Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm

Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm

KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY

-   -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO Ô TÔ ĐIỆN TỐC ĐỘ CHẬM

GVHD : PGS.TS Đặng Văn Nghìn SVTH : Trương Phúc Hòa

MSSV : 20600827

KHOA CƠ KHÍ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Số: _ /BKĐT

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Khoa : CƠ KHÍ

Bộ môn: CHẾ TẠO MÁY

1 Đề tài luận văn:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO Ô TÔ ĐIỆN TỐC ĐỘ CHẬM

2 Nhiệm vụ:

- Tìm hiểu tổng quan về ô tô điện và hệ thống truyền lực

- Phân tích lựa chọn các nguồn năng lượng sử dụng cho ô tô điện

- Phân tích lựa chọn động cơ dùng cho ô tô điện

- Tính toán công suất động cơ điện và bộ nguồn ắc quy

- Tính toán các thông số động học của ô tô điện tốc độ chậm

- Tính toán thiết kế các bộ phận truyền động cơ khí

Số bản vẽ dự kiến: 3 A0, 1 A1 dự kiến gồm các bản vẽ về sơ đồ bố trí các bộ phận truyền động trên ô tô điện, nguyên lý hệ thống điều khiển ô tô điện, các phương án truyền động trên ô tô điện và

bản vẽ lắp cầu chủ động của ô tô điện

3 Ngày giao nhiệm vụ: 20/9/2010

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 27/12/2010

5 Họ và tên người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Văn Nghìn, BM Chế tạo máy

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn

PGS TS Đặng Văn Nghìn

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN

Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ:

Điểm tổng kết:

Xin gửi lời chân thành biết ơn sâu sắc đến:

Phó Giáo sư – Tiến sĩ Đặng Văn Nghìn đã trực tiếp tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện

thuận lợi trong quá trình thực tập tốt nghiệp và thực hiện luận văn này

Các thầy cô thuộc khoa Cơ khí đã tận tình dạy bảo, giúp đỡ tôi trong suốt những năm

học tập, trang bị kiến thức chuyên nghành và tạp điều kiện thuận lợi giúp đở tôi hoàn thành luận văn này

Các Thầy cô trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã dạy dỗ và truyền đạt những kiến

thức vô cùng quý báu và bổ ích để làm hành trang trong cho tôi cuộc sống

Cùng gia đình, bạn bè và nhất là Cha Mẹ đã luôn ủng hộ, động viên tinh thần, tạo mọi

điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt chương trình đại học

Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 12 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Trương Phúc Hòa

Ngày nay vấn đề về môi trường và phát triển bền vững là vấn đề được mọi người quan tâm Đứng trước vấn đề ô nhiễm môi trường cấp bách và cạn kiệt của nguồn năng lượng hóa thạch các nhà khoa học trên thế giới đã và đang đưa ra những sáng kiến mới có ích trong cuộc sống của con người mà ít ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên nhất Trong bối cảnh đó ô tô điện được xem như một giải pháp hữu ích trong việc đi lại của con người Ô tô điện không trực tiếp thải các chất thải độc hại và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo được đang được quan tâm phát triển trên thế giới Với những thành tựu đó ô tô điện có thể coi là phương tiện giao thông bền vững trong tương lai

Với đề tài luận văn là “Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm”, mục

đích là phân tích đánh giá các nguồn năng lượng và thiết bị động lực cho ô tô điện, từ đó thiết

kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện Luận văn bắt đầu bằng việc tìm hiểu cấu trúc của ô tô

điện từ đó chọn ra phương án truyền động thích hợp với nội dung thiết kế Sau đó là việc phân tích các loại ắc quy sử dụng trên ô tô điện đã được các tập đoàn ô tô trên thế giới ứng dụng trên ô tô điện để chọn ra loại ắc quy thích hợp nhất Tiếp theo là phân tích các loại động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều về đặc điểm cấu tạo, đặc tính cơ và điều chỉnh tốc

độ Nội dung chính của luận văn là tính toán các thông số của ô tô điện tốc độ chậm, từ đó thiết kế các bộ phận truyền động cơ khí trong hệ thống truyền lực của ô tô

Tôi mong rằng kết quả của luận văn sẽ đóng góp một phần nhỏ trong sự phát triển của ô

tô điện ở nước ta góp phần giải quyết các vấn đề cấp bách hiện nay Cuối cùng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ Thầy Cô và các bạn

Trang bìa i

Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn ii

Tóm tắt luận văn iii

Mục lục iv

Danh sách hình vẽ vii

Danh sách bảng biểu ix

Danh Sách các từ viết tắt x

CHƯƠNG 1: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA Ô TÔ ĐIỆN 1

1.1 Lịch sử phát triển của ô tô điện 1

1.2 Những động cơ thúc đẩy việc phát triển ô tô điện 4

1.2.1 Sự gia tăng số lượng ô tô 4

1.2.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường 5

1.2.3 Sự cạn kiệt nguồn năng hóa thạch 6

1.3 Xu hướng phát triển ô tô sạch 8

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 12

2.1 Tổng quan về ô tô điện và hệ thống truyền lực 12

2.1.1 Khái niệm 12

2.1.2 Cấu trúc hệ thống truyền lực ô tô điện 12

2.2 Phân tích lựa chọn phương án truyền động cho ô tô điện 14

2.2.1 Phương án 1 14

2.2.2 Phương án 2 15

2.2.3 Phương án 3 16

2.2.4 Phương án 4 17

2.3 Bố trí hệ thống truyền lực và hệ thống điều khiển 18

3.1 Giới thiệu các loại ắc quy dùng cho ô tô điện 21

3.1.1 Ắc quy chì- a xít 24

3.1.2 Ắc quy Ni-MH 27

3.1.3 Ắc quy Li-ion 28

3.1.4 Pin nhiên liệu - ( Fuel Cell) 30

3.2 Lựa chọn ắc quy dùng cho ô tô điện 33

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ DÙNG CHO Ô TÔ ĐIỆN 35

4.1 Động cơ điện một chiều 35

4.1.1 Động cơ điện một chiều dùng chổi than 35

4.1.2 Động cơ một chiều không chổi than – ( BLDC) 41

4.2 Động cơ điện xoay chiều 44

4.2.1 Động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ 44

4.2.2 Động cơ điện đồng bộ 47

4.3 Phân tích lựa chọn động cơ truyền động cho ô tô điện 48

4.3.1 Giới thiệu 48

4.3.2 Yêu cầu về mặt kinh tế 49

4.3.3 Yêu cầu về mặt kỹ thuật 49

4.3.4 Kết luận 51

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CỤM ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ BỘ NGUỒN ẮC QUY 53

5.1 Xác định động cơ điện và bộ nguồn ắc quy 53

5.1.1 Xác định các thông số của động cơ điện 53

5.1.2 Xác định các thông số cho bộ nguồn ắcquy 57

5.2 Tính toán các thông số động học của ô tô điện tốc độ chậm 59

5.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 59

5.2.2 Xác định vận tốc lớn nhất của xe 60

5.2.3 Khả năng leo dốc của ô tô - độ dốc cực đại 60

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ 62

6.1 Sơ đồ tổng quát các cơ cấu truyền động cơ khí 62

6.2.3 Chọn bộ vi sai và bán trục cầu chủ động 69

6.3 Thiết kế trục, gối đở, vỏ cầu và bôi trơn 70

6.3.1 Thiết kế trục sơ cấp 70

6.3.2 Tính toán chọn ổ lăn 74

6.3.3 Vỏ cầu chủ động 76

6.3.4 Bôi trơn 76

6.4 Bố trí lắp đặt các bộ phận truyền lực trên ô tô điện 77

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78

Tài liệu tham khảo 79

Trang

Hình 1.1: Ô tô điện EV1 2

Hình 1.2: Ô tô NEV của GM 3

Hình 1.3: Biểu đồ sự phát triển của các loại ô tô 3

Hình 1.4: Sự gia tăng số lượng ô tô ở Việt Nam 5

Hình 1.5: Phân bố lượng ô nhiễm Cacbon dioxide từ 1980 đến 1999 6

Hình 1.6: Trữ lượng dầu phát hiện và nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ 7

