THIẾT KẾ Ô TÔ ĐIỆN 5 CHỖ CHO XE DAIHATSU ( HIJET VAN )

Mục Đích Đề Tài  Đề tài “ Thiết kế ô tô điện 5 chỗ ngồi” là một đề tài nhằm mục đích khảo sát, thiết kế ô tô chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện, phù hợp với điều kiện giao thông trong

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ Ô TÔ ĐIỆN 5 CHỖ CHO XE DAIHATSU

( HI-JET VAN )

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN HUYỀN Nghành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Niên khóa: 2008 - 2012

TP Hồ Chí Minh 6-2012

THIẾT KẾ Ô TÔ ĐIỆN 5 CHỖ CHO XE DAIHATSU

( HI-JET VAN )

Tác giả:

NGUYỄN VĂN HUYỀN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư

Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn:

Ths BÙI CÔNG HẠNH

Tháng 06 năm 2012

LỜI CẢM ƠN !

Trong suốt thời gian học tập tại Trường Đại Học Nông Lâm Tphcm – Khoa Cơ Khí Công Nghệ - Nghành Công Nghệ Ô Tô chúng em đã nhận đuợc sự quan tâm, dạy dỗ nhiệt tình của quý thầy cô và sự giúp đỡ từ bạn bè, đó là những kiến thức và tình cảm quý báu làm hành trang giúp em buớc vào đời khỏi bỡ ngỡ Tuy thời gian học ở trường không dài nhưng những gì chúng em nhận được là vô cùng to lớn, chúng em không biết nói gì hơn ngoài lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:

 Ban giám hiệu nhà truờng cùng quý thầy, cô khoa Cơ Khí Công Nghệ đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài này

 Thầy chủ nhiệm, Thạc Sĩ Bùi Công Hạnh Thầy đã tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo, tạo mọi điều kiện tốt nhất để em thực hiện đề tài này

 Tất cả bạn bè trong lớp đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến thiết thực để em hoàn thiện

đề tài này

Trong quá trình thực hiện đề tài dù đã cố gắng hết sức nhưng khó tránh khỏi những sai sót, em rất mong sự cảm thông và đóng góp ý kiến nhiệt tình của quý thầy cô

và các bạn để em hoàn thành đề tài này tốt hơn

Kính chúc thầy, cô cùng các bạn dồi dào sức khoẻ!

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Huyền

TÓM TẮT

1 Tên đề tài: “Thiết kế ô tô điện 5 chỗ cho xe DAIHATSU ”

2 Thời gian và địa điểm:

- Thời gian: Từ ngày 15 tháng 03 đến ngày 15 tháng 06 năm 2012

- Địa điểm: Xưởng thực tập sửa chữa ô tô, Khoa Cơ khí- Công nghệ, Trường

Đại học Nông Lâm TP.HCM

3 Mục đích của đề tài:

Đề tài “ Thiết kế ô tô điện 5 chỗ cho xe Daihatsu” nhằm mục đích là:

- Tận dụng nguồn xe ( động cơ xăng) đã ngưng sử dụng để nâng cao hiệu qủa kinh

tế

- Nâng cao điều kiện sống của người dân

- Tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường trong giao thông vận tải

- Phát triển nghành công nghiệp sản xuất ô tô điện ở Việt Nam

- Nắm bắt đuợc xu huớng phát triển của ô tô điện trong tương lai

- Hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của ô tô điện

- Thiết kế hoàn chỉnh một ô tô điện từ bộ khung sẵn có ( xe Daihatsu )

- Đề tài góp phần thiết thực vào đời sống con người

MỤC LỤC

Trang tựa i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

Chương I: MỞ ĐẦU 1

1.1 : Dẫn nhập 1

1.2 : Mục đích đề tài 1

Chương II: TỔNG QUAN 3

2.1: Lịch sử phát triển của ô tô điện 3

2.2: Tương lai của ô tô điên 8

2.3: Sơ lược về lịch sử của hãng xe Daihatsu 11

2.4: Tổng quan về ô tô điện 13

2.4.1: Giới thiệu chung 13

2.4.2: Cấu hình của ô tô điện 13

2.4.3 : Các loại động cơ điện dùng trong ô tô 16

Chương III: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 22

3.1: Nơi thực hiện 22

3.2: Phương tiện thực hiện 22

3.3: Phương pháp nghiên cứu 22

3.3.1: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 22

3.3.2: Phương pháp thực hiện 22

Chương IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

4.1: Thiết kế tổng thể ô tô điện 23

4.1.1: Thông số kỹ thuật xe Dathatsu 24

4.1.2: Tính toán phân bố trọng luợng trên ô tô 24

4.1.2.1: Cơ sở lý thuyết 24

4.1.2.2 Trường hợp không tải 26

4.1.2.3 Trường hợp đầy tải 29

4.2 Tính toán hệ thống động lực cho ô tô điện 31

4.2.1 Xác định công suất của động cơ điện và nguồn acquy 31

4.2.1.1 Xác định các thông số của động cơ điện 31

4.2.1.2 Xác định các thông số cho bộ nguồn ắc quy 36

4.2.1.3 Tổng hợp thông số của động cơ điện và acquy 38

4.2.2 Tính toán các thông số động học của động cơ điện 40

4.2.2.1 Lựa chọn phương án bố trí hệ truyền động 40

4.2.2.2 Xác định tỉ số truyền 43

4.2.2.2 Khả năng leo dốc của ô tô – độ dốc cực đại 44

4.2.2.3 Vận tốc cực đại của ô tô 45

4.3 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực 45

4.4 Nguyên lý hoạt động của ô tô điện 46

Chương V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 49

5.1 : Kết luận 49

5.2: Đề nghị 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Chiếc xe đua La Jamais Contente (1899) 3

