Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Ô Tô Điện: Bộ Điều Khiển và Mô Hình Thực Tế

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Thiết kế hệ thống truyền động ô tô điện thiết kế bộ điều khiển, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Đức Minh Thành
• Người hướng dẫn: TS. Trần Văn Lợi
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Cơ khí ô tô
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Ô Tô Điện: Bộ Điều Khiển và Mô Hình Thực Tế
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG Ô TÔ ĐIỆN
• 1.1. Tổng quan về ô tô điện
• 1.2. Lịch sử hình thành và phát triển
• 1.3. Ưu, nhược điểm của xe điện
• 1.4. Tổng quan về hệ thống truyền động
• 1.5. Tổng quan bộ truyền động xe điện
• 1.6. Hệ thống truyền động
• 1.7. Phân loại hệ thống truyền lực
• 1.8. Phân loại hộp số
• 1.9. Nội dung đề tài
• 1.10. Kết cấu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: KẾT CẤU BỘ TRUYỀN ĐỘNG
• 2.1. Giới thiệu xe cơ sở
• 2.2. Thông số kỹ thuật xe
• 2.3. Hệ thống treo
• 2.4. Hệ thống phanh
• 2.5. Kết cấu hệ thống truyền động điện trên xe cơ sở
• 2.6. Hệ thống năng lượng
• 2.7. Pin high voltage (HV)
• 2.8. Bộ sạc và hộp nối mạch
• 2.9. Bộ chuyển đổi điện
• 2.10. Hệ thống truyền động
• 2.11. Bộ điều chỉnh công suất
• 2.12. Hộp số -vi sai
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRÊN Ô TÔ ĐIỆN
• 3.1. Lựa chọn phương án thiết kế
• 3.2. Phương án thiết kế
• 3.3. Xây dựng mô hình động học của xe
• 3.4. Khối tính toán lực cản lăn (Frr)
• 3.5. Khối tính toán lực cản khí động học (Fad)
• 3.6. Khối tính toán lực quán tính (Fac)
• 3.7. Khối tính toán lực kéo (Fk)
• 3.8. Mô hình động lực học của xe
• 3.9. Mô hình hóa và mô phỏng bộ truyền động
• 3.10. Xây dựng mô hình động cơ điện
• 3.11. Xây dựng mô hình bộ điều khiển điện
• 3.12. Xây dựng mô hình hệ thống truyền động điện trên ô tô
• 3.13. Kết quả mô phỏng
• 3.13.1. Động cơ chạy không tải
• 3.13.2. Động cơ chạy có tải
• 3.13.3. Động cơ chạy tăng tốc
• 3.14. Thiết kế bộ điều khiển cho bộ truyền động
• 3.14.1. Bộ điều khiển PID
• 3.14.2. Phương pháp hiệu chỉnh thông số bộ PID Ziegler-Nichols
• 3.14.3. Kết quả mô phỏng bộ truyền động sử dụng bộ điều khiển PID
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
• 4.1. Thiết kế mô hình
• 4.2. Thiết kế hộp giảm tốc
• 4.3. Thiết kế hộp điều khiển
• 4.4. Chế tạo mô hình
• 4.5. Tính chọn linh kiện cho thiết bị
• 4.6. Phương pháp và vật liệu gia công
• 4.7. Hoàn thiện mô hình
• 4.8. Vận hành và thử nghiệm mô hình
• 4.8.1. Kết quả thử nghiệm
• 4.8.2. Mô hình khi không sử dụng bộ điều khiển PID
• 4.8.3. Mô hình khi sử dụng bộ điều khiển PID
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hệ Thống Truyền Động Ô Tô Điện Hiện Đại

Ô tô điện đang trở thành xu hướng tất yếu trong bối cảnh ô nhiễm môi trường gia tăng. Hệ thống truyền động ô tô điện đóng vai trò quan trọng, biến đổi năng lượng điện thành cơ năng để xe di chuyển. Khác với xe xăng/dầu, xe điện sử dụng động cơ điện ô tô thay thế động cơ đốt trong và bộ pin thay thế bình xăng. Hệ thống này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn mang lại hiệu suất sử dụng năng lượng cao hơn. Ưu điểm của xe điện bao gồm cấu trúc đơn giản, ít bảo dưỡng, chi phí vận hành thấp hơn và khả năng tái tạo năng lượng phanh. Tuy nhiên, nhược điểm là phạm vi hoạt động hạn chế, cơ sở hạ tầng trạm sạc chưa phát triển và giá thành pin còn cao. "Việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước có ý nghĩa rất thiết thực và cấp bách đối với nước ta."