Hình 1.7: Trữ lượng dầu còn lại của các vùng khác nhau trên thế giới 7

Hình 1.8: Nhu cầu tiêu thụ dầu của các phương tiện giao thông vận tải 8

Hình 2.1: Hệ thống truyền lực ô tô điện 13

Hình 2.2: Các thành phần của ô tô điện 13

Hình 2.3: Hệ thống truyền động dùng hộp số cơ khí 15

Hình 2.4: Hệ thống truyền động dùng động cơ điện, truyền lực chính và vi sai 15

Hình 2.5: Hệ thống truyền động dùng hai động cơ điện 16

Hình 2.6: Hệ thống truyền động chỉ dùng động cơ điện 17

Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ điện 19

Hình 3.1: Ắc quy khô loại kín của công ty tia sáng 23

Hình 3.2: Cấu tạo ắc quy axít chì 24

Hình 3.3: Cấu tạo ắc quy NiMH 27

Hình 3.4: Quá trình sạc và phóng điện ắc quy Lithium- ion 30

Hình 3.5: Mô hình cấu tạo pin nhiên liệu 31

Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu 32

Hình 4.1: Mặt cắt ngang động cơ điện một chiều 35

Hình 4.2: Lá thép rotor 35

Hình 4.3: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 37

Hình 4.4: Mạch điện động cơ kích từ song song 37

Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ song song 39

Hình 4.8: Đường đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 40

Hình 4.9: Mạch điện động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 40

Hình 4.10: Đường đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ song song 41

Hình 4.11: Stator động cơ BLDC 42

Hình 4.12: Các dạng rotor động cơ BLDC 42

Hình 4.13: Hình vẽ minh họa cấu tạo BLDC của Microchip 43

Hình 4.14: Đặc tính cơ momen – tốc độ của động cơ BLDC 43

Hình 4.15: Nguyên lý làm việc động cơ điện không đồng bộ 46

Hình 4.16: Các đường đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ 47

Hình 4.17: Mặt cắt ngang động cơ điện đồng bộ 47

Hình 4.18: Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ 48

Hình 4.19: Độ cứng đặc tính cơ và sự ổn định tốc độ 51

Hình 4.20: Đường đặc tính của ba loại động cơ điện 51

Hình 5.1: Các lực cản tác dụng lên xe khi lên dốc 53

Hình 5.2: Sơ đồ đấu nối tiếp 6 bình ắcquy (12V- 50AH) 57

Hình 5.3: Kết cấu của động cơ điện HPM5000B 58

Hình 5.4: Sơ đồ hệ thống truyền lực 59

Hình 6.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền động cơ khí 62

Hình 6.2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống truyền lực 63

Hình 6.3: Đồ thị biểu diễn thay đổi tải trọng theo chu kỳ 63

Hình 6.4: Kết cấu bộ vi sai 70

Hình 6.5: Sơ đồi nội lực 71

Hình 6.6: Sơ đồ đặt lực của trục sơ cấp 74

Hình 6.7: Mức dầu bôi trơn trong cầu chủ động 76

Trang

Bảng 1.1: Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Mỹ (tính theo %) 5

Bảng 3.1: Kết hợp giá thành với việc chăm sóc và bảo dưỡng ắc quy 26

Bảng 3.2: Năng lượng riêng và mật độ năng lượng của một số loại ắc quy 34

Bảng 5.1: Tổng hợp các thông số động học của ô tô 61

Bảng 6.1: Số liệu trục sơ cấp 72

Bảng 6.2 Kiểm nghiệm hệ số an toàn s: 73

Bảng 6.3: Kiểm nghiệm độ bền then 74

AGM - Absorbed Glass Mat: ắc quy khô loại tấm hút

VRLA - The Valve Regulated Lead-Acid Battery: ắc quy axít chì có van điều chỉnh NiMH - Nickel Metal Hydride: ắc quy dùng Nickel

PEM - Proton Exchange Membrane: tế bào nhiên liệu màng trao đổi bằng proton BLDC - Brushless DC Motor: động cơ điện một chiều không chổi than

NEV – Neighborhood Electric Vehicle: ô tô điện chạy tốc độ chậm

ZEV - Zero-emissions vehicle : ô tô không phát ra khí thải

CHƯƠNG 1: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA

Ô TÔ ĐIỆN

1.1 Lịch sử phát triển của ô tô điện:

Ô tô điện đã có lịch sử phát triển trước cả những ô tô trang bị động cơ đốt trong Vào năm 1835, Thomas Davenport đã chế tạo ra chiếc ô tô điện đầu tiên chạy bằng nguồn năng lượng của ắc quy Việc điều khiển và khởi động động cơ điện được thực hiện một cách dễ dàng cộng với tình trạng khan hiếm các trạm cung cấp nhiên liệu lúc bấy giờ đã thúc đẩy việc dùng ô tô điện chạy bằng năng lượng của ắc quy Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của động cơ đốt trong cùng với việc phát minh động cơ khởi động bằng điện đã ngăn cản sự phát triển của kỹ thuật ô tô điện Việc sử dụng ô tô điện bị hạn chế với số lượng nhỏ các xe ô tô và

xe tải nhỏ để phân phát hàng hóa

Năm 1920 hàng ngàn chiếc xe điện được sản xuất: xe hơi, xe tải nhỏ, xe taxi, xe buýt Tuy nhiên lúc này lượng dầu mỏ được khai thác với giá rẻ nên đã thu hút được các nhà sản xuất đầu tư phát triển xe động cơ đốt trong Ngoài ra một lý do khác là công nghiệp pin thời điểm này chưa phát triển mạnh mẽ, để tạo ra một công suất quay như động cơ đốt trong thì khối lượng pin rất cồng kềnh khó có thể đặt trên xe

Tình trạng ô nhiễm ngày càng gia tăng vào cuối những thập niên 60 của thế kỷ trước đã thúc đẩy cho việc phát triển của ô tô điện thử nghiệm Nhưng nghành công nghiệp ô tô lúc đó

đã phát triển cùng với các phương pháp giảm lượng khí thải, lại một lần nữa ngăn cản sự phát triển của ô tô điện Vào những năm 1970, việc thiếu xăng dầu từ hậu quả của việc cấm vận dầu mỏ của người Ả Rập đã gây nên một cuộc khủng hoảng năng lượng Người ta đã chú ý nhiều hơn đến ô tô điện, nhưng chỉ được sản xuất với một số lượng nhỏ không đáp ứng được nhu cầu về giao thông cho toàn xã hội Ngoài ra bán kính hoạt động của ô tô điện còn bé là một trong những lý do kiềm hãm sự phát triển của ô tô điện

Ngày nay chính phủ các nước quan tâm nhiều hơn tới vấn đề môi trường cũng như về vấn đề sử dụng năng lượng có thể tái tạo được Ở Mỹ các các nước Châu Âu đã có các đạo luật, các tiêu chuẩn về khí thải đưa ra để hạn chế các loại xe gây ô nhiễm môi trường Hiện thời chiếc ô tô điện là phương tiện có thể làm được việc “ không gây ô nhiễm” Việc bắt buộc phải giảm ô nhiễm không khí đã thúc đẩy mãnh liệt những chương trình nghiên cứu về ô tô

điện Các hãnh sản xuất ô tô lớn trên thế giới đang bắt tay vào việc sản xuất ra những chiếc ô

tô điện ngày càng hoàn thiện hơn để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng

Những năm đầu thập kỷ 90, Hãng GM đã đổ hàng tỷ USD vào nghiên cứu xe điện và cho ra đời mẫu xe điện đầu tiên của hãng - EV1 Thế hệ đầu tiên của EV1 gắn ắc quy chì - axit, giới hạn chạy từ

120 đến 160 km Thế hệ thứ 2 thay bằng ắc quy niken hydrua nâng giới hạn chạy lên 120 đến 240 km nhưng vẫn không đáp ứng được nhu cầu của người dùng khi đó Mặc dù được coi là chiếc xe điện tốt nhất thế giới nhưng EV1 vẫn không thể so sánh với động cơ đốt trong Ngoài ra vì giá thành chiếc xe quá cao, GM chỉ cho phép thuê EV1 trong 3 năm hoặc 48000 km với giá từ 34 nghìn đến 44 nghìn USD Vì không có tính kinh tế nên EV1 không thể phát triển và dừng sản xuất sau đó.

Hình 1.1 Ô tô điện EV1

Năm 2008, Chrysler đã đầu tư vào hãng sản xuất xe điện Global Electric Motocar họ nhận thấy tiềm năng của thị trường xe điện tốc độ thấp hay còn gọi là NEV (Neighborhood electric vehicle) Mặc dù chỉ có vận tốc tối đa 40 km/h và giới hạn chạy 48 km nhưng những chiếc xe của GEM được ứng dụng khá rộng rãi và phù hợp yêu cầu của nhiều loại hình công việc Sáu mẫu xe cơ bản của GEM là e2 (2 chỗ), e4 (4 chỗ), e6 (6 chỗ), eS, eL, eL XD (thêm giá chở hàng phía sau) được sử dụng hàng ngày trong các mục đích như đi dạo, tuần tra đường phố hoặc công viên, chở khách du lịch, bán hàng lưu động, sử dụng trong bệnh viện, sân bay hay sân gôn…Đến nay, hơn 35 nghìn chiếc GEM đã được sản xuất và tiêu thụ và tiềm năng của GEM vẫn còn rất lớn

Hình 1.2 Ô tô NEV của GM

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp xe điện đang hứa hẹn một tiềm năng rất lớn Các nhà chế tạo không ngừng nghiên cứu để nâng cao phạm vi hoạt động của ô tô điện cũng như về khả năng tăng tốc của ô tô Vấn đề giá thành là một trong những khó khăn lớn nhất cho sự phát triển của ô tô điện hiện nay cũng đang được các nhà chức trách quan tâm đúng mức Hình 1.3 biểu diễn xu hướng phát triển của các loại xe, ô tô điện cùng với các loại xe tiết kiệm nhiên liệu khác đang phát triển mạnh mẽ phù hợp với sự phát triển của nhân loại

Hình 1.3 Biểu đồ sự phát triển của các loại ô tô

Xe điện (1830 – tương lai)

Động cơ đốt trong ( 1885- bao lâu?)

