Thiết kế xe ô tô điện

MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... I
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... IV
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................... V
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
Chương 1.

TỔNG QUAN ....................................................................... 3

Tác động môi trường và lịch sử giao thông hiện đại .................................... 3
Ơ nhiễm khơng khí ........................................................................................ 3
Sự khác biệt giữa xe điện sử dụng năng lượng mặt trời và xe tiết kiệm
nhiên liệu.................................................................................................................. 4
Nguyên lý chung của xe điện có sử dụng năng lượng mặt trời ..................... 5
Các mẫu xe hiện có ........................................................................................ 7
Sự phát triển của ơ tơ điện trên thế giới ..................................................7
Ơ tơ điện tại Việt Nam ............................................................................9
Lựa chọn phương án thiết kế ....................................................................... 11
Các yêu cầu đối với xe thiết kế .............................................................11
Tuyến hình xe .......................................................................................12
Ắc quy ...................................................................................................13
Pin năng lượng mặt trời ........................................................................14
Động cơ .................................................................................................15
Bộ điều khiển động cơ điện tử ..............................................................16
Hệ thống truyền lực ..............................................................................16

Chương 2.

THIẾT KẾ TỔNG THỂ ...................................................... 19

Bố trí tổng thể .............................................................................................. 19

Xác định các thơng số kích thước và trọng lượng ....................................... 20


II

Khung xe ...............................................................................................20
Tấm pin năng lượng mặt trời ................................................................24
Ắc quy ...................................................................................................25
Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời ...........................................26
Các hệ thống khác trên xe .....................................................................27
Động cơ. ................................................................................................28
Lựa chọn các hệ thống khác cho xe ............................................................. 30
Hệ thống treo ........................................................................................30
Hệ thống phanh .....................................................................................31
Hệ thống lái ...........................................................................................33
Hệ thống điện thân xe .................................................................................. 34
Hệ thống điện năng lượng mặt trời .......................................................34
Cách ghép nối của tấm pin năng lượng và ắc quy ................................34
Hệ thống đèn chiếu sáng tín hiệu. ............................................................... 35
Tổng quan .............................................................................................35
Hệ thống đèn hậu ..................................................................................36
Hệ thống đèn trước ...............................................................................37
Hệ thống đèn xin nhan ..........................................................................37
Mạch điều khiển động cơ ............................................................................ 38
Mạch điện tổng hợp ..................................................................................... 38
Quy trình nạp, xả điện năng. ....................................................................... 39
Quy trình nạp của tấm pin năng lượng mặt trời....................................39
Quy trình nạp, xả của acquy Li-ion. .....................................................39

Chương 3.

BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA ........................................ 43

Quy trình bảo dưỡng sửa chữa của mô tơ điện ............................................ 43


III

Quy trình bảo dưỡng tấm pin năng lượng mặt trời ...................................... 45

KẾT LUẬN ..................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 47


IV

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Thông số kỹ thuật của xe .........................................................................12

Bảng 2. 1. Bảng tính tốn khối lượng khung xe .......................................................21
Bảng 2. 2. Bảng thông số tấm pin monocrystaline 100W.........................................25
Bảng 2. 3. Bảng thông số của ắc quy Howell HW-12V 100Ah ...............................26
Bảng 2. 4. Bảng thông số bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Suoer ..................27
Bảng 2. 5. Thông số kỹ thuật động cơ DC- 48 2.2 Series .........................................30

Bảng 3. 1. Quy trình bảo dưỡng sửa chữa của mơ tơ điện ........................................45
Bảng 3. 2. Quy trình bảo dưỡng tấm pin năng lượng mặt trời ..................................45


