nghiên cứu phanh tái sinh trên oto điện

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN...................................................1
1.1. Sơ lược về ơ tơ điện...................................................................................1
1.1.1. Định nghĩa...........................................................................................1
1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển......................................................1
1.1.3. Phân loại..............................................................................................6
1.2. Các bộ phận chính của ô tô điện..............................................................9
1.2.1. Motor điện..........................................................................................9
1.2.2. Hệ thống dây dẫn.............................................................................18
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ô TÔ ĐIỆN............24
2.1. Tổng quan về hệ thống phanh tái sinh trên ô tô điện..........................24
2.2. Phân loại...................................................................................................26
2.3. Cấu tạo.....................................................................................................26
2.3.1. Motor điện........................................................................................26
2.3.2. Bộ inverter........................................................................................28
2.3.3. Bộ DC/DC (Converter)....................................................................31
2.3.4. Bộ điều khiển điện tử công suất (Power electronics controller). .34
2.4. Nguyên lý hoạt động...............................................................................36
2.5. Ưu-nhược điểm của hệ thống phanh tái sinh.......................................38
2.5.1. Ưu điểm.............................................................................................38
2.5.2. Nhược điểm.......................................................................................40
2.6. Hướng phát triển trong tương lai..........................................................41
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TRÊN XE ĐIỆN VINFAST................................43
3.1. Hệ thống phanh được ứng dụng thực tế...............................................43
3.2. Ứng dụng công nghệ trên xe Vinfast E34.............................................44
KẾT LUẬN.........................................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................46

MỤC LỤC HÌNH HÌNH
Hình 1.Xe điện đầu tiên, được xây dựng bởi Thomas Parker, ảnh từ năm 1895.............2
Hình 2.Edison và chiếc xe Detroit (1914).......................................................................3
Hình 2.Edison và chiếc xe Detroit (1914).......................................................................3
Hình 3.Tesla Roadster 2008...........................................................................................4
Hình 4.Tesla Model 3.....................................................................................................5
Hình 5.Vinfast E34.........................................................................................................5
Hình 6.Vinfast VF 3.......................................................................................................7
Hình 7.Toyota Prius PHEV............................................................................................8
Hình 8.Toyota Prius Prime.............................................................................................9
Hình 9.Motor điện khơng đồng bộ................................................................................10
Hình 10.Motor điện ba pha đồng bộ.............................................................................11
Hình 11.Động cơ điện DC............................................................................................12
Hình 12.Motor điện AC................................................................................................14
Hình 13.Motor điện một chiều khơng chổi than...........................................................15
Hình 14.Motor điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm...............................................16
Hình 15.Motor điện PSMS...........................................................................................17
Hình 16.Cáp điện áp cao...............................................................................................19
Hình 17. Khóa đấu nối: Khóa kéo 3 theo hướng...........................................................20
Hình 18.Bộ pin.............................................................................................................22
Hình 19.Động cơ khơi động 12V tiêu chuẩn................................................................23
Hình 20.Động cơ khơi động 12V tiêu chuẩn................................................................27
Hình 21.Bộ inverter......................................................................................................29
Hình 22.Chuyển đổi điện áp DC sang AC....................................................................30
Hình 23.Bộ DC/DC......................................................................................................31
Hình 24.Mạch nâng áp..................................................................................................32
Hình 25.Bộ điều khiển điện tử cơng suất......................................................................36
Hình 26.Sơ đồ ngun lý hoạt động của phanh tái sinh................................................38
Hình 27.Phanh tái sinh giúp xe sử dụng năng lượng hiệu quả......................................39
Hình 28. Tesla Model 3................................................................................................43

Hình 28. Tesla Model 3................................................................................................43
Hình 29.Thơng số kỹ thuật...........................................................................................44
Hình 29.Thơng số kỹ thuật...........................................................................................44


