Động cơ ô tô điện

Ngay cả khi đã quen lái các loại xe chạy bằng dầu hoặc xăng, điều này không có nghĩa là bạn cũng biết chính xác điều gì xảy ra bên trong động cơ của ô tô điện. Đọc bài này xong bạn có thể biết tất cả các thông tin quan trọng để nói về động cơ ô tô điện chỉ với một ít thuật ngữ mới.

Trên ô tô điện, khi ta nhấn ga thì ắc quy sẽ cung cấp điện vào stato (cuộn dây đồng của nam châm điện), làm quay trục rôto và truyền lực sang các bánh răng của ô tô để cho các bánh xe cũng quay theo. Tất cả sẽ xảy ra trong nháy mắt mà không cần đốt cháy nhiên liệu cũng như nhiều thời gian để khởi động. Ưu việt của động cơ điện là không thải ra khí CO2 và không gây ra nhiều tiếng ồn.

Động cơ xe điện có cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp, khi di chuyển trên nhiều địa hình khác nhau có thể mang đến cho người dùng cảm giác lái êm ái. Mỗi bánh xe có thể sử dụng 2 hoặc 4 động cơ đặt trong bánh xe, không giống như ô tô chạy xăng chỉ có một động cơ đốt trong. Việc tích hợp động cơ vào bánh xe cho phép điều khiển độc lập và xe chuyển động linh hoạt hơn.

Các loại động cơ ô tô điện
Dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC) là hai loại điện khác nhau. Như tên gọi của chúng, trong dòng điện một chiều thì điện chỉ chạy theo một hướng, trong khi dòng điện xoay chiều liên tục đảo hướng theo chu kỳ.

Động cơ chạy bằng dòng điện một chiều có thể tìm thấy trong ô tô điện, nhưng chỉ là những động cơ nhỏ được sử dụng chẳng hạn ở cần gạt nước kính chắn gió và cửa sổ, chứ không phải để chạy xe. Để có lực kéo xe đủ khoẻ ta cần sử dụng động cơ dòng điện xoay chiều.

Có hai loại động cơ điện xoay chiều được sử dụng để tạo lực kéo cho xe điện, gồm: loại động cơ đồng bộ và loại không đồng bộ.

Trong động cơ không đồng bộ (hay còn gọi là động cơ cảm ứng), rôto phải liên tục cố gắng "bắt kịp" với từ trường quay do stato tạo ra. Loại động cơ này có công suất lớn và trở nên phổ biến trên các phương tiện giao thông.

Trong động cơ đồng bộ thì rôto quay cùng tốc độ với từ trường, do đó tạo ra mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp, phù hợp cho việc lái xe trong đô thị. Lợi thế khác là kích thước của nó: một động cơ ô tô điện loại đồng bộ có thể nhỏ gọn và trọng lượng thấp.

Động cơ điện hoạt động như thế nào?
Trước khi động cơ ô tô điện có thể quay, điện năng của nó cần phải trải qua một số bước chuyển đổi để đi đến đích cuối cùng là tạo ra lực kéo.

Đừng nhầm lẫn giữa động cơ ô tô điện AC và các loại điện AC/DC. Bạn có thể sử dụng AC (dòng điện xoay chiều) hoặc DC (một chiều) tùy thuộc vào việc bạn đang có một ổ điện lưới hay đang ở một trạm sạc cụ thể. Dù động cơ ô tô điện của bạn sử dụng điện xoay chiều thì ắc quy của nó vẫn cần nạp điện một chiều. Do đó phải chuyển đổi điện năng từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều để nạp vào ắc quy ở trên xe hoặc bên ngoài xe.

Nguồn điện từ lưới điện luôn là xoay chiều. Khi bạn dùng ổ cắm điện xoay chiều thì dòng điện AC này sẽ đi qua bộ sạc tích hợp trên ô tô điện. Sau đó bộ sạc sẽ truyền điện DC đến ắc quy (tương tự như bộ chuyển đổi AC sang DC dùng cho điện thoại chẳng hạn).

