Xe ô tô điện đang trở thành xu thế không thể chối bỏ trong hành trình hướng tới tương lai xanh.
Và việc tìm hiểu cấu tạo xe ô tô điện chính là khởi đầu lý tưởng giúp bạn hiểu rõ hơn về những chiếc xe này.
Chắc hẳn bạn đã nghe thấy những đánh giá thú vị về khả năng tiết kiệm nhiên liệu cũng như mức độ bảo vệ môi trường vượt trội của xe điện so với xe xăng.
Nhưng bạn có biết điều gì tạo nên sự khác biệt đó? Đó chính là do cấu tạo của ô tô điện khác biệt so với ô tô xăng. Từ đó dẫn tới sự khác biệt về cơ chế hoạt động, mức ộ tiêu hao nhiên liệu, khả năng bảo trì.
Hãy cùng DriveGreen tìm hiểu thành phần cấu tạo của ô tô điện để khám phá được những bí mật về khả năng di chuyển của xe điện.
Khám phá cấu tạo xe ô tô điện
Như bạn đã biết xe ô tô điện sử điện dự trữ trong pin để cung cấp cho toàn bộ hoạt động của xe. Cấu tạo của ô tô điện đơn giản hơn rất nhiều xe xăng. Bản thân xe điện không cần tới động cơ hay hộp số. Thay vào đó là xe điện được trang bị các bộ phận chính gồm: mô tơ, pin, bộ sạc trên xe, bộ điều khiển điện tử công suất.
Cổng sạc
Cổng sạc chính là bộ phận kết nối ô tô điện với nguồn điện bên ngoài để nạp năng lượng cho pin xe. Cổng sạc của ô tô điện được đặt ngay trên thân xe. Ví trị đặt cổng sạc có thể ở bên trái hoặc bên phải của xe tùy theo thiết kế của hãng xe.
Cổng sạc này có thể cắm trực tiếp vào nguồn điện tại nhà hoặc các trạm sạc công cộng.
Mô tơ
Ô tô điện không sử dụng động cơ mà sử dụng mô tơ. Mô tơ là bộ phận chịu trách nhiệm chuyển đổi năng lượng điện thành động năng và làm cho bánh xe di chuyển.
Việc sử dụng mô tơ thay cho động cơ đã mang lại rất nhiều ưu điểm cho ô tô điện như: không gây tiếng ồn, vận hành êm ái hơn. Bạn có thể cảm nhận rõ những ưu điểm này khi ngồi trên một chiếc ô tô điện. Rất nhiều hành khách khi lần đầu tiên ngồi trên xe điện đều vô cùng ngạc nhiên về cảm giác yên tĩnh cũng như thoải mái mà nó mang lại.
Bên cạnh đó cấu tạo mô tơ và hệ thống truyền động của ô tô điện khá đơn giản. Chính điều này đã mang lại nhiều không gian thiết kế hơn cho xe ô tô điện. Những chiếc ô tô điện nhìn bên ngoài có thể không khác xe động cơ đốt trong. Tuy nhiên không gian bên trong lại rộng hơn đáng kể.
Mô tơ của ô tô điện cũng có thể hoạt động như một máy phát điện. Ở trạng thái trung tính (ví dụ khi xe xuống dốc) mô tơ sẽ chuyển đổi động năng thành điện và lưu trữ tại pin xe.
Bên cạnh mô tơ thì một số dòng ô tô điện cũng được trang bị hệ thống phanh tái tạo. Hệ thống phanh tái tạo này cũng giúp tạo ra điện khi xe giảm tốc độ và lưu trữ năng lượng này tại bộ pin xe.
Việc trang bị hệ thống phanh tái tạo hay mô tơ phát điện không chỉ cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu mà còn mang lại cảm giác thú vị khi lái những chiếc ô tô điện.
Bộ phận giảm tốc
Bộ phận giảm tốc của ô tô điện thực chất là một loại hộp số làm nhiệm vụ truyền công suất của mô tơ tới bánh xe.
Nguyên nhân khiến hộp số của ô tô điện được gọi là “Bộ phận giảm tốc” là do cơ chế hoạt động khác biệt của nó. Mô tơ của ô tô điện tạo ra số vòng quay RPM lớn hơn nhiều so với động cơ đốt trong. Vì vậy khi hộp số thay đổi vận tốc (số vòng quay RPM) thì bộ giảm tốc sẽ phải giảm số vòng quay của mô tơ xuống một mức độ thích hợp. Khi vận tốc quay của mô tơ giảm thì hệ thống truyền động của ô tô điện có thể tận dụng được mô men xoắn cao hơn. Đây cũng là lý do mà ô tô điện có thể tăng tốc hoặc giảm tốc rất nhanh và mượt mà hơn so với xe chạy bằng động cơ đốt trong.
