Chuyên đề về xe điện renault zoe 2020 đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

TĨM TẮT
Trong những năm gần đây, ngành cơng nghiệp ơ tơ nói chung, cũng như xe điện
nói riêng đã và đang phát triển rất mạnh mẽ và đạt được nhiều thành quả quan trọng.
Nhiều nhà sản xuất trên khắp thế giới đang tập trung nghiên cứu, phát triển và cho ra đời
các dịng ơ tơ điện thay thế cho các dòng xe chạy bằng nhiên liệu truyền thống và hứa
hẹn sẽ tạo ra một xu hướng cho toàn bộ thị trường ô tô trên thế giới.
Để bắt kịp xu hướng đó. Nhóm đã chọn đề tài: “Chuyên đề về xe điện –
RENAULT ZOE 2020”, nhằm mục đích nghiên cứu, tìm hiểu cấu tạo cũng như nguyên
lý hoạt động của các hệ thống trên xe điện RENAULT ZOE 2020.
Nội dung cụ thể của đề tài được nhóm thể hiện của thể qua các chương sau:
-

Chương 1: Tổng quan.

-

Chương 2: Hệ thống ắc quy trên xe RENAULT ZOE

-

Chương 3: Hệ thống điều khiển động cơ trên RENAULT ZOE.

-

Chương 4: Hệ thống phanh tái sinh trên RENAULT ZOE.

-

Chương 5: Mạng CAN và chẩn đoán CAN trên xe điện RENAULT ZOE.

-

Chương 6: Kết luận
Trong q trình thực hiện đề tài, nhóm khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, rất

mong nhận được sự nhắc nhở, góp ý của q thầy cơ và bạn bè.

ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... i
TÓM TẮT .......................................................................................................................... ii
MỤC LỤC......................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................. xiii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... xvii
Chương 1: TỔNG QUAN ..................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................................1
1.2. Mục Tiêu nghiên cứu.................................................................................................2
1.3. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................2
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................................2
1.5. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................................2
1.6. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................................3
1.7 Giới thiệu về xe điện Renault ZOE 2020 ...................................................................3
1.8 Cấu tạo của Renault ZOE 2020 (ZE50) .....................................................................4
Chương 2: HỆ THỐNG ẮC QUY TRÊN XE RENAULT ZOE ...................................7
2.1 Ắc quy 12V Trên Renault ZOE 2020 .........................................................................7
2.1.1 Đặc điểm của ắc quy 12V ....................................................................................7
2.1.2 Hệ thống sạc ắc quy 12V .....................................................................................9

2.1.3 Bộ chuyển đổi DC-DC .......................................................................................11
2.2 Ắc quy cao áp trên Renault ZOE 2020.....................................................................15
2.2.1 Đặc điểm ắc quy cao áp .....................................................................................15
2.2.2 Đặc điểm của pin Lithium Nickel Mangan Coban Oxit – NMC .......................18
iii


2.2.3 Cấu tạo ắc quy cao áp Renault ZOE 2020 .........................................................21
2.3 Các chế độ sạc ắc quy cao áp của Renault ZOE 2020 .............................................27
2.3.1 Domestic Soket: 3-pin plug socket (max 3kW) - Chế độ sạc tại nhà ................29
2.3.2 Home Wallbox (3kW – 22kW) – Hộp treo tường .............................................30
2.3.3 Public Charger (11kW – 22kW) – Trạm sạc công cộng ....................................32
2.3.4 DC fast charger – Sạc nhanh điện 1 chiều (50KW) ...........................................35
2.3.5 Bộ chuyển đổi AC- DC ......................................................................................38
2.4 Hệ thống quản lý nhiệt ắc quy cao áp Renault ZOE 2020 (BTMS).........................39
2.4.1 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền và hoạt động của ắc quy Li-ion ...........39
2.4.2 Hệ thống quản lý nhiệt ắc quy của Renault ZOE 2020......................................42
2.4.3 So sánh hiệu suất làm mát của khơng khí và chất lỏng .....................................46
Chương 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRÊN RENAULT ZOE 48
3.1 Giới thiệu và phân loại động cơ điện .......................................................................48
3.1.1 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) ................................................52
3.1.2 Động cơ đồng bộ kích từ bằng điện (EESM) .....................................................52
3.2 Động cơ điện trên xe Renault ZOE ..........................................................................54
3.2.1 Thông số kỹ thuật ...............................................................................................54
3.2.2 Cấu tạo của đông cơ ...........................................................................................56
3.2.3 Hệ thống kích từ bằng điện cho Rotor ...............................................................62
3.2.4 Cuộn dây giảm chấn ...........................................................................................67
3.2.5 Nguyên lí làm việc động cơ ...............................................................................74
3.2.6 Tổn thất trong động cơ .......................................................................................77
3.3 Các phương pháp điều khiển động cơ ......................................................................79

