CÔNG NGHỆ XE ĐIỆN CẦN QUAN TÂM GÌ

Công nghệ xe điện đã khởi đầu và đang phát triển. Bằng chứng là quy mô thị trường xe điện đang tăng và nhiều tập đoàn ô tô lớn đã có những kế hoạch chấm dứt sản xuất xe xăng, chuyển sang đầu tư công nghệ ô tô điện và sản xuất hoàn toàn xe điện trong những năm tới.

Việc chuyển đổi sản phẩm từ xe xăng sang xe điện sẽ thay đổi luôn cả quy trình và công nghệ chế tạo ô tô. Công nghệ xe điện sẽ có nhiều bài toán cần tính toán mô phỏng. Hôm nay chúng ta cùng đi tìm hiểu các vấn đề liên quan đến công nghệ xe điện.

Công nghệ xe điện phân tích ảnh hưởng của từ trường

Khác với xe xăng, xe điện dùng năng lượng từ pin. Các vấn đề về thời tiết, nhiệt độ môi trường, phản ứng hóa học của pin, từ trường của pin… đều là các khía cạnh cần được kiểm tra và điều chỉnh.

Trong các yếu tố liên quan đến điện, có yếu tố nhiễu sóng do từ trường của xe ảnh hưởng đến các thiết bị trong xe. Hoặc ngược lại, các thiệt bị ảnh hưởng lên từ trường của xe.

Như chúng ta đã biết trước đây ở Việt Nam có loại xe Simson. Khi xe này đi qua nhà dân thì tivi trong nhà dân bị nhiễu do xe phát ra loại sóng gây ảnh hưởng đến các thiết bị ngoại vi khác. Tương tự, khi xe điện kết nối vào các thiết bị gia dụng, bản thân xe điện cũng gây ra các sóng, có thể ảnh hưởng đến thiết bị ngoại vi như vi tính, tivi hoặc thiết bị khác.

Ngoài ra, bản thân ô tô điện cũng là đối tượng dễ bị ảnh hưởng bởi các loại sóng khác như các thiết bị gia dụng như máy sấy tóc, máy hút bụi,… Ngoài ra còn có các yếu tố như radio, điện thoại, thời tiết cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của xe điện. Do đó cần thiết phải kiểm tra, tính toán đến sự tương thích sóng điện từ để đảm bảo xe điện không phát sóng ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Ngoài ra cũng đảm bảo xe điện không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác từ bên ngoài.

Về tiêu chuẩn dành cho xe điện, các tiêu chuẩn cho xe điện rất nhiều, bao gồm tiêu chuẩn dành cho xe hoàn thành, tiêu chuẩn dành cho pin, tiêu chuẩn dành cho hệ thống kết nối sạc, hệ thống đổi pin,… Nếu làm thủ công hay đo đạt thực tế tốn rất nhiều thời gian. Rất may công nghệ cho ô tô điện có những phần mềm trực quan và hiệu quả. Việc phân tích tính toán vấn đề liên quan đến từ trường được thực hiện tại chỗ với máy tính và các phần mềm liên quan.

Công nghệ ô tô điện hỗ trợ giải quyết các vấn đề về nhiệt độ

Một nghiên cứu của chuyên trang Efahrer.com cho thấy: khi nhiệt độ xuống thấp, hoạt động của chất lỏng điện phân bên trong các tế bào pin sẽ chậm hơn. Do đó hiệu suất và khả năng tiếp nhận điện của xe bị giảm đi đáng kể. Ở điều kiện thời tiết này, việc phục hồi năng lượng của xe bị giảm và pin cũng hao hụt nhanh hơn.

Hoặc khi nhiệt độ tăng cao thì hoạt động của Pin ô tô và động cơ cũng sẽ bị ảnh hưởng. Cũng giống như xe xăng, động cơ điện hoạt động sẽ sinh ra nhiệt lượng. Nhiệt lượng này sẽ tăng dần theo công suất hoạt động của xe. Vì vậy công nghệ xe điện cũng chú trọng vào hệ thống làm mát chuyên biệt cho xe điện.

Giám đốc Viện Năng lượng Đại học Michigan (Hoa Kỳ) – Giáo Sư Anna Stefanopoulos, cho rằng “Pin cũng giống con người, chỉ có thể hoạt động bình thường trong phạm vi nhiệt độ nhất định. Đối với pin xe ô tô điện, phạm vi đó là từ 40 độ F (4 độ C) đến 115 độ F (46 độ C). Trong trường hợp ở trên hoặc dưới ngưỡng này đều sẽ ảnh hưởng đến khả năng vận hành của xe”.