Pin xe điện
Nếu như xe xăng có bình nhiên liệu thì ô tô điện có bộ pin. Pin xe điện chính là nơi dự trữ toàn bộ năng lượng
Pin xe điện cũng giống như bình nhiên liệu trong xe xăng. Pin xe điện là nơi dự trữ năng lượng điện cung cấp cho toàn bộ hoạt động của xe.
Dung lượng của bộ pin là yếu tố tác động trực tiếp tới quãng đường di chuyển tối đa của xe điện. Dung lượng càng lớn thì quãng đường di chuyển của ô tô điện sẽ càng dài.
Khi công nghệ chưa phát triển thì để tăng dung lượng pin nhà sản xuất sẽ phải tăng kích thước và trọng lượng của pin. Tuy nhiên điều này lại làm ảnh hưởng tới hiệu suất của xe. Khi bộ pin được thiết kế lớn hơn về trọng lượng và kích thước sẽ chiếm dụng không gian của cabin, đồng thời làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng cũng như khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe.
Chính vì vậy các nhà sản xuất xe điện đã tiến hành cải tiến bộ pin xe. Pin xe điện đã được nâng cấp cả về mật độ năng lượng và tuổi thọ của pin. Ngày nay, trên những chiếc xe ô tô điện đời mới bạn có thể thấy những bộ pin nhỏ gọn và nhẹ hơn nhưng lại di chuyển được quãng đường dài hơn sau mỗi lần sạc đầy.
Hiện nay dòng pin sử dụng phổ biến nhất trên ô tô điện là pin lithium-ion. Tuy nhiên với dòng pin này thì tuổi thọ của pin sẽ thay đổi tùy theo kiểu sạc.
Ví dụ:
- Nếu bạn để pin cạn kiệt rồi sau đó mới sạc đầy thì pin có thể sử dụng được 1000 lần sạc
- Nếu dùng pin còn 50% sau đó sạc đầy thì tuổi thọ của pin là 5000 lần sạc
- Nếu sử dụng pin còn 20% và sạc lại thì tuổi thọ của pin là 8000 lần sạc
Hệ thống quản lý pin
Pin của ô tô điện được tạo thành từ hàng chục đến hàng nghìn các tế bào nhỏ. Để pin hoạt động tốt và tối ưu hóa về hiệu suất, độ bền thì các tế bào pin cần phải hoạt động đồng nhất và luôn ở trong cùng một trạng thái. Ví dụ khi sạc xe thì tất cả pin phải ở trạng thái sạc.
Hệ thống quản lý pin (Battery Management System BMS) là bộ phận chịu trách nhiệm đảm bảo cho các tế bào pin hoạt động đồng đều và nhịp nhàng như 1 thực thể duy nhất. Nhiệm vụ chủ yếu của nó là giám sát trạng thái sạc/xả năng lượng của tế bào pin. Khi phát hiện bất kỳ tế bào pin nào gặp trục trặc, BMS sử dụng cơ chế rơ le để tự động bật/tắt trạng thái nguồn của tế bào pin.
Trên xe ô tô điện, hệ thống quản lý pin BMS thường được tích hợp vào thân của pin. Đôi khi hệ thống này được tích hợp vào bộ điều khiển năng lượng EPCU.
Hệ thống sưởi pin
Pin xe điện chỉ hoạt động tối ưu ở một mức nhiệt độ nhất định. Khi nhiệt độ giảm dưới mức đó pin sẽ bị giảm cả về tốc độ sạc và công suất sử dụng. Chính vì vậy mà ô tô điện đều được lắp hệ thống sưởi pin để duy trì nhiệt độ lý tưởng cho pin và ngăn chặn tình trạng pin giảm hiệu suất theo mùa. Hệ thống sưởi pin không chỉ hoạt động khi xe chạy mà còn hoạt động khi xe đang sạc. Điều này đảm bảo hiệu quả sạc tối ưu nhất cho pin xe.
Hệ thống làm mát
Bên cạnh hệ thống sưởi thì ô tô điện cũng đang trang bị hệ thống làm mát để đảm bảo xe tối ưu hiệu suất và tuổi thọ. Hệ thống làm mát trong ô tô điện là sự kết hợp giữa hệ thống làm mát bằng nhiệt điện, không khí và chất lỏng. Trong đó chất lỏng làm mát trong ô tô điện sẽ tiếp xúc gián tiếp với pin xe và có vai trò chính trong việc loại bỏ nhiệt sinh ra từ pin xe trong quá trình xe hoạt động.
Bộ sạc tích hợp trên bo mạch (OCB)
Pin của xe ô tô điện chỉ tiếp nhận dòng điện một chiều. Tuy nhiên dòng điện trong hệ thống điện lưới chúng ta đang dùng là dòng điện xoay chiều. Chính vì vậy khi chúng ta sử dụng bộ sạc chậm hoặc bộ sạc di động tại nhà sẽ cần đến bộ sạc tích hợp OCB để chuyển đổi dòng điện xoay chiều AC thành dòng điện một chiều DC.
