Khảo sát và thực nghiệm trên xe renault zoe 2020

Bởi những ưu điểm mà xe điện đạt được về hiệu quả năng lượng, chi phí về điện và nhiên liệu và đặc biệt là giảm ô nhiễm môi trường,… Với những ưu điểm nổi bật của xe điện, nhóm đã chọn đ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD: ThS HUỲNH QUỐC VIỆT SVTH : NGUYỄN VĂN LÀNH

PHẠM NGỌC THIẾT KHẢO SÁT VÀ THỰC NGHIỆM TRÊN XE RENAULT ZOE 2020 S K L 0 1 1 8 1 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

KHẢO SÁT VÀ THỰC NGHIỆM TRÊN XE

RENAULT ZOE 2020

SVTH: NGUYỄN VĂN LÀNH MSSV: 19145414

SVTH: PHẠM NGỌC THIẾT MSSV: 19145466

GVHD: THS HUỲNH QUỐC VIỆT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023

và phát triển tài năng của mình

Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Huỳnh Quốc Việt đã hướng dẫn, chỉ bảo và hỗ trợ chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu Thầy không chỉ giúp chúng em tiếp thu kiến thức một cách hiệu quả mà còn truyền đạt cho chúng em những kinh nghiệm quý báu và tinh thần trách nhiệm trong học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, người đã luôn động viên, khuyến khích và hỗ trợ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Ba mẹ là nguồn động lực lớn nhất giúp chúng em vượt qua những khó khăn và trở ngại để hoàn thành đồ án này

Một lần nữa, chúng em xin cảm ơn sự hỗ trợ và giúp đỡ của Ban giám hiệu, thầy Huỳnh Quốc Việt và các thầy cô khác trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Em sẽ luôn ghi nhớ và trân trọng những kinh nghiệm và kiến thức mà chúng em đã học được tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh

Trân trọng cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Lành Phạm Ngọc Thiết

TÓM TẮT

Với sự phát triển mạnh mẽ không ngừng của khoa học thế giới hiện nay nói chung

và ngành công nghệ kỹ thuật ô tô nói riêng Các kỹ sư đã và đang nghiên cứu cho ra đời những chiếc xe điện thay thế cho xe chạy bằng động cơ đốt trong truyền thống Bởi những

ưu điểm mà xe điện đạt được về hiệu quả năng lượng, chi phí về điện và nhiên liệu và đặc biệt là giảm ô nhiễm môi trường,…

Với những ưu điểm nổi bật của xe điện, nhóm đã chọn đề tài “Khảo sát và thực nghiệm trên xe Renault ZOE 2020” làm đề tài đồ án tốt nghiệp để tìm hiểu, nghiên cứu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe, so sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng để thấy các tính năng nổi bật của xe điện

Đề tài của nhóm được thực hiện gồm 6 chương:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về xe Renault ZOE 2020

Chương 3: Mô phỏng xe Renault ZOE trên phần mềm ADVISOR

Chương 4: Các thiết bị đo kiểm trên xe Renault ZOE 2020

Chương 5: Thực nghiệm đo kiểm trên xe Renault ZOE 2020

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Kết quả đề tài của nhóm sẽ là một phần nội dung quan trọng giúp nhóm cũng như các bạn đọc hiểu rõ hơn về xe điện, cụ thể là xe Renault ZOE 2020 Trong quá trình thực hiện, nhóm sẽ không tránh khỏi những sai sót, mong các quý thầy cô, bạn bè góp ý để đề tài của nhóm được hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

DANH MỤC CÁC BẢNG xii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XE ĐIỆN RENAULT ZOE 2020 3

2.1 Giới thiệu chung về xe điện Renault ZOE 2020 3

2.2 Hệ thống pin 6

2.2.1 Ắc quy 12V 6

2.2.2 Pin cao áp 400V 7

2.2.3 Hệ thống sạc pin cao áp 9

2.3 Hệ thống điều khiển motor 13

2.3.1 Motor trên xe Renault ZOE 13

2.3.2 Bộ biến tần motor 15

2.3.3 Phương pháp đảo bảo an toàn khi điều khiển motor 16

2.3.4 Hệ thống làm mát motor và bộ điều khiển công suất trên xe Renault ZOE 16

2.3.4.1 Hệ thống làm mát motor 16

2.3.4.2 Hệ thống làm mát bộ điện tử công suất 17

2.4 Hệ thống phanh tái sinh 18

2.4.1 Phanh tái sinh trên xe Renault ZOE 18

2.4.2 Chế độ phanh D-mode và B-mode 20

2.4.2.1 Chế độ phanh D-mode 20

2.4.2.2 Chế độ phanh B-mode 20

2.5 Đặc tính của một chiếc xe điện 21

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG XE RENAULT ZOE 2020 TRÊN PHẦN MỀM ADVISOR 23