V

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Sơ đồ hệ thống truyền động sử dụng năng lượng mặt trời. .......................6
Hình 1. 2: Xe điện GEM .............................................................................................8
Hình 1. 3: Hai chiếc xe điện của Viện Khoa học Công nghiệp, Trường Đại học Tokyo
.....................................................................................................................................9
Hình 1. 4: Xe điện của hãng Mai Linh ở Đà Lạt.......................................................10
Hình 1. 5: Xe điện Dolphin .......................................................................................11
Hình 1. 6: Tuyến hình xe...........................................................................................12
Hình 1. 7: Ắc quy Lithium ion ..................................................................................14
Hình 1. 8: Pin năng lượng mặt trời monocrystalline và polycrystalline ...................14
Hình 1. 9: Bộ điều khiển động cơ điện tử .................................................................16
Hình 1. 10: Các phương án bố trí hệ thống truyền lực..............................................17
Hình 2.1: Sơ đồ bố trí tổng thể sơ bộ xe điện sử dụng năng lượng mặt trời. ............19
Hình 2.2: Kết cấu khung xe.......................................................................................20
Hình 2.3: Biến dạng của khung xương khi ở chế độ tải trọng tĩnh và đầy tải ..........22
Hình 2.4: Biểu đồ ứng suất ở chế độ tải trọng tĩnh và đầy tải. .................................22
Hình 2.5: Biến dạng của khung xương khi ở chế độ phanh gấp. ..............................23
Hình 2.6: Biểu đồ ứng suất ở chế độ phanh gấp. ......................................................23
Hình 2.7: Biến dạng của khung xương khi ở chế độ quay vịng. ..............................24
Hình 2.8: Biểu đồ ứng suất ở chế độ quay vịng. ......................................................24
Hình 2.9: Pin năng lượng mặt trời Sungold monocrystalline 100W. .......................25
Hình 2.10: Ắc quy Howell HW-12V 100Ah. ...........................................................26
Hình 2.11: Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Suoer - ST-C1230 .....................27


VI

Hình 2.12: Động cơ DC- 48 2.2 Serie .......................................................................29
Hình 2.13: Sơ đồ bố trí hệ thống treo ơ tơ điện có sử dụng năng lượng mặt trời. ....31

Hình 2.14: Bố trí hệ thống phanh trên xe thiết kế. ....................................................32
Hình 2.15: Sơ đồ hệ thống phanh chính của xe thiết kế. ..........................................32
Hình 2.16: Hệ thống lái ơ tơ điện có sử dụng năng lượng mặt trời. .........................33
Hình 2.17: Sơ đồ hệ thống điện năng lượng mặt trời................................................34
Hình 2.18: Hệ pin mặt trời gồm 4 tấm nối tiếp. ........................................................35
Hình 2.19: Hệ 4 acquy đấu nối tiếp ..........................................................................35
Hình 2.20: Hệ thống đèn hậu. ...................................................................................36
Hình 2.21: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống đèn trước.............................................37
Hình 2.22: Sơ đồ mạch hệ thống đèn xin nhan. ........................................................37
Hình 2.23: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ. .............................................................38
Hình 2.24: Mạch điện tổng hợp thân xe. ...................................................................38
Hình 2.25: Quy trình sạc ắc quy Li-ion ....................................................................40


1

LỜI MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, chúng ta đã chứng kiến tốc độ phát triển vượt bậc
của những nguồn năng lượng mới, điển hình như năng lượng mặt trời (NLMT).
Cơng nghệ chuyển hóa trực tiếp quang phổ thành điện năng rõ ràng là một trong
những nguồn cung cấp nhiên liệu “xanh” được ưa chuộng nhất trong đời sống
hàng ngày. Các lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung và thị trường ơ tơ tương
lai nói riêng.
Năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng sạch đang được các
nhà khoa học nghiên cứu và phát triển với đặc điểm: Dễ chuyển đổi, là nguồn
bổ sung cho nguồn cung cấp điện chính, khơng gây ra ơ nhiễm khơng khí nên
được ứng dụng ở bất cứ đâu. Đặc biệt là những nước gần vùng xích đạo như
Việt Nam, là nước có cường độ bức xạ trung bình 4,59kWh/m2/ngày thuộc loại
cường độ bức xạ cao, rất có tiềm năng cho việc nghiên cứu sử dụng năng lượng
mặt trời trong đời sống. Vì thế chúng ta có thể tận dụng được nguồn năng lượng

sạch này nhiều hơn nữa để giảm bớt sự lệ thuộc vào các nhà máy điện ở hiện
tại gây ô nhiễm trong tương lai.
Hiện nay, thế giới đang rất quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trường và
sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hố thạch. Trong đó, ơ nhiễm khơng khí tác động
đến sức khỏe con người, gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái mà nguồn
gây ô nhiễm nhiều nhất là khí thải động cơ gây ra. Theo dự báo của các chun
gia, trong vịng 10 năm nữa, ít nhất 60% số ô tô đang vận hành trên thế giới sẽ
sử dụng những loại nhiên liệu năng lượng sạch thay vì sử dụng nhiên liệu hố
thạch truyền thống.
Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô hiện đại luôn phải đối mặt với
hai vấn đề lớn là sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hố thạch và ơ nhiễm môi
trường. Cách để giải quyết hai vấn đề này là chúng ta phải chế tạo được những
mẫu xe sử dụng nguồn nhiên liệu sạch, tái tạo và dưới sự hướng dẫn của TS.


