báo cáo ô tô công nghệ mới xe điện Tesla

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN CƠ KHÍ Ơ TƠ
……………

TIỂU LUẬN
HỌC PHẦN: Ơ TƠ CƠNG NGHỆ MỚI
Tên đề tài: Tính tốn nguồn động lực và hệ thống truyền lực ô tô điện
Loại ô tô: ô tô điện
Tải trọng/Số chỗ ngồi: 375kg/ 5 chỗ
Vận tốc chuyển động cực đại: 230 km/h
Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất: ψmax = 0,4
Thời gian tăng tốc đến 100 km/h: 5,5 s
Xe tham khảo: Tesla Model S 2016

Họ và tên

: Nguyễn Văn Tuân

Mã sinh viên : 181311968
Lớp

: KSTN Cơ khí ơ tơ

Hệ: Chính quy

Khóa: 59

GV hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Như

Hà Nội 2022

Lời nói đầu
Ở các nước phát triển cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho ơ tơ nói
chung đã từ lâu. Theo xu thế chung, đứng đầu danh sách là ô tô chạy điện tiếp theo là ô tô
lai, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu là ứng viên thứ ba của cuộc chạy đua. Về mặt nhiên liệu
cho động cơ nhiệt, chất lượng của các loại nhiên liệu lỏng truyền thống sẽ được nâng cao,
các loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) sẽ được áp dụng rộng rãi trên ô tô, các loại
nhiên liệu sinh học (như ethanol, colza) có lợi thế so sánh thấp về mặt mơi trường và giá
thành nhiên liệu này cịn cao nên hạn chế về mặt sử dụng, các nhiên liệu tổng hợp từ khí
thiên nhiên đang được nghiên cứu, nhiên liệu khí hydro cho ơ tơ chưa có triển vọng ứng
dụng do công nghệ và giá thành.
Sự phát triển của ô tô sử dụng điện và pin nhiên liệu phụ thuộc vào khả năng phát
triển, hoàn thiện các loại động cơ truyền thống và sử dụng các nguồn nhiên liệu sạch thay
thế các nguồn nhiên liệu lỏng hiện nay để làm giảm ô nhiễm môi trường. Các yếu tố cần
quan tâm để xem xét gồm dự báo chất lượng của hệ thống vận chuyển khách công cộng
và giá thành của pin nhiên liệu với các loại nhiên liệu thay thế khác để đạt cùng mức độ
giảm NOx. Kết quả nghiên cứu cho thấy trong vịng ít năm tới, kỹ thuật làm giảm NOx
bằng cách cải thiện động cơ diesel, sử dụng LPG và khí thiên nhiên rẻ hơn là sử dụng pin
nhiên liệu. Trong tương lai dài hơn thì việc giảm NOx bằng cách sử dụng pin nhiên liệu
trên xe buýt sẽ có giá thành tương đương với việc cải thiện động cơ diesel để đạt cùng
mức độ hiệu quả. Để đạt được cùng tính năng kinh tế và mức độ phát ơ nhiễm đối với
động cơ sử dụng LPG thì trong thập niên 2010, giá nhiên liệu hydro phải giảm đi 50% và
giá thành pin nhiên liệu phải giảm đi 30% so với giá cả hiện nay. Vì vậy trong vịng 2
thập niên tới, ơ tơ chạy bằng pin nhiên liệu vẫn chưa có lợi thế cạnh tranh so với các loại
nhiên liệu thay thế.
Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ nay đến 2030, ô tô chạy bằng điện là phù hợp
nhất. Năng lượng điện năng của chúng ta được sản xuất chủ yếu bằng thủy điện (năng
lượng tái sinh) như nhà máy thuỷ điện Hồ Bình, nhà máy thuỷ điện Ialy, nhà máy thuỷ
điện Sơn La và chủ động nguồn cung cấp khí dầu mỏ. Hiện nay chúng ta có nhà máy sản

xuất ga Dinh Cố và trong tương lai gần nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam ở Dung
Quốc đi vào hoạt động, sản lượng khí đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp nhiên
liệu LPG. Nhu cầu sử dụng ô tô trong tương lai là xu thế tất yếu của xã hội phát triển.
Nước ta có thị trường nội địa lớn với gần 100 triệu dân. Cho tới nay, thị trường này hầu


như vẫn còn nguyên vẹn. Trong xu thế hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) và thế giới
(WTO), thị trường nội địa của nước ta chắc chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đối với các nhà
sản xuất ô tô thế giới. Mặt khác việc hoà nhập kinh tế với thế giới sẽ nẩy 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 xẽ làm mất thị phần đối với một sản phẩm cơng 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.
Trong q trình hồn thiện tiểu luận em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình
của thầy PGS.Ts.Trần Văn Như. Mặc dù đã cố gắng song khơng khỏi có những sai sót
mong thầy góp ý để bài làm của em được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Tuân