3.1 Giới thiệu phần mềm ADVISOR 23

3.2 Mô phỏng trên ADVISOR 25

3.2.1 Thiết lập các thông số xe vào phần mềm 25

3.2.2 Tiến hành mô phỏng xe trên ADVISOR 34

CHƯƠNG 4: CÁC THIẾT BỊ ĐO KIỂM TRÊN XE RENAULT ZOE 49

4.1 Cảm biến đo momen 49

4.2 Cảm biến đo dòng 52

4.3 Cảm biến đo tốc độ 53

4.4 CAEMAX Dx telemetry 56

4.5 The Q.brixx 57

4.5.1 Q.brixx STATION: Controller 58

4.5.2 Q.brixx A109 59

4.5.3 Q.brixx A111 59

4.5.4 Q.brixx A127 60

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM ĐO KIỂM TRÊN XE RENAULT ZOE 2020 61

5.1 Thiết lập các thiết bị đo 61

5.2 Thực nghiệm đo kiểm trên xe Renault ZOE 2020 75

5.2.1 Thực nghiệm chạy pha thứ nhất 77

5.2.2 Thực nghiệm chạy pha thứ hai 88

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

6.1 Kết luận 99

6.2 Kiến nghị 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Từ viết tắt Từ viết đầy đủ Nghĩa

ABS :Anti – Lock Brake System :hệ thống phanh chống bó cứng

ADVISOR :Advanced Vehicle Simulator :trình mô phỏng phương tiện nâng cao BMS :Battery Management System :hệ thống quản lý pin

ECE :European Driving Cycle :chu trình lái xe trong thành phố ở

châu Âu EESM :Electrically Excited Synchronous

Motor

:motor đồng bộ kích từ bằng điện

EUDC :Extra Urban Driving Cycle :chu trình lái xe ngoại thành ở châu

Âu IEPE :Integrated Electronics Piezo-

Electric

:tích hợp điện tử Piezo-Electric

IGBT :Insulated Gate Bipolar Transistor :transistor có cực điều khiển cách ly MCU :Motor Control Unit :bộ điều khiển motor

