Với tốc độ phát triển nhanh chóng trong mười năm trở lại đây, ôtô điện đang từng bước phổ biến hơn trên thị trường và được xác định là dòng xe của tương lai, từng bước thế chỗ những cỗ máy 4 bánh sử dụng nhiên liệu hóa thạch phát thải CO2.
Không chỉ “xanh” hơn, xe điện còn có thiết kế đơn giản hơn nhiều ôtô truyền thống, xét về số lượng hệ thống quan trọng giúp loại phương tiện này vận hành. Những thành tố chính cấu tạo nên một chiếc xe điện gồm có cụm động cơ, pin và hệ thống điều khiển.
Porsche Taycan có động cơ điện đặt trước và sau, tạo thành hệ thống dẫn động AWD.
Động cơ điện
Thay vì nhận sức kéo từ một cụm động cơ lớn và có kết cấu phức tạp như các dòng xe chạy xăng hoặc dầu, ôtô điện lăn bánh nhờ vào mô-tơ xoay chiều sử dụng năng lượng từ pin. Đi kèm với đó là các ưu điểm về sự êm ái, gần như không có tiếng ồn, cấu tạo đơn giản hơn hẳn động cơ đốt trong.
Những điều này mang đến trải nghiệm di chuyển thoải mái hơn hẳn cho hành khách khi sử dụng xe điện, tiết kiệm chi phí bảo trì bảo dưỡng. Đồng thời, các nhà sản xuất đơn giản hóa được khâu thiết kế kỹ thuật và gia tăng được không gian để hành cho xe điện khi dưới nắp ca-pô phía trước đã không còn sự hiện diện của động cơ xăng, dầu.
Không chỉ đóng vai trò “đẩy” xe đi về phía trước, mô-tơ điện còn giúp tận dụng hiệu quả năng lượng khi đóng vai trò là hệ thống phanh tái tạo. Hiểu đơn giản, khi ôtô điện phanh hoặc chạy xuống dốc và hãng tốc, bộ bánh răng trung gian sẽ tạo thành năng lượng điện và nạp ngược trở lại vào cụm pin, từ đó tăng khả năng vận hành cho xe.
Tùy theo thiết kế của từng nhà sản xuất và dòng sản phẩm, xe có thể được trang bị một hoặc nhiều mô-tơ điện, từ đó tạo thành các hệ dẫn động tương tự ôtô truyền thống, chẳng hạn FWD, RWD hoặc AWD.
Ngoài ra, do mô-tơ điện được bố trí trực tiếp ở trục dẫn động nên hầu hết xe điện trên thị trường không có hộp số. Chỉ có số ít mẫu xe điện thể thao được trang bị hộp số 2 cấp như Porsche Taycan hay Audi e-tron GT để tối ưu khả năng vận hành, tiết kiệm khi cần thiết và cung cấp nhiều sức kéo ở chế độ lái thể thao.
Cụm pin của mẫu xe điện VinFast VF e35 được thiết kế nằm bên dưới sàn xe, cung cấp năng lượng cho động cơ và các hệ thống khác.
Hệ thống pin
Dù chỉ đóng vai trò lưu trữ năng lượng nhưng pin được xem là bộ phận quan trọng bậc nhất của xe điện, bởi lẽ pin quyết định trực tiếp đến 2 yếu tố then chốt trong sử dụng ôtô điện là phạm vi hoạt động và thời gian sạc.
Hiện nay, đa số xe điện trên thị trường trang bị loại pin lithium-ion có khả năng vận hành trung bình 300-500 km sau khi sạc đầy. Trong khi đó, thời gian nạp năng lượng kéo dài hàng giờ nếu chỉ sử dụng điện dân dụng, trong khi hệ thống trạm sạc nhanh với công suất cao chưa được xây dựng phổ biến.
Ngoài ra, pin lithium-ion với chất điện phân dạng lỏng có hạn chế về tính ổn định khi hoạt động ở điều kiện môi trường quá nóng hoặc quá lạnh, dung lượng tích trữ giảm sau thời gian dài sử dụng (chai pin) và giảm tốc độ sạc.
Các nhà sản xuất xe điện đang cạnh tranh và chạy đua để nghiên cứu loại pin mới sử dụng chất điện phân rắn (pin thể rắn) nhằm cải thiện những vấn đề trên. Phát triển được loại pin đủ tốt sẽ giúp đẩy nhanh quá trình thay thế hoàn toàn ôtô dùng động cơ đốt trong.
Đi cùng với cụm pin bố trí dưới sàn xe là những bộ phận liên quan khác, bao gồm bộ sạc, hệ thống quản lý để các tế bào pin làm việc ổn định và hạn chế hư hỏng, hệ thống làm mát hoặc sưởi pin…
Hệ thống EPCU kiểm soát mọi hoạt động trên xe điện, bao gồm vận hành và các trang bị tính năng tiện ích bên trong nội thất.
Hệ thống điều khiển
Nếu ví động cơ, pin là cơ bắp cùng trái tim thì hệ thống điều khiển trung tâm (Electric Power Control Unit - EPCU) đóng vai trò như não bộ của xe điện, quản lý và kiểm soát toàn bộ các thông số để đảm bảo phương tiện vận hành hiệu quả.Một hệ thống điều khiển trung tâm của xe điện thường được phân bổ thành vài bộ phận thứ cấp.
Đầu tiên là bộ biến tần đảm nhận việc chuyển đổi điện một chiều từ pin thành điện xoay chiều để động cơ hoạt động, thông qua đó kiểm soát quá trình tăng tốc và giảm tốc, ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính vận hành của xe.
Tiếp đến là bộ chuyển đổi điện áp thấp, giúp chuyển đổi dòng điện từ pin thành nguồn điện 12 V một chiều, cung cấp năng lượng cho các tính năng tiện ích. Nếu không có bộ chuyển đổi này nhiều trang bị sẽ không thể hoạt động, ví dụ như đèn chiếu sáng, hệ thống thông tin giải trí, hệ thống điều hòa…
Sau cùng và quan trọng nhất trong hệ thống EPCU là bộ kiểm soát phương tiện (Vehicle Control Unit - VCU). Theo đó, VCU nắm vai trò điều khiển và giám sát mọi thông số nguồn điện của xe, bao gồm điều khiển động cơ, điều khiển cụm phanh tái tạo, quản lý tải của dòng điện, cung cấp điện cho hệ thống điện tử…