3.3.1 Điều khiển vô hướng ..........................................................................................80
3.3.2 Điều khiển vector ...............................................................................................81

iv


3.4 Bộ biến tần động cơ ..................................................................................................82
3.4.1 Chế độ lái (Chế độ động cơ) ..............................................................................85
3.4.2 Chế độ phanh tái sinh (Chế độ máy phát) ..........................................................85
3.5 Các phương pháp đảm bảo an toàn khi điều khiển động cơ.....................................86
3.5.1 Quản lý an toàn về chức năng của hệ thống ......................................................86
3.5.2 Các phương pháp ngắt của hệ thống ..................................................................87
3.6 Hệ thống làm mát động cơ điện và bộ điều khiển xe Renault ZOE 2020 ................89
3.6.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến động cơ điện ........................................................90
3.6.2 Nguyên nhân quá nhiệt ở động cơ điện..............................................................91
3.6.3 Quản lý nhiệt cho động cơ điện xoay chiều .......................................................91
3.6.4 Hệ thống làm mát điện tử công suất ..................................................................95
3.6.5 Sơ đồ làm mát động cơ và các bộ chuyển đổi trên Renault ZOE 2020 .............97
Chương 4: HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN XE RENAULT ZOE ...............99
4.1 Phanh tái sinh trên xe điện........................................................................................99
4.2 Phân loại phanh tái sinh ..........................................................................................100
4.3 Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh ................................................................100
4.4 Sự khác nhau giữa D-mode và B-mode .................................................................102
4.4.1 Phanh tái sinh tại D-mode ................................................................................102
4.4.2 Phanh tái sinh tại B-mode ................................................................................103
Chương 5: MẠNG CAN VÀ CHẨN ĐOÁN TRÊN XE ĐIỆN RENAULT ZOE ....106
5.1 CAN trên ô tô .........................................................................................................106
5.1.1 Giới thiệu về mạng CAN .................................................................................106
5.1.2 Phân loại CAN .................................................................................................107
5.1.3 Nguyên lý hoạt động ........................................................................................110

5.1.4 Ưu điểm của CAN ............................................................................................111

v


5.2 Q trình truyền nhận thơng tin giữa OBD II và CAN ..........................................112
5.2.1 Lớp vật lý của CAN .........................................................................................112
5.2.2 Cấu trúc của CAN ............................................................................................113
5.2.3 Giao tiếp giữa CAN và OBD II........................................................................119
5.3 Mạng giao tiếp trên xe Renault ZOE 2020.............................................................122
5.3.1 Mạng CAN Trên Renault ZOE ........................................................................122
5.3.2 Các ECU sử dụng CAN High-Speed trên xe Renault ZOE .............................124
5.4 Chuẩn đoán mạng CAN trên xe .............................................................................133
5.4.1 Chẩn đoán mạng CAN trên các triệu chứng tại NODE (ECU) .......................133
5.4.1 Chẩn đoán mạng CAN trên dây dẫn (đo xung) ................................................135
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................141
6.1 Kết luận ..................................................................................................................141
6.2 Kiến nghị ................................................................................................................141
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................143
PHỤ LỤC 1: ...................................................................................................................145
PHỤ LỤC 2: ...................................................................................................................148
PHỤ LỤC 3: ...................................................................................................................152
PHỤ LỤC 4: ...................................................................................................................157
PHỤ LỤC 5 .....................................................................................................................164

vi


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Từ viết tắt

Từ viết đầy đủ

Dịch nghĩa

ACK

: Acknowledge

: Mã công nhận

ASC

: Ative Short Circuit

: Ngắn mạch chủ động

ASIL

: Automotive Safety Integrity Level

: Mức độ về an tồn ơ tơ

BCB

: Battery Charger Block

: Khối điều khiển sạc (Sạc từ
bên ngoài)

BMS

: Battery Management System

: Hệ thống quản lý ắc quy

BTMS

: Battery thermal management system

: Hệ thống quản lý nhiệt ắc quy

CAN Bus

: Controller Area Network

: Mạng điều khiển cục bộ

CCS

: Combined Charging System

: Hệ thống sạc kết hợp

CHAdeMO

: Charge De Move

: Tiêu chuẩn sạc của Nhật

CRC

: Cyclic Rededancy Check

: Mã kiểm tra dự phòng theo
chu kỳ

CSMA / CD :.Carrier Sense Multiple Access/

: Phát hiện đa truy cập/xung đột

+ AMP

và ưu tiên thông báo.

