Nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện

Đồ án nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

• Tác giả: Võ Thành Phi
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Lý Vĩnh Đạt
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu hệ thống truyền lực xe điện tại ĐH SPKT TPHCM

Nghiên cứu hệ thống truyền lực xe điện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của ngành công nghiệp ô tô. Xu hướng phương tiện xanh đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu. Việt Nam sở hữu thị trường tiêu dùng tiềm năng lớn. Ngành công nghệ kỹ thuật ô tô trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn quốc gia. Đề tài tốt nghiệp của sinh viên Khoa Cơ khí Động lực tập trung giải quyết bài toán cốt lõi về động lực học xe điện. Động cơ điện và bộ lưu trữ pin đóng vai trò trung tâm trong hệ thống. Việc tính toán chính xác giúp tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Mô hình mô phỏng cho phép đánh giá các chế độ tải trọng phức tạp. Nghiên cứu kết nối chặt chẽ giữa lý thuyết hàn lâm và yêu cầu sản xuất thực tế. Đồ án tạo cơ sở quan trọng cho công tác đào tạo kỹ sư chuyên sâu. Kết quả nghiên cứu đáp ứng mục tiêu giảm phát thải ô nhiễm môi trường. Sinh viên áp dụng kiến thức đa ngành vào thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh. Toàn bộ quy trình được thực hiện bài bản dưới sự hướng dẫn chuyên môn.

1.1. Bối cảnh phát triển xe điện tại Việt Nam

Thị trường ô tô Việt Nam tăng trưởng nhanh nhờ quy mô dân số gần 100 triệu người. Mức sống cải thiện thúc đẩy nhu cầu sở hữu phương tiện cá nhân. Ô tô điện trở thành giải pháp ưu tiên nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí đô thị. Chính phủ định hướng phát triển giao thông xanh qua các chính sách khuyến khích đầu tư. Tuy nhiên, nguồn nhân lực kỹ thuật chất lượng cao trong ngành ô tô điện vẫn còn thiếu hụt. Việc đào tạo tại các trường đại học đóng vai trò quyết định. Nghiên cứu học thuật giúp chuẩn hóa kiến thức chuyên môn cho kỹ sư tương lai. Đề tài tại ĐH SPKT TPHCM đáp ứng trực tiếp nhu cầu cấp thiết này.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi đề tài

Đề tài tập trung xây dựng cơ sở tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực xe điện. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc xác định công suất động cơ kéo và dung lượng cụm pin. Nghiên cứu khảo sát động học chuyển động của phương tiện trên các chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn. Các phương pháp mô hình hóa hỗ trợ kiểm chứng độ tin cậy của thuật toán điều khiển. Nghiên cứu tạo ra quy trình phân tích động lực học phương tiện rõ ràng và chuẩn xác. Sản phẩm nghiên cứu hỗ trợ giảng dạy và nâng cao năng lực thực hành cho sinh viên. Đề tài củng cố kiến thức nền tảng về cơ điện tử trên ô tô hiện đại.

II. Phân tích thông số kỹ thuật hệ thống truyền lực xe điện hiện nay

Hệ thống truyền lực xe điện sở hữu cấu trúc khác biệt căn bản so với xe động cơ đốt trong. Động cơ điện thay thế hoàn toàn động cơ nhiệt cồng kềnh. Khối pin lưu trữ cung cấp năng lượng thay thế cho bình nhiên liệu hóa thạch. Động cơ điện tạo ra mô-men xoắn cực đại ngay từ dải vận tốc ban đầu. Đặc tính này loại bỏ sự cần thiết của hộp số nhiều cấp truyền thống. Bộ đổi điện DC/AC đảm nhận chức năng điều khiển tần số và điện áp cấp cho động cơ. Bộ chuyển đổi DC/DC hạ áp nguồn pin cao áp để cấp nguồn cho ắc quy phụ. Mỗi cụm chi tiết đều đòi hỏi sự đồng bộ khắt khe về mặt điều khiển điện tử. Sự thất thoát năng lượng xuất hiện chủ yếu qua nhiệt lượng tỏa ra tại cuộn dây và ma sát cơ học. Việc phân tích thông số kỹ thuật giúp xác định rõ giới hạn làm việc của từng thành phần. Dữ liệu tải trọng xe và lực cản chuyển động quyết định kích thước cụm truyền động. Tính toán chính xác đảm bảo hiệu quả làm việc bền bỉ cho toàn hệ thống.

2.1. Phân loại và cấu tạo các cụm chi tiết chính

Hệ thống truyền lực xe điện bao gồm các thành phần chủ chốt như pin, động cơ điện và bộ truyền động cơ khí. Pin cao áp lưu trữ năng lượng cung cấp cho toàn bộ quá trình vận hành. Bộ biến tần điều chỉnh dòng điện phù hợp với chế độ lái. Động cơ điện biến đổi năng lượng điện thành chuyển động quay dẫn động trục bánh xe. Cổng sạc tiếp nhận nguồn điện bên ngoài với thời gian sạc từ 30 phút đến 10 giờ. Ắc quy phụ 12V duy trì nguồn cho hệ thống chiếu sáng và các cảm biến trên xe. Hộp số giảm tốc đơn cấp đảm nhận truyền chuyển động tới các trục dẫn động. Mọi chi tiết hoạt động nhịp nhàng tạo thành hệ thống khép kín.

2.2. Đặc tính vận hành của động cơ điện kéo

Động cơ không đồng bộ ba pha (IM) và động cơ từ trở thay đổi (SRM) thường được lựa chọn trên ô tô điện. Động cơ IM sở hữu độ bền cơ học cao cùng giá thành chế tạo hợp lý. Việc điều khiển tốc độ động cơ IM dựa vào thay đổi tần số dòng điện hoặc thay đổi điện áp stato. Phương pháp biến đổi tần số đem lại hiệu suất tối ưu trên toàn dải vận tốc. Trong khi đó, động cơ SRM có rô-to không chứa cuộn dây nên triệt tiêu nguy cơ quá nhiệt rô-to. Khả năng cung cấp mô-men khởi động mạnh mẽ của động cơ điện giúp xe tăng tốc mượt mà. Vùng làm việc công suất không đổi hỗ trợ xe đạt tốc độ tối đa ổn định.

