Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu các bộ biến đổi cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor) ứng dụng trong ô tô điện

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu các bộ biến đổi cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor) ứng dụng trong ô tô điện" nghiên cứu nhằm mục đích nghiên cứu bộ biến đổi thích hợp với động cơ IPM ứng dụng trong ô tô điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu các bộ biến đổi cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor) ứng dụng trong ô tô điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ====&==== VŨ MINH VƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU CỰC CHÌM (IPM MOTOR) ỨNG DỤNG TRONG Ô TÔ ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HÀ NỘI - 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ====&==== VŨ MINH VƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU CỰC CHÌM (IPM MOTOR) ỨNG DỤNG TRONG Ô TÔ ĐIỆN Chuyên ngành: Điều khiển và Tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. TẠ CAO MINH HÀ NỘI - 2011
LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bản Luận văn cao học với đề tài: “Nghiên cứu các bộ biến đổi cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor) dùng trong ô tô điện” do em tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy hướng dẫn, PGS. TS. TẠ CAO MINH. Các số liệu và kết quả hoàn toàn trung thực. Để hoàn thành Luận văn cao học này, ngoài các Tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối Luận văn, không sao chép các công trình hoặc thiết kế tốt nghiệp của người khác. Nếu phát hiện có sự sai phạm với điều cam đoan trên, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Học viên Vũ Minh Vương 
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ Ô TÔ ĐIỆN ...............................................................1 1.1. Lược sử phát triển của ô tô điện ...................................................................1 1.2. Những ưu điểm và điểm còn tồn tại của ô tô điện .......................................5 1.3. Cấ u tạo chung của một hệ truyền động ô tô điện .........................................7 1.4. Các động cơ điện có thể sử dụng trong ô tô điện .........................................8 CHƯƠNG 2 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU CỰC CHÌM (IPM MOTOR) ...................................................................................................................11 2.1. Giới thiệu chung về IPM ............................................................................11 2.2. Đặc tính góc-momen của động cơ ..............................................................13 2.3. Mô hình toán học và phương pháp đi ều chỉnh động cơ .............................14 2.3.1. Mô tả toán học động cơ IPM trong hệ tọa độ cực ..............................14 2.3.2. Mô tả toán học động cơ IPM trong hệ tọa độ cố định 0αβ .................15 2.3.3. Mô tả toán học động cơ IPM trên hệ tọa độ d-q .................................16 2.4. Đặc tính các vùng điều chỉnh .....................................................................18 2.4.1. Vùng momen không đổi......................................................................19 2.4.2. Vùng công suất khôngđổi ..................................................................19 2.4.3. Vùng tích công suất và tốc độ không đổi............................................19 2.5. Các phương pháp điều khiển động cơ IPM ................................................20 2.5.1. Điều khiển vector định hướng theo từ thông rotor FOC ....................20 2.5.2. Điều khiển trực tiếp momen DTC ......................................................21 
