Giới thiệu tổng quát nền tảng xe điện Ultium của General Motors

Ultium là nền tảng công nghệ mà GM (General Motors) phát triển dành riêng cho xe điện. Hiểu một cách đơn giản, đây là một hệ thống pin dùng chung mô-đun và cung cấp năng lượng cho một nhóm động cơ hoặc bộ truyền động có liên quan. Giám sát và kiểm soát chặt chẽ hoạt động của hệ thống này là hệ điều hành Ultifi, chạy trên kiến trúc điện mới nhất của GM – Nền tảng Trí tuệ Xe (Vehicle Intelligence Platform).

Ultium sẽ được GM dùng làm nền tảng cho nhiều phương tiện khác nhau, và mỗi phương tiện lại sử dụng những hệ thống treo và khung gầm khác nhau. Nền tảng này phản ánh rõ lộ trình điện khí hóa của GM – đó là thu lời bằng cách chia sẻ càng nhiều phần cứng đắt tiền càng tốt.

Cụ thể, GM hoàn toàn có thể mở rộng danh mục sản phẩm dựa trên nền tảng này với các sản phẩm như: pin, hệ thống giám sát, kiến trúc động cơ và hệ điều hành. Trên thực tế, nhà sản xuất xe hơi Mỹ đã phác thảo ra 19 tổ hợp động cơ và pin. Con số này hứa hẹn sẽ tiếp tục tăng lên trong tương lai.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những thành phần cơ bản cấu tạo nên nền tảng xe điện Ultium của GM.

1. Pin Ultium

1.1. Thiết kế

Khác với thiết kế pin dạng hình trụ nổi tiếng của Tesla, GM sử dụng các viên pin dạng túi lớn với kích thước là 58x10x1 cm. Từ đó, loại pin này cung cấp nhiều năng lượng hơn so với các loại pin khác. Mỗi “túi pin” nặng khoảng 1.4 kg và chứa 0.37 kWh năng lượng. Một mô-đun gồm 24 túi pin và có thể được sắp xếp theo chiều dọc hoặc chiều ngang để phù hợp với yêu cầu về không gian của xe.

1.2. Thành phần hóa học

Công thức niken-mangan-coban-nhôm (NMCA) được ứng dụng giúp giảm 70% việc sử dụng coban so với công thức lithium-niken-mangan-coban-oxy (NMC) của chiếc xe điện Chevrolet Bolt, dù cả hai đều dùng pin lithium-ion.

Nhôm giúp tăng cường sức mạnh cho các điện cực và ngăn chặn sự hình thành đột biến lithium trong quá trình sạc nhanh (vốn là nguyên nhân dẫn đến ngắn mạch pin). Từ đó, tuổi thọ pin được kéo dài, đồng thời giảm bớt những lo lắng về việc thường xuyên phải sạc nhanh với dòng điện một chiều.

GM bắt tay với SolidEnergy để phát triển pin lithium-kim loại thế hệ thứ hai, sử dụng chất điện phân có gốc từ silicon. Chất này không hoàn toàn ở thể rắn nhưng chúng hứa hẹn sẽ làm tăng gấp đôi mật độ năng lượng của pin NMCA, với chi phí chỉ bằng 60% so với thế hệ thứ nhất. Tuy nhiên, chủ xe với các sản phẩm thuộc thế hệ thứ nhất vẫn có thể nâng cấp lên thế hệ thứ hai nhờ tính tương thích ngược.

1.3. Quản lý pin không dây

GM sẽ là nhà sản xuất đầu tiên quản lý pin bằng công nghệ không dây với phổ tần 2.4 GHz (tương tự như bluetooth). Hệ thống quản lý này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí mà còn giảm trọng lượng xe, độ phức tạp của cấu trúc bên trong xe hay không gian cần thiết để hàn các kết nối có dây và tối ưu hóa vấn đề bảo hành.

Hệ thống không dây này liên tục theo dõi tình trạng pin và chia sẻ thông tin với đám mây để phát hiện các vấn đề tiềm ẩn với một số lô pin nhất định. Ngoài ra, nó cho phép tái lập trình (flash reprogramming) khi các hóa chất pin mới được đưa vào xe, hoặc khi tái sử dụng một bộ pin cho mục đích khác (thường là để dự trữ năng lượng).

1.4. Dung lượng và phạm vi hoạt động

Mỗi mô-đun 24 túi pin có thể cung cấp năng lượng ở mức 8.9 kWh. Các phương tiện nhỏ nhất và nhẹ nhất thì chỉ cần dùng gói 6 mô-đun với mức năng lượng lên đến 50 kWh. Trong khi đó, chiếc xe điện GMC Hummer có thể được trang bị gói 200 kWh cho phạm vi hoạt động là 529 km.

1.5. Điện áp và sạc

Hầu hết, các bộ pin Ultium hoạt động ở mức điện áp là 400V với khả năng sạc nhanh bằng dòng điện một chiều, có công suất lên đến 250 kW. Trên chiếc Hummer chạy điện, hai bộ pin 400V có thể được đấu nối tiếp để mô phỏng bộ pin 800V trong quá trình sạc, nâng lượng điện năng cho xe lên 350 kW và tăng phạm vi hoạt động thêm 161 km nữa chỉ với 10 phút sạc.

1.6. Chi phí

Thiết kế thông minh cùng việc ứng dụng công thức pin NCMA giúp giảm chi phí đáng kể (rẻ hơn 1/10 so với trên Chevy Volt đời 2010). Do đó, GM hoàn toàn thu được lợi nhuận cao từ công nghệ này.

2. Dòng động cơ Ultium

GM đã ra mắt 3 động cơ từ thông hướng trục làm mát bằng dầu (oil-cooled axial-flux motor) với kiểu dáng thùng truyền thống, thay vì kiểu bánh kếp (pancake) mới mẻ. Bộ ba này bao gồm 2 khối nam châm vĩnh cửu cho công suất lên tới 241 hp và 342 hp, cùng một khối nam châm cảm ứng dòng điện xoay chiều (AC induction-type) cho công suất 83 hp.

Khối cảm ứng nói trên được lắp nối tiếp với một trong hai khối nam châm vĩnh cửu và mang lại hiệu suất cao cho hệ dẫn động 4 bánh. Lý do là bởi vì khối cảm ứng này không tạo ra lực cản điện từ như các khối nam châm vĩnh cửu.

Trong khi đó, các tấm kim loại xếp chồng lên nhau tạo ra một stato chung. Ở các động cơ mạnh hơn thì các tấm kim loại được xếp chồng dài hơn, các cuộn dây quay nhiều hơn và roto cũng sử dụng nhiều nam châm vĩnh cửu chung hơn.

Tất cả các động cơ sẽ được thống nhất với một bộ truyền động giảm tốc (reduction drive) và một bộ biến tần công suất (power inverter). Hơn nữa, GM cũng cài đặt một thuật toán cho phép hiệu chỉnh công suất đầu vào sau mỗi 10 mili-giây, qua đó tăng hiệu suất lên gần 97% và cung cấp khả năng kiểm soát độ ổn định tốt hơn.

Ở thế hệ đầu tiên được sản xuất, 3 động cơ nói trên sẽ được đóng gói vào 5 đơn vị truyền động (drive unit). Trong đó, 2 đơn vị lớn nhất giữ nhiệm vụ cung cấp sức mạnh cho xe hiệu năng cao dẫn động cầu sau, và 3 đơn vị còn lại được thiết lập theo cơ chế động cơ đơn.

3. Hệ điều hành Ultifi

GM định hướng Ultium là mũi nhọn trong quá trình phát triển theo xu hướng dùng phần mềm để điều khiển xe. Trong đó, hệ điều hành Ultifi được xem như não bộ của nền tảng.

Ultifi được phát triển trên một kiến trúc điện tử được GM giới thiệu vào năm 2019 với tên gọi là Nền tảng Trí tuệ Xe. Nền tảng này cung cấp tốc độ xử lý nhanh như chớp, kết nối đám mây mạnh mẽ để cho phép các cập nhật OTA (over-the-air) mà vẫn đảm bảo an ninh mạng. Ngoài ra, nền tảng còn cung cấp tính năng giao tiếp giữa xe với mọi thứ và cả sàn thương mại điện tử.

Về cơ bản, các cải tiến công nghệ nói trên biến chiếc xe trở thành một chiếc smartphone có bánh với hệ điều hành là Ultifi. Ultifi được phát triển dựa trên hệ điều hành Linux nên các bên thứ ba hoàn toàn có thể phát hành các ứng dụng chạy trên Ultifi (nếu được GM cho phép).

Với Ultifi, GM có thể cung cấp các dịch vụ như mở đăng ký phát nội dung trực tuyến, dịch vụ hỗ trợ khách hàng (concierge service), mở bán các bản nâng cấp hoặc cho thuê các tính năng tạm thời trong suốt thời gian sử dụng của xe.

Một số tính năng cụ thể trên Ultifi bao gồm:

• Phần mềm nhận diện khuôn mặt, kèm khả năng sử dụng camera hướng về phía người lái;
• Tự động đóng cửa sổ và mui xe dựa theo dự báo thời tiết;
• Ứng dụng cung thiên văn hoạt động bằng cách định vị GPS và hiển thị các chòm sao gần đó lên màn hình thông tin giải trí;
• Chế độ Gesundheit cho phép đóng cửa sổ và kích hoạt tuần hoàn không khí khi mật độ phấn hoa cao;
• Giám sát giao thông lân cận để phát hiện các vị trí trơn trượt, ổ gà hay chướng ngại vật;
• Hệ thống truyền động nâng cao và các thiết lập cài đặt hệ thống treo dành riêng cho đường đua.

Danh sách hàng loạt tính năng kể trên cho thấy GM đang “gửi gắm” vào Ultifi hai nhiệm vụ chủ chốt: gia tăng lòng trung thành của khách hàng và tạo ra nguồn doanh thu mới.

Ultium hứa hẹn sẽ được phát triển mạnh mẽ hơn nữa, nhất là khi GM có sự đầu tư lớn về cả vốn lẫn tâm huyết cho nền tảng này.