ZEV cùng với xe dùng pin nhiên liệu, xe hybrid được khuyến khích phát triển năm 2008

1.2 Những động cơ thúc đẩy việc phát triển ô tô điện:

1.2.1 Sự gia tăng số lƣợng ô tô :

Giao thông vận tải nói chung và vận tải ô tô nói riêng là một nghành quan trọng của quá trình phát triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia cũng như trên toàn thế giới Con người và các sản phẩm sản xuất trong xã hội luôn có xu thế dịch chuyển từ nơi này đến nơi khác Chính vì vậy mà nghành giao thông vận tải đã ra đời và trở thành mạch máu của nền kinh tế quốc dân

Ô tô với đặc điểm có tính cơ động và linh hoạt cao đã trở thành phương tiện rất cần thiết trong nghành giao thông vận tải Có thể nói, ô tô là một thành viên không thể thiếu của xã hội con người Ô tô đã đóng góp một vai trò quan trọng trong sự phát triển công nghiệp và kinh

tế, đồng thời nó là phương tiện nâng cao tiện nghi đời sống con người và hỗ trợ giao lưu phát triển văn hóa xã hội

Chính vì vai trò quan trọng như vậy số lượng ô tô được sử dụng hiện nay trên thế giới khoảng 740 triệu chiếc và dự đoán sẽ tiếp tục tăng thêm Sự phát triển phương tiện giao thông

ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau nhưng đều có xu thế chung là ô tô hóa dần quãng đường dịch chuyển Tốc độ gia tăng số lượng ô tô trên thế giới rất lớn đặc biệt

là khu vực Đông Nam Á, chẳng hạn Hàn Quốc tốc độ tăng hàng năm là 20%, Malaysia tốc độ này là 70% Cùng với việc gia tăng số lượng ô tô thì số lượng xe gán máy giảm dần Các dự báo cho thấy rằng thị trường ô tô tiềm năng trong thế kỷ 21 sẽ chuyển từ các nước Đông Âu

và Châu Mỹ La Tinh sang các nước Đông Nam Á, Trung Á và cuối cùng là Châu Phi Cũng theo dự báo số lượng ô tô ở Châu Á Thái Bình Dương sẽ tăng từ 0,7chiếc/1000 người dân năm 1985 lên 10 chiếc/1000 người dân năm 2020 và 20 chiếc/1000 người dân vào năm 2060 Việt Nam chúng ta cũng không nằm ngoài xu thế đó đặc biệt khi nền kinh tế chúng ta bước vào thời kỳ hội nhập và phát triển với tốc độ cao cùng với đó mức sống của người dân ngày được nâng cao (GDP/người tăng), đồng thời cơ sở hạ tầng giao thông được nâng cấp và xây dụng mới thì nhu cầu sử dụng ô tô thay cho xe máy để tăng tính tiện nghi, tính an toàn trong giao thông là xu thế tất yếu và lúc đó số lượng ô tô sẽ tăng rất nhanh

Nhưng sự phát triển tất yếu đó cũng đặt ra cho thế giới cũng như Việt Nam chúng ta nhiều vấn đề cần giải quyết để sự phát triển đó thực sự bền vững và hiệu quả Nhưng nỗi bật lên 2 vấn đề bức xúc nhất hiện nay là ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nguồn dầu mỏ

Hình Error! No text of specified style in document 4 Sự gia tăng số lượng ô tô ở Việt Nam

1.2.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường:

Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp Hydrocacbon với không khí chỉ sinh ra CO2, H2O

và N2 Vì sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lý tưởng cũng như do tính nhất phức tạp của các hiện tượng lý hóa diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí xả động cơ ô tô luôn chứa một hàm lượng đáng kể các chất độc hại như oxyde nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monoxydecarbon(CO), các Hydrocacbon chưa cháy (HC) và các hạt rắn đặc biệt là bồ hóng Ngoài ra nếu trong nhiên liệu có lẫn các tạp chất như lưu huỳnh thì sẽ có thêm SO2 hoặc nếu để tăng tính chống kích nỗ của nhiên liệu người ta pha thêm vào Pb(C2H5)4 thì trong khí thải còn có thêm các hạt chì lơ lững trong không khí Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí

xả phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành

Bảng 1.1: Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Mỹ (tính theo %)

Cùng với quá trình phát triển công nghiệp nói chung trong đó sự gia tăng nhanh số lượng

ô tô đóng một vài trò quan trọng làm gia tăng một cách đáng ngại của một số chất gây ô nhiễm trong bầu khí quyển Đến nay người ta đã xác định được các chất gây ô nhiễm không khí mà phần lớn những chất đó có mặt trong khí xả của động cơ đốt trong Người ta đã xác định được nồng độ các chất gây ô nhiễm các hoạt động của con người như bảng trên

Ngoài các chất ô nhiễm trên trong khí thải động cơ có một lượng lớn khí CO2 cùng với

sự gia tăng nhanh về số lượng ô tô trên thế giới làm cho khối lượng khí này thải vào khí quyển ngày càng gia tăng và chiếm một tỷ lệ lớn trong lượng phát thải CO2 của toàn thế giới

Tỷ lệ lượng CO2 thải ra hàng năm thể hiện qua đồ thị sau :

Hình 1.5 Phân bố lượng ô nhiễm Cacbon dioxide từ 1980 đến 1999

1.2.3 Sự cạn kiệt nguồn năng hóa thạch:

Như chúng ta đã biết năng lượng hóa thạch đã chiếm một vị trí quan trọng trong quá trình phát triển của nhân loại đặc biệt trong thời kỳ các cuộc cách mạng công nghiệp trong đó các phương tiện giao thông tăng mạnh đã tiêu thụ một lượng lớn năng lượng hóa thạch và đẩy nguồn năng lượng này đứng trước nguy cơ cạn kiệt trong một thời gian ngắn

Năm 1970 người ta đã dự báo dầu mỏ đủ dùng trong 30 năm nữa với tốc độ tiêu thụ 2,4

tỷ tấn/năm Trữ lượng dầu còn khoảng 72 tỷ tấn, như vậy năm 2000 sẽ không còn dầu nữa Vì vậy vào năm 1973 đã xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng trầm trọng giá dầu tăng gấp 4 lần

Trữ lượng dầu mỏ

Nhu cầu

Sử dụng năng lượng mới

Năm

Tỷ thùng 80

2000

1980 1960

1940

1920 1900

Hình 1.6 Trữ lượng dầu phát hiện và nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ

Tuy vậy tính đến năm 2005 thế giới đã tiêu thụ 110 tỷ tấn dầu, nhưng vẫn cịn 140 tỷ tấn

và cịn khai thác được trong vịng 36 năm với nhu cầu tiêu thụ như hiện nay (theo đĩ đến năm

2040 dầu mỏ sẽ hết) đây được xem là một dự báo chính xác hơn những dự báo năm 1970 do

sự phát triển của khoa học kĩ thuật như thể hiện ở hình trên Mặc dù vậy nhu cầu sử dụng dầu

mỏ vẫn tăng cao và tăng liên tục kéo theo trữ lượng khai thác hàng năm và giá dầu liên tục tăng Đặc biệt giá dầu trong những năm gần đây tăng nhanh và liên tục lập những kỷ lục mới nhiều lúc đã vượt qua ngưỡng 100USD/thùng đặc biệt trong năm 2008 này dầu thơ đã cĩ lúc lên đến 115USD/ thùng đặt kinh tế thế giới trước nhiều thách thức của khủng hoảng kinh tế

Hình 1.7 Trữ lượng dầu cịn lại của các vùng khác nhau trên

thế giới ( BP Statistical Review, 2007)

