Báo cáo nhóm nhập môn kĩ thuật điện xe ô tô điện

Thayvì sử dụng các động cơ đốt trong với các nhiên liệu như xăng hoặc dầu diesel, ô tôđiện sử dụng năng lượng được cung cấp từ một bộ pin sạc.. Một lợi ích của ô tô chạy bằng pin so với

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN

──────── * ───────

BÁO CÁO NHÓM HỌC PHẦN: NHẬP MÔN KĨ THUẬT ĐIỆN

XE Ô TÔ ĐIỆN

Sinh viên thực hiện : Lê Đình Nam Nguyễn Đình Nam Phạm Trung Hiếu Lớp - Khóa : 2023DHDIEN07 – K18 Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Mạnh Quân

MỤC LỤC

PHẦN 1: Lời nói đầu 1

PHẦN 2: Giải quyết vấn đề 1 Tổng quan về oto điện 2

1.1 Khái niệm 2

1.2 Phân loại 2

2 Lịch sử về ô tô điện 3

2.1 Những năm đầu tiên của xe hơi điện 5

2.2 Sự cải tiến của ô tô điện sau những năm tiếp theo 2

2.3 Sự phát triễn của xe hơi điện vào những năm 1900 4

2.3 Nguyên nhân suy thoái ô tô điện trên giới 4

3 Cấu tạo xe điện 5

3.1 Cấu tạo 5

4 Nguyên lí hoạt động của xe ô tô điện 7

4.1 Các loại cổng sạc ô tô điện 14

4.2 Quá trình khởi động và chạy 15

4.3 Quá trình tái tạo năng lượng 17

5 Ưu điểm và nhược điểm của xe điện 19

5.1 Ưu điểm 19

5.2 Nhược điểm

6 Sự khác biệt của động cơ điện và động cơ đốt trong 32

7 Tình hình xe điện trong điện và thế giới 33

7.1 Trong nước 34

7.2 Trên thế giới 35

PHẦN 3: Tổng kết 1.1 Kết luận 37

1.2 Kiến nghị 38

1.3Tài liệu tham khảo 40

2

PHẦN 1: Lời nói đầu

Hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật ngày xàng xuất hiệ các thiết

bị tiện ích cùng với những công dụng tuyệt vời để phục vụ đời sống của con người Tuy nhiên con người đang phải đối mặt với một vấn đề toàn cầu đó là vấn đề ô nhiễmmôi trường Ô nhiễm môi trường nghiêm trọng đang ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta Vì vậy các ứng dụng tân tiến đang được áp dụng mạnh mẽ nhằm cải thiện vấn đề về môi trường Một trong những ứng dụng mà chúng tôi muốn giới thiệu đến cho mọi ngượ đó là xe ô tô điện Xe điện đang trở thành một giải pháp tiềm năng để giảm thiểu ô nhiễm không khí và giảm lượng khí thải carbon đối với môi trường Tuynhiên kiến thức về ô tô điện chưa được phổ cập rộng rãi đến với mọi người Nhận ra được tiềm năng đó chúng tôi đã tìm hiểu về ô tô điện

PHẦN 2: Giải quyết vấn đề

1.Tổng quan về oto điện

1.1Khái niệm

Xe ô tô điện là loại phương tiện được cung cấp năng lượng bởi động cơ điện Thay

vì sử dụng các động cơ đốt trong với các nhiên liệu như xăng hoặc dầu diesel, ô tôđiện sử dụng năng lượng được cung cấp từ một bộ pin sạc

1.2Phân loại

Ô tô điện có ba loại chính với hệ thống điện khác nhau được thiết kế để đáp ứngcác nhu cầu lái xe khác nhau Đó là: ô tô chạy bằng pin nhiên liệu, ô tô chạy bằngpin- điện, ô tô điện plug-in hybrid

a Ôtô chạy pin điện

Ô tô chạy bằng pin đều chạy bằng điện và không sử dụng xăng mà thay vào đó cómột cục pin lớn cung cấp năng lượng cho một hoặc nhiều động cơ điện Hiện tại, xechạy bằng pin có phạm vi hoạt động từ 130 đến hơn 480km, với phạm vi ngày càngtăng khi các mẫu xe mới được giới thiệu Ngoài việc lái xe qua trạm xăng, xe chạybằng pin không cần bảo dưỡng nhiều (chẳng hạn như thay dầu, kiểm tra khói bụi,thay bugi và thay thế bộ chuyển đổi xúc tác hoặc nhiều bộ phận khác bị mòn vàhỏng) so với xe chạy xăng

