nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của hệ thống phanh tái sinh trên ô tô điện

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH</b>

<b> </b>

<b>Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2024</b>

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP</b>

<b>NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ</b>

<b>NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ô TÔ ĐIỆN </b>

<b>GVHD: TS. DƯƠNG TUẤN TÙNGSVTH: HỒ ĐÌNH THƠNG</b>

<b> ĐẶNG QUANG TRUNG</b>

SKL 0 1 2 3 1 2

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: HỒ ĐÌNH THƠNG MSSV: 19145470

SVTH: ĐẶNG QUANG TRUNG MSSV: 19145492

GVHD: TS. DƯƠNG TUẤN TÙNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2024

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ô TÔ ĐIỆN

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

i LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng con có thể học tập và nghiên cứu đề tài thật tốt. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các giảng viên của khoa Cơ khí động lực đặc biệt là TS. Dương Tuấn Tùng đã tạo điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp một cách hoàn chỉnh.

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến TS. Dương Tuấn Tùng, người thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho các thành viên trong nhóm hồn thành đồ án này. Xin gởi lời tri ân sâu sắc nhất của nhóm đối với những điều mà Thầy đã dành cho nhóm. Xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn đến tồn thể q Thầy Cơ trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã ln tận tình truyền đạt những kiến thức q báu cho sinh viên cũng như là tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho nhóm trong suốt q trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài đồ án. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân đã khơng ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho các thành viên trong nhóm trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện đồ án.

Trong q trình làm bài báo cáo này khơng thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy để kiến thức của chúng em trong lĩnh vực này được hồn thiện hơn đồng thời có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

ii TÓM TẮT

Hệ thống phanh tái sinh ln là một tính năng rất quan trọng trong tất cả các xe hybrid và xe điện hoàn toàn vì nó giúp cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu, cũng như tiết kiệm hiệu quả năng lượng. Không giống như các loại xe thông thường áp dụng lực ma sát hệ thống phanh và góp phần làm mất động năng dưới dạng nhiệt năng lượng và ma sát, phanh tái tạo có thể tiết kiệm năng lượng bị mất trong quá trình phanh.

Phần nội dung:

- Trong giới hạn của đề tài này sẽ giới thiệu các hệ thống phanh tái sinh trên ô tô thường được ứng dụng trên các dịng xe EV. Phân tích các nhân tố tác động lên hiệu quả thu hồi của hệ thống thu hồi năng lượng. Tìm hiểu kỹ về hệ thống thu hồi năng lượng trên xe EV, xây dựng mơ hình tính tốn hiệu suất thu hồi làm cơ sở để tiến hành giả lập hệ thống với phần mềm Matlab-Simulink.

Phương pháp nghiên cứu:

- Sử dụng các tài liệu có liên quan, tài liệu tham khảo ở trong và ngoài nước liên quan đến hệ thống phanh tái sinh.

- Mơ phỏng tính toán khả năng thu hồi năng lượng trên xe ô tô điện bằng phần mềm Matlab/Simulink.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

iii MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ... 1

1.1 Lý do chọn đề tài ... 1

1.2 Mục đích nghiên cứu... 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ... 2

1.4 Tính cấp thiết của đề tài ... 2

1.5 Mơ hình tổng qt xe điện ... 3

1.5.1 Động cơ điện/ Mô tơ điện ... 4

1.5.2 Hộp giảm tốc (Reducer) ... 6

1.5.3 Pin xe điện ... 6

1.5.4 Bộ sạc trên bo mạch (On-Board Charger) ... 13

1.5.5 Bộ điều khiển nguồn điện (EPCU) ... 15

1.5.6 Phanh tái sinh ... 17

1.6 Phân loại hệ thống phanh tái sinh. ... 17

1.6.1 Hệ thống phanh tái sinh RBS với kiểu tích trữ năng lượng dưới dạng điện năng 171.6.2 Hệ thống phanh tái sinh RBS với kiểu tích trữ năng lượng dưới dạng các bộ tích năng thủy lực ... 19

1.6.3 Hệ thống phanh tái sinh RBS với kiểu tích trữ năng lượng dưới dạng bánh đà21

1.6.4 Hệ thống phanh tái sinh RBS với kiểu tích trữ năng lượng dưới dạng vật liệu đàn hồi 24

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

iv

1.7 Bố cục đồ án ... 25

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 27

2.1 Cơng thức tính tốn động lực q trình phanh ... 27

2.2 Cơng thức tính tốn mơ hình ác quy ... 30

2.3 Mơ hình tính tốn q trình phanh ... 31

2.3.1 Cơng thức tính tốn phanh thuỷ lực... 31

2.3.2 Cơng thức tính tốn mơ men phanh của hệ thống thu hồi năng lượng ... 32

2.3.3 Thuật toán điều khiển hệ thống phanh ... 35

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK ĐỂ MƠ PHỎNG TÍNH TỐN HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ô TÔ ĐIỆN ... 36