Công nghệ xe điện hiện nay cho phép tạo một môi trường mô phỏng đa ngành theo quy trình để phân tích chính xác hiệu suất của những cụm chi tiết phức tạp. Những tinh chất vật lý như cấu trúc, nhiệt và động lực học chất lỏng có thể dễ dàng thiết lập được bằng cách sử dụng các công cụ có tính mô hình hóa, tự động hóa cao, giúp giảm đáng kể thời gian tạo mô hình phần tử hữu hạn và giải thích kết quả. Các bộ giải mạnh mẽ, chính xác và có khả năng mở rộng của có thể chạy cục bộ, trên máy chủ từ xa hoặc trên đám mây. Qua đó, các chuyên gia có phương thức quan sát rất trực quan thông qua mô phỏng chính sát hoạt động của Pin ô tô và động cơ trong cách trường hợp nhiệt độ. Hỗ trợ trong việc đưa ra các phương án xử lý khi nhiệt độ thấp và thiết kế bộ làm mát cho động cơ ô tô.

Trong khuôn khổ của bài không thể phân tích hết các tính năng cụ thể của các phần mềm, mời bạn đọc quan tâm khám phá các bài viết liên quan được đính kèm bên dưới.

Tham khảo chi tiết tại: Mô phỏng trên trường đa vật lý kết hợp với dữ liệu CAD (Simlab Altair)

 

Cấu trúc gầm sàn xe điện

Ô tô điện sử dụng động cơ điện, hệ truyền động với cấu tạo đơn giản, ít thành phần hơn so với xe sử dụng động cơ đốt trong. Do vậy, cùng một kích thước nhưng một số ô tô điện sở hữu không gian rộng rãi và thoáng hơn hơn so với xe xăng truyền thống, đó là ưu điểm của công nghệ xe điện.

 

Tuy nhiên, bộ phận chính tạo ra năng lượng cho xe điện chính là Pin được đặt ngay gầm xe. Thông thường thì gầm xe điện thấp hơn nhiều so với các xe cùng loại dùng động cơ xăng và viên pin thường đặt dưới gầm xe. Nếu đi vào khu vực đường xấu thường xuyên, lớp bảo vệ của viên pin ở gầm xe sẽ bị ảnh hưởng ít nhiều.

Mặt khác, mặc dù xe điện không thể bị “thủy kích” giống với xe xăng nhưng ngập nước lại mang đến vấn đề khác cho những loại xe này. Vị trí đặt pin và mô-tơ điện thấp sẽ bị ảnh hưởng nếu chủ xe quyết định lội nước qua vùng ngập sâu. Những hư hỏng sẽ không xuất hiện ngay lập tức như xe xăng nhưng hệ thống điện, dây dẫn, các thiết bị điện tử,… sẽ bị ẩm và hư hại về sau.

Pin ô tô là bộ phận quan trọng. Thiết kế gầm xe cần hợp lý để bảo vệ bộ phận pin trong các điều kiện như ngập nước, va đập với mặt đường,…nhưng cũng tránh làm tăng trọng lượng của xe, xe càng nặng tải càng hao nhiên liệu.

Công nghệ xe điện cho phép các chuyên gia mô phỏng các hiện tượng thời tiết và vật lý ảnh hưởng đến xe điện kể trên bằng đồ họa trực quan. Việc tăng các chỉ số trong phép tính toán mô phỏng cho chúng ta thấy ngay các rủi ro và sai soát tiềm tàng. Điều này rút ngắn được rất nhiều thời gian so với các phép thử thực tế và phép tính toán máy móc.

Công nghệ xe điện về hệ thống truyền động

Xe xăng truyền thống có động cơ đốt trong chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng và cần trải qua quá trình đốt cháy nhiên liệu để đảm bảo truyền động giữa các bộ phận. Ô tô điện có quá trình chuyển hóa điện năng thành cơ năng, lượng nhiệt tạo ra không đáng kể do mô-men xoắn được truyền thẳng đến các bánh xe và không qua các bộ phận trung gian. Công nghệ xe điện trong thiết hệ thống truyền động cần được áp dụng các bài toán phân tích mô phỏng để kiểm tra chính xác tính hợp lý của thiết kế.

Các chuyên gia sẽ sử dung một phần mềm mô phỏng đa vật thể toàn diện giúp dễ dàng xây dựng và làm việc trên các mô hình hệ phức tạp của động cơ xe điện để đánh giá các phản ứng động học khi hoạt động và tối ưu hóa hiệu suất của chúng. Ngoài ra, thông qua mô phỏng hóa trong các điều kiện giao thông, sẽ thấy được các lỗi khi gặp của thiết kế động cơ như: va đập, hiệu xuất thấp, biến dạng, ngập nước,…

Công nghệ ô tô điện cho động cơ

Về cơ bản, sự khác biệt giữa động cơ điện và động cơ xăng chính là nhiên liệu. Ô tô điện dùng hệ thống pin để cung cấp điện cho động cơ vận hành. Trong khi đó, các loại xe sử dụng nhiên liệu hóa thạch (xăng, dầu) để tạo ra động năng để vận hành xe.

