Khảo sát và xây dựng mô hình mô phỏng xe máy điện

• Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí hoạt động các loại motor điện, pin và kiểu truyền động sử dụng trên xe máy điện.. 63 Trang 14 DANH MỤC CÁC CHŨ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU AC Alternating Current:

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

KHẢO SÁT VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2023

KHẢO SÁT VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG XE

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn những công lao to lớn của gia đình, người thân, bạn bè đã tích cực động viên, khuyến khích chúng em để chúng em tự tin trong cuộc sống cũng như cố gắng vươn lên trong học tập

Để có được kết quả như ngày hôm nay, không thể quên được toàn thể quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức hết sức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Đặc biệt với sự giúp đỡ của các quý thầy cô Khoa Cơ Khí Động Lực và sự chỉ bảo tận tình của Thầy ThS Nguyễn Trung Hiếu đã tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định

Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh dồi dào sức khỏe, niềm vui và nhiệt huyết với nghề giáo và đặc biệt là quý thầy cô khoa Cơ Khí Động Lực lời chúc sức khỏe, thành công và hạnh phúc

Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực tiễn chúng em đã đúc kết cho bản thân được nhiều kiến thức và đó là những nấc thang đầu tiên để chúng em bước vào cuộc sống mới

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

Trong đồ án này, nhóm tập trung tìm hiểu và nghiên cứu vào những vấn đề sau:

• Khảo sát thị trường xe máy điện ở Việt Nam và trên thế giới

• Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí hoạt động các loại motor điện, pin và kiểu truyền động

sử dụng trên xe máy điện

• Ứng dụng phần mềm Matlab/Simulink và BikeSim để mô hình hóa xe máy điện Vinfast Impes

• So sánh kết quả của việc ứng dụng 2 phần mềm kĩ thuật trên

• Từ những cơ sở lý thuyết trước đó, nghiên cứu và làm mô hình điều khiển tay ga trên xe máy điện Vinfast Impes

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHŨ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC CÔNG THỨC xii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1.Lý do chọn đề tài 1

1.2.Mục đích của đề tài 2

1.3.Đối tượng và phạm vi đề tài 2

1.4.Hướng nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1.Khảo sát thị trường xe máy điện 3

2.1.1 Khái niệm và cấu tạo về xe máy điện 3

2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của xe máy điện 4

2.1.3 Thị trường xe máy điện hiện nay 7

2.2.Phân loại các loại motor dùng trên xe máy điện 11

2.2.1 DC Motor (Động cơ điện 1 chiều có chổi than) 12

2.2.2 BLDC Motor (Động cơ 1 chiều không chổi than) 13

2.3.Phân loại các loại pin dùng trên xe máy điện 16

2.3.1 Pin Axit chì 16

2.3.2 Pin Lithium-ion 17

2.3.3 Pin Lithium-Polymer 18

2.4.Phân loại các kiểu truyền động trên xe máy điện 19

2.4.1 Drive hub-mouted in rear wheel 19

2.4.2 Mid-Drive-in chain 20

CHƯƠNG 3: SƠ LƯỢC VỀ MATLAB/SIMULINK VÀ BIKESIM 22

3.1.Chức năng và ứng dụng của Matlab/Simulink 22

3.1.1 Chức năng của Matlab/Simulink 22

3.1.2 Ứng dụng của Matlab/Simulink 24

3.2.Chức năng và ứng dụng của BikeSim 25

3.2.1 Chức năng của BikeSim 25

3.2.2 Ứng dụng của BikeSim 26

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG MÔ HÌNH XE MÁY ĐIỆN 27

4.1.Mô phỏng mô hình xe máy điện trên Matlab/Simulink 27

4.1.1 Khối đầu vào 27

4.1.2 Khối Driver & Motor 30

4.1.3 Khối Body 37

4.1.4 Khối Battery 43

4.2.Mô phỏng mô hình xe máy điện trên BikeSim 44

4.2.1 Xe máy điện Vinfast Impes 44

4.2.2 Mô phỏng xe máy điện Vinfast Impes trên BikeSim 45

4.3.Kết quả mô phỏng 51

4.3.1 Test khối Driver and Motor 51

4.3.2 So sánh Simple Body với BikeSim Body 54

4.3.3 So sánh Simulink với BikeSim với các khối đầu vào theo chu trình 56

CHƯƠNG 5 THỰC NGHIỆM TRÊN XE MÁY ĐIỆN VINFAST IMPES 63

5.1.Giới thiệu linh kiện 63

5.1.1 Arduino Uno 63

5.1.2 Cảm biến tốc độ 64

5.1.3 Module DAC 65

5.2.Tiến hành thực nghiệm 66

5.2.1 Sơ đồ mạch 66

5.2.2 Sơ đồ đâu dây thực tế 67

5.3.Kết quả thực nghiệm 72

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 74

6.1.Kết luận 74

6.2.Hướng phát triển 74

6.3.Kiến nghị 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC CÁC CHŨ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

AC (Alternating Current): điện áp xoay chiều

ADAS (Advanced Driver Assistance Systems): hệ thống hỗ trợ lái xe

BLDC motor (Brushless Direct Current motors): động cơ dòng điện một chiều không chổi than