3.1 Tính tốn, mơ phỏng hệ thống bằng phần mềm Matlab – Simulink ... 36

3.2 Khối Enviroment ... 38

3.3 Khối Controllers ... 39

3.3.1 Khối Regenerative braking control ... 42

3.3.2 Các thuật tốn chính trong khối Regenerative braking control ... 43

3.4 Khối Passenger Car ... 44

3.4.1 Khối vi sai, thông số khối vi sai ... 44

3.4.2 Khối mô phỏng theo phương dọc bánh xe lí tưởng ... 45

3.4.3 Khối Vehicle body ... 46

3.4.4 Khối pin ... 48

3.4.5 Khối Mô tơ ... 49

3.4.6 Các bảng nội suy trong CONTROLLERS ... 57

3.5 Khối Longitudinal Drive ... 60

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

3.7.1 Kết quả mơ phỏng với chu trình FTP75 ... 67

3.7.2 Kết quả mơ phỏng với chu trình WLTP ... 73

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 81

4.1 Kết luận ... 81

4.2 Kiến nghị ... 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 82

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu và chữ

viết tắt ^{Giải tích ý nghĩa} ^{Ghi chú}EV Electric Vehicles Các xe điện HEV Hybrid Electric Vehicles Các xe lai

ICE Internal Combustion Engines Động cơ đốt trong BMS Battery Management System Hệ thống quản lý pin EPCU Electric Power Control Unit Bộ điều khiển điện

OBC On Board Charge Bộ sạc pin AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều DC Direct Current Dòng điện một chiều LVDC Low Voltage DC-DC Converter ^{Bộ chuyển đổi DC-DC điện áp}

thấp VCU Vehicle Control Unit Bộ điều khiển xe

RBS Regenerative Braking System _{Hệ thống phanh tái sinh}CVT Continuously Variable

Transmission ^{Hộp số vô cấp}

FTP75 _{Federal Test Procedure} Chu trình thử nghiệm của Mỹ WLTP Worldwide Harmonised Light

Vehicle Test Procedure

Quy trình kiểm tra đồng bộ cho xe hạng nhẹ toàn cầu

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

vii DANH MỤC CÁC HÌNH

trang

Hình 1.1 Thành phần chính của ơ tơ điện ... 3

Hình 1.2 Mơ tơ/động cơ điện ... 4

Hình 1.3 Động cơ điện trên ơ tơ điện... 5

Hình 1.4 Hộp giảm tốc của ơ tơ điện ... 6

Hình 1.5 Pin xe điện Hyundai và Kia ... 7

Hình 1.6 On-board Charger ... 8

Hình 1.7 Pin lithium-ion trên xe điện ... 9

Hình 1.8 Một khối pin xe điện Hyundai ... 9

Hình 1.14 EPCU – Bộ điều khiển nguồn điện ... 15

Hình 1.15 Bộ điều khiển nguồn điện ... 16

Hình 1.16 Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng tái tạo khi phanh dưới dạng điện năng ... 18

Hình 1.17 Sơ đồ hệ thống điều khiển bộ converter ... 19

Hình 1.18 Sơ đồ hệ thống phanh tái sinh sử dụng siêu tụ ... 19

Hình 1.19 Hệ thống tích trữ năng lượng kiểu dùng phanh thủy lực kiểu nối tiếp ... 20

Hình 1.20 Hệ thống tích trữ năng lượng kiểu sử dụng phanh thủy lực theo kiểu song song ... 21

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

viii

Hình 1.21 Cơng nghệ KERS (Kinetic Energy Recovery System)... 22

Hình 1.22 Dịng Flybrid KERS trên Volvo S60 ... 22

Hình 1.23 Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng bánh đà ... 23

Hình 1.24 Bánh đà tích điện trên xe Porches 918 RSR concept... 23

Hình 1.25 Hệ thống bánh đà tích trữ năng lượng trên xe Volvo ... 24

Hình 1.26 Hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng lị xo cuộn ... 25

Hình 2.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ơ tơ khi phanh ... 27

Hình 2.2 Mơ hình ắc quy ... 30

Hình 2.3 Cấu tạo phanh đĩa ... 31

Hình 2.4 Đường đặc tính của động cơ điện 3 pha có chổi than ... 33

Hình 2.5 Quan hệ giữ 𝐾𝑣 và vận tốc ơ tơ ... 33

Hình 2.6 Quan hệ giữa hệ số 𝐾𝑆𝑂𝐶 và %SOC ... 34

Hình 2.7 Thuật tốn điều khiển hệ thống phanh ... 35

Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống trong khối controllers ... 40