Collision Detection with Arbitration on
Message Priority

DLC

: Data link connector

: Trình kết nối dữ liệu

DLC

: Date Length Code

: Mã độ dài dữ liệu

ECU

: Electronic Control Unit

: Bộ điều khiển điện tử

EESM

: Electric Excited Synchronous Motor

: Động cơ đồng bộ kích từ bằng
điện

EOF

: End Of Frame

: Mã kết thúc khung dữ liệu

vii


EV

: Electric Vehicle

: Xe điện

EVC

: Electric Vehicle Computer

: Bộ điều khiển xe điện

EVSE

: Electric Vehicle Supply Equipment

: Thiết bị cung cấp cho xe điện

FSM

: Functional safety management

: Quản lý an toàn chức năng

FTT

: Fault Tolerance Time

: Thời gian chịu lỗi nghiêm
trọng

HEVs

: Hybrid Electric Vehicle

: Xe Hybrid

ICE

: Internal Combustion Engine

: Xe động cơ đốt trong

ID

: Indentifier

: Mã định danh

IDE

: Indentifier Extension

: Mã định dạng mở rộng

IEC

: International electrotechnical

: Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế

Commission
IGBT

: Insulated Gate Bipolar Transistor

:.Transistor lưỡng cực cách
điện

LFP

: Lithium Fer Phosphate

: Lithium sắt phosphate

LLC

: Logical-link Control

: Điều khiển liên kết logic

LSB

: Less Significant Bit

: Mã dữ liệu ít quan trọng hơn

NMC

: Lithium nickel manganese cobalt oxide : Ắc quy Lithium NMC

OBD

: On-board diagnostics

: Chuẩn đoán trên xe

PbA

: Lead acid

: Ắc quy Axit – chì

PEB

: Power Electric Block

:.Bộ điều khiển điện tử công
suất

PMSM

: Permanent Magnet Synchronous Motor :.Động cơ đồng bộ nam châm
vĩnh cữu

viii


PWM

: Pulse Width Modulation

: Điều chế độ rộng xung

RPM

: Revolutions Per Minute

: Vòng / phút

RTR

: Remote Transmission Request

: Mã yêu cầu truyền từ xa

SOC

: State of charge

: Trạng thái nạp/xả của ắc quy

SOF

: Start of Frame

: Mã bắt đầu của khung dữ liệu

SOH

: State of Health

: Tình trạng sức khoẻ của ắc
quy

SSR

: Subtitude Remote Request

: Mã yêu cầu thay thế từ xa

TMS

: Thermal Management System

: Hệ thống quản lí nhiệt

UCH

: Unite Centrale Habitacle

: Điện thân xe

UNECE

: United Nations Economic Commission

: Ủy ban Kinh tế Liên hợp quốc

for Europe

về Châu Âu

VDC

: Voltage DC

: Điện 1 chiều

WLTP

: Worldwide Harmonised Light Vehicle

:.Quy trình kiểm tra xe hạng

Test Procedure

nhẹ hài hịa trên tồn thế giới

: Wireless Power Transmission System

:.Hệ thống truyền tải không dây

WPT

ix


Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa

I f max

A

: Dịng điện thốt tối đa

U f max

V

: Điện áp trần

Cv

N/m

: Hằng số lò xo

 AM

Mm

: Biên độ giao động

Fe

Hz

: Tần số dao động riêng



Degree

: Góc tải giữa Rotor và Stator

M Da*

N.m

: Moment của cuộn dây điều tiết không đồng bộ

nsyn

1/s

: Tốc độ đồng bộ

nb

1/s

: Tốc độ sự cố đồng bộ

pd

W

: Công suất tổn thất

pin

W

: Hiệu suất đầu ra

pout

W

: Hiệu suất đầu vào

Tj

S

: Thời gian tăng tốc thực tế

Wm

1/s

: Tần số góc động cơ

m

1/s

: Tốc độ góc động cơ

syn

1/s

: Tốc độ góc đồng bộ

x


M po

N.m

: Moment ở trạng thái ổn định

Pf

W

: Công suất kích từ Rotor

PN

W

: Cơng suất định mức của động cơ điện đồng bộ

If

A

: Dịng điện kích từ Rotor

I fN

A

: Dịng điện kích từ định mức Rotor

U Ep

V

: Điện áp tiêu chuẩn

Lf

H

: Độ tự cảm của cuộn dây Rotor

Rf

Ohm

Tf

T

: Từ trường không tải Rotor

T f*

S

: Hằng số thời gian của cuộn dây từ trường

Rv

Ohm

: Điện trở của cuộn dây Rotor

: Điện trở bên ngồi

I f,aux

A

: Dịng điện từ trường của máy kích từ phụ

Vf

V

: Điện áp pha của cuộn dây Rotor

f

T

: Từ thông của cuộn dây Rotor

a

T

: Từ thông phần ứng

s

T

: Từ thông của Stator



&

: Hiệu suất của động cơ đồng bộ

D

As/m2

: Cuộn dây điều tiết theo trục trực tiếp

xi


f

Hz

: Tần số cung cấp cho động cơ

F

%

: Sai số giá trị phép đo Pout

J

A/m2

n

-

: Moment quán tính cực của bộ động cơ ghép
: Số cực của Rotor

xii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1: Renault ZOE phiên bản ZE50 2020.....................................................................4
Hình 1.2: Thành phần chính của xe điện Renault ZOE .......................................................6
Hình 2.1: Ắc quy 12V trên xe Renault ZOE 2020 được trang bị bên phải động cơ……...7
Hình 2.2: Sơ đồ khối sạc cho ắc quy 12V từ ắc quy cao áp ..............................................10
Hình 2.3: Sơ đồ khối sạc liên thơng từ sạc ắc quy cao áp cho ắc quy 12V .......................11
Hình 2.4: Mơ hình hệ thống hai nguồn điện trên xe ..........................................................12

Hình 2.5: Cấu tạo của bộ chuyển đổi DC-DC ...................................................................12
Hình 2.6: Mơ hình mạch tạo dao động và dạng sóng đầu ra .............................................13
Hình 2.7: Ký hiệu và ngun lí hoạt động của máy biến áp ..............................................13
Hình 2.8: Mơ hình mạch điện và cách hoạt động của chỉnh lưu .......................................14
Hình 2.9: a) Dòng điện chưa qua tụ, b) Dòng điện đã qua tụ, c) Dịng điện lý thuyết ......15
Hình 2.10: Vị trí lắp đặt của ắc quy cao áp........................................................................16
Hình 2.11: Đặc tính của pin NMC so với những loại khác ...............................................19
Hình 2.12: Sơ đồ diễn ta quá trình sạc và xả của pin Lithium-ion ....................................21
Hình 2.13: Cấu tạo cell của thế hệ ắc quy ZE50 và ZE 43KWh (ZE40 cũ) ......................22
Hình 2.14: Khoảng trống sắp xếp của 2 loại cell dạng trụ và tấm .....................................23
Hình 2.15: Bộ ắc quy ZE50 trang bị trên xe Renault ZOE 2020.......................................25
Hình 2.16: Cấu tạo bên trong của ắc quy cao áp Renault ZOE .........................................26
Hình 2.17: Sơ đồ khối đơn giản của bộ ắc quy cao áp Renault ZOE ................................26
Hình 2.18: Các chế độ sạc của xe điện ..............................................................................28
Hình 2.19: Mơ hình chế độ sạc tại nhà ..............................................................................29
Hình 2.20: Thời gian sạc bằng chế độ tại nhà của Renault ZOE 2020 ..............................30
Hình 2.21: Hộp âm tường của hãng Chargemaster...........................................................30
Hình 2.22: Thời gian sạc chế độ hộp âm tường của Renault ZOE 2020 ...........................31
Hình 2.23: Chế độ sạc trạm sạc cơng cộng ........................................................................32
Hình 2.24: Thời gian sạc của Renault ZOE tại trạm sạc cơng cộng ..................................33
Hình 2.25: Mạch thí điểm của chế độ sạc tại trạm sạc cơng cộng .....................................34
Hình 2.26: Chế độ sạc nhanh dịng điện DC......................................................................35
xiii