III. Phương pháp tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực xe điện

Nghiên cứu tính toán hệ thống truyền lực xe điện đòi hỏi thiết lập các phương trình cân bằng lực cản chuyển động. Lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản lên dốc và lực cản quán tính được tính toán chi tiết. Tổng hợp các lực cản này xác định công suất cực đại cần thiết của động cơ điện. Mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa điện áp, tần số và mô-men sinh ra. Phần mềm mô phỏng kỹ thuật chuyên dụng như MATLAB/Simulink được ứng dụng để kiểm chứng lý thuyết. Các chu trình lái chuẩn giúp khảo sát mức tiêu hao năng lượng trong điều kiện vận hành thực tế. Bộ điều khiển tỉ lệ V/f không đổi duy trì từ thông định mức trong vùng vận tốc cơ bản. Khi vượt qua tốc độ định mức, thuật toán điều khiển chuyển sang chế độ suy giảm từ thông. Dữ liệu mô phỏng phản ánh chính xác trạng thái biến thiên của dòng điện và nhiệt độ pin. Phương pháp này rút ngắn thời gian thử nghiệm thực tế và giảm thiểu chi phí nghiên cứu phát triển.

3.1. Thiết lập công thức cân bằng lực kéo

Phương trình cân bằng công suất kéo xác định khả năng chuyển động ổn định của phương tiện. Công thức tính toán tổng lực kéo tại bánh xe dựa trên khối lượng toàn tải và hệ số cản khí động học. Tỉ số truyền hệ thống được lựa chọn nhằm tối ưu hóa khả năng leo dốc và tốc độ cực đại. Tốc độ quay của động cơ điện phụ thuộc vào tần số nguồn cấp và số đôi cực stato. Mối quan hệ giữa hệ số trượt và mô-men quay được mô tả rõ qua đường đặc tính cơ. Việc điều chỉnh điện áp stator giúp điều biến mô-men đầu ra theo từng điều kiện mặt đường. Các phương trình thiết lập tạo khung thông số tiêu chuẩn để đánh giá hiệu năng xe.

3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm

Mô hình mô phỏng được xây dựng theo cấu trúc module hóa các phân hệ chính của xe điện. Phân hệ nguồn pin mô phỏng dung lượng và trạng thái phóng điện theo thời gian. Khối biến tần tái hiện quá trình chuyển đổi năng lượng từ DC sang AC ba pha. Khối động cơ tiếp nhận tín hiệu điều khiển để sinh ra mô-men và tốc độ quay tương ứng. Khối động lực học vỏ xe tiếp nhận lực kéo và mô phỏng phản lực từ mặt đường. Kết quả mô phỏng cho thấy sự phù hợp giữa đường cong đặc tính lý thuyết và dữ liệu thực tế. Đồ thị vận tốc xe bám sát chu trình lái kiểm thử được định sẵn.

IV. Ứng dụng thực tế hệ thống truyền lực xe điện trong đào tạo kỹ sư

Kết quả nghiên cứu hệ thống truyền lực xe điện đem lại giá trị ứng dụng cao cho ngành kỹ thuật ô tô. Mô hình tính toán hỗ trợ các nhà nghiên cứu lựa chọn kích cỡ động cơ chính xác. Thiết kế tối ưu giúp kéo dài quãng đường di chuyển sau mỗi lần sạc đầy. Tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, đề tài đóng góp tài liệu học thuật giá trị cho sinh viên. Mô hình mô phỏng trở thành công cụ hỗ trợ giảng dạy trực quan trong các học phần chuyên sâu. Sinh viên có thể trực tiếp tinh chỉnh thông số và quan sát phản ứng động lực học của xe. Nền tảng này kích thích tư duy nghiên cứu và khả năng làm chủ công nghệ mới. Các xưởng sản xuất và doanh nghiệp ô tô có thể tham khảo phương pháp tính toán để phát triển nguyên mẫu thử nghiệm. Quá trình nội địa hóa chuỗi cung ứng linh kiện xe điện nhận được hỗ trợ kỹ thuật thiết thực. Hướng đi này đẩy mạnh tiến trình xanh hóa giao thông vận tải và nâng cao chất lượng nguồn nhân lực kỹ thuật.

4.1. Ứng dụng trong giảng dạy và nghiên cứu khoa học

Dữ liệu tính toán từ đề tài được tích hợp vào giáo trình chuyên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô. Sinh viên tiếp cận bài giảng thông qua các mô hình mô phỏng tương tác sinh động. Việc thực hành ảo trên máy tính giúp người học hiểu rõ nguyên lý vận hành trước khi thí nghiệm thực tế. Điều này hạn chế tối đa nguy cơ chập cháy do thao tác sai với hệ thống pin cao áp. Giảng viên sử dụng các kịch bản thử nghiệm để giao bài tập lớn cho sinh viên. Mô hình thúc đẩy phong trào nghiên cứu khoa học và sáng tạo công nghệ trong nhà trường. Năng lực làm chủ kỹ thuật của sinh viên được nâng cao rõ rệt.

4.2. Khả năng phát triển và triển khai sản xuất thực tế

Quy trình tính toán hệ thống truyền lực tạo tiền đề cho việc chế tạo xe điện quy mô công nghiệp. Doanh nghiệp có thể tận dụng thuật toán kiểm soát động cơ để tối ưu hóa hiệu suất tiêu thụ điện. Sự phối hợp giữa trường đại học và cơ sở sản xuất giúp hiện thực hóa các ý tưởng thiết kế. Dữ liệu thực nghiệm giúp rút ngắn giai đoạn thử nghiệm an toàn phương tiện. Đề tài mở ra tiềm năng phát triển các dòng xe điện chuyên dụng phục vụ nội khu và đô thị. Việc làm chủ công nghệ truyền lực góp phần hình thành ngành công nghiệp phụ trợ ô tô vững mạnh tại Việt Nam.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô tô sử dụng động cơ đốt trong tiêu thụ một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch, đồng thời giải phóng vào khí quyển khoảng 21,3 tỉ tấn cacbon đioxit ($CO_2$) mỗi năm, là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu và ô nhiễm không khí. Bên cạnh vấn đề khí thải, nguồn tài nguyên nhiên liệu hóa thạch cũng đang cạn kiệt nhanh chóng; theo nghiên cứu của Đại học Stanford được đề cập trong tài liệu, trữ lượng dầu mỏ và xăng hiện có dự kiến sẽ bị khai thác cạn kiệt trước năm 2052. Trước sức ép này, nhiều quốc gia trên thế giới đã đưa ra các chính sách và lộ trình loại bỏ động cơ đốt trong: Hội đồng liên bang Đức đã thông qua Nghị quyết cấm hoàn toàn động cơ đốt trong vào năm 2030; Na Uy đặt mục tiêu chỉ bán xe điện từ năm 2025 và tiến tới mục tiêu các loại xe tải hạng nặng, 75% xe buýt cùng 50% xe tải đạt chuẩn không phát thải vào năm 2030; Pháp và Anh cũng đặt kế hoạch cấm hoàn toàn xe chạy bằng xăng và diesel vào năm 2040.

