Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền động điều khiển xe điện cỡ nhỏ

TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG,
ĐIỀU KHIỂN XE ĐIỆN CỠ NHỎ
2022

Họ và tên sinh viên: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hồng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN
ĐỘNG, ĐIỀU KHIỂN XE ĐIỆN CỠ NHỎ

Người hướng dẫn:

ThS. Bùi Văn Hùng

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Ánh
Võ Đình Hồng

MSV: 1811504210102 Lớp: 18DL1
MSV: 1811504210309 Lớp: 18DL3

Phạm Hoàng Anh MSV: 1811504210402 Lớp: 18DL4

Đà Nẵng, 02/2022




TÓM TẮT

Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ”.
Sinh viên thực hiện: Mai Văn Ánh
18DL1

MSV: 1811504210102

Lớp:

Võ Đình Hồng

MSV: 1811504210309

Lớp:

Phạm Hồng Anh

MSV: 1811504210402

Lớp:

18DL3
18DL4
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 mơi trường tự
nhiên nhất. Trong bối cảnh đó ơ tơ 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 độc hại và sử dụng
nguồn năng lượng tái tạo đang được quan tâm phát triển trên thế giới. Với những thành
tựu đó ơ tơ điện có thể coi là phương tiện giao thông bền vững trong tương lai.
Đề tài này không phải đầu tiên nhưng mà nó chưa được phổ biến nên nhóm đã
quyết định chọn để thực hiện, với mục tiêu mong muốn có thể tạo ra một chiếc xe điện
vận hành ổn định, tiết kiệm nhiên liệu và hướng tới một môi trường xanh, sạch, cải
thiện chất lượng môi trường.


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh thế giới đang phải đối mặt với tình trạng ơ nhiễm khơng khí ngày
càng nghiêm trọng, xu hướng và nhu cầu sử dụng những phương tiện giao thông chạy
bằng điện cũng tăng lên trơng thấy. Tương lai khơng xa, rất có thể ô tô điện sẽ là
phương tiện “thống trị” những cung đường trên khắp thế giới. Mặt khác việc hoà nhập
kinh tế với thế giới sẽ nảy sinh vấn đề về tiêu chuẩn chất thải của xe cho phù hợp với
những quy định của thế giới. Nếu chúng ta cứ nhập xe từ nước khác thì sẽ làm mất thị
phần đối với một sản phẩm công nghiệp quan trọng của đất nước. Vì vậy, việc nghiên
cứu thiết kế tiến tới sản xuất một chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng trong
nước có ý nghĩa rất thiết thực và cấp bách đối với nước ta. ‘‘Thiết kế ô tơ điện cỡ nhỏ’’
là một đề tài nhằm mục đích khảo sát thiết kế ơ tơ chạy hồn tồn bằng năng lượng
điện, đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một kiểu ô tô mang nhãn hiệu Việt
Nam 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,gần như bằng không, góp phần

thực hiện nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình cơng nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nước.
Và đi sâu hơn, đối với ô tô điện, hệ truyền động điện và điều khiển được coi là trái
tim và linh hồn của chiếc xe. Do vậy, sẽ rất phù hợp khi tiến hành nghiên cứu thiết kế
hệ truyền động và điều khiển ơ tơ điện. Do đó, với mục tiêu có thể làm chủ cơng nghệ
thiết kế phần truyền động và điều khiển để ứng dụng vào mô hình xe điện nhóm đang
chế tạo và tạo ra được các sản phẩm cơ bản là phần truyền động và điều khiển ơ tơ
điện, tiến tới phát triển hồn thiện để sản xuất hàng loạt ô tô điện cung cấp cho thị
trường Việt Nam. “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ
nhỏ” chính là đề tài mà bọn em muốn thực hiện ở đây.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Bùi Văn Hùng, các thầy giáo
trong bộ môn công nghệ kỹ thuật ô tô cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp đỡ em để
em thực hiện đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế, nhiều điều còn mới mẽ nên trong
q trình làm đồ án khơng tránh khỏi những sai sót, em kính mong sự chỉ bảo tận tình
của q thầy cơ giáo để em có thể hồn thành tốt hơn nữa nhiệm vụ của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!