2

Nguyễn Anh Ngọc em đã quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xe ô tô
điện chạy bằng pin năng lượng điện mặt trời” làm đồ án tốt nghiệp với mong
muốn có thể góp một phần nào đó giúp giải quyết những vấn đề trên.
Mục tiêu của đề tài giúp sinh viên tìm hiểu về hệ thống xe chạy bằng năng
lượng sạch không gây ô nhiễm môi trường. Từ đó sinh viên thiết kế và tính tốn
hệ thống tiêu thụ năng lượng cũng như hệ thống mô tơ điện cho xe.
Mặc dù đã hết sức cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn, thiếu
kinh nghiệm thực tế, đề tài thiết kế này chắc chắn sẽ không tránh khỏi những
thiếu sót. Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Anh Ngọc cùng bằng thiện
chí và nhiệt tình nghề nghiệp đã chỉ bảo và hướng dẫn em trong thời gian thực
hiện đề tài.

Hà Nội, Ngày 21 tháng 3 năm 2022

Sinh viên thực hiện

Trịnh Hoàng Chiến


3

Chương 1. TỔNG QUAN
Tác động môi trường và lịch sử giao thông hiện đại
Sự phát triển của xe động cơ đốt trong, đặc biệt là ô tô, là một trong những
thành tựu lớn nhất của cơng nghệ hiện đại. Ơ tơ đã có những đóng góp to lớn
cho sự phát triển của xã hội hiện đại bằng cách đáp ứng nhiều nhu cầu di chuyển
trong cuộc sống hàng ngày. Sự phát triển nhanh chóng của ngành cơng nghiệp
ơ tơ, khơng giống như bất kỳ ngành công nghiệp nào khác, đã thúc đẩy sự phát
triển của xã hội loài người từ thời nguyên thủy sang xã hội công nghiệp phát
triển cao. Ngành công nghiệp ô tô và các ngành công nghiệp khác phục vụ nó
tạo thành xương sống của nền kinh tế từ và sử dụng tỷ lệ lớn nhất trong dân số
làm việc. Tuy nhiên, số lượng lớn ô tô được sử dụng trên toàn thế giới đã gây
ra và tiếp tục gây ra những vấn đề nghiêm trọng cho mơi trường và cuộc sống
của con người. Ơ nhiễm khơng khí, sự nóng lên tồn cầu và sự cạn kiệt nhanh
chóng của các nguồn tài ngun dầu khí Trái đất hiện đang là vấn đề được quan
tâm hàng đầu. Trong những thập kỷ gần đây, các hoạt động nghiên cứu và phát
triển liên quan đến giao thông vận tải đã nhấn mạnh đến việc phát triển giao
thông hiệu quả cao, sạch sẽ và an toàn. Xe điện, và xe chạy bằng pin năng lượng
mặt trời thường được đề xuất để thay thế các phương tiện thông thường trong
tương lai gần. Chương này xem xét các vấn đề ô nhiễm không khí, khí thải gây
ra sự nóng lên tồn cầu và cạn kiệt tài ngun dầu khí. Nó cũng đưa ra một
đánh giá ngắn gọn về sự phát triển của xe điện và cơng nghệ pin năng lượng
mặt trời.
Ơ nhiễm khơng khí

Hiện tại, tất cả các phương tiện đều dựa vào việc đốt cháy nhiên liệu
hydrocarbon để lấy năng lượng cần thiết cho lực đẩy của chúng. Đốt cháy là
một phản ứng giữa nhiên liệu và khơng khí giải phóng nhiệt và các sản phẩm
đốt. Nhiệt được chuyển đổi thành năng lượng cơ học bởi một động cơ và các