Thị trường ô tô điện ghi nhận tốc độ tăng trưởng nhanh: năm 2020, hãng Tesla bán ra 499.500 ô tô điện; năm 2021, doanh số bán hàng tại Trung Quốc đạt 3,3 triệu xe, tại châu Âu đạt 2,3 triệu xe, và tại Mỹ đạt 630.000 xe (chiếm 4,5% thị phần); trong nửa đầu năm 2022, thị phần xe điện toàn cầu ước tính đạt khoảng 13%. Tại Việt Nam, quy mô dân số gần 100 triệu dân tạo ra tiềm năng sử dụng phương tiện lớn, và ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô đã được định hướng là ngành công nghiệp mũi nhọn. Sự xuất hiện của các sản phẩm xe điện nội địa (như mẫu xe thông minh VinFast VF e34, các dòng SUV điện, xe buýt điện cùng mạng lưới trạm sạc DC 30kW) đặt ra yêu cầu cấp thiết về đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật ô tô điện.

Từ thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện” được thực hiện nhằm giải quyết các nhiệm vụ cụ thể:

1. Tìm hiểu sự ra đời và xây dựng kiến thức tổng quan về xe điện, tập trung vào hệ thống lưu trữ năng lượng (pin), động cơ điện và xu hướng công nghệ hiện nay.
2. Nghiên cứu sâu về đặc điểm cấu tạo, nguyên lý vận hành của các loại động cơ điện và các chủng loại pin thông dụng trên ô tô điện.
3. Mô hình hóa và mô phỏng hoạt động của hệ thống truyền lực xe điện dựa trên công cụ tính toán kỹ thuật.

• Đối tượng nghiên cứu: Các dòng ô tô điện phổ biến trên thế giới và cấu tạo các cụm chi tiết chính trong hệ thống truyền lực xe điện.
• Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào các công nghệ pin lưu trữ và các dòng động cơ điện chuyên dụng cho ô tô điện; thực hiện bài toán tính toán công suất động cơ, dung lượng hệ thống pin cho phương án hoán cải trên mẫu xe tham khảo Toyota Vios 2013; xây dựng mô hình mô phỏng kiểm chứng động lực học trên phần mềm MATLAB/Simulink.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng các cơ sở lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật ô tô và kỹ thuật điện - điện tử:

• Lý thuyết động lực học chuyển động ô tô: Thiết lập cân bằng lực tác dụng lên phương tiện khi di chuyển trên đường nằm ngang và khi lên dốc, bao gồm lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động, lực cản lăn (phụ thuộc vào hệ số cản lăn $f$), lực cản không khí (phụ thuộc hệ số cản khí động $C_d$, diện tích cản chính diện), lực cản dốc và lực cản quán tính khi gia tốc.
• Lý thuyết máy điện và điều khiển truyền động: Mô hình toán học của động cơ một chiều (DC motor) dựa trên định luật Kirchhoff và phương trình cảm ứng điện từ: $$E = K_m \Phi \omega$$ $$I = \frac{V - K_m \Phi \omega}{R}$$ $$T = \frac{K_m \Phi V}{R} - \frac{(K_m \Phi)^2 \omega}{R}$$ Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha (IM) với khái niệm tốc độ đồng bộ $n_1 = \frac{60f}{p}$, hệ số trượt $s = \frac{n_1 - n}{n_1}$, mạch điện thay thế tương đương, công thức tính mô-men cực đại $T_{max}$ và độ trượt tới hạn $s_m$.
• Lý thuyết lưu trữ hóa điện: Cơ chế điện hóa của các hệ cell pin Lithium-ion, bao gồm phản ứng tại các điện cực trong quá trình xả: $$\text{Cực dương: } LiC_6 \rightarrow C_6 + Li^+ + e^-$$ $$\text{Cực âm: } CoO_2 + Li^+ + e^- \rightarrow LiCoO_2$$ $$\text{Tổng quát: } LiC_6 + CoO_2 \rightarrow C_6 + LiCoO_2$$ và phản ứng của hệ pin Kẽm - Không khí: $2Zn + O_2 \rightarrow 2ZnO$. Cùng với đó là nguyên lý cân bằng cell trong hệ thống quản lý pin (BMS) theo cơ chế chủ động và thụ động.

Các phương pháp nghiên cứu được triển khai trong đồ án gồm:

• Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Phân loại, so sánh ưu nhược điểm kỹ thuật của các cấu hình truyền lực, các loại động cơ điện (DC, IM, SRM, IPM) và các dạng cell pin.
• Phương pháp tra cứu và biên dịch tài liệu: Tổng hợp dữ liệu từ các tiêu chuẩn công nghệ quốc tế, thông số xe thương mại (Tesla Model S, Model 3, Model Y, Toyota Prius) và xe cơ sở Toyota Vios 2013.
• Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Thiết lập hệ thống mô hình toán và vật lý trên phần mềm MATLAB/Simulink thông qua các thư viện khối chuyên dụng.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống kỹ thuật được tác giả nghiên cứu thiết kế và mô phỏng bao gồm các nội dung kỹ thuật:

1. Phân tích và lựa chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực

Tác giả đã tiến hành khảo sát và đánh giá 4 phương án kiến trúc truyền động cho xe điện:

• Phương án 1: Hệ thống truyền động sử dụng hộp số cơ khí kết hợp động cơ điện.
• Phương án 2: Hệ thống truyền động sử dụng một động cơ điện, bộ truyền lực chính và vi sai.
• Phương án 3: Hệ thống truyền động bố trí hai động cơ điện độc lập.
• Phương án 4: Hệ thống truyền động trực tiếp không dùng cơ cấu giảm tốc trung gian, tích hợp động cơ tại bánh xe (công nghệ in-wheel motor / Protean Drive).

