Các loại PIN trên ô tô điện

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TH NH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CÁC LOẠI PIN TRÊN Ô TÔ ĐIỆN

SVTH : TỪ TRUNG KIÊN
MSSV: 13145130
SVTH : TRẦN LÂM TÚ
MSSV: 13145313
GVHD: GVC.ThS. ĐỖ QUỐC ẤM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TH NH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Tên đề tài

CÁC LOẠI PIN TRÊN Ô TÔ ĐIỆN

SVTH : TỪ TRUNG KIÊN
MSSV: 13145130
SVTH : TRẦN LÂM TÚ
MSSV: 13145313
GVHD: GVC.ThS. ĐỖ QUỐC ẤM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018


TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ..… năm ……

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. Từ Trung Kiên

MSSV: 13145130

2. Trần Lâm Tú

MSSV: 13145313

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Mã ngành đào tạo: ......................

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Mã hệ đào tạo: ...........................

Khóa: 2013

Lớp: ............................................

1. Tên đề tài
CÁC LOẠI PIN TRÊN Ô TÔ ĐIỆN
2. Nhiệm vụ đề tài
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
3. Sản phẩm của đề tài
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: ...............................................................
5. Ngày hồn thành nhiệm vụ: ..............................................................
TRƢỞNG BỘ MƠN

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
Tên đề tài: Các loại pin trên ô tô
Họ và tên Sinh viên: Từ Trung Kiên

MSSV: 13145130

Trần Lâm Tú

MSSV: 13145313

Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật ơ tơ
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
........................................................................................................................ ..............
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): ...................................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ......................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 01 năm 2018

Giảng viên hƣớng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: Các loại pin trên ô tô
Họ và tên Sinh viên: Từ Trung Kiên

MSSV: 13145130

Trần Lâm Tú

MSSV: 13145313

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ơ tơ
I. NHẬNXÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): ...................................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ......................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 01 năm 2018

Giảng viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)


Lời cảm ơn
Bốn năm dài học tập dƣới mái trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ
Chí Minh, với tƣ cách là sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật ô tô, chúng em đã trƣởng
thành hơn và học tập rất nhiều điều bổ ích. Từ những kiến thức lý thuyết trên giảng
đƣờng đến những kỹ năng tay nghề ở xƣởng thực tập. Và hơn hết là thầy cô đã chỉ dạy,
rèn giũa cho chúng em một thái độ, tác phong chuyên nghiệp để chúng em có một hành
trang đầy đủ, vững chắc, bƣớc vào con đƣờng sự nghiệp phía trƣớc.
Chúng em rất vinh dự và tự hào là sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật ô tô, khoa
Cơ Khí Động Lực, trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Qua

đây, chúng em xin cảm ơn quý trƣờng đã tạo mọi điều kiện tốt nhất, từ cơ sở vật chất đến
đội ngũ giáo viên giàu kinh nghiệm, để chúng em có một khơng gian học tập và nghiên
cứu không thể nào tuyệt vời hơn.
Tiếp theo, chúng em xin chân thành cảm ơn khoa Cơ Khí Động Lực đã luôn sát
cánh với sinh viên trong mọi hoạt động, từ học tập đến những cuộc thi tay nghề, sân chơi
dành cho sinh viên để chúng em có thể học hết sức, chơi hết mình, thỏa sự đam mê, sáng
tạo.
Và chúng em không thể nào quên công ơn dìu dắt của các thầy, các cơ khoa Cơ
Khí Động Lực trong suốt bốn năm dài trên ghế giảng đƣờng. Đặc biệt, khi thực hiện đồ
án tốt nghiệp, chúng em xin cảm ơn giáo viên hƣớng dẫn, thầy Đỗ Quốc Ấm. Ngƣời thầy
đã tận tình giúp đỡ, chỉ dạy trong suốt học kì qua để chúng em hồn thành đồ án một
cách tốt nhất.
Nhóm sinh viên thực hiện
Từ Trung Kiên
Trần Lâm Tú