PCU :Pressure Control Unit :bộ điều khiển áp suất

PWM :Pulse Width Modulation :phương pháp điều chế xung

RCI :Receiver Control Interface :giao diện điều khiển máy thu

SCT :Signal Conditioning Transmitter :máy phát điều hòa tín hiệu

SOC :State of Charge :trạng thái sạc

TCP/IP :Transmission Control

Protocol/Internet Protocol

:giao thức điều khiển truyền nhận/ giao thức liên mạng

TMS :Thermal Management System :hệ thống quản lý nhiệt độ

VCU :Vehicle Control Unit :bộ điều khiển xe

WLTP :Worldwide Harmonised Light

Vehicle Test Procedure

:quy trình kiểm tra đồng bộ cho xe hạng nhẹ toàn cầu

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Xe Renault 4CV 3

Hình 2.2 Xe Renault 25 3

Hình 2.3 Xe Espace 4

Hình 2.4 Renault ZOE phiên bản Z.E50 2020 4

Hình 2.5 Ắc quy 12V trên xe Renault ZOE 2020 6

Hình 2.6 Pin cao áp của Renault ZOE 2020 8

Hình 2.7 Hệ thống truyền lực kéo và sạc trên xe điện Renault ZOE 2020 9

Hình 2.8 Bộ sạc Domestic Socket 10

Hình 2.9 Bộ sạc Home Wallbox 11

Hình 2.10 Sạc tại trạm sạc 11

Hình 2.11 Sạc nhanh trên Renault ZOE 12

Hình 2.12 Cấu tạo của motor 13

Hình 2.13 Stator của motor 14

Hình 2.14 Cấu tạo của rotor cực lồi 15

Hình 2.15 Cấu tạo của bộ biến tần motor 15

Hình 2.16 Ống dẫn khí làm mát trên motor 17

Hình 2.17 Mô hình làm mát trực tiếp bằng chất lỏng của IGBT 18

Hình 2.18 Phanh tái sinh trên xe điện 18

Hình 2.19 Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh 19

Hinh 3.1 Hệ thống truyền động của xe điện (Electric Vehicle) trong ADVISOR 24

Hình 3.2 Mô hình xe điện trên MATLAB 24

Hình 3.3 Chọn file cần thay đổi thông số 26

Hình 3.4 Xác định các thông số cần thay đổi 27

Hình 3.5 Chọn phần Vehicle 27

Hình 3.6 Chọn Add to list 28

Hình 3.7 Chọn file VEH_RENAULT_ZOE.m 28

Hình 3.8 File VEH_RENAULT_ZOE.m đã được thêm vào ADVISOR 29

Hình 3.9 Dữ liệu file EV_RENAULT_ZOE_in.m 32

Hình 3.10 Chọn mục Load File để thêm file EV_RENAULT_ZOE_in.m vào ADVISOR 33

Hình 3.11 Chọn file EV_RENAULT_ZOE_in.m đã lưu lại 33

Hình 3.12 File EV_RENAULT_ZOE_in.m đã được thêm vào ADVISOR 34

Hình 3.13 Chọn mục EV_RENAULT_ZOE_in 34

Hình 3.14 Màn hình làm việc ADVISOR với thông số của xe Renault ZOE 2020 35

Hình 3.15 Chọn mục Continue 35

Hình 3.16 Chọn chu trình CYC_ECE_EUDC 36

Hình 3.17 Hiệu chỉnh phần Accel Options của chu trình CYC_ECE_EUDC 36

Hình 3.18 Hiệu chỉnh phần Grade Options của chu trình CYC_ECE_EUDC 38

Hình 3.19 Kết quả kiểm tra khả năng tăng tốc ở chu trình CYC_ECE_EUDC 38

Hình 3.20 Đồ thị khả năng leo dốc của xe 39

Hình 3.21 Đồ thị kiểm tra tốc độ xe 40

Hình 3.22 Đồ thị kiểm tra lực kéo của xe 40

Hình 3.23 Đồ thị dòng ra của pin 41

Hình 3.24 Đồ thị công suất mất mát của pin 42

Hình 3.25 Đồ thị nhiệt độ trung bình của modun pin 43

Hình 3.26 Đồ thị lịch sử tình trạng sạc của pin 43

Hình 3.27 Đồ thị công suất mất mát của motor 44

Hình 3.28 Đồ thị công suất đưa vào motor 45

Hình 3.29 Đồ thị momen của motor 46

Hình 3.30 Đồ thị nhiệt độ trung bình của motor 47

Hình 3.31 Đồ thị momen của bánh xe 48

Hình 4.1 Cảm biến đo momen 49

Hình 4.2 Dx transmitter SCT 50

Hình 4.3 Các chân của Dx transmitter SCT 51

Hình 4.4 Strain Gauge 51

Hình 4.5 Cảm biến đo dòng 52

Hình 4.6 Minh họa cảm biến dòng hiệu ứng Hall vòng kín 53

Hình 4.7 Cảm biến đo tốc độ bánh xe 54

Hình 4.8 Cấu tạo của cảm biến gắn trên bánh xe 54

Hình 4.9 Nguyên lý hoạt động của encoder 55

Hình 4.10 CAEMAX Dx telemetry 56

Hình 4.11 Q.brixx STATION 58

Hình 4.12 Các chân của Q.brixx A109 59

Hình 4.13 Các chân của Q.brixx A111 60

Hình 4.14 Các chân của Q.brixx A127 60

Hình 5.1 Sơ đồ kết nối thiết bị đo 61

Hình 5.2 Sơ đồ đấu dây các thiết bị đo 63

Hình 5.3 Kết nối máy tính với các thiết bị đo 63

Hình 5.4 Giao diện phần mềm GI.bench 64

Hình 5.5 Cửa sổ chọn thiết bị kết nối của phần mềm 64

Hình 5.6 Các phần tử của thiết bị đo 65

Hình 5.7 Các thông số đo được từ cảm biến trên xe 65

Hình 5.8 Giao diện phần mềm DASYLab 66

Hình 5.9 Tạo modun lấy dữ liệu từ phần mềm GI.bench 66

Hình 5.10 Thiết lập các đầu vào cho modun 67

Hình 5.11 Tạo mudun Scaling 68

Hình 5.12 Thiết lập loại modun Scaling cho tín hiệu momen, dòng điện và tốc độ 68