Hình 2.2: Edison và chiếc xe Detroit (1914) 3

Hình 2.3: 1922 -Detroit Electric model 90 4

Hình 2.4: 1974 - Serbing-Vanguard Citicar 5

Hình 2.5: 1996 - General Motor EV1 6

Hình 2.6: 2002 – Ford Th!nk City 6

Hình 2.7: 2008 - GEM e4 7

Hình 2.8: 2011 - Chevrolet Volt 8

Hình 2.9: Nissan Leaf 9

Hình 2.10: Khí thải ô tô gây ô nhiễm môi trường 10

Hình 2.11: Cấu trúc một ô tô điện hiện đại 14

Hình 2.12: Cấu hình các loại ô tô điện 15

Hình 2.13: Cấu trúc động cơ từ trở đồng bộ - SynRM [3] (a) và so sánh rotor động cơ SynRM với động cơ IM của ABB (b) 17

Hình 2.14: Động cơ từ trở thay đổi – SRM 18

Hình 2.15: Đường sức từ tại các vị trí điển hình trong quá trình hoạt động của SRM 18

Hình 2.16: Cấu trúc động cơ BLDC (a) và các cảm biến Hall (b) 19

Hình 2.17: So sánh cấu trúc của động cơ SPM và IPM [7] 20

Hình 2.18: Động cơ IPM có điện cảm dọc trục và ngang trục khác nhau 20

Hình 2.19: Đặc tính sinh mômen của động cơ IPM 21

Hình 4.0: Hình dạng xe Daihatsu ( Hi-jet Van) 23

Hình 4.1: Sơ đồ phân bố tải trọng khi ô tô không tải 27

Hình 4.2: Sơ đồ phân bố tải trọng khi ô tô đầy tải 30

Hình 4.3: Các lực tác dụng lên ô tô khi lên dốc 31

Hình 4.4: Hình dạng bên ngoài của động cơ 35

Hình 4.5: Động cơ điện một chều Warp13 38

Hình 4.6 : Acquy GS N200 38

Hình 4.7 : Đồ thị momen động cơ theo tốc độ 39

Hình 4.8 : Đồ thị cường độ dòng điện theo số vòng quay động cơ 39

Hình 4.9 : Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực 46

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của xe Daihatsu ( Hi-jet Van) 24

Bảng 4.2: Phân bố trọng lượng ô tô khi không tải 28

Bảng 4.3: Phân bố tải trọng khi ô tô đầy tải 30

Bảng 4.4: Bảng thông số kỹ thuật cùa động cơ điện do nhà chế tạo cung cấp 36

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

EV ( Electric Vehicle): Xe điện

DC Motor ( Direct Current Motor): Động cơ điện một chiều

IM Motor ( Induction Motor): Động cơ không đồng bộ

Syn RM ( Synchronous Reluctance Motor): Động cơ từ trở đồng bộ

SMR ( Switched Reluctance Motor): Động cơ từ trở thay đổi

BLDC Motor ( Brushless DC Motor): Động cơ một chiều không chổi than

IPM Motor ( Interior Permanent Magnet Motor): Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm

xu hướng chung ngày nay thì đứng đầu là ô tô điện, tiếp theo là ô tô lai và cuối cùng là ô

tô chạy bằng pin nhiên liệu

 Nhận thấy tầm quan trọng của ô tô điện nên em đã quyết định chọn đề tài

“ Thiết kế ô tô điện 5 chỗ cho xe Daihatsu” nhằm nghiên cứu và có cái nhìn tổng thể hơn về ô tô điện, để khi ra trường em sẽ vận dụng kiến thức của mình góp một phần nhỏ vào công cuộc phát triển ô tô điện nước nhà Bên cạnh đó, em cũng nhận thấy dòng

xe Daihatsu đã có mặt ở nước ta từ lâu, đến nay có nhiều loại xe đã ngưng sản xuất và hết niên hạn sử dụng, tiêu biểu là dòng xe Hi-Jet Van Vì vậy, nhằm tận dụng nguồn xe dồi dào đó nên em đã ứng dụng đề tài này vào để chuyển đổi hoàn toàn những xe chạy động

cơ xăng sang động cơ chạy bằng điện từ bộ khung sẵn có Ô tô chạy bằng động cơ điện này sẽ góp phần nâng cao chất lượng đời sống con người, phục vụ nhu cầu nơi công cộng ( bệnh viện, trường học ), giải trí ( công viên, trò chơi) , thể thao ( sân golf, tenis,…)…