Phương án được lựa chọn để thiết kế tính toán hoán cải là Phương án 2 (sử dụng một động cơ điện thay thế động cơ đốt trong truyền thống, kết hợp bộ truyền lực chính và bộ vi sai sẵn có trên xe cơ sở).

2. Lựa chọn thành phần hệ thống và tính toán cấu hình

• Xe tham khảo: Mẫu xe du lịch Toyota Vios 2013 được chọn làm nền tảng để tính toán chuyển đổi các thông số động lực học.
• Động cơ điện: Lựa chọn động cơ điện một chiều không chổi than mã hiệu BLDC HPM20KL để đáp ứng yêu cầu công suất và mô-men kéo sau khi loại bỏ động cơ đốt trong.
• Bộ lưu trữ pin: Sử dụng hệ thống pin ghép từ các cell pin Li-ion tiêu chuẩn công nghiệp mã hiệu INR21700-48X.

3. Thiết lập mô hình mô phỏng trên MATLAB/Simulink

Hệ thống mô phỏng được tổ chức thành các phân hệ và khối chức năng chính:

• Khối tín hiệu đầu vào: Gồm khối Drive cycle source dùng để phát vận tốc tham chiếu theo chu trình thử nghiệm, và khối Longitudinal driver đóng vai trò người lái điều khiển chân ga/phanh qua bộ hiệu chỉnh thông số $K_p$, $K_i$.
• Khối Vehicle subsystem: Mô hình hóa tải trọng và chuyển động tịnh tiến thông qua khối Vehicle body (chứa các thông số cản khí động, khối lượng, phân bố trục) kết hợp cùng khối mô hình lốp Tire.
• Khối Motor và Controller: Bao gồm khối mô hình động cơ DC motor, mạch bán dẫn công suất cầu H (H-bridge), và khối phát xung điều khiển Controlled PWM Voltage để điều chế điện áp cung cấp cho động cơ.

4. Thiết lập kiểm thử theo chu trình chuẩn

Mô hình hoàn chỉnh được nạp dữ liệu kiểm tra trên hai chu trình lái tiêu chuẩn quốc tế:

• Chu trình FTP75 (chu trình kiểm tra phát thải và suất tiêu hao đô thị của Mỹ).
• Chu trình WLTP Class 2 (quy trình kiểm tra xe hạng nhẹ hài hòa toàn cầu dành cho nhóm xe Class 2).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh cạn kiệt tài nguyên hóa thạch và biến đổi khí hậu. Tác giả dẫn chứng số liệu phát thải khí nhà kính 21,3 tỉ tấn $CO_2$/năm, dự báo cạn kiệt xăng dầu của Đại học Stanford vào năm 2052, cùng các quyết định pháp lý cấm động cơ đốt trong tại Đức (2030), Na Uy (2025/2030), Pháp và Anh (2040). Tình hình thị trường xe điện toàn cầu được minh chứng qua các mốc doanh số năm 2020 của Tesla (499.500 xe), thị trường Trung Quốc năm 2021 (3,3 triệu xe), châu Âu (2,3 triệu xe), Mỹ (630.000 xe), và thị phần thế giới đạt 13% trong nửa đầu năm 2022. Chương này cũng phân tích bối cảnh công nghiệp ô tô Việt Nam, xác lập 3 mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu xoay quanh pin, động cơ điện, xe tham khảo Toyota Vios 2013 và phần mềm mô phỏng MATLAB.

Chương 2: Tổng quan về ô tô điện

Nội dung chương 2 khái quát lịch sử xe điện từ thế kỷ 19: phát minh xe điện chở hàng của Robert Anderson (1832-1839), đóng góp của Thomas Davenport và Robert Davidson (1842), cải tiến lưu trữ pin của Camille Faure (1865), xe điện của William Morrison (1890, 5 HP, 20 dặm/h), xe thương mại Electrobat của Pedro Salom và Henry G. Morris (1894, 2 motor 1,5 mã lực, tốc độ 32 km/h, tầm hoạt động 40 km), xe Detroit Electric (1923, 25 dặm/h, 80 dặm), và mẫu GM Electrovan II (1966, sử dụng ắc quy bạc - kẽm 532V, motor IM 3 pha 115 hp, tốc độ 36 km/h).

Tác giả phân tích cấu trúc tổng thể ô tô điện gồm 3 phân hệ: hệ thống tạo động lực, hệ thống năng lượng và hệ thống phụ trợ (ắc quy phụ, cổng sạc, bộ chuyển đổi DC/DC, bộ biến tần DC/AC, motor điện, pin). Chương 2 đi sâu vào các công nghệ lưu trữ:

• Pin Chì - axit (Pb-acid): Giá thành thấp nhưng mật độ năng lượng thấp, gây ô nhiễm môi trường.
• Pin Niken Cadimi (NiCd): Dải nhiệt độ làm việc từ -40°C đến 80°C, chi phí gấp 3 lần pin chì nhưng chứa cadmium độc hại (từng trang bị trên Peugeot 106, Citroen AX, Renault Clio).
• Pin Niken Hiđrua kim loại (NiMH): Dùng trên các xe hybrid như Toyota Prius (thế hệ THS-I gồm 38 mô-đun/228 cell đạt 273,6V; thế hệ THS-II, III dùng 28 mô-đun đạt 201,6V), Honda Civic, Ford Escape Hybrid.
• Pin Lithium-ion (Li-ion): Mật độ năng lượng đạt từ 140 Wh/kg đến 280 Wh/kg; phân loại dạng vỏ (trụ, lăng trụ) và điện cực (LCO, LMO, LFP, NMC, NCA, LTO); chi tiết hóa các chuẩn cell pin Tesla (18650, 2170, 4680).
• Pin Li-poly, NaS (làm việc ở 300-350°C), Zn-air (mật độ năng lượng lý thuyết tới 1086 Wh/kg).
• Hệ thống BMS: Phân tích sự mất cân bằng cell do nhiệt độ, điện áp và trình bày 2 giải pháp cân bằng chủ động (chuyển điện tích giữa các cell) và thụ động (xả năng lượng cell đầy qua điện trở).