1.1. Lịch Sử Phát Triển Của Ô Tô Điện và Hệ Truyền Động

Ô tô điện có lịch sử lâu đời, chiếc xe điện đầu tiên ra đời năm 1881. Tuy nhiên, sự phát triển của xe xăng và giá dầu giảm đã khiến xe điện chững lại trong thế kỷ 20. Từ những năm 1990, với sự ra đời của pin Lithium-ion và các tiến bộ công nghệ, hệ thống truyền động ô tô điện đã có những bước tiến vượt bậc về tốc độ, phạm vi hoạt động và thiết kế. Giai đoạn này đánh dấu sự trỗi dậy mạnh mẽ của xe điện trong bối cảnh quan tâm đến môi trường ngày càng tăng.

1.2. Các Thành Phần Chính Của Hệ Thống Truyền Động Xe Điện

Hệ thống truyền động ô tô điện bao gồm nhiều thành phần quan trọng, bao gồm: pin, Inverter ô tô điện, động cơ điện ô tô, hộp số (nếu có) và bộ điều khiển. Pin cung cấp năng lượng cho động cơ. Inverter chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ pin thành dòng điện xoay chiều (AC) để động cơ hoạt động. Hộp số điều chỉnh mô-men xoắn và tốc độ. Bộ điều khiển quản lý hoạt động của toàn bộ hệ thống. Các thành phần này phối hợp nhịp nhàng để tạo ra hiệu suất hệ thống truyền động ô tô điện tối ưu.

II. Thách Thức Trong Thiết Kế Bộ Điều Khiển Ô Tô Điện

Thiết kế bộ điều khiển hệ thống truyền động ô tô điện là một thách thức lớn. Mục tiêu là tối ưu hóa hiệu suất, đảm bảo an toàn và mang lại trải nghiệm lái tốt nhất. Các yếu tố cần xem xét bao gồm: điều khiển mô-men xoắn chính xác, điều khiển tốc độ mượt mà, quản lý năng lượng hiệu quả, thực hiện phanh tái sinh tối ưu và đảm bảo an toàn trong mọi tình huống. Sự phức tạp của hệ thống và các yếu tố môi trường tác động đòi hỏi thuật toán điều khiển hệ thống truyền động ô tô điện tiên tiến. "Đối với ô tô điện, hệ truyền động điện và điều khiển được coi là trái tim và linh hồn của chiếc xe."

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất Bộ Điều Khiển

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ điều khiển hệ thống truyền động ô tô điện. Bao gồm: đặc tính của động cơ điện, dung lượng và trạng thái của pin, điều kiện vận hành (tốc độ, tải trọng, địa hình), và môi trường (nhiệt độ). Hệ thống quản lý pin (BMS) đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và bảo vệ pin, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống. Tối ưu hóa hiệu suất hệ thống truyền động đòi hỏi sự kết hợp giữa thiết kế bộ điều khiển thông minh và quản lý năng lượng hiệu quả.

2.2. Yêu Cầu Về An Toàn Trong Thiết Kế Bộ Điều Khiển

An toàn là ưu tiên hàng đầu trong thiết kế bộ điều khiển hệ thống truyền động ô tô điện. Bộ điều khiển phải đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn trong mọi tình huống, bao gồm cả các trường hợp khẩn cấp như phanh gấp, mất điện hoặc lỗi hệ thống. Các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt cần được tuân thủ. Hệ thống giám sát và chẩn đoán liên tục phải được tích hợp để phát hiện và xử lý các sự cố tiềm ẩn. "Việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước có ý nghĩa rất thiết thực và cấp bách đối với nước ta."