1.2 Mục Đích Đề Tài

 Đề tài “ Thiết kế ô tô điện 5 chỗ ngồi” là một đề tài nhằm mục đích khảo sát, thiết kế ô tô chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện, phù hợp với điều kiện giao thông trong nước , giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, góp phần nâng cao chất lượng đời sống con người Nói tóm lại, đề tài này

có ý nghĩa trong công cuộc đổi mới và sáng tạo để thiết kế hoàn chỉnh và chế tạo một ô tô sinh thái tại Việt Nam với mục tiêu hướng tới là:

 Tận dụng nguồn xe ( động cơ xăng ) đã ngưng sử dụng để nâng cao tính kinh

tế

 Nâng cao điều kiện sống của người dân

 Tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường trong giao thông vận tải

 Phát triển nghành công nghiệp sản xuất ô tô điện ở Việt Nam

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA Ô TÔ ĐIỆN:

Ô tô điện không phải là một khái niệm mới mà trên thực tế đã có lịch sử lâu đời Từ đầu thế kỷ 19, xe chạy bằng nguồn năng lượng điện đã có vị thế cạnh tranh tương đương với xe chạy bằng động cơ hơi nước

Vào khoảng những năm 1832 và 1839, Robert Anderson người Scotland đã phát minh ra loại xe điện chuyên chở đầu tiên Năm 1842, hai nhà phát minh người Mỹ là Thomas Davenport và Scotsmen Robert Davidson trở thành những người đầu tiên đưa pin vào sử dụng cho ô tô điện Đến những năm 1865, Camille Faure đã thành công trong việc nâng cao khả năng lưu trữ điện trong pin, giúp cho xe điện có thể di chuyển một quãng đường dài hơn Pháp và Anh là hai quốc gia đầu tiên đưa ô tô điện vào phát triển trong hệ thống giao thông vào cuối thế kỷ 18

Hình 2.1 Chiếc xe đua La Jamais Contente (1899) Hình 2.2 Edison và chiếc xe Detroit (1914)

Vào những năm đầu thế kỷ 20, ô tô điện trở nên yếu thế so với ô tô sử dụng động cơ đốt trong do thời điểm này, người ta đã tìm ra những mỏ dầu lớn trên thế giới dẫn đến việc hạ giá thành của dầu và các sản phẩm dẫn xuất trên toàn cầu Vấn đề nhiên liệu cho xe chạy động cơ đốt trong trở nên đơn giản, vì vậy mà giá thành của động cơ đốt

trong cũng thấp hơn rất nhiều Chỉ còn những hãng xe điện nổi tiếng còn tồn tại như: Babcock Electric (1896 - 1912), Baker Electric (1899 - 1916), Ohio Electric (1908 - 1918)… Detroit Electric là nhà sản xuất xe điện nổi tiếng nhất và tồn tại lâu nhất, từ 1907

đến tận 1942

Hình 2.3: 1922 -Detroit Electric model 90

Tuy nhiên bắt đầu từ thập niên 60, 70 của thế kỷ trước, thế giới phải đối mặt với

hai vấn đề lớn mang tính toàn cầu:

Vấn đề năng lượng: các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá

không phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo được Các phương tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng này (xăng, dầu) chắc chắn sẽ không tồn tại trong tương lai Trong khi đó, điện năng là loại năng lượng rất linh hoạt, nó

có thể được chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lượng khác, trong đó có các nguồn năng lượng tái tạo vô tận như năng lượng gió, mặt trời, sóng biển, v.v Do vậy, các phương tiện

sử dụng điện là phương tiện của tương lai

Vấn đề môi trường: không khó để nhận ra rằng môi trường hiện nay đang bị ô

nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ các phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô Ô tô điện là lời giải triệt để cho vấn đề này do nó hoàn toàn không có khí thải

Như vậy, ta thấy rằng ô tô điện là giải pháp tối ưu cho cả hai vấn đề lớn, đó là lý

do khiến nó trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỉ 20 trở lại đây, và càng ngày

càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhà khoa học trên

toàn thế giới

Trong thời kỳ xảy ra khủng hoảng năng lượng những năm 1970, Serbing -

Vanguard Citicar được lựa chọn thay cho các phương tiện giao thông khác, tạo nên cơn

sốt xe cỡ nhỏ Cho tới 1977, nhà sản xuất đã bán được tới 2.300 chiếc Citicar có giới hạn

chạy 80 km và tốc độ tối đa 45 km/h

Đến 1976, số lượng Citicar tiêu thụ đã đưa Serbing - Vanguard lên vị trí thứ 6

tại Mỹ (sau GM, Ford, Chrysler, AMC và Checker)

Sau đó, tập đoàn Commuter Vehicles đã mua lại thiết kế Citicar và đổi tên là Commuta - Car Phiên bản nâng cấp được tiếp tục sản xuất vào năm 1979, có khoảng 2 nghìn chiếc Comuta-car và Comuta-van đã được xuất xưởng Với 4.300 chiếc, Citicar,

hay Comuta-car, hiện đang giữ kỷ lục về lượng xe điện sản xuất trong lịch sử ngành ôtô