Về phần động lực, chương 2 so sánh động cơ điện với động cơ đốt trong: động cơ điện phản hồi mô-men nhanh, có khả năng tích hợp in-wheel motor, loại bỏ cụm ly hợp/hộp số/cardan, vận hành không phát thải, có tính năng tái sinh năng lượng, nhẹ hơn 6 lần và có tỷ số công suất/khối lượng gấp 10 lần động cơ đốt trong, hiệu suất trung bình đạt trên 90% (so với mức tối đa 35% của động cơ đốt trong). Tiếp đó là cấu tạo và nguyên lý của:

• Động cơ một chiều DC (điều khiển qua điện áp và từ thông).
• Động cơ không đồng bộ ba pha IM (khe hở không khí 0,4 - 4 mm, điều khiển bằng điện áp stato, tần số dòng điện, tỷ số V/f).
• Động cơ từ trở thay đổi SRM (roto sắt từ không có cuộn dây).
• Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm IPM-SynRM (điều khiển FOC, DTC). Chương kết thúc bằng việc cập nhật thực trạng xe điện thế giới và tình hình triển khai hạ tầng trạm sạc, các mẫu xe VinFast tại Việt Nam.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán động cơ điện

Chương 3 tập trung xây dựng mô hình tính toán các lực cản tác dụng lên phương tiện khi chuyển động: lực cản lăn $P_f$, lực cản không khí $P_\omega$, lực cản dốc $P_i$ và lực cản quán tính $P_j$. Cung cấp các bảng tra cứu hệ số cản lăn theo bề mặt đường và hệ số cản khí động học theo hình dáng thân xe. Từ điều kiện chuyển động ở tốc độ cực đại, khả năng vượt dốc cực đại và thời gian tăng tốc, tác giả thiết lập công thức xác định công suất cực đại yêu cầu cho động cơ điện. Cuối chương giới thiệu chức năng của môi trường tính toán số MATLAB và công cụ mô phỏng sơ đồ khối SIMULINK.

Chương 4: Ứng dụng phần mềm MATLAB mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện

Chương 4 triển khai các bước tính toán thiết kế kỹ thuật cụ thể:

1. So sánh đánh giá 4 phương án truyền động, chọn phương án động cơ điện kết hợp cụm vi sai và bán trục cầu trước/sau.
2. Xác định các thông số kỹ thuật xe tham khảo Toyota Vios 2013 và phân bố lại trọng lượng sau khi tháo bỏ cụm động cơ đốt trong, thùng xăng, hệ thống ống xả.
3. Tính toán công suất yêu cầu và chọn động cơ điện BLDC HPM20KL.
4. Tính toán dung lượng và cấu hình đấu nối hệ thống pin sử dụng các cell pin Li-ion INR21700-48X.
5. Thiết lập mô hình SIMULINK gồm các khối: Drive cycle source, Longitudinal driver (hiệu chỉnh $K_p, K_i$), Vehicle body, Tire, DC motor, H-bridge, và Controlled PWM Voltage.
6. Xuất và phân tích kết quả đồ thị mô phỏng theo 2 chu trình:
   • Chu trình FTP75: Đồ thị bám vận tốc thực tế so với vận tốc đặt, tín hiệu điều khiển chân ga - phanh, đồ thị đặc tính mô-men xoắn, tốc độ vòng quay động cơ, đồ thị công suất tức thời, và biến thiên cường độ dòng điện - điện áp.
   • Chu trình WLTP Class 2: Phân tích tương tự để kiểm chứng tính ổn định của hệ thống trong điều kiện dải vận tốc rộng hơn.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ kết quả nghiên cứu: đã hệ thống hóa lý thuyết về xe điện, pin, động cơ điện; tính toán thiết kế thành công hệ thống truyền lực hoán cải cho xe tham khảo; xây dựng mô hình mô phỏng MATLAB/Simulink chứng minh khả năng làm việc của động cơ và nguồn pin trên các chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn. Đưa ra các khuyến nghị hoàn thiện mô hình điều khiển và định hướng phát triển thực nghiệm chế tạo mẫu xe thật.

---

Kết quả và đóng góp

1. Số liệu kỹ thuật trích xuất từ nghiên cứu

Đồ án đã tổng hợp và trích xuất các bảng dữ liệu kỹ thuật cụ thể về pin và xe điện:

So sánh các chuẩn cell pin Lithium-ion trên xe điện Tesla (Bảng 2.1 trong văn bản):

Thông số kỹ thuật	Chuẩn 18650-type	Chuẩn 2170-type	Chuẩn 4680-type
Dòng xe ứng dụng	Model S, Model X	Model 3, Model Y	Model Y (Long Range)
Số lượng cell pin trên xe	8.256 cell	4.416 cell	828 cell
Kích cỡ bộ pin	100 kW	82 kW	75 kW
Điện áp trung bình	3,7 V	3,7 V	3,6 V
Điện áp cực đại	4,2 V	4,2 V	4,2 V
Mật độ năng lượng	260 Wh/kg	247 Wh/kg	272 - 296 Wh/kg
Khối lượng một cell	47 g	68 g	355 g
Dung lượng cell	3.500 mAh	4.800 mAh	9.000 mAh

Đặc tính các loại pin dùng cho ô tô điện (Bảng 2.2 trong văn bản):

Loại pin	Mật độ năng lượng riêng (Wh/kg)	Mật độ năng lượng thể tích (Wh/L)	Năng lượng công suất (W/kg)	Điện áp mỗi cell (V)	Chu kỳ sống (chu kỳ)	Hiệu suất (%)
Chì - axit (Pb-acid)	20 - 35	54 - 95	250	2,0	800	90
Niken Cadimi (NiCd)	40 - 60	70 - 90	150	1,2	2.000	75
Niken Hiđrua kim loại (NiMH)	65	150	200 - 300	1,2	1.000	70
Lithium-ion (Li-ion)	100	185 - 220	300	3,5	1.200	> 95
Lithium-polymer (Li-poly)	150 - 200	185 - 220	350	3,7	1.200	—
Natri - Lưu huỳnh (NaS)	100	150	200	2,0	1.000	85
Kẽm - Không khí (Zn-air)	230	270	105	1,45	> 2.000	60

Thông số so sánh hiệu năng động cơ điện IM và động cơ đốt trong (ICE):

• Khối lượng: Động cơ điện IM nhẹ hơn động cơ đốt trong 6 lần.
• Tỷ lệ công suất trên khối lượng: Động cơ điện gấp 10 lần động cơ đốt trong.
• Hiệu suất năng lượng: Động cơ đốt trong đạt hiệu suất tối đa khoảng 35% và biến thiên theo dải tốc độ; động cơ điện IM duy trì hiệu suất trung bình ổn định trên 90%.