CEMF (Counter Electromotive force): sức phản điện động cảm ứng

DC (Direct Current): điện áp 1 chiều

DC motor (Direct Current Motors): động cơ điện 1 chiều có chổi than

EBike (Electric bike): xe máy chạy điện

EMF (electromotive force): sức điện động cảm ứng

EPA (Environmental Protection Agency): Cơ quan bảo vệ môi trường

eSIM (Embedded SIM): SIM điện tử

EV (Electric vehicle): xe chạy điện

FTP (Federal Test Procedure): chu trình FTP75

FLA (Flooded Lead-Acid): pin axit chì ngập nước

GPS (Global Positioning System): Hệ thống Định vị Toàn cầu

HIL (Hardware In-The-Loop): mô phỏng thời gian thực sử dụng phần cứng để mô phỏng vòng điều khiển

HEV (Hybrid Electric Vehicles): xe lai

LED (light-emitting diode): diode phát quang

LIB (Lithium-ion Battery): pin Lithium-ion

Li-Po (Lithium-Ion Polymer): Pin Lithium-Ion Polymer

LCD (Liquid Crystal Display): Màn hình tinh thể lỏng

NYCC (New York City Cycle): Chu trình US EPA New York City Cycle

OEM (Original Equipment Maufacturer): Nhà sản xuất thiết bị gốc

PID (Proportional Integral Derivative): cơ chế phản hồi vòng điều khiển

PE (Protective Earth): Dây nối đất

PP (Proximity Pilot): Dây tín hiệu sạc

RPM (Revolutions per minute): số vòng quay trên một phút

SLA (Seal Lead-Acid): pin axit chì kiểu kín

UDDS (Urban Dynamometer Driving Schedule): Chu trình EPA Urban Dynamometer Driving Schedule

3DOF (Three Degrees of Freedom): Ba bậc tự do

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Môi trường trong sạch 4

Hình 2.2: Trạm sạc xe máy điện 5

Hình 2.3: Thời gian sạc điện 6

Hình 2.4: Hình ảnh xe máy điện lội nước 7

Hình 2.5: Hình ảnh xe CSC Monterey Electric Scooter 7

Hình 2.6: Hình ảnh xe Yamaha Neo’s 8

Hình 2.7: Hình ảnh xe Vinfast Impes 9

Hình 2.8: Hình ảnh xe Vinfast Ludo 10

Hình 2.9: Sơ đồ phân loại các loại motor dùng cho xe điện 11

Hình 2.10: Động cơ DC trang bị trên xe đạp 12

Hình 2.11: Cấu tạo của động cơ DC 12

Hình 2.12: Bosch BLDC motor dùng trên xe Vinfast Impes 14

Hình 2.13: Cấu tạo của động cơ BLDC 14

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của BLDC motor 15

Hình 2.15: Cấu tạo của pin ắc quy chì axit 16

Hình 2.16: Cấu tạo của pin Licihium - ion 17

Hình 2.17: Cấu tạo của pin lithium-polymer 19

Hình 3.1: Giao diện chính của Matlab 23

Hình 3.2: Giao diện chính của Simulink 24

Hình 3.3: Một số ví dụ về Matlab/Simulink về động cơ điện 25

Hình 3.4: Bikesim mô phỏng khả năng ổn định của xe 26

Hình 4.1: Chu trình FTP-75 27

Hình 4.2: Chu trình US EPA NYCC ( New York City Cycle) 28

Hình 4.3: Chu trình Federal Test Procedure Motorcycle 1-B 29

Hình 4.4: Khối Driver & Motor 30

Hình 4.5: Cài đặt bộ điều khiển 32

Hình 4.6: Cài đặt khối Permanent Magnet Synchronous Machine 33

Hình 4.7: Khối Gates 33

Hình 4.8: Khối giải mã tín hiệu Hall 35

Hình 4.9: Thuật toán chuyển đổi điện áp ba pha 36

Hình 4.10: Khối Simple Body 37

Hình 4.11: Cài đặt thông xe cho khối vehicle body 38

Hình 4.12: Phân tích lực tác dụng lên xe 38

Hình 4.13: Cài đặt thông số bánh xe 40

Hình 4.14: Khối Tire 41

Hình 4.15: Ideal Torque Source 41

Hình 4.16: Ideal Torque Sensor 42

Hình 4.17: Khối Vehicle Body 3DOF Single Track 42

Hình 4.18: Cài đặt khối Vehicle Body 3DOF Single Track 43

Hình 4.19: Cài đặt thông số pin của xe 43

Hình 4.20: Các đường đặc tính xả của pin 44

Hình 4.21: Hình ảnh xe Vinfast Impes 45

Hình 4.22: Giao diện chính của BikeSim 45

Hình 4.23: Màn hình cài đặt thông số kích thước xe 47

Hình 4.24: Giao diện cài đặt đầu vào và ra 48

Hình 4.25: Chọn đầu vào là torque 49

Hình 4.26: Chọn đầu ra là vận tốc 49

Hình 4.27: Khối Drive and Motor 51

Hình 4.28: Đồ thi moment khi tín hiệu đầu vào bằng -5 52

Hình 4.29: Đồ thi moment khi tín hiệu đầu vào bằng 1 52

Hình 4.30: Đồ thi moment khi tín hiệu đầu vào bằng 5 53

Hình 4.31: Đồ thi moment khi tín hiệu đầu vào bằng 10 53

Hình 4.32: Model so sánh Simple Body với BikeSim Body 54

Hình 4.33: Đồ thị so sánh vận tốc của 2 body khi moment bằng 5 55

Hình 4.34: Đồ thị so sánh vận tốc của 2 body khi moment bằng 10 55

Hình 4.35: Đồ thị so sánh vận tốc của 2 body khi moment bằng 20 56

Hình 4.36: Kết quả so sánh vận tốc 2 model Simulink và BikeSim với chu trình FTP - 75 57