1


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do nhóm em tự nghiên cứu, thực hiện có dựa vào một số tài liệu để
nghiên cứu thiết kế và nhóm em cam đoan không sao chép từ tài liệu hay đồ án của bất
kỳ nhóm nào. Nếu có sự gian lận trong việc thực hiện nhiệm vụ đồ án sẽ chịu mọi kỹ
luật của giảng viên hướng dẫn và Nhà trường.

Người thực hiện đề tài:

Mai Văn Ánh
Võ Đình Hồng
Phạm Hồng Anh

2


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

MỤC LỤC

TÓM TẮT.................................................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................ii
MỤC LỤC.............................................................................................................iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ.............................................................................vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG VẼ..............................................................................x
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHÚ THÍCH.................................................xi
MỞ ĐẦU................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI..........................................................................2
1.1. Tổng quan về ơ tơ điện...................................................................................2
1.1.1. Ơ tơ điện là gì.............................................................................................2
1.1.2. Cấu tạo của ơ tơ điện..................................................................................2
1.1.3. Phạm vi hoạt động......................................................................................3
1.1.4. Các mẫu ô tô điện phổ biến và phát triển trên thế giới...............................4
1.1.5. Xu hướng phát triển ô tô sạch.....................................................................7
1.1.6. Ưu, nhược điểm khi sử dụng ô tô điện.......................................................9
1.2. Lý do chọn đề tài và mục tiêu.......................................................................11
1.2.1. Lý do chọn đề tài......................................................................................11
1.2.2. Mục tiêu....................................................................................................11

Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT.........................................................................12
2.1. Khái quát hệ thống truyền động....................................................................12
2.1.1. Công dụng của hệ thống truyền lực..........................................................12
3


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

2.1.2. Cấu trúc của hệ thống truyền lực..............................................................12
2.1.3. Phân loại hệ thống truyền lực...................................................................14
2.1.4. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền lực...................................................14
2.2. Khái quát về hệ thống điều khiển..................................................................15
2.2.1. Bộ điều tốc...............................................................................................15
2.2.2. Hệ thống điện thân xe...............................................................................18
2.2.3. Bộ hạ áp....................................................................................................20
Chương 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG.....................................21
3.1. Thiết kế hệ thống truyền lực.........................................................................21
3.1.1. Phân tích lựa chọn phương án truyền động cho ô tô điện.........................21
3.1.2. Cách bố trí truyền động điện trên xe điện.................................................24
3.2. Tính tốn động cơ điện và ắc quy cung cấp..................................................28
3.2.1. Tính chọn công suất động cơ điện............................................................28
3.2.2. Xác định moment tối đa của động cơ.......................................................31
3.2.3. Chọn động cơ điện cho xe thiết kế............................................................32
3.2.4. Ắc quy......................................................................................................39
3.3. Tính tốn sức kéo của xe điện.......................................................................41
3.3.1. Xây dựng các đường đặc tính động cơ.....................................................41
3.3.2. Xác định vận tốc lớn nhất của xe..............................................................43
3.3.3. Xây dựng đặc tính lực kéo của xe khi sử dụng động cơ điện....................44
3.3.4. Xây dựng đặc tính nhân tố động lực học của xe.......................................46
3.3.5. Xây dựng đồ thị khả năng tăng tốc của xe................................................48

3.4. Bộ vi sai........................................................................................................50
3.4.1. Công dụng................................................................................................50
3.4.2. Yêu cầu.....................................................................................................50
3.4.3. Phân loại...................................................................................................50
4


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

3.4.4. Chọn và lắp đặt bộ vi sai..........................................................................50
3.4.5. Nguyên lý hoạt động................................................................................51
3.5. Thiết kế lắp đặt hệ thống đèn trên xe điện....................................................51
3.5.1. Đèn chiếu sáng.........................................................................................51
3.5.2. Đèn xi nhan..............................................................................................52
3.5.3. Còi …………………………………………………………………………………55
3.5.4. Sơ đồ mạch chung của xe.........................................................................56
3.5.5. Bố trí hệ thống điện trên xe......................................................................56
Chương 4: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ.........................................................59
4.1. Thử nghiệm...................................................................................................59
4.2. Đánh giá........................................................................................................59
4.3. Định hướng tương lai....................................................................................60
KẾT LUẬN...........................................................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................63

