CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Tính quan trọng của đề tài: Hệ thống phanh là một phần quan trọng trong bất kỳ phương tiện thông tin nào. Nó đảm bảo sự an toàn cho người lái, hành khách và các phương tiện xung quanh. Với nguy cơ nguồn tài nguyên tiêu thụ và hợp tác tiêu cực cho môi trường, việc nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh tái sinh có thể cải thiện được đáng kể đến hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Ứng dụng thực tế: Công nghệ tái sinh năng lượng đã trở nên quan trọng hơn trong ngành công nghiệp ô tô.
Một hệ thống phanh tái sinh có thể tái sinh sử dụng năng lượng từ quá trình phanh để nạp lại chốt hoặc cung cấp năng lượng cho các hệ thống khác trong xe, giúp cải thiện hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải nhà kính. Đóng góp vào sự phát triển bền vững: Xe hơi đóng vai trò quan trọng trong nguy cơ gây ra biến đổi khí hậu. Bằng cách nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh tái sinh, có thể đóng góp vào mục tiêu của ngành công nghiệp trong việc giảm thiểu tác động xấu đối với môi trường và thúc đẩy phát triển bền vững. Tính công thức và phát triển nghề nghiệp: Đề tài này yêu cầu kiến trúc chuyên sâu về cơ khí, điện tử và công nghệ phòng thí nghiệm, cùng với khả năng nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.
Thực hiện đồ án này sẽ giúp chúng em phát triển kỹ năng quan trọng và có thể tạo điều kiện tốt cho sự phát triển nghề nghiệp trong lĩnh vực công nghệ xanh. Tóm lại, việc chọn đề tài “Nghiên cứu, đánh giá sự ảnh hưởng của hệ thống phanh tái sinh trên ô tô điện” không những có ý nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật và môi trường mà còn có tiềm năng đóng góp vào sự phát triển bền vững và sự nghiệp của chính bản thân trong công nghiệp chuyên nghiệp.2 Mục đích nghiên cứu Đề tài này trình bày rõ nội dung lý thuyết về phanh tái sinh trên ô tô điện. Nghiên cứu tính toán năng lượng thu hồi từ phanh tái sinh trên ô tô điện. Việc mô phỏng hệ thống bằng Matlab giúp sinh viên có thể hiểu sâu hơn về đặc tính ô tô điện.
Đó là những kiến thức cần 1 thiết để ứng dụng trong tương lai gần khi xe lai và xe điện đang dần thay thế xe động cơ đốt trong thông thường.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu Tiến hành nghiên cứu sự thu hồi năng lượng và hiệu quả thu hồi năng lượng trên xe ô ô điện khi sử dụng phanh tái sinh.4 Tính cấp thiết của đề tài Tình hình nghiên cứu ngoài nước: Tất cả hãng xe trên thế giới đều đang tìm cách nghiên cứu để phát triển xe điện, xe lai các dòng xe thân thiện với môi trường, tiết kiệm nhiên liệu và nhằm thay thế xe sử dụng động cơ đốt trong trong tương lai sắp tới. Có thể kể đến một trong những giải pháp tiết kiệm năng lượng là sử dụng phanh tái sinh. Tình hình nghiên cứu trong nước: Ô tô Hybrid hay gần đây nhất là ô tô diện đang dần xuất hiện rất nhiều ở nước ta. Nhận thấy được rằng các nguồn năng lượng truyền thống là có giới hạn và sử dụng nguồn này gây nên ô nhiễm môi trường rất trầm trọng.
Nước ta hiện nay rất đang tích cực nghiên cứu việc sử dụng năng lượng điện thay cho năng lượng hóa thạch truyền thống. Ô tô điện, ô tô Hybrid hiện nay đang xuất hiện khá nhiều ở nước ta, thậm chí có khả năng thay thế hoàn toàn các loại xe sử dụng xăng, dầu truyền thống. Điển hình, ở nước ta còn có hãng xe VinFast đã và đang sản xuất xe diện để sử dụng trong nước và xuất khẩu sang nước ngoài. Tổng quan, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về hệ thống phanh tái sinh trên ô tô đã thể hiện sự quan tâm đáng kể từ cả cộng đồng nghiên cứu và ngành công nghiệp ô tô.
Sự tiến bộ trong lĩnh vực này có tiềm năng mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.5 Mô hình tổng quát xe điện Trong những năm trở lại đây, việc phát triển dòng xe chạy bằng điện đang là xu hướng toàn cầu mà rất nhiều các hãng xe hơi truyền thống cũng nhắm đến. Hiện tại, hầu như tất cả các hãng xe hơi truyền thống đều đã và đang phát triển các mẫu ô tô điện của riêng mình. Trong đó cũng phải kể đến như hãng Tesla, một hãng xe chỉ tập trung vào sản xuất xe ô tô điện. Ở Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó, VinFast – hãng xe ô tô đầu tiên của Việt Nam cũng chuyển hướng sang phát triển dòng xe điện với liên tiếp các mẫu xe được tung ra thị trường như VFe34, VF8, VF5… Chính vì thế làm “thổi bùng” lên sự quan tâm của công chúng đối với xe ô tô điện, cấu tạo, cách thức hoạt động của chúng, và những khác biệt của ô tô điện với ô tô truyền thống.