4

sản phẩm đốt được giải phóng vào khí quyển. Hydrocarbon là một hợp chất hóa
học với các phân tử được tạo thành từ các nguyên tử carbon và hydro. Lý tưởng
nhất là việc đốt cháy hydrocarbon chỉ mang lại carbon dioxide và nước, không
gây hại cho môi trường. Thật vậy, cây xanh tiêu hóa carbon dioxide bằng cách
quang hợp. Carbon dioxide là một thành phần cần thiết trong đời sống thực vật.
Động vật khơng bị hít phải khí carbon dioxide trừ khi nồng độ của nó trong
khơng khí gần như khơng có oxy. Trên thực tế, việc đốt cháy nhiên liệu
hydrocarbon trong động cơ đốt không bao giờ là lý tưởng. Bên cạnh carbon
dioxide và nước, các sản phẩm đốt có chứa một lượng oxit nitơ (NOx), carbon
monoxide (CO) và hydrocarbon không cháy (HC), tất cả đều độc hại đối với
sức khỏe con người.
Sự khác biệt giữa xe điện sử dụng năng lượng mặt trời và xe tiết kiệm
nhiên liệu
Hiện nay, để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nguồn
nhiên liệu, ngành công nghiệp ô tô có hai phương pháp tiếp cận:
- Chế tạo những mẫu xe tiết kiệm nhiên liệu.
- Chế tạo những mẫu xe sử dụng nguồn nhiên liệu tái tạo, thân thiện với
môi trường.
Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm riêng, và để thấy rõ được lợi
thế của từng phương pháp, chúng ta đi vào phân tích sự khác biệt giữa xe tiết
kiệm nhiên liệu và xe sử dụng nhiên liệu tái tạo, cụ thể ở đây là xe điện sử dụng
năng lượng mặt trời.

+ Sự khác biệt về hệ thống năng lượng
Xe tiết kiệm nhiên liệu vẫn sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống:
xăng, dầu diesel…
Xe điện sử dụng năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng điện từ năng
lượng mặt trời và lưới điện dân dụng được tích trữ trong bình ắc quy. Ngồi ra
trên xe điện sử dụng năng lượng mặt trời cịn có thêm bộ phận quản lý năng


5

lượng để điều tiết việc sạc ắc quy và hệ thống pin năng lượng mặt trời được đặt
trên nóc xe.
+ Sự khác biệt về nguồn động lực
Xe tiết kiệm nhiên liệu vẫn sử dụng động cơ đốt trong với những hệ
thống được cải tiến để đảm bao xe tiêu thụ ít nhiên liệu hơn.
Xe điện năng lượng mặt trời sử dụng động cơ điện. Động cơ được điều
khiển bằng cách thay đổi điện áp động cơ thông qua bộ tang giảm điện áp.
Với những sự khác biệt trên, xe điện sử dụng năng lượng mặt trời sẽ giải
quyết được triệt để hai bài tốn: Cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch và ô
nhiễm môi trường. Trong tương lai, khi khắc phục được những nhược điểm còn
tồn tại, xe điện sử dụng năng lượng mặt trời hồn tồn có thể trở thành sản
phẩm chủ đạo của ngành công nghiệp ô tô hiện đại.
Nguyên lý chung của xe điện có sử dụng năng lượng mặt trời
Sơ đồ nguyên lý xe điện mặt trời gồm: động cơ điện, bộ điều khiển motor
bằng điện tử, tấm pin mặt trời, bộ điều khiển sạc, bộ nguồn (bình điện), hệ
thống cáp, vỏ xe, khung xe, hệ thống phanh, treo, lái và các hệ thống điện trên
xe.