MỤC LỤC
Lời nói đầu...............................................................................................................2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ Ơ TƠ ĐIỆN........................................................5
CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU XE THAM KHẢO VÀ LỰA CHỌN CẤU HÌNH
Ơ TƠ ĐIỆN....................................................................................................................... 6
2.1 Giới thiệu ơ tơ tham khảo (xe Tesla Model S 2016).....................................6
2.2 Lựa chọn cấu hình xe....................................................................................9
CHƯƠNG III: TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ KÉO...................................................14

3.1 Tính tốn cơng suất cần thiết......................................................................14
3.2 Tính tốn momen động cơ...........................................................................18
CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN HỆ THƠNG TRUYỀN LỰC................................19
CHƯƠNG V: TÍNH TỐN PIN...........................................................................21
5.1 Tính tốn dung lượng pin............................................................................21
5.2 Cấu trúc gói pin ơ tô điện...........................................................................24
KẾT LUẬN............................................................................................................29


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ Ơ TƠ ĐIỆN
Ơ tơ 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.
Ơ tơ điện có nhiều ưu điểm hơn các loại phương tiện sử dụng động cơ đốt trong,
chẳng hạn như khơng phát thải khí ơ nhiễm, hiệu suất cao, độc lập với nguồn năng lượng
từ dầu mỏ, yên tĩnh và hoạt động trơn tru. Các nguyên tắt 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 u
cầu truyền dẫn.
Ơtơ chạy điện về ngun tắc là ôtô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môi
trường không khí trong thành phố. Nhưng ơtơ chạy bằng năng lượng điện gặp phải khó
khăn vấn đề cung cấp điện năng, nếu như tất cả các loại ôtô đều chạy bằng điện thì ít hay
nhiều cịn phụ thuộc loại nhiên liệu dùng trong sản xuất điện năng. So với nhiên liệu
truyền thống, mức độ có lợi tính theo C02 tương đương trên 1Km lên 90% đối với điện
sản xuất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản xuất điện bằng nhiên liệu và
gần như khơng có lợi gì khi sản xuất bằng than.
Về mặt kỹ thuật thì ơtơ chạy bằng điện có hai nhược điểm quan trọng đó là năng
lượng dữ trữ thấp (Khoảng 100 lần so với ôtô dùng động cơ nhiệt truyền thống) và giá
thành ban đầu cao hơn (30-40% cao hơn so với ôtô dùng động cơ nhiệt). Những chướng
ngại khác cần được giải quyết để đưa ôtô chạy điện vào ứng dụng thực tế một cách đại trà

là khả năng gia tốc, thời gian nạp điện, vấn đề sưởi và điều hịa khơng khí trong ơ tô.
Nếu như sự thâm nhập những ôtô chạy bằng điện vào cuộc sống của nhân loại
thay các loại ôtô chạy bằng động cơ nhiệt thì các loại động cơ nhiệt được xử lý ô nhiễm
triệt để với những thành tựu cơng nghệ hiện đại, dĩ nhiên bị biến mất vì thế mức độ có lợi
về mặt ơ nhiễm khi dùng động cơ điện sẽ khơng đáng kể, chắc chắn ít có lợi hơn khi thay
ơ tơ cũ bằng ơ tơ mới dùng động cơ nhiệt hoàn thiện triệt để về mặt ô nhiễm.
Về mặt xã hội ô tô chạy điện trong giai đoạn đầu sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến
vấn đề tâm lý xã hội. Thật vậy, sự hạn chế tính năng kỹ thuật cũng như bán kính hoạt


động của ôtô, trở ngại trong vấn đề nạp điện, khả năng sử dụng các dịch vụ tự phục vụ sẽ
góp phần làm thay đổi thói quen của người dùng và dần dần làm thay đổi cách sống. Mặt
khác khi chuyển ôtô chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang ôtô chạy bằng điện hoàn
toàn sẽ gây ra trở ngại về mặt bố trí các trạm nạp điện cho ăcquy. Tuy nhiên những lợi ích
mà xe chạy bằng điện mang lại cho xã hội là khơng nhỏ. Vì vậy ơ tơ chạy bằng điện chắc
chắn vẫn là sự lựa chọn số một của nhân loại vào những năm tới của thế kỷ 21 mà sự phát
triển của nó đi theo những sự cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng về công nghệ
nhưng hiện tại sự phát triển của ô tô này cũng không cho phép giải quyết một cách nhanh
chóng vấn đề ơ nhiễm mơi trường đơ thị vì khơng thể xây dựng tồn bộ cơ cấu hạ tầng cơ
sở phục vụ trong một thời gian ngắn.

