Với tính năng tiên phong của Porsche Taycan, Zuffenhausen tiếp tục truyền thống đổi mới của mình. Đây là cách hoạt động chi tiết của động cơ điện.
Nếu bạn nhấn hoàn toàn bàn đạp ga của Porsche Taycan Turbo S, bạn sẽ có 12.000 lý do để chọn một vị trí ngồi ổn định. Người lái và hành khách bị ép vào ghế theo cách gần như nín thở khi mẫu xe thể thao chạy điện hàng đầu giải phóng mô-men xoắn cực đại 12.000 Nm trên cả bốn bánh cùng một lúc (Taycan Turbo S: lượng khí thải CO2 kết hợp 0 g/km, Tiêu thụ điện kết hợp 28,5 kwh/100 km). Sức mạnh tập trung được xả toàn bộ mà không có bất kỳ độ trễ nào và lực đẩy từ hai động cơ điện ở trục trước và sau hầu như không thay đổi cho đến tốc độ tối đa.
Liều adrenaline này là thành phần tích cực trong công nghệ truyền động độc đáo của Porsche. Không phải ngẫu nhiên mà Center of Automotive Management (CAM) nổi tiếng đã tuyên bố Taycan là mẫu xe sáng tạo nhất thế giới năm 2020. Tại Porsche, sự đổi mới luôn đồng nghĩa với việc đẩy công nghệ lên đỉnh cao. Trong trường hợp này, điều đó có nghĩa là khai thác tiềm năng của dẫn động điện theo cách mà chưa ai từng làm trước đây.
Động cơ trung tâm bánh lái của Ferdinand Porsche
Khái niệm này không phải là mới ở Porsche. Trên thực tế, nó đã có từ hơn 120 năm trước. Vào thời điểm đó, Ferdinand Porsche trẻ tuổi đã đạt được danh hiệu đầu tiên trên thế giới khi phát triển xe điện với động cơ trung tâm bánh lái. Những khả năng do tính năng điện động mang lại đã thúc đẩy tham vọng thể thao của ông ấy, và chiếc xe đua của ông ấy đã trở thành phương tiện chở khách 4 bánh đầu tiên trên thế giới.
Các động cơ DC đơn giản của những năm trước đã từ lâu đã được thay thế bằng các máy móc phức tạp hơn. Tuy nhiên, nguyên tắc vật lý cơ bản vẫn giữ nguyên: từ tính. Một nam châm luôn bao gồm một cực bắc và một cực nam. Một mặt, có các nam châm vĩnh cửu, dựa trên sự tác động lẫn nhau của các hạt cơ bản. Mặt khác, từ trường cũng phát sinh mỗi khi một điện tích di chuyển. Để khuếch đại điện từ trường, dây dẫn mang dòng điện trong động cơ điện được bố trí để tạo thành một cuộn dây. Nam châm điện và – tùy thuộc vào thiết kế của động cơ – nam châm vĩnh cửu được bố trí trên hai thành phần. Phần đứng yên được gọi là stato, phần quay là rotor, quay khi lực hấp dẫn và lực đẩy được tạo ra bằng cách định kỳ bật và tắt điện áp.
Sử dụng PSM thay vì ASM
Không phải loại động cơ điện nào cũng thích hợp để làm động lực cho xe. Porsche sử dụng máy đồng bộ kích thích vĩnh cửu (Permanently excited Synchronous Machine – PSM). So với thiết kế chủ yếu được sử dụng – máy không đồng bộ (Asynchronous Machine – ASM) rẻ hơn – PSM cung cấp đầu ra liên tục cao hơn vì nó ít dễ bị quá nhiệt hơn và do đó không phải giảm xuống. PSM của Porsche được cung cấp và điều khiển thông qua thiết bị điện tử công suất với điện áp xoay chiều ba pha: tốc độ của động cơ được xác định bởi tần số tại đó điện áp xoay chiều dao động quanh điểm 0 từ cộng đến trừ. Trong động cơ Taycan, bộ biến tần xung đặt tần số của trường quay trong stato, do đó điều chỉnh tốc độ của rôto.
Rôto chứa nam châm vĩnh cửu chất lượng cao với hợp kim neodymium-sắt-boron được từ hóa vĩnh viễn trong quá trình sản xuất thông qua từ trường hướng mạnh. Nam châm vĩnh cửu cũng cho phép thu hồi năng lượng ở mức độ rất cao thông qua quá trình hồi phục trong quá trình phanh. Ở chế độ chạy vượt, động cơ điện chuyển sang chế độ phục hồi trong khi nam châm cảm ứng điện áp và dòng điện vào cuộn dây stato. Hiệu suất hồi phục của động cơ điện Porsche được đánh giá là tốt nhất trong số các đối thủ.