Hình 3.8 Module điều khiển hệ thống truyền động ... 41

Hình 3.9 Khối điều khiển phanh tái sinh ... 42

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

ix

Hình 3.10 Sơ đồ hệ thống phanh tái sinh ... 42

Hình 3.11 Khối Passenger Car ... 44

Hình 3.12 Mơ hình truyền lực xe ... 44

Hình 3.13 Khối Vi sai ... 44

Hình 3.14 Thơng số khối vi sai ... 45

Hình 3.15 Khối mơ phỏng theo phương dọc bánh xe lí tưởng ... 45

Hình 3.16 Khối Vehicle Body ... 46

Hình 3.17 Thơng số khối Vehicle Body ... 47

Hình 3.18 Khối điều khiển điện động cơ ... 47

Hình 3.19 Khối Pin ... 48

Hình 3.20 Thơng số khối pin ... 48

Hình 3.21 Khối Mapped motor ... 49

Hình 3.22 Khối Dynamic Motor ... 50

Hình 3.23 Khối điều khiển động cơ nam châm vĩnh cửu ... 51

Hình 3.24 Khối biến đổi điện áp ba pha ... 52

Hình 3.25 Mơ tả khối cách khối điện áp ba pha hoạt động ... 53

Hình 3.26 Khối động cơ nam châm vĩnh cửu ... 55

Hình 3.27 Sơ đồ các bảng nội suy ... 57

Hình 3.28 MaxMotTrqVsSpd (Nội suy tốc độ động cơ (vịng/phút) sang Moment động cơ) ... 57

Hình 3.29 RegenBrakingCutoff ... 58

Hình 3.30 DisChargLmt (Nội suy trạng thái pin (% pin) sang hệ số giới hạn xả) ... 58

Hình 3.31 ChargLmt (Nội suy trạng thái pin (% pin) sang hệ số giới hạn sạc) ... 59

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

x Hình 3.32 Eff map (Nội suy 2 chiều, cho ra công suất vật lý từ tốc độ động cơ và moment tương ứng) ... 59

Hình 3.33 Khối Longitudinal Driver ... 60Hình 3.34 Các lựa chọn và thơng số khối Longitudinal Driver Model ... 61Hình 3.35 Lựa chọn các dạng điều khiển ... 61Hình 3.36 Drive Cycle Source ... 62Hình 3.37 Chu trình FTP-75 ... 64Hình 3.38 Chu trình WLTP ... 65Hình 3.39 Các lựa chọn và thơng số của khối Drive Cycle Source ... 66Hình 3.40 Các chu trình khác có thể lựa chọn ... 67Hình 3.41 Mơ men thu hồi của mô tơ khi mô phỏng theo chu trình FTP 75 ... 68Hình 3.42 Lực phanh tái sinh của mơ tơ khi mơ phỏng theo chu trình FTP75 ... 69Hình 3.43 Cơng suất kéo và cơng suất thu hồi của mơ tơ khi mơ phỏng theo chu trình FTP 75 ... 70

Hình 3.44 Cơng suất nạp và xả của pin khi mơ phỏng theo chu trình FTP 75 ... 70Hình 3.45 Hệ số nạp khi mơ phỏng theo chu trình FTP 75 ... 72Hình 3.46 Mơ men thu hồi của mơ tơ khi mơ phỏng theo chu trình WLTP ... 73Hình 3.47 Lực phanh tái sinh của motor khi mơ phỏng theo chu trình WLTP ... 74Hình 3.48 Công suất kéo và công suất thu hồi của motor khi mơ phỏng theo chu trình WLTP ... 75

Hình 3.49 Cơng suất kéo nạp và xả của pin khi mơ phỏng theo chu trình WLTP ... 76Hình 3.50 Hệ số nạp khi mơ phỏng theo chu trình WLTP ... 77

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

xi DANH MỤC CÁC BẢNG

trang Bảng 3.1 Thông số cơ bản của xe VF e34 ... 36Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật xe Vinfast VFe34 ... 46Bảng 3.3 Thông số Pin ... 48Bảng 3.4 Thông số mô tơ điện ... 49Bảng 3.5 Công suất tổn hao từ các bộ phận ... 54Bảng 3.6 Đại lượng sử dụng trong tính tốn mơ men động cơ ... 56Bảng 3.7 Kết quả mô phỏng với chu trình FTP-75 ... 72Bảng 3.8 Kết quả mơ phỏng với chu trình WLTP ... 78Bảng 3.9 Kết quả thu hồi năng lượng trên các chu trình ... 78

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Lý do chọn đề tài

Tính quan trọng của đề tài: Hệ thống phanh là một phần quan trọng trong bất kỳ phương tiện thơng tin nào. Nó đảm bảo sự an toàn cho người lái, hành khách và các phương tiện xung quanh. Với nguy cơ nguồn tài nguyên tiêu thụ và hợp tác tiêu cực cho môi trường, việc nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh tái sinh có thể cải thiện được đáng kể đến hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

Ứng dụng thực tế: Công nghệ tái sinh năng lượng đã trở nên quan trọng hơn trong ngành công nghiệp ô tô. Một hệ thống phanh tái sinh có thể tái sinh sử dụng năng lượng từ quá trình phanh để nạp lại chốt hoặc cung cấp năng lượng cho các hệ thống khác trong xe, giúp cải thiện hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải nhà kính.

