gần đây nhất, thủ tướng Đức cũng vừa công bố tham vọng trở thành một trong những quốc gia đi đầu trong lĩnh vực sản xuất xe điện với những nhà sản xuất hàng đầu như Volkswagen, BMW và Mercedes-Benz. Trung Quốc - quốc gia đông dân nhất thế giới cũng đang có tham vọng phát triển ô tô điện, cụ thể như việc dành 1,5 tỷ USD đảm bảo cho việc đổi mới công 6 nghệ trong sản xuất “xe xanh”. Chính quyền địa phương và các công ty taxi sẽ nhận được 8.800USD hỗ trợ nếu họ mua ô tô điện. Vừa qua, hãng xe lớn nhất Trung Quốc Geely cũng đã bày tỏ tham vọng của mình thông qua màn ra mắt mẫu concept giá rẻ IG nhằm cạnh tranh với thế giới.
Trong khi đó, tại Việt Nam, việc phát triển xe điện để giảm ô nhiễm môi trường cũng đã được đề cập từ khá lâu. Tuy nhiên do còn nhiều khó khăn về công nghệ cũng như chưa nhận được sự quan tâm đầu tư đúng mức của chính phủ và ngành công nghiệp ô tô trong nước, nên xe điện Việt Nam vẫn chưa đạt được những thành tựu đáng kể. Tại Hội chợ triển lãm cơ khí, điện, điện tử, luyện kim ngày tháng 03 năm 2004, những chiếc ô tô điện đầu tiên của Việt Nam đã được trưng bày và thu hút đông đảo người xem. Rất nhiều ý kiến phản hồi về vấn đề này như cần phải kéo dài quãng đường chạy được trên một lần sạc, giảm thời gian sạc đầy…Rõ ràng để làm được điều này cần phải có sự đầu tư đúng mức từ phía các cơ quan chức năng cũng như sự ủng hộ nhiệt tình của người dân.
Hiện tại ở khu du lịch Sầm Sơn và trung tâm Hà Nội có khá nhiều xe điện được đưa vào sử dụng nhằm phục vụ khách du lịch. Đây là loại xe được phát động bởi một động cơ một chiều, vô lăng điều khiển hướng và cần gạt hộp số để thay đổi tốc độ. Đa phần những chiếc xe này tốc độ thấp và có nguồn gốc từ Trung Quốc. Ắc quy sử dụng trong ô tô điện Trong ô tô điện, vấn đề dự trữ và quản lý dòng năng lượng luôn là vấn đề phức tạp, gây hạn chế các tính năng của xe.
Các nghiên cứu trên thế giới đặt ra mục tiêu đối với hệ thống nguồn là tăng khả năng lưu trữ năng lượng, giảm kích thước và trọng lượng đồng thời phải có sự linh hoạt trong khả năng quản lý, phân phối và điều khiển dòng năng lượng cho các chế độ hoạt động của xe. Trên thực tế, nguồn năng lượng là vấn đề được quan tâm hàng đầu, cũng là lĩnh vực được đầu tư lớn nhất trong những nghiên cứu về ô tô điện hiện nay. Năng lượng trong ô tô điện chủ yếu được cung cấp bằng ắc quy. Định nghĩa ắc quy Acquy là nguồn điện hóa, hoạt động trên cơ sở 2 điện cực có điện thế khác 7 nhau, dùng để tích trữ điện năng, cung cấp dòng một chiều cho các thiết bị dân dụng và các thiết bị trong công nghiệp.
Ắc quy bao gồm hai hay nhiều ngăn nối với nhau, mỗi ngăn có chức năng biến đổi hóa năng thành năng lượng điện. Mỗi ngăn đó bao gồm các điện cực dương và điện cực âm được đặt trong dung môi. Phản ứng hóa hóa học giữa cực dương và cực âm với dung môi sẽ tạo ra năng lượng điện. Trong quá trình sạc năng lượng điện sẽ phục hồi hóa năng trong ắc quy.
Ắc quy chì – axit là loại ắc quy rất phổ biến và được ứng dụng rộng rãi tuy nhiên ngoài loại ắc quy đó ra cũng còn rất nhiều loại khác đang chứng tỏ những ưu việt của mình và được ứng dụng trong một số trường hợp cụ thể như Niken–sắt, Niken–Cadimi, Niken–hydrat kim loại, và nhiều loại khác. Một số thông số cơ bản của ắc quy a. Ngăn ắc quy Ắc quy gồm nhiều ngăn nối với nhau để tạo ra điện áp mong muốn. Mỗi ngăn ắc quy có một điện áp chuẩn cố định tùy thuộc loại ắc quy.
Dung lượng ắc quy Dung lượng ắc quy là một thông số hết sức quan trọng. Trong hệ SI thứ nguyên của dung lượng là Culong, tuy nhiên đơn vị này rất nhỏ để biểu diễn dung lượng ắc quy và lại không trực quan. Vì vậy trong thực tế ta hay sử dụng loại đơn vị ampe giờ (Ah) để biểu diễn dung lượng ắc quy. Khi đó một ắc quy có dung lượng 10 Ah tức nó có thể cung cấp dòng 1 A trong 10 h, hoặc dòng 2 A trong 5 h… Tuy nhiên thực tế sẽ có hơi khác một chút, với ắc quy 10 Ah nếu ta sử dòng 10 A thì ắc quy sẽ không duy trì được trong 1 h.
Nhưng nếu ắc quy xả với dòng rất nhỏ, chẳng hạn trong 20 h thì thậm chí dung lượng ắc quy còn có thể cao hơn 10 Ah .