5


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1. 1 : Cấu tạo bên trong của ơ tơ điện....................................................................2
Hình 1. 2: Tesla Model S mẫu xe ô tô điện tốt nhất hiện nay.........................................4
Hình 1. 3: Đi xe Tesla thanh lịch và gọn gàng...........................................................4
Hình 1. 4: Khoang nội thất đơn giản, hiện đại...............................................................5
Hình 1. 5: Kia Soul EV - Xe ơ tơ điện của Hàn Quốc....................................................5
Hình 1. 6: Đi xe Kia Soul EV độc đáo với cụm đèn hậu ôm trọn nửa trên đi xe....6
Hình 1. 7: Bảng taplo Kia Soul EV thể thao..................................................................6
Y

Hình 2. 1: Hệ thống truyền lực trên ô tô......................................................................12
Hình 2. 2: Hệ thống truyền lực ô tô điện......................................................................13
Hình 2. 3: Các thành phần của ơ tơ điện......................................................................13
Hình 2. 4: Cấu tạo bên ngoài bộ điều tốc (IC) xe điện.................................................15
Hình 2. 5: Bên trong bộ điều tốc (IC) xe điện..............................................................16
Hình 2. 6: Bộ điều tốc (IC) dùng chip..........................................................................17
Hình 2. 7: Bộ điều tốc (IC) đa năng.............................................................................17
Hình 2. 8 :Bộ hạ áp sử dụng cho xe điện.....................................................................20

Hình 3. 1: Hệ thống truyền động dùng hộp số cơ khí...................................................21
Hình 3. 2: Hệ thống truyền động dùng động cơ điện, truyền lực chính và vi sai.........22
Hình 3. 3: Hệ thống truyền động dùng hai động cơ điện.............................................23
Hình 3. 4: Hệ thống truyền động chỉ dùng động cơ điện.............................................23
Hình 3. 5: Cấu hình hệ thống truyền lực cho ơ tơ điện.................................................25
Hình 3. 6: Đặc tính làm việc lý tưởng của xe...............................................................25
Hình 3. 7: Đặc tính động cơ điện (a) và đặc tính lực kéo của xe khi sử dụng động cơ
điện (b)......................................................................................................................... 26
6


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

Hình 3. 8: Hệ thống truyền lực....................................................................................27
Hình 3. 9: Sơ đồ đặt lực...............................................................................................28
Hình 3. 10: Độ cứng đặc tính cơ và sự ổn định tốc độ.................................................35
Hình 3. 11: Các loại động cơ điện chính......................................................................35
Hình 3. 12: Đường đặc tính cơ của 3 loại động cơ điện...............................................36
Hình 3. 13: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều...........................37
Hình 3. 14: Các kích thước cơ bản của động cơ điện sử dụng.....................................38
Hình 3. 15 : Ắc quy đã chọn........................................................................................40
Hình 3. 16 : Đồ thị đặc tính động cơ điện..................................................................43
Hình 3. 17: Đồ thị đặc tính lực kéo của xe khi sử dụng động cơ điện........................46
Hình 3. 18: Đồ thị nhân tố động lực học của xe khi sử dụng động cơ điện..................48
Hình 3. 19: Đồ thị gia tốc của xe.................................................................................49
Hình 3. 20: Đồ thị gia tốc ngược của xe......................................................................49
Hình 3. 21 : Bộ vi sai đã chọn......................................................................................50
Hình 3. 22 : Nguyên lý hoạt động của bộ vi sai...........................................................51
Hình 3. 23 : Sơ đồ mạch điện đèn chiếu sáng..............................................................51
Hình 3. 24 : Đèn chiếu sáng đã chọn...........................................................................52
Hình 3. 25: Đèn xi nhan cho đề tài...............................................................................53
Hình 3. 26: Sơ đồ mạch điện của xi nhan....................................................................53
Hình 3. 27: Sơ đồ mạch điện đèn xinhan bên trái........................................................54
Hình 3. 28: Sơ đồ mạch điện đèn xi nhan bên phải......................................................54
Hình 3. 29: Cịi xe của Bosch cho đề tài......................................................................55
Hình 3. 30: Mạch điện cịi............................................................................................55
Hình 3. 31 : Sơ đồ mạch điện chung của xe điện.........................................................56
Hình 3. 32 : Bố trí, lắp đặt cơng tắc điều khiển............................................................56
Hình 3. 33 : Bố trí bảng taplo trên xe điện...................................................................57
7