Hình 2.27: Thời gian sạc của chế độ sạc nhanh dịng điện DC .........................................36
Hình 2.28: Đầu nối dây sạc trên trạm sạc và trên xe Renault ZOE theo tiểu chuẩn CCS .37
Hình 2.29: Biểu đồ hình thang của chế độ sạc DC ............................................................37
Hình 2.30: Mơ hình bộ chuyển đổi AC-DC.......................................................................38
Hình 2.31: Sự phát sinh nhiệt bên trong cell pin ...............................................................39

Hình 2.32: Mối liên hệ giữa nhiệt độ và độ bền của ắc quy Lithium - Ion .......................40
Hình 2.33: Khoảng nhiệt độ làm việc của ắc quy Lithium-Ion .........................................41
Hình 2.34: Mơ hình hệ thống làm mát bằng khơng khí trên xe điện .................................43
Hình 2.35: Hệ thống làm mát khơng khí chủ động của Renault ZOE 2020 ......................43
Hình 2.36: Bề mặt và hướng tản nhiệt cho Cell pin của ắc quy cao áp .............................44
Hình 2.37: Sơ đồ mạch điện điều khiển quạt làm mát của ắc quy cao áp .........................45
Hình 2.38: Hệ thống làm mát bằng chất lỏng và khơng khí ..............................................47
Hình 3.1: Đặc tính cơng suất-moment của động cơ điện………………………………..49
Hình 3.2: Đặc điểm hiệu suất của các loại động cơ điện ...................................................53
Hình 3.3: Động cơ điện R110 của Renault ZOE ...............................................................54
Hình 3.4: Cấu tạo của động cơ điện Renault ZOE ............................................................56
Hình 3.5: Mơ hình cắt cấu tạo của động cơ .......................................................................57
Hình 3.6: Stator của động cơ .............................................................................................58
Hình 3.7: Hai dạng Rotor của đồng bộ nam châm điện.....................................................58
Hình 3.8: Mơ hình Rotor(bên trái) - Rotor thực tế trên Renault ZOE 2020 (bên phải) ....60
Hình 3.9: Mơ hình kích từ cho Rotor của động cơ - dạng 2 cực ......................................60
Hình 3.10: Đặc tính moment góc tải của động cơ điện đồng bộ loại cực nổi ...................61
Hình 3.11: Kích từ tốc độ cao ............................................................................................63
Hình 3.12: Khử kích từ của Rotor. a) Điện trở khử kích từ tốc độ cao (kết nối chính), b)
Giảm dịng điện từ trường , khơng có và có điện trở khử kích từ tốc độ cao (hằng số và
thời gian) ............................................................................................................................64
Hình 3.13: Bộ kích từ chỉnh lưu với điện trở giúp khử kích từ tốc độ cao........................65
Hình 3.14: Máy kích từ chính và phụ dùng để kích từ động cơ điện đồng bộ ..................66
Hình 3.15: Thành phần và vị trí của cuộn dây giảm chấn .................................................67
Hình 3.16: Đồ thị biểu hiện thời gian cân bằng khi có cuộn dây giảm chấn .....................68

xiv


Hình 3.17: a) Các phần của lồng van điều tiết của động cơ cực nổi loại hai cực,

b) Moment xoắn khơng đồng bộ của lồng van điều tiết. ...................................................68
Hình 3.18: Sự thay đổi phụ tải đột ngột của động cơ điện đồng bộ Rotor trịn ở điểm làm
việc khơng có lồng van điều tiết: a) Dao động không dập tại điểm làm việc đứng yên
( V  Vo ), b) Hằng số lị xo tương đương

Cv khi vận hành khơng tải điểm A. ................69

Hình 3.19: Sự tắt dần dao động góc tải do cuộn dây điều tiết ...........................................72
Hình 3.20: Hiện tượng không tự khởi động của động cơ đồng bộ điện cực nổi ...............73
Hình 3.21: Mơ tả một động cơ điện đồng bộ trường quấn ba pha, Rotor hai cực. ............75
Hình 3.22: Ngun lí làm việc của động cơ ......................................................................76
Hình 3.23: Tổn thất của động cơ điện trong hệ thống truyền lực ......................................77
Hình 3.24: Sơ đồ đặc tính điện áp – tần số của điều khiển vơ hướng ...............................80
Hình 3.25: Điều khiển chế độ vịng lặp hở ........................................................................81
Hình 3.26: Điều khiển chế độ vịng lặp kín .......................................................................82
Hình 3.27: a) Ký hiệu của IGBT, b) Cấu tạo của Mosfet và IGBT ...................................83
Hình 3.28: Mơ hình biến tần động cơ ................................................................................84
Hình 3.29: Mơ hình Bộ biến tần động cơ có dùng cảm biến .............................................85
Hình 3.30: Ví dụ về ngắt tích hợp của động cơ ở 185 Nm và 4000 Rpm .........................89
Hình 3.31: Tổn thất nhiệt của động cơ điện xoay chiều ....................................................90
Hình 3.32: Ảnh hưởng của quản lý nhiệt đến hiệu suất của động cơ điện ........................92
Hình 3.33: Ống thốt khí phía sau của động cơ Renault ZOE ..........................................93
Hình 3.34: Làm mát Motor bằng khơng khí ......................................................................93
Hình 3.35: Làm mát Motor bằng áo nước .........................................................................94
Hình 3.36: Cấu tạo tấm tản nhiệt gián tiếp ........................................................................95
Hình 3.37: Cấu tạo tấm tản nhiệt trực tiếp .........................................................................96
Hình 3.38: Sơ đồ khối và đường đi của mơi chất làm mát trong hệ thống ........................97
Hình 3.39: Các thành phần của hệ thống làm mát Inverter – động cơ điện ......................98
Hình 4.1: Phanh tái sinh trên xe điện…………………………………………………….99
Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh ..........................................................101