Hình 4.37: Đồ thị moment, quãng đường, %SOC, dòng điện sạc của 2 model với chu trình FTP – 75 58 Hình 4.38: Kết quả so sánh vận tốc 2 model Simulink và BikeSim với chu trình NYCC 59

Hình 4.39: Đồ thị moment, quãng đường, %SOC, dòng điện sạc của 2 model với chu

trình NYCC 60

Hình 4.40: Kết quả so sánh vận tốc 2 model Simulink và BikeSim với chu trình FTP-M 61

Hình 4.41: Đồ thị moment, quãng đường, %SOC, dòng điện sạc của 2 model với chu trình FTP-M 62

Hình 5.1: Hình ảnh Arduino Uno 63

Hình 5.2: Hình ảnh cảm biến từ HALL 64

Hình 5.3: Hình ảnh Module DAC 65

Hình 5.4: Hình ảnh sơ đồ mạch tổng thể 66

Hình 5.5: Hình ảnh giắc cắm của tay ga trên xe Vinfast Impes 67

Hình 5.6: Hình ảnh giắc cắm khi rút ra của tay ga trên xe Vinfast Impes 68

Hình 5.7: Hình ảnh giắc cẳm khi rút ra của ECU trên xe Vinfast Impes 68

Hình 5.8: Hình ảnh MCU kết nối với Module DAC 69

Hình 5.9: Hình ảnh xung điện áp của Module DAC 69

Hình 5.10: Hình ảnh xung điện áp của tay ga 70

Hình 5.11: Hình ảnh đấu dây hoàn thiện cho việc điều khiển tay ga 70

Hình 5.12: Hình ảnh 2 chân điều khiển tay ga 71

Hình 5.13: Hình ảnh gá cảm biến tốc độ và 8 nam châm để đo tốc độ bánh xe 71

Hình 5.14: Đồ thị vận tốc và RPM của xe khi nạp chu trình FTP-75 72

Hình 5.15: Đồ thị quãng đường đi được của xe khi nạp chu trình FTP-75 73

Hình 5.16 Đồ thị trạng thái sạc pin %SOC của xe khi nạp chu trình FTP-75 73

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của xe CSC Monterey Electric Scooter 8

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của xe Yamaha Neo’s 9

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của xe Vinfast Impes 10

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của xe Vinfast Ludo 11

Bảng 4.1: Thông tin của chu trình FTP - 75 27

Bảng 4.2: Thông tin của chu trình NYCC 28

Bảng 4.3: Thông tin của chu trình FTP - M 29

Bảng 4.4: Bảng chuyển đổi EMF thành tín hiệu xác định pha dẫn 34

Bảng 4.5: Bảng chuyển đổi tín hiệu hall thành EMF 35

Bảng 4.6: Bảng thông số kỹ thuật chi tiết xe Vinfast Impes 44

Bảng 4.7: Bảng thông số kỹ thuật của xe Vinfast Impes 56

Bảng 4.8: Thời gian hoàn thành hết một chu trình Drive Cycle Source của model Simulink và BikeSim 62

Bảng 5.1: Bảng thông số kỹ thuật của Arduino Uno 63

Bảng 5.2: Bảng thông số kỹ thuật của cảm biến từ HALL NJK-5002C 65

Bảng 5.3: Bảng thông số kỹ thuật của Module DAC (Mcp 4725) 66

DANH MỤC CÔNG THỨC

Công thức 4.1: Công thức cài đặt PI 31

Công thức 4.2: Công thức cài đặt lịch trình PI 31

Công thức 4.3: Công thức hàm truyền 31

Công thức 4.4: Phương trình cân bằng động lực học 38

Công thức 4.5: Công thức tính tổng lực dọc trên bánh xe 38

Công thức 4.6: Công thức tính lực kéo khí động học 38

Công thức 4.7: Lực tải bình thường trên bánh xe ở điểm tiếp xúc mặt đất phía trước 39

Công thức 4.8: Lực tải bình thường trên bánh xe ở điểm tiếp xúc mặt đất phía sau 39

Công thức 4.9: Công thức tính gia tốc cao độ 39

Công thức 4.10: Công thức tính vận tốc trượt của bánh xe 40

Công thức 4.11: Công thức tính độ trượt của bánh xe 40

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang là chủ đề nóng trên các mặt báo và nhận được rất nhiều sự quan tâm của người dân Trong đó, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm khí hậu

ở thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn Thông qua các phương tiện truyền thông, chúng ta dễ dàng thấy được các hình ảnh, các bài báo phản ánh về thực trạng môi trường ngày nay Mặc dù các ban ngành, đoàn thể

đã kêu gọi bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn nước nhưng có vẻ là không đủ để cải thiện tình trạng ô nhiễm ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn

Nhiều báo cáo trên thế giới cho thấy, thủ phạm gây ra ô nhiễm không khí chính là ống xả từ các phương tiện giao thông hàng ngày thải trực tiếp ra môi trường các loại chất độc hại như CO2, CO, NOx, SO2