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

Hình 3. 34 : Vị trí lắp đặt ắc quy..................................................................................57
Hình 3. 35 : Lắp đặt các thiết bị điện khác...................................................................58

Hình 4. 1 : Quá trình thử xe.........................................................................................59
Hình 4. 2 : Mơ hình xe điện đã hồn thành..................................................................61

8


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

DANH SÁCH CÁC BẢNG VẼ
Bảng 3. 1: Thông số cơ bản động học của xe...............................................................38
Bảng 3. 2 Thông số ắc quy...........................................................................................40
Bảng 3. 3: Bảng số liệu xây dựng đặc tính động cơ.....................................................42
Bảng 3. 4: Dữ liệu tính lực kéo của xe Pk khi sử dụng động cơ điện...........................45
Bảng 3. 5: Bảng số liệu đồ thị nhân tố động lực học của xe:.......................................47
Y

Bảng 4. 1: Kết quả đánh giá thực nghiệm....................................................................60

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHÚ THÍCH

9


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

Kí hiệu

Thứ nguyên

Diễn giải

K

[Ns2/m4]

Hệ số khí động của ơ tơ

F

[m2]

Diện tích cản chính diện của xe

dc

Hiệu suất sử dụng của động cơ điện

Pk

[N]

Lực kéo tiếp tuyến

Pf

[N]

Lực cản lăn

Pi

[N]

Lực cản lên dốc

Pω

[N]

Lực cản khơng khí

Pj

[N]

Lực cản qn tính

vmax

[m/s]

Vận tốc cực đại của xe

ηt
Me

Hiệu suất của hệ thống truyền động
[N.m]

Moment xoắn của động cơ

it

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

Rbx

[m]

e

[rad/s]

Bán kính bánh xe
Tốc độ góc của động cơ điện

CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu

Tên tiếng anh

Tên tiếng Việt

BLDC

Brushless Direct Current

Động cơ một chiều không chổi than
10


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

DC

Direct Current

Dòng điện một chiều

AC

Alternating Current

Dòng điện xoay chiều

MT

Manual Transmissions

Hệ thống truyền lực cơ khí có cấp điều
khiển bằng cần số

AT

Automatic Transmission

Hệ thống truyền lực cơ khí thuỷ lực điều
khiển tự động

11


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

MỞ ĐẦU

Năng lượng ngày nay càng ngày càng được sử dụng nhiều cho các hoạt động đa
dạng khác nhau, đặc biệt là những quốc gia phát triển và đang phát triển. Chính vì vậy
mà tình trạng cạn kiệt tài nguyên là điều khó tránh khỏi, kèm theo đó là những biến
đổi khí hậu gây ảnh hưởng rất lớn đề các quốc gia. Từ những tác hại trên mà cả thế
giới lẫn Việt Nam đang nghiên cứu, khai thác nguồn năng lượng tái tạo một cách hiệu
quả và giúp khắc phục được các vấn đề gặp phải của năng lượng một cách nhanh
chóng.
Vì vậy mục tiêu của đề tài là tạo ra các những hệ thống mới để hồn thiện, phát
triển mơ hình, tạo ra mơ hình hồn chỉnh với nguồn năng lượng điện thông qua các
kiến thức đã học được ở nhà trường và kiến thức tự nghiên cứu. Đề tài được thực hiện
qua các bước cơ bản như nghiên cứu tài liệu, chuẩn bị kiến thức; phát triển ý tưởng,
tạo ra các bản vẽ thiết kế; cuối cùng là áp dụng vào mơ hình. Q trình được thực hiện
theo đúng ý tưởng để đạt được mục đích nhất định.
Qua mơ hình của đề tài đã hồn thành nó mang tới cho xã hội một năng lượng
sạch, an tồn, khơng gây ơ nhiễm mơi trường, tiết kiệm nhiên liệu, tiện lợi, phù hợp
với nhu cầu của người sử dụng. Góp phần cung cấp thơng tin cho xã hội biết đến loại
phương tiện sử dụng nguồn năng lượng điện.

SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hồng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

1


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1. Tổng quan về ơ tơ điện
1.1.1. Ơ tơ điện là gì
Cũng giống như các loại ô tô khác, ô tô điện có hình dáng kích thước tương đương
với các dạng ơ tô sử dụng động cơ xăng, dầu. Các xe ô tơ chạy hồn tồn bằng điện
(EV) đều được trang bị một hoặc nhiều motor điện thay thế cho động cơ đốt trong.
Những chiếc xe này sử dụng một bộ nguồn ắc quy kéo để truyền năng lượng cho
motor điện và phải được cắm ở các trạm sạc hoặc điện lưới. Bởi vì chạy bằng điện cho
nên phương tiện khơng có khí thải và lược bỏ đi những bộ phận của hệ thống nhiên
liệu lỏng thơng thường như bình nhiên liệu, bơm nhiên liệu, đường ống nhiên liệu.
Chính vì vậy phát minh này đã giúp cải thiện ô nhiễm môi trường một cách hiệu
quả, tiết kiệm được nhiều nhiên liệu, dễ sử dụng và phù hợp với nhu cầu của người sử
dụng.
1.1.2. Cấu tạo của ơ tơ điện

Hình 1. 1 : Cấu tạo bên trong của ô tô điện

SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hồng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

2


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

Ắc quy phụ: Trên một chiếc xe truyền động bằng điện, nguồn pin phụ cung cấp
năng lượng cho các thiết bị trên xe hoạt động.
Cổng sạc: Cổng sạc cho phép người dùng kết nối phương tiện với nguồn điện bên
ngoài để sạc ắc quy.
Bộ chuyển đổi DC/DC: Thiết bị này chuyển đổi nguồn DC áp cao từ ắc quy thành
nguồn DC áp thấp cần thiết để các thiết bị trên xe hoạt động và sạc lại cho ắc quy phụ.
Động cơ điện/motor điện: Xe ô tô điện sử dụng năng lượng từ bộ nguồn ắc quy,
motor này dẫn động các bánh xe. Một số phương tiện khác còn sử dụng tổ hợp động
cơ và máy phát (motor generators) thực hiện cả 2 chức năng truyền động và tái sinh
năng lượng.
Bộ sạc trên xe (Onboard Charger): Nó sử dụng nguồn điện AC được cung cấp qua
cổng sạc và chuyển đổi chúng thành nguồn DC để sạc cho bình ắc quy. Bộ phận này
theo dõi các thông số của ắc quy như điện áp, nhiệt độ, dòng và trạng thái sạc.
Bộ điều khiển điện tử công suất (Power Electronics Controller): Bộ phận này quản
lý dòng điện năng được cung cấp từ ắc quy, điều khiển tốc độ quay của motor điện và
moment xoắn mà nó tạo ra.
Hệ thống làm mát (Thermat System): Hệ thống này giúp xe ô tô điện duy trì một
phạm vi nhiệt độ thích hợp cho động cơ/motor điện và các bộ phận khác.
Bộ ắc quy kéo: Lưu trữ điện để cung cấp tới motor.
Truyền động (điện) – Transmission (Electric)
1.1.3. Phạm vi hoạt động
Hiện nay, xe điện thường có phạm vi hoạt động trong mỗi lần sạc ngắn hơn so với
các phương tiện thông thường tương đương cho mỗi lần cung cấp đầy nhiên liệu.Hiệu
quả và phạm vi lái xe của xe điện thay đổi đáng kể tùy vào điều kiện vận hành xe.

Nhiệt độ quá thấp hoặc q cao từ bên ngồi có xu hướng giảm phạm vi vì chúng phải
sử dụng nhiều điện năng hơn để điều chỉnh nhiệt độ của cabin.Tốc độ xe cao sẽ làm
phạm vi hoạt động giảm, vì năng lượng cần thiết để vượt qua lực cản so với chạy
nhanh dần đều, tăng tốc đột ngột làm giảm phạm vi. Tải nặng hoặc tăng độ nghiêng
cũng làm giảm phạm vi hoạt động của động cơ điện.