Kết quả lựa chọn cấu hình tính toán và mô phỏng:

• Nền tảng hoán cải: Toyota Vios 2013.
• Động cơ điện lựa chọn: Động cơ BLDC mã hiệu HPM20KL.
• Nguồn cấp điện: Hệ thống cell pin Li-ion INR21700-48X.
• Kết quả mô phỏng động lực học: Trên cả 2 chu trình FTP75 và WLTP Class 2, đường đặc tính tốc độ thực tế của xe bám sát quỹ đạo tốc độ đặt trước của chu trình lái, các thông số dòng điện, điện áp và mô-men quay đáp ứng chính xác các pha tăng tốc, chuyển động ổn định và giảm tốc phanh tái tạo.

2. Giải pháp và đề xuất của tác giả

• Đề xuất phương án bố trí hệ thống truyền lực tối ưu cho bài toán hoán cải xe du lịch: giữ nguyên cầu chủ động và bộ vi sai, thay thế động cơ nhiệt bằng động cơ điện một chiều không chổi than kết hợp bộ điều khiển PWM và cầu H.
• Khuyến nghị sử dụng các thuật toán cân bằng cell trong hệ thống BMS kết hợp kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho khối pin Li-ion điện áp cao.

3. Đóng góp của đề tài

• Hệ thống hóa chi tiết lý thuyết và số liệu thực tế về các chủng loại pin, động cơ điện, các phương pháp điều khiển động cơ (V/f, FOC, DTC) và các cấu hình bố trí truyền lực trên ô tô điện hiện nay.
• Xây dựng quy trình tính toán công suất động cơ và thiết kế nguồn pin cụ thể phục vụ bài toán hoán cải từ một mẫu xe du lịch truyền thống chạy xăng (Toyota Vios 2013).
• Xây dựng mô hình mô phỏng hoàn chỉnh trên môi trường MATLAB/Simulink có khả năng kiểm tra đáp ứng động học của hệ thống truyền lực xe điện theo các chu trình lái tiêu chuẩn quốc tế FTP75 và WLTP Class 2.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Trong Lời cảm ơn và nội dung đề tài, nhóm tác giả tự nhận định đề tài vẫn còn một số thiếu sót, chưa đáp ứng hoàn toàn đầy đủ tất cả các yêu cầu đặt ra ban đầu. Toàn bộ nghiên cứu dừng lại ở phạm vi tính toán lý thuyết và mô phỏng động lực học trên phần mềm máy tính, chưa thực hiện chế tạo phần cứng, lắp đặt thử nghiệm thực tế trên xe thật để thu thập số liệu kiểm chứng thực nghiệm.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Dựa trên phạm vi nghiên cứu của đề tài, các hướng phát triển tiếp theo bao gồm việc tối ưu hóa sâu hơn thuật toán điều khiển động cơ điện (như FOC, DTC), hoàn thiện mô hình mạch quản lý pin BMS chi tiết (bao gồm cả thuật toán cân bằng điện áp chủ động và kiểm soát nhiệt độ khối cell), đồng thời tiến hành lắp đặt thử nghiệm thực tế hệ thống động cơ BLDC và pin Li-ion trên khung gầm xe hoán cải.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án có giá trị tham khảo chuyên môn đối với:

• Sinh viên và giảng viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Có thể sử dụng đồ án làm tài liệu học tập, nghiên cứu về lý thuyết xe điện, cấu tạo pin, động cơ điện và hệ thống truyền lực ô tô điện.
• Người nghiên cứu về hoán cải xe điện (EV conversion): Tham khảo quy trình tính toán lực cản chuyển động, các bước tính chọn công suất động cơ điện và thiết kế khối pin thay thế dựa trên thông số một mẫu xe thực tế (Toyota Vios 2013).
• Kỹ sư mô phỏng hệ thống ô tô: Tham khảo cấu trúc ghép nối các khối chuyên dụng trong MATLAB/Simulink (Drive cycle source, Longitudinal driver, Vehicle body, Tire, DC motor, Controlled PWM Voltage) và cách thiết lập thông số chạy mô phỏng theo chu trình FTP75 và WLTP Class 2.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Mẫu xe nào được tác giả lựa chọn làm xe cơ sở để tính toán hoán cải sang xe điện?
Tác giả lựa chọn mẫu xe du lịch Toyota Vios 2013 làm phương tiện tham khảo để tính toán phân bố lại trọng lượng, xác định lực cản và lựa chọn cấu hình hệ thống truyền lực thay thế.

2. Động cơ điện và cell pin cụ thể nào được chọn để trang bị cho xe thiết kế trong đồ án?
Động cơ điện được chọn là loại động cơ một chiều không chổi than mã hiệu BLDC HPM20KL, và hệ thống lưu trữ năng lượng sử dụng các cell pin Lithium-ion chuẩn công nghiệp mã hiệu INR21700-48X.

3. Động cơ không đồng bộ ba pha (IM) có ưu điểm gì vượt trội so với động cơ đốt trong theo số liệu trong văn bản?
Theo số liệu so sánh ở Chương 2, động cơ IM nhẹ hơn động cơ đốt trong 6 lần, có tỷ lệ công suất trên khối lượng gấp 10 lần, và hiệu suất làm việc trung bình ổn định trên 90% (trong khi động cơ đốt trong chỉ đạt hiệu suất tối đa khoảng 35%).

4. Mô hình mô phỏng trên MATLAB/Simulink được kiểm chứng qua những chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn nào?
Mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực được chạy thử nghiệm và đánh giá đồ thị đáp ứng qua 2 chu trình tiêu chuẩn quốc tế: chu trình FTP75 và chu trình WLTP Class 2.