Trước vấn đề ô nhiễm môi trường và tình trạng nóng lên toàn cầu, xe điện với những ưu điểm như không thải ra khói bụi, không gây tiếng ồn được coi như một giải pháp hữu ích cho môi trường, thay thế các phương tiện dùng xăng, dầu truyền thống Vì vậy mà thời gian gần đây, chúng ta bắt đầu được làm quen nhiều hơn đến các khái niệm như: xe máy chạy điện – EBike, xe chạy điện – EV, xe sinh thái, xe lai – HEV…

Để bắt kịp xu thế cũng như vì vấn đề “Lấy lại bầu trời xanh”, nhiều nước hàng đầu như Anh, Pháp, Trung Quốc, đã sử dụng một loạt biện pháp mạnh với những loại xe chạy bằng xăng, dầu, bao gồm cả việc cấm bán xe mới từ năm 2030 Bên cạnh đó, đặt niềm hy vọng vào xe điện được coi là chìa khóa trong cuộc cách mạng xanh Nguyên lí hoạt động khác biệt của xe điện, hoạt động này dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, thay

vì quá trình đốt cháy nhiên liệu như động cơ đốt trong, đó là lí do nhiều người đã lựa chọn chuyển từ xe xăng sang xe điện để bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí

Trong quá trình học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh thì chúng em chưa có nhiều cơ hội để nghiên cứu về xe máy điện Đây cũng là một trong những lý do chính thúc đẩy chúng em lựa chọn và tiến hành nghiên cứu đề tài

“Khảo sát và xây dựng mô hình mô phỏng xe máy điện” để góp phần nhỏ vào nền tảng kiến thức xe điện Việt Nam

1.2 Mục đích của đề tài

• Học hỏi được kiến thức cơ bản về phân loại, quá trình vận hành của xe máy điện, đồng thời hình dung chuyển động và động lực học trên xe Hiểu rõ cách hoạt động của xe máy điện lấy nền tảng kiến thức cho các nghiên cứu sau này

• Rèn luyện các kỹ năng sử dụng phần mềm Matlab/Simulink, BikeSim và Arduino

• Mô phỏng và diễn tả quá trình làm việc của xe máy điện trên Matlab/Simulink và BikeSim Từ đó có cơ sở để làm mô hình điều khiển tay ga trên xe máy điện

1.3 Đối tượng và phạm vi đề tài

• Đối tượng nghiên cứu: Sử dụng model mô phỏng trên Matlab/Simulink và mô hình điều khiển tay ga trên xe máy điện Vinfast Impes

• Phạm vi đề tài: Đồ án tập trung nghiên cứu:

+ Kiến thức lý thuyết về các kiểu cấu trúc và thành phần cơ bản của xe máy điện + Mô phỏng quá trình làm việc của xe máy điện

+ Mô hình điều khiển tay ga xe máy điện Vinfast Impes

1.4 Hướng nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài

• -Hướng nghiên cứu:

+ Tìm hiểu lý thuyết cơ bản về xe máy điện

+ Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink và BikeSim để mô phỏng quá trình làm việc của xe máy điện

+ Đánh giá kết quả mô phỏng

+ Nghiên cứu mô hình điều khiển tay ga trên xe máy điện thực tế

• Ý nghĩa của đề tài: Thông qua đề tài này có thể hiểu sâu kiến thức hơn và nâng

cao được khả năng nghiên cứu, sử dụng phần mềm hỗ trợ học tập hiệu quả như Matlab/Simulink, BikeSim và Arduino Đồng thời hiểu rõ hơn về xe máy điện, củng cố kiến thức đã học làm nền tảng sau khi ra trường

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khảo sát thị trường xe máy điện

2.1.1 Khái niệm và cấu tạo về xe máy điện

❖ Khái niệm

Ở nhiều quốc gia, quá trình đô thị hóa đã chứng kiến sự gia tăng nhanh chóng nhu cầu di chuyển trong các thành phố Phần lớn nhu cầu này được đáp ứng bởi các phương tiện cá nhân, trong đó xe hai bánh chạy bằng năng lượng thông thường góp phần đáng kể vào ô nhiễm không khí Việc người tiêu dùng sử dụng xe hai bánh chạy bằng nhiên liệu thay thế không phải là chủ đề được nghiên cứu nhiều như ô tô chở khách Đặc biệt, rất ít nghiên cứu về việc người tiêu dùng sử dụng xe máy điện, loại xe đang nổi lên nhanh chóng và là giải pháp thay thế bền vững hơn về mặt môi trường đối với xe hai bánh truyền thống[1]

Xe điện là phương tiện giao thông đường bộ sử dụng động cơ điện như xe đạp điện, xe máy điện và ô tô điện Đây là loại động cơ góp phần giảm phát thải và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường Xe có những đặc điểm khá giống với các loại xe máy

thông thường tuy nhiên lại được dẫn động cơ điện có công suất không vượt quá 4000W,

vận tốc tối đa không vượt quá 50km/h

❖ Cấu tạo

- Động cơ điện: Động cơ trên xe máy điện có 2 loại

+ Động cơ có chổi than (DC Motor)

+ Động cơ không chổi than (BLDC Motor)