Việc sạc pin cho ô tô điện có thể được thực hiện tại nhà bằng cách sử dụng phíchcắm điện 120 volt hoặc 240 volt tiêu chuẩn hoặc ở xa nhà tại các trạm sạc côngcộng hoặc nơi làm việc Một lợi ích của ô tô chạy bằng pin so với xe plug-in hybrid

là khả năng sử dụng bộ sạc nhanh DC, cung cấp phạm vi hoạt động hơn 160 dặmtrong 30 phút

b, Xe điện hybrid cắm điện

Xe điện plug-in hybrid cung cấp cả chế độ lái chỉ dùng xăng và chỉ dùng điệnngay cả ở tốc độ tương đối cao Với pin nhỏ hơn pin điện, xe plug-in hybrid đạtđược phạm vi hoạt động chỉ dùng điện từ 32 – 88km mà trong thời gian đó chúngkhông tạo ra khí thải từ ống xả Khi ô tô sử dụng hết phạm vi sử dụng điện, nó sẽchuyển sang ga và lái giống như ô tô thông thường

2

c Xe điện chạy pin nhiên liệu

Ô tô điện chạy bằng pin nhiên liệu chạy bằng điện nhưng hoạt động khác với ô

tô chạy bằng pin hoặc xe hybrid Hệ thống điện của nó bao gồm nhiều tế bào đượckết hợp thành một khối kết hợp hóa học khí hydro từ bình chứa của ô tô và oxy từkhông khí để tạo ra điện

Pin nhiên liệu có phạm vi hoạt động từ 480-640km trên một bình chứa duy nhất

và có thể được tiếp nhiên liệu trong khoảng năm phút tại các trạm tiếp nhiên liệuhydro

2.Lịch sử về ô tô điện

2.1 Những năm đầu tiên của xe hơi điện:

Từ 1832-1839 :Anderson đã phát minh ra loại xe chuyên chở hàng chạy bằngđiện đầu tiên

Thomas dauvenport và Robert dauvidson đã đưa pin vào sửa dụng cho ô tô điện

Hình 1 Các nhà phát minh

2.2 Sự cải tiến của ô tô điện sau những năm tiếp theo

1859: Gaston lanté thành công chết tạo ra pin chì axit

1860: Camille Alphone đã thử nghiệm thành công khả năng lưu trữ điện trong

pin giúp xe di chuyển dc trong khoản đường dài

Hình 2 Ông Camille Al Hình 3 Ông Gaston lanté

1884: Thomas Park thiết kế chế tạo ra được loại xe điện chạy thực tế ở London sử dụng pin sạc công suất cao

Hình 4 Xe điện chạy ở London 1884

1899 : Hãng ô tô đầu tiên ra đời của ,Walter C Baker mở công ty Baker Motor

Hình 5 Ông Walter C Baker

2.3Sự phát triễn của xe hơi điện vào những năm 1900

Chiếc xe đầu tiên được bán ra thị trường mang tên Inperial

Hình 6 Những xe điện đầu tiên được bán

1900 : ô tô điện chiếm 1/3 trên thị trường ở Mỹ

2.4 Nguyên nhân suy thoái ô tô điện trên giới:

Vào những 1912 động cơ đốt trong ra đời các nhiên liệu dầu mỏ được tìm thấy sovới xe điện thì xe chạy bằng xăng được điều khiển khá phức tạp nhưng lúc bấy giờithì nhiên liệu điện khi đi đường xa hoặc ra các ngoại ô của các thành phố lớn thìcác trạm sạc điện sẽ ko có nên sẽ ảnh hưởng đến việc đi xa và hơn nữa giá thànhcủa ô tô điện lúc này cao hơn rất nhiều so với động cơ xăng nên từ đó ô tiện đã kocòn tồn tại trên thị trường