Cuộn dây kiểu kẹp tóc: một tính năng đặc biệt của động cơ Taycan
Công nghệ được thúc đẩy đến những giới hạn của nó: gen Porsche này được phản ánh trong một tính năng đặc biệt của động cơ Taycan, được gọi là cuộn kẹp tóc (hairpin winding). Ở đây, các cuộn dây của stato bao gồm các dây không phải là hình tròn mà là hình chữ nhật. Và không giống như các quy trình quấn cổ điển mà dây đồng được lấy từ một cuộn vô tận, công nghệ kẹp cuộn dây được gọi là quy trình lắp ráp dựa trên hình thành. Điều này có nghĩa là dây đồng hình chữ nhật được chia thành các đoạn riêng lẻ và được uốn thành hình chữ U, tương tự như một chiếc kẹp tóc. Những chiếc ‘kẹp tóc’ riêng lẻ này được lắp vào các lớp phủ của stato, trong đó cuộn dây được gắn theo cách sao cho các bề mặt của mặt cắt ngang hình chữ nhật nằm chồng lên nhau.
Đây là lợi thế quyết định được cung cấp bởi công nghệ kẹp tóc: nó cho phép các dây được đóng gói dày hơn, do đó bổ sung thêm đồng vào stato. Trong khi các phương pháp quấn dây thông thường có hệ số lấp đầy đồng – như đã biết – khoảng 50%, thì công nghệ mà Porsche sử dụng có hệ số lấp đầy gần 70%. Điều này làm tăng công suất và mô-men xoắn với cùng một không gian lắp đặt. Các đầu của các kẹp được hàn với nhau bằng tia laser, tạo ra cuộn dây. Một ưu điểm quan trọng khác là sự tiếp xúc đồng nhất giữa các dây đồng liền kề giúp cải thiện khả năng truyền nhiệt và stator kẹp tóc có thể được làm mát hiệu quả hơn nhiều. Động cơ điện chuyển đổi hơn 90% năng lượng thành sức đẩy. Nhưng cũng giống như trong động cơ đốt trong, tổn thất được chuyển hóa thành nhiệt phải tiêu tán. Đó là lý do tại sao động cơ có áo nước làm mát.
Cực điểm chuyên môn của Porsche trong lĩnh vực biến tần xung
Để điều khiển chính xác động cơ đồng bộ được kích thích vĩnh cửu, thiết bị điện tử công suất phải biết chính xác vị trí góc của rotor. Đây là những gì trình phân giải dành cho. Nó bao gồm một đĩa rotor làm bằng kim loại dẫn điện trường, một cuộn dây kích từ và hai cuộn dây nhận. Cuộn dây kích từ tạo ra một từ trường được truyền qua bộ mã hóa đến các cuộn dây nhận. Điều này tạo ra một điện áp trong các cuộn dây nhận, vị trí pha của chúng được dịch chuyển tỷ lệ với vị trí rotor. Hệ thống điều khiển có thể sử dụng thông tin này để tính toán vị trí góc chính xác của rotor. Hệ thống điều khiển này, được gọi là biến tần xung, là đỉnh cao chuyên môn của Porsche. Nó có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều của pin ở 800 vôn thành dòng điện xoay chiều và cung cấp cho hai động cơ điện.
Porsche là nhà sản xuất đầu tiên áp dụng mức điện áp 800 vôn. Ban đầu được phát triển cho xe đua Porsche 919 Hybrid, điện áp này giảm trọng lượng và không gian lắp đặt trong quá trình sản xuất hàng loạt nhờ dây cáp gọn gàng hơn, cho phép thời gian sạc ngắn hơn. Động cơ điện đạt tới 16.000 vòng/phút. Để tận dụng tối ưu dải tốc độ này nhằm tạo ra sự lan tỏa đặc trưng của Porsche giữa động lực học, hiệu suất và tốc độ tối đa, các bộ dẫn động trước và sau đều có hộp số riêng. Taycan là chiếc xe thể thao chạy điện đầu tiên có hộp số với hai bánh răng có thể chuyển số ở trục sau, bánh răng đầu tiên có tỷ số giảm rất ngắn. Trên trục trước, một hộp số hành tinh đầu vào truyền lực đến các bánh xe.
Những điều này kết hợp để mang lại cho Taycan Turbo S sức mạnh của nó. Ở cầu trước, tỷ số truyền chuyển 440 Nm do động cơ điện tạo ra thành khoảng 3.000 Nm ở bánh xe. Một số 610 Nm từ động cơ cầu sau được nhân lên ở số đầu tiên thành khoảng 9.000 Nm mô-men xoắn trục. Nhiệm vụ của số thứ hai có tỷ số dài hơn là đảm bảo hiệu suất và khả năng dự trữ năng lượng ở tốc độ cao. Đây là công nghệ tiên phong, được áp dụng đến từng chi tiết nhỏ nhất – và là sự tiếp nối truyền thống đổi mới của Porsche trong thời đại truyền động điện.
Porsche