Hình 2.4: 1974 - Serbing-Vanguard Citicar

Những năm đầu thập kỷ 90, 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

Hình 2.5: 1996 - General Motor EV1

Vào năm 2002 cháu trai của Henry Ford, Bill Ford, đã mạo hiểm đưa tập đoàn của mình vào nghiên cứu công nghệ xe sạch sau khi ông lên làm chủ tịch kiêm Tổng Giám đốc Ford Khởi đầu bằng việc mua lại hãng sản xuất xe điện Nauy - Th!nk Th!nk từng nổi tiếng từ trước đó với những chiếc xe sân gôn đáng tự hào, nhưng với City, thương hiệu này mới có được một chiếc xe thực thụ

Th!nk City là chiếc xe điện đầu tiên trên thế giới vượt qua kiểm tra va đập và đủ chất lượng chạy đường cao tốc năm 2008 Tốc độ tối đa 105 km/h và giới hạn chạy 210

km/1 lần sạc, tăng tốc lên 50 km/h trong 6,5 giây và lên 80 km/h trong 16 giây

Tuy nhiên, vào năm 2002, khi Th!nk vẫn còn trong tay Ford, City từng bị thu hồi rất nhiều do các lỗi kỹ thuật Ford đã quyết định dừng chiến dịch quảng bá cho City và bán lại cho một tập đoàn sản xuất xe điện của Thụy Sĩ, những chiếc City được xuất khẩu ngược lại Nauy do nhu cầu xe điện tại đây đang cao Th!nk City được sản xuất tiếp vào

năm 2007

Hình 2.6: 2002 – FordTh!nk City

Vào 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

6 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, chớ 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 2.7: 2008 - GEM e4

Bước phát triển tiếp theo của ngành công nghiệp xe điện được trông chờ vào Chevy Volt, hứa hẹn sẽ được đưa ra thị trường với phiên bản 2011 Mặc dù được Hiệp hội kỹ sư ngành ôtô xếp loại vào xe plug-in hybrid (hybrid sạc điện gia dụng), nhưng nhà sản xuất lại tránh dùng từ “hybrid” để chỉ chiếc xe của họ Thay vào đó, nó được mô tả là chiếc

“xe điện được mở rộng giới hạn nhờ động cơ đốt trong” Ý kiến này bắt nguồn từ việc Volt không nối trực tiếp giữa động cơ đốt trong và trục xe, động cơ chỉ đóng vai trò như một máy phát điện, khác với thiết kế hybrid hiện nay Giới hạn chạy điện của xe là 65

km, sau đó xe sẽ được chuyển sang chạy xăng Điều đó có nghĩa là với những người đi

quãng đường ngắn trong nội thành thì về cơ bản Volt là xe điện!

Hình 2.8: 2011 - Chevrolet Volt

2.2 TƯƠNG LAI CỦA Ô TÔ ĐIỆN:

Đối với thế giới:

Ở các nước phát triển thì cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho ô tô đã có

từ lâu Theo xu hướng chung, thì đứng đầu là ô tô chạy điện sau đó là ô tô lai và cuối cùng là ô tô chạy bằng pin nhiên liệu Tiêu biểu như: năm 2009 tổng thống Mỹ Barack

Obama đã duyệt khoản chi 2,4 tỷ đô-la cho việc nghiên cứu ô tô điện; Tại Châu Âu xe

plug-in hybrid và các bộ biến đổi điện tử công suất là những vấn đề chính được quan tâm

nghiên cứu; Tại Nhật Bản các hãng ô tô lớn đang lần lượt đưa các mẫu xe thuần điện

(pure Evs) ra thị trường, các trường đại học lớn ở Nhật đều có những phòng thí nghiệm,

trung tâm nghiên cứu về ô tô điện; Tại Hàn Quốc công nghệ truyền tải điện không dây

ứng dụng trong xe điện được khai thác mạnh mẽ bởi các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) với dự án chế tạo xe điện nạp năng lượng từ dưới đất trong suốt quá trình hoạt động (OnLine Electric Vehicle – OLEV);

Tại Thượng Hải, Trung Quốc xe bus điện sử dụng siêu tụ của hãng SINAUTEC đang

gây tiếng vang mạnh mẽ Siêu tụ được nạp nhanh chóng tại mỗi điểm dừng của xe bus

Trong cuộc bình chọn tại triển lãm New York 2011 thì mẫu xe điện Nissan Leaf đã

nhận được giải là mẫu xe của năm Tiếp đến là A-class E-cell của Mercedes…

Hình 2.9: Nissan Leaf

Chi phí cho mỗi lần sạc đầy pin của Leaf chừng 2,75 USD và đi 170 km Chiếc hybrid Toyota Prius tiết kiệm xăng tốt nhất cũng tiêu tốn khoản tiền 9 USD cho quãng đường đó Nissan tính toán trong 5 năm, chiếc Leaf của họ tiêu tốn khoảng 1.800 USD

cho các chi phí sạc pin, bảo dưỡng trong khi xe sử dụng xăng là 6.000 USD

Ở nước ta :