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN
1.1. Sơ lược về ơ tơ điện
1.1.1. Định nghĩa
Ơ tơ điện (cũng là xe ô tô chạy bằng pin hoặc xe hơi chạy bằng điện) là
một chiếc ô tô cắm điện với lực đẩy có được từ một hoặc nhiều động cơ điện, sử dụng
năng lượng thường được lưu trữ trong pin sạc cho ơ tơ.
1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển
- Vào khoảng những năm 1832 - 1839, Robert Anderson người Scotland đã phát minh
ra loại xe điện chuyên chở đầu tiên.
- Năm 1842, hai nhà phát minh người Mỹ là Thomas Davenport và Scotsmen Robert
Davidson trở thành những người đầu tiên đưa pin vào sử dụng cho ô tô điện.
- Đến những năm 1865, Camille Faure đã thành công trong việc nâng cao khả năng lưu
trữ điện trong pin, giúp cho xe điện có thể di chuyển một quãng đường dài hơn. Pháp
và Anh là hai quốc gia đầu tiên đưa ô tô điện vào phát triển trong hệ thống giao thơng
vào cuối thế kỷ 19.
- Ơ tơ điện là một trong những phương pháp ưa thích để tạo lực đẩy ô tô vào cuối thế
kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, mang đến một mức độ thoải mái và dễ vận hành mà những
chiếc xe ô tô chạy xăng khơng thể đạt được thời đó. Số lượng xe điện đạt đỉnh khoảng
30.000 xe vào đầu thế kỷ 20.

1


Hình 1.Xe điện đầu tiên, được xây dựng bởi Thomas Parker, ảnh từ năm 1895

- Năm 1897, ô tô điện đã có ứng dụng thương mại đầu tiên ở Mỹ. Dựa trên thiết kế
của Electrobat II, một đội gồm mười hai chiếc taxi và một chiếc xe buýt đã được sử
dụng ở thành phố New York như một phần của dự án được tài trợ bởi Công ty Pin lưu
trữ điện Philadelphia. Trong thế kỷ 20, các nhà sản xuất xe điện chính ở Mỹ là
Anthony Electric, Baker, Columbia, Anderson, Edison, Riker, Milburn, Bailey
Electric v.v... Không giống như xe chạy bằng xăng, những chiếc xe điện ít ồn hơn và
khơng

u

cầu

thay

đổi

thiết

bị.

2


Hình 3.Edison và chiếc xe Detroit (1914)

- Những tiến bộ cải tiến động cơ đốt trong (ICE) trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 20
đã làm giảm bớt những lợi thế tương đối của xe điện. Thời gian tiếp nhiên liệu nhanh
hơn nhiều của họ, và chi phí sản xuất rẻ hơn, khiến chúng trở nên phổ biến hơn. Tuy
nhiên, một thời điểm quyết định là sự ra đời vào năm 1912 của động cơ khởi động
điện thay thế các phương pháp khác, thường rất tốn công, để khởi động ICE, chẳng hạn

như quay bằng tay.
- Sáu chiếc xe điện từng giữ kỷ lục tốc độ chạy trên đất liền. Chiếc cuối cùng trong số
chúng là La Jamais Contente có hình tên lửa, do Camille Jenatzy điều khiển, đã phá vỡ
rào cản tốc độ 100 km/h (62 mph) bằng cách đạt tốc độ tối đa 105,88 km/h
(65,79 mph) vào ngày 29 tháng 4 năm 1899.

- Nhà sản xuất ô tô điện California Tesla Motors bắt đầu phát triển vào năm 2004, sau
này sẽ trở thành Tesla Roadster (2008), sản phẩm đầu tiên được giao cho khách hàng
vào năm 2008. Roadster là xe đầu tiên được sản xuất hàng loạt hoàn toàn bằng điện sử

3


dụng pin lithium-ion tế bào được phép lưu thông trên cao tốc và là sản phẩm đầu tiên
của xe hoàn tồn bằng điện có khả năng đi du lịch hơn 200 mi (320 kilơmét) sau mỗi
lần sạc.

Hình 5.Tesla Roadster 2008

- Doanh số toàn cầu của Tesla đã vượt qua 250.000 đơn vị vào tháng 9 năm 2017. Liên
minh Renault Nissan Mitsubishi đã đạt được cột mốc 500.000 chiếc xe điện được bán
vào tháng 10 năm 2017. Tesla đã bán chiếc Model S thứ 200.000 trong quý IV năm
2017.
- Doanh số của Global Leaf đã vượt qua 300.000 chiếc vào tháng 1 năm 2018, giữ kỷ
lục là chiếc xe điện cắm điện bán chạy nhất thế giới từ trước đến nay. Tesla đã giao
chiếc Model 3 thứ 100.000 vào tháng 10 năm 2018.