i


Tóm tắt
Khi mà các vấn đề nhƣ cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch, ơ nhiễm mơi trƣờng, hiệu
ứng nhà kính, biến đồi khí hậu... đang trở nên trầm trọng qua từng ngày và là thách thức
với các quốc gia nói chung và các nhà sản xuất ơ tơ nói riêng. Ô tô điện đã quay trở lại và
sẽ trở thành xu hƣớng của phƣơng tiện di chuyển trong tƣơng lai gần.
Công nghệ pin trên ô tô điện trong thời gian gần đây đã đƣợc đầu tƣ và phát triển.
Từ việc chuyển sang dùng pin li-ion, NiMH thay cho ắc quy axit chì đến việc tăng dung
lƣợng dự trữ của pin, quãng đƣờng di chuyển dài hơn, công suất lớn hơn, tuổi thọ dài
hơn, giá thành rẻ hơn...
Với đề tài Các loại pin trên ơ tơ điện, chúng em đã tìm hiểu, nghiên cứu sơ lƣợc về
ơ tơ điện nói chung và cơng nghệ pin trên ơ tơ điện nói riêng. Nội dung để tài bao gồm

hai phần chính nhƣ sau:
Phần một là ô tô điện, sẽ là khái quát về lịch sử của ô tô điện, các loại ô tô điện và
cấu hình chính của các dịng ơ tơ điện. Phần hai là công nghệ pin trên ô tô điện, sẽ trình
bày về lịch sử phát triển, cơng dụng của các loại pin trên ô tô điện gồm: ắc quy axit chì,
ắc quy kiềm, pin li-ion và pin NiMH. Trong đó, chúng em sẽ tìm hiểu về cấu tạo và
ngun lý hoạt động, cũng nhƣ là ƣu, nhƣợc điểm của từng loại pin trên. Bên cạnh đó,
chúng ta sẽ trả lời câu hỏi: “Tại sao pin li-ion và NiMH lại đƣợc dùng phổ biến trên ô tô
điện ?”

ii


Mục lục
Trang
Tóm tắt ........................................................................................................................................... ii
Mục lục .........................................................................................................................................iii
Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu ...................................................................................... vii
Danh mục các hình .................................................................................................................... viii
Danh mục các bảng ..................................................................................................................... xi
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................................... 1
1.1. Lý do chọn đề tài................................................................................................................... 1
1.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu....................................................................................... 1
1.3. Mục tiêu và nhiêm vụ nghiên cứu....................................................................................... 2
1.4. Phƣơng pháp nghiên c ứu...................................................................................................... 2
1.5. Kế hoạch thực hiện ............................................................................................................... 2
CHƢƠNG 2. Ô TÔ ĐIỆN VÀ CÔNG NGHỆ PIN TRÊN Ô TÔ ĐIỆN .............................. 3
2.1. Ô tô điện ................................................................................................................................. 3
2.1.1. Lịch sử ô tô điện – sự trở lại của ô tô điện................................................................. 3
2.1.2. Ƣu điểm của ơ tơ điện................................................................................................... 5
2.1.2.1. Tích c ực bảo vệ nguồn năng lƣợng- giảm thiểu biến đổi khí hậu ................... 5

2.1.2.2. Không gây ô nhiễm tiếng ồn ................................................................................ 5
2.1.2.3. Tiết kiệm năng lƣợng ............................................................................................ 5
2.1.2.4. Kết cấu đơn giản, tiện lợi bảo dƣỡng sửa chữa ................................................. 6
2.1.3. Ơ tơ điện 100%-EV....................................................................................................... 7
2.1.3.1. Khái quát................................................................................................................. 7
2.1.3.2. Các cấu hình truyền động chính của EV ............................................................ 7
2.1.3.3. Cơng nghệ pin cho EV ........................................................................................10

iii


2.1.3.4. Động cơ điện ........................................................................................................11
2.1.3.5. Hệ thống điện tử công suất .................................................................................12
2.1.3.6. Hệ thống kiểm soát..............................................................................................13
2.1.3.7. Các hệ thống khác ...............................................................................................13
2.1.4. Xe lai HEV và PHEV .................................................................................................13
2.1.4.1. Khái quát...............................................................................................................13
2.1.4.2. Các cấu hình truyền động chính của xe lai .......................................................14
2.1.4.3. Cơng nghệ pin cho xe lai ....................................................................................21
2.1.4.4. Động cơ điện ........................................................................................................22
2.1.4.5. Máy phát điện ......................................................................................................22
2.1.4.6. Hệ thống điện tử công suất .................................................................................22
2.1.4.7. Hệ thống truyền động kết hợp............................................................................22
2.1.4.8. Hệ thống kiểm sốt..............................................................................................23
2.1.4.9. Các hệ thống khác ...............................................................................................23
2.2. Cơng nghệ pin trên ô tô điện ............................................................................................. 24
2.2.1. Khái quát ......................................................................................................................24
2.2.1.1. Sơ lƣợc lịch sử phát triển của pin ......................................................................24
2.2.1.2. Công dụng của ắc quy, pin trên ô tô điện .........................................................26
2.2.2. Ắc quy axít chì.............................................................................................................27