1.1.4. Các mẫu ô tô điện phổ biến và phát triển trên thế giới
- Tesla Model S
SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hoàng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

3


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

Hình 1. 2: Tesla Model S mẫu xe ô tô điện tốt nhất hiện nay
Tesla là một trong những hãng xe chuyên sản xuất xe ô tô điện nổi tiếng khắp thế
giới. Tesla Model S là mẫu xe ô tô điện đầu tiên mà hãng này sản xuất, mẫu xe hơi
chạy bằng điện này cũng nhận được rất nhiều những giải thưởng cho riêng mình.
Đã có khá nhiều cá nhân nhập khẩu mẫu xe này về Việt Nam để sử dụng. Xe ô tô
điện Tesla Model S sở hữu kích thước dài x rộng x cao lần lượt là 4978 x 2189 x
1435mm Chiều dài cơ sở đạt 2959mm.

Hình 1. 3: Đi xe Tesla thanh lịch và gọn gàng
Tổng quan ngoại thất Tesla Model S sở hữu diện mạo thanh lịch và mượt mà đúng
chuẩn các dòng xe Sedan. Do xe ô tô điện không cần phải thiết kế tản nhiệt nên đầu xe
thường được sử dụng để đặt logo khẳng định thương hiệu và Tesla Model S cũng vậy.
Nắp capo của xe được trang trí 2 đường dập nổi hai bên tăng tính khí động cho xe.

Thân xe Tesla Model S khá hiện đại với tay nắm cửa ẩn vào bên trong, nổi bật nhất là
bộ lazang cỡ lớn với 10 chấu đơn rất thể thao.

SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hồng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

4


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

Hình 1. 4: Khoang nội thất đơn giản, hiện đại
Khoang nội thất của xe ô tô điện Tesla Model S cũng khá đơn giản, tất cả hầu như
được tích hợp vào màn hình cảm ứng 17 inch nâng cao tính hiện đại của xe. Bên trên
bảng taplo chỉ xuất hiện cổng gió điều hịa và màn hình cảm ứng. Ngồi ra, xe ơ tơ
điện của Mỹ được trang bị vơ lăng 3 chấu bọc da và tích hợp nút bấm chức năng giúp
lái xe an toàn hơn.
Trang bị tiện nghi trên Tesla Model S có thể kể đến như: Màn hình cảm ứng 17
inch, điều hịa tự động/lọc khơng khí tiêu chuẩn HEPA, kết nối Bluetooth/USB/Radio,
định vị, dàn âm thanh 7-12 loa tùy phiên bản.
Động cơ sử dụng trên xe ơ tơ điện Tesla Model S có thể di chuyển tối đa 315 mã
lực, moment xoắn cực đại 441 Nm. Xe có thể di chuyển được tối đa 473 km cho 1 lần
sạc.
- Kia Soul EV

Hình 1. 5: Kia Soul EV - Xe ô tô điện của Hàn Quốc
Thực sự phải công nhận một điều rằng từ năm 2020 đến thời điểm hiện tại, những
mẫu xe ô tô do KIA sản xuất rất đẹp về mẫu mã, kiểu sáng thiết kế. Xe ô tô điện cũng
SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hồng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

5


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

không phải là một ngoại lệ khi Kia Soul EV đang được đánh giá là dòng xe ô tô điện
tốt nhất trên thế giới hiện nay.
Kia Soul EV có màn ra mắt khá chỉnh chu tại Chicago và sau lần ra mắt này hãng
cũng nhanh chóng giới thiệu mẫu xe ô tô điện này đến với thế giới. Tuy thị trường Việt
Nam chưa đón nhận mẫu xe này nhưng trong tương lai sau khi Vinfast VF e34 ra mắt
chính thức những mẫu xe ơ tơ điện như Kia Soul EV cũng sẽ bắt đầu được nhập về
Việt Nam.

Hình 1. 6: Đi xe Kia Soul EV độc đáo với cụm đèn hậu ôm trọn nửa trên đuôi xe
Xe ô tô điện Kia Soul EV sở hữu thiết kế vng vắn gần giống “hình hộp” với
phần trần xe được vuốt gọn gàng, đầu xe hơi bo tròn nhưng vẫn hòa nhập tốt với phần
còn lại của xe. Thân xe vng vắn với viền cửa sổ góc cạnh, phía dưới là bộ lazang
đậm chất tương lai với 5 chấu được sơn trắng bắt mắt. Đuôi xe là chi tiết gây ấn tượng
mạnh nhất với cụm đèn hậu siêu dài ôm trọn cả nửa trên đi xe.