4

Hình 6.Tesla Model 3

Hình 7.Vinfast E34

1.1.3. Phân loại
- Battery Electric Vehicle (BEV):

5


+ Battery Electric Vehicle (BEV) thường được gọi với cái tên EV (Electric
Vehicle) là loại xe sử dụng hoàn toàn động cơ điện với bộ pin có thể nạp lại được và
khơng dùng động cơ đốt trong. Xe BEV tích điện trong các bộ pin có dung lượng lớn
và được dùng để chạy motor điện hay các bộ phận sử dụng điện khác. Xe BEV khơng
thải ra khí gây ơ nhiễm môi trường như động cơ truyền thống. Xe BEV được nạp điện
bằng các nguồn bên ngoài. Bộ nạp này được phân loại dựa trên tốc độ nạp đầy pin trên
mỗi xe BEV.
+ Có những mức phân loại bộ nạp sau đây: Level 1, Level 2, Level 3 (Nạp
nhanh DC). Bộ nạp Level 1 sử dụng nguồn điện có đầu ra tiêu chuẩn của hộ gia đình là
120V và mất hơn 8 giờ để nạp cho quãng đường xấp xỉ 75-80 dặm (1 dặm = 1,61km) .
Bộ nạp Level 1 có thể nạp được ở nhà hoặc chỗ làm và gần như tất cả xe EV trên thị
trường hiện nay đều có thể sử dụng bộ nạp này.
+ Bộ nạp Level 2 yêu cầu những trạm đặc biệt có thể cung cấp nguồn điện
240V. Bộ nạp 240V được lắp đặt ở các công sở hoặc các trạm nạp công cộng và mất
hơn 4 giờ để nạp cho quãng đường khoảng 75-80 dặm.
+ Bộ nạp Level 3 hay bộ nạp nhanh DC là giải pháp tối ưu nhất cho tốc độ nạp
của xe EV trên thị trường hiện nay. Bộ nạp này được trang bị ở các trạm chuyên biệt và
có thể nạp cho quãng đường 90 dặm chỉ trong 30 phút.
+ Một số xe BEV có thể nạp bằng bộ nạp DC: Tesla Model 3, BMW i3, Chevy
Bolt, Nissan LEAF, Ford Focus Electric,…

6


Hình 8.Vinfast VF 3

- Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV):
+ Plug-in Hybrid Electric Vehicle hay PHEV có thể nạp lại pin bằng phanh tái
sinh hoặc bằng cách cắm vào nguồn điện bên ngồi. Trong khi các xe hybrid bình
thường có thể di chuyển 2-4 dặm trước khi động cơ xăng được sử dụng thì xe PHEV có
thể đi qng đường 10-40 dặm trước khi có sự hỗ trợ của động cơ xăng.
+ Một số mẫu xe PHEV: Ford C-Max Energi, Ford Fusion Energi, Mercedes
C350e, Mini Cooper SE Countryman, Audi A3 E-tron,…

7


Hình 9.Toyota Prius PHEV

- Hybrid Electric Vehicle (HEV):
+ Xe HEV được vận hành bởi cả động cơ điện và động cơ đốt trong truyền
thống. Nguồn năng lượng điện được sản sinh ra bởi chính hệ thống phanh của xe để
nạp lại pin. Hệ thống phanh này được gọi là phanh tái sinh, một q trình mà trong đó
motor điện giúp giảm tốc độ xe và chuyển một phần năng lượng thành nhiệt bằng hệ
thống phanh.
+ Xe HEV sử dụng motor điện để khởi động sau đó động cơ xăng sẽ hoạt động
khi tải trọng hoặc tốc độ tăng. Cả hai motor được điều khiển bởi máy tính trên xe để
đảm bảo xe sẽ tiết kiệm nhiên liệu nhất trong từng điều kiện.
+ Một số mẫu xe HEV: Toyota Prius, Honda Insight, Hyundai Ioniq Hybrid,
Ford Fusion Hybrid, Lexus ES 300h, Kia Niro Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid,…