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU XE THAM KHẢO VÀ
LỰA CHỌN CẤU HÌNH Ơ TƠ ĐIỆN
2.1 Giới thiệu ơ tơ tham khảo (xe Tesla Model S 2016)

Model S 2016 là mẫu xe sedan cao cấp của hãng xe điện Tesla, tính đến thời điểm
2016 thì đây là chiếc xe có phạm vi hoạt động xa nhất có thể lên đến 435km.
- Thân xe:
Tesla Model S 2016 có mui xe dạng fastback cổ điển với đường roofline dốc dần ra phía
sau. Bên cạnh đó, hình dạng xe được thiết kế gọn nhẹ nhằm giảm thiểu tối đa lực cản khí

động học. Tay nắm cửa tiện ích của xe có thể tự động mở ra khi chủ sở hữu đến gần và
sau đó nhẹ nhàng trượt lại gắn sâu trong cửa và ngang bằng với phần thân khi xe chuyển
động.
- Nội thất:
Model S sở hữu không gian nội thất tương đối đơn giản và trang trí bằng những màu cơ
bản. Ghế da là tính năng có sẵn trong xe và hành khách có thể chạm vào các bề mặt nhựa
mềm mại. Mặc dù có thiết kế gọn nhẹ, nội thất của Tesla Model S 2016 lại được đánh giá
có nhiều đường cong gợi cảm hơn và chất liệu phong phú hơn so với nội thất mới của
Mercedes-Benz. Một trong những tính năng nổi bật của Tesla vẫn là màn hình cảm ứng
17-inch dạng đứng có thể điều khiển hầu hết các chức năng.
-

Các tiện ích tích hợp:
Tesla Model S 2016 tiêu chuẩn đi kèm với màn hình cảm ứng 17 inch, hệ thống định vị,
hệ thống âm thanh 7 loa, Bluetooth, hai cổng USB và HD Radio. Những tính năng tùy
chọn bao gồm hệ thống âm thanh cao cấp 12 loa, và radio vệ tinh.


- Tính năng an tồn:
Về cơng nghệ ơ tơ mới trong hai năm qua, Tesla đã bổ sung thêm một số hệ thống giám
sát, cảnh báo và hiệu chỉnh an tồn điện tử cao cấp hơn. Những tính năng này đã có trên
hầu hết các mẫu xe đối thủ hàng đầu, bao gồm điều khiển hành trình thích ứng, cảnh báo
làn đường khởi hành và cảnh báo va chạm phía trước. Cảm biến đỗ xe và hỗ trợ đỗ xe
cũng sẽ có trong Model S 2016 bên cạnh camera chiếu hậu tiêu chuẩn và tám túi khí. Một
trang bị an toàn đáng chú ý của mẫu xe điện là phần mềm Autopilot cho phép xe tự lái
trong những trường hợp nhất định. Hệ thống này dựa trên dữ liệu từ các cảm biến hiển thị
xung quanh chiếc xe và nguồn cơ sở dữ liệu định vị khổng lồ.
Phiên bản dẫn động cầu sau của Tesla Model S 2016 đã được Cục an tồn giao thơng

quốc gia Mỹ (NHTSA) xếp hạng an tồn cao nhất với năm ngơi sao tồn diện. Trong khi
đó, phiên bản 'D' dẫn động 4 bánh mới được bổ sung trong vài năm gần đây, vẫn chưa
được NHTSA và Viện bảo hiểm an toàn xa lộ Mỹ (IIHS) đánh giá mức độ an toàn.

- Động cơ:


Tesla cung cấp ba kích thước của những gói pin lithium-ion cho phiên bản năm 2016 của
Model S với 70, 85, hoặc 90kWh. EPA đánh giá mẫu xe này sẽ có phạm vi hoạt động
khác nhau tùy vào từng biến thể và nằm trong khoảng 386-435km khi chạy kết hợp. Tuy
nhiên, quãng đường này có thể là ngắn hơn 10-25% trong thực tế. Đối với Tesla Model
S dẫn động cầu sau tiêu chuẩn, xe được trang bị một động cơ 362 mã lực. Trong khi đó,
phiên bản 'D' dẫn động 4 bánh có những động cơ nhỏ hơn với cơng suất 259 mã lực. Bên
cạnh đó, gói hiệu suất 'P' sẽ gia tăng sức mạnh của động cơ phía sau lên 503 mã lực và
giữ nguyên công suất của động cơ phía trước. Do đó, xe khả năng tăng tốc 0-96km/h
trong khoảng 3 giây, tương đương với siêu xe McLaren F1. Đây là con số ấn tượng đối
với một mẫu sedan hạng sang 5 hành khách và không phải là một điều mà những mẫu xe
BMW M Series hay Mercedes-Benz AMG có thể đạt được tính đến thời điểm hiện tại.
Với mạng lưới trạm sạc nhanh DC của Tesla, khách hàng Model S chỉ cần dừng xe
khoảng 20-30 phút để nạp pin đến 80%.
Thông số Tesla Model S 2016
Trọng lượng bản thân
2267 Kg
Tải trọng cho phép
403 Kg
Trọng lượng toàn tải
2670 Kg
Kích thước: DxRxC
4970x1964x1445 mm
Chiều dài cơ sở