Một chiếc ô tô điện thường sẽ có ít bộ phận hơn so với ô tô dùng nguyên liệu hóa thạch truyền thống. Cụ thể thì xe điện được cấu tạo bởi thân xe, mô tơ điện, pin, cổng sạc, hộp số, bộ sạc trên xe, ắc-quy phụ, hệ thống tản nhiệt, bộ điều khiển điện tử và bộ đổi điện. Những thành phần chính của ô tô điện: Hình 1.1 Thành phần chính của ô tô điện 3 Ô tô điện sử dụng năng lượng tái tạo có chứa trong hệ thống pin để quay vòng động cơ nhằm cung cấp nguồn năng lượng để phục vụ nhu cầu lái xe. Đây là sự khác biệt rõ ràng nhất giữa ô tô sử dụng động cơ đốt trong hoá thạch; theo đó động cơ sử dụng nhiên liệu sinh học giúp tạo thêm động lực vận hành xe.
Và đây cũng là điểm then chốt giúp xe điện được coi là thân thiện với môi trường hơn xe sử dụng động cơ đốt trong. Ô tô điện sử dụng pin nên không cần đến động cơ hay bộ truyền động như động cơ đốt trong. Thay vào đó, ô tô điện cần có những bộ phận cơ bản để hoạt động như: động cơ điện, bộ giảm tốc, pin (ắc quy), bộ sạc trên bo mạch, bộ điều khiển nguồn, phanh tái sinh. Đây đều là những thành phần thiết yếu để chuyển đổi năng lượng pin thành động năng cung cấp năng lượng cho xe điện.1 Động cơ điện/ Mô tơ điện Hình 1.2 Mô tơ/động cơ điện Động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành động năng để truyền động bánh xe.
Sử dụng động cơ điện thay cho động cơ đốt trong có nhiều ưu điểm, trong đó: Động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành động năng để truyền động bánh xe. 4 Sử dụng động cơ điện thay cho động cơ đốt trong có nhiều ưu điểm, trong đó: Tiếng ồn và độ rung: Nhiều hành khách lần đầu lái xe điện rất ngạc nhiên trước cảm giác lái êm ái và thoải mái. Động cơ điện có thể truyền một lượng mô-men xoắn rất lớn khi khởi động hoặc ở tốc độ thấp nên xe khởi động rất nhanh và tăng tốc ngay lập tức. Ngoài ra, hệ truyền động của xe điện luôn nhỏ hơn và êm hơn so với hệ truyền động sử dụng động cơ đốt trong, giúp cung cấp thêm không gian cho các thiết kế xe hiệu quả hơn, chẳng hạn như nội thất và cốp xe lớn hơn.3 Động cơ điện trên ô tô điện Các loại động cơ điện được sử dụng chủ yếu hiện nay là động cơ đồng bộ ba pha, động cơ không đồng bộ ba pha và động cơ từ trở.
Việc sử dụng loại động cơ này đã dẫn đến việc loại bỏ hoàn toàn hệ truyền động ở hầu hết các mẫu ô tô điện, khiến chúng dễ lái hơn nhiều Ngoài ra, vì động cơ điện rất nhỏ, gọn, với khối lượng nhẹ nên nhiều hãng xe ô tô cũng trang bị từng động cơ điện cho từng bánh xe, để xe có khả năng dẫn động 4 bánh toàn thời gian mà không cần trang bị thêm bộ vi sai. Một phần của động cơ cũng là một máy phát điện, nó chuyển đổi động năng được tạo ra khi ở Neutral Gear hay số N (ví dụ như khi ô tô đang xuống dốc) thành năng lượng điện và 5 được lưu trữ vào pin. Ý tưởng tiết kiệm năng lượng tương tự cũng được áp dụng khi xe giảm tốc độ, mà đỉnh cao là “hệ thống phanh tái tạo”. Một số mẫu xe điện của Tập đoàn ô tô Hyundai được trang bị cơ chế cho phép kiểm soát mức độ phanh tái tạo thông qua lẫy chuyển số trên vô lăng, điều này không chỉ góp phần cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu mà còn tăng cảm giác lái thích thú và cải thiện khả năng kiểm soát của người lái trong khi điều khiển.2 Hộp giảm tốc (Reducer) Hình 1.4 Hộp giảm tốc của ô tô điện Bộ giảm tốc là một phần của hệ thống truyền lực.
Tuy nhiên, thuật ngữ hộp số không được sử dụng thay cho bộ giảm tốc mà vì có lý do: Động cơ điện nhanh hơn nhiều so với động cơ đốt trong. Trong khi hộp số điều chỉnh mô men xoắn được truyền từ động cơ đốt trong đến các bánh xe chủ động để có thể thích hợp với nhu cầu của người tài xế, bộ giảm tốc phải luôn giảm số vòng tua máy xuống một mức độ thích hợp. Với tốc độ vòng quay giảm, hệ thống truyền động của ô tô điện có thể tận dụng lợi thế của mô men xoắn cao hơn.3 Pin xe điện a. Khối Pin: Hệ thống Pin là trái tim của ô tô điện, có kích thước lớn và nằm dưới sàn ô tô.
Ô tô điện ngày nay sử dụng công nghệ pin lithium-ion có thể sạc lại nhiều lần. Trong quá trình sạc, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm và ngược lại trong quá trình phóng điện.5 Pin xe điện Hyundai và Kia Pin của xe điện có chức năng lưu trữ năng lượng điện và đóng vai trò như bình nhiên liệu giống như xe sử dụng động cơ đốt trong. Ngoài ra, quãng đường di chuyển tối đa của ô tô điện thường được xác định bởi dung lượng của pin (dung lượng càng lớn thì quãng đường đi được càng dài). Trong bối cảnh đó, việc tăng thêm dung lượng cho pin vẫn luôn là yêu cầu cần thiết nhất đối với xe điện, bởi hành trình dài giúp giảm nhu cầu dừng chân thường xuyên ở các trạm sạc.6 On-board Charger Tuy nhiên, không dễ để tăng dung lượng pin bởi vì kích thước và khối lượng của pin tăng cũng sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của xe.