Các loại năng lượng hóa thạch khác như than đá tuy còn thời hạn sử dụng nhiều hơn ( than đá còn 114 năm sử dụng ) nhưng so với dầu mỏ thì nó có nhiều nhược điểm đặc biệt khi

sử dụng trên các phương tiện giao thông sẽ gây rất nhiều bất lợi và nó chỉ được sử dụng trong thời kỳ trước khi khoa học công nghệ chưa phất triển vào thời kỳ động cơ hơi nước Tuy nhiên than đá không có tương lai trong ngành giao thông vận tải vì vậy đối với giao thông vận tải sử dụng các phương tiện truyền thống dầu mỏ vẫn là nhiên liệu quan trọng nhất mà cho đến nay tìm được một nguồn nhiên liệu nhằm thay thế hoàn toàn dầu mỏ

Hình 1.8 Nhu cầu tiêu thụ dầu của các phương tiện giao thông vận tải

1.3 Xu hướng phát triển ô tô sạch :

Đứng trước 2 vấn đề lớn là : ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nguồn năng lượng truyền thống ngày càng cạn kiệt các nhà chế tạo ô tô đang nghiên cứu để ô tô ngày càng thân thiện với môi trường Ô tô sạch không gây ô nhiễm (Zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ô tô ngày nay Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung vào việc hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol,

+ Hoàn thiện động cơ đốt trong:

Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ động cơ đốt trong đã cho phép nâng cao rõ rệt tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Việc dùng động cơ đốt trong sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ đốt trong

+ Ô tô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế:

Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza, có nguồn từ thực vật

Do thành phần Carbon trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế trên phương tiện vận tải nói chung và trên xe buýt nói riêng vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệu còn cao Tuy nhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồi dào hoặc các loại nhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản xuất công nghiệp

Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethyl ether (DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên Đây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch có thể dùng cho động

cơ diesel giống như LPG Thử nghiệm trên ô tô cho thấy, ô tô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV Nếu việc sản xuất DME trên qui mô công nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởng nhất vì khí thiên nhiên phân bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đương dầu mỏ

+ Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên:

Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về năng lượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trường trong thành phố Cho tới nay có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe buýt, đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô tô Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia

cố bằng sợi carbon

+ Ô tô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG:

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng để chạy ô tô ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn có lợi thế về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ô tô chạy bằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: sử dụng duy nhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời diesel và LPG (dual fuel) Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng bộ chế hoà khí kiểu Venturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp Những hệ thống phun mới đang được nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trong buồng cháy để tăng tính năng công tác của loại động cơ này Cũng như các loại nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG trên ô tô là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù

áp suất hóa lỏng của LPG thấp hơn rất nhiều so với khí thiên nhiên hay các loại khí khác Các loại bình chứa nhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật liệu và công nghệ mới

+ Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu:

Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ô tô trong tương lai

là pin nhiên liệu Pin nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện năng Pin nhiên liệu trước đây chỉ được nghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhưng ngày nay pin nhiên liệu đã bước vào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ô tô Do không có quá trình cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pin nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nước Vì vậy có thể nói ô tô hoạt động bằng pin nhiên liệu là ô tô sạch tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm trong khí xả Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu không nạp điện mà chỉ nạp nhiên liệu hydrogen Khó khăn vì vậy liên quan đến lưu trữ hydro dưới áp suất cao hoặc trong vật liệu hấp thụ trên phương tiện vận tải

+ Ô tô lai (hybrid):

Ô tô lai là loại ô tô sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau Trong khi các giải pháp sử dụng ô tô chạy hoàn toàn bằng điện còn nhiều bất cập thì ô tô lai sử dụng động

cơ điện và động cơ xăng tỏ ra có nhiều ưu thế nhất Ô tô lai dạng này sử dụng động cơ điện một chiều chạy bằng accu được nạp điện bằng điện lưới khi ô tô dừng và nạp điện bổ sung từ cụm động cơ nhiệt-máy phát điện một chiều bố trí trên xe Ô tô lai được nghiên cứu từ những năm 1990 Đến năm 1997, chiếc ô tô lai đầu tiên Toyota Prius ra đời tại Nhật Bản Hiện nay

+ Ô tô chạy bằng điện:

Ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môi trường không khí trong thành phố Nguồn điện dùng để chạy ô tô được nạp vào ắc quy do đó quãng đường hoạt động độc lập của ô tô phụ thuộc vào khả năng tích điện của ắc quy Nếu nguồn điện được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái sinh (thủy điện, pin mặt trời ) thì ô tô dùng điện là loại phương tiện lý tưởng nhất về mặt ô nhiễm môi trường Tuy nhiên nếu nguồn điện được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thì ưu điểm này bị hạn chế nếu xét về mức độ phát ô nhiễm tổng thể Ngày nay ô tô chạy bằng ắc quy đã đạt được những tính năng vận hành cần thiết giống như ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống

Có thể nói ô tô sạch là chìa khóa mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô

tô, đó là những chiếc ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái Chúng

ta là nước đi sau đòi hỏi chúng ta phải có những nắm bắt về công nghệ mới của thế giới nhằm ứng dụng vào thực tiễn cuốc sống giúp đất nước ta thực hiện mục tiêu phát triển bền vững, phát triển xanh Trong đó, ô tô đóng một vai trò quan trọng trong xu thế phát triển và hội nhập của nước ta trong kỷ nguyên mới và chúng ta cần có những giải pháp để giải quyết những vấn

đề cấp bách hiện nay về môi trường và cạn kiệt tài nguyên Ô tô điện là một trong những giải pháp rất hữu hiệu hiện nay, và đó cũng là mục tiêu của đề tài

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG

tô điện, chẳng hạn như ô tô động cơ đốt trong sử dụng xăng so với ắc quy trong ô tô điện Ngoài ra động cơ đốt trong và với động cơ điện khác nhau theo yêu cầu của cơ cấu truyền động

Tuy nhiên ô tô điện cũng còn khá nhiều nhược điểm vì lượng năng lượng dự trữ trong ắc quy là tương đối nhỏ nên giới hạn khả năng hoạt động của xe Với các ô tô điện hiện tại khoảng đi được của xe dao động trong khoảng 100 Km, sau đó phải xạc lại năng lượng vào ắc quy mới tiếp tục sử dụng được Ngoài ra vì yêu cầu của tổng khối lượng của xe cũng như đặc điểm động cơ điện mà vận tốc cho phép của ô tô điện cũng tương đối nhỏ Ngày nay ô tô điện được dùng nhiều trong lĩnh vực yêu cầu xe có vận tốc nhỏ, xe chạy trong nội thành, xe chạy trong các khuôn viên trường học, bệnh viện

2.1.2 Cấu trúc hệ thống truyền lực ô tô điện:

Trước đây, các ô tô điện được chuyển đổi từ các ô tô động cơ đốt trong có sẵn bằng cách thay thế các động cơ và thùng chứa nhiên liệu bằng động cơ điện và bộ ắc quy trong khi giữ lại tất cả các thành phần khác, như trong hình 2.1 Cấu trúc này có những hạn chế như khối lượng nặng, tính linh hoạt thấp, hiệu suất giảm làm cho việc sử dụng ô tô điện giảm dần Thay vào đó, các kiểu ô tô điện xây dựng theo mục đích sử dụng, dựa vào yêu cầu ban đầu và các thiết kế cơ sở Với cách làm này ô tô điện đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của người sử dụng và

tỏ ra linh hoạt hơn

Hình 2.1 Hệ thống truyền lực ô tô điện

Một dạng cấu trúc hệ thống truyền động được mô tả chi tiết trong hình 2.2 Hệ thống truyền động bao gồm ba hệ thống nhỏ: hệ thống truyền lực bằng động cơ điện, hệ thống năng lượng, và các phần phụ trợ Hệ thống truyền lực bằng động cơ điện bao gồm: bộ điều khiển

xe, bộ chuyển đổi công suất, động cơ điện, bộ truyền dẫn cơ khí, và cơ cấu dẫn động Hệ thống năng lượng bao gồm phần nạp nhiên liệu, bộ phận quản lý năng lượng, và ắc quy Các

hệ thống phụ bao gồm: tay lái trợ lực, bộ điều hòa không khí, và các bộ phận phụ khác

