Nguyên lý hoạt động của một số xe ô tô điện phổ biến hiện nay

I.Khái quát về Nguyên lý hoạt động ô tô điện

1.Khái quát

Xe ô tô điện sử dụng năng lượng tạo ra từ động cơ điện thay vì động cơ đốt trong. Đây là phương tiện không cần nhưng liệu đốt như dầu diesel, xăng  để vận hành mà lại sử dụng pin lithium-ion có thể sạc lại để tạo nguồn điện.

Không tiếng ồn, không ô nhiễm, hiệu năng cao, ô tô đang được kỳ vọng sẽ trở thành phương tiện di chuyển chủ yếu trong tương lai, được kỳ vọng làm cho các xe dùng động cơ đốt trong trở thành lỗi thời vào khoảng năm 2025.

Pin được lắp dưới sàn xe gồm rất nhiều viên pin lithium nhỏ, được xếp thành từng nhóm (gói pin). Từ đó, các gói pin này sẽ cấp điện cho động cơ cảm ứng gồm hai phần chính là stator (phần đứng yên) và rotor (phần chuyển động). Khi stator được nối với nguồn điện, nó tạo ra từ trường cung cấp năng lượng cơ học làm quay rotor quanh trục, giúp xe lăn bánh. Tốc độ xe có thể được điều khiển bằng cách thay đổi tần số cấp điện cho động cơ. Ưu điểm của xe ô tô điện là không gây ồn ào, không khí thải khí CO2 tiết kiệm năng lượng và đòi hỏi bảo trì ít hơn nhờ có ít bộ phận chuyển động hơn so với phương tiện sử dụng động cơ đốt trong.

Tuy nhiên, pin lithium-ion dùng để vận hành xe điện lại gián tiếp gây ô nhiễm môi trường. Pin lithium-ion được làm từ lithium. Việc khai thác lithium tác động đáng kể đến môi trường tại địa phương, đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nước. Lithium còn là nguyên tố hiếm và khó tái chế do đó chi phí sản xuất pin lithium-ion khá tốn kém. Thời lượng pin thấp và thiếu các trạm sạc năng lượng cũng là nhược điểm khi vận hành xe điện.

2. Nguyên lý hoạt động của vi sai trên ô tô điện

Trước khi tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, chúng ta cần hiểu thế nào là vi sai trên ô tô điện. Vi sai trên ô tô điện chính là phần ụ tròn nằm giữa cầu sau, tạo sự cân bằng, điều chỉnh tốc độ của từng bánh xe khi chúng bị trượt quay, giúp ô tô điện di chuyển ổn định, êm ái trên cả những đoạn đường cua.

Khi xe chạy thẳng, bánh xe được tác động trực tiếp bởi các lực cản đều nhau. Cho nên, bánh răng bán trục cùng bánh răng vành chậu đều sẽ quay thành một khối liền, truyền lực dẫn động lên các bánh xe giúp xe di chuyển ổn định.

Khi xe quay vòng, bánh ngoài và bánh trong có tốc độ quay khác nhau. Do đó, tốc độ khác nhau của 2 bán trục với cơ cấu quay độc lập thông qua bộ vi sai giúp bánh xe phía trong quay chậm và bánh xe phía ngoài quay nhanh hơn, giúp xe di chuyển dễ dành và êm ái.

II. Nguyên lý hoạt động của một số ô tô điện phổ biến hiện nay

1.Nguyên lý hoạt động của hãng xe ô tô điện nổi tiếng Vinfast

Vinfast là thương hiệu xe ô tô điện nổi tiếng tại Việt Nam, có thể nói là nhà sản xuất tiên phong trong lĩnh vực ô tô điện ở nước ta. Do đó, nguyên lý hoạt động của hãng xe này cũng được nhiều người dùng đặc biệt quan tâm.