Đóng góp vào sự phát triển bền vững: Xe hơi đóng vai trị quan trọng trong nguy cơ gây ra biến đổi khí hậu. Bằng cách nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh tái sinh, có thể đóng góp vào mục tiêu của ngành cơng nghiệp trong việc giảm thiểu tác động xấu đối với môi trường và thúc đẩy phát triển bền vững.

Tính cơng thức và phát triển nghề nghiệp: Đề tài này yêu cầu kiến trúc chuyên sâu về cơ khí, điện tử và cơng nghệ phịng thí nghiệm, cùng với khả năng nghiên cứu và phát triển công nghệ mới. Thực hiện đồ án này sẽ giúp chúng em phát triển kỹ năng quan trọng và có thể tạo điều kiện tốt cho sự phát triển nghề nghiệp trong lĩnh vực công nghệ xanh.

Tóm lại, việc chọn đề tài “Nghiên cứu, đánh giá sự ảnh hưởng của hệ thống phanh tái sinh trên ơ tơ điện” khơng những có ý nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật và môi trường mà cịn có tiềm năng đóng góp vào sự phát triển bền vững và sự nghiệp của chính bản thân trong cơng nghiệp chun nghiệp.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài này trình bày rõ nội dung lý thuyết về phanh tái sinh trên ô tô điện. Nghiên cứu tính tốn năng lượng thu hồi từ phanh tái sinh trên ô tô điện. Việc mô phỏng hệ thống bằng Matlab giúp sinh viên có thể hiểu sâu hơn về đặc tính ơ tơ điện. Đó là những kiến thức cần

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

2 thiết để ứng dụng trong tương lai gần khi xe lai và xe điện đang dần thay thế xe động cơ đốt trong thông thường.

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Tiến hành nghiên cứu sự thu hồi năng lượng và hiệu quả thu hồi năng lượng trên xe ô ô điện khi sử dụng phanh tái sinh.

1.4 Tính cấp thiết của đề tài Tình hình nghiên cứu ngoài nước:

Tất cả hãng xe trên thế giới đều đang tìm cách nghiên cứu để phát triển xe điện, xe lai các dịng xe thân thiện với mơi trường, tiết kiệm nhiên liệu và nhằm thay thế xe sử dụng động cơ đốt trong trong tương lai sắp tới. Có thể kể đến một trong những giải pháp tiết kiệm năng lượng là sử dụng phanh tái sinh.

Tình hình nghiên cứu trong nước:

Ơ tơ Hybrid hay gần đây nhất là ô tô diện đang dần xuất hiện rất nhiều ở nước ta. Nhận thấy được rằng các nguồn năng lượng truyền thống là có giới hạn và sử dụng nguồn này gây nên ô nhiễm môi trường rất trầm trọng.

Nước ta hiện nay rất đang tích cực nghiên cứu việc sử dụng năng lượng điện thay cho năng lượng hóa thạch truyền thống.

Ơ tô điện, ô tô Hybrid hiện nay đang xuất hiện khá nhiều ở nước ta, thậm chí có khả năng thay thế hoàn toàn các loại xe sử dụng xăng, dầu truyền thống. Điển hình, ở nước ta cịn có hãng xe VinFast đã và đang sản xuất xe diện để sử dụng trong nước và xuất khẩu sang nước ngồi.

Tổng quan, tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước về hệ thống phanh tái sinh trên ô tô đã thể hiện sự quan tâm đáng kể từ cả cộng đồng nghiên cứu và ngành công nghiệp ô tô. Sự tiến bộ trong lĩnh vực này có tiềm năng mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

3 1.5 Mơ hình tổng qt xe điện

Trong những năm trở lại đây, việc phát triển dòng xe chạy bằng điện đang là xu hướng toàn cầu mà rất nhiều các hãng xe hơi truyền thống cũng nhắm đến. Hiện tại, hầu như tất cả các hãng xe hơi truyền thống đều đã và đang phát triển các mẫu ơ tơ điện của riêng mình. Trong đó cũng phải kể đến như hãng Tesla, một hãng xe chỉ tập trung vào sản xuất xe ô tô điện. Ở Việt Nam cũng khơng nằm ngồi xu thế đó, VinFast – hãng xe ô tô đầu tiên của Việt Nam cũng chuyển hướng sang phát triển dòng xe điện với liên tiếp các mẫu xe được tung ra thị trường như VFe34, VF8, VF5… Chính vì thế làm “thổi bùng” lên sự quan tâm của công chúng đối với xe ô tô điện, cấu tạo, cách thức hoạt động của chúng, và những khác biệt của ô tô điện với ô tô truyền thống.