2960 mm
Vệt bánh trước
1662 mm
Vệt bánh sau
1700 mm
Khoảng sáng gầm xe
144 mm
Kích thước lốp (trước, sau)
245/35R21
Loại động cơ
Asynchronous Motor
Lượng khí thải CO2
0 G/km
Quãng đường đi được trong 1 lần sạc
550 km
Thời gian tăng tốc từ 0-100 km/h
5,5 s
Tốc độ tối đa
230 km/h

2.2 Lựa chọn cấu hình xe
Trước đây, các xe điện chủ yếu được chuyển đổi từ các ô tô thông thường bằng
cách thay thế động cơ đốt trong và thùng nhiên liệu với một động cơ điện và pin trong khi
giữ lại tất cả các thành phần khác, như trong hình 2.1. Nhược điểm như : khối lượng lớn,
tính linh hoạt và hiệu suất thất là những nguyên nhân làm cho xe điện khó áp dụng rộng


rãi. Hiện nay, ô tô hiện đại được tạo ra có chủ ý dựa vào nguyên bản của thân và khung
sườn được thiết kế riêng. Điều này đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc duy nhất cho ô tô và
làm cho các nguồn động lực đẩy bằng điện được sử dụng linh hoạt hơn.

Truyền động
cơ khí

Động cơ
điện

Nguồn năng
lượng

Hình 2-1. Ô tô điện cổ điển
Một ô tô điện cơ bản được minh họa trong hình 2.2. 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 dịng điện giữa điện động cơ và nguồn năng lượng. Những nguồn
năng lượng được tái sinh trong q trình phanh có thể được nạp vào nguồn năng lượng
chính. Hầu hết pin EV dễ dàng có khả năng tiếp nhận nguồn năng lượng tái sinh này.


Phanh
Tín hiệu điều
khiển

Bộ chuyển

đổi điện

Động cơ
điện

Truyền động
cơ
khí

Chân ga

Quản lý năng
lượng

Nguồn
năng lượng

Nguồn năng
lượng phụ

Sạc pin

Điều hịa
khơng khí

Trợ lực
lái

Hình 2-2. Ơ tơ 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 hịa khơng khí, trợ
lực lái, hệ thống đèn chiếu sáng…
Có nhiều loại EV 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 2.3.


(a)

(b)

M

HS

M

VS

(c)

HS

VS

(d)
GT
M

VS
GT
M

(e)

M
GT

(f)
GT

M

M

M
GT

M

Hình 2-3. Cấu hình các loại ơ tơ điện
M: động cơ điện; HS: hộp số; VS: truyền lực chính và vi sai; GT: hộp giảm tốc
a. Hình 2.3a 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 thơng 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 cơng 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 khơng 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 khơng 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 4.3d, 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 mơ-men động cơ.
f. Loại bỏ hồn tồn 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 sốt tốc độ của bánh xe, và vì thế tốc độ của xe được điều khiển. Tuy nhiên,
việc sắp xếp địi hỏi các động cơ điện phải có mộtmơ-men xoắn cao hơn để khởi động và
tăng tốc xe.
Ta chọn cấu hình xe như sau:


CHƯƠNG III: TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ KÉO
3.1 Tính tốn cơng suất cần thiết
Ơ tơ điện sử dụng động cơ điện để tạo lực kéo để biến đổi năng lượng điện thành năng
lượng cơ học, do đó hiệu suất của động cơ dẫn động sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến các đặc
tính động lực học của ơ tơ điện. Các thơng số động cơ điện được xác định bao gồm tốc độ
tối đa của động cơ, tốc độ cơ sở, công suất tối đa, công suất định mức, mô-men xoắn cực
đại, v.v.

