Xe điện đang ngày càng trở nên phổ biến và được ưa chuộng nhờ vào những lợi ích vượt trội về môi trường và hiệu suất. Hãy cùng tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe điện với các số liệu kỹ thuật cụ thể và yếu tố chuyên môn kỹ thuật sâu hơn.
Cấu Tạo
1. Động Cơ Điện
- Loại động cơ: Động cơ cảm ứng hoặc động cơ nam châm vĩnh cửu.
- Công suất: Thường từ 100 kW đến 300 kW.
- Tốc độ quay: Từ 0 đến 18,000 vòng/phút.
- Hiệu suất: Khoảng 90-95%.
- Mô-men xoắn: Từ 300 Nm đến 600 Nm.
2. Pin Lithium-Ion
- Loại pin: Lithium-ion.
- Dung lượng pin: Từ 40 kWh đến 100 kWh.
- Số lượng tế bào pin: Khoảng 7,000 tế bào.
- Điện áp hệ thống: Từ 300V đến 400V.
- Thời gian sạc: Sạc nhanh (DC) từ 30 phút đến 1 giờ, sạc chậm (AC) từ 6 đến 12 giờ.
- Phạm vi hoạt động: Từ 300 km đến 500 km mỗi lần sạc.
- Mật độ năng lượng: Khoảng 150-250 Wh/kg.
3. Bộ Chuyển Đổi Điện Áp DC-DC
- Chức năng: Chuyển đổi điện áp DC từ pin cao áp xuống điện áp DC thấp hơn để cung cấp năng lượng cho các hệ thống phụ trợ như trợ lực lái, điều hòa không khí.
- Công suất: Từ 1 kW đến 5 kW.
- Hiệu suất: Khoảng 95%.
- Điện áp đầu vào: Từ 300V đến 400V.
- Điện áp đầu ra: Từ 12V đến 48V.
4. Hệ Thống Truyền Động
- Loại hộp số: Hộp số đơn giản với một tốc độ.
- Tỷ số truyền: Khoảng 9:1.
- Hệ thống vi sai: Vi sai mở hoặc vi sai hạn chế trượt.
- Tỷ số truyền vi sai: Khoảng 3.5:1.
5. Hệ Thống Sạc
- Loại sạc: Sạc trên xe (OBC) và sạc ngoài xe.
- Điện áp đầu vào: 220V AC cho sạc trên xe, 400V DC cho sạc nhanh.
- Công suất sạc: Sạc nhanh từ 50 kW đến 150 kW, sạc chậm từ 7 kW đến 22 kW.
- Thời gian sạc: Sạc nhanh từ 30 phút đến 1 giờ, sạc chậm từ 6 đến 12 giờ.
Nguyên Lý Hoạt Động
Bước 1: Sạc Pin
- Nguồn điện: Xe điện được sạc từ nguồn điện lưới thông qua cổng sạc. Nguồn điện có thể là AC (220V) hoặc DC (400V) tùy thuộc vào loại sạc.
- Bộ sạc trên xe (OBC): Chuyển đổi điện AC từ cổng sạc thành điện DC để sạc cho pin.
- Thời gian sạc: Sạc nhanh (DC) từ 30 phút đến 1 giờ, sạc chậm (AC) từ 6 đến 12 giờ.
Bước 2: Lưu Trữ Năng Lượng Trong Pin
- Pin Lithium-Ion: Lưu trữ năng lượng dưới dạng điện DC với điện áp từ 300V đến 400V.
- Dung lượng pin: Từ 40 kWh đến 100 kWh, cung cấp phạm vi hoạt động từ 300 km đến 500 km mỗi lần sạc.
Bước 3: Chuyển Đổi Điện Áp
- Bộ chuyển đổi DC-DC: Chuyển đổi điện áp DC từ pin cao áp xuống điện áp DC thấp hơn (12V đến 48V) để cung cấp năng lượng cho các hệ thống phụ trợ như trợ lực lái, điều hòa không khí.
- Bộ biến tần: Chuyển đổi điện DC từ pin thành điện AC để cung cấp cho động cơ điện. Bộ biến tần cũng điều chỉnh tần số và biên độ của dòng điện AC để kiểm soát tốc độ và công suất của động cơ.
Bước 4: Hoạt Động Của Động Cơ Điện
- Nguồn điện AC: Được cung cấp từ bộ biến tần, động cơ điện nhận điện AC với tần số và biên độ điều chỉnh.
- Tạo ra từ trường quay: Stato của động cơ tạo ra từ trường quay khi nhận điện AC ba pha.
- Quay rôto: Từ trường quay cảm ứng dòng điện trong các thanh dẫn của rôto, làm cho rôto quay theo.
- Tốc độ quay: Từ 0 đến 18,000 vòng/phút, phụ thuộc vào tần số của nguồn điện AC.
- Mô-men xoắn: Động cơ điện cung cấp mô-men xoắn tức thời, từ 300 Nm đến 600 Nm, giúp xe tăng tốc nhanh chóng.
Bước 5: Truyền Động Lực Đến Bánh Xe
- Hộp số đơn giản: Giảm tốc độ đầu ra từ động cơ và tăng mô-men xoắn.
- Hệ thống vi sai: Phân phối lực kéo đến các bánh xe, giúp xe di chuyển mượt mà và ổn định.
- Tỷ số truyền vi sai: Khoảng 3.5:1, giúp tối ưu hóa mô-men xoắn và tốc độ bánh xe.
Bước 6: Phanh Tái Sinh
- Thu hồi năng lượng: Khi phanh, động cơ điện hoạt động như một máy phát điện, chuyển đổi năng lượng động học thành điện năng.
- Lưu trữ năng lượng: Điện năng thu hồi được lưu trữ lại trong pin để sử dụng sau này.
- Hiệu suất phanh tái sinh: Khoảng 70-80% năng lượng động học được thu hồi, giúp tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.
Lợi Ích Của Xe Điện
Xe điện không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn có chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp hơn so với xe động cơ đốt trong. Với công nghệ tiên tiến, xe điện hứa hẹn sẽ là phương tiện của tương lai. Hệ thống pin được thiết kế để giảm trọng tâm của xe, cải thiện độ ổn định và tăng cường độ cứng cấu trúc chống va chạm bên.