2.2.2.1. Khái qt...............................................................................................................27
2.2.2.2. Cấu tạo chung ......................................................................................................28
2.2.2.3. Ngun lý hoạt động ...........................................................................................28
2.2.2.4. Ƣu và nhƣợc điểm ...............................................................................................29
2.2.3. Pin Niken-Catmi ..........................................................................................................30
2.2.3.1. Khái quát...............................................................................................................30

iv


2.2.3.2. Cấu tạo chung ......................................................................................................30
2.2.3.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................30
2.2.3.4. Ƣu và nhƣợc điểm ...............................................................................................31
2.2.4. Pin lithium-ion .............................................................................................................31
2.2.4.1. Khái quát...............................................................................................................31
2.2.4.2. Cấu tạo ..................................................................................................................34
2.2.4.2.1. Điện cực dƣơng............................................................................................34
2.2.4.2.2. Điện cực âm .................................................................................................36
2.2.4.2.3. Chất điện phân .............................................................................................37
2.2.4.2.4. Màng ngăn ....................................................................................................38
2.2.4.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................38
2.2.4.4. Các đƣờng đặc tính..............................................................................................39
2.2.4.4.1. Đặc tính nạp .................................................................................................39
2.2.4.4.2. Đặc tính xả....................................................................................................43
2.2.4.5. Ƣu và nhƣợc điểm ...............................................................................................45
2.2.5. Pin niken hydrua kim lo ại ..........................................................................................45
2.2.5.1. Khái quát...............................................................................................................45
2.2.5.2. Cấu tạo ..................................................................................................................47
2.2.5.2.1. Điện cực dƣơng............................................................................................47
2.2.5.2.2. Điện cực âm .................................................................................................47

2.2.5.2.3. Chất điện phân .............................................................................................47
2.2.5.2.4. Màng ngăn ....................................................................................................48
2.2.5.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................48
2.2.5.4. Các đƣờng đặc tính..............................................................................................48
2.2.5.4.1. Đặc tính nạp .................................................................................................48

v


2.2.5.4.2. Đặc tính xả....................................................................................................50
2.2.5.5. Ƣu và nhƣợc điểm ...............................................................................................52
2.2.6. Cơng nghệ pin phổ biến trên ô tô điện hiện nay......................................................52
CHƢƠNG 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 55
3.1. Kết luận ................................................................................................................................ 55
3.2. Kiến nghị .............................................................................................................................. 55
Danh mục tài liệu tham khảo .................................................................................................... 56

vi


Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu
EV: Electric Vehicle
Li-ion: Lithium-ion
HEV: Hybrid Electric Vehicle
PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle
FCV: Fuel Cell Vehicle
EM: Electric Motor
NiMH: Nickel-Metal Hydride
AC: Alternating Current
DC: Direct Current

CVT: Continuously Variable Transmission
ECU: Engine Control Unit
Ni-Cd: Nickel-Cadmium
CC: Constant Current
CV: Constant Voltage
M: Metal
MH: Metal Hydride

vii


Danh mục các hình
Trang
Hình 2.1. EV của Thomas Davenport (1834) ........................................................................... 3
Hình 2.2. Bản đồ phát triển dịng EV......................................................................................... 4
Hình 2.3. Nạp năng lƣợng cho EV ............................................................................................. 6
Hình 2.4. Kết cấu chung của EV ................................................................................................ 6
Hình 2.5. Mẫu xe Nissan Leaf .................................................................................................... 7
Hình 2.6. Hệ thống truyền động của EV có một động cơ điện ............................................... 7
Hình 2.7. Hệ thống truyền động của EV có hai động cơ điện ................................................ 8
Hình 2.8. Khung gầm của xe Tesla Model S ............................................................................ 9
Hình 2.9. Pin Li-ion của xe Nissan Leaf ................................................................................. 10
Hình 2.10. Động cơ điện của xe Nissan Leaf ......................................................................... 11
Hình 2.11. Hệ thống điện tử cơng suất trên EV...................................................................... 12
Hình 2.12. Toyota Prius, một mẫu xe PHEV khá phổ biến .................................................. 14
Hình 2.13. Serie Full Hybrid ..................................................................................................... 15
Hình 2.14. Parallel Full Hybrid ................................................................................................ 16
Hình 2.15. Cơ chế khớp nối mơ men xoắn.............................................................................. 18
Hình 2.16. Hệ bánh răng hành tinh .......................................................................................... 19
Hình 2.17. Serie/Parallel Hybrid .............................................................................................. 20