Hình 2.2 Các thành phần của ô tô điện

Căn cứ vào việc điều khiển đầu vào từ bàn đạp ga và bàn đạp thắng, bộ điều khiển của xe cung cấp tín hiệu điều khiển phù hợp với bộ chuyển đổi công suất, bộ chuyển đổi công suất có chức năng điều tiết dòng năng lượng giữa các động cơ điện và ắc quy Các dòng năng lượng ngược lại được gọi là “sự hãm tái sinh” của ô tô điện và được phục hồi vào các ắc quy Hầu hết ắc quy ô tô điện có dung lượng lớn và các bánh đà có khả năng chấp nhận năng lượng tái tạo Bộ phận quản lý năng lượng cùng với bộ điều khiển xe kiểm soát “sự hãm tái sinh” và phục hồi năng lượng Ngoài ra nó cũng điều khiển bộ tiếp nhiên liệu và bộ giám sát khả năng

sử dụng của nguồn năng lượng Bộ phận cung cấp năng lượng phụ cung cấp năng lượng cần thiết ở các điện áp khác nhau cho tất cả các phần phụ của ô tô điện, như là điều hòa nhiệt độ

và các đơn vị cơ cấu tay lái trợ lực

2.2 Phân tích lựa chọn phương án truyền động cho ô tô điện:

Tất cả các ô tô điện cần có một bộ truyền dẫn cơ khí để kết nối đầu ra của động cơ tới các bánh xe Với ô tô dùng động cơ đốt trong, động cơ được gắn với một ly hợp, ly hợp gắn với hộp số, trục truyền động, bộ vi sai và cuối cùng đến trục bánh xe

Các cơ cấu này gây ra mất mát công suất và năng lượng Hệ thống truyền động trong ô tô điện đơn giản hơn hệ thống truyền động trong ô tô dùng động cơ đốt trong Ly hợp không cần

sử dụng trong hệ thống truyền động vì động cơ có thể cung cấp mô men xoắn từ nhỏ và tăng lên khi tải tăng lên Tương tự như vậy,hộp số có thể được đơn giản hóa bằng một bộ truyền bánh răng đơn giản Có 4 phương án của hệ thống truyền động trong ô tô điện như sau:

2.2.1 Phương án 1: hệ thống truyền động dùng hộp số cơ khí:

Phương án này có thiết kế giống như hệ thống trong ô tô động cơ đốt trong, động cơ đốt trong được thay thế bằng động cơ điện Bên cạnh đó cần phải lắp đặt bộ nguồn ắc quy cung cấp năng lượng cho ô tô điện hoạt động Thiết kế này làm cho hệ thống truyền lực phức tạp,

có khối lượng lớn, kích thước lớn, gây thất thoát năng lượng trong các cơ cấu cơ khí Do đó lắp đặt các hệ thống khác rất khó khăn đồng thời làm tăng giá thành của ô tô Phương án này thích hợp với các loại ô tô có yêu cầu lớn về tốc độ hay về khả năng tăng tốc trong thời gian ngắn nhất Đối với ô tô trong thiết kế không yêu cầu lớn về tốc độ của xe và giảm giá cả thấp nhất có thể nên phương án này không khả thi

Hình 2.3: hệ thống truyền động dùng hộp số cơ khí

1– Bánh xe chủ động; 2 – bán trục; 3 – vỏ cầu chủ động; 4 – nối trục 1; 5 – hộp giảm tốc;

6 – nối trục 2; 7 – động cơ điện; 8 – vi sai; 9 – bánh răng truyền lực chính

2.2.2 Phương án 2: hệ thống truyền động dùng động cơ điện, truyền lực chính và vi sai:

Hình 2.4: hệ thống truyền động dùng động cơ điện, truyền lực chính và vi sai 1– Bánh xe chủ động; 2 – bán trục; 3 – vỏ cầu chủ động; 4 – nối trục đàn hồi;

Phương án này dùng cặp bánh xe chủ động được kết nối với một bộ vi sai Phương án này có nhiều thuận lợi là bộ vi sai đã được kiểm tra, an toàn và sự tin cậy chất lượng từ nhà sản xuất Ngoài ra phương án này không cần dùng hộp số cơ khí làm tăng khối lượng ô tô, điều khiển tốc độ ô tô bằng cách điều khiển tốc độ động cơ Phương án này có kết cấu nhỏ gọn giảm được giá thành chung của ô tô

2.2.3 Phương án 3: hệ thống truyền động dùng hai động cơ điện:

Bộ vi sai có thể được loại bỏ bằng cách cho mỗi động cơ dẫn động một bên bánh xe dùng một cặp bánh răng đơn giản hoặc dùng bộ truyền đai răng Mô men xoắn cần phải được cân bằng cho mỗi bánh xe bằng bộ điều khiển điện tử Hệ thống này có lợi thế là chiếm ít không gian bên trong xe, tuy nhiên nó cần bộ điều khiển điện tử phức tạp hơn Ngoài ra khi dùng 2 động cơ có công suất nhỏ hơn có giá thành cao hơn một động cơ vì thế làm tăng giá thành chung của ô tô

Hình 2.5: hệ thống truyền động dùng hai động cơ điện

1– Bánh xe chủ động; 2 – vỏ truyền lực chính; 3 – động cơ điện;

4 – bánh răng truyền lực chính; 5 –bán trục cầu chủ động

2.2.4 Phương án 4: hệ thống truyền động chỉ dùng động cơ điện:

Hình 2.6: hệ thống truyền động chỉ dùng động cơ điện

1– Bánh xe chủ động; 2 – động cơ điện; 3 – trục nối động cơ và bánh xe

Phương án cuối cùng là gắn trực tiếp động cơ đến bánh xe thông qua một trục Động cơ điện có thể đặt ngoài hoặc đặt trong bánh xe Các động cơ điện đặt trong bánh xe được các nhà sản xuất chế tạo sẵn, phần tĩnh của động cơ được gắn với trục bánh xe, phần động của động cơ được gắn với bánh xe Hệ thống này có những tiềm năng rất lớn, hiệu quả truyền tải của nó là 100% Hệ thống này không bị mất mát công suất cho các bộ truyền cơ khí Tuy nhiên động cơ này cần có mo men xoắn tương đối lớn để khởi động xe và gia tốc cho xe Phương pháp truyền động này phổ biến ở xe máy điện và xe đạp điện Đặt động cơ ở mỗi bánh dẫn động của xe sẽ tiết kiệm được không gian trên xe, tuy nhiên nó ảnh hưởng đến bố trí

hệ thống treo Ngoài ra, động cơ có thiết kế đặc biệt và số lượng động cơ nhiều làm giá thành của xe cao hơn

Nhận xét: Hiệu suất của bộ truyền động là rất quan trọng đối với xe, hiệu suất truyền

động tăng dẫn đến đoạn đường xe đi được cũng tăng lên Tuy nhiên khi thiết kế ô tô điện cần quan tâm đến giá thành sản phẩm Với những đặc điểm đã nêu ở trên tác giả chọn phương án

2 trong mẫu thiết kế Tuy hiệu suất của động cơ điện bị mất mát trong bộ truyền bánh răng và

2.3 Bố trí hệ thống truyền lực và hệ thống điều khiển:

2.3.1 Phân tích, chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực

a) Bố trí cầu sau chủ động: việc bố trí hệ thống truyền lực đối với cầu sau chủ động có

ưu điểm: như tầm quan sát người lái tốt hơn, dễ tiếp cận động cơ để bảo dưỡng và sửa chữa Phân bố trọng lượng trên cầu sau lớn hơn cầu trước nên khả năng vượt dốc và chuyển động trên đường trơn trượt của xe tốt hơn Dễ bố trí ghế ngồi, cách nhiệt và cách âm cho người lái Song nó có nhược điểm như: động cơ đặt phía sau nên không bảo vệ được cho người lái khi xe va chạm hoặc đâm vào chướng ngại vật Khoang hành lý đặt phía trước nên chiều ngang bị giới hạn bởi hai bánh trước

Tỷ lệ phân bố tải trọng lên cầu trước và sau khi đầy tải khoảng (42÷58 )% nên cầu sau hơi quá tải làm xe có khuynh hướng quay vòng thừa nên kém ổn định đặc biệt là ở tốc độ cao, bắt buộc phải sử dụng hệ thống treo độc lập ở cầu sau nên cơ cấu phức tạp Ngoài ra còn gặp phải khó khăn như: chiều dài các bộ phận điều khiển lớn, phải có đường ngầm xuyên qua xe nên sàn xe không được bằng phẳng Không thể dùng thùng xe có cửa mở phía sau, khả năng vượt chướng ngại vật không tốt so với cầu trước chủ động Do các ưu nhược điểm trên nên dẫn động phía sau chỉ sử dụng cho các xe có cỡ nhỏ tốc độ thấp

b) Bố trí cầu trước chủ động: nếu bố trí với cầu trước chủ động thì có ưu điểm: an toàn

hơn cho người lái, phân bố trọng lượng trên cầu trước và cầu sau khi có một người lái khoảng (60÷40)%, đảm bảo cho xe có tính quay vòng thiếu và tính ổn định về hướng cao với tải trọng bất

kỳ

Nhược điểm với kiểu bố trí này là khả năng vượt dốc kém do giảm trọng lượng bám trên cầu chủ động Có khả năng mất điều khiển trên đường trơn trượt do lực kéo trên bánh chủ động lớn, khả năng hãm cứng các bánh xe sau khi phanh là lớn nếu không đặt các bộ điều chỉnh lực phanh hoặc hệ thống chống hãm cứng bánh xe Do các ưu nhược điểm trên, sơ đồ này thường dùng trên xe du lịch hiện đại, tốc độ cao

c) Bố trí hai cầu chủ động: bố trí theo cách này có nhiều ưu điểm vì nó tổng hợp hai

phương án trước nên loại bỏ được các nhược điểm Tuy nhiên cách bố trí này tương đối phức tạp, gây khó khăn cho việc bố trí và lắp đặt các hệ thống khác Cách bố trí này dùng rất nhiều trong thực tế với các loại ô tô chịu tải trọng cao cũng như có yêu cầu cao khi hoạt động

toàn Ta chọn phương án bố trí các hệ thống truyền lực ở cầu sau là cầu chủ động cho xe điện