Khi thiết kế ô tô điện, công suất cần thiết của động cơ điện được chọn chủ yếu dựa
trên vận tốc độ lớn nhất của ô tô. Tuy nhiên tiêu chí này khơng đảm bảo khả năng tăng
tốc của ơ tô đến tốc độ xác định trong khoảng thời gian cho trước, cũng như khả năng
vượt dốc.
Động cơ dẫn động là nguồn động lực duy nhất trong EV. Công suất cực đại của động
cơ phải đảm bảo vận tốc tối đa của ô tô, khả năng leo dốc và thời gian tăng tốc 0-100
km/h. Từ công suất lớn nhất của động cơ và hệ số quá tải, công suất định mức của động
cơ có thể được tính tốn. Ngồi ra, công suất định mức của động cơ cũng phải đáp ứng
yêu cầu công suất từ vận tốc tối đa của ô tô. Công suất lớn nhất của động cơ điện được
tính tốn theo điều kiện vận tốc lớn nhất của ô tô (Pmax1), khả năng vượt dốc (Pmax2)
và khả năng tang tốc như sau (Pmax3):

Pmax1 

Pmax 2

1

3600t

Pmax 3 

1
3600t

3


CD . A.vmax
mgfv




max
21.15 


(3.1)


CD . A.v 3p 
 mgfv p .cos   max   mgv p .sin   max  

21.15 

 (3.2)


1  m 2 2 2
1
v f  vb   mgf .V f   aC D A.v 3f 


1000  2ta
3
5


Pmax  max  Pmax1 , Pmax 2 , Pmax 3 

Prated 

Pmax


(3.3)
(3.4)

(3.5)


Trong đó: t - hiệu suất hệ thống truyền lực từ động cơ đến bánh xe, chọn t = 0,95
m - khối lượng tồn bộ của ơ tơ kg,
g – gia tốc trọng trường 9.81m/s2,
f – hệ số cản lăn,
CD - hệ số dạng khí động học của ơ tơ,
A – diện tích cản chính diện của ơ tơ m2,
max - góc dốc của đường rad,
vp – vận tốc của ô tô khi lên dốc km/h,
- hệ số kể đến ảnh hưởng của khối lượng chuyển động quay,
ta - thời gian tăng tốc mong muốn s,
V b và Vf - vận tốc cơ sở và vận tốc kết thúc quá trình tăng tốc tính tốn
m/s,
a - mật độ khơng khí 1.202kg/m3
- hệ số quá tải của động cơ (với động cơ một chiều  = 2÷2,5; động cơ
khơng đồng bộ rơto lồng sóc  = 1,7÷2,2; động cơ khơng đồng bộ rơto dây quấn  =
2÷2,5).
Cơng suất của động cơ xác định theo điều kiện vận tốc lớn nhất của ô tô và khả năng
vượt dốc dễ ràng hiểu được theo công thức (3.1) và (3.2). Công suất xác định theo khả
năng tăng tốc theo biểu thức (3.3) được xây dựng trên cơ sở phân tích như dưới đây.

Khả năng tăng tốc của xe được đánh giá bằng thời gian dùng để tăng tốc của xe từ tốc
độ thấp V1 (thường bằng 0) đến tốc độ cao (100 km/h đối với ô tô con). Đối với ô tô con,
khả năng tăng tốc quan trọng hơn tốc độ chuyển động tối đa và khả năng leo dốc. Thời
gian tăng tốc cho một EV có thể được biểu thị bằng:

ta  

Vb

0

Vf
M
M
dV  
dV
V
Pt
Pt
1
1
b
2
2
 Mgf x   a CD A f V
 Mgf x   a CD A f V
Vb
2
V
2

(3.6)

Trong đó: Vb và Vf - là vận tốc của ơ tô (vận tốc cơ sở) ứng với tốc độ cơ sở của động
cơ và vận tốc kết thúc quá trình tăng tốc,


P t – là công suất kéo trên bánh xe chủ động nhận được từ động cơ truyền
xuống tương ứng với vận tốc cơ sở của ô tô.
Thành phần đầu tiên vế phải của biểu thức (3.6) tương ứng với với vùng vận tốc nhỏ
hơn vận tốc cơ sở của ô tô, thành phần thứ 2 tương ứng với vùng từ vận tốc cơ sở của ô tô
đến vận tốc kết thúc q trình tăng tốc.
Rất khó để có thể giải được bằng phương pháp giải tích từ phương trình (3.6). Để có
đánh giá ban đầu về thời gian tăng tốc phụ thuộc vào cơng suất kéo, ta có thể bỏ qua lực
cản lăn và lực cản khí động học. Ta được:

ta 

M 2
V f  Vb2 

2 Pt

(3.7)

Trong đó hệ số ảnh hưởng đến khối lượng chuyển động quay, δ, được coi là hằng số.
Cơng suất kéo, Pt, có thể suy ra được như sau:

Pt 

M 2

V f  Vb2 

2ta

(3.8)

Cần lưu ý rằng định mức công suất thu được từ Công thức (3.8) chỉ là công suất tiêu
thụ cho việc tăng tốc của ô tô. Để xác định chính xác cơng suất cần xem xét cả cơng suất
tiêu thụ cho khắc phục cản lăn và cản gió. Lực cản lăn và cản gió trung bình trong q
trình tăng tốc có thể được biểu thị bằng biểu thức:

Pdrag 

1
ta



ta

0

1

3
 Mgf xV   a CD Af V dt
2



(3.9)

Vận tốc của ơ tơ thay đổi theo thời gian có thể biểu diễn gần đúng theo hàm sau:

V  Vf

t
ta

(3.10)
Thay biểu thức (3.10) vào (3.9) và tính tích phân ta được:

Pdrag 

2
1
Mgf xV f   a CD Af V f3
3
5

(3.11)


Tổng công suất lực kéo để xe tăng tốc từ 0 đến vận tốc V f trong khoảng thời gian
xác định ta cuối cùng được xác định như sau:

Pt 

M 2
2

1
V f  Vb2   Mgf xV f   a CD Af V f3

2ta
3
5

(3.12)

 Vmax 2 
f x  fo 1 

1500 

Ta có: , Vmax = 230 (km/h) ⁓ 63,89 (m/s)
 V 2
 63,892 
f x  fo 1  max   0,016 1 
  0, 05954
1500 

 1500 

Vf 2 
 27, 782 
f f o  1 
 0, 016 1 
  0, 02423
 1500 


1500




chọn fo = 0,016 ⇒

Af  0,78.B.H  0,78.1964.1445  2213624, 4  2, 214  m2 

-     1 ,1
-

a  1, 202  kg / m3 
K  0, 2  CD 

-

K
0, 2

 0,333
0,5. a 0,5.1, 202

M  M o  n  M hk  M hl 

; Mo = 2267 kg; n = 5 (chỗ); Mhk = 60 kg; Mhl = 15 kg;

 M  2267  5  60  15   2642kg

- ta = 5,5 s

- chọn t = 0,95
- Thơng số bánh xe:
Lốp xe có ký hiệu: 245/35R21
(Bề rộng mặt lốp: 245mm, tỉ lệ H/B=0,35; đường kính: 21 inch)
⇒ Chiều cao lốp: H = 0,35*245 = 85,75 mm

⇒ Bán kính thiết kế của xe:

ro  85, 75 

21.25, 4
 352, 45( mm)
2

⇒ Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe (chọn hệ số biến dạng
lốp λ=0,94):
rbx = rk = λ*ro = 0,94*352,45 = 331,3 (mm) = 0,3313 (m)
- Từ xe tham khảo Tesla Model S 2016 ⇒ chọn nb = 4000 (v/p)


- Chọn sơ bộ tỉ số truyền của bộ truyền lực: itl = 10

 Vb 
- Ta chọn
-

V p  Vb

2 .nb .rbx 2 .4000.0,3313


 13,88  m / s   50  km / h 
60.itl
60.10
⇒ Vp = 10 (m/s) = 36 (km/h)

 max  f x .cos   max   sin   max   0, 4  0, 05954.cos   max   sin   max    max  20,13o

Thay vào công thức (3.12) (3.1) (3.2) (3.3) ta được:

Pt 

1,1.2642
2
1
27, 782  13,882   .2642.9,81.0,02423.27,78  .1, 202.0,333.2, 214.27,783

2.5,5
3
5

 270220  W   270, 22  KW 


1
0,333.2, 214.2303 
Pmax1 
 2642.9,81.0,05954.230 
  227,8  KW 
3600.0,95 
21,15


Pmax 2 


1
0,333.2, 214.363 
o
o
2642.9,81.0,
016.36.cos
20,13

2642.9,81.36.sin
20,13







3600.0,95 
21,15


 98,5  KW 

Pmax 3  Pt  270220  W   270, 22  KW 
Ta có:

Pmax  max  Pmax1 , Pmax 2 , Pmax 3 

- Ta chọn hệ số quá tải của động cơ: α = 2

⇒ chọn

 Prated 

Pmax  285  KW 

Pmax 285

 142, 5  KW 

2

3.2 Tính tốn momen động cơ
Giá trị của công suất và mô-men đều lớn nhất tại điểm tốc độ cơ sở, vì vậy với tốc
độ cơ sở và công suất cực đại đã biết, mô-men xoắn cực đại được xác định như sau:

Tmax  9550.