Trong khi làn sóng nghiên cứu ô tô điện đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới thì tại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được sự quan tâm thích đáng của các nhà khoa học, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách Qua khảo sát tình hình những năm vừa qua, có thể khẳng định rằng ở Việt Nam chưa hề có một nghiên cứu nào thực sự bài bản, khoa học và mang tính hệ thống về ô tô điện

Trong khi thế giới đã có những bước tiến lớn trong công nghệ chế tạo ô tô điện, Việt Nam cho đến nay vẫn đứng ngoài dòng chảy của xu thế tất yếu này Nếu không nhanh chóng triển khai nghiên cứu, nước ta sẽ lại tiếp tục bị lệ thuộc vào thế giới Tuy nhiên, phần lớn chúng ta vẫn chưa thấy được tính cấp thiết của việc nghiên cứu ô tô điện tại Việt Nam Để làm rõ vấn đề này, ta cần trả lời hai câu hỏi: (a) Việt Nam có cần ô tô điện không? (b) Việt Nam có cần nghiên cứu ô tô điện không?

a) Việt Nam có cần ô tô điện không?

Ô tô điện góp phần giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông: Ùn tắc giao thông tại Việt

Nam đang là một vấn nạn, sự bùng nổ về số lượng xe ô tô là một trong những nguyên nhân chính của vấn đề này Ô tô điện dĩ nhiên không thể giải quyết trọn vẹn bài toán phức tạp này, nhưng có thể góp một phần vào lời giải mà bấy lâu nay chúng ta đang đau đầu tìm kiếm Các công nghệ trợ lái điện, điều khiển độc lập 4 bánh, v.v cho phép người lái điều khiển ô tô điện rất linh hoạt, cơ động, phù hợp với các con đường nhỏ và hẹp (so với nước ngoài) ở Việt Nam

Ô tô điện thân thiện với môi trường: Ô nhiễm không khí do khí thải từ các xe ô tô

chạy xăng và dầu diezel gây tổn hại cho môi trường và sức khỏe của người dân Trong trường hợp này, ô tô điện với lượng khí thải hoàn toàn bằng không là giải pháp lý tưởng

Hình 2.10 Khí thải ô tô gây ô nhiễm môi trường (nguồn: internet)

Ô tô điện góp phần chấn hưng ngành công nghiệp ô tô nước ta: Một vấn đề quan

trọng làm đau đầu những nhà quản lý là sự yếu kém và lạc hậu của ngành công nghiệp ô

tô Việt Nam Các chính sách nhằm hỗ trợ công nghiệp ô tô phát triển gần như không mang lại hiệu quả Việc nhanh chóng bắt tay vào nghiên cứu ô tô điện sẽ giúp ngành

công nghiệp ô tô Việt Nam có khả năng tiếp cận với xu thế công nghệ của thế giới

b) Việt Nam có cần nghiên cứu ô tô điện không?

Nếu như câu trả lời cho câu hỏi thứ nhất khá dễ dàng nhận được sự đồng thuận thì câu hỏi thứ hai này lại có nhiều ý kiến trái ngược

Có nhiều ý kiến cho rằng Việt Nam không cần nghiên cứu ô tô điện vì:

- Thế giới đã làm hết rồi, không còn gì cho chúng ta nghiên cứu nữa

- Chúng ta chỉ cần nhập khẩu xe để dùng hoặc nhận chuyển giao công nghệ từ

nước ngoài mà không cần phải nghiên cứu

Cần phải khẳng định rằng đó là những quan niệm không đúng Như phần trên chúng

ta đã phân tích ,ô tô điện trên thế giới mới đang trong quá trình nghiên cứu, phát triển; còn rất nhiều vấn đề mà các nhà khoa học và giới công nghiệp Việt Nam có thể nghiên cứu song hành cùng thế giới Các hãng ô tô đưa ra các mẫu xe thương phẩm không có nghĩa đó đã là những sản phẩm hoàn thiện Lịch sử phát triển công nghệ nói chung và ô

tô nói riêng cho thấy từ lúc một sản phẩm mới được giới thiệu tới khi nó (tạm) hoàn

chỉnh về công nghệ (bão hòa về nghiên cứu) là cả một khoảng thời gian dài

Những thách thức về vấn đề cạn kiệt năng lượng và ô nhiễm môi trường dẫn đến nhu cầu tất yếu về ô tô điện trên toàn thế giới Qua phân tích tình hình trong nước, chúng ta thấy rằng việc nghiên cứu ô tô điện là yêu cầu bức thiết cần nhanh chóng triển khai tại Việt Nam