Hình 4.3: Cấu trúc phanh tái sinh thơng thường (D mode) .............................................102
Hình 4.4: Sự phân phối moment giữa phanh tái sinh – thủy lực .....................................103
Hình 4.5: Cấu trúc phanh tái sinh trên bàn đạp ga (B mode) ..........................................104
xv


Hình 4.6: Nguyên lý phân bố lực phanh của chế độ (B mode)........................................104
Hình 4.7: a) Chế độ D mode, b) Chế độ B mode .............................................................105
Hình 5.1: Mơ hình mạng CAN trên xe…………………………………………………106
Hình 5.2: Cấu trúc của CAN High-speed ........................................................................108
Hình 5.3: Cấu trúc của CAN Low-speed .........................................................................108
Hình 5.4: Cấu trúc của CAN một dây..............................................................................109
Hình 5.5: Mơ hình phát - nhận tín hiệu của ECU thơng qua mạng CAN ........................111
Hình 5.6: Lớp vật lý của CAN High-speed và CAN Low-speed ....................................113
Hình 5.7: Khung dữ liệu của CAN 2.0A (11bit) và CAN 2.0B (29bit)...........................114
Hình 5.8: Cấu trúc của OBD-II Massage .........................................................................120
Hình 5.9: Mạng giao tiếp Can tốc độ cao trên xe Renault ZOE ......................................123
Hình 5.10: Sơ đồ khối điều khiển của BMS ....................................................................126
Hình 5.11: SOC của ắc quy và hiệu suất .........................................................................127
Hình 5.12: Thành phần bên trong của BCB.....................................................................130
Hình 5.13: Sơ đồ khối của EVC ......................................................................................131
Hình 5.14: Vị trí của hộp UCH ........................................................................................132
Hình 5.15: Sơ đồ xảy ra sự cố hở mạch trong hệ thống CAN .........................................134
Hình 5.16: Quấn và hàn dây CAN đúng cách..................................................................135
Hình 5.17: Kết nối đường vịng khơng được sử dụng .....................................................135
Hình 5.18: Sự thay đổi tín hiệu của một bus khi hoạt động tình trạng tốt .......................136
Hình 5.19: Truyền dữ liệu trong bus CAN với điện trở đầu cuối bị ngắt kết nối ............137
Hình 5.20: Sự thay đổi tín hiệu khi dây CAN_L ngắn mạch tới mass ............................138
Hình 5.21: Thay đổi tín hiệu trong bus CAN với dây CAN_H ngắn mạch với mass .....139
Hình 5.22: Tín hiệu CAN_H chạm mạch CAN_L .........................................................140

xvi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1: Các thành phần chủ yếu trên xe điện Renault ZOE 2020 ...................................4
Bảng 2.1: Danh sách ắc quy 12V trên các dòng xe điện ………………………………….8
Bảng 2.2: Thông số của ắc quy 12V trên xe Renault ZOE 2020.........................................9
Bảng 2.3: Thơng số kỹ thuật của các dịng ắc quy dùng làm ắc quy cao áp .....................17
Bảng 2.4: Bảng tóm tắc thơng số kỹ thuật của pin NMC ..................................................20
Bảng 2.5: Bảng giá trị C- rate của pin ...............................................................................20
Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật của ắc quy LGX E78 ...........................................................23
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật của Ắc quy ZE50 của Renault ZOE ....................................25
Bảng 2.8: Tên các bộ phận trong ắc quy cao áp ................................................................27
Bảng 3.1: Các loại động cơ trên các mẫu xe điện………………………………………..51
Bảng 3.2: So sánh hiệu suất của các loại động cơ .............................................................53
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của động cơ R110 ................................................................55
Bảng 3.4: Tên các bộ phận của động cơ Renault ZOE ......................................................56
Bảng 3.5: Các dạng tổn thất của động cơ ..........................................................................78
Bảng 3.6: Chênh lệch nhiệt độ giữa cuộn dây và vỏ động cơ điện. ..................................90
Bảng 3.7: Tên các chi tiết trong hệ thống làm mát ............................................................98
Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của CAN High Speed và CAN Low Speed……………...110
Bảng 5.2: Các Mode cơ bản của OBD II theo tiêu chuẩn ISO 15031 .............................120
Bảng 5.3: Triệu chứng chính của các ECU......................................................................133