Từ sự khác biệt này, dẫn tới sự khác biệt tiếp theo, xe điện có ít thành phần cấu tạo hơn xe xăng. Động cơ của xe điện là môtơ nên có cấu tạo đơn giản hơn nhiều so với các loại động cơ đốt trong. Chúng ta sẽ quên đi các bộ phận như: piston, xi-lanh, trục khuỷu, bánh răng, hệ thống lọc nhiên liệu…

Khi xét về hiệu suất, thiết kế động cơ điện cũng tỏ ra vượt trội hoàn toàn so với động cơ đốt trong. Động cơ đốt trong chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng, cần trải qua quá trình đốt cháy nhiên liệu và thời gian thực hiện giữa các bộ phận làm cho một lượng nhiệt lớn bị hao tốn từ thành xi-lanh. Theo tính toán, hiệu suất thực tế của động cơ chỉ duy trì ở mức 35%.

Ở thiết kế động cơ điện, quá trình chuyển hóa điện năng thành cơ năng cũng sinh nhiệt, so với xe xăng thì con số này thấp hơn vì mô-men xoắn được truyền thẳng đến các bánh xe, không qua các bộ phận trung gian. Vì vậy, hiệu suất đạt xấp xỉ 90%, cao hơn nhiều lần so với động cơ truyền thống.

Nhờ tiến bộ công nghệ ô tô điện, thiết kế động cơ điện cho phép tăng tốc nhanh và gần như không có độ trễ vì nó tạo ra mô-men xoắn cao ngay tại dải vòng tua thấp, ngay cả khi mới khởi động. Khái niệm “mô-men xoắn cực đại đạt được ở vòng tua…” không tồn tại với xe điện, vì ở dải tua nào mô-men xoắn cũng tối ưu như nhau.

Trái ngược lại, động cơ đốt trong cần độ trễ nhất định để tạo ra mô-men xoắn cực đại. Ở trạng thái khởi động, vòng tua máy thường dao động trong khoảng 1.000 vòng/phút và tăng dần khi người lái tăng tốc độ. Vòng tua máy càng cao, công suất tạo ra càng lớn, di chuyển càng nhanh.

Công nghệ xe điện cho phép các chuyên gia đẩy nhanh quá trình nghiên cứu để tạo ra các thiết kế cho động cơ điện chiếm nhiều ưu điểm hơn.

Công nghệ xe điện hiện nay có các phần mềm chuyên giải quyết vấn đề thiết kế động cơ điện trên toàn cầu. Nó cho phép các kỹ sư đẩy nhanh quá trình thiết kế máy móc, nhanh chóng khám phá nhiều cấu hình khác nhau trong khi xem xét các ràng buộc đa vật lý và chọn các tùy chọn hứa hẹn nhất trong vòng vài phút.

Trong khuôn khổ của bài không thể phân tích hết các tính năng cụ thể của các phần mềm, mời bạn đọc quan tâm khám phá các bài viết liên quan được đính kèm bên dưới

>>> Phần mềm thường dùng cho động cơ xe điện Fluxmotor

 

Công nghệ ô tô điện trong giải quyết vấn đề âm thanh

Trên thực tế xe điện vẫn phát ra âm thanh do chuyển động quay của mô tơ điện, tuy nhiên đây chỉ là những âm thanh nhỏ chứ không gọi là tiếng ồn. Tiếng ồn duy nhất mà xe điện có thể tạo ra đó là tiếng ồn do lốp xe gây ra hoặc do sức cản của gió xảy ra khi xe chạy ở tốc độ cao. Công nghệ ô tô điện phát triển cho phép xe điện vận hành êm ái, không tiếng ồn, đó là một lợi thế. Nhưng trong một số trường hợp, việc xe điện quá êm ái, không phát ra tiếng động lại nguy hiểm vì người tham gia giao thông khó phát hiện một phương tiện đang đi tới.

Liên minh châu Âu (EU) đã có quy định về mức độ âm thanh của phương tiện cơ giới đã được ban hành vào ngày 1/7/2019. Điều này dần trở thành yêu cầu pháp lý đối với tất cả các loại phương tiện chạy điện tại châu Âu. Theo đó, những chiếc xe ô tô điện bắt buộc phải phát ra âm thanh ở tốc độ bình thường lên đến 12,4mph, kể cả khi chiếc xe đi về phía trước hoặc đang đi lùi.

Theo đó, tất cả các hãng xe ô tô chạy bằng điện khi bán ra thị trường phải được trang bị hệ thống cảnh báo phương tiện bằng âm thanh (hệ thống AVAS) để cảnh báo những người tham gia giao thông khác khi lưu thông trên đường. Một chiếc xe ô tô điện phải phát ra âm thanh ở tần số tối thiểu 56 Decibel – tương đương với mức âm thanh của cuộc trò chuyện trong nhà hoặc bàn chải đánh răng điện.