Hình 5.13 Thiết lập cho tín hiệu momen 69

Hình 5.14 Thiết lập cho tín hiệu dòng điện 69

Hình 5.15 Thiết lập cho tín hiệu tốc độ 70

Hình 5.16 Thiết lập modun Scaling cho tín hiệu tốc độ và điện áp 70

Hình 5.17 Bảng giá trị Scaling cho tín hiệu điện áp 71

Hình 5.18 Chọn mục “Piecwise linear” để hoàn tất 71

Hình 5.19 Tạo modun Chart Recorder 72

Hình 5.20 Tạo modun Digital Meter 72

Hình 5.21 Tạo modun Write Data 73

Hình 5.22 Thiết lập modun Write Data thứ nhất 74

Hình 5.23 Thiết lập modun Write Data thứ hai 74

Hình 5.24 Kết nối các modun lại với nhau 75

Hình 5.25 Chu trình ECE 15 – tốc độ theo thời gian 75

Hình 5.26 Chu trình ECE 15 – tốc độ theo quãng đường 76

Hình 5.27 Đồ thị tốc độ xe phase 1 lần chạy thứ 1 77

Hình 5.28 Đồ thị dòng ra của pin phase 1 ở lần chạy thứ 1 78

Hình 5.29 Đồ thị momen bánh xe phase 1 ở lần chạy thứ 1 78

Hình 5.30 Đồ thị công suất của motor phase 1 lần chạy thứ 1 79

Hình 5.31 Đồ thị SOC phase 1 ở lần chạy thứ 1 80

Hình 5.32 Đồ thị tốc độ xe phase 1 lần chạy thứ 2 81

Hình 5.33 Đồ thị dòng ra của pin phase 1 ở lần chạy thứ 2 81

Hình 5.34 Đồ thị momen bánh xe phase 1 ở lần chạy thứ 2 82

Hình 5.35 Đồ thị công suất của motor phase 1 lần thứ 2 82

Hình 5.36 Đồ thị SOC phase 1 ở lần chạy thứ 2 83

Hình 5.37 Đồ thị tốc độ xe trên mô phỏng phase 1 84

Hình 5.38 Đồ thị dòng ra của pin trên mô phỏng phase 1 84

Hình 5.39 Đồ thị momen bánh xe trên mô phỏng phase 1 85

Hình 5.40 Đồ thị công suất của motor trên mô phỏng phase 1 86

Hình 5.41 Đồ thị SOC trên mô phỏng phase 1 86

Hình 5.42 Đồ thị tốc độ xe phase 2 lần chạy thứ 1 88

Hình 5.43 Đồ thị dòng ra của pin phase 2 ở lần chạy thứ 1 89

Hình 5.44 Đồ thị momen bánh xe của phase 2 ở lần chạy thứ 1 90

Hình 5.45 Đồ thị công suất của motor phase 2 lần 1 91

Hình 5.46 Đồ thị SOC phase 2 ở lần chạy thứ 1 91

Hình 5.47 Đồ thị tốc độ xe phase 2 lần chạy thứ 2 92

Hình 5.48 Đồ thị dòng ra của pin phase 2 ở lần chạy thứ 2 92

Hình 5.49 Đồ thị momen bánh xe của phase 2 ở lần chạy thứ 2 93

Hình 5.50 Đồ thị công suất của motor phase 2 lần 2 94

Hình 5.51 Đồ thị SOC phase 2 ở lần chạy thứ 2 94

Hình 5.52 Đồ thị tốc độ xe trên mô phỏng phase 2 95

Hình 5.53 Đồ thị dòng ra của pin trên mô phỏng phase 2 96

Hình 5.54 Đồ thị momen bánh xe trên mô phỏng phase 2 96

Hình 5.55 Đồ thị công suất của motor trên mô phỏng phase 2 97

Hình 5.56 Đồ thị SOC trên mô phỏng phase 2 98

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Kích thước và trọng lượng của xe 5

Bảng 2.2 Hệ thống truyền động, lái và phanh 6

Bảng 2.3 Thông số ắc quy 12V trên xe Renault ZOE 2020 7

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của pin Z.E50 trên Renault ZOE 2020 8

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của 1 cell 9

Bảng 2.6 Thời gian sạc đầy pin ở các chế độ sạc 12

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của motor R110 13

Bảng 3.1 Thông số cần thay đổi ở các file 30

Bảng 3.2 Hiệu chỉnh mục Grade Options 37

Bảng 3.3 Kết quả kiểm tra khả năng leo dốc 39

Bảng 4.1 Thông số của Headstator 50

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của Dx transmitter SCT 51

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật của cảm biến đo dòng 52

Bảng 4.4 Thông số cảm biến đo tốc độ 55

Bảng 5.1 Vận hành xe chu trình ECE 15 76

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài

Xe ô tô đã trải qua hàng thập kỷ phát triển công nghệ kỹ thuật, và phần lớn các loại

xe đều sử dụng động cơ đốt trong với nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu,… Loại động cơ

này đã mang lại rất nhiều lợi ích cho thế giới nhưng cũng là một trong những nguyên nhân

gây ra ô nhiễm khí quyển Từ đó, việc tiết kiệm nhiên liệu và năng lượng là yêu cầu hàng

đầu của toàn thế giới và đặc biệt quan trọng đối với ngành công nghiệp ô tô

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ pin và năng lượng, việc sử dụng xe ô tô

chạy bằng điện dần trở nên phổ biến hơn Mặc dù xe điện đã phát triển từ lâu nhưng do

công nghệ pin trước đây gặp nhiều thử thách về dung lượng, quãng đường đi được và thời

gian sạc pin, nên động cơ đốt trong vẫn là sự lựa chọn hàng đầu Tuy nhiên, xe điện lại có

rất nhiều ưu điểm như không gây ra khí thải, ít tiếng ồn và khả năng tăng tốc tốt, giúp hạn

chế ô nhiễm môi trường Bên cạnh đó, giá thành của xe điện cũng có xu hướng giảm dần

Trong bối cảnh đó, đề tài “Khảo sát và thực nghiệm trên xe Renault ZOE 2020” là

một đề tài rất cần thiết và hấp dẫn Với việc chọn xe điện Renault ZOE 2020 làm đối tượng

nghiên cứu, đề tài sẽ giúp cho nhóm hiểu rõ hơn về các hệ thống điện và điều khiển xe