Ô tô điện có cấu tạo động cơ cực kỳ đơn giản so với nhiều động cơ đốt trong khác. Các thành phần, chi tiết không phức tạp như động cơ đốt trong khác như xi lanh, bánh răng, piston, hệ thống lọc nhiên liệu, trục khuỷu,...Năng lượng điện tử motor điện truyền thẳng đến bánh xe để ô tô điện chuyển động và router quay nhờ từ trường quay được tạo ra. Hiện nay, ô tô điện thường sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha. Điện 3 pha hình thành bởi điện một chiều chạy qua biến tần, dòng điện 3 pha này sẽ làm nhiệm vụ tạo ra từ trường quay. Bánh xe được truyền lực nhờ bộ phận motor kết hợp với bánh răng và hộp số.

Thêm vào đó, ô tô điện cũng chú trọng đến hệ thống pin. Pin là nơi dự trữ năng lượng cho hoạt động của toàn bộ trên xe ô tô điện. Pin ô tô điện theo đánh giá của nhiều chuyên gia có thể đạt tới 12 năm bảo hành và có thể sạc từ 1500 - 2000 lần. Khả năng sạc nhanh là ưu điểm lớn của hệ thống pin này. Trong vòng 15 phút, nhờ công nghệ sạc nhanh pin có thể sạc đầy khoảng 80%. Xe Vinfast đã phủ sóng các trạm sạc điện trên toàn quốc nên người dùng có thể hoàn toàn yên tâm khi sử dụng ô tô điện của hãng xe này.

2. Ô tô điện Tesla có nguyên lý hoạt động như thế nào?

Ngoài hãng xe nổi tiếng trên, ô tô điện Tesla cũng là hãng xe nổi tiếng trên thị trường. Hệ thống điện được tích trữ trong pin ở dạng điện 1 chiều. Nguồn điện chuyển hóa khi tài xế đạp chân ga từ 1 chiều sang 3 chiều. Đồng thời thông qua việc thay đổi tần số của dòng điện thì tín hiệu sẽ được gửi đến bộ phận điều chỉnh tốc độ của ô tô.

Bánh xe được kết nối với động cơ thông qua bánh răng giúp ô tô chuyển động. Động cơ sẽ phát ra năng lượng và được truyền ngược lại pin khi tài xế đạp phanh hoặc xe giảm tốc.

Ô tô điện Tesla có bộ pin được sấp xếp thành từng nhóm song song và nối tiếp dưới sàn xe tạo nên hệ thống pin hoàn chỉnh. Công suất lớn nhưng trọng lương khá nhẹ là điểm nổi trội của động cơ ô tô điện hãng xe này.  Thay vào đó, các dòng động cơ xăng lại có trọng lượng lớn mà công suất cực đại không cao.

3. Nguyên lý hoạt động của dòng xe điện khá nổi tiếng trên thị trường hiện nay: Hyundai Kona Electric

Hyundai Kona Electric cũng là hãng xe ô tô điện có tầm ảnh hưởng nhất định trên thị trường. Cho nên nguyên lý hoạt động của hãng xe này cũng được quan tâm không kém.

Ở phần đầu xe, Kona Electric hoàn toàn không cần đến thành phần lưới tản nhiệt thường thấy trên xe động cơ đốt trong mà thay vào đó là mặt phẳng hoàn toàn với thanh kim loại ghép liền với logo Hyundai đặt giữa.

Góc trên bên phải của mặt phẳng ghép với thanh kim loại này chính là nắp che cổng sạc pin cho xe. Bộ pin lithium-ion của xe là 64 kWh với mật độ cao 141,3 Wh/kg, từ đó động cơ điện được cung cấp năng lượng với công suất 201 mã lực và mô men xoắc cực đại lên đến 394 Nm, giúp xe có thể tăng tốc từ 0 đến 100 km/h trong 7,2 giây. Để sạc đầy khối pin này nếu dùng bộ sạc cấp độ 2 có công suất 7,2 kW thì mất 9 giờ 35 phút. Vì vậy chỉ trong vòng 54 phút, bộ sạc nhanh cấp độ 3 giúp khối pin được sạc 80%.