6

Hình 1. 1: Sơ đồ hệ thống truyền động sử dụng năng lượng mặt trời.
Nguyên lý làm việc: Động cơ điện được cung cấp nguồn từ ắc quy, thông
qua hệ thống truyền lực truyền momen tới bánh xe chủ động. Động cơ được
điều khiển bởi một bộ điều khiển động cơ riêng biệt, nó lấy tín hiệu từ bàn đạp
ga để xác định tốc độ tương ứng, để lùi xe dùng mạch đảo chiều dòng điện để
đảo chiều quay động cơ. Ắc quy được nạp điện từ hai nguồn: tấm pin năng
lượng mặt trời và nguồn điện dân dụng. Những hệ thống khác trên xe hoạt động
tương tự như một chiếc ơ tơ bình thường.
+ Bộ điều khiển sạc: Là một thiết bị trung gian giữa hệ các tấm pin
mặt trời và hệ các bình ắc quy lưu trữ. Nhiệm vụ chính của nó là điều khiển
việc sạc bình ắc quy từ nguồn điện sinh ra từ pin mặt trời.
+ Động cơ điện: Cung cấp mô men cho bánh xe chủ động. Có hai loại
động cơ điện (motor) thơng dụng sử dụng trên ơ tơ có sử dụng năng lượng
mặt trời: Động cơ điện xoay chiều (AC) và động cơ điện một chiều (DC).


7

+ Bình điện (Ắc quy): Trên xe điện ắc quy là nguồn năng lượng
chính, dùng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện và cung cấp năng lượng
cho tất cả các phụ tải khác ngay cả khi động cơ điện không làm việc.
+ Pin mặt trời: Là loại pin phát sinh điện áp khi được chiếu sáng,
nguồn điện để nạp cho ắc quy.
+ Bộ điều khiển motor bằng điện tử: Mạch này có chức năng cấp
dịng điều khiển động cơ điện chuyển động theo tốc độ mong muốn, đảm bảo
đổi chiều động cơ điện cho trường hợp lùi xe, đảm bảo tương quan vận tốc của
2 bánh xe chủ động trong và ngồi khi xe quay vịng.
Các mẫu xe hiện có
Sự phát triển của ơ tơ điện trên thế giới

Vào khoảng những năm 1832 và 1839, Robert Anderson người Scotland
đã phát minh ra xe điện 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. 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.
Như vậy xe điện đã được phát triển từ khá lâu. Thậm chí chúng cịn thơng
dụng hơn xe chạy xăng vào thời kỳ đầu của xe hơi. Có nhiều hãng sản xuất xe
điện vào thời đó như Babcock Electric (1916 - 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.
Đến đầu thế kỷ 20, với những tiến bộ vượt bậc về công nghệ chế tạo động
cơ đốt trong và công nghiệp ô tô, cùng với việc người ta đã tìm ra những mỏ
dầu lớn trên thế giới, thì giá thành của một chiếc xe điện lớn hơn rất nhiều so
với những chiếc xe chạy bằng xăng. Kết quả là đến năm 1935, ô tô điện đã gần
như biến mất do không thể cạnh tranh được với xe chạy động cơ đốt trong.


8

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 tồn cầu: vấn đề về năng lượng và vấn đề về
ô nhiễm môi trường. Với những ưu điểm của mình, ơ tơ điện được coi là giải
pháp tối ưu cho cả hai vấn đề lớn trên. Vì vậy, từ nửa sau thế kỉ 20 trở lại đây
ô tô điện càng ngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô
tô và các nhà khoa học trên toàn thế giới.
Sau đây là một số mẫu xe điện đã từng được nghiên cứu và phát triển:
● Năm 1974 chiếc xe Serbing - Vanguard Citicar có giới hạn chạy 80 km
và tốc độ tối đa 45 km/h đã tạo nên một cơn sốt xe cỡ nhỏ. Sau đó, tập đồn
Commuter Vehicles đã mua lại thiết kế Citicar và đổi tên là Commuta - Car.
Với 4.300 chiếc được tiêu thụ, Citicar, hay Comuta-car, hiện đang giữ kỷ lục
về lượng xe điện sản xuất trong lịch sử ngành ô tô.

● Năm 2004, Chrysler đã đầu tư vào hãng sản xuất xe điện Global Electric
Motocar và cho ra đời 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 u cầu của nhiều loại hình cơng việc:
Đi dạo tuần tra đường phố hoặc công viên, chở khách du lịch, bán hàng lưu
động, sử dụng trong bệnh viện, sân bay hay sân gơn…Đến nay, hơn 35 nghìn
chiếc GEM đã được sản xuất và tiêu thụ và tiềm năng của GEM vẫn cịn rất
lớn.

Hình 1. 2: Xe điện GEM


9

● Ở Nhật Bản, các trường đại học lớn ở Nhật đều có những phịng thí
nghiệm, trung tâm nghiên cứu về ơ tơ điện.

