Phần lớn các xe điện EV hiện nay không sử dụng hộp số. Có ba lý do chính cho vấn đề này, nhưng trước khi đi sâu vào chi tiết, chúng ta cần giải thích hộp số là gì và chức năng của hộp số trong ô tô ICE. Điều này sẽ giúp dễ dàng hơn để hiểu tại sao hộp số không có tầm quan trọng cơ bản trong ô tô điện.
Hộp số là gì và nó có chức năng gì trong ô tô ICE?
Động cơ đốt trong ICE, không giống như động cơ điện, không tạo ra đủ mô-men xoắn khi chạy không tải để có thể di chuyển xe, chúng cần chạy ở số vòng quay cao hơn để tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn. Nhưng phạm vi vòng quay của động cơ bị hạn chế và kết quả là tốc độ của xe sẽ bị hạn chế và đó là lý do tại sao chúng ta sử dụng hộp số. Tóm lại, hộp số kết hợp với tỷ số truyền động cuối cùng là hệ số nhân mô-men xoắn.
Hãy bắt đầu với tỷ số truyền. Giả sử bạn đã chọn số 1 trong xe ICE của mình. Cũng giả sử rằng bánh răng số một có tỷ số 3: 1. Điều này có nghĩa là mô-men xoắn do động cơ tạo ra được nhân với 3. Để xác định mô-men xoắn được nhân lên bao nhiêu lần trong các bánh xe của ô tô, chúng ta cũng phải tính đến tỷ số truyền động cuối cùng. Một lần nữa, nếu tỷ số truyền động cuối cùng là 3: 1, thì mô-men xoắn của bánh xe ô tô gấp chín lần mô-men xoắn của động cơ. Nếu động cơ ô tô của bạn tạo ra mô-men xoắn 200 Nm ở số 1 với tỷ số trên thì mô-men xoắn của bánh xe là 200 Nm x 9 = 1800 Nm.
Nếu không có hộp số thì sẽ không có việc nhân lên mô men xoắn này, và chiếc xe sẽ đứng yên ngay cả khi chúng ta nhấn ga. Hộp số trên ô tô ICE phải được thiết kế theo cách kết hợp hoàn hảo giữa công suất và đặc tính mô-men xoắn của động cơ, hiệu suất của nó ở các tải khác nhau và tất nhiên, tốc độ tối đa mà các kỹ sư đã chỉ định cho loại xe đã chọn.
Những giải pháp đó, mặc dù đã có những bước phát triển lớn trong những thập kỷ qua, nhưng vẫn là một thỏa hiệp. Hộp số làm mất hiệu quả của chính chúng đối với toàn bộ hệ thống truyền động, làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu và năng lượng.
Đối với xe điện EV thì sao?
Động cơ điện có ba đặc tính riêng giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong phát triển hộp số và trong hầu hết các trường hợp, làm cho hộp số trở nên không cần thiết. Những đặc tính này là mô-men xoắn cao từ 0 vòng/phút, khả năng vòng tua cao của động cơ điện và tốc độ tối đa được giới hạn điện tử.
Mô-men xoắn cao từ 0 vòng/phút là khá rõ ràng. Hãy nhớ rằng hộp số chủ yếu là thiết bị nhân mô-men xoắn. Nếu bạn có mô-men xoắn cao từ 0 vòng/phút, thì bạn không cần phải nhân thêm nó bằng cách sử dụng nhiều tỷ số truyền.
Tuy nhiên, điều quan trọng là khả năng vòng tua máy cao. Vì động cơ điện có thể quay hết cỡ lên đến 20.000 vòng/phút, với mô-men xoắn cao có sẵn trong phạm vi, nên có thể dễ dàng đạt được tốc độ tối đa chỉ với một tỷ số. Lý do cuối cùng là tốc độ tối đa được giới hạn điện tử của một chiếc ô tô điện. Điều này không chỉ vì không có hộp số, mà là do hàm lượng năng lượng tương đối thấp của pin điện áp cao so với nhiên liệu lỏng.
BMW i4 eDrive 40 có mô-men xoắn cực đại 430Nm từ 0-5000 vòng/phút, hộp số kết hợp và tỷ số truyền động cuối cùng là 11.115: 1. Điều đó có nghĩa là mô-men xoắn của bánh xe là 4780 Nm!
Giả sử tốc độ tối đa của ô tô là 190 km/h. Ở tốc độ tối đa, động cơ quay với tốc độ 16.500 vòng/phút. Ở tốc độ đường cao tốc điển hình là 130 km/h, động cơ quay ở tốc độ khoảng 11.300 vòng/phút. Như bạn có thể thấy trong ví dụ này, động cơ điện có đủ dải rpm để đáp ứng tất cả các yêu cầu mà không cần hộp số.
Porsche và Audi
Porsche Taycan và Audi E-Tron GT đều sử dụng hộp số hai cấp ở động cơ phía sau. Và bạn sẽ nói rằng “Này, bạn vừa nói với chúng tôi rằng hộp số không cần thiết trong ô tô điện.” Lý tưởng nhất là chúng ta có một tỷ số truyền ngắn ở tốc độ thấp đến trung bình để tăng tốc nhanh hơn và tỷ số truyền dài hơn ở tốc độ cao hơn để giảm vòng tua của động cơ điện.
Tại sao chúng ta cần giảm vòng tua động cơ ở tốc độ cao hơn? Trước hết, bằng cách giảm vòng tua của động cơ, chúng ta cải thiện hiệu suất của nó (thông qua ít dòng điện ngược và xoáy hơn) và do đó phạm vi của xe cũng được cải thiện. Và lý do thứ hai là khả năng đạt được tốc độ tối đa cao hơn mà không cần quay động cơ quá mức.
Vấn đề với việc áp dụng hộp số hai cấp là khó khăn về mặt kỹ thuật đối với những hộp số cần phải xử lý mô-men xoắn cực lớn và tức thời mà động cơ điện tạo ra. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất hiện đang phát triển hộp số hai cấp cho ô tô điện.
Nếu họ thành công trong việc sản xuất những chiếc xe đó ở quy mô lớn với độ tin cậy vững chắc và giá cả hợp lý, chúng ta có thể thấy nhiều xe hơi phổ thông sử dụng chúng thay vì chỉ những siêu xe như Porsche Taycan và Audi e-Tron GT. Mặc dù vậy, sự phức tạp và giá cao vượt xa những lợi ích tiềm năng.