2.5.3. Lựa chọn phương án điều khiển..........................................................22 CHƯƠNG 3 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CHO ĐỘNG CƠ IPM .......................................24 3.1. Các bộ nghịch lưu.......................................................................................24 3.1.1. Phân loại nghịch lưu ...........................................................................24 3.2. Các phương pháp điều biến ........................................................................27 3.2.1. Phương pháp điều biến PWM sóng hình sin ......................................27 3.2.2. Nghịch lưu ba pha sử dụng phương phápđiều chế SVM ...................32 3.3. Đặc thù của các bộ biến đổi cho ô tô điện ..................................................36 3.3.1. Chuyển mạch mềm (soft-switching) ...................................................37 3.3.2. Bộ biến đổi đa mức (multilevel inverter)............................................43 3.4. Bộ nghịch lưu ba mức diode kẹp (3L-NPC) ..............................................55 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..........................................68 4.1. Mô hình bộ nghịch lưu ...............................................................................68 4.2. Mô phỏng ệh thống.....................................................................................68 4.2.1. Bộ điều chỉnh tốc độ ...........................................................................70 4.2.2. Khối tínhdi*.........................................................................................70 4.2.3. Khối điều chỉnh dòng điện có bù chéo ...............................................71 4.2.4. Khối phát xung ....................................................................................71 4.3. Kết quả mô phỏng ......................................................................................74 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .......................................80 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................82 PHỤ LỤC ..................................................................................................................83 
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1-1: Mô hình chiếc xe điện đầu tiên trên thế giới. ..........................................1 Hình 1.1-2: Camille Jenatzy trong chiếc Jamais Contente năm 1899. .......................2 Hình 1.1-3: Electrovair II (1966). ...............................................................................4 Hình 1.1-4: Phiên bản EV1 của General Motor. .........................................................4 Hình 1.3-1: Cấu hình cơ bản của một hệ truyền động ô tô điện. ................................7 Hình 2.1-1: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm. ..................................12 Hình 2.2-1: Đồ thị vector động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm. .............13 Hình 2.2-2: Đặc tính góc-momen của động cơ. ........................................................14 Hình 2.3-1: Sơ đồ thay thế động cơ IPM trong hệ tọa độ quay đồng bộ. .................18 Hình 2.4-1: Các chế độ làm việc của động cơ. .........................................................18 Hình 2.5-1: Sơ đồ phương pháp điều khiển DTC. ....................................................21 Hình 2.5-2: Sơ đồ khối phương pháp điều khiển FOC thông thường.......................23 Hình 3.1-1: Nghịch lưu nguồn dòng ba pha..............................................................25 Hình 3.1-2 Nghịch lưu nguồn dòng ba pha, có diode cách ly...................................25 Hình 3.1-3: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha. .......................................................27 Hình 3.2-1: Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển nghịch lưu áp ba pha điều chế PWM sóng hình sin. ............................................................................................................28 Hình 3.2-2: Dạng tín hiệu điều khiển và dạng điện áp ra PWM. ..............................29 Hình 3.2-3: Quan hệ giữa điện áp đầu ra và điện áp sóng chuẩn khi cải biến. .........31 Hình 3.2-4 Vector không gian và các vector biên chuẩn. .........................................34 Hình 3.3-1: Mô hình điều khiển động cơ của một ô tô. ............................................36 Hình 3.3-2: Mô hình khóa chuyển mạch mềm..........................................................39 Hình 3.3-3: Cấu tạo của bộ nghịch lưu QPRDCL ....................................................40 Hình 3.3-4: Mạch tương đương của bộ nghịch lưu QPRDCL ..................................41 Hình 3.3-5: Các chế độ hoạt động.............................................................................42 Hình 3.3-6: Các dạng sóng thành phần của các khóa chuyển mạch. ........................42 Hình 3.3-7: Dạng điện áp của khóa Sa1 và Sa2 ..........................................................42 