Hình 1. 3: Hai chiếc xe điện của Viện Khoa học Công nghiệp, Trường
Đại học Tokyo
● 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.
Ơ tơ điện tại Việt Nam
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.
Trong vài năm trở lại đây, một số sản phẩm xe điện mang tính thử nghiệm
đã được nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học và những nhà sáng chế khơng
chun. Một số sản phẩm mang tính sao chép đơn thuần, chế tác lại về mẫu mã
và sau đó cũng khơng tiếp tục phát triển. Có thể kể ra một số sản phẩm do người

Việt tự thiết kế và chế tạo:
- Năm 2008, ông Trần Văn Tâm sống tại Củ Chi - thành phố Hồ Chí Minh
đã tự nghiên cứu và chế tạo xe điện 3 bánh có sức chứa 3 người, tốc độ 35km/h,
sử dụng động cơ một chiều 48V - 800W, 4 ắc quy khô 12V/50Ah, chạy 40km
nạp một lần.


10

- Xe điện dùng trong công viên của hãng Mai Linh.

Hình 1. 4: Xe điện của hãng Mai Linh ở Đà Lạt
- Tháng 3 - 2012, các sinh viên Bộ mơn Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ (thuộc
Khoa Kỹ thuật Giao thông của Trường đại học Nha Trang) bắt đầu nghiên cứu
chế tạo mơ hình ơ tơ sử dụng ánh sáng mặt trời kết hợp với năng lượng điện
với tổng chi phí hơn 40 triệu đồng. Các thơng số kỹ thuật của ơ tơ như sau:
● Trên xe có động cơ điện 1100 W.
● Xe sử dụng hai tấm pin năng lượng mặt trời (mỗi tấm có kích thước
1200 x 540 x 35 mm), công suất pin 85 Wp.
● Xe sử dụng ắc quy loại 12V - 35Ah.
● Xe chở được 2 người.
● Có thể chạy với tốc độ tối đa 30 km/h.
- Đầu năm 2015, tại thị trường Việt Nam xuất hiện ô tô điện Dolphin do
Trung Quốc sản xuất:


11

Hình 1. 5: Xe điện Dolphin
Cung cấp sức mạnh cho xe là động cơ điện 3 kW, năng lượng tích trữ

trong 5 khối ắc quy nước, có tùy chọn loại lithium-ion. Tốc độ tối đa của xe
khoảng 40 Km/h. Nếu chạy đều ở tốc độ này, Dolphin đi hết quãng đường 120
km mỗi lần sạc. Cổng sạc phía đi xe trực tiếp kết nối với nguồn điện gia đình
220V.
Ta thấy, 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 ngồi dịng chảy của xu thế tất
yếu này. Nếu khơng nhanh chóng triển khai nghiên cứu, nước ta sẽ lại tiếp tục
bị lệ thuộc vào thế giới.
Lựa chọn phương án thiết kế
Các yêu cầu đối với xe thiết kế
- Số chỗ ngồi: 2 (đủ cho 2 người sử dụng xe phục vụ mục đích cá nhân).
- Vận tốc: Vận tốc cực đại của xe thiết kế Vmax = 40km/h.
- Điều kiện đường: Xe chạy trong công viên hoặc các khu vui chơi nên
chọn loại đường xe chạy là bê tông nhựa tốt.
+ Hệ số cản lăn: 0,015
+ Hệ số bám: 0,7
+ Độ dốc: 10%


12

- Đảm bảo yêu cầu cơ bản đối với ô tô: Khả năng mang tải, khả năng gia
tốc, giảm tốc, dừng, khởi động dễ dàng, khả năng quay vòng, khả năng vượt
dốc (trong 1 giới hạn nào đó), độ ổn định.
- Thuận lợi cho bố trí hệ thống truyền lực, sàn xe thấp, mở rộng tầm nhìn
của người lái, thống mát, lên xuống thuận lợi, trọng lượng kết cấu nhỏ.
- Ngoài ra, cần phải đảm bảo được an toàn giao thơng và có mức tiêu hao
năng lượng thấp.
Tuyến hình xe
11