- Pin nhiên liệu

Đậy là một bộ phận không thể thiếu ở xe máy điện vì nó giúp lưu trữ trữ điện

- Tay ga điều khiển

Tay ga điều khiển cũng được trang bị ở bên phải xe như các loại xe máy thông

thường

- Bo mạch điều khiển

Hệ thống này sẽ nhận tín hiệu trực tiếp từ tay ra điều khiển, từ đó đưa ra dòng điện

hợp lý giúp xe di chuyển Ngoài ra, nó còn cung cấp năng lượng cho đèn xe

- Các bộ phận khác

Ngoài các bộ phận kể trên không thể thiếu ở bất kì chiếc xe điện nào thì xe điện

còn được trang bị các bộ phận khác như lốp xe, đèn xe, còi xe, ổ khóa điện là những bộ phận quan trọng giữ vai trò hỗ trợ đắc lực khi tham gia giao thông

2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của xe máy điện

❖ Ưu điểm

- Thứ nhất là không gây ô nhiễm với môi trường

Hiện nay ở nước ta phần lớn các loại phương tiện giao thông như xe máy, ô tô đều

sử dụng nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu… đang xả ra lượng khói bụi, khí thải khổng

lồ vào môi trường

Hình 2.1:Môi trường trong sạch

Xe máy điện sử dụng điện thay thế cho xăng dầu, do đó xe máy điện không thải khí ra môi trường Xe điện đang là xu thế chung như một biện pháp bảo vệ môi trường

- Thứ hai là tiết kiệm nhiên liệu

Các loại xe máy tính trung bình có mức tiêu thụ khoảng 1 lít xăng cho 50 km đường Trong khi đó xe máy điện với một lần sạc đầy có khả năng di chuyển từ 50-80

km

- Thứ ba là ít phải bảo trì, bảo dưỡng

Xe máy điện sử dụng động cơ điện nên không cần trang bị các linh kiện đi kèm với động cơ đốt trong bu-gi, bộ lọc dầu, bơm, van, hộp số và các thiết bị liên quan khác

- Thứ tư xe máy điện có khả năng vận hành êm ái, không gây tiếng ồn

- Thứ năm là có khả năng sạc điện cơ động ở khắp mọi nơi

Hình 2.2: Trạm sạc xe máy điện Với lưới điện phủ khắp toàn quốc thì những chiếc xe máy điện dễ dàng sạc ở bất

cứ đâu có điện, người sử dụng xe điện có thể sạc thoải mái tại nhà mà không phải vất vả

di chuyển tới các trạm xăng

❖ Nhược điểm

- Hạn chế đầu tiên là thời gian sạc điện khá dài

Hình 2.3: Thời gian sạc điện

Chỉ cần 5-10 phút là bạn đã có thể đổ đầy xăng cho một chiếc xe máy chạy xăng Trong khi đó, để sạc đầy nhiên liệu cho xe điện, thông thường người dùng phải mất 7-8 giờ đồng hồ

- Hạn chế thứ hai là giới hạn di chuyển liên tục trên đường xa

Xe máy điện một lần sạc đầy chỉ di chuyển được 50- 80km và để di chuyển tiếp một quãng đường tương đương thì phải sạc 7-8 giờ Đây là hạn chế mà các mẫu xe máy điện hiện nay đều phải đối mặt

- Hạn chế thứ ba là tốc độ di chuyển

Xe máy điện chỉ có tốc độ tối đa khoảng 50km/h, điểm hạn chế này khiến người

sử dụng không thể tăng tốc lên tốc độ cao khi di chuyển ngoài khu dân cư hoặc trên đường cao tốc

- Hạn chế thứ tư là khó bảo trì, bảo dưỡng chuyên sâu

Vì xe máy điện chưa phổ biến nên hiện có rất ít cửa hàng sửa chữa loại xe này Mỗi khi xe trục trặc thì việc tìm cửa hàng sửa chữa xe máy điện khó khăn hơn rất nhiều

so với xe máy xăng

- Hạn chế thứ năm là gặp nước thì dễ bị hư hỏng

Hình 2.4: Hình ảnh xe máy điện lội nước

Xe máy điện được thiết kế khép kín một số bộ phận động cơ, bình chứa acquy có khả năng chống được nước bắn hoặc mước mưa chứ không thể chống ngập Khi xe bị ngập nước, ắc quy bị dính nước có thể hỏng ngay lập tức, hoặc xe có thể bị chạm mạch dẫn đến chập cháy

2.1.3 Thị trường xe máy điện hiện nay

Sau một thập kỷ, ngành công nghiệp xe điện thế giới tăng trưởng mạnh cả về số lượng và thị phần Trong năm 2020, Trung Quốc, với 4,5 triệu xe điện, là quốc gia có đội

xe lớn nhất Châu Âu có mức tăng hàng năm lớn nhất đạt 3,2 triệu chiếc Trong đó, lượt

xe máy bán ra thị trường ngày càng đa dạng kiểu dáng và gia tăng số lượng

❖ Khảo sát thị trường xe máy điện Việt Nam và trên thế giới

CSC Monterey Electric Scooter

Hình 2.5: Hình ảnh xe CSC Monterey Electric Scooter

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của xe CSC Monterey Electric Scooter