Trên thế giới, có nhiều quốc gia đã áp dụng bắt buộc quy định về mức độ âm thanh cho xe ô tô điện. Trong đó, Nhật Bản đã ban hành hướng dẫn cho các thiết bị cảnh báo âm thanh từ tháng 1/2010 và Mỹ thông qua luật vào tháng 5/2010. Các nhà quản trị Quốc lộ an toàn giao thông Mỹ đã ban hành phán quyết cuối cùng trong tháng 2/2018, đòi hỏi những xe chạy điện phải có thiết bị phát ra âm thanh cảnh báo ở tốc độ dưới 30km/h bắt buộc phải tuân thủ vào tháng 9/2020.

Hiện nay, các chuyên gia đã đưa ra các phần mềm phân tích rung động tiếng ồn, giúp cho các nhà thiết kế xe nhanh chóng cải thiện thiết kế đạt đạt tiêu chuẩn âm thanh và rung động cho ô tô. Các phương pháp phân tích được trực quan hóa và các thuật toán thay đổi linh hoạt, nhanh chóng là điểm mạnh cho công nghệ này.

Công nghệ xe điện kiểm tra độ an toàn

Mỗi dòng xe xuất ra thị trường luôn được test độ an toàn trước. Và xe điện cũng không ngoại lệ. Ngoài tổ chức các thực nghiệm kiểm tra độ biến dạng và chức năng an toàn của thiết kế xe tốn kém khi cho xác xe di chuyển và va đập thực tế vào vật chắn, chúng ta hoàn toàn có thể dùng các công nghệ mô phỏng để kiểm tra tính an toàn của thiết kế xe.

Trên thực tế, mặt dù các bài kiểm tra được tổ chức nghiêm ngặt nhưng gian lận vẫn đã từng diễn ra. Điển hình chính là bê bối khí thải động cơ diesel của Volkswagen. Khi đó, hãng đã sử dụng phần mềm để can thiệp vào kết quả kiểm tra, khiến cho 11 triệu xe được bán ra với kết quả không sát với thực tế. Vụ bê bối này đã khiến tập đoàn Volkswagen mất 32 tỷ USD. Giám đốc Điều hành Volkswagen khi đó là Martin Winterkorn mất việc.

Công nghệ Phân tích tính toán mô phỏng sẽ được các chuyên gia sử dụng vì sẽ cho ra những con số chính xác, mà số liệu thì không biết “nói dối” và phương pháp này cũng tốn ít khinh phí hơn rất nhiều so với thực nghiệm.

HyperWorks Altair là một giải pháp CAE toàn diện nhất trong ngành công nghiệp. OptiStruct là một module của HyperWorks đóng vai trò quan trọng cho việc thiết kế và tối ưu hóa kết cấu cho ô tô điện.

Altair OptiStruct là một giải pháp cho thiết kế, phân tích và tối ưu hóa cấu trúc cho xe điện và các loại phương tiện nói chung được sử dụng  rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp.

Trong công nghệ xe điện, OptiStruct giúp cho các nhà thiết kế và các kỹ sư phân tích và tối ưu hóa  các cấu trúc về độ cứng vững, độ bền, mô phỏng NVH (độ ồn, rung động, độ xóc  dành cho mô ngành công nghiệp oto) để nhanh chóng phát triển các thiết kế có cấu trúc sang tạo, giảm trọng lượng.

Ngành xe điện cần một lượng lớn kiến thức và kỹ năng lẫn công nghệ hỗ trợ. Rất khó để một cá nhân hay một tập thể nhỏ lẻ nắm hết các yếu tố để tạo ra một thiết kế xe hoàn mĩ. Bạn cần tham khảo và trao đổi với các chuyên gia về lĩnh vực mà bạn quan tâm để bổ sung kiến thức. Hy vọng bài viết là một kênh tham khảo hữu hiệu cho bạn trong việc tìm hiểu về xe điện. Bạn có thể liên hệ với chúng tôi để được tư vấn thêm về các khía cạnh trên. Cảm ơn bạn đọc đã quan tâm. Trân trọng.

Có thể bạn quan tâm:

>> Lịch sử 100 năm của hàng không thế giới

>> 1001 câu chuyện về xe điện

>> Công nghệ Scan 3d cho thiết kế nội thất xe hơi,

>> Dự báo về ngành ô tô, đo khuôn khổ lớn chỉ bằng một máy quét 3d cao cấp

>> Ứng dụng edem- giải pháp chuyển đổi số trong lĩnh vực nông nghiệp

>> Giải Pháp Kiểm Tra 3D Cho Ngành Đúc 3D

 

<<<Quay lại trang ứng dụng