điện, đồng thời đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô và các công nghệ

xe điện

Nghiên cứu và thực nghiệm trên xe điện Renault ZOE 2020 cũng có tính thực tiễn

cao, vì nó sẽ cung cấp thông tin quan trọng về hiệu suất, tính năng và ứng dụng của xe điện

trong thực tế Việc thực hiện đề tài này sẽ giúp nhóm có cơ hội tiếp cận với công nghệ và

các thiết bị tiên tiến trong lĩnh vực ô tô, đặc biệt là về công nghệ xe điện và các hệ thống

điện tử liên quan

Với những lý do trên, đề tài “Khảo sát và thực nghiệm trên xe Renault ZOE 2020”

là một đề tài rất hấp dẫn và có tính thực tiễn cao Việc nghiên cứu và thực nghiệm trên xe

sẽ đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, đồng thời cung cấp cho nhóm

những kinh nghiệm và kiến thức quan trọng về công nghệ và thực tiễn

1.2 Mục tiêu đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết về xe điện Renault ZOE

- Nghiên cứu các thiết bị đo

- Thực nghiệm đo kiểm trên xe Renault ZOE

- Nghiên cứu mô phỏng xe điện trên phần mềm ADVISOR

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu

- Xe điện Renault ZOE 2020

- Các thiết bị đo

- Phần mềm ADVISOR

* Phạm vi nghiên cứu:

- Tập trung nghiên cứu về các hệ thống trên xe điện Renault ZOE 2020

- Tìm hiểu về các thiết bị đo và thực nghiệm trên xe

- Mô phỏng xe Renault ZOE 2020 trên phần mềm mô phỏng ADVISOR

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Nhóm đã sử dụng kết hợp nhiều phương pháp để hoàn thành đề tài như tìm kiếm tài liệu qua Internet, các bài báo cáo, luận văn, tham khảo ý kiến từ các thầy cô hướng dẫn đồ án

- Tìm kiếm và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến xe điện Renault ZOE 2020, các thiết bị đo, phần mềm ADVISOR

- Thực nghiệm đo kiểm trên xe Renault ZOE 2020 có tại xưởng thực tập động cơ xăng của khoa Cơ Khí Động Lực

- Chạy mô phỏng xe trên phần mềm ADVISOR

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XE ĐIỆN RENAULT ZOE 2020 2.1 Giới thiệu chung về xe điện Renault ZOE 2020

Renault là một hãng xe hơi lâu đời của Pháp được thành lập vào năm 1898 do Louis Renault và hai anh em Marcel Renaul và Fernand Renault thành lập với tên là Societe Renault Freres

Trong những năm 1920, Renault là một trong những thương hiệu xe hơi hàng đầu tại Pháp với việc sản xuất xe kéo, xe tải, xe buýt và nổi tiếng trong thế giới thể thao mô tô Vào những năm 1945 – 1975, thành công của Renault đến với mẫu xe 4CV và các mẫu Renault 4, Renault 5, Renault 16 tiếp tục được ra mắt và đạt được dấu ấn to lớn so với các hãng xe lớn

Hình 2.1 Xe Renault 4CV Renault tiếp tục cho ra mắt các mẫu xe hạng sang vào những năm đầu thập niên

1980 là Renault 25 và Espace và đã tạo được ấn tượng trong thể thao ô tô và gia nhập cuộc đua công thức 1

Hình 2.2 Xe Renault 25

Hình 2.3 Xe Espace Vào năm 1999, Renault đã thành lập liên minh với Nissan và đã thành công trong các cuộc đua Công thức 1 nâng tầm thương hiệu Renault Năm 2016, liên minh Renault-Nissan-Mitsubishi được tạo ra Renault là hãng xe hơi bao gồm tất cả các phân đoạn của thị trường Châu Âu có các mẫu xe dành cho phiên bản thể thao, xe du lịch, xe thương mại

và nổi bật nhất là một số mẫu xe chạy bằng điện 100% và nổi bật nhất là chiếc xe điện Renault ZOE

Vào tháng 6 năm 2019, Renault đã ra mắt dòng xe Renault ZOE chạy hoàn toàn bằng điện Renault ZOE được trang bị pin 52 kWh giúp xe có thể đi được quãng đường lên tới 395 km trong điều kiện WLTP Trọng lượng của pin hầu như không thay đổi và đặc biệt còn cung cấp khả năng sạc nhanh Xe còn có sức mạnh của motor R110 với momen xoắn 225 Nm và đạt được tốc độ tối đa là 135 km/h

Hình 2.4 Renault ZOE phiên bản Z.E50 2020

Renault ZOE là mẫu xe điện chạy hoàn toàn bằng điện, không khí thải, không tiếng

ồn là giải pháp cho những khách hàng tìm kiếm giải pháp bảo vệ môi trường với nội thất, tiện nghi thoải mái và rộng rãi Renault ZOE đã tăng công suất lên tới 80 kW và tốc độ tối

đa có thể đạt được 135 km/h mang đến những trải nghiệm cho người lái thú vị hơn [15] Bảng 2.1 Kích thước và trọng lượng của xe [18]