Một chiếc ô tô điện thường sẽ có ít bộ phận hơn so với ơ tơ dùng ngun liệu hóa thạch truyền thống. Cụ thể thì xe điện được cấu tạo bởi thân xe, mơ tơ điện, pin, cổng sạc, hộp số, bộ sạc trên xe, ắc-quy phụ, hệ thống tản nhiệt, bộ điều khiển điện tử và bộ đổi điện.

Những thành phần chính của ơ tơ điện:

Hình 1.1 Thành phần chính của ô tô điện

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

4 Ô tô điện sử dụng năng lượng tái tạo có chứa trong hệ thống pin để quay vòng động cơ nhằm cung cấp nguồn năng lượng để phục vụ nhu cầu lái xe. Đây là sự khác biệt rõ ràng nhất giữa ô tô sử dụng động cơ đốt trong hố thạch; theo đó động cơ sử dụng nhiên liệu sinh học giúp tạo thêm động lực vận hành xe. Và đây cũng là điểm then chốt giúp xe điện được coi là thân thiện với môi trường hơn xe sử dụng động cơ đốt trong.

Ơ tơ điện sử dụng pin nên không cần đến động cơ hay bộ truyền động như động cơ đốt trong. Thay vào đó, ơ tơ điện cần có những bộ phận cơ bản để hoạt động như: động cơ điện, bộ giảm tốc, pin (ắc quy), bộ sạc trên bo mạch, bộ điều khiển nguồn, phanh tái sinh. Đây đều là những thành phần thiết yếu để chuyển đổi năng lượng pin thành động năng cung cấp năng lượng cho xe điện.

1.5.1 Động cơ điện/ Mơ tơ điện

Hình 1.2 Mô tơ/động cơ điện

Động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành động năng để truyền động bánh xe. Sử dụng động cơ điện thay cho động cơ đốt trong có nhiều ưu điểm, trong đó: Động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành động năng để truyền động bánh xe.

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

5 Sử dụng động cơ điện thay cho động cơ đốt trong có nhiều ưu điểm, trong đó: Tiếng ồn và độ rung: Nhiều hành khách lần đầu lái xe điện rất ngạc nhiên trước cảm giác lái êm ái và thoải mái.

Động cơ điện có thể truyền một lượng mô-men xoắn rất lớn khi khởi động hoặc ở tốc độ thấp nên xe khởi động rất nhanh và tăng tốc ngay lập tức.

Ngoài ra, hệ truyền động của xe điện luôn nhỏ hơn và êm hơn so với hệ truyền động sử dụng động cơ đốt trong, giúp cung cấp thêm không gian cho các thiết kế xe hiệu quả hơn, chẳng hạn như nội thất và cốp xe lớn hơn.

Hình 1.3 Động cơ điện trên ô tô điện

Các loại động cơ điện được sử dụng chủ yếu hiện nay là động cơ đồng bộ ba pha, động cơ không đồng bộ ba pha và động cơ từ trở. Việc sử dụng loại động cơ này đã dẫn đến việc loại bỏ hoàn toàn hệ truyền động ở hầu hết các mẫu ô tô điện, khiến chúng dễ lái hơn nhiều Ngồi ra, vì động cơ điện rất nhỏ, gọn, với khối lượng nhẹ nên nhiều hãng xe ô tô cũng trang bị từng động cơ điện cho từng bánh xe, để xe có khả năng dẫn động 4 bánh tồn thời gian mà khơng cần trang bị thêm bộ vi sai.

Một phần của động cơ cũng là một máy phát điện, nó chuyển đổi động năng được tạo ra khi ở Neutral Gear hay số N (ví dụ như khi ơ tơ đang xuống dốc) thành năng lượng điện và

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

6 được lưu trữ vào pin. Ý tưởng tiết kiệm năng lượng tương tự cũng được áp dụng khi xe giảm tốc độ, mà đỉnh cao là “hệ thống phanh tái tạo”.

Một số mẫu xe điện của Tập đồn ơ tơ Hyundai được trang bị cơ chế cho phép kiểm sốt mức độ phanh tái tạo thơng qua lẫy chuyển số trên vô lăng, điều này không chỉ góp phần cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu mà cịn tăng cảm giác lái thích thú và cải thiện khả năng kiểm soát của người lái trong khi điều khiển.

1.5.2 Hộp giảm tốc (Reducer)

Hình 1.4 Hộp giảm tốc của ô tô điện

Bộ giảm tốc là một phần của hệ thống truyền lực. Tuy nhiên, thuật ngữ hộp số không được sử dụng thay cho bộ giảm tốc mà vì có lý do: Động cơ điện nhanh hơn nhiều so với động cơ đốt trong. Trong khi hộp số điều chỉnh mô men xoắn được truyền từ động cơ đốt trong đến các bánh xe chủ động để có thể thích hợp với nhu cầu của người tài xế, bộ giảm tốc phải luôn giảm số vịng tua máy xuống một mức độ thích hợp. Với tốc độ vòng quay giảm, hệ thống truyền động của ơ tơ điện có thể tận dụng lợi thế của mô men xoắn cao hơn.