Hình 3.3-8: Bộ nghịch lưu diode kẹp 3 mức. ............................................................44 Hình 3.3-9: Trạng thái, điện áp điều khiển các chuyển mạch và điện áp ra .............45 Hình 3.3-10: Điện áp pha và điện áp dây của bộ nghịch lưu 3L-NPC .....................46 Hình 3.3-11: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái O sang P với dòng điện tải i A > 0 ...................................................................................................................................47 Hình 3.3-12: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái O sang P với dòng điện tải i A < 0 ...................................................................................................................................47 Hình 3.3-13: Bộ nghịch lưu dạng flying capacitor 3 mức ........................................49 Hình 3.3-14: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái O sang P, i A>0 ..........................50 Hình 3.3-15: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái O sang P, i A4=>7=>14=>16, iA >0 .........53 Hình 3.3-18: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái 1=>4=>7=>14=>16, iA
Hình 4.2-9: Khâu chuyển đổi sector 1. .....................................................................72 Hình 4.2-10: Khâu Xác định tam giác điện áp..........................................................73 Hình 4.2-11: Khâu tính thời gian tác động các van cơ bản.......................................73 Hình 4.2-12: Khâu tính toán thời gian chuyển mạch. ...............................................73 Hình 4.2-13: Khâu phát xung chuyển mạch. ............................................................74 Hình 4.3-1: Điện áp đầu ra pha A của bộ nghịch lưu. ..............................................75 Hình 4.3-2: Điện áp đầu ra pha A của bộ nghịch lưu sau lọc. ..................................75 Hình 4.3-3: Điện áp đầu ra 3 pha của bộ nghịch lưu sau lọc. ...................................76 Hình 4.3-4: Điện áp đầu ra ba pha của bộ nghịch lưu sau khi lọc ............................76 Hình 4.3-5: Hệ số méo dạng điện áp .........................................................................77 Hình 4.3-6: Đáp ứng tốc độ.......................................................................................77 Hình 4.3-7: Đáp ứng dòng điện Ia , Ib, I c ....................................................................78 Hình 4.3-8: Hệ số méo dạng điện áp. ........................................................................78 Hình 4.3-9: Đáp ứng momen của động cơ. ...............................................................79 
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1: Bảng trạng thái van ............................................................................. 33 Bảng 3.2: Bảng trạng thái chuyển mạch (pha A) của bộ nghịch lưu 3L-NPC .... 49 Bảng 3.3: Quá trình dẫn dòng của các khóa trong pha A của bộ nghịch lưu 3L-NPC .............................................................................................................................. 52 Bảng 3.4: Bảng trạng thái chuyển mạch (pha A) của 3L-FLC ............................ 53 Bảng 3.5: Quá trình dẫn dòng của các khóa trong pha A của bộ nghịch lưu 3L-FLC .............................................................................................................................. 55 Bảng 3.6: Bảng trạng thái chuyển mạch (pha A) của 5L-CHB ........................... 56 Bảng 3.7: Trạng thái của ba vector không ........................................................... 61 Bảng 3.8: Thời gian tác động của vector Vref trong vùng I.................................. 63 Bảng 3.9: Vector điện áp và các trạng thái chuyển mạch .................................... 63 Bảng 3.10: Thời gian và thứ tự chuyển mạch của các khóa trong vùng I-2a ...... 67 Bảng 3.11: Trình tự chuyển mạch giữa các vùng I~VI........................................ 68 