III. Phương Pháp Thiết Kế Mô Hình Bộ Điều Khiển Ô Tô Điện

Thiết kế mô hình hóa hệ thống truyền động ô tô điện là bước quan trọng để phát triển bộ điều khiển hệ thống truyền động ô tô điện hiệu quả. Phương pháp này cho phép các kỹ sư mô phỏng và phân tích hoạt động của hệ thống trong các điều kiện khác nhau trước khi triển khai thực tế. Các công cụ như MATLAB/Simulink thường được sử dụng để xây dựng mô hình động cơ điện, pin, Inverter và bộ điều khiển. Mô hình hóa giúp tối ưu hóa các thông số điều khiển và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

3.1. Xây Dựng Mô Hình Động Cơ Điện và Inverter Trong Simulink

Mô hình hóa hệ thống truyền động ô tô điện bắt đầu với việc xây dựng mô hình chính xác của động cơ điện và Inverter. Mô hình động cơ điện cần phản ánh các đặc tính quan trọng như mô-men xoắn, tốc độ và hiệu suất. Mô hình Inverter cần mô phỏng quá trình chuyển đổi điện áp và tần số. MATLAB/Simulink cung cấp các công cụ mạnh mẽ để xây dựng các mô hình này, cho phép các kỹ sư phân tích và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

3.2. Tích Hợp Mô Hình Pin và Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng

Mô hình pin và hệ thống quản lý pin (BMS) là thành phần không thể thiếu trong mô hình hóa hệ thống truyền động ô tô điện. Mô hình pin cần mô phỏng các đặc tính như điện áp, dòng điện, dung lượng và trạng thái sạc (SOC). BMS đảm nhiệm vai trò quan trọng trong việc theo dõi và bảo vệ pin, cũng như tối ưu hóa quá trình sạc và xả. Tích hợp các mô hình này giúp đánh giá chính xác hiệu suất và tuổi thọ của pin trong các điều kiện vận hành khác nhau.

3.3. Sử Dụng Phần Mềm Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Chuyên Dụng

Ngoài MATLAB/Simulink, có nhiều phần mềm thiết kế hệ thống truyền động chuyên dụng hỗ trợ kỹ sư trong quá trình mô hình hóa. Các phần mềm này thường cung cấp các thư viện và công cụ đặc biệt cho việc mô phỏng các thành phần của hệ thống truyền động, từ động cơ và hộp số đến các hệ thống điều khiển. Sử dụng các phần mềm này giúp tăng tốc quá trình thiết kế và đảm bảo tính chính xác của mô hình.

IV. Ứng Dụng Bộ Điều Khiển PID Trong Hệ Truyền Động Ô Tô Điện

Bộ điều khiển PID là một giải pháp phổ biến trong hệ thống truyền động ô tô điện. PID (Proportional-Integral-Derivative) là một thuật toán điều khiển vòng kín được sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn. Bộ điều khiển PID có thể điều chỉnh các thông số như tốc độ động cơ, mô-men xoắn và dòng điện để đạt được hiệu suất tối ưu. Tuy nhiên, việc hiệu chỉnh các thông số PID đòi hỏi kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm để đạt được kết quả tốt nhất. Phương pháp Ziegler-Nichols thường được sử dụng để hiệu chỉnh các thông số này. "Nguyên lý điều khiển động cơ sử dụng bộ PID."

4.1. Phương Pháp Hiệu Chỉnh Thông Số PID Ziegler Nichols

Phương pháp Ziegler-Nichols là một phương pháp thực nghiệm để hiệu chỉnh các thông số của bộ điều khiển PID. Phương pháp này dựa trên việc xác định các thông số tới hạn của hệ thống và sử dụng chúng để tính toán các thông số PID. Mặc dù phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện, nhưng nó có thể không mang lại kết quả tối ưu trong mọi trường hợp. Tuy nhiên, nó vẫn là một điểm khởi đầu tốt cho việc hiệu chỉnh PID. "Phương pháp hiệu chỉnh thông số bộ PID Ziegler-Nichols."

4.2. Kết Quả Mô Phỏng Sử Dụng Bộ Điều Khiển PID

Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ điều khiển PID có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống truyền động ô tô điện. Bộ điều khiển PID có thể giúp duy trì tốc độ động cơ ổn định, giảm thiểu sai số và cải thiện khả năng đáp ứng của hệ thống. Tuy nhiên, hiệu suất của bộ điều khiển PID phụ thuộc vào việc hiệu chỉnh chính xác các thông số. "Kết quả mô phỏng bộ truyền động sử dụng bộ điều khiển PID."