Hình 1. 7: Bảng taplo Kia Soul EV thể thao

SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hoàng Anh, Võ Đình Hồng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

6

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

Khoang nội thất của Kia Soul EV được thiết kế khá thể thao, bảng taplo tương tự
như những chiếc xe chạy bằng xăng bình thường với 2 cổng điều hịa hình quạt 2 bên,
màn hình cảm ứng ở giữa cùng vơ lăng 3 chấu bọc da tích hợp nút bấm.
Trang bị tiện nghi trên Kia Soul EV bao gồm: màn hình cảm ứng 10,25 inch, đèn
nội thất, sạc khơng dây, âm thanh Harman/Kardon, màn hình hiển thị trên kính lái,...
Động cơ của xe ơ tơ điện Kia Soul EV cho công suất vận hành tối đa 204 mã lực,
moment xoắn 395 Nm. Xe điện Kia Soul EV có 2 tùy chọn pin lớn và pin nhỏ. Pin lớn
có thể di chuyển được khoảng 450km mỗi lần sạc và pin nhỏ là 277 km.
1.1.5. 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 mơi trường. Ơ tơ sạch khơng gây ơ nhiễm (Zero emission) là mục
tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ơ tơ ngày nay. Có nhiều giải pháp đã
được công bố trong những năm gần đây, tập trung vào việc hồn thiện q trình cháy
động cơ diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí
thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô
tô lai (hybrid). Xu hướng phát triển ơ tơ sạch có thể tổng hợp như sau:
- Hoàn thiện động cơ đốt trong:
Các kỹ thuật mới để hoàn thiện 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.
- Ơ tơ 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 q trình cháy sinh ra ít chất
ơ nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO 2, 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 cịn 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 q trình sản xuất cơng 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 ơ tơ cho thấy, ơ tơ dùng
DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát ô nhiễm cực
SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hồng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

7


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

thấp California ULEV. Nếu việc sản xuất DME trên qui mơ cơng 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.
- Ơ tơ chạy bằng khí thiên nhiên:
Sử dụng ơ tơ 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 bt, 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 ơ tơ. Ngày
nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải thiện nhiều cả về cơng nghệ lẫn

vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố bằng sợi carbon.
- Ơ tơ 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
ơ tơ ngồi những đặc điểm nổi bật về giảm ơ nhiễm mơi trường nó cịn 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 khơng khí có thể thực hiện bằng bộ chế hồ khí kiểu Venturie
thơng 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 cơng
tác của loại động cơ này. Cũng như các loại nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG trên
ơ tơ 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 cơng nghệ mới.
- Ơ tơ 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 ơ tơ. Do khơng có q trình
cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pin nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nước. Vì
vậy có thể nói ơ tơ hoạt động bằng pin nhiên liệu là ô tô sạch tuyệt đối theo nghĩa phát
thải chất ơ 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 tơ lai (hybrid):
SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hồng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

8


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

Ơ tơ lai là loại ơ tơ sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau. Trong khi
các giải pháp sử dụng ô tô chạy hồn tồn bằng điện cịn nhiều bất cập thì ô tô lai sử
dụng động cơ điện và động cơ xăng tỏ ra có nhiều ưu thế nhất. Ơ tơ lai dạng này sử
dụng động cơ điện một chiều chạy bằng ắc quy 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. Ơ 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 trên thị trường thế giới đã xuất hiện ô
tô lai với các nhãn hiệu khác nhau: Honda Insight, Honda Civic, Toyota Prius... với giá
cả cạnh tranh với ơ tơ truyền thống.
- Ơ tơ chạy bằng điện:
Ơ tơ chạy điện về ngun tắc là ơ tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môi
trường không khí trong thành phố. Nguồn điện dùng để chạy ơ tơ được nạp vào ắc quy
do đó qng 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 ơ tơ 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 ơ tơ sạch là chìa khóa mở cánh cửa tiến vào kỷ ngun
mới của những chiếc ơ tơ, 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 địi 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, ơ tơ đóng
một vai trị 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 ngun. Ơ tơ điện là một trong những giải pháp rất hữu
hiệu hiện nay.
1.1.6. Ưu, nhược điểm khi sử dụng ô tô điện
1.1.6.1. Ưu điểm khi sử dụng ơ tơ điện
- Ơ tơ điện có cấu trúc đơn giản và dễ dàng lắp ráp. Người sử dụng ơ tơ điện sẽ ít
phải bảo dưỡng xe hơn và sẽ tiết kiệm các chi phí bảo dưỡng như thay thế phụ tùng,
thay dầu,… Người mua ô tô điện có thể nhận được các khoản hỗ trợ kinh phí từ nhà
nước hoặc cơng ty.
- Thân thiện với mơi trường, độ an tồn cao, chi phí tái nạp rẻ hơn nhiều so với
xăng và dầu. Chi phí bảo dưỡng như thay dầu nhớt, làm mát, bảo dưỡng, kiểm duyệt
khí thải được giảm bớt hoặc loại bỏ hồn tồn. Có thể cung cấp điện trở lại cho một số
SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hồng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