- n: là tốc độ cơ sở của động cơ (nb)

Pmax
n

 Tmax 

(3.13)

9550.285
 680, 44  Nm 
4000

Mô men định mức của động cơ được xác định như sau:

M motor  0,33.Tmax  35

(3.14)


 M motor  0,33.Tmax  35  0,33.680, 44  35  259,55  Nm 
- Theo

xe

tham

khảo

ta
chọn:

M max  M motor  350  Nm 


Hình 3.1 Đồ thị đặc tính động cơ điện

CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN HỆ THƠNG TRUYỀN

LỰC
Lực kéo tại bánh xe chủ động được xác định dựa vào mô men của động cơ và thông
số của hệ thống truyền lực như sau:

Ft 
V

Tmax .ig .io .t
rbx

 N

 .N m .rbx
 m / s
30.ig .io

(3.15)

(3.16)

trong đó: Tm và Nm - tương ứng là mô men của động cơ, Nm và tốc độ của động cơ khi
momen đạt cực đại (nb), rpm;
ig – tỷ số truyền của hộp số,
i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính,
ηt – hiệu suất truyền lực từ động cơ đến bánh xe chủ động;
rd – bán kính bánh xe chủ động.

 Ft 

M max .ig .io .t

rbx

V 



350.10.0,95
 10036, 22  N 
0, 3313

 .N m .rbx  .4000.0,3313

 13,88  m / s 
30.ig .io
30.10

Tỷ số truyền lớn nhất được xác định theo ba điều kiện ô tô phải khắc phục được lực
cản lớn nhất (gồm cản lăn và cản dốc) của đường và không bị trượt với điều kiện bám
mặt đường tốt nhất. Theo điều kiện cản, tỷ số truyền lớn nhất của hệ thống truyền lực
được xác định theo điều kiện khắc phục góc dốc lớn nhất. Được tính theo cơng thức sau:

itl max

mg  f .cos   sin    F .K .V 2

Tmax .tl

(3.17)

Trong đó: f – hệ số cản lăn;  - góc dốc của đường; bx r - bán kính bánh xe; v – vận
tốc cơ sở của ô tô; Tmmax – mô men xoắn lớn nhất của động cơ điện; tl - hiệu suất
truyền lực. Thành phần lực cản gió nhỏ hơn nhiều so với lực cản tổng cộng của đường
nên có thể bỏ qua.
Trong lý thuyết ơtơ người ta dùng khái niệm lực cản tổng cộng của đường thay thế cho
tổng lực cản lăn và lực cản lên dốc. Đại lượng f cos + sin được rút gọn và tính xấp xỉ
và quy đổi thành đại lượng được gọi là hệ số cản tổng cộng của đường  .

  f .cos   sin 
itl max 
Công thức (3.17) được viết lại thành :

mg .rbx
Tmax .tl

(3.18)

Theo điều kiện bám, tỷ số truyền lớn nhất của hệ thống truyền lực bị hạn chế bởi
điều kiện lực kéo tối đa của bánh xe không vượt quá lực bám.

itl max .Tmax .tl
 F   .G .k
rbx

(3.19)

Trong đó:  là hệ số bám lớn nhất của đường,
G là trọng phân bổ lên cầu chủ động;

 G  0,6.G  0,6.2642.9,81  15550,8  N 

k – hệ số phân bố lại trọng lượng khi kéo; k=1,2
Tỷ số truyền nhỏ nhất được xác định theo điều kiện đảm bảo cho ô tô đạt được vận
tốc lớn nhất theo tiết kế Vmax khi chuyển động ở số cuối cùng.

itl min 

mV .rbx
Vmax

Trong đó: mV - tốc độ quay của động cơ điện khi ô tô đạt vận tốc lớn nhất

x
- Ta có :

mV
2 .nb
2 .4000
 mV  x.b  x.
 4.
 1675,5  rad / s 
b
60
60

(3.20)


Từ (3.19)

 itl max 

mg .rbx mg .rbx 2642.9,81.0, 4.0,3313


 10,33
Tmax .tl M max .tl
350.0,95

 itl min 

mV .rbx 1675,5.0,3313

 8, 688
Vmax
63,89

 itl max 

 .G .k .rbx 0, 6.2642.9,81.1, 2.0,3313

 17,35
M max .tl
350.0,95
⇒ itlmax thỏa mãn

Ta có tỷ số truyền của hệ thống truyền lực:

i

- Với kết quả tính tốn ở trên, tl max

tay số và truyền lực chính như sau:

itri  io .ihi

 10,33 itl min  8, 688

Tỷ số truyền của truyền lực chính

;

, ta chọn tỷ số truyền cho các
io = 3

Tỷ số truyền của tay số 1

ih1 = 3,443

Tỷ số truyền của tay số 2

ih2 = 2,896

CHƯƠNG V: TÍNH TỐN PIN
5.1 Tính tốn dung lượng pin
Pin là nguồn động lực trên ô tô điện và thiết kế gói pin là một phần quân trọng trong thiết
kế ơ tơ điện. Thiết kế gói pin phụ thuộc vào một vài yếu tố như quãng đường di chuyển
sau mỗi lần sạc (phạm vi hoạt động) và thông số của động cơ.
Trên Hình 4.1 thể hiện sơ đồ tổng quan về quá trình năng lượng cho việc đánh giá quãng
đường di chuyển được của ô tô điện.