5. Đồ án trình bày những phương pháp cân bằng cell nào trong hệ thống quản lý pin (BMS)?
Đồ án phân tích hai phương pháp: cân bằng chủ động (chuyển điện tích từ cell có điện áp/dung lượng cao sang cell có dung lượng thấp hơn) và cân bằng thụ động (ngừng sạc cell đã đầy và xả năng lượng dư thừa qua điện trở để cân bằng với cell thấp nhất).

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Võ Thành Phi và Phạm Hoài Bảo (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về ô tô điện, từ công nghệ các dòng pin lưu trữ, hệ thống quản lý pin BMS đến các chủng loại động cơ điện hiện đại. Trên cơ sở lý thuyết động lực học chuyển động ô tô, tác giả đã thực hiện bài toán tính chọn động cơ BLDC HPM20KL và hệ thống pin Li-ion INR21700-48X phục vụ phương án hoán cải trên mẫu xe tham khảo Toyota Vios 2013. Mô hình mô phỏng xây dựng trên phần mềm MATLAB/Simulink đã kiểm chứng thành công các đặc tính vận hành của hệ thống truyền lực trên hai chu trình lái tiêu chuẩn FTP75 và WLTP Class 2.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan - Lý do chọn đề tài - Mục tiêu đề tài - Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu Chương 2: Tổng quan về ô tô điện - Khái quát về xe điện - Đặc điểm cấu tạo của xe ô tô điện - Các loại động cơ điện hiện nay - Cách bố trí động cơ điện - Tổng quan về pin trên ô tô điện - Một số mẫu xe ô tô điện hiên nay Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán động cơ điện 3 SVTH: Võ Thành Phi – Phạm Hoài Bảo Nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện - Lý thuyết về tính toán các lực tác dụng lên xe - Giới thiệu phần mềm mô phỏng Matlab Chương 4: Ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện - Tính toán công suất của động cơ điện - Tính toán pin - Giới thiệu các khối Simulink trong mô phỏng - Kết quả mô phỏng Chương 5: Kết luận và kiến nghị 4 SVTH: Võ Thành Phi – Phạm Hoài Bảo Nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN 2. Giới thiệu chung 2. Ô tô điện Ô tô điện là loại ô tô sử dụng năng lượng được cung cấp từ một hoặc nhiều động cơ điện, thay vì động cơ đốt trong truyền thống. Động cơ điện được cung cấp năng lượng từ pin, có thể sạc nhiều lần.

Do ô tô điện không sử dụng năng lượng hóa thạch như xăng, dầu nên hầu như không có khí thải và không gây ô nhiễm môi trường, tiết kiệm chi phí. Lịch sử phát triển của ô tô điện Ô tô điện đã có lịch sử từ lâu đời. Vào khoảng những năm 1832 và 1839, một người Scotland tên là Robert Anderson đã phát minh ra loại xe điện chuyên chở đầu tiên, với loại pin không thể sạc lại, đi được quãng đường khoảng 1,5 dặm với tốc độ 4 dặm/h. Năm 1842, hai nhà phát minh người Mỹ là Thomas Davenport và Scotsmen Robert Davidson trở thành những người đầu tiên đưa pin vào sử dụng cho ô tô điện.

Đến những năm 1865, Camille Faure đã thành công trong việc nâng cao khả năng lưu trữ điện trong pin, giúp cho xe điện có thể di chuyển một quãng đường dài hơn. 1: Một mẫu taxi chạy bằng điện năm 1897 ở New York Pháp và Anh là hai quốc gia đầu tiên đưa ô tô điện vào phát triển trong hệ thống giao thông vào cuối thế kỷ 18. Ở Mỹ, năm 1890, một nhà hóa học là William Morrison đã nộp bằng sáng chế về ô tô điện do ông phát minh, có công suất 5 HP, tốc độ tối đa 20 dặm/h và có thể sạc mỗi 50 dặm. Chiếc ô tô điện đầu tiên được thương mại hóa là Electroboat của Philadelphians Pedro Salom và Henry G.

Morris phát minh vào năm 1894. Chiếc Electrobat này sử dụng hai động cơ công suất 1,5 mã lực và cho phép di 5 SVTH: Võ Thành Phi – Phạm Hoài Bảo Nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện chuyển với vận tốc tối đa 32km/h, đi được 40km. Đến năm 1897, ô tô điện đầu tiên được bán tại thị trường Mỹ. Và từ đó, ô tô điện trở nên phổ biến khắp thế giới.

Detroit Electric là một chiếc ô tô điện được sản suất Anderson Electric Car Company ở Detroit, Michigan vào năm 1923. Xe đạt tốc độ 25 dặm/h và đi được 80 dặm. 2: Xe ô tô điện Detroit Electric Năm 1966, Hãng General Motors (GM) cho ra mắt mẫu xe Electrovan. Xe sử dụng ắc quy bạc-kẽm (silver-zinc) 532V với động cơ điện không đồng bộ 3 pha công suất 115 hp.

Xe đạt tốc độ 36 km/h đi được từ 40 đến 80 dặm. 3: Xe ô tô điện Electrovan Ⅱ 6 SVTH: Võ Thành Phi – Phạm Hoài Bảo Nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện 2. Ưu và nhược điểm của xe ô tô điện Ưu điểm của xe điện - Cấu trúc xe đơn giản, dễ dàng lắp ráp nên giảm được chi phí sửa chữa, bảo dưỡng các hệ thống liên quan đến động cơ của xe - Thân thiện với môi trường, giảm ô nhiễm khí thải. Điện có thể tạo ra từ các nguồn là các nguồn năng lượng tái tạo.

- Khả năng cháy nổ thấp - Chế độ vận hành êm ái, motor điện tạo ra mômen lớn nên khả năng tăng tốc của xe sẽ vượt trội hơn so với xe sử động cơ đốt trong. Nhược điểm của xe điện - Hệ thống cơ sở hạ tầng, đường xá còn chưa phát triển, không đáp ứng đủ số lượngcác trạm sạc cho xe điện - Phạm vi hoạt động còn hạn chế, xe cần thời gian để nạp lại đầy điện - Giá thành sản suất pin và tái chế pin cho xe điện còn đắt đỏ, từ 1500USD/xe (ắc quy chì axit) cho đến 20000USD/xe (ắc quy Lithium-ion). Chi phí trung bình thay thế pin cho mẫu Tesla Model 3 là 180USD/kWh dung lượng của pin - Nguy hiểm khi sửa chữa do pin có điện áp rất lớn, nếu xảy ra sự cố sẽ gây nguy hiểm đến tính mạng của người sửa chữa hoặc người tiêu dùng 2. Đặc điểm cấu tạo chung của xe ô tô điện 2.