8


Hình 10.Toyota Prius Prime

1.2. Các bộ phận chính của ơ tô điện
1.2.1. Motor điện
Motor điện chịu trách nhiệm biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học
để đẩy xe đi. Đây là bộ phận thay thế cho động cơ đốt trong truyền thống trong ô tô
chạy bằng xăng hoặc dầu diesel. Có hai loại động cơ điện chính:
- Motor điện không đồng bộ (Asynchronous/Induction Motor):
+ Motor điện không đồng bộ là loại động cơ điện truyền thống được sử dụng
rộng rãi trong ơ tơ điện.
+ Nó hoạt động bằng cách tạo ra một từ trường từ ba dây cuộn ở stator (đáy)
của động cơ. Sự chuyển đổi giữa từ trường và rotor (cánh quạt) không đồng bộ tạo ra
lực đẩy và giúp motor điện xoay, đẩy xe đi.

9


+ Motor khơng đồng bộ thường có giá thành thấp hơn motor điện đồng bộ
(synchronous motor), nhưng hiệu suất cao hơn trong khoảng tốc độ vận hành bình
thường của xe.

Hình 11.Motor điện không đồng bộ

- Motor điện đồng bộ (Synchronous Motor):
+ Motor điện đồng bộ cũng sử dụng từ trường tạo ra từ dây cuộn stator, tuy
nhiên, tốc độ quay của rotor đồng bộ với tốc độ của từ trường. Điều này làm cho motor

điện đồng bộ có hiệu suất cao hơn ở các tốc độ cao hơn.
+ Motor điện đồng bộ thường được sử dụng trong các xe điện cao cấp, nơi
hiệu suất và khả năng tăng tốc là quan trọng.

10


Hình 12.Motor điện ba pha đồng bộ

Đây là các motor điện thường được sử dụng trên xe điện:
- Motor điện DC (DC Motor):
+ Motor điện một chiều, hay còn gọi là motor điện DC (Direct Current), là
một loại motor điện sử dụng dòng điện một chiều để tạo ra năng lượng cơ học. Motor
điện một chiều đã từng được sử dụng phổ biến trong các xe điện cổ điển và đôi khi vẫn
được sử dụng trong một số ứng dụng đặc biệt trong ô tô điện hiện đại.
+ Cấu tạo của motor điện một chiều bao gồm một bộ phận cố định gọi là
stator và một bộ phận xoay gọi là rotor. Stator chứa cuộn dây đặt ở vị trí cố định, trong
khi rotor là một cấu trúc xoay được gắn vào trục của động cơ.

11


+ Để làm hoạt động động cơ điện một chiều, dòng điện một chiều được cấp
vào cuộn stator, tạo ra một từ trường tại đó. Khi dịng điện chạy qua cuộn stator, nó tạo
ra một từ trường cố định. Rotor, có từ trường của riêng nó, sẽ bị tác động bởi từ trường
của stator và bắt đầu quay theo hướng từ trường cố định.
+ Motor điện một chiều có một số ưu điểm, bao gồm khởi động và tăng tốc
nhanh, khả năng kiểm soát tốc độ tốt và hiệu suất ổn định ở các tốc độ cao. Tuy nhiên,
cũng có một số hạn chế, như hạn chế về độ bền và tuổi thọ so với các loại motor điện
khác.

+ Một số mẫu xe sử dụng motor điện DC: Nissan Leaf (đời đầu), Tesla
Roadster (đời đầu), Chevrolet Spark EV,…

Hình 13.Động cơ điện DC

12


- Motor điện AC (Alternating Current Motor):
+ Motor điện AC (Alternating Current), hay còn gọi là motor điện xoay
chiều, là loại motor điện sử dụng dòng điện xoay chiều để tạo ra năng lượng cơ học.
Motor điện AC là loại motor phổ biến được sử dụng trong hầu hết các ô tô điện hiện
đại.
+ Motor điện AC có cấu tạo tương tự như các loại motor điện khác, bao gồm
stator và rotor. Stator là phần cố định của motor chứa các cuộn dây được sắp xếp thành
các khe dưới dạng xoắn ốc xung quanh trục quay của motor. Rotor là phần xoay được
gắn vào trục của motor và chứa các thanh từ nam châm.
+ Khi dòng điện xoay chiều được cấp vào cuộn stator, nó tạo ra từ trường
xoay quanh trục của motor. Sự tương tác giữa từ trường của stator và từ trường của
rotor tạo ra lực đẩy và xoay rotor, từ đó đẩy xe đi.
+ Motor điện AC được ưa chuộng trong ơ tơ điện vì nó có một số ưu điểm
quan trọng: hiệu suất cao, tính năng kiểm soát tốt, khởi động và tăng tốc nhanh, bền bỉ
và ít bảo dưỡng.
+ Một số mẫu xe sử dụng motor điện AC: Tesla Model S, Model 3, Model X
và Model Y, Audi e-tron, BMW i3 và i8, Nissan Leaf, Mercedes-Benz EQC,…