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EV Electric Vehicle Xe điện 4Q Four(4) Quadrant Bốn góc phần tư DTC Direct Power Control Điều khiển trực tiếp công suất FOC F ield Toque Control Điều khiển tựa từ thông PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung D Diode Đi - ốt DC-motor Direct Current Motor Động cơ điện một chiều IM Induction Motor Động cơ không đồng bộ BLDC Brushless Direct Current Động cơ một chiều không chổi Motor than SRM Switched Reluctance Motor Động cơ từ trở SPMSM Surface Permanent Magnet Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh Synchronous Motor cửu cực tròn IPMSM Interior Permanent Magnet Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh Synchronous Motor cửu cực chìm IGBT Insulated Gate Bipolar Tranzito có cực điều khiển cách ly Transistor GTO Gate Turn-Off Thyristor Thyristor khóa được bằng cực điều khiển MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Tranzito trường Field-Effect Tranzitor BJT B ipolar Junction Transistor Tranzito lưỡng cực 
LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, thực tế phát triển của ngành công nghiệp phải đối mặt với hai sự thay đổi chính là nguồn năng lượng và bảo vệ môi trường. Công nghiệp phát triển và nhu cầu đi lại gia tăng kéo theo hàng loạt phương tiện giao thông vận tải cũng phát triển, khí thải từ các phương tiện giao gian tăng, theo số liệu ước tính khoảng 80% CO, 60% HC và 40% NOx trong bầu khí quyển sinh ra từ các phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô. Để làm giảm khí thải có hại tới môi trường, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và phát triển hệ thống phương tiện giao thông phát sinh ít khí thải, đó là ô tô điện, trong đó sử dụng động cơ điện thay thế động cơ đốt trong sử dụng xăng dầu. Động cơ điện là vấn đề then chốt khi nghiên cứu về ô tô điện. Có nhiều loại động cơ điện có thể được sử dụng cho ô tô điện, tuy nhiên đáng chú ý và đang được quan tâm nghiên cứu nhiều hiện nay là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM). Động cơ IPM có nhiều ưu điểm vượt trội, khả năng sinh momen/dòng điện rất cao, tuổi thọ lớn, kích thước gọn,… Nhưng để sử dụng được động cơ này cần phải có bộ biến đổi hợp lý, đáp ứng được yêu cầu hoạt động của động cơ và phù hợp với đặc điểm của ô tô điện. Với mục đích nghiên cứu bộ biến đổi thích hợp với động cơ IPM ứng dụng trong ô tô điện đã thôi thúc học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu các bộ biến đổi cho động cơ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor) dùng trong ô tô điện”. Đề tài được thực hiện gồm 04 chương: Chương 1: Giới thiệu về ô tô điện Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM) Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM Chương 4: Mô phỏng và đánh giá kết quả Kết luận và đề xuất hướng phát triển đề tài 
Trong quá trình thực hiện đề tài, trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, học viên đã sử dụng công cụ mô phỏng Matlab/Simulink để tiến hành mô phỏng, phân tích, đánh giá và so sánh các kết quả thu được. cuối cùng là kết luận về phương án lựa chọn bộ biến đổi phù hợp cho động cơ IPM. Do thời gian thực hiện đề tài hạn hẹp cũng như hạn chế về kiến thức và điều kiện thực nghiệm, luận văn chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, học viên kính mong nhận được những lời nhận xét, đánh giá và góp ý của các Thầy, Cô để bản luận văn này được hoàn thiện hơn. Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy giáo, PGS. TS. Tạ Cao Minh đã hết lòng giúp đỡ và chỉ bảo tận tình cho học viên trong thời gian thực hiện luận văn này. Nếu không có sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy thì chắc chắn học viên không thể hoàn thành tốt luận văn được. Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy giáo, Cô giáo của Viện Đào Tạo Sau Đại Học đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi để học viên có thể hoàn thành luận văn đúng thời hạn. Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2011 Học viên Vũ Minh Vương 