2 chổ ngồi, hệ số phân bố tải trọng giữa hai cầu 55% - 45% Cầu xe sử dụng kiểu treo độc lập

2.3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ điện cho ô tô hai chỗ ngồi

Toàn bộ hoạt động của hệ thống động cơ điện đối với ô tô điện hai chỗ ngồi được điều khiển theo ý chủ quan của người lái Sơ đồ nguyên lý của hệ thống được thể hiện ở hình 2.7

Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ điện

Đầu xạc điện được nối với nguồn điện dân dụng 220 V Bộ xạc điện được gắn sẵn trên xe

sẽ thực hiện quá trình xạc Dòng điện được chuyển qua bộ chuyển đổi năng lượng trước khi cung cấp cho ắc quy Bộ xạc điện có chức năng ngắt dòng điện khi ắc quy đã đầy năng lượng Khi ô tô bắt đầu hoạt động, năng lượng từ ắc quy đến bộ chuyển đổi năng lượng sau đó được cung cấp đến động cơ điện một chiều

Bơm thủy lực cấp dòng thủy lực cho chân phanh, chân ga Các cơ cấu này đưa tín hiệu đến bộ điều khiển của ô tô Bộ điều khiển sẽ điều khiển dòng điện đến động cơ điện , từ đó thay đổi tốc độ động cơ điện để thay đổi tốc độ ô tô theo ý chủ quan của người lái

Khi ô tô thực hiện chuyển động lùi thì người lái bật công tắc tiến lùi ở vị trí lùi, lúc này điện áp được đổi chiều thông qua bộ điều khiển, động cơ điện quay theo chiều ngược lại Sau

đó, người lái chuyển công tắc sang vị trí tiến, ô tô trở lại chế độ hoạt động bình thường

Khi ô tô leo dốc người lái bật công tắc leo dốc, bộ điều khiển sẽ điều khiển dòng điện cung cấp đến động cơ điện Tín hiệu điều khiển nhằm điều khiển động cơ điện ở tốc độ mà

mô men xoắn của động cơ điện là lớn nhất Sau khi vượt dốc người lái tắt công tắt leo dốc, ô

tô trở lại chế độ hoạt động bình thường

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC NGUỒN

NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG CHO Ô TÔ ĐIỆN

3.1 Giới thiệu các loại ắc quy dùng cho ô tô điện:

Vào đầu những năm 1990, việc thiết kế ô tô điện không thể cạnh tranh với số lượng những phát minh về động cơ đốt trong Tốc độ và phạm vi hoạt động của động cơ đốt trong đã khiến chúng trở thành một giải pháp hiệu quả của việc vận tải Vào những năm 1990, có nhiều cuộc tranh luận về nguy cơ giảm sản lượng dầu cung cấp, do những nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng nên bắt đầu có những kích thích để phát minh về các nguồn năng lượng thay thế và khám phá ra nguồn năng lượng thay thế Đến giữa những năm 1970, việc thiếu hụt dầu mỏ dẫn tới việc phát triển ồ ạt các chương trình ô tô chạy bằng điện Tuy nhiên , lượng dầu cung cấp tạm thời ổn định sau đó và sự phát triển chậm trong công nghệ thay thế, một lần nữa cản trở sự phát triển của ô tô điện

Vào những năm 1990, hai vấn đề quan tâm trên toàn cầu là sự tăng trưởng về yêu cầu năng lượng hóa thạch cho vận tải tức là dầu mỏ và giảm thiểu các khí xả ô tô lại một lần nữa làm hồi sinh sự phát triển của ô tô điện Chính điều này đã dẫn đến việc nghiên cứu các loại

ắc quy dùng riêng cho ô tô điện

Bộ năng lượng Mỹ đã thành lập tập đoàn pin tiên tiến của Mỹ ( The U.S Advanced Battery Consortium – U.S ABC) làm tăng tốc độ phát triển của pin hiện đại dùng cho ô tô điện Tập đoàn này là một quan hệ đối tác trong nghành công nghiệp quốc gia giữa DOE và 3 hãng sản xuất ô tô lớn nhất gồm: Daimler-Chrysler, Ford và Genaral Motors và viện nghiên cứu năng lượng điện ( EPRI) Tập đoàn pin tiên tiến của Mỹ đã nghiên cứu ra một loại ắc quy đạt hiệu suất tối đa đáp ứng cho ô tô điện để có thể cạnh tranh với các xe truyền thống sử dụng động cơ đốt trong về hiệu suất, giá thành và phạm vi hoạt động Hướng đi của sự phát triển kỹ thuật cho ắc quy ô tô điện sẽ sớm tăng tốc: ắc quy Pb-axít, ắc quy NiMH, Li-ion và ắc quy Lithium-Polymer Daimler-Chrysler, Ford và Genaral Motors đã dùng ắc quy axít- chì đầu tiên Honda và Toyota đã sản xuất những xe dùng ắc quy NiMH, trong khi Nissan sẽ cho

ra sẽ sử dụng ắc quy Li-ion

Các đặc trưng nỗi bật của ắc quy dùng cho ô tô điện:

 Có thể đạt được mật độ năng lượng cao trong một lần sạc để cung cấp cho phạm

vi làm việc rộng ( quãng đường đi dài)

 Việc tạo ra mật độ năng lượng này có thể đạt được mức độ năng lượng ổn định với đặc điểm phóng điện mạnh có thể cho phép gia tốc cũng như đạt được công suất tiềm năng của ô tô điện

 Chu kỳ nạp điện dài với yêu cầu bảo dưỡng thấp và độ an toàn về cơ khí cao được tạo ra cho bình ắc quy

 Vì có thể tái nạp được nhiều lần và tái nạp điện nên về quan điểm môi trường chúng được chấp nhận rộng rãi

Trong một thế kỷ qua, ắc quy axít chì vẫn là nguồn năng lượng tiêu chuẩn về khả năng ứng dụng năng lượng Với những bước tiến đáng kể trong nghiên cứu, trong cả thập niên trước sự phát triển của ắc quy axít chì có van điều chỉnh VRLA đã dần dần thay thế ắc quy axít chì loại bình thường Ắc quy axít chì có van điều chỉnh tiếp tục được ứng dụng như nguồn pin tạo lực kéo nhờ mật độ năng lượng nhiều hơn trên mỗi đơn vị diện tích

Kỹ thuật ắc quy VRLA được ứng dụng trong lĩnh vực tạo ra lực kéo xuất phát từ những yêu cầu: không cần bảo dưỡng định kỳ, ắc quy có yêu cầu bảo dưỡng ít nhất Điều đặc biệt cần lưu ý là mực nước không được phép cạn trong các ngăn và hoạt động an toàn của bình ắc quy khi dùng cho ô tô điện

Một trong những nhược điểm của ắc quy axít chì loại ướt là dung dịch axít trào ra ngoài khi nóng hoặc vỏ bình bị nứt hay axít bốc hơi qua các nút thông hơi trên nắp, khiến các vùng xung quanh nhất là 2 cọc bình bị gỉ Mặt khác, khi dung dịch bị rò hết, ắc quy sẽ không sinh

ra điện nữa Nước trong dung dịch bị phân tích thành hydro và oxy sau đó bay ra ngoài dễ gây cháy nổ và cũng là một điểm yếu của ắc quy loại này Để khắc phục những nhược điểm trên, các nhà sản xuất bắt đầu quan tâm đến ắc quy khô

Ắc quy khô được bịt kín và không còn các lỗ thông hơi trên nắp như ắc quy truyền thống ( kiểu ướt ) Một số ắc quy khô có van xả tự động khi áp xuất bên trong quá cao Thế hệ đầu tiên của ắc quy khô có thể gọi là ắc quy keo hay ắc quy gel bởi tuy gọi là khô nhưng trong ắc quy vẫn phải có dung dịch nhưng đã bị làm keo lại nhờ được trộn vào trong chất keo silicon