13


Hình 14.Motor điện AC

- Motor điện một chiều khơng chổi than (Brushless DC Motor - BLDC):
+ Là một loại động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng, từ
thiết bị gia đình đến cơng nghiệp và ơ tô. Điểm đặc biệt của motor này là không sử
dụng chổi than, một thành phần cơ học thường xuất hiện trong các động cơ điện một
chiều thơng thường.
+ Thay vì sử dụng chổi than để truyền điện từ nguồn năng lượng tới rotor
(phần quay) của động cơ, BLDC sử dụng điều khiển điện tử để cung cấp dịng điện
chính xác tới các cuộn dây trong stator (phần đứng yên) để tạo ra từ trường quay.
+ Một số xe điện sử dụng motor điện một chiều không chổi than (BLDC) bao
gồm: Tesla Model 3 và Model Y, Nissan Leaf, Chevrolet Bolt EV, BMW i3, Hyundai
Kona Electric,....

14


Hình 15.Motor điện một chiều khơng chổi than

- Motor điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm (Interior Permanent Magnet Motor):
+ Đây là một loại motor điện đặc biệt thuộc loại motor từ, một trong những
loại motor phổ biến trong ngành công nghiệp và truyền động điện.
+ Motor điện IPM sử dụng nam châm nội vị trí (interior permanent magnets)
trong bộ phận rotor của motor. Trong một motor từ thông thường, nam châm nằm ở
ngoài rotor và được gắn vào cơ cấu quay của motor. Tuy nhiên, trong motor điện IPM,
nam châm nội vị trí được tích hợp vào bên trong rotor, tạo ra sự tương tác mạnh hơn
giữa cảm ứng từ và nam châm.
+ Một số xe điện sử dụng motor điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu: Nissan
LEAF e+, BMW iX3, Porsche Taycan, Chevrolet Bolt EV,...

15

Hình 16.Motor điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm

- Motor điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet Synchronous Motor):
+ Đây là một loại motor điện từ, trong đó nam châm vĩnh cửu được sử dụng
trong rotor để tạo ra tương tác với cảm ứng từ trong stator, tạo ra sự quay đồng bộ và
hiệu suất cao.
+ Nam châm vĩnh cửu: Rotor của PMSM được trang bị nam châm vĩnh cửu,
thường là từ nam châm neodymium-iron-boron (NdFeB). Sự tương tác mạnh giữa nam
châm và cảm ứng từ tạo ra hiệu suất cao và momen xoắn tốt.
+ Đồng bộ: Motor PMSM thường hoạt động ở chế độ đồng bộ, có nghĩa là
tốc độ quay của rotor ln giữ vững một góc pha nhất định với tần số dịng điện đến
stator. Điều này tạo ra hiệu suất tốt và khả năng vận hành ổn định.

16


+ Hiệu suất cao: Nhờ vào sự tương tác mạnh mẽ giữa nam châm và cảm ứng
từ, motor PMSM thường có hiệu suất cao, giúp tiết kiệm năng lượng trong quá trình
vận hành.
+ Momen xoắn cao tại tốc độ thấp: PMSM thường cung cấp momen xoắn lớn
ở các tốc độ quay thấp, điều này hữu ích cho các ứng dụng đòi hỏi tăng tốc nhanh từ
tốc độ thấp.
+ Ổn định và chính xác: Motor PMSM thường có khả năng vận hành ổn định
và chính xác, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng địi hỏi độ chính xác trong vị
trí và tốc độ.
+ Một số xe điện sử dụng motor điện PMSM: Tesla Model S và Model X,
Jaguar I-PACE, Polestar 2, Hyundai Kona Electric và Ioniq Electric, NIO ES8 và
ES6....

Hình 17.Motor điện PSMS

17