xvii


Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề
Đã hơn hàng thập kỉ kể từ chiếc xe ô tô đầu tiên ra đời, trải qua rất nhiều giai đoạn
phát triển của công nghệ kĩ thuật, xe ơ tơ có lẽ gần như đã gắn liền với các loại động cơ
mà chúng ta hay quen gọi là động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu hóa thạch như xăng,
dầu,…. Động cơ đốt trong (ICE) thật sự đã thay đổi thế giới. Nó đem lại những nguồn lợi
khổng lồ và cũng là một trong những lý do chính gây ơ nhiễm khí quyển. Do đó, để đáp
ứng các quy định và tiêu chuẩn về khí thải gây ơ nhiễm, đặc biệt chú ý đến việc tiết kiệm
nhiên liệu và năng lượng luôn là yêu cầu hàng đầu được đặt ra cho mỗi quốc gia và tồn
thế giới, đặc biệt là ngành cơng nghiệp ơ tô.
Hiện nay với công nghệ về ắc quy và năng lượng đang dần phát triển mạnh mẽ
hơn. Cho nên việc sử dụng xe ô tô chạy bằng 100% năng lượng là điện là khơng cịn q
xa vời nữa, xe điện (EV) và xe động cơ đốt trong đã phát triển rất lâu về trước tuy nhiên
do công nghệ ắc quy cao áp trên xe điện lúc bấy giờ đang gặp nhiều thử thách về dung
lượng, quãng đường đi được và thời gian sạc ắc quy cho nên vị trí dẫn đầu đã chuyển
sang xe động cơ đốt trong cho đến tận ngày nay. Tuy nhiên với hàng loạt điểm ưu điểm,
từ việc khơng ra khí thải, ít tiếng ồn cho tới khả năng tăng tốc cực tốt, xe EV chính là ứng
viên số một để thay thế cho những chiếc xe sử dụng động cơ đốt trong trong việc hạn chế
ô nhiễm môi trường. Không những vậy, loại xe này cịn được cho là sẽ có mức giá thấp
hơn so với ICE trong thời gian tới. Tất nhiên, sự ưu việt của EV khơng phải là những lời
nói sng mà đã được kiểm chứng từ rất lâu về trước bởi nhiều hãng xe.
Tuy nhiên tại Việt Nam những nghiên cứu về xe điện hiện nay chưa được nghiên
cứu sâu rộng. Xuất phát từ những vấn đề cấp thiết trên, nhóm chúng em chọn đề tài:
“ Chuyên đề về xe điện – Renault ZOE 2020” làm nội dung nghiên cứu.

1


1.2. Mục Tiêu nghiên cứu
Tìm hiểu và nghiên cứu tổng quan về xe điện. Mà cụ thể hơn là tìm hiểu các hệ
thống ắc quy, động cơ điện và các bộ chuyển đổi inverter, hệ thống CAN và các cách

chẩn đoán CAN Bus được ứng dụng trên mẫu xe Renault ZOE. Qua đó hiểu rõ cách thức
hoạt động của xe điện.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Xe điện Renault ZOE 2020 của Pháp. (Hệ thống ắc quy, động cơ điện và các bộ
chuyển đổi Inverter, phương thức giao tiếp giữa CAN và OBD II, các cách chẩn đoán
CAN Bus).
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Hệ thống ắc quy: Tìm hiểu chung về cấu tạo, đặc điểm, công nghệ và các phương
pháp sạc lại ắc quy cho xe điện, cùng với đó là hệ thống làm mát.
- Hệ thống động cơ: Tìm hiểu chung về thành phần, cấu tạo, nguyên lí hoạt động,
phương pháp điều khiển và hệ thống làm mát của động cơ.
- Hệ thống Inveter: Tìm hiểu chung về thành phần, cấu tạo, nguyên lí hoạt động,
phương pháp điều khiển và hệ thống làm mát inverter.
- Phanh tái sinh trên xe điện: Tìm hiểu về hệ thống phanh tái sinh và cơng nghệ
“One pedal – B mode” của Renault ZOE .
- Chẩn đốn CAN bus: Tìm hiểu chung về cơng nghệ CAN trên xe điện, chẩn đốn
CAN bus trên dịng xe Renault ZOE.
1.5. Phạm vi nghiên cứu
Tìm hiểu các hệ thống ắc quy, động cơ điện và các bộ chuyển đổi Inverter, giao
tiếp giữa OBD II và CAN, các cách chẩn đoán CAN Bus được ứng dụng trên mẫu xe
Renault ZOE 2020.
2


1.6. Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành đề tài chúng em đã kết hợp nhiều phương pháp như: tham khảo tài
liệu, thu thập thông tin từ internet, các bài nghiên cứu khoa học, tham khảo kiến thức từ
thầy cô và những người có kinh nghiệm chun mơn.
-

Nghiên cứu và biên dịch tài liệu các báo cáo về xe điện.

-

Sưu tầm các tài liệu liên quan đến xe Renault ZOE.

-

Nghiên cứu lý thuyết chẩn đoán.

-

Thực hành trực tiếp trên xe Renault ZOE hiện có tại Khoa Cơ khí Động Lực.

Trên cơ sở đó để chúng em hình thành đề cương và hoàn thành đề tài.
1.7 Giới thiệu về xe điện Renault ZOE 2020
Xe ô tô chạy nặng lượng điện đang hết sức phát triển, từng bước chiếm lĩnh thị
trường ô tô và hứa hẹn sẽ làm thay đổi ngành công nghiệp ô tô nhằm giải quyết các vấn
đề về môi trường và thiếu hụt nguồn nhiên liệu thô (xăng, dầu,..). Mỗi hãng xe lại lựa
chọn cho mình những con đường khác nhau để chuẩn bị cho sự thay đổi lớn này như:
Nissan, Chevrolet, Audi, BMW,... Hay như Toyota thì từ lâu đã làm chủ phân khúc xe lai
với huyền thoại Prius, v.v…
Renault cũng chọn cho mình chính sách đầu tư mạnh vào xe 100% chạy điện, với
sự tập trung, đẩy mạnh nghiên cứu các công nghệ khác nhau nhằm tối ưu hóa các dịng xe
của hãng. Mà nổi bật trong số đó là chiếc Renault ZOE.
Vào tháng 6 năm 2019, Renault đã công bố ZOE mới với ắc quy 52 kWh, tăng
phạm vi hoạt động lên 395 km (245 mile) trong điều kiện WLTP. Nó đi kèm với một
động cơ điện R110 công suất 80 kW và sạc nhanh hơn với tùy chọn sạc nhanh DC 50 kW
cho thời gian sạc khoảng 30 phút.