Xe tay ga mới CSC Monterey trông có vẻ là một phương tiện ngắn cho các nhiệm

vụ quanh thị trấn Tốc độ tối đa 32 dặm / giờ sẽ chỉ xóa hầu hết các giới hạn tốc độ đô thị

và phạm vi từ 20 đến 65 dặm có nghĩa là bạn sẽ ở lại địa phương, đó là trường hợp sử dụng tốt nhất cho một chiếc xe tay ga nhỏ CSC chỉ cần 7 tiếng để có thể sạc đầy pin từ 0%Gói pin nặng 9 kg Trọng lượng xe chưa có pin là 72 kg Tải trọng tối đa 136 kg, gồm

cả người điều khiển và hành khách hoặc hàng hóa[2]

YAMAHA NEO’s

Hình 2.6: Hình ảnh xe Yamaha Neo’s

Battery Type Lithium 60 volts / 26 amp-hours (Ah)

Powertrain Drive hub-mounted in rear wheel

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của xe Yamaha Neo’s

Neo's lắp BLDC motor, công suất 3 hp, mô men 138,3 Nm Pin động cơ điện là pin lithium-ion, dung tích 23,2 Ah Phạm vi hoạt động 72 km mỗi lần sạc đầy Thời gian sạc đầy pin hết 8 tiếng với bộ sạc dân dụng Giắc bộ sạc có thể cắm trực tiếp vào xe hoặc trực tiếp vào pin Pin có thể tháo rời

Trang bị an toàn với phanh đĩa đơn ở bánh trước và phanh tang trống bánh sau Cặp vành đúc 13 inch, đi kèm với lốp trước 110/70 và lốp sau 130/70 Trọng lượng 98 kg gồm cả pin với một pin tiêu chuẩn nặng 8 kg

Vinfast Impes

Hình 2.7: Hình ảnh xe Vinfast Impes

Battery Type Lithium 60 volts / 26 amp-hours (Ah)

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của xe Vinfast Impes

Xe được trang bị phanh tang trống ở phía sau và phanh đĩa ở phía trước, lốp bản rộng không săm giúp xe có khả năng bám đường tốt, khung xe siêu bền được thử nghiệm qua hàng loạt các danh mục kiểm tra vô cùng khắt khe giúp xe đạt độ bền rất cao và chịu được tải trọng lớn Hệ thống giảm sóc đôi phía trước, giảm sóc đơn phía sau giúp xe hạn chế dao động khi đi trên đường

Vinfast Ludo

Hình 2.8: Hình ảnh xe Vinfast Ludo

Battery Type Lithium 50.4 volts / 22 amp-hours (Ah)

Powertrain Drive hub-mounted in rear wheel

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của xe Vinfast Ludo

Xe được trang bị phanh tang trống ở phía sau và phanh đĩa ở phía trước, lốp bản rộng không săm giúp xe có khả năng bám đường tốt, khung xe siêu bền được thử nghiệm qua hàng loạt các danh mục kiểm tra vô cùng khắt khe giúp xe đạt độ bền rất cao và chịu được tải trọng lớn Hệ thống giảm sóc đôi phía trước, giảm sóc đơn phía sau giúp xe hạn chế dao động khi đi trên đường

2.2 Phân loại các loại motor dùng trên xe máy điện

Có năm loại động cơ điện chính, DC, cảm ứng, đồng bộ nam châm vĩnh cửu, switched reluctance và động cơ DC không chổi than (BLDC) được nghiên cứu Người ta kết luận rằng mặc dù công nghệ động cơ cảm ứng phát triển hơn phần còn lại, nhưng đối với các ứng dụng EV, thì BLDC và động cơ nam châm vĩnh cửu phù hợp hơn Việc sử dụng các động cơ này sẽ dẫn đến ít ô nhiễm, tiêu hao nhiên liệu ít hơn và tỷ lệ công suất cao hơn so với khối lượng Giá giảm của các vật liệu nam châm vĩnh cửu và xu hướng tăng hiệu quả trong nam châm vĩnh cửu và động cơ DC không chổi than khiến chúng ngày càng hấp dẫn hơn đối với các ứng dụng EV[3]

Hình 2.9: Sơ đồ phân loại các loại motor dùng cho xe điện

Battery Type Lithium 50.4 volts / 22 amp-hours (Ah)

Powertrain Drive hub-mounted in rear wheel

2.2.1 DC Motor (Động cơ điện 1 chiều có chổi than)

Động cơ DC (DC là viết tắt của từ Direct Current Motors) hay còn gọi là động cơ điện một chiều chính là động cơ được điều khiển bằng dòng có hướng xác định Đầu dây

ra của động cơ này thường gồm có hai dây

Khi cung cấp năng lượng thì động cơ DC sẽ bắt đầu quay, chuyển từ điện năng thành cơ năng Tốc độ không tải của động cơ DC nếu như không giảm tốc thì có thể đạt

từ 1000RPM đến 40.000RPM

Hình 2.10: Động cơ DC trang bị trên xe đạp

• Phân loại, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ DC

- Phân loại:

Động cơ điện 1 chiều được phân loại theo kích từ thành các loại sau:

Kích từ độc lập, song song, nối tiếp và hỗn hợp

- Cấu tạo:

Hình 2.11: Cấu tạo của động cơ DC Gồm có 3 phần chính đó là rotor (phần ứng), stato (phần cảm) và phần cổ góp – chỉnh lưu:

+ Stator của động cơ điện 1 chiều thường sẽ là 1 hoặc nhiều những cặp nam châm

vĩnh cửu, hoặc là nam châm điện

+ Rotor có những cuộn dây quấn và được nối với những nguồn điện một chiều

+ Bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ là đổi chiều của dòng điện trong khi chuyển

động quay của roto là liên tục

- Nguyên lí hoạt động:

Pha 1: Từ trường của phần cảm cùng cực với phần ứng nên sẽ đẩy nhau tạo nên chuyển động xoay của phần cảm

Pha 2: Phần cảm sẽ tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa phần ứng và phần cảm cùng dấu sau đó trở lại pha 1

Nếu mà trục của động cơ điện 1 chiều được kéo bằng 1 lực bên ngoài, thì động cơ

sẽ hoạt động như là một loại máy phát điện một chiều và sẽ tạo ra một sức điện động cảm ứng là Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường thì phần cảm khi quay sẽ phát ra điện áp được gọi là sức phản điện động của counter – EMF (hay CEMF)

2.2.2 BLDC Motor (Động cơ 1 chiều không chổi than)

Động cơ DC không chổi than cũng tương tự như một động cơ DC có chổi than

nhưng chức năng của rotor và stator được đảo ngược Rotor được tạo thành từ một bộ nam châm vĩnh cửu và stator là nam châm điện được điều khiển Động cơ không chổi than không còn chổi than và cổ góp, tia lửa điện sinh ra giữa chúng cũng được loại bỏ với thiết kế này Tia lửa này không chỉ làm giảm tuổi thọ của động cơ mà còn tạo ra nhiễu điện từ

Thay thế cho chổi than là một mạch điện tử điều khiển dòng điện vào cac cuộn dây stator khác nhau khi cần thiết để giữ cho rotor quay Sự đảo chiều của dòng điện qua các cuộn dây được thực hiện bởi các transistor công suất điều khiển chuyền đổi theo vị trí của rotor Nhiều động cơ DC không chổi than sử dụng cảm biến Hall để theo dõi vị trí rotor

Hình 2.12: Bosch BLDC motor dùng trên xe Vinfast Impes

Cấu tạo, phân loại (theo cách kích từ) và nguyên lí hoạt động:

a) Cấu tạo:

Hình 2.13: Cấu tạo của động cơ BLDC

- Stator: Stator của động cơ 1 chiều không chổi than được cấu tạo từ các lá thép kỹ

thuật điện và các cuộn dây được đặt trong các khe cắt xung quanh chu vi phía trong của stator

- Rotor: Rotor được gắn vào trục động cơ và trên bề mặt rotor có dán các thanh

nam châm vĩnh cửu

- Cảm biến vị trí Hall: Khi mà mỗi cực của nam châm trên rotor di chuyển qua gần

với Hall sensor, thì cảm biến này sẽ gửi ra tín hiệu thấp hoặc cao ứng với khi cực

sensor, thứ tự chuyển mạch chính xác được xác định

- Bộ phận chuyển mạch điện tử (Electronic commutator): bộ chuyển mạch điện

tử dùng transitor công suất để chuyển mạch theo vị trí rotor, bộ chuyển mạch điện

tử có thể chắc chắn sự thay đổi chiều dòng điện bên trong dây quấn stator khi rotor quay

• Kích từ hỗn hợp gồm 2 cuộn dây kích từ 1 cuộn mắc nối tiếp với phần ứng,

1 cuộn mắc song song với phần ứng

c) Nguyên lí hoạt động

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của BLDC motor

Để động cơ BLDC hoạt động thì cần biết được vị trí chính xác của roto để điều khiển quá trình đóng ngắt các khóa bán dẫn, cấp nguồn cho các cuộn dây stato theo trình

tự hợp lí Mỗi trạng thái chuyển mạch có một trong các cuộn dây (như pha A) được cấp điện dương (dòng đi vao trong cuộn dây pha A), cuộn dây thứ 2 (pha B) được cấp điện

âm (dòng từ cuộn dây đi ra pha B) và cuộn thứ 3 (pha C) không cấp điện Momen được

sinh ra do tương tác giữa từ trường tạo ra bởi những cuộn dây của stato với nam châm vĩnh cửu Một cách lí tưởng, momen lớn nhất xảy ra khi 2 từ trường lệch nhau 900 và giảm xuống khi chúng di chuyển Để giữ động cơ quay, từ trường tạo ra bởi những cuộn dây stato phải quay “đồng bộ” với từ trường của roto một góc α

2.3 Phân loại các loại pin dùng trên xe máy điện

2.3.1 Pin Axit chì

• Khái niệm

Pin Axit chì là một loại pin ướt trong đó chất điện phân bao gồm axit sunfuric và

nước Đây là một loại pin chu kỳ sâu rất phổ biến được sử dụng trong các ứng dụng ô tô

và công nghiệp

Sạc pin SLA nổi tiếng là chậm Trong hầu hết các ứng dụng theo chu kỳ, bạn cần

có sẵn pin SLA dự phòng để bạn vẫn có thể sử dụng ứng dụng của mình trong khi pin kia đang sạc Trong các ứng dụng ở chế độ chờ, pin SLA phải được sạc thả nổi[4]

