Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu lý do vì sao xe điện chạy pin (BEV) được xem là giải pháp di chuyển của tương lai. Xe điện chạy pin (BEV), còn được gọi là xe điện thuần tuý, là giải pháp di chuyển lâu dài. So với xe dùng động cơ đốt trong (ICE), BEV có nhiều ưu điểm nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm. Trong bài này sẽ nói về ưu điểm của BEV và xe sử dụng động cơ đốt trong.
1. Hiệu suất của động cơ điện
Động cơ điện xoay chiều (AC), sử dụng rotor nam châm vĩnh cửu hoặc rotor cảm ứng, có hiệu suất tổng thể rất cao. Một động cơ điện nam châm vĩnh cửu điển hình dùng cho truyền động có hiệu suất tối thiểu vào khoảng 70–75% và hiệu suất tối đa đạt 95–97%.
Ngược lại, hiệu suất của động cơ đốt trong thấp hơn nhiều. Tùy thuộc vào loại động cơ (đánh lửa cưỡng bức hay đánh lửa do nén), hệ thống phun nhiên liệu (trực tiếp hoặc gián tiếp), kiểu nạp khí (tự nhiên hoặc tăng áp) và điểm làm việc (tốc độ và mô-men xoắn), hiệu suất của một động cơ đốt trong có thể nằm trong khoảng từ 10% đến 45%.
Một động cơ điện có thể vận hành với hiệu suất trung bình khoảng 85–90% (trên một chu kỳ lái). Trong khi đó, hiệu suất trung bình của động cơ đốt trong chỉ vào khoảng 25–30%. Kết luận là hiệu suất của động cơ điện, trong các ứng dụng ô tô, trung bình cao gấp ba lần so với động cơ đốt trong.
2. Mô-men xoắn của động cơ điện
Một động cơ điện nam châm vĩnh cửu có đặc tính truyền động lý tưởng. Ngoài ra, ngay tại tốc độ bằng 0, động cơ điện có thể tạo ra mô-men xoắn cực đại, điều này mang lại khả năng đề-pa (tăng tốc từ trạng thái đứng yên) rất tốt cho xe.
Một động cơ điện có khả năng cung cấp mô-men xoắn cực đại trong một khoảng thời gian giới hạn (vài giây) và mô-men xoắn liên tục (miễn là còn năng lượng cung cấp). Mô-men xoắn cực đại yêu cầu dòng điện rất lớn được cấp từ bộ pin, điều này tạo ra nhiệt độ cao trong bộ điện tử công suất và bản thân động cơ.
Để bảo vệ các linh kiện, mô-men xoắn cực đại được giới hạn theo thời gian, nhưng vẫn đủ để cải thiện mạnh mẽ khả năng tăng tốc của xe.
Ngược lại, động cơ đốt trong không thể tạo ra mô-men xoắn cực đại ngay từ tốc độ thấp nhất (chế độ idle). Chúng cũng cần nhiều thời gian hơn để đạt mô-men xoắn cực đại do ảnh hưởng của các chi tiết cơ khí và động học dòng khí nạp (quán tính, độ trễ turbo, v.v.).
Ngay cả những động cơ đốt trong hiện đại và tiên tiến nhất cũng không thể vượt qua động cơ điện về đặc tính truyền động (mô-men xoắn và công suất). Ở góc độ này, động cơ điện rõ ràng là giải pháp tối ưu hơn cho các ứng dụng ô tô.
Một yếu tố quan trọng khác là mật độ mô-men xoắn / công suất. So với động cơ đốt trong, động cơ điện có mật độ mô-men xoắn và mật độ công suất — tính theo khối lượng [Nm/kg, kW/kg] hoặc thể tích [Nm/l, kW/l] — cao hơn ít nhất gấp đôi. Với cùng mức mô-men xoắn hoặc công suất đầu ra, động cơ điện nhẹ hơn và nhỏ gọn hơn rất nhiều.
3. Độ tin cậy
Chú thích:
- 1- bộ điều khiển công suất (power electronic controller)
- 2- stato (stator)
- 3- roto (rotor)
- 4- hộp số 1 cấp và vi sai (single speed gearbox and differential)
Vì có ít bộ phận chuyển động hơn so với động cơ đốt trong, động cơ điện có ít nguồn gây hỏng hóc hơn. Đồng thời, nhờ đặc tính mô-men xoắn cao và tốc độ quay lớn của động cơ điện, không cần sử dụng hộp số nhiều cấp; một hộp số cơ khí một cấp là đủ để đáp ứng yêu cầu truyền động.
Ngược lại, động cơ đốt trong có rất nhiều bộ phận chuyển động và các hệ thống phụ trợ khác (hệ thống nhiên liệu, hệ thống xử lý khí thải, v.v.), tất cả đều có thể trở thành nguồn gây hỏng hóc. Hơn nữa, do đặc tính mô-men xoắn của động cơ đốt trong, xe sử dụng ICE bắt buộc phải có hộp số nhiều cấp, đây cũng là một nguồn gây hỏng hóc tiềm tàng.