1.5.3 Pin xe điện

a. Khối Pin:

Hệ thống Pin là trái tim của ơ tơ điện, có kích thước lớn và nằm dưới sàn ơ tơ. Ơ tơ điện ngày nay sử dụng cơng nghệ pin lithium-ion có thể sạc lại nhiều lần. Trong quá trình sạc, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm và ngược lại trong q trình phóng điện.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

7 Hình 1.5 Pin xe điện Hyundai và Kia

Pin của xe điện có chức năng lưu trữ năng lượng điện và đóng vai trị như bình nhiên liệu giống như xe sử dụng động cơ đốt trong. Ngoài ra, quãng đường di chuyển tối đa của ô tô điện thường được xác định bởi dung lượng của pin (dung lượng càng lớn thì quãng đường đi được càng dài). Trong bối cảnh đó, việc tăng thêm dung lượng cho pin vẫn luôn là yêu cầu cần thiết nhất đối với xe điện, bởi hành trình dài giúp giảm nhu cầu dừng chân thường xuyên ở các trạm sạc.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

8 Hình 1.6 On-board Charger

Tuy nhiên, không dễ để tăng dung lượng pin bởi vì kích thước và khối lượng của pin tăng cũng sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của xe.

Pin kích thước lớn hơn và nặng hơn sẽ giúp tăng đáng kể dung lượng pin tuy nhiên cũng sẽ chiếm mất diện tích cabin/khoang hành lý và làm mất hiệu suất năng lượng và tiêu hao nhiên liệu. Do đó, cách tốt nhất để tối đa hoá hiệu suất là tăng mật độ năng lượng của pin – tức là pin cần thoả mãn được tiêu chuẩn gọn, nhẹ để lưu trữ được nhiều năng lượng điện nhất có thể.

Nhờ những tiến bộ gần đây trong công nghệ pin, ô tô đã có những cải tiến đáng kể so với các thế hệ cũ hơn về thời lượng pin và quãng đường di chuyển của xe.

Ví dụ như: xe điện Kia Soul Booster EV hiện nay được trang bị pin lithium-ion 64kWh có quãng đường di chuyển tối đa là 386 km (theo tiêu chuẩn chứng nhận của Hàn Quốc). Thời lượng pin cũng có những cải thiện đáng kể: ví dụ như trong điều kiện hoạt động bình thường, pin của Soul Booster EV có thể hoạt động trong suốt vòng đời của xe.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

9 Hình 1.7 Pin lithium-ion trên xe điện

Chúng ta hãy cùng tìm hiểu kỹ hơn xem pin lithium-ion dành cho ơ tơ điện có điểm gì chung với pin điện thoại thơng minh phổ biến, đó là thời lượng pin thay đổi tùy thuộc vào cách thức và thời điểm chúng được sạc. . . những thay đổi làm giảm đáng kể cả sức mạnh và tuổi thọ.

Hình 1.8 Một khối pin xe điện Hyundai

Ví dụ như kiểu sạc đến mức cạn kiệt toàn bộ pin và được sạc đầy: nếu pin được sử dụng mất 20% (dung lượng pin cịn 80%), có thể được sử dụng cho 1.000 lần sạc; nếu pin được

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

10 sử dụng đến một nửa (50%) và được sạc lại, pin sẽ có tuổi thọ là 5.000 lần sạc; nếu pin sử dụng hết 80% và được sạc lại, pin sẽ có tuổi thọ là 8.000 lần sạc. Có nghĩa là, nếu Soul Booster EV được lái trong 77 km một ngày (tương đương 20% quãng đường lái xe tối đa) và được sạc lại mỗi đêm, tuổi thọ của pin xe điện có thể kéo dài tới gần 8.000 ngày (22 năm).

b. Hệ thống quản lý pin (Battery Management System):

Hệ thống quản lý pin (BMS) có chức năng quản lý nhiều tế bào của pin để chúng có thể làm việc như thể chúng là một thực thể duy nhất. Pin của ô tô điện bao gồm ít nhất là hàng chục hoặc hàng nghìn ô nhỏ và mỗi ô cần phải nằm trong trạng thái giống với các pin thông thường nhằm tối đa hố độ bền và hiệu suất của pin.