Hình 2.18. Pin NiMH của xe Toyota Prius ............................................................................. 21
Hình 2.19. Hộp số hành tinh ..................................................................................................... 23
Hình 2.20. Allessandro Volta và miêu tả sơ đồ pin do ơng chế tạo vào năm 1800 ........... 24
Hình 2.21. Gaston Planté và mẫu pin có thể sạc do ông sáng chế vào năm 1860.............. 24
Hình 2.22. Chiếc Lunar Rover dùng để di chuyển trên mặt trăng trong nhiệm vụ Apollo
15 của NASA...............................................................................................................................25

viii


Hình 2.23. Pin Li-ion nguyên khối 400V sử dụng trên xe ơ tơ điện .................................... 26
Hình 2.24. Cấu tạo pin axit chì ................................................................................................. 28
Hình 2.25. Phản ứng hóa học xả/nạp ắc quy axit-chì............................................................. 29
Hình 2.26. Cấu tạo của pin Ni-Cd ............................................................................................ 30
Hình 2.27. Pin li-ion 18650 dùng cho đèn pin ........................................................................ 32
Hình 2.28. Pin li-ion cịn phổ biến trên điện thoại di động, máy ảnh .................................. 32
Hình 2.29. Pin Sanyo li-ion 18650 dạng trụ, dung lƣợng 2600mAh ................................... 33
Hình 2.30. Pin Sanyo li-ion dạng khối chữ nhật..................................................................... 33
Hình 2.31. Bộ pin li-ion trên xe Nissan Leaf .......................................................................... 34
Hình 2.32. Bộ pin trên xe Tesla Model S dùng hơn 7.000 pin Panasonic li-ion 18650 ... 34
Hình 2.33. Cấu trúc dạng lớp giúp LiCoO2 dễ dàng cho và nhận ion Li + ........................... 34
Hình 2.34. Cấu trúc khơng gian c ủa hợp chất LiCoO2 .......................................................... 35
Hình 2.35. Cấu trúc khơng gian kiểu lập phƣơng của LiMn2 O4 .......................................... 35
Hình 2.36. Cấu trúc tinh thể của LiFePO4 ............................................................................... 36
Hình 2.37. Cấu trúc mạng tinh thể của graphite ..................................................................... 36
Hình 2.38. Cấu trúc tinh thể của silicon .................................................................................. 37
Hình 2.39. Kích thƣớc pin li-ion đƣợc thu gọn....................................................................... 37
Hình 2.40. Ảnh cắt lát màng ngăn gồm 3 lớp PP/PE/PP ....................................................... 38
Hình 2.41. Chiều của dịng electron và Li + khi pin đang nạp ............................................... 38
Hình 2.42. Chiều của dòng electron và Li + khi pin đang xả ................................................. 39

Hình 2.43. Đƣờng đặc tính nạp tiêu biểu của pin Sanyo li-ion ............................................ 40
Hình 2.44. Quá trình nạp phụ thuộc vào cƣờng độ dịng điện .............................................. 41
Hình 2.45. Ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng đến quá trình nạp ..................................... 42
Hình 2.46. Đƣờng đặc tính xả của pin tại nhiều mức xả khác nhau .................................... 43
Hình 2.47. Đƣờng đặc tính xả ở nhiệt độ mơi trƣờng khác nhau ......................................... 44

ix


Hình 2.48. Pin Energizer NiMH AA 2300mAh 1.2V............................................................ 46
Hình 2.49. Bộ pin NiMH công suất cao của xe lai Toyota Prius ......................................... 46
Hình 2.50. Bộ pin NiMH trên xe điện Honda Plus EV ......................................................... 46
Hình 2.51. Cấu trúc khơng gian của hợp chất ở điện cực âm với các nguyên tử hydro nằm
xen kẽ các nguyên tử kim loại tạo thành hợp kim hydrua..................................................... 47
Hình 2.52. Đƣờng đặc tính nạp tiêu biểu của pin NiMH ...................................................... 49
Hình 2.53. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên dung lƣợng thực tế khi nạp ................................... 49
Hình 2.54. Đƣờng đặc tính xả tiêu biểu của pin NiMH......................................................... 50
Hình 2.55. Ảnh hƣởng của nhiệt độ mơi trƣờng khi xả đối với điện áp...........................51
Hình 2.56. Điện áp của pin ở các mức xả khác nhau........................................................ 51