4.3. Ưu và Nhược Điểm của Điều Khiển PID trong Ô tô Điện

Điều khiển PID mang lại nhiều ưu điểm như đơn giản, dễ triển khai và hiệu quả trong nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là khó hiệu chỉnh thông số để đạt hiệu suất tối ưu, đặc biệt trong các hệ thống phi tuyến và phức tạp. Do đó, các phương pháp điều khiển nâng cao khác như điều khiển thích nghi hoặc điều khiển dự đoán có thể được xem xét để vượt qua những hạn chế này.

V. Chế Tạo Mô Hình Thực Tế và Thử Nghiệm Truyền Động

Để kiểm chứng và hoàn thiện thiết kế, việc chế tạo mô hình thực tế hệ thống truyền động ô tô điện là rất quan trọng. Quá trình này bao gồm thiết kế cơ khí, lựa chọn linh kiện, gia công, lắp ráp và thử nghiệm. Mô hình thực tế cho phép đánh giá hiệu suất của hệ thống trong điều kiện thực tế, phát hiện các vấn đề tiềm ẩn và tinh chỉnh thiết kế trước khi sản xuất hàng loạt. Quá trình thử nghiệm bao gồm việc đo đạc các thông số như tốc độ, mô-men xoắn, dòng điện và điện áp để đánh giá hiệu suất của hệ thống.

5.1. Thiết Kế Hộp Giảm Tốc và Hộp Điều Khiển

Thiết kế hộp giảm tốc và hộp điều khiển là bước quan trọng trong quá trình chế tạo mô hình thực tế hệ thống truyền động ô tô điện. Hộp giảm tốc có vai trò giảm tốc độ động cơ và tăng mô-men xoắn, trong khi hộp điều khiển chứa các linh kiện điện tử và mạch điều khiển. Thiết kế cần đảm bảo tính chính xác, độ bền và khả năng tản nhiệt tốt. Phần mềm thiết kế hệ thống truyền động như Solidworks có thể được sử dụng để hỗ trợ quá trình thiết kế.

5.2. Phương Pháp Gia Công và Lắp Ráp

Việc lựa chọn phương pháp gia công và lắp ráp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và độ chính xác của mô hình thực tế hệ thống truyền động ô tô điện. Các phương pháp gia công như in 3D, cắt laser và phay CNC có thể được sử dụng để chế tạo các bộ phận cơ khí. Quá trình lắp ráp cần được thực hiện cẩn thận và chính xác để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru và hiệu quả.

5.3. Vận Hành và Thử Nghiệm Mô Hình

Sau khi chế tạo và lắp ráp, mô hình hệ thống truyền động ô tô điện cần được vận hành và thử nghiệm để đánh giá hiệu suất và độ tin cậy. Các thử nghiệm có thể bao gồm việc đo đạc tốc độ, mô-men xoắn, dòng điện, và điện áp trong các điều kiện vận hành khác nhau. Kết quả thử nghiệm sẽ cung cấp thông tin quan trọng để tinh chỉnh thiết kế và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

VI. Triển Vọng và Tương Lai Của Hệ Truyền Động Ô Tô Điện

Hệ thống truyền động ô tô điện đang ngày càng phát triển và hoàn thiện, đóng vai trò quan trọng trong tương lai của ngành công nghiệp ô tô. Các nghiên cứu và phát triển tập trung vào việc nâng cao hiệu suất, giảm chi phí và tăng độ tin cậy của hệ thống. Tối ưu hóa hiệu suất hệ thống truyền động là chìa khóa để tăng phạm vi hoạt động và giảm thời gian sạc của xe điện. Các công nghệ mới như động cơ điện hiệu suất cao, pin lithium-ion thế hệ mới và hệ thống điều khiển thông minh đang được nghiên cứu và phát triển. "Tương lai không xa, rất có thể ô tô điện sẽ là phương tiện “thống trị” những cung đường trên khắp thế giới."

6.1. Xu Hướng Phát Triển Động Cơ Điện Hiệu Suất Cao

Động cơ điện hiệu suất cao là yếu tố then chốt để cải thiện hiệu suất hệ thống truyền động ô tô điện. Các nghiên cứu tập trung vào việc giảm tổn thất năng lượng, tăng mật độ công suất và cải thiện khả năng tản nhiệt của động cơ. Các công nghệ mới như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) và động cơ cảm ứng đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi.