Chương 1: Giới thiệu về ô tô điện CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ Ô TÔ ĐIỆN 1.1. Lược sử phát triển của ô tô điện Đứng trước những thách thức về vấn đề khí thải gây hiệu ứng nhà kính và khả năng cạn kiệt các nguồn năng lượng tự nhiên dưới lòng đất như dầu mỏ, khí đốt, than đá,… thế giới đang tích cực nghiên cứu thế hệ phương tiện tiếp theo sử dụng năng lượng điện – xe điện (Electric Vehicle - EV), trọng tâm là ô tô điện. Ô tô điện đã có lịch sử phát triển lâu đời, từ những năm 90 của thế kỷ trước đã trở thành trọng điểm nghiên cứu của nhiều quốc gia, đơn vị, tổ chức và nhà khoa học. Đầu năm 1820, Faraday đã phát hiện ra nguyên lý cảm ứng điện từ, khi phát hiện ra khung dây mang dòng điện quay xung quanh từ trường của nam châm vĩnh cửu. Đây là tiền đề cho việc phát minh ra nguyên lý chạy của động cơ điện sau này. Chiếc xe điện đầu tiên được phát minh là chiếc xe mang tên xe Jedik, sản xuất khoảng năm 1828, tại Hungary. Hiện nó đang được đặt tại bảo tàng của Hungary. Hình 1.1-1: Mô hình chiếc xe điện đầu tiên trên thế giới. Chiếc xe này chỉ có thể chạy được tối đa 4m/h và không thể mang theo bất kỳ một tải trọng nào. Nhưng nó được coi là chiếc xe có dáng dấp của động cơ điện đầu tiên trên thế giới. Năm 1831, Faraday phát minh ra nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều. Đây là nền tảng để các nhà phát minh tiếp tục con đường chế tạo 1
Chương 1: Giới thiệu về ô tô điện ô tô điện sau này. Năm 1838, một nhà phát minh người Scotland tên là Robert Davidson xây dựng thành công đầu máy xe lửa chạy điện, nhưng tốc độ của nó chỉ có thể đạt 6km/h và ông là người đầu tiên sử dụng pin không xạc lại cho xe điện. Năm 1851, công nghệ sử dụng pin không xạc được các nhà chế tạo áp dụng, dần dần tăng vận tốc và khả năng chịu tải của xe điện lên. Thời kỳ này vận tốc xe điện tốt nhất đạt được là 19km/h. Năm 1865, nhà phát minh người Pháp tên là Gaston Plante đã cải tiến khả năng lưu trữ của pin. Sau đó, ông cùng một đồng nghiệp người Pháp tên là Camille Faure nâng cao khả năng lưu trữ của pin vào năm 1881, mở ra thời kỳ phồn thịnh cho phương tiện giao thông điện tử. Pháp và Anh là những nước đầu tiên hỗ trợ việc phổ biến và phát triển phương tiện giao thông chạy điện trong thế kỉ XIX. Năm 1899, một nhà phát minh người Bỉ tên là Camille Jenatzy xây dựng thành công ô tô điện có tên: “La Jamais Contente”, đạt kỉ lục về tốc độ tại thời điểm bấy giờ, 100km/h. Sau đó vào ngày 29 tháng 4 năm 1899, ông còn đưa ra một phiên bản mới cho xe điện có hình dạng giống quả Rocket, có thể chạy với vận tốc tối đa lên tới 105,88km/h. Năm 1900, có 4200 ô tô được bán ra thị trường, trong đó có 40% là xe chạy bằng động cơ hơi nước, 38% xe chạy bằng động cơ điện và 22% xe chạy bằng động cơ xăng dầu. Cũng trong năm này, một công ty về xe điện của Pháp tên là B.G.S đã chế tạo thành công xe điện với tốc độ lớn nhất có thể đạt là 64km/h, và có thể chạy được khoảng 150km sau mỗi lần sạc. Hình 1.1-2: Camille Jenatzy trong chiếc Jamais Contente năm 1899. 2
Chương 1: Giới thiệu về ô tô điện Đầu thể kỉ XX là thời kỳ hoàng kim trong nền công nghiệp ô tô của nước Mỹ. Các loại ô tô sử dụng động cơ hơi nước, động cơ điện, động cơ xăng dầu ngày càng trở nên phổ biến. Nhưng ô tô điện là phương tiện có lợi thế hơn các đối thủ cạnh tranh vì chúng không rung, không có tiếng ồn, không mùi, không cần cơ cấu sang số cũng như phả i chờ thời gian khởi động của các dòng xe khác. Giá thành của các loại xe điện cũng rẻ hơn so với xe cùng loại. Lúc đó khoảng 3000$ một chiếc xe. Những từ năm 1920 trở đi, ô tô điện dần dần vắng bóng, nhường chỗ cho sự hưng thịnh của ô tô chạy bằng động cơ đốt trong. Nguyên nhân của sự suy tàn này là do: - Hệ thống giao thông của nước Mỹ đã được cải thiện đáng kể giữa các thành phố với nhau và cũng yêu cầu các xe chạy được đoạn đường dài nhất định. - Sự khám phá ra dầu thô ở Texas giúp giảm giá bán xăng và mang đến sự tiện lợi cho người sử dụng. - Sự phát minh ra bộ khởi động cho động cơ xăng giúp giảm thời gian khởi động của xe. - Trong giai đoạn đầu của sản xuất các động cơ đốt trong bởi công ty Ford đã tạo ra hàng loạt các xe ô tô rộng rãi, giá cả phải chăng từ 500$ đến 1000$. Trong khi các thiết bị điện, điện tử ngày càng tăng giá. - Sự hạn chế về khả năng sạc pin của ô tô điện ở các vùng khác nhau. Trong khi xăng được bán phổ biến ở khắp mọi nơi. Năm 1960, ô tô điện bắt đầu được quan tâm trở lại, nguyên nhân là do hiểm họa môi trường mà động cơ đốt trong đem lại. Các công ty lớn của ngành ô tô như General Motor và Ford đã đầu tư vào việc nghiên cứu và phát triển ô tô điện. General Motor đã đầu tư cho chương trình ô tô điện được gọi là Electrovair và Electrovan với hai dòng xe điện đặc biệt là Electrovair I (1964) và Electrovair II (1966) có đặc trưng: - Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha công suất 115kW - Pin với hai cực là Ag và Zn, điện áp định mức 512V - Tốc độ tối đa 128km/h 3
