Động cơ điện trên xe ô tô: Có gì vượt trội so với động cơ đốt trong?

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, động cơ điện ra đời như một sự tất yếu cho sự phát triển của xã hội. Những chiếc ô tô sử dụng động cơ điện ngày càng nhiều, chúng sẽ hoạt động nhờ vào điện năng. Động cơ điện có vai trò như là máy phát điện biến năng lượng điện thành năng lượng cơ. Cùng Honda Ô tô Mỹ Đình tìm hiểu chi tiết về loại động cơ này nhé!

Động cơ điện là gì?

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, động cơ điện ra đời như một nhu cầu tất yếu cho sự phát triển của xã hội. Ngày càng có nhiều ô tô sử dụng động cơ chạy bằng điện, chúng hoạt động dựa vào điện năng. Động cơ điện vận hành như một chiếc máy phát điện, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ. Nhờ ưu thế về giá, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, đây được xem là loại động cơ của tương lai.

Lịch sử hình thành của động cơ điện

Động cơ điện ngày càng phát triển giúp cho cuộc sống của chúng ta trở nên đơn giản và dễ dàng hơn. Lịch sử ra đời, hình thành và phát triển của động cơ điện trải qua những giai đoạn sau:

• Năm 1740: Động cơ điện được phát minh thông qua công trình của nhà khoa học và nhà sư Andrew Gordon người Benedictine Scotland. Sau đó, các nhà khoa học khác như Michael Faraday và Joseph Henry tiếp tục phát triển chuyển động, thử nghiệm với trường điện từ và khám phá ra được cách chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.
• Năm 1834: Động cơ điện chạy bằng pin đầu tiên được sản xuất bởi Thomas Davenport ở Vermont đã đánh một dấu mốc vô cùng quan trọng. Phát minh này của ông được sử dụng đủ để cung cấp năng lượng cho một máy in quy mô nhỏ hoạt động.
• Năm 1886: DC William Sturgeon đã phát minh ra động cơ điện một chiều đầu tiên để vận hành máy móc. Nhưng phải đến thời điểm này, động cơ điện một chiều thực tế đầu tiên có thể chạy với tốc độ không đổi trong điều kiện trọng lượng thay đổi mới được sản xuất. Frank Julian Sprague là người phát minh ra nó và chính động cơ này đã cung cấp chất xúc tác cho việc áp dụng rộng rãi động cơ điện trong các ứng dụng công nghiệp.
• Đến cuối những năm 1880: Động cơ điện chính thức được sử dụng cho mục đích thương mại, trong toàn ngành công nghiệp, trong các nhà máy và gia đình.
• Năm 1887: Nikola Tesla đã phát minh ra động cơ cảm ứng AC xoay chiều mà ông đã được cấp bằng sáng chế thành công một năm sau đó. Tuy nhiên, nó không phù hợp với các phương tiện giao thông đường bộ. Phải tới năm 1892, động cơ cảm ứng thực tế đầu tiên được thiết kế, tiếp theo là rôto cuộn dây thanh quay,  giúp cho thiết bị phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng ô tô.
• Năm 1891: General Electric bắt đầu phát triển động cơ cảm ứng ba pha. Để sử dụng thiết kế rôto cuộn dây thanh, GE và Westinghouse đã ký một thỏa thuận cấp phép chéo vào năm 1896.
• Trong những năm 2000: Động cơ AC và DC hiện được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp trên toàn cầu và là một phần không thể thiếu trong nhiều ứng dụng. Từ xe lăn, thang máy chạy bằng năng lượng đến tự động hóa công nghiệp, vận tải và các tấm pin mặt trời, động cơ Parvalux đã dẫn đầu lĩnh vực thiết kế và sản xuất các giải pháp truyền động hiệu quả cho một loạt các ứng dụng đầy thách thức. Thế giới chắc chắn sẽ là một nơi rất khác nếu không có động cơ điện.

Các loại động cơ điện phổ biến

Để phân loại động cơ điện, có nhiều cách phân loại khác nhau dựa vào nhiên liệu sử dụng, tốc độ động cơ, chu trình công tác, số xi lanh… Một số loại động cơ điện phổ biến nhất hiện nay như sau:

Động cơ một chiều (DC Motor)

Động cơ một chiều là loại động cơ hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ một chiều là sự lựa chọn hàng đầu cho những ứng dụng cần điều khiển tốc độ, mô men khi công nghệ bán dẫn và kỹ thuật điều khiển chưa phát triển. Tuy nhiên, động cơ một chiều cần chổi than và bộ vành góp không phù hợp với điều kiện nóng ẩm, bụi bặm dẫn tới tuổi thọ thấp.

