Hệ truyền động xe điện hoạt động ra sao?

Hệ thống truyền động của xe điện tuy đơn giản hơn so với động cơ đốt trong nhưng bên trong lại là tập hợp nhiều công nghệ then chốt quyết định khả năng vận hành của phương tiện. Trong đó, pin được xem là trái tim của xe, quyết định quãng đường di chuyển hoặc tốc độ sạc. Nhưng chính động cơ kéo và bộ truyền động mới là những thành phần khai thác năng lượng điện, chuyển đổi thành chuyển động tức thì đặc trưng của xe điện.

Theo phân tích mới được Hyundai công bố, cấu trúc bên trong của động cơ điện gồm ba thành phần chính: động cơ điện, bộ giảm tốc và bộ biến tần. Động cơ tạo mô-men xoắn, bộ giảm tốc truyền lực tới các bánh, trong khi bộ biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ pin thành dòng điện xoay chiều (AC) đồng thời điều khiển thời điểm, cường độ sử dụng điện năng.

Hyundai nhấn mạnh bộ biến tần là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến khả năng phản hồi khi người lái nhấn ga. Ở mức độ nguyên lý, quá trình vận hành diễn ra như sau: nguồn DC đi từ pin qua bộ biến tần, được chuyển đổi thành AC rồi dẫn tới các cuộn dây động cơ. Tại đây, dòng AC tạo ra từ trường biến thiên liên tục khiến rotor từ hóa ở trung tâm quay, tạo lực kéo gần như ngay lập tức. Toàn bộ quá trình chỉ mất vài phần nghìn giây, lý giải vì sao xe điện phản hồi nhanh đến mức người lái cảm nhận rõ cú giật nhẹ về phía sau khi tăng tốc.

Một số cách truyền thống để tăng hiệu suất bao gồm tăng điện áp pin hoặc tăng dòng điện cấp cho động cơ. Tuy nhiên, các giải pháp này thường khiến hệ truyền động lớn hơn, nặng hơn và đòi hỏi kiểm soát nhiệt phức tạp hơn. Thay vào đó, Hyundai phát triển phương án tối ưu hơn thông qua chính bộ biến tần.

Nhà sản xuất gọi đây là Hệ thống Động cơ 2 Giai đoạn, tập trung vào việc mở rộng số lượng công tắc điện (IGBT hoặc MOSFET) trong bộ biến tần silicon carbide. Nếu trước đây chỉ có sáu công tắc điều chỉnh nguồn điện từ pin đến động cơ, hệ thống mới tăng lên mười hai công tắc. Khi vận hành ở điều kiện bình thường, sáu công tắc đầu tiên hoạt động như thiết kế tiêu chuẩn. Nhưng khi người lái nhấn ga mạnh, toàn bộ mười hai công tắc được kích hoạt đồng thời để tăng hiệu suất và khả năng tăng tốc.

Theo Hyundai, cơ chế này có thể giúp tăng điện áp cung cấp cho động cơ lên tới 70%, từ đó cải thiện đáng kể khả năng tăng tốc mà không cần thay đổi kích thước hệ thống. Đáng chú ý, thiết kế mới không làm tăng trọng lượng nhờ việc cô đọng chín mô-đun bán dẫn thành ba mô-đun, giúp thu nhỏ bộ biến tần mà vẫn cung cấp công suất lớn hơn.

Cách vận hành tương tự như động cơ VTEC của Honda, vốn nổi tiếng với khả năng chuyển đổi giữa hai cấu hình trục cam tùy vào dải vòng tua, nhằm tối đa hóa hiệu suất. Dù khác biệt về bản chất – một bên là động cơ đốt trong, một bên là hệ thống điện – cả hai đều có chung nguyên lý: thay đổi cấu hình hoạt động để tăng hiệu quả khi cần công suất lớn.

Nền tảng cho thế hệ xe điện hiệu suất cao

Một trong những lợi thế lớn nhất của xe điện nằm ở khả năng kiểm soát mô-men xoắn chính xác thông qua điện tử. Bộ biến tần lại chính là bộ não điều phối sức mạnh của hệ truyền động. Công nghệ 2 giai đoạn mà Hyundai giới thiệu đã mở rộng khả năng điều chỉnh điện áp và dòng điện, từ đó bổ sung mức hiệu suất mà không buộc hệ thống phải tăng kích thước hoặc trọng lượng.

Cách tiếp cận này được ứng dụng trực tiếp trên các mẫu xe điện hiệu suất cao như Hyundai Ioniq 5 N hay Kia EV6 GT. Các mẫu xe này sử dụng cùng nền tảng điện E-GMP, trong đó bộ biến tần silicon carbide đóng vai trò trọng tâm trong việc xử lý công suất cao nhưng vẫn đảm bảo độ ổn định và hiệu quả tản nhiệt.

Nhờ việc điều phối linh hoạt giữa hai chế độ của bộ biến tần, xe có thể vận hành êm ái ở tốc độ thấp nhưng bùng nổ ngay lập tức khi cần tăng tốc. Điều này tạo ra đặc trưng vận hành “hai tính cách” của nhiều mẫu xe điện hiệu suất cao: tiết kiệm và mượt mà khi đi phố, song sẵn sàng bộc lộ sức mạnh lớn khi người lái yêu cầu.

Sự phát triển của công nghệ biến tần cũng cho thấy các hãng xe đang chuyển trọng tâm sang tối ưu hóa điện tử thay vì chỉ tăng kích cỡ pin hoặc motor. Trong bối cảnh thị trường xe điện ngày càng cạnh tranh, những cải tiến như Hệ thống Động cơ 2 Giai đoạn trở thành giải pháp vừa hiệu quả, vừa tiết kiệm, giúp các mẫu xe điện đạt hiệu suất cao mà không đánh đổi trọng lượng và độ bền.