Hình 1.9 Hệ thống quản lý pin BMS

Chức năng chính của BMS là để bảo vệ các cell pin bên trong bộ pin khỏi những hư hỏng do việc sạc hay xả q mức cho phép. Ngồi ra, BMS có thể tính tốn dung lượng cịn lại, theo dõi nhiệt độ và sức khỏe của pin, và đảm bảo an toàn thơng qua việc kiểm tra các mối nối có bị rị điện hay ngắn mạch khơng. BMS cũng giúp cân bằng điện áp giữa các cell pin để bộ pin có thể sử dụng tối đa dung lượng. Nếu nó phát hiện bất kỳ hiện tượng khơng an tồn nào, BMS sẽ lập tức cắt dòng điện để tách pin ra khỏi hệ thống đảm bảo cho các cell pin Li-ion và người dùng được an toàn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

11 Hình 1.10 Battery Management System (Thực tế)

c. Hệ thống sưởi ấm cho pin (Battery Heating System):

Khi nhiệt độ giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, pin sẽ giảm dung lượng và tốc độ sạc. Hệ thống sưởi ấm pin tồn tại để giữ cho pin hoạt động tốt trong phạm vi nhiệt độ lý tưởng, ngăn chặn sự suy giảm hiệu suất theo mùa và duy trì phạm vi lái xe tối đa. Hệ thống cũng hoạt động trong quá trình sạc để đảm bảo hiệu quả sạc.

Hệ thống sưởi ấm bằng pin có thể được lắp đặt theo nhiều cách khác nhau: bên trong thành và đế của bộ pin, hoặc các tấm sưởi cũng có thể được lắp vào giữa các bộ pin. Trong quá trình lắp đặt cuối cùng, nhiều lỗ mở khác nhau có thể phải được điều chỉnh để đạt được sự tiếp xúc nhiệt và thơng gió tốt. Hệ thống sưởi pin có thể sử dụng một phần nhiệt dư thừa do thiết bị điện tử và động cơ điện tạo ra để giúp làm ấm pin.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

12 Hình 1.11 Hệ thống sưởi ấm pin

Hoạt động của máy sưởi pin được điều khiển bởi hệ thống quản lý pin (BMS) thông qua rơle. Nhiệt độ đầu vào của BMS được lấy từ cảm biến nhiệt độ (NTC) được tích hợp trong bộ làm nóng pin.

Ví dụ, khi nhiệt độ mơi trường xung quanh dưới 3°C

, máy sưởi sẽ cắt nguồn điện. Máy sưởi sẽ tắt khi nhiệt độ máy sưởi đạt 17°C hoặc nhiệt độ mơi trường đạt 8°C. Ngồi ra, bộ điều nhiệt tích hợp sẽ ngắt hệ thống sưởi trong trường hợp có điều kiện bất thường như hỏa hoạn.

Không phải tất cả các loại xe điện hiện đại đều đi kèm hệ thống sưởi bằng pin và Hyundai Kona EV là một ví dụ về việc nhà sản xuất tiết kiệm tiền và bán với giá cạnh tranh nhất. Hệ thống sưởi cũng đã bị loại bỏ khỏi một số mẫu xe điện hiện đại vì điều kiện thời tiết ở một số thị trường không yêu cầu chúng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

13 Hình 1.12 Sạc pin cho xe điện

1.5.4 Bộ sạc trên bo mạch (On-Board Charger)

Từ sạc có thể gây nhầm lẫn. Vì trạm sạc thường được gọi là bộ sạc nên điều quan trọng là phải làm rõ rằng có hai loại bộ sạc:

Bộ sạc trên xe (OBC) được tích hợp sẵn trong xe. Trạm sạc (còn gọi là bộ sạc, có thể là AC hoặc DC) – Thiết bị cung cấp xe điện (EVSE).

Quan trọng nhất, bộ sạc ơ tơ cho phép chúng ta kiểm sốt dịng điện và điện áp mà ắc quy cần sạc (điện áp hoặc chế độ điều khiển dịng điện), từ đó bảo vệ tuổi thọ của ắc quy.

Bộ sạc cung cấp khả năng sạc dịng điện hoặc điện áp khơng đổi, cả hai đều dễ vận hành. Trong trường hợp sạc với dịng điện khơng ổn định (hiệu suất và tốc độ sạc cao), pin có nguy cơ bị sạc quá mức, từ đó rút ngắn tuổi thọ. Sạc liên tục với dịng điện q lớn sẽ khiến pin nóng lên và rút ngắn tuổi thọ pin.

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

14 Hình 1.13 On-Board Charger

Do đó, bộ sạc phải đảm bảo sạc ban đầu ở dịng điện khơng đổi để duy trì tốc độ và hiệu suất. Khi điện áp trên pin đạt đến một phạm vi nhất định, nó sẽ chuyển sang sạc điện áp khơng đổi. Hệ thống này được gọi là "chiến lược sạc" và là chức năng quan trọng nhất của bộ sạc ô tô.

Có hai loại sạc cơ bản, chúng ta có thể sử dụng DC hoặc AC:

Nếu sử dụng nguồn điện xoay chiều từ ổ cắm hoặc trạm sạc AC, dòng điện sẽ được truyền qua cáp sạc đến bộ sạc trên bo mạch, bộ sạc này sẽ chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều và gửi đến pin thông qua hệ thống quản lý pin (BMS).