2.3 SƠ LUỢC VỀ LỊCH SỬ CỦA DAIHATSU:

Daihatsu ra đời từ năm 1907 với tên gọi Hatsudoki Seizo Co., Ltd., do một

nhóm các giáo sư trường Đại học Osaka sáng lập

1951 : Đổi tên thành Công ty cổ phần Công nghiệp Daihatsu

1967 : Liên kết với Toyota

1988 : Chi nhánh Daihatsu tại Mỹ cho ra hai dòng xe Charade và Rocky

1992: Chi nhánh Daihatsu tại Mỹ đóng cửa vào tháng 2, các dòng xe của Daihatsu

tại Mỹ được Toyota kế thừa

1999: Toyota nằm 51% giá trị thị trường (cổ phần) của Daihatsu

Trong những năm 50, Daihatsu nhận định nhu cầu thời bấy giờ là những chiếc xe tải chất lượng cao, nhẹ và có 3 bánh Ngay sau đó, năm 1957, Daihatsu đã tung ra thị trường loại xe mini Midget và chỉ trong 1 năm hãng đã bán được 80.000 xe Midget tại Nhật Thời hoàng kim của dòng xe cỡ nhỏ đã đến

Thập niên 60 và 70 đánh dấu thời kì cực thịnh của loại xe cỡ nhỏ Trong xu thế đó Daihatsu cũng cho ra đời vài model xe khách cỡ nhỏ như Fellow (1966), Charmant (1974) và nổi tiếng hơn cả là Charade (1977) đã giành chiến thắng tại giải “Xe của năm” vào năm 1978 và nhiều giải thưởng khác sau đó Năm 1980, Daihatsu đã giới thiệu Mire, model xe mini rất thành công của hãng

Năm 1986, với hy vọng thâm nhập thị trường Mỹ bằng dòng xe cỡ nhỏ và tiết kiệm nhiên liệu, Daihatsu đã thành lập một chi nhánh mới, Daihatsu America, Inc., đặt trụ sở tại California Tại đây, Daihatsu đã giới thiệu model Charade và Rocky Mặc dù có nhiều kinh nghiệm trong ngành công nghiệp ôtô và đã đạt được nhiều thành công trên thế giới nhưng Daihatsu đã gặp thất bại tại thị trường Mỹ Đến năm 1992, Daihatsu rút khỏi thị trường Mỹ

Sau thất bại tại Mỹ, Daihatsu vạch ra 2 chiến lược: phát triển công nghệ ôtô mới và thâm nhập vào các thị trường mới nổi Những sự kiện xảy ra có liên quan đến môi trường toàn cầu như báo trước một tương lai tốt đẹp sẽ đến với Daihatsu Vì vậy hãng đã không sản xuất loại xe thải ra khí CFC (chlorofluorocarbons ) gây hại đến môi trường mà tập trung vào nghiên cứu và phát triển cái được gọi là xe của tương lai – ôtô điện

Theo báo cáo ngày 31/3/2005, Toyota đã rút Daihatsu khỏi thị trường Australia sau khi doanh số bán tại thị trường này bị giảm nặng nề Hoạt động của hãng tại Chile, thị trường mà Daihatsu được xem là một thương hiệu nổi tiếng từ những năm 70 với model

Charade hay Cuore cũng bị đe doạ do doanh số rất thấp trong 2 năm liền (2004-2005) Tuy nhiên, Toyota cũng đã tuyên bố sẽ vẫn tiếp tục kiên trì với thị trường Chile

2.4 TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN

2.4.1 Giới thiệu chung

Ô tô điện sử dụng một động cơ điện cho lực kéo; acquy, pin nhiên liệu cung cấp nguồn năng lượng tương ứng cho động cơ điện

Ô tô điện có nhiều ưu điểm hơn các loại phương tiện sử dụng động cơ đốt trong, chẳng hạn như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất cao, độc lập với nguồn năng lượng

từ dầu mỏ, yên tĩnh và hoạt động trơn tru Các nguyên tắc hoạt động cơ bản giữa ô tô điện và phương tiện sử dụng động cơ đốt trong tương tự nhau.Tuy nhiên, một số khác biệt giữa phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và ô tô điện, chẳng hạn như sử dụng một bồn chứa xăng so với nguồn pin, động cơ đốt trong so với động cơ điện, và khác nhau về yêu cầu truyền dẫn

2.4.2 Cấu hình của ô tô điện

Một ô tô điện cơ bản được minh họa trong hình 2.11 Nó bao gồm ba hệ thống chủ

yếu: hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và hệ thống phụ trợ

Hệ động lực điện bao gồm: hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các động cơ điện, truyền động cơ khí, và bánh chủ động

Hệ thống năng lượng bao gồm: nguồn năng lượng bộ phận quản lý năng lượng, và

bộ phận tiếp năng lượng điện

Hệ thống phụ trợ bao gồm: trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng lượng phụ trợ

Dựa trên các yếu tố đầu vào điều khiển từ chân ga và bàn đạp phanh, hệ thống điều khiển xe cung cấp tín hiệu điện thích hợp cho bộ chuyển đổi năng lượng điện có chức năng điều chỉnh dòng điện giữa điện động cơ và nguồn năng lượng Những nguồn năng lượng được tái sinh trong quá trình phanh có thể được nạp vào nguồn năng lượng chính

Hình 2.11 Cấu trúc một ô tô điện hiện đại

Bộ phận quản lý năng lượng cùng với bộ phận điều khiển kiểm soát hoạt động phanh tái sinh và phục hồi năng lượng của nó Nó cũng kết hợp với các bộ phận tiếp năng lượng để kiểm soát quá trình này và giám sát việc sử dụng các nguồn năng lượng