Đặc điểm Thông số

Dài x rộng x cao (mm) 4078 x 1787 x 1562

Chiều dài cơ sở (mm) 2588

Trọng lượng xe không tải (kg) 1577

Bảng 2.2 Hệ thống truyền động, lái và phanh

Đặc điểm Thông số

Loại dẫn động Front Wheel Drive

Trợ lực lái Trợ lực lái điện

Hình 2.5 Ắc quy 12V trên xe Renault ZOE 2020

Việc sử dụng các thiết bị điện trên xe trong quá trình sử dụng dẫn đến việc tiêu hao năng lượng ở nguồn điện 12V của xe, vì thế cũng cần phải sạc lại Ắc quy 12V trên xe Renault ZOE 2020 được sạc lại bằng 2 cách:

- Sạc bằng nguồn điện bên ngoài: khi sạc pin cao áp thì cũng đồng thời sạc ắc quy 12V thông qua một bộ chuyển đổi trung gian hoặc có thể sạc riêng như những ắc quy thông thường khác

- Sạc bằng từ pin cao áp 400V: thông qua bộ chuyển đổi DC-DC với đầu vào là nguồn pin cao áp 400V, đầu ra với điện áp 12V cho các thiết bị điện trên xe và 14,7V cho việc sạc lại ắc quy 12V

Bảng 2.3 Thông số ắc quy 12V trên xe Renault ZOE 2020

Thương hiệu NISSAN – RENAULT

Loại ắc quy Axit-chì (PbA)

2.2.2 Pin cao áp 400V

Pin cao áp là nguồn năng lượng chính trên xe điện, chịu trách nhiệm cung cấp nguồn điện để hoạt động motor cũng đồng thời cung cấp nguồn điện để vận hành các thiết bị điện với điện áp thấp và sạc lại ắc quy 12V thông qua bộ chuyển đổi DC-DC

Hình 2.6 Pin cao áp của Renault ZOE 2020

Xe điện Renault ZOE 2020 được trang bị bộ pin Z.E50 thế hệ thứ ba, sử dụng loại pin Li-NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt) Cái tên này xuất phát từ các kim loại được

sử dụng ở cực âm của pin Như trong tất cả các loại pin sạc, nó có cực dương, cực âm và chất lỏng điện phân mà qua đó các ion di chuyển từ điện cực này sang điện cực kia Với dung lượng pin lớn 52 kWh cho ra phạm vi hoạt động 395 km theo WLTP

Khối lượng của pin là 326 kg, trong đó: 206 kg (63%) là khối lượng các cell, 120

kg (37%) còn là khối lượng của vỏ kim loại, dây cáp, BMS (Hệ thống quản lý pin) và TMS (Hệ thống quản lý nhiệt)

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của pin Z.E50 trên Renault ZOE 2020 [19]

Nhà sản xuất Renault - LG Chem

Tổng dung lượng (kWh) 54,66 Dung lượng có thể sử dụng (kWh) 52 (95%)

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của 1 cell

Hình 2.7 Hệ thống truyền lực kéo và sạc trên xe điện Renault ZOE 2020

1 Nguồn điện sạc; 2 Cáp sạc; 3 Cụm motor và bộ điện tử công suất; 4 Pin cao áp;

5 Junction box; 6 Bộ điều khiển điện tử công suất; 7 Motor và hộp số

Theo như sơ đồ sạc pin cao áp hình 2.7, nguồn điện bên ngoài → cáp sạc→ bộ điện

tử công suất (chứa bộ chuyển đổi điện áp AC-DC) → pin cao áp

Việc sạc lại cho pin cao áp thông qua nguồn điện bên ngoài có nhiều chế độ sạc khác nhau:

- Sạc tại nhà thông qua bộ sạc Domestic Socket:

Hình 2.8 Bộ sạc Domestic Socket

- Sạc tại nhà thông qua hộp sạc treo tường Home Wall Box:

Hình 2.9 Bộ sạc Home Wallbox

- Sạc tại trạm sạc công cộng Public Charger:

Hình 2.10 Sạc tại trạm sạc

- Sạc nhanh với nguồn điện một chiều tại trạm sạc DC Fast Charger:

Hình 2.11 Sạc nhanh trên Renault ZOE

Bảng 2.6 Thời gian sạc đầy pin ở các chế độ sạc [20]

Loại sạc Công suất sạc Thời gian sạc đầy (395 km)

Domestic Socket 16A 3,7 kW 19h

2.3 Hệ thống điều khiển motor

2.3.1 Motor trên xe Renault ZOE

Hình 2.12 Cấu tạo của motor

1 Bộ điều khiển motor; 2 Stator; 3 Rotor; 4 Hộp số

Bởi motor AC có những ưu điểm hơn motor DC là hiệu suất cao, độ tin cậy cao hơn, có khả năng hoàn trả lại năng lượng cho pin và ít bảo trì hơn nên Renault ZOE 2020

đã trang bị motor AC, cụ thể là motor đồng bộ kích từ bằng điện (EESM - Electrically Excited Synchronous Motor) [23]

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của motor R110 [17]