Cấu tạo Với cùng kích thước, xe điện luôn có nhiều không gian hơn so với xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống. Là bởi vì xe điện có ít bộ phận cấu thành hơn. Một ô tô điện cơ bản gồm ba hệ thống chủ yếu: hệ thống tạo động lực, hệ thống năng lượng và hệ thống phụ khác. + Hệ thống tạo động lực bao gồm: hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các động cơ điện, truyền động cơ khí và các bánh xe chủ động.

+ Hệ thống năng lượng bao gồm: pin, bộ phận quản lý pin, và bộ phận tiếp năng lượng điện + Hệ thống phụ khác bao gồm: hệ thống an toàn, tiện nghi khác, trợ lực lái, điều hòa, hệ thống phanh Khi người lái đạp ga hoặc đạp chân phanh, tín hiệu từ hệ thống điều khiển xe được truyền đến bộ chuyển đổi năng lượng điện, sau đó bộ chuyển đổi năng lượng điện sẽ điều chỉnh dòng điện giữa động cơ điện và hệ thống pin. 7 SVTH: Võ Thành Phi – Phạm Hoài Bảo Nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện Hình 2. 4: Cách bố trí trên xe ô tô điện thông thường Giống như xe chạy xăng hay diesel, xe điện sẽ có cách bố trí, thiết kế là giống hoàn toàn, chỉ khác nhau ở chỗ hệ thống truyền lực sử dụng động cơ điện, dùng pin hay vì nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu. Còn các cụm và hệ thống khác hoàn toàn giống một chiếc ô tô thông thường.

Hai thành phần quan trọng nhất của xe điện (EV) là động cơ (motor) điện và hệ thống pin. Xe điện có thể có một hoặc nhiều động cơ (motor) điện, tùy vào cách thiết kế và vị trí đặt động cơ điện. Chức năng của các bộ phận trên xe điện Các bộ phận của ô tô điện và chức năng: - Acquy phụ: Giúp cung cấp điện cho các thiết bị điện tử trong xe như hệ thống đèn, hệ thống điện, hệ thống điều khiển,. - Cổng sạc: Đây là nơi tiếp nhận nguồn điện từ bên ngoài để sạc cho pin trong xe điện.

Tùy vào mỗi dòng xe sẽ có các trạm sạc khác nhau, trung bình thời gian mỗi lần sạc cho xe điện khoảng 30 phút – 10 giờ tùy dung lượng của pin. - Bộ chuyển đổi DC/DC: Các thiết bị trên xe và ắc quy phụ sử dụng nguồn điện một chiều có điện áp thấp hơn nên cần có bộ chuyển đổi điện từ nguồn DC áp cao từ pin - Bộ chuyển đổi DC/AC: Thiết bị này chuyển đổi điện áp DC từ pin thành điện áp xoay chiều AC cung cấp cho motor điện - Motor điện: Đây là thiết bị giúp chuyển năng lượng điện thành cơ năng để truyền đến bánh xe giúp xe di chuyển. Ngoài ra, nó còn chuyển đổi ngược lại từ cơ năng thành điện năng khi xe kết hợp với phanh tái tạo. - Battery (pin): Đây là thiết bị để lưu trữ năng lượng điện cho chiếc xe, pin có khả năng tích điện cao, sau khi được sạc sẽ được lưu trữ để sử dụng cho quá trình vận hành của xe.

8 SVTH: Võ Thành Phi – Phạm Hoài Bảo Nghiên cứu tính toán và mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe điện 2. Các loại pin dùng cho ô tô điện - Các loại pin dùng cho xe điện bao gồm: - Pin chì_axit - Lead-acid (Pb-acid) - Pin Niken Cadimi - Nickel-cadmium (NiCd) - Pin Niken Hiđrua kim loại - Nickel-metal-hydride (NiMH) - Pin Lithium-ion (Li-ion) - Pin Lithium-polymer (Li-poly) - Pin Natri_Lưu huỳnh - Sodium Sulfur (NaS) - Pin Kẽm_Không khí - Zinc-air (Zn-Air) 2. Giới thiệu chung Ắc quy hay pin sạc là một thiết bị cung cấp điện và có thể tích trữ năng lượng, năng lượng đó được tích trữ dưới dạng năng lượng hóa học. Ắc quy cung cấp điện phục cho các thiết bị điện tử trong đời sống con người và ứng dụng rộng rãi cho ngành công nghiệp.

Điện áp của ắc quy phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo nên hai bản cực và chất điện phân. Để tăng năng lượng lưu trữ của ắc quy, ta tăng số lượng các cặp bản cực dương và âm ở mỗi cell riêng lẻ. Muốn tăng điện áp do ắc quy sinh ra, ta ghép nhiều ắc quy đơn lại với nhau 2. Pin Chì axit Với các ưu điểm như có thể sạc lại, giá thành cho mỗi kWh năng lượng rẻ hơn so với các loại pin khác.

Tuy nhiên pin chì axit lại có nhược điểm là gây ô nhiễm môi trường, khó tái chế, mật độ năng lượng thấp nên không thể dùng cho xe điện với quãng đường di chuyển lớn. Hiện nay, pin chì axit vẫn được sử dụng cho các xe với quãng đường di chuyển ngắn hơn và trên các xe điện lai (HEV) 2. Pin Niken Cadimi Là loại pin mà năng lượng điện được sinh ra từ các phản ứng hóa học giữa kim loại với oxy trong môi trường kiềm. Cấu tạo gồm hai bản cực, cực dương (+) được làm bằng Niken hydroxit-Ni(OH)2 và cực âm (-) được làm bằng Catmi hydroxit - Cd(OH)2, giữa các bản cực là dung dịch kali hidroxit-KOH.

Pin NiCd có chi phí sản suất gấp 3 lần với với pin chì axit nhưng có tuổi thọ cao hơn, phạm vi hoạt động ở dải nhiệt độ rộng từ -40°C đến 80°C, hệ thống pin ổn định, tuy nhiên pin có nhược điểm là cadmium lại độc hại, gây ô nhiễm môi trường.