4. Phân bổ mô-men xoắn
Đối với xe điện dẫn động bốn bánh (AWD), độ ổn định khi vào cua có thể được cải thiện bằng cách điều khiển mô-men xoắn đến từng bánh xe. Ngoài ra, so với động cơ đốt trong, động cơ điện có phản hồi mô-men xoắn nhanh hơn và có thể tạo ra mô-men xoắn âm (negative torque).
Động cơ đốt trong chỉ đóng góp rất hạn chế vào sự ổn định của xe; hầu hết thời gian nó chỉ có thể giảm lượng mô-men xoắn được cung cấp.
5. Thu hồi năng lượng & phanh tái tạo
Một lợi thế quan trọng khác của máy điện là khả năng làm việc hai chiều. Điều này có nghĩa là nó có thể tạo ra mô-men xoắn khi được cấp điện, hoặc tạo ra điện năng khi nhận mô-men xoắn từ bên ngoài (do quán tính của xe). Khi máy điện tạo ra mô-men xoắn, nó hoạt động ở chế độ motor; khi nó tạo ra điện năng, nó hoạt động ở chế độ máy phát.
Như có thể thấy trong hình trên, mô-men xoắn âm có thể lớn ngang với mô-men xoắn dương.
Điều này có nghĩa là máy điện có thể tạo ra một lượng mô-men phanh rất lớn. Nhờ khả năng điều khiển mô-men phanh ở bất kỳ mức nào trong toàn bộ bản đồ đặc tính, xe điện chạy pin có thể thực hiện các chức năng sau khi người lái nhả bàn đạp ga:
| Mode (Chế độ) | Activation conditions (Điều kiện kích hoạt) | Description (Mô tả) |
|---|---|---|
| Coasting (trôi xe) | Người lái nhả nhẹ bàn đạp ga- tốc độ xe tương đối cao | Mô-men của máy điện xấp xỉ 0 Nm (thực tế hơi âm nhẹ), chỉ tạo đủ điện để duy trì hệ thống 12V hoạt động qua bộ DC-DC máy điện không kéo và cũng không phanh xe- xe di chuyển nhờ quán tính |
| Overrun (hãm bằng quán tính mạnh) | Người lái nhả chân ga nhanh tốc độ xe tương đối thấp | Mô-men máy điện là âm (ví dụ: –50 Nm) và tạo ra điện năng- chế độ này mô phỏng phanh động cơ của xe dùng ICE |
| Regen braking (phanh tái tạo) | Người lái đạp nhẹ hoặc vừa phải bàn đạp phanh | Máy điện tạo ra mô-men âm lớn (ví dụ: –150 Nm), tùy theo độ nhấn bàn đạp phanh- chế độ này mô phỏng phanh (thủy lực) của xe dùng động cơ đốt trong- nếu người lái đạp phanh mạnh, phanh thủy lực sẽ kích hoạt |
Tất cả các chế độ này có thể được thực hiện khá dễ dàng chỉ bằng việc điều khiển mô-men xoắn của máy điện. Việc kích hoạt từng chế độ tùy thuộc vào từng nhà sản xuất, nhưng đặc tính hoạt động thì giống nhau ở tất cả các xe.
6. Bảo dưỡng – bảo trì (Service maintenance)
Do có ít bộ phận chuyển động và linh kiện hơn, xe điện chạy pin (BEV) dễ bảo dưỡng và chi phí thấp hơn. Ngược lại, để duy trì tình trạng hoạt động tốt, động cơ đốt trong cần được bảo dưỡng định kỳ (thay lọc gió, lọc nhiên liệu, thay dầu, v.v.).
7. Phát thải ô nhiễm (Pollutant emissions)
Vì sử dụng hoàn toàn năng lượng điện cho truyền động, xe điện không bị áp dụng các quy định về khí thải.
8. Xe tự hành (Autonomous vehicles)
Vì ngành công nghiệp ô tô đang chuyển dần sang xe tự hành, việc sử dụng BEV mang lại nhiều lợi thế rõ ràng. Lợi thế lớn nhất là BEV có thể sạc không dây, loại bỏ nhiều nguy cơ tiềm ẩn từ tiếp xúc điện.
Ngoài ra, loại bỏ nhiên liệu lỏng khỏi quá trình nạp năng lượng giúp cải thiện đáng kể mức độ an toàn khi “tiếp nhiên liệu” cho xe.
Trên đây là toàn bộ thông tin về chủ đề ưu điểm của xe điện BEV và xe sử dụng động cơ đốt trong mà trung tâm VATC muốn gửi đến bạn. Hy vọng bài viết này sẽ bổ ích và hữu dụng với bạn.
Nếu bạn có đang đam mê hoặc muốn tìm hiểu về các khóa học trong ngành ô tô thì liên hệ ngay với trung tâm VATC theo thông tin dưới đây để được tư vấn chi tiết nhất nhé!
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam – VATC
- Địa chỉ: Số 4-6, Đường số 4, Phường Hiệp Bình Phước, Thành Phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
- Điện thoại: 0945711717
- Email: info@oto.edu.vn
Xem thêm:
