EV từ A đến Z: Tìm hiểu các thành phần Xe điện

Cơ chế hoạt động của xe điện khác với động cơ đốt trong. Ở đây chúng ta khám phá các thành phần chính của EV như một cách để giải thích các đặc điểm cơ bản của nó.

Xe điện (EV) đang ngày càng trở thành một phần của cuộc sống hiện đại; Khả năng tiết kiệm nhiên liệu vượt trội, thân thiện với môi trường và cảm giác lái êm ái của nó đã thu hút nhiều người tiêu dùng hiện đại có ý thức môi trường. Xe điện khá khác biệt so với các phương tiện truyền thống sử dụng động cơ đốt trong. Từ cơ chế cơ bản và nguyên lý hoạt động đến phương pháp sử dụng và bảo trì, hai loại này khác nhau ở nhiều khía cạnh. Lý tưởng nhất là hiểu được những khác biệt đó sẽ là bước đầu tiên để người tiêu dùng bắt đầu đánh giá mức độ quan tâm của mình đối với xe điện. Việc dấn thân vào một lĩnh vực kiến thức mới luôn là một thử thách, nhưng với xu hướng không thể nhầm lẫn về điện, không có lý do gì để bạn né tránh. Bài viết này khám phá những bí mật về khả năng di chuyển của xe điện bằng cách xem xét các thành phần quan trọng và chức năng của chúng.

Như đã biết, xe điện sử dụng điện được lưu trữ trong pin để quay động cơ và tạo ra năng lượng cần thiết cho hoạt động lái xe – đây là điểm khác biệt lớn nhất so với xe đốt trong, trong đó động cơ sử dụng nhiên liệu hóa thạch để tạo ra năng lượng đó. Do đó, xe điện không cần động cơ đốt trong và hộp số, hai trong số những bộ phận quan trọng nhất của xe đốt trong. Thay vào đó, xe điện mang theo một số bộ phận cung cấp năng lượng điện: động cơ điện, pin, bộ sạc tích hợp và Bộ điều khiển nguồn điện (EPCU). Tất cả đều là những thành phần thiết yếu để đạt được sự chuyển đổi điện của pin thành động năng đẩy xe điện tiến về phía trước.

Động cơ điện – Motor EV

Động cơ điện chuyển hóa năng lượng điện thành động năng làm bánh xe chuyển động. Ưu điểm của việc sử dụng động cơ điện thay vì động cơ đốt trong là rất nhiều: thứ nhất, tiếng ồn và độ rung mà chúng ta thường thấy trên ô tô được giảm thiểu. Nhiều hành khách lần đầu tiên lái xe điện rất ngạc nhiên trước cảm giác lái xe yên tĩnh và thoải mái đến thế nào. Hơn nữa, hệ thống truyền động EV nhỏ hơn động cơ, do đó cung cấp nhiều không gian bổ sung cho thiết kế xe hiệu quả – chẳng hạn như mở rộng không gian cabin hoặc chỗ chứa đồ.

Động cơ điện một phần cũng là một máy phát điện – nó chuyển đổi động năng được tạo ra khi ở số trung tính (ví dụ khi ô tô đang xuống dốc) thành năng lượng điện được lưu trữ vào pin. Ý tưởng tiết kiệm năng lượng tương tự cũng được áp dụng khi ô tô giảm tốc độ, công nghệ này gọi là “hệ thống phanh tái tạo”. Một số xe điện được trang bị cơ chế có thể kiểm soát mức độ phanh tái tạo thông qua lẫy chuyển số trên vô lăng, điều này không chỉ giúp cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu mà còn tăng thêm yếu tố thú vị và vui nhộn khi lái xe.

Bộ giảm tốc

Bộ giảm tốc là một loại hộp số có nhiệm vụ truyền tải công suất của động cơ tới bánh xe một cách hiệu quả. Nhưng nó mang cái tên đặc biệt – bộ giảm tốc (reducer) – vì một lý do: động cơ có RPM cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong, do đó, trong khi hộp số thay đổi RPM của động cơ để phù hợp với điều kiện lái xe, bộ giảm tốc phải luôn giảm RPM xuống mức thích hợp. Với tốc độ RPM giảm, hệ thống truyền động EV có thể tận dụng mô-men xoắn cao hơn.

Pin – Battery EV

Pin lưu trữ năng lượng điện và có chức năng tương đương với bình nhiên liệu trong động cơ đốt trong. Quãng đường lái xe tối đa của xe điện thường được xác định bởi dung lượng pin – dung lượng càng cao thì quãng đường lái xe càng cao. Trong bối cảnh đó, việc tăng công suất có vẻ là một lựa chọn hiển nhiên, vì phạm vi lái xe cao giúp giảm nhu cầu khó chịu khi phải dừng thường xuyên ở các trạm sạc. Nhưng sự lựa chọn thực sự không quá rõ ràng, vì kích thước và trọng lượng của pin cũng có tác động lớn đến hiệu suất của xe. Pin lớn hơn và nặng hơn sẽ chiếm nhiều không gian trong cabin/lưu trữ và làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng cũng như tiết kiệm năng lượng. Khi đó, cách tốt nhất để tối ưu hóa hiệu suất là tối đa hóa mật độ năng lượng của pin―nghĩa là có một loại pin nhỏ, nhẹ để lưu trữ càng nhiều năng lượng điện càng tốt.

Nhờ những tiến bộ gần đây trong công nghệ pin, những chiếc xe điện mới hơn có những nâng cấp đáng kể so với các mẫu cũ về mật độ pin và quãng đường lái xe. Ví dụ như Hyundai KONA EV được trang bị pin lithium-ion 64kWh cho quãng đường tối đa 484 km (theo tiêu chuẩn chứng nhận của Hàn Quốc). Thời lượng pin cũng có những cải thiện đáng kể: giả sử trong cách sử dụng bình thường, pin của KONA EV có thể tồn tại trong toàn bộ vòng đời của xe. Để giải thích chi tiết hơn, trước tiên hãy hiểu rằng pin lithium-ion trên xe điện cho thấy thời lượng pin thay đổi tùy theo kiểu sạc. Nếu kiểu sạc khiến toàn bộ pin cạn kiệt và được sạc lại đầy thì pin có thể sử dụng được 1.000 lần sạc; nếu dùng pin còn một nửa (50%) và sạc lại thì 5.000 lần sạc; nếu sử dụng 1/5 số pin (20%) và sạc lại, sẽ có 8.000 lần sạc. Có nghĩa là, nếu KONA EV được chạy 97 km mỗi ngày (tương đương 20% quãng đường lái xe tối đa) và được sạc lại mỗi đêm, pin có thể kéo dài 8.000 ngày (22 năm).

Hệ thống quản lý pin (BMS)

Hệ thống quản lý pin (BMS) quản lý nhiều tế bào của pin để chúng có thể hoạt động như thể chúng là một thực thể duy nhất. Pin của xe điện bao gồm ít nhất từ hàng chục đến hàng nghìn tế bào nhỏ và mỗi tế bào cần phải ở trong tình trạng tương tự như các tế bào khác để tối ưu hóa độ bền và hiệu suất của pin.

Thông thường, BMS được tích hợp vào thân pin, mặc dù đôi khi nó được tích hợp vào Bộ điều khiển điện năng (EPCU). BMS chủ yếu giám sát trạng thái sạc/xả của tế bào pin (cell), nhưng khi thấy cell bị trục trặc, nó sẽ tự động điều chỉnh trạng thái nguồn của cell (bật/tắt) thông qua cơ chế rơle (cơ chế có điều kiện để đóng/mở các mạch khác).

Hệ thống sưởi pin

Ở nhiệt độ thấp hơn, pin sẽ giảm cả về công suất và tốc độ sạc. Bộ sưởi pin tồn tại để giữ pin trong phạm vi nhiệt độ lý tưởng, ngăn chặn việc giảm hiệu suất theo mùa và duy trì khoảng cách lái xe tối đa. Hệ thống cũng hoạt động trong khi sạc, đảm bảo hiệu quả của việc sạc.

Bộ sạc tích hợp (OBC) EV

Bộ sạc tích hợp (OBC) được sử dụng để chuyển đổi Dòng điện xoay chiều (AC) từ bộ sạc chậm hoặc bộ sạc di động được sử dụng trên ổ cắm gia đình thành Dòng điện một chiều (DC). Điều này có thể làm cho OBC trông giống với bộ biến tần truyền thống, nhưng chúng khác nhau về chức năng; OBC dành cho sạc và biến tần dùng để tăng tốc/giảm tốc. OBC không cần thiết trong quá trình sạc nhanh vì bộ sạc nhanh đã cung cấp điện bằng dòng điện một chiều.

Electric Power Control Unit – EPCU

Bộ điều khiển công suất điện (EPCU) là sự tích hợp hiệu quả của gần như tất cả các thiết bị kiểm soát dòng năng lượng điện trong xe. Nó bao gồm biến tần, Bộ chuyển đổi DC-DC điện áp thấp (LDC) và Bộ điều khiển xe (VCU).

Biến tần – Inverter

Bộ biến tần chuyển đổi DC của pin thành AC, sau đó được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ. Thiết bị này chịu trách nhiệm thực hiện việc tăng tốc và giảm tốc, vì vậy nó đóng vai trò quan trọng trong việc tối đa hóa khả năng lái của xe điện.

Bộ chuyển đổi DC-DC điện áp thấp – LDC

LDC chuyển đổi điện áp cao từ pin điện áp cao của EV thành điện áp thấp (12V) và cung cấp cho các hệ thống điện tử khác nhau của xe. Tất cả các hệ thống điện tử trong xe điện đều sử dụng điện ở điện áp thấp, vì vậy điện áp cao trong pin trước tiên phải được chuyển đổi để có ích cho các hệ thống này.

Bộ điều khiển xe – VCU

Là tháp điều khiển của tất cả các hệ thống điều khiển điện trên xe, VCU được cho là thành phần quan trọng nhất của EPCU. Nó giám sát gần như tất cả các cơ chế điều khiển công suất của xe, bao gồm điều khiển động cơ, điều khiển phanh tái tạo, quản lý tải A/C và cung cấp điện cho hệ thống điện tử.

Hyundai