Các trạm sạc nhanh (nằm trên đường cao tốc, tại bãi đỗ xe và trên đường phố đô thị) thì tự động thực hiện quá trình chuyển đổi AC sang DC, tức là điện năng cho ắc quy sẽ đi thẳng vào ô tô dưới dạng dòng điện một chiều. Cho nên nhanh hơn là dùng ổ cắm điện xoay chiều. Tuy nhiên trạm sạc nhanh chiếm nhiều không gian hơn.

Tiếp theo là chuyển đổi điện năng ngược lại bằng cách sử dụng bộ biến tần, một thiết bị có thể biến DC thành AC cho động cơ xoay chiều của ô tô điện.

Hệ thống truyền động
Trong ô tô điện (EV), động cơ điện chỉ là một phần của một đơn vị lớn hơn được gọi là hệ thống truyền động. Ở đây có Bộ điều khiển Điện tử Công suất (PEC) gồm các mạch điện tử điều khiển nguồn điện của động cơ và việc sạc pin, cùng Hộp số điều chỉnh mô-men xoắn (lực quay) và tốc độ quay.

Việc chế tạo các bộ phận khác nhau của động cơ EV đòi hỏi chuyên môn thực sự. Ví dụ, để chế tạo một stato, ta phải biết cách quấn 2 km dây đồng trong các rãnh nhỏ trên những lá sắt non mà không làm hỏng lớp cách điện bao phủ chúng.

Hiệu quả của hệ thống truyền lực không ngừng được cải thiện, như có thể thấy ở trong các bộ truyền động hiện đại, dẫn đến tăng hiệu suất toàn diện của xe và đưa ra nhiều tính năng hơn cho người sử dụng.

Tuổi thọ động cơ ô tô điện
Tuổi thọ của động cơ ô tô điện phụ thuộc vào rất nhiều biến số nên rất khó ước tính. Trong điều kiện lý tưởng, tuổi thọ tối ưu là từ 15-20 năm. So với động cơ đốt trong, động cơ ô tô điện có ít bộ phận hơn, đồng nghĩa với việc bảo trì giảm thiểu và dễ dàng hơn.

Đầu ra của một chiếc ô tô điện là gì?
Khi nói đến một chiếc ô tô điện, công suất của nó liên quan đến một tỷ lệ được gọi là hiệu suất chuyển đổi năng lượng, tức là sự chênh lệch giữa điện năng cung cấp (đầu vào) và cơ năng “hữu ích” điều khiển động cơ (đầu ra). Nhiệt và ma sát có thể khiến một số năng lượng này bị thất thoát trên đường đi, nghĩa là động cơ không được hưởng lợi từ toàn bộ điện năng đến từ ắc quy của ô tô.

Công suất đầu ra của một chiếc ô tô điện phụ thuộc vào khối lượng của động cơ và công suất của dòng điện đi vào. Ví dụ, động cơ ZOE tạo ra công suất 100 kW với mô-men xoắn được cải thiện là 245 Nm. Với phạm vi test theo tiêu chuẩn đánh giá xe WLTP* là 395 km và ắc quy 52 kWh, động cơ ZOE hoạt động rất hiệu quả về mặt năng lượng.

Loại động cơ nào được sử dụng trong ô tô hybrid?
Xe hybrid sử dụng cả động cơ đốt trong và động cơ AC chạy bằng điện. Theo truyền thống, ắc quy trên xe hybrid chỉ có thể được sạc lại khi phanh hoặc giảm tốc độ, nghĩa là phần lớn công việc được thực hiện bởi động cơ đốt trong.

Tuy nhiên ngày nay đã có Plug-in Hybrid Electric, một loại mô hình hybrid mới. Những xe này được trang bị ổ cắm sạc chuyên dụng, 2 động cơ điện và động cơ đốt trong để mang lại hiệu quả tốt nhất cho cả hai loại nhiên liệu.

Chú thích
* WLTP (Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure) là một Tiêu chuẩn để xác định giá trị tiêu thụ và giá trị phát thải của xe hạng nhẹ theo quy trình thử nghiệm toàn cầu. Chu kỳ WLTP tương ứng với 57% hành trình trong thành phố, 25% hành trình ở ngoại ô và 18% hành trình trên đường cao tốc.