x


Danh mục các bảng
Trang
Bảng 2.1. Các loại pin đƣợc dùng trên ô tô điện của các nhà sản xuất ô tô ..................... 52
Bảng 2.2. Các thông số của bốn loại pin, ắc quy đƣợc dùng trên ô tô điện................... 52

xi

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Ô nhiễm khơng khí đƣợc các chun gia về mơi trƣờng ví nhƣ những kẻ giết
ngƣời thầm lặng. Khí thải từ động cơ diesel trong xe tải, tàu thuyền, thiết bị dùng trong
nông nghiệp... gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con ngƣời. Theo Hiệp hội Phổi
Mỹ, bụi từ động cơ diesel khiến khoảng 15.000 trẻ em tử vong trƣớc tuổi trƣởng thành
mỗi năm tại quốc gia này.[1]
Đứng trƣớc vấn đề ơ nhiễm khơng khí và tình trạng nóng lên tồn cầu, xe chạy
bằng năng lƣợng điện hay xe hybrid với các ƣu điểm nhƣ khơng thải khói bụi, khơng gây
tiếng ồn khi lƣu thông đƣợc coi nhƣ một giải pháp hữu ích cho bài tốn mơi trƣờng, thay
thế các phƣơng tiện dùng xăng truyền thống. Chính vì lẽ đó mà thời gian gần đây, chúng
ta bắt đầu đƣợc làm quen nhiều hơn đến các khái niệm nhƣ : xe chạy điện – EV, xe lai –
HEV – Hybrid Electric Vehicle.
Tuy nhiên, hiện nay, có thể nói xe chạy điện vẫn chƣa hoàn toàn chiếm đƣợc sự
tin tƣởng của ngƣời dùng bởi giới hạn sử dụng của nó. Một chiếc xe chạy điện cần phải
mất khoảng 7-8 giờ sạc pin để có thể chạy đƣợc quãng đƣờng 200-400km trên lý thuyết
(quãng đƣờng này thƣờng giảm đi theo điều kiện thời tiết, cách lái xe, v.v..). Trong khi,
một chiếc xe chạy xăng sẽ chỉ mất 5-7 phút đổ xăng để có thể đầy bình xăng và giúp xe
chạy đƣợc quãng đƣờng gần 1000km. Ngay cả khi ngày nay một số hãng bắt đầu áp dụng
cơng nghệ sạc nhanh nhƣ Tesla, Nissan thì ngƣời dùng cũng phải mất tầm 20-30 phút sạc
để có thể đạt đƣợc 80-90% dung lƣợng pin.
Có thể khẳng định, trong tƣơng lai, cơng nghệ sản xuất pin chính là chìa khố mà
bất cứ hãng xe nào cũng muốn sở hữu để có thể chinh phục thị trƣờng xe năng lƣợng
sạch. Qua đó có thể thấy đƣợc vai trị ngày càng quan trọng của pin trong ngành công
nghiệp ô tô. Đây cũng là lý do chính thúc đẩy chúng em lựa chọn và tiến hành nghiên
cứu đề tài “Các loại pin trên ơ tơ điện” để góp phần nhỏ vào nền tảng kiến thức chuyên
ngành ô tô Việt Nam.
1.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Các loại pin thông dụng dùng trên ô tô điện .

Phạm vi nghiên cứu:
1


 Lịch sử và sự phát triển của ô tô điện.
 Cấu tạo, hệ thống truyền động, công nghệ pin của các dịng ơ tơ điện.
 Lịch sử, sự phát triển, công dụng của pin và ắc quy trên ô tơ điện.
 Cấu tạo, ngun lý hoạt động, đặc tính các loại pin, ắc quy trên ô tô điện.
1.3. Mục tiêu và nhiêm vụ nghiên cứu
Mục tiêu:
Tìm hiểu và xây dựng kiến thức về các loại pin, ắc quy trang bị trên ô tô điện.
Nhiệm vụ:
 Làm tài liệu tham khảo
 Góp phần vào nền tảng kiến thức chun mơn về ơ tơ điện..
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để hồn thành đề tài chúng em đã kết hợp nhiều phƣơng pháp nghiên cứu nhất là
phƣơng pháp tham khảo tài liệu, thu thập thông tin từ internet. Tham khảo kiến thức từ
thầy cơ và những ngƣời có kinh nghiệm chun mơn. Trên cơ sở đó để chúng em hình
thành đề cƣơng và hoàn thành đề tài.
1.5. Kế hoạch thực hiện


Thu thập tài liệu từ internet, sách tham khảo, thƣ viện v.v...