• Cấu tạo

Hình 2.15: Cấu tạo của pin ắc quy chì axit

• Ưu điểm và nhược điểm

• Ưu điểm

- Không tác động và gây hại đến môi trường

- Giá cả thấp hơn các loại pin khác

- Có khả năng tái chế tốt

- Có khả năng sạc điện được nhiều lần

• Nhược điểm

- Khả năng trữ năng lượng nhỏ mặc dù trọng lượng khá là lớn

- Bắt buộc phải sạc nhiều

• Cấu tạo

Hình 2.16: Cấu tạo của pin Licihium - ion

- Điện cực bản dương (Cathode):

Vật liệu để làm bản điện cực + là LicoO2 và LiMnO4 Cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide Coban kết hợp với nguyên tử Lithium

- Điện cực bản âm (Anode)

Cực âm được cấu tạo từ than chì và các vật liệu Cacbon khác có chức năng lưu giữ các ion Lithium L dương trong tinh thể

- Bộ phân tách

Bộ phân tách là màng ngăn cách điện được làm bằng nhựa PP và PE Bộ phận này nằm giữa cực + và cực -, có rất nhiều lỗ nhỏ, nhiệm vụ để ngăn cách giữa cực + và cực -

- Ít bị rò gỉ, khả năng tích năng lượng lâu

- Trước khi sạc không cần xả

- Không gây ô nhiễm môi trường

• Nhược Điểm

- Dễ gây ra cháy nổ

- Tuổi thọ pin cao nhất chỉ 4 năm

- Nếu để lâu thì chất lượng pin giảm

Phương pháp này cho phép pin có thể làm rất mỏng với các hình dạng và kích thước của cell pin khác nhau

Hình 2.17: Cấu tạo của pin lithium-polymer

• Ưu điểm và nhược điểm[6]

• Ưu điểm

- Tích trữ năng lượng lớn, ít bị rò gỉ

- Khá là nhẹ, bền bĩ, chất điện phân ổn nên ít bị ăn mòn

- Hình dạng linh hoạt có thể ứng dụng trong nhiều dạng

- Có khả năng chịu va đập tốt

- Hạn chế được cháy và chập mạch

- Có thể phòng điện lớn

• Nhược điểm

- Giá thành tương đối cao

- Chất lượng bị giảm nếu để lâu

- Pin sẽ bị chập cháy, bị phù nếu có mức điện áp không phù hợp

2.4 Phân loại các kiểu truyền động trên xe máy điện

2.4.1 Drive hub-mouted in rear wheel

Động cơ In Hub (Hub Motor): Đây là loại động cơ phổ biến và dễ gặp nhất trên

những mẫu xe máy điện hay thậm chí là cả trên xe đạp điện Motor điện được tích hợp thẳng vào bánh xe trước hoặc sau (đôi khi là cả hai), từ đó dẫn động cho bánh xe đó

Hub Drive cung cấp một số thuộc tính hữu ích Ngoài những lợi thế chung của EV trên các phương tiện thông thường như phanh tái tạo, êm dịu và không ô nhiễm, In-wheel hub có một số giá trị bổ sung như; Cải thiện khả năng điều động, xử lý đường được cải thiện, kiểm soát ổn định cao hơn, dự phòng cho ICE và khả năng tăng lên của mô -men xoắn[7]

Ưu điểm

– Đây là loại động cơ điện lâu đời nhất trong ngành xe máy điện, nên giá thành tốt, vận hành ổn định dễ dàng thay thế, sửa chữa

– Êm ái và gần như không phát ra tiếng động khi vận hành

– Vì động cơ chuyển về sau nên không bị mất nhiều không gian ở phần thân xe, thích hợp cho các thiết kế xe cá nhân nhỏ gọn

Nhược điểm

– Do thiết kế nên khi nhìn ngang hay thiết kế phần đuôi xe bị “bí” do có một “cục”

ở bánh sau

– Trọng tâm xe bị lêch, nhất là đối với những xe có pin đặt lùi về phía sau

– Động cơ đặt tại bánh nên bánh xe sẽ nặng hơn Nếu không, người lái sẽ phải chịu nhiều sự tác động từ mặt đường

– Tính cá nhân hóa thấp do khó thay mâm, lốp khác nếu muốn Nếu bánh xe lỡ bị thủng thì việc nhanh nhất chỉ có thế vá bằng cách vá nhanh

2.4.2 Mid-Drive-in chain.

Cấu hình drive chain được sử dụng nhiều nhất cho xe đạp, xe máy điện, cho thấy hiệu quả trong khoảng từ 80% đến 98% Hiệu suất ổ đĩa được thể hiện bằng các chức năng khác nhau được báo cáo bởi Spicer Kết quả của ông đã chứng minh rằng hiệu quả của drive chain thay đổi theo cách đối ứng của sự căng mà nó tiếp xúc, trong đó độ căng càng lớn thì hiệu quả càng lớn[8]

Ưu điểm

– So với động cơ In Hub, Mid Motor chuyển được trọng lượng từ bánh sau lên giữa xe, phần nào phân đổ trọng lượng xe tốt hơn Trọng tâm xe khi thiết kế gần như tương tự xe xăng, dẫn đến khả năng vận hành ổn định tốt hơn ở tốc độ cao

– Động cơ Mid Motor thường thiết kế công suất lớn, tốc độ vòng quay tại trục cao – Truyền động bằng xích có thể thay đổi tỷ số truyền nhờ việc thay nhông đĩa