Nguồn cung cấp năng lượng phụ có chức năng cung cấp năng lượng cần thiết với các điện áp khác nhau cho tấc cả các thành phận phụ của xe như: điều hòa không khí, trợ lực lái, hệ thống đèn chiếu sáng…

Có nhiều loại EV (Electric Vehicle) có thể cấu tạo khác nhau do các biến thể dựa

trên đặc điểm của động lực điện và các nguồn năng lượng, như trong hình 2.12

Tín hiệu điều khiển

Bộ chuyển đổi điện

Động cơ điện

Nguồn năng lượng phụ

Điều hòa không khí Sạc pin

Nguồn năng lượng

Quản lý năng lượng

Truyền động cơ khí

Trợ lựclái Phanh

Chân ga

M HS VS M HS VS

GT M M GT

VS GT M

Hình 2.12 Cấu hình các loại ô tô điện

M: động cơ điện; HS: hộp số; VS: truyền lực chính và vi sai; GT: hộp giảm tốc

a Hình 2.12a cho thấy hình thức đầu tiên của xe điện, trong đó một động cơ điện

thay thế cho động cơ đốt trong của một chiếc xe thông thường Nó bao gồm một động cơ điện, một ly hợp, hộp số, và một bộ vi sai Khớp ly hợp và hộp số có thể được thay thế bằng hộp số tự động

b Với một động cơ điện có công suất liên tục trong một phạm vi tốc độ dài, một tỉ

số truyền cố định có thể thay thế cho hộp số nhiều cấp và giảm bớt sự cần thiết của một

ly hợp Cấu hình này không chỉ làm giảm kích thước và trọng lượng của truyền động cơ

khí, nó cũng đơn giản hoá cho con người trong việc điều khiển xe bởi vì sự thay đổi tỉ số truyền là không cần thiết

c Tương tự như hình (b), động cơ điện, cặp bánh răng cố định và bộ vi sai có thể được bố trí tích hợp thành cụm trong khoảng giữa hai bán trục bánh xe chủ động Việc điều khiển càng đơn giản và chắc chắn

d Trong hình 2.12d, truyền động vi sai được thay thế bằng cách sử dụng hai động

cơ điện Mỗi động cơ dẫn động một bánh xe và hoạt động ở một tốc độ khác nhau khi chiếc xe chuyển hướng hay quay vòng

e Nhằm tiếp tục đơn giản hóa việc điều khiển xe, động cơ có thể được đặt phía trong một bánh xe Một cặp bánh răng nhỏ được đặt trong bánh xe để giảm tốc độ và nâng cao mô-men động cơ

f Loại bỏ hoàn toàn truyền động bánh răng giữa động cơ điện và bánh xe chủ động, đầu ra roto của một động cơ điện tốc độ thấp đặt bên trong bánh xe có thể được kết nối trực tiếp với các bánh xe Việc kiểm soát tốc độ của động cơ điện tương đương với việc kiểm soát tốc độ của bánh xe, và vì thế tốc độ của xe được điều khiển Tuy nhiên, việc sắp xếp đòi hỏi các động cơ điện phải có một mô-men xoắn cao hơn để khởi động và tăng tốc xe

2.4.3 Các loại động cơ điện dùng trong ô tô

a Động cơ một chiều (DC Motor)

Động cơ một chiều có ưu điểm nổi bật là rất dễ điều khiển Khi công nghệ bán dẫn và kỹ thuật điều khiển chưa phát triển, động cơ một chiều là sự lựa chọn hàng đầu cho những ứng dụng cần điều khiển tốc độ, mômen Nhược điểm của loại động cơ này là cần bộ vành góp, chổi than, có tuổi thọ thấp, đòi hỏi bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên, không phù hợp với điều kiện nóng ẩm, bụi bặm Khi công nghệ bán dẫn và kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh, động cơ một chiều dần bị thay thế bởi các loại động cơ khác

b Động cơ không đồng bộ (Induction Motor – IM)

Động cơ IM có ưu điểm giá thành thấp, thông dụng, dễ chế tạo Với kỹ thuật hiện nay, hoàn toàn có thể thực hiện các thuật toán điều khiển vector tiên tiến cho động

cơ IM, đáp ứng các yêu cầu công nghệ cần thiết Nhược điểm của động cơ IM là có hiệu suất thấp Các hãng xe của Hoa Kỳ như GM phần lớn sử dụng động cơ IM làm động cơ truyền động, lý do là xe ở Mỹ chủ yếu chạy trên đường cao tốc, khoảng cách dài, đường trong đô thị cũng rộng và thoáng; khi đó động cơ IM sẽ phát huy được tối đa hiệu suất của mình, tổn thất không lớn Ở Việt Nam, đường của chúng ta chủ yếu là nhỏ, hẹp, đông đúc, xe thường chạy ở tốc độ thấp và hay phải dừng, đỗ Với chế độ hoạt động như vậy, động cơ IM sẽ phải thường xuyên chạy ở tốc độ dưới định mức gây hiệu suất thấp, hạn chế đáng kể quãng đường đi cho một lần nạp ắc quy

c Động cơ từ trở đồng bộ (Synchronous Reluctance Motor - SynRM)