3 Cấu tạo xe điện

3.1Cấu tạo

Hình 7 Câu tạo xe điện

1. Ắc quy phụ: Trong một chiếc xe truyền động điện, nguồn pin phụ cung cấp năng

lượng cho các thiết bị trên xe hoạt động

2. Cổng sạc: Cổng sạc cho phép phương tiện kết nối với nguồn điện bên ngoài để

sạc ắc-quy

3. 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 & sạc lại cho ắcquy phụ

4. Động cơ điện/Motor điện: Sử dụng năng lượng từ bộ nguồn ắc qui, motor này

dẫn động các bánh xe Vài phương tiện còn sử dụng tổ hợp động cơ – máy phát(motor generators) thực hiện cả 2 chức năng truyền động và tái sinh/hồi phục nănglượng

5. Onboard charger: Lấy nguồn điện AC được cung cấp qua cổng sạc và biến đổi

chúng thành nguồn DC để sạc cho ắc quy Bộ phận này theo dõi các thông số của

ắc quy như điện áp, dòng, nhiệt độ và trạng thái sạc

6. Bộ điều khiển điện tử công suất (Power electronics controller): Bộ phận này

quản lý dòng năng lượng điện được cung cấp bởi ắc quy, điều khiển tốc độ củamotor điện và momen xoắn mà nó tạo

7. Hệ thống làm mát (Thermat System): Hệ thống này duy trì một phạm vi nhiệt độ

hoạt động thích hợp của động cơ/motor điện & các bộ phận khác

8. Bộ ắc quy kéo: Lưu trữ điện để cung cấp cho motor.

Là bộ phận có vai trò cung cấp năng lượng cho xe để các bánh

xe chuyển động Có 2 loại động cơ: DC (một chiều) hoặc AC(xoay chiều), nhưng AC được dùng phổ biến hơn

Biến tần

Là một thiết bị dùng để chuyển đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều Nhờ bộ phận này, động cơ có thể thay đổi tốc độ quay thông qua cách điều chỉnh tần số của dòng điện xoay chiều hoặc điều chỉnh biên độ của tín hiệu biến tần Từ đó, giúp tùy chỉnh công suất hoặc mô-men xoắn của động cơ cho phù hợp

Pin

Là bộ phận quan trọng, không thể thiếu của xe ô tô điện Bởi ô tôđiện dùng pin để lưu trữ năng lượng cần thiết giúp xe có thể di chuyển một quãng đường nhất định Người dùng nên nạp pin đầy, giúp động cơ xe có thể sẵn sàng vận hành

Phạm vi di chuyển của xe phụ thuộc vào công suất của pin trên

ô tô, công suất càng cao, phạm vi di chuyển càng lớn Loại pin phổ biến là pin lithium - với ưu thế tỷ lệ xả thải thấp, không gây hại, thân thiện với môi trường

Cáp sạc

Cáp sạc thường được đặt bên trong xe, giúp sạc pin cho ô tô tại nhà hoặc tại các điểm sạc công cộng thuận tiện Mỗi điểm sạc đều sẽ có loại cáp sạc riêng cho từng loại xe

4.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Quá trình hoạt động của xe điện bao gồm 3 quá trình: sạc pin, khởi động và chạy, tái tạo năng lượng

4.1 Quá trình sạc pin

Hình 8 Mô tả quá trình sạc pin

Sạc xe ô tô điện là quá trình đưa năng lượng điện vào pin của xe ô tô điện

Để sạc pin xe ô tô điện , chủ xe có thể tiến hành sạc tại nhà hoặc tại các trạm sạccông cộng Cụ thể:

 Cách sạc pin tại nhà: Thông thường khi mua xe điện, nhà sản xuất sẽ cungcấp cho người dùng bộ adapter để thuận tiện khi sạc Nguồn điện để sạc là

điện dân dụng 220V, thời gian sạc đầy sẽ giao động từ 10h đến 12h.