Chương 1: Giới thiệu về ô tô điện - Khoảng cách đi được sau hai lần sạc liên tiếp khoảng 150km - Tăng tốc từ 0 – 100km/h mất 15,6s - Trọng lượng khoảng 1,5 tấn Hình 1.1-3: Electrovair II (1966). Năm 1998, sau nhiều lần thử nghiệm, General Motor giới thiệu phiên bản ô tô điện đầu tiên đưa ra thị trường mang tên EV1, với hai cửa và có thể mang hai hành khách. Hình 1.1-4: Phiên bản EV1 của General Motor. Trong phiên bản này, General Motor sử dụng: - Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha công suất 137kW 4
Chương 1: Giới thiệu về ô tô điện - Pin sử dụng là chì axit, điện áp định mức 312V - Tốc độ tối đa có thể 150km/h - Quãng đường đi được sau mỗi lần sạc khoảng 200km - Thời gian tăng tốc từ 0 – 100km/h khoảng 8,5s - Trọng lượng 1,3 tấn. Cùng với sự đầu tư mạnh mẽ của General Motor, các hãng ô tô khác như Toyota, Honda, Nissan, Tesla… cũng đầu tư rất mạnh vào thị trường đầy tiềm năng này. Hãng Toyota trong thập kỷ 90 của thế kỷ trước họ đã giới thiệu rất nhiều loại xe điện và xe lai điện tiết kiệm nhiên liệu và đã trở thành nhà sản xuất xe điện hàng đầu thế giới. Một số loại xe tiêu biểu như Toyota Prius, Toyota Rav4 – EV, Toyota Hybrid,… Về phía Việt Nam, tình hình xe điện nói riêng và ngành công nghiệp ô tô nói chung chưa phát triển. Trong những năm qua, hầu hết các loại ô tô trong nước đều nhập khẩu các linh kiện ở nước ngoài rồi về Việt Nam lắp ráp. Các loại xe điện hiện nay mà nước ta có đang trong mức độ thử nghiệm. Một số đã được thương mại hóa như xe đạp điện, còn lại vẫn còn trong giai đoạn trong phòng thí nghiệm. Chúng ta chủ yếu chỉ sản xuất được xe đạp mang động cơ điện, xe lăn điện hoặc xe 3 bánh điện. Còn những loại xe khác như xe máy điện hay ô tô điện thì hầu hết nhập khẩu từ Trung Quốc hoặc nhập toàn bộ linh kiện từ nước ngoài về lắp ráp. Do những lý do trên, yêu cầu phát triển một dòng xe điện mang thương hiệu Việt Nam ngày càng cần thiết. 1.2. Những ưu điểm và điểm còn tồn tại của ô tô điện Bằng việc dùng động cơ điện, ô tô điện có nhiều ưu điểm so với các loại xe khác: - Khả năng điều khiển nhanh và chính xác momen: động cơ đốt trong có thời gian đáp ứng momen khoảng 100-200ms trong khi động cơ điện cho đáp ứng momen chỉ từ 1-2ms. Không những thế, momen của động cơ điện có thể được 5
Chương 1: Giới thiệu về ô tô điện điều khiển một cách chính xác, nhờ đó nâng cao tính an toàn cho cả xe và người điều khiển. - Khả năng loại bỏ bộ truyền cơ khí, điều khiển độc lập các bánh xe: động cơ điện có kích thước nhỏ gọn, có thể được tích hợp trực tiếp hoặc truyền động cho từng bánh xe thông qua một bộ truyền với một tỉ số truyền duy nhất. Vì thế, ta có thể loại bỏ bộ truyền truyền thống gồm: trục cardan, bộ ly hợp, bộ vi sai, các bán trục cardan,… nhờ đó, giảm bớt kích thước và trọng lượng của xe. - Khả năng nâng cao chất lượng chuyển động bằng điều khiển động cơ: động cơ điện dễ điều khiển và có hiệu suất cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong. Các vấn đề trong chuyển động của xe như trượt, mất ổn định bên có thể được giải quyết bằng khéo léo điều khiển động cơ điện, trong khi ở xe chạy động cơ đốt trong, các vấn đề đó chỉ có thể được giải quyết bằng giải pháp cơ khí. - Không phát sinh khí thải, không rung ồn: một ưu điểm không thể chối cãi của động cơ điện là nó không hề phát sinh khí thải – nhược điểm lớn nhất của động cơ đốt trong. Bên cạnh đó, động cơ điện hoạt động êm, không rung ồn làm cho xe điện chạy ổn định và không ồn như xe chạy động cơ đốt trong. - Tiết kiệm năng lượng: động cơ điện không những có thể hoạt động ở chế độ động cơ mà còn có thể chạy ở chế độ máy phát. Điều này tạo ra khả năng tái sinh năng lượng dư thừa về nguồn, qua đó góp phần tiết kiệm năng lượng cho xe. Tuy nhiên, xe điện cũng có những còn tồn tại: - Thời gian sạc pin lâu: vấn đề lớn nhất của xe điện hiện nay là thời gian sạc pin quá lâu. Từ khi pin có thể sạc lại ra đời cách đây gần 200 năm đến nay, người ta đã không ngừng nghiên cứu tìm cách rút ngắn thời gian này lại. Hiện nay, thời gian ngắn nhất mà con người cần để sạc đầy pin là 10 phút – quá lâu so với thời gian đổ đầy bình xăng. - Quãng đường chạy được trên một lần sạc hạn chế: dung lượng pin cũng là một vấn đề lớn của xe điện. Hiện nay, xe điện chưa phổ biến nên vẫn chưa có các trạm sạc pin công cộng trong khi dung lượng pin thì có hạn. Quãng đường dài 6