Hình 3.1 Ắc quy khô loại kín của công ty tia sáng

Ắc quy khô loại tấm hút AGM là bước tiến lớn của ắc quy axít chì Nó ra đời năm 1985

để phục vụ cho các máy bay quân sự Trong loại AGM, dung dịch axít sulfurit được hút vào trong các tấm thủy tinh mịn đặt giữa các bản cực Các tấm này làm bằng sợi thủy tinh Boron – Silicate Các tấm sợi thủy tinh cũng là nơi hydro và oxy sinh ra trong quá trình nạp tái kết hợp lại thành nước

Cả 2 loại đều có vỏ bình kín, tức bạn không cần bảo dưỡng trong suốt quá trình sử dụng Nếu vỏ bị vỡ cũng không xảy ra việc rò axít ra ngoài và ắc quy vẫn tiếp tục cung cấp điện Ắc quy khô loại AGM cũng có những ưu điểm như loại gel nhưng nhờ tính thẩm thấu cao hơn nên dung dịch đi vào các bản cực nhanh hơn và khả năng tạo ra dòng lớn hơn Vì vậy, nó thường được sử dụng cho xe gắn máy và ô tô Trong bình ắc quy khô loại AGM, người ta lợi dụng oxy và hydro bị phân ly ra trong quá trình nạp để tái tạo thành nước với hiệu suất lên đến 99 % và nhờ thế, dung dịch không bị thấm nước như trong loại bình ướt truyền thống Nhờ có điện trở trong bình rất nhỏ, ắc quy khô loại AGM gần như không bị nóng khi nạp hoặc phóng dòng quá lớn Hiện tượng tự phóng điện trog loại ắc quy này cũng xảy ra chậm (

từ 1% đến 3% một tháng so với ắc quy ướt 30% một tháng) nên có thể để lâu mà không cần nạp Nó cũng chịu đựng va đập tốt hơn loại ắc quy thường Một ưu điểm lớn của ắc quy AGM

là hiệu suất nạp rất cao nên sẽ tốn ít năng lượng khi nạp Trong ắc quy ướt đời cũ có 15-20% năng lượng điện chuyển thành nhiệt vô ích, trong loại ắc quy khô dạng keo là 10-16% nhưng loại AGM chỉ có 4%

3.1.1 Ắc quy axít chì:

Ắc quy chì vẫn là loại được sử dụng phổ biến nhất trên các ô tô Các nhà khoa học đang

nỗ lực tìm ra các loại ắc quy mới để đáp ứng nhu cầu về nguồn năng lượng dự trữ cho ô tô điện trong tương lai Hiện nay đây là loại ắc quy có giá thành thấp nhất trên thị trường

Hình 3.2 Cấu tạo ắc quy axít chì

Bình ắc quy axít gồm vỏ bình có các ngăn riêng, thường là ba hoặc sáu ngăn tùy theo loại

ắc quy 6V hay 12V Trong mỗi ngăn có đặt khối bản cực gồm phân phối bản cực dương và phân phối bản cực âm được ngăn cách với nhau bằng các tấm ngăn Tấm cách điện được làm

từ những vật liệu mà có thể cho phép phản ứng hóa học xảy ra giữa các bản cực đồng thời không cho chập mạch giữa các bản cực dương và âm ( không cho chúng tiếp xúc với nhau) Mỗi ngăn được xem là một ắc quy đơn, các ắc quy đơn được mắc nối tiếp với nhau tạo thành bình ắc quy Dung dịch điện phân ( dung dịch axít sunfuric : H2SO4 ) được đổ vào trong từng ngăn theo mức quy định Mật độ năng lượng của ắc quy chì vào khoảng 35 Wh/kg và công suất riêng vào khoảng 93 W/kg

Các bản cực dương và âm được bọc bởi chất hoạt hóa là oxyt chì ( PbO2) và đôi lúc là Sunfat chì PbSO4 Chất hoạt hóa cung cấp một diện tích bề mặt rộng lớn cho việc lưu trữ năng lượng điện hóa Các tấm bản cực dương thì được hàn lại với nhau và được kết nối đến với cọc dương ( +) cuối cùng Tương tự các bản cực âm cũng được hàn lại với nhau và được kết nối với cọc âm ( -) cuối cùng Các tấm đã lắp ghép này được đặt trong vỏ bình làm bằng polyropylence Được đậy kín lại bởi các nắp có lỗ thông hơi ( để ngăn phát hỏa) và lỗ thoát

Vào lúc nạp trong ắc quy xảy ra phản ứng điện hóa và sinh ra điện thế Dựa trên nguyên

lý điện hóa, 2 kim loại khác nhau các bản cực âm và các bản cực dương có sự chênh lệch điện

áp sẽ sinh ra một hiệu điện thế Trong lúc lắp các bản cực, tải được đặt vào bình ắc quy chứa lượng điện tích nạp hoặc phân cực các tấm bản cực

Trong gia đoạn nạp, nước có trong chất điện phân bị tách ra bởi hiện tượng điện phân Oxy thoát ra tại các tấm bản cực dương và hydro thoát ra tại các bản cực âm Do sự phân ly của hydro và oxy kết quả là trên 30% tái hợp trở lại Một ắc quy tốt có nghĩa là không yêu cầu thêm nước, giảm bớt bảo dưỡng chăm sóc cũng như giá thành hợp lý Nó là sự kết hợp của các nhân tố làm cải thiện hiệu suất của ắc quy có van điều chỉnh Trong ắc quy VRLA, hiệu suất đạt 95% đến 99% Đặc biệt sự thông hơi và ngăn axít là điều cần thiết tối thiểu với ắc quy VRLA

Như trên đã chỉ ra, ắc quy AGM và VRLA là giống nhau vì chúng đều dùng các tấm bản cực tiêu chuẩn Ngoài ra nó còn có dung dịch điện phân tỉ trọng cao Sợi thủy tinh thường hấp thu và chứa các điện tử tự do AGM cho phép trao đổi oxy giữa các tấm bản cực và cũng có thể tái hợp trở lại Cùng lúc các sợi thủy tinh cách điện giữa hai bản cực âm và dương của ắc quy để tránh trường hợp xảy ra chập mạch

Bề dày của sợi thủy tinh xác định mức độ hấp thu dung dịch điện phân Ưu điểm lớn là khả năng lưu trữ điện tích, điểm hạn chế là khả năng các ngăn của ắc quy bị khô, điều này làm chập mạch bởi các tấm ngăn Lỗ thông an toàn của ắc quy AGM hay bộ phận ngăn bắt tia lửa

là điểm khác thứ hai từ việc thiết kế ắc quy axít chì Van điều khiển hay tấm ngăn phát hỏa bảo vệ thất thoát oxy trong quá trình làm việc bình thường của ắc quy Nó chứa đựng áp suất bên trong ắc quy quy cho việc tái hợp của điện tích Ngoài ra nó làm việc an toàn khi có tia lửa và hồ quang từ các điện cực của ắc quy Trong trường hợp áp suất tăng quá cao, lỗ thông đóng vai trò như van an toàn

Loại ắc quy thứ hai VRLA là nền tảng trên kỹ thuật ắc quy khô Loại này cũng dùng các tấm điện cực giống như ắc quy axít chì Tinh thể thạch anh được thêm vào dung dịch điện phân có tính chất của axít khô Axít khô rò ra ngoài, nó sẽ làm nứt các bề mặt Những rạn nứt trong axít khô này có lợi và cho phép khuếch tán oxy giữa các bản cực âm và bản cực dương Làm như vậy, nó là một công nghệ rắn kết hợp Axít khô có liên quan tới Prelyte và nâng khuếch tán oxy vì thế cải thiện tuổi thọ ắc quy

Kỹ thuật gel, giống ắc quy AGM cũng có các lỗ thông hơi và chi tiết ngăn màng lửa chứa

Tỉ trọng riêng của các ắc quy nằm trong khoảng 1,215 cho ắc quy axít chì ướt và 1,3 cho

ắc quy VRLA thể tích của chất điện phân sẵn có là một nhân tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất ắc quy

Ngoài ra ắc quy AGM thiết kế đạt hiệu suất cao nhất bởi vì chúng có điện trở trong nhỏ nhất và tỉ trọng của chất điện phân cao hơn ( 1,300), so sánh với các thế hệ đời sau Điện áp đánh giá cuối cùng và công suất của ắc quy thì thiếu những nhân tố cơ bản vì phụ thuộc vào lượng nước trong ắc quy thiết kế Chú trọng trong việc thông hơi ắc quy, không gian yêu cầu, lượng axít và nhân tố kinh tế để lựa chọn ắc quy