Nhà sản xuất Renault

Tên motor Motor đồng bộ kích từ bằng điện

(Electrically Excited Synchronous Motor)

Vị trí đặt motor Phía trước

Momen xoắn tối đa 500 – 3395 rpm (vòng/phút)

Tốc độ tối đa 135 km/h

84 mph

Chế độ lái xe Chế độ Eco – D mode

Chế độ một bàn đạp – B mode

Chế độ làm mát Áo nước + không khí chủ động

Motor EESM gồm 2 phần chính là stator (phần đứng yên) và rotor (phần quay) Trên xe Renault ZOE, motor dùng rotor cực lồi (Salient – Pole)

Hình 2.13 Stator của motor Cấu tạo của stator gồm hai bộ phận chính:

- Phần vỏ cố định hình trụ bên ngoài thường làm bằng gang hoặc thép là bộ phận bảo vệ bên trong motor

- Phần lõi stator: Được ép vào phía bên trong vỏ và thường làm bằng thép silic Stator có các rãnh dọc trục bên trong và đặt các cuộn dây stator ba pha trong đó Dây đồng được sử dụng cho cuộn dây quấn và thường được nối hình sao và các cuộn dây ba pha được quấn với số cực bằng với số cực của rotor

Stator giữ vai trò quan trọng trong việc tạo ra từ trường và các cơ chế hỗ trợ motor bằng cách khi có dòng điện ba pha chạy qua các cuộn dây stator thì sẽ tạo ra từ trường xoay Khi motor hoạt động sẽ sinh ra nhiệt do tổn thất nội bộ sẽ được truyền tới bề mặt vỏ của động và được giải nhiệt nhờ hệ thống làm mát

Hình 2.14 Cấu tạo của rotor cực lồi Nguyên lý hoạt động của rotor: Dòng điện ba pha đi vào stator sản sinh năng lượng

và tạo ra từ thông quay Và một từ trường được tạo ra trong khe hở giữa không khí giữa rotor và stator được tạo ra Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt của rotor, làm cảm ứng trong dây quấn rotor các suất điện động Vì rotor kín mạch nên trong dây quấn có dòng điện và từ thông do dòng điện hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở các khe hở và do đó làm cho rotor quay [24]

2.3.2 Bộ biến tần motor

Hình 2.15 Cấu tạo của bộ biến tần motor

Bộ biến tần motor sử dụng 6 IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) cùng với 6 Diode được mắc song song với các IGBT với mục đích là hỗ trợ

và bảo vệ các IGBT Cổng IGBT được kết nối với bộ điều khiển để điều khiển việc đóng ngắt nhanh chóng trong các trường hợp khác nhau Thông qua trình tự đóng ngắt IGBT của biến tần, điện áp xoay chiều sẽ được tạo ra bằng phương pháp điều chế độ rộng xung

Vì điện có thể chạy qua IGBT theo cả hai hướng nên nó cũng có thể chuyển dòng xoay chiều thành dòng điện một chiều

Bộ biến tần là 1 bộ phận quan trọng trên xe điện, không chỉ về chức năng mà còn

về độ an toàn Bộ biến tần có chức năng là chuyển dòng điện đầu ra của pin là nguồn dòng một chiều DC thành AC để cung cấp nguồn cho motor hoạt động Và ngược lại, khi motor

sử dụng phanh tái sinh thì lúc này stator trong motor sinh ra dòng điện xoay chiều AC và

bộ biến tần sẽ chuyển thành dòng một chiều DC đề nạp lại cho pin cao áp

2.3.3 Phương pháp đảo bảo an toàn khi điều khiển motor

Đối với một chiếc xe, an toàn là yếu tố rất quan trọng để bảo vệ người bên trong xe, người ngoài xe, do đó phải kiểm soát và giám sát chặt chẽ các chức năng an toàn đặc biệt

là cả trong quá trình xe hoạt động bình thường và trường hợp lỗi không được tạo ra momen xoắn không mong muốn

Có 2 phản ứng ngắt trong trường hợp hệ thống xuất hiện lỗi:

- Ngắt tức thời: Trong trường hợp hệ thống bị lỗi xấu nhất thì lúc này mục tiêu là đảm bảo không có momen nào được tạo ra nhanh nhất có thể Giải pháp là ngắn mạch ba pha của stator và khử kích từ rotor bằng cách mở cả hai IGBT, thời gian tối đa mà người lái xe có thể xử lý tính huống momen xoắn không mong muốn thấp hơn 50 ms có thể thực hiện được

- Ngắt tích hợp: Tính năng này được kích hoạt trong các trường hợp có lỗi ảnh hưởng đến motor ở mức thấp hoặc không bằng cách nó cho giảm momen xoắn xuống một cách nhịp nhàng Trong bất kì trường hợp nào, phải ngăn ngừa momen xoắn không mong muốn của motor và khả năng quá áp của liên kết DC trong trường hợp ngắt trong dải từ trường suy yếu