Phân tích nghiên cứu tài liệu dựa trên yêu cầu của đề tài



Tham khảo ý kiến giáo viên hƣớng dẫn



Chọn lọc sắp xếp kiến thức



Viết thuyết minh và soạn bài trình chiếu



Hƣớng dẫn, chỉnh sửa của giáo viên hƣớng dẫn



Hoàn thiện đề tài



Báo cáo

2


CHƢƠNG 2. Ô TÔ ĐIỆN VÀ CÔNG NGHỆ PIN TRÊN Ô TÔ ĐIỆN
2.1. Ô tô điện
2.1.1. Lịch sử ô tô điện – sự trở lại của ô tô điện
Đầu tiên không phải đến gần đây, thế giới mới ghi nhận sự ra đời của các loại xe
ôtô chạy năng lƣợng điện – EV. Chiếc xe ô tô điện đầu tiên đã đƣợc phát minh vào năm

1834 bởi Davenport.

Hình 2.1. EV của Thomas Davenport (1834)
Cùng với thời gian, một số mẫu EV cũng đƣợc một vài hãng xe phát triển, ví dụ
nhƣ chiếc Peugeot VLV vào năm 1941, chiếc Ford Transit vào năm 1970, v.v… Vậy tại
sao EV ra đời sớm nhƣ vậy mà phải mãi tới thời gian gần đây, EV mới đánh dấu sự quay
trở lại thị trƣờng ô tô và thu hút sự chú ý của dƣ luận. Để giải thích cho điều này cần rút
ra từ một số điều nhƣ sau:
 Trong giai đoạn đầu EV ra đời, xăng dầu lúc ấy vẫn có giá rất rẻ, các vấn đề về
ơ nhiễm mơi trƣờng ẫn cịn bị xem nhẹ nên dẫn đến việc các loại xe ô tô chạy động cơ
truyền thống chiếm đƣợc ƣu thế lớn so với EV.
 Thêm vào đó, giai đoạn này, chƣa có sự đột phá trong cơng nghệ pin và ắc quy.
Do đó, các loại EV chủ yếu vẫn dùng ắc quy axit chì dẫn đến việc khơng có hiệu năng
đáng kể,dung lƣợng kém, quãng đƣờng chạy đƣợc rất ngắn so với xe truyền thống, gặp
nhiều vấn đề về sự xuống cấp của ắc quy.
Tất cả các ý trên dẫn đến sự biến mất của EV trong giai đoạn 1921-1990. Từ năm
1990 trở đi, cùng với sự đột phá về công nghệ sản xuất pin, cụ thể là việc ra đời dòng
3


pin li-ion, sự nóng lên của trái đất, các vấn đề ô nhiễm môi trƣờng càng ngày càng không
thể xem nhẹ, việc cắt giảm lƣợng khí thải từ các phƣơng tiện đi lại, cụ thể ở đây là sự
quay trở lại của các dòng EV gần nhƣ là một bƣớc phát triển bắt buộc.
Thêm nữa, việc lƣợng dự trữ dầu ngày càng giảm, giá dầu bất ổn càng thúc đẩy
nền cơng nghiệp ơ tơ thực hiện bƣớc chuyển mình để thích hợp hơn với tình hình mới.
Chính vì lẽ đó mà thời gian gần đây, chúng ta bắt đầu đƣợc làm quen nhiều hơn đến các
khái niệm nhƣ: xe chạy điện – EV, xe lai – HEV – Hybrid Electric Vehicle, PHEV –
Plug-in Hybrid Electric Vehicle, mẫu Range Extender với bình xăng bổ sung hay gần
nhất là xe sử dụng pin nhiên liệu – FCV – Fuel Cell Vehicle.