6.2. Pin Lithium ion Thế Hệ Mới và Công Nghệ Sạc Nhanh

Pin lithium-ion thế hệ mới và công nghệ sạc nhanh đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề về phạm vi hoạt động và thời gian sạc của xe điện. Các nghiên cứu tập trung vào việc tăng mật độ năng lượng, cải thiện độ bền và giảm chi phí của pin. Công nghệ sạc nhanh cho phép sạc đầy pin trong thời gian ngắn hơn, giúp tăng tính tiện lợi cho người sử dụng.

6.3. Ứng Dụng Trí Tuệ Nhân Tạo AI Trong Hệ Thống Điều Khiển

Trí tuệ nhân tạo (AI) đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hệ thống điều khiển hệ thống truyền động ô tô điện. AI có thể được sử dụng để tối ưu hóa quá trình điều khiển, dự đoán và ngăn ngừa các sự cố, và cải thiện trải nghiệm lái xe. Các thuật toán AI có thể học hỏi từ dữ liệu và thích nghi với các điều kiện vận hành khác nhau, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG Ô TÔ ĐIỆN 1. Tổng quan về ô tô điện 1. Ô tô điện Cũng giống như các loại ô tô khác, ô tô điện có hình dáng kích thước tương đương với các dạng ô tô sử dụng động cơ xăng, dầu. Các xe ô tô chạy hoàn toàn bằng điện (EV) đều được trang bị một hoặc nhiều motor điện thay thế cho động cơ đốt trong.

Những chiếc xe này sử dụng một bộ nguồn ắc quy kéo để truyền năng lượng cho motor điện và phải được cắm ở các trạm sạc hoặc điện lưới. Bởi vì chạy bằng điện cho nên phương tiện không có khí thải và lược bỏ đi những bộ phận của hệ thống nhiên liệu lỏng thông thường như bình nhiên liệu, bơm nhiên liệu, đường ống nhiên liệu. Chính vì vậy phát minh này đã giúp cải thiện ô nhiễm môi trường một cách hiệu quả, tiết kiệm được nhiều nhiên liệu, dễ sử dụng và phù hợp với nhu cầu của người sử dụng. Ô tô điện Cấu tạo xe điện - Ắc quy phụ: Trên một chiếc xe truyền động bằng điện, nguồn pin phụ cung cấp năng lượng cho các thiết bị trên xe hoạt động.

- Cổng sạc: Cổng sạc cho phép người dùng kết nối phương tiện với nguồn điện bên ngoài để sạc ắc quy. SVTH: NGUYỄN ĐỨC MINH THÀNH 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN VĂN LỢI - Bộ chuyển đổi DC/DC: Thiết bị này chuyển đổi nguồn DC áp cao từ ắc quy thành nguồn DC áp thấp cần thiết để các thiết bị trên xe hoạt động và sạc lại cho ắc quy phụ. - Động cơ điện (motor điện): Xe ô tô điện sử dụng năng lượng từ bộ nguồn ắc quy, motor này dẫn động các bánh xe.

Một số phương tiện khác còn sử dụng tổ hợp động cơ và máy phát (motor generators) thực hiện cả 2 chức năng truyền động và tái sinh năng lượng. - Bộ sạc trên xe (Onboard Charger): Nó sử dụng nguồn điện AC được cung cấp qua cổng sạc và chuyển đổi chúng thành nguồn DC để sạc cho bình ắc quy. Bộ phận này theo dõi các thông số của ắc quy như điện áp, nhiệt độ, dòng và trạng thái sạc. - Bộ điều khiển điện tử công suất (Power Electronics Controller): Bộ phận này quản lý dòng điện năng được cung cấp từ ắc quy, điều khiển tốc độ quay của motor điện và moment xoắn mà nó tạo ra.

- Hệ thống làm mát (Thermat System): Hệ thống này giúp xe ô tô điện duy trì một phạm vi nhiệt độ thích hợp cho động cơ/motor điện và các bộ phận khác. - Bộ ắc quy kéo: Lưu trữ điện để cung cấp tới motor. Cấu tạo bên trong của xe điện 1. Lịch sử hình thành và phát triển Xe điện là xe sử dụng 1 động cơ điện để dẫn động thay vì 1 động cơ đốt trong.

Xe điện được biết đến như là 1 xe không gây ô nhiễm (Zero Emission Vehicle). Trong những năm gần đây, xe điện được chú ý nhiều khi mà vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm. Tuy nhiên, làm sao để kéo dài thời gian hoạt động hay quãng đường di chuyển của nó là 1 bài toán khó. SVTH: NGUYỄN ĐỨC MINH THÀNH 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.