Động cơ SynRM có cấu trúc stator giống động cơ xoay chiều thông thường với dây quấn và lõi sắt từ Rotor của động cơ được thiết kế gồm các lớp vật liệu từ tính và phi

từ tính đan xen nhau như ta thấy trên hình 2.13 Cấu trúc này khiến cho từ trở dọc trục và

từ trở ngang trục của động cơ khác nhau, sinh ra mômen từ trở làm động cơ quay

Hình 2.13 Cấu trúc động cơ từ trở đồng bộ - SynRM [3] (a)

và so sánh rotor động cơ SynRM với động cơ IM của ABB (b)

d Động cơ từ trở thay đổi (Switched

Reluctance Motor – SRM)

Động cơ SRM có cấu tạo của rotor và

stator đều có dạng cực lồi, trên stator có dây

quấn tương tự như dây quấn kích từ của động cơ

một chiều, rotor chỉ là một khối sắt, không có

dây quấn hay nam châm Với cấu tạo đặc biệt

này, SRM rất bền vững về cơ khí, cho phép thiết

kế ở dải tốc độ rất cao, lên tới hàng chục nghìn

vòng / phút Nguyên lý hoạt động của động cơ

như sau: các dây quấn stator được kích từ lần lượt (gần giống động cơ bước – stepping motor), lực từ trường tác dụng lên rotor làm nó quay từ vị trí có từ trở lớn nhất (vị trí lệch trục) đến vị trí có từ trở nhỏ nhất (vị trí đồng trục) Mạch từ động cơ làm việc trong cả vùng tuyến tính và vùng bão hòa nên ta có thể sử dụng tối đa khả năng của vật liệu từ, do vậy động cơ SRM có tỉ lệ công suất trên khối lượng (kích thước) lớn

Động cơ SRM cũng có những nhược điểm làm hạn chế khả năng ứng dụng của

nó Nguyên lý vận hành đơn giản, nhưng lại khó điều khiển với chất lượng cao vì có nhấp nhô mômen (torque ripple) lớn, đặc biệt là trong thời gian chuyển mạch Mặt khác, do cấu tạo cực lồi, động cơ có tính phi tuyến cao, gây khó khăn cho việc điều khiển và thiết

kế động cơ Những nhược điểm này đang được nghiên cứu, nếu khắc phục thành công sẽ

mở ra các hướng ứng dụng rộng rãi cho SRM, cả trong công nghiệp và lĩnh vực ô tô điện

Hình 2.15 Đường sức từ tại các vị trí điển hình trong quá trình

hoạt động của SRM

Hình 2.14 Động cơ từ trở thay đổi – SRM

e Động cơ một chiều không chổi than (Brushless DC motor - BLDC motor)

Động cơ BLDC trên thực tế là một loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Điểm khác biệt cơ bản so với những động cơ đồng bộ khác là sức phản điện động (back-EMF) của động cơ có dạng hình thang do cấu trúc dây quấn tập trung (các loại khác có dạng hình sin do cấu trúc dây quấn phân tán) Dạng sóng sức phản điện động hình thang khiến cho động cơ BLDC có đặc tính cơ giống động cơ một chiều, mật độ công suất, khả năng sinh mômen cao, hiệu suất cao

Động cơ được điều khiển dựa vào tín hiệu từ các cảm biến Hall xác định vị trí của rotor như hình 2.16 Nhược điểm cơ bản của động cơ BLDC là có nhấp nhô mômen lớn, xuất hiện 6 xung mômen trong 1 chu kì, tuy nhiên, có thể sử dụng các thuật toán điều khiển để giảm nhấp nhô mômen

Hình 2.16 Cấu trúc động cơ BLDC (a) và các cảm biến Hall (b)

f Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm (Interior Permanent Magnet Motor – IPM motor)

Động cơ IPM có những ưu thế gần như tuyệt đối trong ứng dụng cho ô tô điện Động cơ nam châm vĩnh cửu thông thường có nam châm được gắn trên bề mặt rotor (SPM) vốn đã có đặc tính điều khiển rất tốt Động cơ IPM có nam châm được gắn chìm bên trong rotor (hình 2.17), dẫn tới sự khác biệt giữa điện cảm dọc trục và điện cảm ngang trục (hình 2.18), từ đó tạo khả năng sinh mômen từ trở (Reluctance Torque) cộng thêm vào mômen vốn có do nam châm sinh ra (Magnet Torque) như ta thấy trên (hình 2.19) Đặc tính này khiến động cơ IPM có khả năng sinh mômen rất cao, đặc biệt phù hợp cho ô tô điện

Hình 2.17 So sánh cấu trúc của động cơ SPM và IPM [7]

Hình 2.18 Khác với loại SPM, động cơ IPM có điện cảm dọc trục và ngang trục khác nhau

Hình 2.19 Đặc tính sinh mômen của động cơ IPM