Hình 2.2. Bản đồ phát triển dịng EV
Có thể nói, bƣớc vào giai đoạn những năm 2000, thế giới bƣớc vào một giai đoạn
bùng nổ của dòng xe năng lƣợng sạch (EV, HEV, FCV v.v…). Tuy vẫn còn chiếm thị
4


phần bé hơn so với những mẫu xe xăng, diesel truyền thống, nhƣng tin rằng, EV, HEV,
FCV là sự thay đổi bắt buộc cần phải có và trong tƣơng lai không xa, những chiếc xe này
sẽ thế chỗ của những chiếc xe truyền thống.
2.1.2. Ƣu điểm của ô tô điện
2.1.2.1. Tích cực bảo vệ nguồn năng lƣợng- giảm thiểu biến đổi khí hậu
Ngày nay, nhân loại đã nhìn thấy viễn cảnh u ám khơng xa của trái đất. Đó chính
là thảm họa ơ nhiểm mơi trƣờng, trái đất nóng dần lên và tình trạng nhiên liệu hóa thạch
dầu mỏ đang nhanh chóng cạn dần.
Trong các tác nhân gây ơ nhiễm,ơ nhiễm khí thải từ các loại xe cơ giới là nguồn ơ
nhiễm khơng khí lớn nhất và nguy hại nhất, đặc biệt ở khu vực đô thị. Hầu hết các chất
gây ô nhiễm môi trƣờng (CO , HC, NOx, SOx, Pb… các loại bụi lơ lửng, bụi hạt) điều
đƣợc tạo thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ xe, mà chủ yếu là động
cơ xăng và diesel.
EV thuần túy chạy trên đƣờng gần nhƣ không gây ô nhiễm khơng khí, hồn tồn
khơng thải ra khí độc hại cho môi trƣờng. Cho dù dựa vào việc tiêu thụ điện năng ,từ khí
thải các nhà máy điện, khí ơ nhiễm tạo thành cũng ít hơn khí thải của ơ tô, do hiệu suất
chuyển đổi năng lƣợng của nhà máy phát điện cao hơn. Vì vậy việc nghiên cứu phát triển
động cơ điện là bƣớc tiến lớn trong công cuộc chung tay cứu lấy “hành tinh xanh”.
2.1.2.2. Không gây ô nhiễm tiếng ồn
Tiếng ồn và mức độ chấn động khi di chuyển của EV là nhỏ hơn các động cơ đốt
trong khác. Với tốc độ thấp và chế độ nghỉ, sự thoải mái của EV cao hơn so với xe ô tô
thông thƣờng khi lái xe, cùng với sự gia tăng tốc độ xe chạy, âm thanh lốp và âm thanh
của gió là nguyên nhân chủ yếu tạo nên tiếng ồn, đặc điểm này ở xe EV đƣợc hỗ trợ rất
lớn đối với việc nâng cao chức năng giảm ô nhiểm tiếng ồn.

2.1.2.3. Tiết kiệm năng lƣợng
Một trăm cây số điện năng tiêu thụ của xe là 15-20kWh, sau khi tính tổn thất của
nhà máy điện và động cơ EV, điện năng tiêu thụ của 100 km là tiêu chuẩn 7 kg than. Xe
truyền thống đi 100 km tiêu thụ 10L nhiên liệu, tiêu thụ năng lƣợng khoảng 10 kg. Hơn

5


nữa trong môi trƣờng của thành phố, ƣu thế tiết kiệm năng lƣợng của xe ô tô điện càng
ngày đƣợc coi trọng, mở rộng.

Hình 2.3. Nạp năng lƣợng cho EV
2.1.2.4. Kết cấu đơn giản, tiện lợi bảo dƣỡng sửa chữa
So sánh khung gầm, động lực của xe ô tô điện với xe truyền thống, ta sẽ thấy rằng,
kết cấu của xe ô tô điện tƣơng đối đơn giản. Xe ô tô điện không cần những kết cấu phức
tạp và không gian hệ thống khí thải lớn, bảo dƣỡng thuận tiện dễ dàng hơn
Đồng thời không gian đƣợc mở rộng. Và xe ơ tơ điện có thể dễ dàng thuận tiện
thực hiện hệ thống chuyển động bốn bánh.

Hình 2.4. Kết cấu chung của EV
6


2.1.3. Ơ tơ điện 100%-EV
2.1.3.1. Khái qt
Đây là loại xe không bao gồm động cơ xăng hay diesel mà chạy hoàn toàn bằng
nguồn năng lƣợng đƣợc cung cấp từ pin. Ví dụ nhƣ chiếc Nissan Leaf, mẫu xe chạy hồn
tồn bằng điện của hãng xe đến từ Nhật Bản.

Hình 2.5. Mẫu xe Nissan Leaf

2.1.3.2. Các cấu hình truyền động chính của EV
Có hai cấu hình truyền động trên EV hiện nay. Đầu tiêng là loại EV có một động
cơ điện.