3


Hình 1.1: Renault ZOE phiên bản ZE50 2020
1.8 Cấu tạo của Renault ZOE 2020 (ZE50)
Bảng 1.1: Các thành phần chủ yếu trên xe điện Renault ZOE 2020
Tên chi tiết
1

Vị trí/miêu tả

Chức năng

Thiết bị ngắt kết Bên phải dưới hàng ghế sau. Ngắt kết nối ắc quy cao áp ra
nối ắc quy cao áp Có thiết kế hình vng và khỏi hệ thống điện cao áp.
(Service plug)

2

3

màu cam.

Ắc quy cao áp Bên dưới sàn xe, ắc quy Thiết bị lưu trữ điện năng dùng
Lithium-ion (NMC 712).

Ắc quy 12V

Nằm bên phải trong khoang Cung cấp điện năng cho các thiết
động cơ, ắc quy axit-chì.

4

cho động cơ điện.

(400V)

bị phụ trợ trên xe.

Bộ sạc trên bo Nằm trong khoang động cơ, Lấy điện AC đầu vào được cung
mạch (BCB)

tích hợp trong bộ điện tử cấp qua cổng sạc và chuyển nó
cơng suất bên trái động cơ thành nguồn điện DC để sạc ắc
điện, có cả kết nối cho điện quy cao áp. Nó cũng giao tiếp với
áp cao và điện áp thấp.

thiết bị sạc và theo dõi các đặc
điểm của ắc quy như điện áp,
dòng điện, nhiệt độ và trạng thái
4


sạc trong khi sạc.
5

Động cơ điện

Nằm tại vị trí trung tâm Sử dụng năng lượng từ ắc quy
trong khoang động cơ, là cao áp, động cơ này truyền động

loại động cơ đồng bộ kích từ cho các bánh xe của xe. Ngồi ra
bằng điện.

cịn sử dụng như một máy phát
điện khi thực hiện phanh tái sinh.

6

Nằm phía trước đầu xe, tại Cổng sạc cho phép xe kết nối với

Cổng sạc

vị trí logo của Renault.

nguồn điện bên ngồi để sạc ắc
quy cao áp.

7

Bộ chuyển đổi Nằm trong khoang động cơ, Thiết bị này chuyển đổi nguồn
tích hợp trong bộ điện tử DC có điện áp cao hơn từ ắc quy

DC/DC

cơng suất bên trái động cơ cao áp (400V) thành nguồn DC
điện, có cả kết nối cho điện có điện áp thấp hơn (12V) cần
áp cao và điện áp thấp.

thiết để chạy các thiết bị phụ trợ
của xe và sạc lại ắc quy phụ.

8

Bộ

điều

khiển Nằm phía bên trái động cơ Bộ phận này quản lý dịng năng

điện tử cơng suất diện, trong khoang động cơ, lượng điện được cung cấp bởi ắc
(PEB)

được tích hợp nhiều chi tiết quy cao áp, điều khiển tốc độ của
bao gồm drive điều khiển động cơ điện và moment xoắn mà
động cơ và các bộ chuyển động cơ tạo ra.
đổi.

9

Hộp số đơn cấp

Nằm chung với động cơ Truyền lực, truyền cơ năng từ
phía bên phải động cơ, có tỉ động cơ điện kéo để truyền động
số truyền là 9.3.

các bánh xe.

10 Hệ thống quản lý Nằm bên trên động cơ và Hệ thống này giúp duy trì phạm
nhiệt (làm mát)

phía trước động cơ, bao gồm vi nhiệt độ hoạt động thích hợp
làm mát bằng khơng khí và của ắc quy cao áp, động cơ điện,
dung dịch, làm mát ắc quy thiết bị điện tử công suất.

5


cao áp bằng khơng khí chủ
động.
11 Hộp quản lí ắc Nằm tích hợp bên trong bộ Hệ thống này dùng để giám sát
quy

cao

(BMS).

áp. ắc quy cao áp, là bộ điều hoạt động của ắc quy ở trạng thái
khiển quan trọng trong ắc xả/sạc, ngồi ra cịn giám sát
nhiệt độ, dịng điện, điện áp của

quy cao áp.

ắc quy cao áp.
12 Hộp điều khiển Nằm sau lưng động cơ, Module điều khiển xe điện là một
xe (EVC).

trong khoang động cơ, là bộ module điều khiển điện áp thấp.
điều khiển chính của tồn bộ Nó chịu trách nhiệm cho hầu hết
các quy trình liên quan đến các

xe.

khía cạnh chức năng của xe điện.