9


Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển, truyền động xe điện cỡ nhỏ

thiết bị điện dân dụng nếu cần. Ngay cả khi nguồn điện dung để nạp ắc quy được tạo
ra từ các nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu hóa thạch thì hiệu quả sử dụng năng
lượng của chúng vẫn cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong.
- Giảm thiểu quan ngại về cháy nổ. Ơ tơ điện có triển vọng hơn cả xe sử dụng hidro
lỏng vì sự phổ dụng và chi phí phân phối rất thấp, không cần đầu tư một hệ thống trạm
nhiên liệu quy mơ lớn và cực kỳ đắt tiền. Ngồi ra, hiệu quả chuyển đổi năng lượng
của xe còn cao hơn ắc quy nhiên liệu hidro lỏng.
- Điện có thể tạo ra từ các nguồn thủy điện, địa nhiệt, gió, hidro, mặt trời hoặc hạt
nhân… là các nguồn năng lượng không phát thải khí độc hại gốc carbon. Ơ tơ điện sẽ
làm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch. Làm giảm chi phí năng lượng

đến 90%, ít gây ồn so với động cơ đốt trong.
- Nâng hiệu suất sử dụng năng lượng lên 70% (bằng cách nạp lại điện năng) so với
hiệu suất 15% (kể cả hệ thống truyền lực) trong các ứng dụng động cơ đốt trong. Tạo
ra moment xoắn cao hơn và đường đặc tính moment xoắn khơng đổi, giúp xe có khả
năng tăng tốc nhanh hơn.
- Giảm bớt hiệu ứng nhà kính và tình trạng nóng lên của trái đất. Khơng thải ra khí
xả độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
- Hoàn toàn có thể đáp ứng tầm hoạt động dưới 500km, bằng loại ắc quy Lithium
ion. Nạp điện tại nhà hoặc nơi công cộng đơn giản, thuận tiện hơn so với các cây xăng.
Có thể thu hồi năng lượng trong q trình phanh (bằng cách chuyển động năng của xe
thành điện năng lưu trữ vào ắc quy).
- Ngoại trừ ắc quy, chi phí sản xuất các bộ phận khác rẻ hơn sơ với sử dụng động cơ
đốt trong vì số chi tiết rời ít hơn và khơng địi hỏi gia cơng chính xác.
1.1.6.2. Nhược điểm khi sử dụng ô tô điện
- Phạm vi hoạt động hạn chế, ít lựa chọn cho khách hàng.
- Hệ thống cơ sở hạ tầng hỗ trợ chưa hồn thiện, có rất ít trạm nạp điện dành cho ô
tô điện.
- Bị giới hạn về thời gian hoạt động và thời gian nạp lại đầy điện.
Giá thành sản xuất cho ắc quy điện còn quá đắt, nằm trong khoảng từ
1500USD/xe (ắc quy chì-axit) cho đến 20000USD/xe (ắc quy Lithium-ion), thay pin
xe ơ tơ điện cịn tốn kém.
- Khối lượng vận chuyển bị hạn chế, tốc độ thấp.
- Một số loại ắc quy hoạt động kém hiệu quả khi gặp thời tiết lạnh giá.
- Pin dự trữ năng lượng sẽ nhanh chóng xuống cấp sau một thời gian sử dụng.

SVTH: Mai Văn Ánh, Phạm Hồng Anh, Võ Đình Hồng

GVHD: ThS.Bùi Văn Hùng

10