Hình 4.1 Sơ đồ tổng quát quá trình năng lượng cho đánh giá quãng đường di chuyển
được của ô tô điện
Các thơng số cơ bản của gói pin:
- Điện áp cell pin: điện áp cell pin khá đa dạng, chúng khác nhau về điện áp lớn nhất,
điện áp nhỏ nhất và điện áp định mức. Khi tính tốn, điện áp định mức thường lấy trong
khoảng điện áp nhỏ nhất và lớn nhất.
- Dụng lượng cell pin: được đánh giá khả năng cung cấp dòng trong một giờ. Hoặc đánh
giá bằng cơng suất, có nghĩa là khả năng cung cấp năng lượng trong một giờ.
- C rate (tốc độ nạp và xả của cell pin): là dung lượng ắc quy có thể cung cấp/nạp trong
một khoảng thời gian. Nếu một ác quy có dung lượng 100 Ah với C rate là 1C, có nghĩa
là khi xạc đầy 100 Ah có thể cung cấp dòng 100A trong 1 giờ, với cùng ác quy đó xả ở
2C có nghĩa là xả với dịng 200A trong 30 phút.
Các thơng số đầu vào cho tính tốn gói pin gồm:
- Cơng suất động cơ và điện áp


- Khối khối tồn bộ của ơ tơ
- Vận tốc chuyển động (giả thiết ô tô chuyển động đều)
- Phạm vi hoạt động mong muốn
Dung lượng ác quy có thể được tính tốn sơ bộ như sau:
- Xác định dịng diện cung cấp cho động cơ:
Từ thông số điện áp định mức U của động cơ, công suất của động cơ ta có thể xác
định dịng điện cấp cho động cơ:

I

Prated
U dm

Trong đó: - Prated: Cơng suất danh nghĩa của động cơ

- Uđm: Điện áp định mức của động cơ. Theo xe tham khảo ta có Uđm = 320V

I 

Prated 142500

 445,3  A 
U dm
320

Khi tăng tốc, dòng điện có thể tăng 5% đến 10%. Cơng suất tiêu thụ của động cơ:
Ptt  U dm .I dm .

Trong đó  là hệ số kể đến gia tốc. ⇒ chọn δ = 1,1

 Ptt  U dm .I dm .  320.445,3.1,1  156745,6  W 
Dung lượng ác quy được xác định:
C

Ptt .D
V .

Trong đó: P – Cơng suất tiêu thụ của động cơ;
D - khoảng cách di chuyển được; đầu bài cho D = 550 (km)
V vận tốc chuyển động của ô tô;
 – hiệu suất của hệ thống nguồn động lực và hệ thống truyền lực của ô tô
điện. Bao gồm hiệu suất của các bộ chuyển đổi, hiệu suất của động cơ điện và hiệu suất
cơ khí đến bánh xe chủ động,  = 0.8 – 0.9
⇒ chọn ɳ = 0,9
Trong trường hợp với vận tốc thay đổi, năng lượng trung bình cho hệ thống truyền

lực được lựa chọn trong khoảng


- Small Vehicle 250-300wh/mi = 155 – 190wh/km
- Small Pickup 350-400wh/mi = 220 – 250wh/km
Ác quy điện áp cao ngoài cung cấp cho hệ thống truyền lực còn cung cấp năng lượng cho
hệ thống phụ trợ (Eaux [Wh/km]) như hệ thống điện 12V, điều hòa, trợ lực lái, phanh, …
Năng cho hệ thống phụ trợ có thể lấy từ khoảng 10 Wh/km.
- Theo xe tham khảo ta chọn năng lượng trung bình cho hệ thống truyền lực theo chu
trình thử là:
E1 = 170 wh/km
- Năng lượng cung cấp cho các hệ thống phụ trợ: E2 = 10 wh/km
⇒ Năng lượng mà xe tiêu tốn cho 1km: E = E1 + E2 = 170 + 10 = 180 wh/km
⇒ Dung lượng cần thiết để xe đi được quãng đường 550km là:

C  D.E  550.180  99000  Wh   99  KWh 
5.2 Cấu trúc gói pin ơ tơ điện
Pin cao áp được tạo thành từ các tế bào pin được sắp xếp thành chuỗi và mô-đun. Một tế
bào pin có thể được coi là đơn vị nhỏ nhất của điện áp.

Hình 4.2 Tế bào pin
Các tế bào pin riêng lẻ có thể được ghép song song và / hoặc nối tiếp dưới dạng môđun. Hơn nữa, các mô-đun pin có thể được kết nối song song và / hoặc nối tiếp để tạo ra
một bộ pin. Tùy thuộc vào thơng số pin, có thể có nhiều cấp độ mô-đun.