Động cơ IM không đồng bộ (Induction Motor)

Động cơ IM hoạt động với tốc độ quay của rotor chậm hơn so với tốc độ quay của từ trường stator. Với ưu điểm giá thành thấp, thông dụng, dễ chế tạo, động cơ IM hoàn toàn có thể thực hiện các thuật toán điều khiển vector tiên tiến cho động cơ xe ô tô điện. Động cơ IM đạt hiệu suất cao khi được sử dụng cho xe chạy thường xuyên trên những địa hình cho phép tốc độ cao. Hiệu suất cũng như quãng đường đi được sẽ không tối ưu, nếu sử dụng động cơ IM cho những quãng đường nhỏ, hay dừng đỗ như nước ta.

Động cơ SynRM từ trở đồng bộ (Synchronous Reluctance Motor)

Với dây quấn và lõi sắt từ, động cơ từ trở đồng bộ SynRM có cấu trúc stator giống động cơ xoay chiều thông thường. Từ trở dọc trục và từ trở ngang trục trên động cơ hoạt động khác nhau, sinh ra mô men từ trở làm động cơ quay.

Động cơ SRM từ trở thay đổi (Switched Reluctance Motor)

Động cơ SRM có cấu tạo rất đặc biệt. Rotor là một khối sắt, không có dây quấn hay nam châm, trên stator có dây quấn tương tự như dây quấn kích từ của động cơ một chiều. Điều này khiến động cơ SRM rất bền vững về cơ khí, thiết kế ở dải tốc độ có thể lên tới hàng chục nghìn vòng/phút. Tuy nguyên lý vận hành đơn giản, nhưng hạn chế của động cơ điện này là động cơ có tính phi tuyến cao, gây khó khăn cho việc điều khiển. Mặt khác, thiết kế động cơ lại khó điều khiển với xe ô tô điện chất lượng cao.

Động cơ BLDC motor – động cơ một chiều không chổi than (Brushless DC Motor)

Động cơ BLDC là một loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, có mật độ công suất, khả năng sinh mômen cao và hiệu suất cao. Nhược điểm của động cơ này là có nhấp nhô mômen lớn, xuất hiện 6 xung mô men trong 1 chu kì.

Động cơ IPM – động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm (Interior Permanent Magnet Motor)

Đây là động cơ có những ưu thế gần như tuyệt đối trong ứng dụng cho xe ô tô điện. Động cơ IPM có nam châm được gắn trên bề mặt rotor, vốn đã có đặc tính điều khiển rất tốt. Qua đó, tạo khả năng sinh mômen từ trở cộng thêm vào mômen vốn có do nam châm sinh ra. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm có khả năng sinh mômen rất cao. Cấu tạo vượt trội của động cơ IPM có khả năng giảm từ thông mạnh, cho phép nâng cao vùng điều chỉnh tốc độ, làm việc tốt.

Ưu nhược điểm của động cơ điện trên xe ô tô điện

Ưu điểm

• Không thải ra khí CO2 từ quá trình đốt cháy nhiên liệu và không gây hại cho môi trường.
• Động cơ điện cho phép sử dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến để điều khiển động cơ, thể hiện ưu điểm vượt trội về khả năng điều khiển, từ đó nâng cao chất lượng động học của ô tô.
• Động cơ có cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp, khi di chuyển trên nhiều địa hình khác nhau có thể mang đến cảm giác lái êm ái, không gây ra nhiều tiếng ồn.
• Động cơ điện phản ứng chính xác với mô-men xoắn nhanh hơn khoảng 100 lần so với động cơ đốt trong. Mỗi bánh xe có thể sử dụng hai hoặc bốn động cơ đặt trong bánh xe (in-wheel), không giống như ô tô thông thường chỉ có một động cơ đốt trong.
• Việc tích hợp động cơ vào bánh xe đã dẫn đến một sự thay đổi đáng kể trong cơ chế của xe điện. Sự tích hợp này còn cho phép điều khiển độc lập các bánh xe, giúp khả năng điều khiển chuyển động của xe điện linh hoạt hơn.

Nhược điểm

• Chi phí ban đầu cao hơn động cơ đốt trong.
• Thời gian sạc lại pin kéo dài và khoảng cách đi được trên một lần sạc còn hạn chế.
• Trọng lượng pin lớn, ảnh hưởng đến hiệu suất lái xe và không gian lưu trữ.
• Phụ thuộc vào hệ thống sạc và điện lưới phân phối.

So sánh động cơ điện và động cơ đốt trong

Động cơ điện và động cơ đốt trong có những điểm khác biệt như sau:

• Đại lý Honda Mỹ Đình: https://hondaotomydinh.vn/
• Fanpage: Honda Ôtô Hà Nội – Mỹ Đình
• Youtube: Honda Ôtô Hà Nội – Mỹ Đình
• Hotline: 037 583 7979

Hoàng Ngân

Với 2 năm kinh nghiệm làm việc trong lĩnh vực ô tô, tôi tự tin mang đến cho khách hàng những thông tin chính xác và đầy đủ, là nguồn tham khảo đáng tin cậy giúp khách hàng dễ dàng tìm kiếm các thông tin hữu ích.