Sau mỗi lần sạc, cụm pin tiêu chuẩn cho phép xe chạy được 342 km. Với hệ thống sạc nhanh Kona Electric có thể sach pin từ 10% đến 80% trong 41 phút. Ngoài ra loại xe này cũng có tính năng cung cấp điện cho các thiết bị khác với công suất đầu ra tùy thuộc vào thị trường mà nó được bán. Động cơ đốt trong của loại xe điện này có vòm chắn bùn bánh xe được ốp màu đen cùng cản sốc và tấm ốp bảo vệ gầm. Bên trong, cabin có thiết kế táp-lô nằm ngang có các cửa gió hình chữ nhật. Mẫu Kona Electric có trục điều khiển trung tâm nối liền với táp-lô. Đây là nơi có các nút vật lý điều khiển hệ thống giải trí, các chế độ lái, điều hòa cùng các ổ cắm điện. Hệ thống điện từ được sử dụng với lẫy chuyển số được bố trí ngay sau vô lăng thay cho cần số.

4. Xe full-hybrid - Nguyên lý hoạt động

Hiện nay, những ưu việt của dòng xe full-hybrid ngày càng được ứng dụng nhiều hơn cả. Nguyên lý hoạt động của dòng xe này khá đơn giản. Ở từng giai đoạn khác nhau: xe lăn bánh, động cơ xăng và động cơ điện đều có vai trò và nhiệm vụ khác nhau.

Giai đoạn 1 là giai đoạn khởi động, lúc này động cơ điện hoạt động, máy xăng chưa khởi động. Khi đề máy, người lái xe sẽ không nghe được tiếng nổ của động cơ xăng.

Tiếp theo là giai đoạn nhấn ga di chuyển tốc độ thấp. Ở giai đoạn này, mô tơ điện làm việc đơn lẻ do tài xế chỉ nhấn nhẹ nhàng chân ga, cung cấp cho trục dẫn động lực kéo và đẩy xe về phía trước.

Giai đoạn 3 là tăng tốc. Lúc này, người lái xe sẽ đạp sâu chân ga, động cơ xăng được kích hoạt để hỗ trợ động cơ điện ngay lập tức. Lúc này xe sẽ lấy thêm điện từ ắc quy để bổ sung cho động cơ điện bất kể tài xe có thốc ga ở vị trí đứng yên hay đang chạy đều ở dải tốc độ thấp, đồng thời động cơ xăng hoạt động hỗ trợ.

Bước vào giai đoạn 4, xe đạt đến ổn định tốc độ. Nếu pin còn đủ năng lượng, động cơ điện hoạt động độc lập và sẽ duy trì ổn định tốc độ khoảng 60 km/h. Ở dải tốc độ này, động cơ xăng luôn sẵn sàng can thiệp khi xe cần lực kéo nhiều hơn. Mô tơ điện được cung cấp năng lượng khi tài xế nhích thêm ga, động cơ xăng khởi động và chạy máy phát điện.

Giai đoạn 5 là giảm tốc. Động cơ đóng vai trò máy phát khi người lái xe buông chân ga để giảm tốc. Lúc này hệ thống pin hybrid sẽ sử dụng động năng lãng phí của xe khi phanh để nạp lại điện.

Giai đoạn cuối cùng là dùng xe. Trong trường hợp xe phải dùng lại hẳn do chờ đèn đỏ, đỗ tạm thời,.. để bảo toàn nguồn năng lượng, cả động cơ xăng và mô tơ điện sẽ tự ngắt.