 Cách sạc pin tại trạm sạc công cộng: Có một số hãng ô tô điện sẽ lắp đặt hệthống trạm sạc công cộng để phục vụ việc sạc pin Tại các trạm sạc, kháchhàng có thể lựa chọn chế độ sạc thông thường và chế độ sạc nhanh Mỗi hìnhthức sạc này sẽ có những ưu điểm, nhược điểm khác nhau, khách hàng có thểcân nhắc tuỳ vào nhu cầu.[3]

*Thời gian sạc điện

Thời gian sạc pin nhanh hay chậm tùy thuộc vào loại xe điện và nguồn điện màngười dùng kết nối

Ví

dụ Đối với xe ô tô điện VinFast VF e34, được trang bị pin lithinium-ion cao

cấp, dung lượng 42kW, công suất sạc là 3,3kW Với chế độ sạc thường, VF e34 cóthể di chuyển với quãng đường khoảng 285km chỉ sau 1 lần sạc

*Các loại cổng sạc ô tô điện

Một trong những chi tiết của bộ sạc ô tô điện là cổng sạc Cổng sạc giúp ngườidùng kết nối xe với nguồn điện bên ngoài để sạc ắc quy Dựa trên tốc độ và côngsuất, cổng sạc ô tô điện được chia thành nhiều loại Mỗi cấp độ đều có ưu và nhượcđiểm riêng và phụ thuộc vào thời gian sạc của từng loại xe:

 Cổng sạc Type 1 J1772: Sử dụng nguồn điện trên 200V (thường là 220V 240V) cho tốc độ sạc cấp độ 2

- Cổng sạc Type 2 Mennekes: Là cổng sạc ô tô điện thuộc cấp độ sạc 3 có tốc

độ nhanh với nguồn điện 600V- 800V Loại sạc này có cơ chế khóa sẵn đểđảm bảo an toàn khi sử dụng tại các trạm sạc công cộng Sở hữu nguồn điện

áp cao, xe điện có thể vận hành 80 - 150km/h với tốc độ sạc từ 0 - 80% chỉtrong vòng 23 phút

 Cổng sạc kết hợp CCS: Hỗ trợ cả sạc AC (Alternating Current) và DC(Direct Current) với mức công suất dao động 50kW - 350kW

 Cổng sạc Chademo: sử dụng điện áp 600V - 800V từ nguồn điện một chiều(DC) với tốc độ sạc rất nhanh, cung cấp năng lượng để xe đi được quãngđường lên đến 150km sau một giờ sạc [4]

Hình 9 Các loại cổng sạc xe điện

4.2Quá trình khởi động và chạy

Khi bạn thực hiện nhấn bàn đạp ga, các điều này sẽ xảy ra:

- Nguồn điện được chuyển đổi từ DC (một chiều) thành AC (xoay chiều)

- Bàn đạp ga sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ của xe thông qua cách thay đổi tần số của nguồn điện xoay chiều từ biến tần đến động cơ

- Động cơ kết nối sau đó sẽ quay các bánh xe thông qua một bánh răng

- Khi bạn thực hiện nhấn phanh hoặc xe giảm tốc, động cơ sẽ trở thành máy phát điện vàtạo ra năng lượng, được đưa ngược trở lại pin

- Ô tô điện hoạt động dựa vào sự chuyển hoá dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều

Hình 10 : cấu tạo trong xe oto điện

4.3Quá trình tái tạo năng lượng

Quá trình này xảy ra khi ta nhả chân ga, chạy trớn và sử dụng phanh

Khi bánh xe quay kết nối trực tiếp khiến cho rotor quay và việc của inverter ( bộ biếntần ) là đảm bảo cho từ trường quay thấp hơn tốc độ quay của rotor khi đó nó sẽ sinh rađiện ở cuộn stator Điện sinh ra sẽ được inverter chuyển đổi và dự trữ lại trong pin.Tuy nhiên, quá trình này sẽ không phục hồi hoàn toàn năng lượng tiêu hao khi xe vậnhành

*Phanh tái tạo năng lượng

Hình 11 Mô tả hoạt động của phanh tái sinh

Khi lái xe bình thường, động cơ điện (Electric motor/Generator) lấy năng lượng từkhối pin giúp bánh xe chuyển động (đường màu đỏ) Khi nhấn chân phanh, động cơđiện sử dụng bộ chuyển đổi điện để đảo chiều từ trường, động cơ lúc này trở thànhmáy phát điện và có nhiệm vụ ngược lại với động cơ Máy phát điện biến đổi độngnăng, nhiệt năng, sinh ra khi phanh thành năng lượng điện, thu hồi và lưu trữ nănglượng điện sinh ra trong khối pin (đường màu xanh lá cây) Khi đảo chiều từtrường, động cơ điện cũng sẽ sinh ra mô-men hãm (có chiều ngược lại với mô-menxoắn) và điện trở, giúp giảm tốc độ của xe