TRẦN VĂN LỢI Chiếc xe điện đầu tiên được chế tạo vào năm 1881 do kỹ sư người Pháp Gustave Trouve. Nó chỉ đạt tốc độ 15 km/h và trong phạm vi 16 km. Năm 1864, cuộc đua từ Paris đến Rouen đã làm thay đổi tất cả: quãng đường dài 1135 km được chạy trong thời gian 48 giờ 53 phút với tốc độ trung bình 23. Pháp và Anh là 2 nước đầu tiên đưa xe điện vào trong hệ thống giao thông vào cuối thể kỷ 19, còn Bỉ là nước đầu tiên chế tạo được chiếc xe đua chạy điện mang tên “La Jamais Contente” vào năm 1899 được thiết kế bởi Cammelle Jénatzy có thể đạt đến vận tốc 50km/h.

La Jamais Contente (1899) Hình 1. Detroit (1918) Giai đoạn đầu thế kỷ 20 đánh dấu sự lép vế hoàn toàn của xe điện so với xe chạy xăng do mấy nguyên nhân: - Việc tìm ra dầu thô ở Texas làm giảm giá dầu trên thế giới. - Do yêu cầu của việc phát triển kinh tế, xe phải chạy được quãng đường dài hơn. - Charles Kettering đã phát minh ra bộ chế khởi động cho xe chạy xăng.

- Henry Ford đã phát minh ra các động cơ đốt trong có giá thành hạ. Năm 1928, mỗi chiếc xe điện có giá khoảng 1750 USD trong khi mỗi chiếc xe chạy xăng chỉ có giá khoảng 650 USD. Đến năm 1935, xe điện gần như biến mất vì sự phát triển quá mạnh mẽ của các xe sử dụng xăng. Elcar (1974) SVTH: NGUYỄN ĐỨC MINH THÀNH 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.

TRẦN VĂN LỢI Giai đoạn từ năm 1990 đến nay, xe điện đã có những bước tiến rõ rệt trên nhiều mặt. Năm 1990, chiếc Ford Ecostar đã đạt được vận tốc khoảng 110km/h và có khả năng tăng tốc từ 0 đến 80km/h chỉ trong 12 giây. Hãng General Motors cũng đưa ra loại xe ô tô điện EV1 có thể đạt đến tốc độ khoảng 128km/h và có thể tăng tốc từ 0 lên 80km/h trong 10 giây. Vấn đề năng lượng cho xe điện cũng được cải tiến đáng kể từ khi loại pin nhẹ Lithium – Ion được chế tạo thành công.

Cho đến nay ngành công nghiệp ôtô điện đã có những bước phát triển rõ rệt có thể thấy như tốc độ tối đa và khả năng tăng tốc của xe được cải thiện đáng kể. Vấn đề về năng lượng cho xe không còn quá vất vả nhờ việc sử dụng pin nhẹ Lithium - Ion. Tính thời trang cũng được các nhà thiết kế xe lưu tâm với nhiều mẫu mã sang trọng và bắt mắt. Kia EV6 Hình 1.

Ưu, nhược điểm của xe điện 1. Ưu điểm - Ô tô điện có cấu trúc đơn giản và dễ dàng lắp ráp. Người sử dụng ô tô điện sẽ ít phải bảo dưỡng xe hơn và sẽ tiết kiệm các chi phí bảo dưỡng như thay thế phụ tùng, thay dầu. - Thân thiện với môi trường, độ an toàn cao, chi phí tái nạp rẻ hơn nhiều so với xăng và dầu.

Chi phí bảo dưỡng như thay dầu nhớt, làm mát, bảo dưỡng, kiểm duyệt khí thải được giảm bớt hoặc loại bỏ hoàn toàn. Có thể cung cấp điện trở lại cho một số thiết bị điện dân dụng nếu cần. - Nâng hiệu suất sử dụng năng lượng lên 70% (bằng cách nạp lại điện năng) so với hiệu suất 15% (kể cả hệ thống truyền lực) trong các ứng dụng động cơ đốt trong. Tạo ra moment xoắn cao hơn và đường đặc tính moment xoắn không đổi, giúp xe có khả năng tăng tốc nhanh hơn.