9

2

4

5

3

2015

10

1

6
3

5º
46 º

1711
2648

1118

R1470

4

1340

7
3

8

R920

Hình 1. 6: Tuyến hình xe
1. Đầu xe; 2.Tay lái; 3. Ghế ngồi; 4. Thanh chống mái; 5. Kính; 6. Đèn trước; 7.
Gương chiếu hậu; 8. Đèn sau; 9. Tấm pin năng lượng mặt trời;
10.Vị trí để hành lý; 11. Bộ điều khiển tấm pin.
Bảng 1. 1. Thông số kỹ thuật của xe


13

TT

Thơng số

1

Loại phương tiện

2

Cơng thức bánh xe

3

Kích thước bao (Dài x Rộng x Cao)

Đơn vị

Giá trị
Ơ tơ điện 2 chỗ
4x2

mm

2648 x 1340 x 2015

4

Chiều dài cơ sở

mm

1711

5

Vết bánh trước/sau

mm

1118

6

Góc thốt trước/sau

độ

35/46

7

Bán kính thơng qua dọc

mm

1470

8

Bán kính thơng qua ngang

mm

920

Ắc quy
- Chọn ắc quy Lithium – ion. Với điều kiện thực tế tại Việt Nam và yêu
cầu đặt ra đối với xe thiết kế ta chọn phương án sử dụng ắc quy Lithium – Ion
là phương án tối ưu nhất.

Ắc quy Lithium - Ion là dòng ắc quy đang được sử dụng phổ biến trong
các loại ô tô điện đang và sắp được thương mại hóa vì nó có mật độ năng lượng
cao nhất trong các loại ắc quy, khả năng nạp nhanh tốt (30 phút có thể nạp được
80%), tuổi thọ cao (có thể lên tới 10 năm). Cho đến nay, đây là loại ắc quy được
sử dụng phổ biến nhất cho ô tô điện trong nghiên cứu và trong công nghiệp.


14

Hình 1. 7: Ắc quy Lithium ion
Pin năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời được xem là giải pháp hữu hiệu trong việc giải quyết
bài tốn tìm kiếm và sử dụng các nguồn năng lượng thay thế, bởi nó là nguồn
năng lượng vô tận và không gây ô nhiễm môi trường. Năng lượng mặt trời được
biểu hiện dưới dạng nhiệt năng và quang năng được dùng trong các ứng dụng
trực tiếp như sưởi ấm, chiếu sáng…Tuy còn sử dụng giới hạn nhưng năng lượng
mặt trời là nhân tố chính của năng lượng tái tạo hứa hẹn là nguồn cung cấp điện
cho tương lai.
Hiện nay trên thị trường phổ biến hai loại pin năng lượng mặt trời là
monocrystalline (đơn tinh thể) và polycrystalline (đa tinh thể). Một tế bào
monocrystalline gồm một thỏi tinh thể duy nhất, một tế bào polycrystalline
chứa nhiều cấu trúc tinh thể. Cả hai loại pin đều được làm từ các thỏi silic nhưng
ở monocrystalline yêu cầu độ tinh khiết cao hơn, do đó mà monocrystalline
cũng có hiệu suất tốt hơn.

Hình 1. 8: Pin năng lượng mặt trời monocrystalline và polycrystalline


15

Kết luận: Vì pin năng lượng mặt trời là một hệ thống quan trọng, cung cấp
năng lượng cho xe nên ta cần chọn tấm pin có hiệu suất cao nhất. Do đó,
monocrystalline là phương án được lựa chọn mặc dù giá thành của nó cao hơn
polycrystalline.
Động cơ
Theo phương pháp cung cấp năng lượng thì động cơ điện được phân ra
làm động cơ xoay chiều (AC) và động cơ một chiều (DC). Từ hai loại động cơ
điện này, tùy theo cấu trúc động cơ và cơ chế vận hành mà người ta lại phân
chia ra thành các loại khác nhau như sau:

Hình 1.9. Các loại động cơ điện chính

- Động cơ điện một chiều (DC) có ưu điểm là dễ dàng điều khiển được
vận tốc, có khả năng cung cấp mơmen khởi động cao và giá thành rẻ. Tuy nhiên,
nó có nhược điểm là kích thước và khối lượng lớn.
- Động cơ điện xoay chiều (AC) có ưu điểm chính là đạt được hiệu suất
cao, phạm vi hoạt động rộng. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là các mạch điện tử
điều khiển động cơ phức tạp.
Kết luận: Qua các phân tích ở trên ta chọn loại động cơ một chiều (DC)
cho xe thiết kế. Hiện nay, động cơ điện một chiều có hai loại: động cơ một
chiều có chổi than và động cơ một chiều khơng chổi than. Loại có chổi than thì


16

tuổi thọ khơng cao, trong q trình vận hành địi hỏi phải bảo dưỡng chổi than,
còn động cơ điện một chiều khơng chổi than có rất nhiều ưu điểm nhưng giá
thành rất cao. Vì vậy xét về mặt kinh tế thì ta chọn loại động cơ điện một chiều
có chổi than làm nguồn động lực cho xe thì giá thành của xe sẽ giảm, bên cạnh
đó vẫn đảm bảo được các đặc tính kỹ thuật cần thiết cho xe thiết kế.

Bộ điều khiển động cơ điện tử
Bộ điều khiển motor bằng điện tử: Mạch này có chức năng cấp dịng
điều khiển động cơ điện chuyển động theo tốc độ mong muốn, đảm bảo đổi
chiều động cơ điện cho trường hợp lùi xe, đảm bảo tương quan vận tốc của 2
bánh xe chủ động trong và ngồi khi xe quay vịng.

Hình 1. 9: Bộ điều khiển động cơ điện tử

Hệ thống truyền lực
Để đơn giản kết cấu ta chọn cầu trước dẫn hướng còn cầu sau chủ động.
Mặt khác, do đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều gần giống với
đường đặc tính kéo lý tưởng của ơ tơ, đồng thời động cơ điện có thể đổi chiều


17

quay dễ dàng nên chúng ta có thể thiết kế hệ thống truyền lực mà không cần
hộp số như ở động cơ đốt trong. Như vậy, hệ thống truyền lực của xe này có
thể được thiết kế theo các phương án sau:

ÐC

TLC
VS

a)

ÐC

TLC

VS

b)
ÐC
GT
ÐC

ÐC
GT

ÐC

c)

d)

Hình 1. 10: Các phương án bố trí hệ thống truyền lực
- Phương án a: Động cơ được cố định trên khung xe, chuyển động quay
của trục động cơ được truyền đến bộ vi sai thông qua trục các đăng rồi truyền
tới bánh xe. Do có sử dụng thêm trục các đăng nên phương án này sẽ làm tăng
khối lượng của ô tô và làm giảm hiệu suất truyền động.
- Phương án b: Động cơ được cố định trên cầu sau và chuyển động quay
của trục động cơ được truyền trực tiếp đến vi sai thông qua cặp bánh răng trụ
ăn khớp ngoài. Phương án này đơn giản, giảm được khối lượng tuy nhiên phải
thiết kế thêm bộ truyền bánh răng trụ.
- Phương án c: 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. Phương án này đòi hỏi
phải sử dụng động cơ có tốc độ thấp và mơ men xoắn lớn để khởi động và tăng
tốc xe.

18

- Phương án d: 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 mộtmơ-men xoắn cao hơn để khởi động và tăng tốc xe.
Trong các phương án trên ta lựa chọn phương án b do nó các ưu điểm:
khối lượng nhẹ, hiệu suất cao, kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp để bảo trì bảo
dưỡng. Do khối lượng của xe không quá lớn nên để đơn giản ta dùng loại bán
trục giảm tải 1/2.


19

Chương 2. THIẾT KẾ TỔNG THỂ
Bố trí tổng thể
Sơ đồ bố trí tổng thể xe điện sử dụng năng lượng mặt trời
1950
11

1340

4

10

2
3
1

1100

8

400

380

250

9

540

1711

R25
1118

2648

305

560

5

6

1340
160

175

500

7

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí tổng thể sơ bộ xe điện sử dụng năng lượng mặt
trời.
1. Ắc quy; 2.Tay lái; 3. Ghế ngồi; 4. Tấm pin mặt trời; 5. Động cơ điện; 6. Hộp giảm
tốc; 7. Vi sai; 8. Vị trí để hành lý; 9. Đèn; 10.Kính xe; 11. Bộ điều khiển tấm pin