5.Ưu điểm và nhược điểm của xe điện

5.1Ưu điểm

- Bảo vệ môi trường

Lợi ích lớn nhất của dòng xe ô tô điện chính là khả năng bảo vệ môi trường Như bạn đã biết, một chiếc xe ô tô điện sẽ được trang bị pin và được điều khiển bởi động cơ điện Do không sử dụng động cơ đốt nên loại xe này loại bỏ được hoàn toàn lượng khí thải tạo ra Nếu so sánh, trung bình xe có động cơ xăng sản sinh 350g CO2/1,6 km

- Không cần đổ xăng / dầu

Hình 13 Không cần đổ xăng / dầu

Đây cũng là một trong những ưu điểm thiết thực nhất về xe ô tô điện Tất nhiênrồi, khi sử dụng xe ô tô điện bạn sẽ không phải đổ xăng hoặc dầu do xe hoạt độngchủ yếu bằng điện tích trữ

- Chi phí vận hành thấp

Hiện nay, giá xăng vẫn đang trên đà tăng cao và không có dấu hiệu sẽ giảm xuốngnên việc sử dụng một chiếc xe ô tô điện sẽ tiết kiệm được cho bạn rất nhiều chi phívận hành

Hình 12 Bảo vệ môi trường

Hiện nay hầu hết quốc gia và vùng lãnh thổ đều cung cấp các khuyến khích tài chính cho khách hàng sở hữu xe điện Ví dụ như ở Mỹ, khách hàng mua xe điện sẽ nhận được khoản tín dụng thuế tăng từ 2.500 USD lên 7.500 USD Theo một cuộc nghiên cứu tiến hành bởi Đại học California, chương trình tín dụng thuế liên bang là lý do chính tại sao hơn 30% khách hàng quyết định rinh về một chiếc ô tô điện.

- Gần như không có tiếng ồn

Thông thường, các dòng xe sử dụng động cơ đốt trong sẽ phát ra âm thanh khoảng 70dB khi di chuyển với tốc độ 104 km/h, trong khi đó xe ô tô điện lại yên tĩnh và

âm thanh nhẹ nhàng hơn nhiều Thậm chí nhiều hãng xe còn tạo ra âm thanh giả để người đi đường dễ nhận biết khi xe đang di chuyển

- Hiệu suất cao

Ở động cơ đốt trong: với cơ chế chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng, cần trải qua quá trình đốt cháy nhiên liệu và thời gian thực hiện giữa các bộ phận làm cho một lượng

nhiệt lớn bị hao tốn từ thành xi-lanh Hiệu suất thực tế của động cơ chỉ duy trì ở mức

Động cơ đốt trong đòi hỏi tốc độ vòng tua máy nhất định để có thể tạo ra lựcmomen xoắn lớn tương ứng Xe ở trạng thái khởi động, vòng tua máy thường daođộng trong khoảng 1000 vòng/phút và tăng dần khi người lái tăng tốc độ Vòngquay càng lớn, công suất tạo ra càng cao, xe di chuyển càng nhanh Xe điện luônsẵn sàng ở chế độ khởi động, đó là lý do giúp khả năng tăng tốc của động cơ điệnluôn tương đương với những mẫu siêu xe sử dụng động cơ đốt trong

- Chi phí bảo dưỡng thấp

Động cơ điện: sử dụng năng lượng từ bộ pin, có thể sạc đầy khi cần thiết nên chiphí sử dụng thấp hơn Ngoài ra, do cơ chế vận hành khác biệt, hộp số trên ô tô điện

có kết cấu đơn giản, giúp hạn chế khả năng hư hỏng, tối ưu chi phí sửa chữa

Hình 14 Phạm vi di chuyển và trạm sạc

Phạm vi hoạt động của một số loại xe điện mới ra mắt gần đây :

+ Tesla Model S & Model X (trên 400 km)

+ Tesla Model 3 (trên 350 km)

- Giá mua

Không thể bỏ qua thực tế rằng xe ô tô điện đắt hơn so với ô tô chạy bằng xăng và