Một ắc quy bị tràn nước hoặc bị ẩm la một trong những điều mà cần phải chăm sóc bằng cách bổ sung nước định kỳ Nước thêm vào mỗi ngăn của bình qua nắp thông hơi Thậm chí ngày này có những ắc quy axít chì – axít được cung cấp liên tục thông qua các giải pháp hổ trợ Mặc dù chúng cần có sự chăm sóc để nâng tuổi thọ lên 20 năm, các ắc quy có thể hoạt động trong thời gian dài ( trên 40 năm bởi những công nghệ sản xuất đặt biệt)

Bảng 3.1 so sánh các loại ắc quy về chi phí lắp đặt, bảo dưỡng bảo trì hàng năm của một

số ắc quy axít chì thông dụng

Bảng 3.1: kết hợp giá thành với việc chăm sóc và bảo dưỡng ắc quy Đặc điểm Flooded ( $) AGM ($) Gel ( $) Modular

3.1.2 Ắc quy NiMH:

Ắc quy NiMH được xem như là một loại thống lĩnh thị trường trong một thời gian dài Trước đó, những loại ắc quy Ni-Cd có một bước khởi đầu đơn giản, nhưng với những bước tiến đáng kể trong 4 thập kỷ qua từ năm 1950, khả năng đặc biệt của những ắc quy này gấp 4 lần Ắc quy sạc được phát triển mạnh cho ứng dụng trên thị trường máy tính xách tay, điện thoại di động, máy quy phim xách tay càng thúc đẩy những yêu cầu về nâng cao hiệu suất của

ắc quy Những nhân tố như yêu cầu về môi trường làm tăng tốc độ phát triển của hệ thống ắc quy NiMH thay thế Sự khởi đầu sớm của nó vào giữa những năm 1980, thị phần của ắc quy nạp NiMH chiếm 35% thị trường Đặc biệt là khả năng đáp ứng tải cao đã được cải thiện một cách nhanh chóng

Những công bố khoa học và văn bằng phát minh sáng chế cung cấp một số lượng lớn các báo cáo về những khía cạnh khác nhau của ắc quy NiMH, bao gồm tính chất hóa học và tính chất dự trữ hydro của vật liệu càm cathode (-) Tuy nhiên nó làm điều quan trọng được xem như là tiêu chuẩn thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và tiến tới nâng cao tuổi thọ của ắc quy

Hình 3.3 Cấu tạo ắc quy NiMH

Hợp kim AB5 ( LaNi5) và AB2 ( TiN2) là một phần trong cấu trúc của ắc quy NiMH Cả hai trường hợp này hầu như tương tự nhau về mức độ dự trữ hydro, khoảng 1,5% trọng lượng

mức độ cực đại 1,6% trọng lượng của hợp kim AB5 Mức dự trữ hydro của AB2 có thể tăng lên, bằng việc làm cho ắc quy có kích thước lớn hơn Việc này lại là trở ngại trong thiết kế cho ô tô điện Các nhà khoa học đã nghiên cứu loại hợp kim có thể thu vào (và thải ra) hydro với thể tích cao hơn hằng trăm lần để dùng trong ắc quy NiMH Cực âm bao gồm khối lượng của những hạt kim loại nén nguyên chất, các hạt này nhỏ hơn nguyên tử hydro, dễ hấp thu vào khe hở của các hợp kim nên có thể mở rộng thể tích lên đến 24% Điện cực hydro có mật độ điện dung lên đến 1800 mAh/ cm3

Như thế, kích thước của ắc quy NiMH nhỏ hơn, mật độ năng lượng cao hơn đối với hợp kim AB5, khoảng 8÷8,5% g/cm3 so với mật độ năng lượng thấp của hợp kim AB2, khoảng 5÷7 g/cm3

Thường thì các phương pháp hiệu quả về giá cho việc sản xuất các ắc quy vật liệu AB5 bao gồm các bước:

 Bước 1: Nấu chảy và làm lạnh nhanh các thỏa kim loại lớn

 Bước 2: Nhiệt luyện để loại bỏ những tạp chất không đồng chất

 Bước 3: Phá vỡ thỏi kim loại lớn thành những mãnh nhỏ bởi quá trình hydro hóa

 Bước 4: Nghiền các mảnh nhỏ đã được tôi với loại bột có chất lượng tốt

Bốn bước của quá trình này là nhân tố quyết định tính thương mại rộng rãi của ắc quy

NiMH Tiến trình này có thể loại bỏ và thay thế bởi một bước đơn sử dụng phương pháp đông đặc nhanh của bột AB5, dùng áp suất khí cao để tán nhỏ ra Khí hydro được hấp thụ vào và đi ngược trở ra bởi quá trình tạo áp khí cao , chất lượng hợp kim cũng cải thiện đáng kể khi được tôi trong bột

3.1.3 Ắc quy Li-ion:

Ắc quy Li-ion là loại có tính thương mại xếp hạng thứ ba cho ứng dụng ô tô điện Bởi vì lithium là loại kim loại có điện thế âm cao nhất và nguyên tử lượng nhỏ nhất, ắc quy dùng lithium có điện thế lớn nhất để đạt được công nghệ bức phá sẽ cung cấp cho ô tô điện với đặc điểm hiệu suất cao nhất trong việc gia tốc và phạm vi làm việc Nhược điểm của loại ắc quy quy này là lithium phản ứng dễ dàng với không khí và hầu hết chất điện phân ở dạng lỏng Để làm mất đi tác dụng phụ của kim loại lithium, cho lithium xen vào giữa carbon graphic (LixC)

để cho giá trị điện áp tốt và hiệu suất cao đồng thời bảo quản ắc quy

do yêu cầu phản ứng hóa học giữa lithium với nước của dung dịch điện phân Khi những ion lithium đến cực âm ( cathode), chúng nhanh chóng sát nhập vào kim loại cathode Quá trình này dễ dàng diễn ra ngược lại Bởi quá trình thuận nghịch nhanh của các ion lithium, ắc quy li-ion có thể nạp và phóng nhanh hơn ắc quy axít chì và ắc quy NiMH, thêm vào đó ắc quy li-ion sản sinh ra lượng điện năng tương đương ắc quy NiMH, nhưng chúng nhỏ hơn 40% và khối lượng chỉ gần bằng phân nửa Điều này cho phép dùng nhiều ắc quy Li-ion trên ô tô điện, làm tăng lượng điện năng tạo ra và gia tăng tầm hoạt động của chiếc ô tô điện

Có nhiều loại vật liệu có thể dùng trong ắc quy Li-ion thường thì những vật liệu anode (+) được xác định là carbon, đặc biệt là carbn graphic và carbon có chứa hydro

Có ba loại oxyt được đánh giá cho cathode (-) là: cobalt oxyde, nikel và manganese Cobalt được ưa chuộng hơn tuy nhiên không có tính kinh tế

Trong những ắc quy Li-ion thì hay dùng cobalt oxyt làm cathode, nó được sản xuất từ một lá nhôm với cobalt oxyt bao bọc ở ngoài Cực (+) anode thì làm bằng các tấm đồng mỏng bao ngoài với vật liệu carbon Những tấm này làm thành lớp với màng ngăn plastic Sau đó, cuộn lại và đặt vào trong vật chứa bằng thép với chất điện phân lỏng chứa lithium hexafluoro-phosphate

Ngoài khả năng cho năng lượng cao, ắc quy Li-ion có thể cấp điện trong một khoảng thời gian dài Trong quá trình hoạt động, có sự thay đổi trong cấu trúc của cực âm và cực dương bởi số lượng nhỏ ion lithium thêm vào hoặc bị tách ra Ngoài ra, điện áp cao và quy ước thiết kế của ắc quy Li-ion hứa hẹn sẽ có giá thành thấp, đặc biệt khi cobalt được thay thế bởi manganese

Những ắc quy sạc quá mức, với ắc quy axít chì và ắc quy NiMH phải điều khiển cẩn thận

để tránh phá hỏng điện cực hay chất điện phân của ắc quy Bởi vì chất điện phân trong ắc quy Li-ion không có nước, việc bốc hơi của khí cùng với sự phân ly của nước bị ngoại trừ Những

hệ thống quản lý sản xuất tiên tiến của ắc quy bảo đảm các ắc quy Li-ion hoạt động có độ an toàn cao, lúc bình thường cũng như lúc xảy ra tai nạn Với những ắc quy axít chì, NiMH và Li-ion đòi hỏi hệ thống nạp điện phải có khả năng làm việc với chức năng bảo vệ ắc quy tránh trường hợp nạp điện quá nhiều Ở trạng thái đồng nhất ắc quy Li-ion có thể phóng điện cho ra năng lượng cao hơn trên đơn vị khối lượng và thể tích Ngoài ra, ắc quy hóa học Li-ion không gây thân thiện với môi trường khi so sánh với ắc quy Nickel