Thoạt đầu nghe thì bạn có thể thấy bộ sạc tích hợp OCB giống như với bộ phận biến tần truyền thống. Tuy nhiên hai bộ phận này lại khác nhau cơ bản về chức năng. Bộ sạc tích hợp OCB trên xe điện có chức năng để sạc còn biến tần truyền thống thì sử dụng để tăng hoặc giảm tốc.
Và tất nhiên khi sử dụng hệ thống sạc nhanh thì OCB sẽ không còn cần thiết. Bởi vì các trạm sạc nhanh hiện tại đều có khả năng cung cấp dòng điện một chiều.
Bộ điều khiển điện tử công suất EPCU
Bộ điều khiển điện tử công suất – The electric power control viết tắt là EPCU là bộ phận tích hợp tất cả các thiết bị điều khiển dòng điện của xe. Bộ phận này bao gồm 3 bộ phận chính:
- Biến tần
- Bộ chuyển đổi điện áp thấp DC-DC
- Bộ điều khiển phương tiện VCU
Mỗi bộ phận này đều có chứng năng và nhiệm vụ riêng. Chúng ta hãy cùng tìm hiểu chức năng nhiệm vụ của từng bộ phận này trên ô tô điện nhé.
1. Biến tần
Pin xe điện chỉ lưu trữ được dòng đột một chiều. Tuy nhiên mô tơ xe điện lại cần dòng điện xoay chiều để hoạt động. Chính vì vậy nhà sản xuất xe đã lắp thêm bộ biến tần. Bộ phận này làm nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều trong pin thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho mô tơ xe.
Ngoài ra biến tần của xe điện cũng trực tiếp điều khiển tốc độ của mô tơ từ đó điều khiển việc ô tô tăng tốc hoặc giảm tốc. Có thể nói biến tần là bộ phận đóng vai trò quan trọng giúp tối ưu hóa khả năng di chuyển của ô tô điện.
2. Bộ chuyển đổi điện áp thấp DC-DC
Bộ chuyển đổi điện áp thấp DC-DC hay viết tắt là LDC có chức năng chuyển đổi điện áp cao trong pin thành điện áp thấp. Bởi vì hệ thống điện tử trong ô tô điện hiện nay đều sử dụng điện ở điện áp thấp. Nhưng nguồn điện dự trữ trong pin xe điện là ở trạng thái điện áp cao. Vì vậy để các bộ phận trong xe sử dụng được nguồn điện từ pin thì trước tiên nó phải được chuyển thành điện áp thấp.
3. Bộ phận điều khiển phương tiện VCU
Đây là bộ phận phận quan trọng nhất của bộ điều khiển điện tử công suất EPCU. Nó là trung tâm giám sát và điều khiển hệ thống điều khiển công suất điện của xe điện gồm hệ thống điều khiển phanh tái tạo, mô tơ, quản lý tải A/C và hệ thống cung cấp năng lượng cho hệ thống điện tử trên xe.
Để hiểu thêm về cơ cấu xe ô tô điện bạn có thể tham khảo thêm thông tin tại đây.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của xe ô tô điện
Mặc dù mỗi dòng xe điện sẽ có cấu tạo, đặc điểm khác nhau nhưng đều sẽ hoạt động theo nguyên lý chung như sau:
Xe điện tiếp nhận năng lượng từ trạm sạc hoặc nguồn điện lưới thông qua cổng sạc được gắn trên thân xe. Năng lượng thu được sẽ được lưu trữ trong bộ pin xe. Điện từ bộ pin xe sẽ đi qua biến tần và bộ chuyển đổi điện DC-DC để chuyển thành dòng điện xoay chiều điện áp thấp cung cấp cho mô tơ giúp xe chuyển động.
Tất nhiên để một chiếc ô tô điện hoạt động trơn tru sẽ cần sự phối hợp của nhiều bộ phận khác. Tuy nhiên trên đây là nguyên lý hoạt động cơ bản nhất mà tất cả những chiếc ô tô điện đều đang hoạt động theo.
Sau khi đọc xong bài viết này DriveGreen tin rằng bạn đã có thể hiểu rõ hơn về cấu tạo của xe ô tô điện. Và chắc hẳn bạn cũng đã phần nào hiểu được vì sao ô tô điện lại có khả năng tiết kiệm nhiên liệu cũng như khả năng kiểm soát lượng khí thải vượt trội hơn xe xăng.
Nếu bạn còn bất kỳ băn khoăn nào hãy đọc lại bài viết ô tô điện là gì để hiểu rõ hơn về những chiếc xe xanh này nhé.
Ô tô điện là gì? 5 sự thật thú vị về ô tô điện mà bạn nên biết.