III.Góc nhìn phổ biến về xu hướng phát triển của ô tô điện

Xe ô tô điện dần trở thành loại xe được ưa chuộng trên thế giới trong đó có Việt Nam. Xuất phát từ nhu cầu thực tế rằng, ở nước ta, tình trạng ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu ngày càng trầm trọng, mục tiêu hướng tới hiện nay chính là sử dụng các loại phương tiện giúp giảm tình trạng thiếu khí nhà kính, điều này đi đôi với việc sử dụng ô tô điện.

Hiện nay, cơ sở hạ tầng và công nghệ hiện đại cũng trở thành yếu tố tác động trực tiếp thúc đẩy sự tăng trưởng của xe điện. Những người có nhu cầu sử dụng ô tô điện là những người yêu công nghệ, thích trải nghiệm, có trách nhiệm với môi trường, quan tâm đến tối ưu hoá chi phí. Bộ phận này là người có lối sống văn minh và đẳng cấp sống cao. Thêm vào đó, các công ty sản xuất ô tô điện ngày càng tập trung đầu tư nghiện cứu ra công nghệ, ký thuật mới cho xe điện, làm tăng hiệu suất hoạt động và giảm giá thành. Các mẫu ô tô điện mới, đẹp mắt liên tục được tung ra thị trường, làm tăng sức hấp dẫn đối với người sử dụng.

Tại Việt Nam, một sàn giao dịch ô tô đã đưa ra kết quả rằng, độ tuổi tiềm năng mua ô tô là trên 24 tuổi với 1174 đáp viên, 46% khẳng định chắc chắn sẽ chọn mua xe ô tô điện trong 12 tháng tới. Trong khi có 71% cho biết đang suy nghĩ cân nhắc chuyển sang xe điện trong một năm tới. Đây là minh chứng mãnh liệt nhất cho thấy sự thay đổi trong thái độ của người dùng đối với dòng xe xanh này. Người Việt dần tiếp cận và có sự hứng thú đối với công nghệ xe ô tô điện vượt qua những hạn chế của nó hiện tại như giá cao, thời gian sạc pin lâu.

Tuy nhiên, bên cạnh những chuyển biến tích cực đó, mức độ phát triển xe điện ở Việt Nam hiện nay vẫn còn chậm. Những nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do hạn chế về hạ tầng, chính sách khuyến khích phát triển xe điện hầu như chưa có, chưa xây dựng được các giải pháp đồng bộ để phát triển ngành công nghiệp xe điện. Xe điện đến nay chỉ mới nhận được ưu đãi về thuế suất thuế tiêu thụ đặc biệt.

Trong tương lai gần, Việt Nam cần áp dụng thuế suất thuế tiêu thụ đặc biệt đối với xe ô tô điện để thúc đẩy sự phát triển của xe điện bắt kịp với những xu hướng chuyển dịch của toàn cầu trên cơ sở mức phát thải CO2 ra môi trường. Ngoài ra nước ta cần chú trọng đầu tư xây dựng hệ thống trạm sạc rộng khắp và các công nghệ đồng bộ, xây dựng hệ thống truyền tải điện trong trường hợp 100% các trạm thu phí xe điện đi vào hoạt động. Bên cạnh đó, chúng ta cần tập trung vào các dòng xe chưa sản xuất tại các quốc gia trong khu vực, hướng tới thị trường xuất khẩu, phát triển các nguồn năng lượng tái tạo để cung cấp điện sạch cho các trạm sạc điện.

Hầu hết người dùng thường không nắm rõ về nguyên lý hoạt động của ô tô điện. Điều này cần được thay đổi, người dùng cần tìm hiểu kỹ để khi mua xe có thể cân nhắc lựa chọn hãng xe nào phù hợp với nhu cầu sử dụng. Hy vọng với bài viết này, Tạp chí Tiếp thị và Gia đình đã mang lại cho các bạn những kiến thức thú vị về nguyên lý hoạt động của ô tô điện để từ đó có những quyết định đúng đắn khi có nhu cầu sử dụng ô tô điện.