Bộ điện tử công suất

Làm mát động cơ
Hộp điều khiển xe

Cổng sạc

Ắc quy
cao áp
Động cơ điện
Hộp số

Thiết bị ngắt nguồn
ắc quy cao áp

Hình 1.2: Các thành phần Trên xe điện Renault ZOE 2020

6


Chương 2: HỆ THỐNG ẮC QUY TRÊN XE RENAULT ZOE
2.1 Ắc quy 12V Trên Renault ZOE 2020
2.1.1 Đặc điểm của ắc quy 12V
Khi nhắc đến hệ thống điện trên một chiếc xe điện người ta sẽ nghĩ đến hệ thống
điện cao áp (400V) và thường nhầm lẫn là sẽ không có ắc quy 12V như ơ tơ sử dụng
động cơ đốt trong. Tuy nhiên, các dòng xe điện hiện nay cũng sử dụng hệ thống ắc quy

12V, thực chất ắc quy 12V trên xe điện cũng là ắc quy 12V trên các dòng xe sử dụng
động cơ đốt trong, tuy nhiên sẽ chỉ khác nhau về cường độ dòng tức thời.
Đối với xe điện Renault ZOE, việc trang bị ắc quy 12V có hai lý do chủ yếu sau:
- Điều đầu tiên là chi phí. Giống như bất kỳ loại ô tô nào khác, xe điện phải có đèn

pha, đèn báo, đèn phanh, cần gạt nước kính chắn gió, hệ thống âm thanh cũng như các
thiết bị điện khác và các hệ thống trên sử dụng nguồn điện 12V. Với ắc quy 12V, xe điện
có thể sử dụng cùng một loại linh kiện được sản xuất hàng loạt với các loại tô tô sử dụng
động cơ đốt trong.
- Thứ hai là lý do an toàn. Ắc quy cao áp cung cấp năng lượng cho động cơ điện để

dẫn động các bánh xe thường dự trữ rất nhiều năng lượng điện (400V), đủ để gây ra một
cú sốc chết người. Vì vậy, khi một chiếc xe điện bị tắt, bạn nên cách ly bộ ắc quy cao áp
của nó. Lúc này ắc quy 12V sẽ giữ cho các hộp ECU trên xe vẫn được cấp nguồn.

Hình 2.1: Ắc quy 12V trên xe Renault ZOE 2020 được trang bị bên phải động cơ

7


Công tắc cấp nguồn bằng điện được gọi là relay xử lý việc ngắt và kết nối lại bộ ắc
quy cao áp khi tắt và khởi động, chúng yêu cầu nguồn điện được cung cấp bởi ắc quy
12V. Khi ắc quy 12V của xe điện bị hết vì bất kì lý do nào, thì xe điện sẽ khơng thể khởi
động được, do khơng có nguồn điện cao áp cung cấp cho động cơ điện để xe hoạt động.
Đối với ắc quy 12V Renault ZOE trang bị là loại ắc quy Axit-chì. Tuy nhiên, với
các hãng xe khác có thể áp dụng loại ắc quy Lithium-ion hoặc không trang bị.
Dưới đây là danh sách các hãng xe điện sử dụng ắc quy 12V.
Bảng 2.1: Danh sách ắc quy 12V trên các dòng xe điện
Brand

Mode

Vehicle Type

Battery

Location

Toyota

Vitz CVT 4

EV

Li-Ion

-

Tesla

Roadster v1.5

EV

No 12V Battery

-

Hyundai

Ioniq electric

PHEV

PbA

Rear cargo area

plus
Hyundai

Ioniq electric

EV

PbA

Rear cargo area

Nissan

Laef

EV

PbA

Front hood

Smart ED

ED

EV

PbA

-

Tesla

S

EV

PbA

-

Tesla

X

EV

PbA

-

Tesla

Roadster 2.X

EV

PbA

-

Toyota

All hybrids

HEV/PHEV

PbA

-

Volkswagen

Egolf

EV

PbA

Front hood

BWM

i3

EV

PbA

Rear cargo area

Ắc quy Axit – chì trang bị trên Renault ZOE 2020 các ưu điểm như sau:
-

Chi phí ắc quy Axit-chì thấp hơn nhiều so với ắc quy Lithium-ion.

-

Dễ dàng thay thế cho ắc quy 12V khi hư hỏng.

8


Ắc quy Lithium-ion sẽ nhẹ hơn so với ắc quy Axit-chì, nhưng sự khác biệt về
trọng lượng khơng phải là quá lớn đối với một loại ắc quy nhỏ như vậy, và cũng không
ảnh hưởng quá nhiều đến khối lượng tồn bộ của chiếc xe.
Bảng 2.2: Thơng số của ắc quy 12V trên xe Renault ZOE 2020
ID

24410 JD11A

Voltage

12V

Capacity

50Ah

Size

207 (L) x 175 (W) x 190 (H) mm

Brand

NISSAN – RENAULT

MODE

Nissan Leaf – Renault ZOE

Col Cranking Amp (CCA)

420

Battery Type

PbA (Lead – Acid)

Weight

13.3 Kg

Warranty

3 Years

2.1.2 Hệ thống sạc ắc quy 12V
Hệ thống điện 12V trên xe điện liên tục tiêu hao khi xe hoạt động. Do đó, trạng
thái nạp điện cho ắc quy 12V phải được duy trì. Trên một chiếc ơ tơ chạy xăng hoặc
diesel, điều này được thực hiện bởi máy phát điện được dẫn động bằng động cơ, bộ chỉnh
lưu điện áp và tiết chế để giữ cho ắc quy 12V trên xe ln hoạt động bình thường.
Tuy nhiên trong một chiếc xe điện như Renault ZOE, một máy phát điện độc lập
bên ngồi sẽ khơng cịn nữa, thay vào đó việc nạp lại ắc quy 12V được thực hiện nhờ hai
cách sau đây:
1. Sạc bằng nguồn điện trong xe (điện cao áp) : Sạc từ nguồn ắc quy cao áp 400V.
2. Sạc bằng nguồn điện bên ngoài xe: Khi sạc ắc quy cao áp lúc này ắc quy 12V
cũng đồng thời được sạc thông qua một bộ chuyển đổi trung gian. Ngồi ra khi ắc quy
cao áp vẫn cịn dung lượng, tuy nhiên lúc này ắc quy 12V đã hết thì ắc quy 12V vẫn có
thể sạc từ nguồn điện bên ngoài (máy sạc) như ắc quy 12V của xe thông thường.
9