Hình 2.6. Hệ thống truyền động của EV có một động cơ điện
Trong hình 2.6, ta có thể thấy đƣợc cấu tạo hệ truyền động của phần lớn EV trên
thị trƣờng hiện nay.
7


So sánh với loại có hai động cơ điện nằm ở hai bánh xe chủ động là hình 2.7.

Hình 2.7. Hệ thống truyền động của EV có hai động cơ điện
Trong hình 2.6, chúng ta có thể thấy.
 Một động cơ điện – EM làm nhiệm vụ truyền động cho bánh xe thơng qua bộ
vi sai. Động cơ điện có thể là loại đồng bộ 3 pha, hoặc không đồng bộ 3 pha. Bộ điện tử
công suất giúp biến chuyển dòng điện DC/AC giúp chạy động cơ điện.
 Nguồn cung cấp năng lƣơng cho EV, là trái tim của EV mà trong trƣờng hợp
này là bộ pin. Pin có thể là loại Li-ion, NiMH, v.v..
 Bộ điện tử công suất giúp biến chuyển dòng điện AC/DC cho việc sạc pin.
 Một bộ xử lý trung tâm giúp tính tốn mọi vấn đề xảy ra trên EV: tƣơng tác
giữa các thiết bị, tƣơng tác giữa xe với mơi trƣờng bên ngồi. Ví dụ : sự điều phối dịng
năng lƣợng (dịng cơng suất) ở trong xe. Ví dụ: khi nào sẽ sạc pin, v.v… Mục đích là
giúp xe có thể hoạt động một cách tiết kiệm năng lƣợng nhất.
Trong hình 2.7 là một hệ thống truyển động khác đƣợc giới thiệu với hai động cơ
điện riêng rẽ cho mỗi bánh, giúp chúng ta loại bỏ đƣợc bộ vi sai nhƣng lại nhân đôi hệ
thống điện tử công suất cho mỗi bánh. Đây là cấu tạo trên các dịng xe Tesla, hãng ơ tô
điện của Mỹ khá nổi tiếng trong thời gian gần đây.
Có thể thấy ngay, hệ thống truyền động của EV so với dịng xe truyền thống đơn
giản hơn, ít bộ phận hơn, do đó hiệu năng xe cao hơn. Hình 2.8 khơng có sự hiện diện

của hộp số trong hệ thống truyền động của EV. Điều này có thể giải thích bởi tính chất
đặc biêt của động cơ điện.
8


Hình 2.8. Khung gầm của xe Tesla Model S
Nhƣng trƣớc hết, chúng ta hãy nhắc lại mục đích của hộp số trong hệ truyền động
của xe. Hộp số là một hệ thống bao gồm các bánh răng với kích thƣớc khác nhau có tác
dụng làm thay đổi tỉ lệ giữa vận tốc quay của trục đầu vào và trục đầu ra, cũng nhƣ tỉ lệ
giữa mô men xoắn của trục đầu vào và trục đầu ra.
Trên các dòng xe chạy xăng, diesel, chúng ta phải sử dụng hộp số bởi các động cơ
đốt trong ở vận tốc thấp có mơ men xoắn cực đại thấp, khơng đủ để có thể khởi động xe.
Do đó, nhờ vào 2 bánh răng với tỉ lệ phù hợp, chúng ta sẽ có thể giúp tăng mô men xoắn
cực đại của động cơ đốt trong ở vận tốc thấp (chiều ngƣợc lại thì vận tốc trục đâu ra lúc
này cũng sẽ chậm hơn vận tốc trục đầu vào) khiến xe có thể thốt đƣợc sức ì khi khởi
động. Ngoài ra, cần phải biết rằng, động cơ đốt trong có vùng hiệu năng cao khá hẹp. Vì
thế, với hộp số, ta có thể duy trì động cơ đốt trong hoạt động trong vùng hiệu năng cao
sau đó thay đổi tỉ số truyền giữa các bánh răng để đạt đƣợc vận tốc hoặc mô me n xoắn
mong muốn. Động cơ điện có khả năng cung cấp mơ men xoắn cực đại lớn hơn nhiều so
với động cơ đốt trong ở vận tốc thấp. Vùng hiệu năng cao của động cơ điện cũng trải dài
hơn nhiều so với động cơ đốt trong. Do vậy, ta có thể thấy rằng, những tác dụng của hộp
số đều đã có sẵn ở trong động cơ điện chính vì vậy mà phần lớn EV đều không cần dùng
đến hộp số.

9