Nếu ơ tơ sạc bằng dịng điện một chiều (DC), bộ sạc trên xe sẽ bị bỏ qua và dòng điện sẽ được truyền trực tiếp tới ắc quy thông qua hệ thống quản lý ắc quy BMS. Do đó, bộ sạc gắn trên xe không được sử dụng trong q trình sạc DC nhưng phương pháp sạc này có yêu cầu cao hơn đối với BMS.

Nói tóm lại: Bộ sạc tích hợp (OBC) được sử dụng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) từ bộ sạc chậm hoặc bộ sạc di động được sử dụng trên ổ cắm gia đình thành dịng điện một chiều (DC). Điều này có thể làm cho OBC trơng giống như một bộ biến tần truyền thống, nhưng về cơ bản chức năng của chúng khác nhau; OBC được sử dụng để sạc và biến tần được sử dụng để tăng hoặc giảm tần số dòng điện và hoạt động nghịch đảo với OBC.

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

15 OBC không cần thiết trong quá trình sạc nhanh vì bộ sạc nhanh đã cung cấp năng lượng dưới dạng dòng điện một chiều.

1.5.5 Bộ điều khiển nguồn điện (EPCU)

EPCU là sự tích hợp hiệu quả của hầu hết các thiết bị điều khiển điện trên xe. Nó bao gồm một bộ biến tần, bộ chuyển đổi DC-DC điện áp thấp (LDC) và bộ điều khiển phương tiện (VCU).

Hình 1.14 EPCU – Bộ điều khiển nguồn điện

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

16 Hình 1.15 Bộ điều khiển nguồn điện

a. Biến tần

Biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều từ pin thành dòng điện xoay chiều, sau đó được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ. Nó là bộ phận chịu trách nhiệm tăng tốc và giảm tốc nên đóng vai trị quan trọng trong việc tối ưu hóa khả năng xử lý của ô tô điện.

b. Bộ chuyển đổi DC-DC điện áp thấp (Low voltage DC-DC Converter)

LVDC chuyển đổi điện áp cao của ắc quy ô tô điện thành điện áp thấp (12V) và cung cấp cho các hệ thống điện tử khác nhau của xe. Tất cả các hệ thống điện tử trên ô tô điện đều sử dụng điện áp thấp. Do đó, điện áp cao của pin trước tiên phải được chuyển đổi để các hệ thống này sử dụng.

c. Bộ phận điều khiển xe (Vehicle Control Unit)

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

17 VCU là bộ phận dùng để điều khiển của tất cả các hệ thống điều khiển công suất điện trên xe, VCU chắc chắn là thành phần quan trọng nhất của EPCU. Nó điều khiển hầu như tất cả các cơ chế điều khiển công suất của xe, bao gồm điều khiển động cơ, điều khiển phanh tái tạo, điều khiển tải điều hịa khơng khí và cung cấp năng lượng cho hệ thống điện tử.

1.5.6 Phanh tái sinh

Phanh tái tạo hay còn gọi là phanh tái tạo: Chức năng này phục hồi năng lượng khi phanh và dùng để sạc pin. Chúng ta sẽ không thể phục hồi 100% năng lượng này nên tất nhiên nếu chúng ta liên tục lái xe và phanh gấp thì lượng pin sẽ giảm dần hơn nữa.

Phanh tái tạo ô tô, còn được gọi là hệ thống phanh tái tạo, là công nghệ được sử dụng trên ô tô để sử dụng năng lượng cơ học từ quá trình phanh và chuyển đổi thành năng lượng điện, sau đó được lưu trữ. Năng lượng này được lưu trữ trong ắc quy hoặc ắc quy để tái sử dụng khi ô tô đang vận hành. hoạt động. Mục tiêu của phanh tái tạo là cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm mức tiêu thụ nhiên liệu bằng cách thu hồi một phần năng lượng thường được tiêu thụ trong q trình phanh.

Cơng nghệ phanh tái sinh thường được sử dụng trên ô tô hybrid và xe điện. Khi xe phanh hoặc giảm tốc độ, hệ thống phanh tái tạo sẽ chuyển đổi năng lượng cơ học từ bánh xe thành điện năng, sau đó lưu trữ vào ắc quy hoặc ắc quy. Điều này có thể giúp tăng khoảng cách mà xe hybrid hoặc xe điện có thể di chuyển trước khi cần sạc lại hoặc tiêu thụ nhiên liệu. 1.6 Phân loại hệ thống phanh tái sinh.

1.6.1 Hệ thống phanh tái sinh RBS với kiểu tích trữ năng lượng dưới dạng điện năng

Áp dụng rộng rãi trên xe EV và HEV. Năng lượng điện cần thiết để lái xe có thể được lưu trữ bằng các thiết bị điều khiển, chuyển đổi động năng trong quá trình phanh thành điện năng lưu trữ trong ắc quy để tái sử dụng.

Động cơ truyền động có thể hoạt động như một máy phát điện cung cấp tải chống lại chuyển động quay của bánh xe đóng vai trị như một mơ men phanh. Trong quá trình phanh

</div>