- Giảm bớt hiệu ứng nhà kính và tình trạng nóng lên của trái đất. Không thải ra khí SVTH: NGUYỄN ĐỨC MINH THÀNH 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN VĂN LỢI xả độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người. - Hoàn toàn có thể đáp ứng tầm hoạt động dưới 500km, bằng loại ắc quy Lithium ion.

Nạp điện tại nhà hoặc nơi công cộng đơn giản, thuận tiện hơn so với các cây xăng. Có thể thu hồi năng lượng trong quá trình phanh (bằng cách chuyển động năng của xe thành điện năng lưu trữ vào ắc quy). - Ngoại trừ ắc quy, chi phí sản xuất các bộ phận khác rẻ hơn sơ với sử dụng động cơ đốt trong vì số chi tiết rời ít hơn và không đòi hỏi gia công chính xác. Nhược điểm - Phạm vi hoạt động hạn chế, ít lựa chọn cho khách hàng.

- Hệ thống cơ sở hạ tầng hỗ trợ chưa hoàn thiện, có rất ít trạm nạp điện dành cho ô tô điện. - Bị giới hạn về thời gian hoạt động và thời gian nạp lại đầy điện. - Giá thành sản xuất cho ắc quy điện còn quá đắt, nằm trong khoảng từ 1500USD/xe (ắc quy chì-axit) cho đến 20000USD/xe (ắc quy Lithium-ion), thay pin xe ô tô điện còn tốn kém. - Pin dự trữ năng lượng sẽ nhanh chóng xuống cấp sau một thời gian sử dụng.

Tổng quan về hệ thống truyền động 1. Tổng quan bộ truyền động xe điện Ô tô điện hoạt động dựa trên nguyên tắc biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, sau đó năng lượng này được sử dụng để thu được động năng và giúp xe chuyển động. Xe điện có động cơ điện thay vì động cơ nhiên liệu thông thường. Do đó, năng lượng điện thay thế nhiên liệu truyền thống (xăng/diesel).

Động cơ điện biến điện tích thành cơ năng. Nói nôm na ra, một chiếc ô tô chạy bằng nhiên liệu thông thường (xăng/diesel) bao gồm các bộ phận thiết yếu như động cơ, hộp số, bình xăng, v. Bây giờ, đến xe điện, động cơ được thay thế bằng mô-tơ điện và bình xăng được thay thế bằng bộ pin. Hộp số vẫn giữ nguyên, mặc dù xe chạy hoàn toàn bằng điện có cách sắp xếp bánh răng đơn giản hơn.

Động cơ điện đóng vai trò là động cơ trong xe điện. Thông thường, các nhà sản xuất ô tô sử dụng động cơ AC trong ô tô điện tử, có nghĩa là động cơ chạy bằng dòng điện xoay chiều (AC). SVTH: NGUYỄN ĐỨC MINH THÀNH 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN VĂN LỢI Hình 1.

Hệ thống truyền động xe điện Nói một cách đơn giản, tương tự như động cơ, motor điện là trái tim của hệ thống truyền động điện. Nó chuyển đổi các tín hiệu điện thành năng lượng cơ học, mà hộp số sử dụng để truyền động các bánh xe. - Khi bạn nhấn bàn đạp ga, Bộ điều khiển Điện tử Công suất (PEC) sẽ điều khiển dòng năng lượng điện đến động cơ. - Lượng dòng điện cần thiết để chạy động cơ thay đổi tùy thuộc vào đầu vào trên bàn đạp ga.

- Khi động cơ nhận được năng lượng, các cánh quạt bắt đầu quay và tạo ra năng lượng cơ học. - Năng lượng cơ học được tạo ra bởi động cơ bắt đầu quay các bánh răng hoặc hộp số. Hộp số truyền năng lượng cơ học tới các bánh xe, giúp đẩy xe về phía trước. Hệ thống truyền động Năng lượng điện trên xe cung cấp hai hệ thống chính là hệ thống truyền lực và hệ thống phụ trợ.

Cấu trúc chung của ô tô điện gồm 3 hệ thống chính: hệ thống truyền lực điện, hệ thống quản lý năng lượng và hệ thống phụ trợ. - Hệ thống truyền lực điện: bộ điều khiển, bộ chuyển đổi năng lượng, động cơ điện, hộp số cơ khí đến bánh xe chủ động. - Hệ thống cung cấp năng lượng liên quan đến nguồn năng lượng, bộ quản lý năng lượng và đơn vị cung cấp năng lượng.