2.3.4 Hệ thống làm mát motor và bộ điều khiển công suất trên xe Renault ZOE 2.3.4.1 Hệ thống làm mát motor

Giống như các động cơ đốt trong khác, motor khi hoạt động cũng sẽ tỏa ra nhiệt lượng rất lớn ảnh hưởng đến thời gian hoạt động và tuổi thọ của motor Do đó, motor cần một hệ thống làm mát để đảm bảo motor ở nhiệt độ giới hạn cho phép để luôn làm việc ở hiệu suất tốt nhất

Nguyên nhân chính làm cho motor bị quá nhiệt là do sự thay đổi tải trong thiết bị dẫn động, tải này đã vượt quá tải mà nhà thiết kế đã chọn để motor hoạt động trên mức tải định mức Ngoài ra, còn có các nguyên nhân khác gây nên như điện áp cao, nhiệt độ môi trường cao, điện áp sụt lớn, dung lượng tụ lớn hơn định mức, khởi động và dừng lại liên

tục Renault ZOE đã kết hợp hai phương pháp làm mát bằng không khí và chất lỏng để làm mát cho motor R110

Hình 2.16 Ống dẫn khí làm mát trên motor Làm mát không khí bằng cách quạt sẽ cung cấp lượng không khí vào bên trong motor và các ống dẫn khí sẽ phân phối cho không khi đi qua stator, rotor và đi qua bộ lệch hướng đến các vị trí cần để tăng hiệu quả làm mát của motor [25]

Làm mát bằng chất lỏng là phương pháp được sử dụng nhiều nhất hiện nay bởi khả năng làm mát tốt hơn Trong quá trình motor hoạt động, nhiệt lượng được tạo ra trong các cuộn dây, các lớp phủ stator, rotor sẽ được truyền nhiệt đến vỏ làm mát thông qua dẫn điện

và sẽ được truyền ra môi trường thông qua sự đối lưu trong chất lỏng làm mát Tuy nhiên, phương pháp làm mát này sẽ làm tăng trọng lượng, độ phức tạp và chi phí của motor

2.3.4.2 Hệ thống làm mát bộ điện tử công suất

Module biến tần (IGBT) là trung tâm của bộ biến tần công suất, nó điều khiển nguồn điện cung cấp cho motor bằng cách mở và ngắt điện áp của bộ pin ở tốc độ cao Do đó trong quá trình hoạt động, IGBT sẽ tạo ra rất nhiều nhiệt và bởi vậy chúng phải luôn được làm mát để duy trì hiệu suất trong quá trình làm việc Renault ZOE đã sử dụng phương pháp làm mát trực tiếp bằng chất lỏng để làm mát cho bộ điện tử công suất

Hình 2.17 Mô hình làm mát trực tiếp bằng chất lỏng của IGBT IGBT được làm mát trực tiếp làm cho trở kháng nhiệt thấp hơn và nhiệt độ tại các điểm hàn quan trọng sẽ thấp hơn, do đó sẽ làm giảm rủi ro khi hoạt động, tăng hiệu suất

và tuổi thọ của bộ biến tần

2.4 Hệ thống phanh tái sinh

2.4.1 Phanh tái sinh trên xe Renault ZOE

Hệ thống phanh là một trong những hệ thống không thể thiếu trên ô tô được các nhà sản xuất không ngừng đầu tư phát triển hiện đại hơn giúp người lái xe tự tin hơn trên mọi đường đi nhờ sự hoạt động hiệu quả, trơn tru của phanh Hệ thống phanh cơ giúp kiểm soát việc giảm tốc và dừng hẳn theo chủ ý của người lái xe bằng cách tạo ra ma sát trên trục bánh xe Tuy nhiên, hệ thống phanh cơ có một nhược điểm lớn là khi phanh động năng của bánh xe sẽ chuyển thành nhiệt năng do ma sát các chi tiết của hệ thống phanh và điều này làm giảm hiệu suất tiết kiệm của xe

Vì nhược điểm gây lãng phí động năng lớn trên xe nên hệ thống phanh tái sinh ra đời để giải quyết cho vấn đề bằng cách chuyển đổi động năng thành năng lượng điện cho

ô tô giúp tăng hiệu quả tiết kiệm năng lượng pin trên xe điện

Các xe điện hiện nay nhìn chung thường trang bị hệ thống phanh hỗn hợp tái sinh – thủy lực Đó là phanh tái sinh sẽ hoạt động và bất cứ khi nào phanh tái sinh không đủ để cung cấp cùng tốc độ giảm tốc thì phanh thủy lực sẽ can thiệp và hỗ trợ để kiểm soát được lực phanh cho người lái mong muốn những vẫn duy trì được khả năng phục hồi tối đa của phanh tái sinh

Hình 2.19 Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh Khi xe vận hành trên đường và bắt đầu đạp phanh, lúc này cảm biến vị trí bàn đạp phanh sẽ gửi tín hiệu về bộ điều khiển VCU (Vehicle Control Unit) và sẽ có nhiệm vụ tính toán lực phanh cần thiết giữa phanh tái sinh và phanh thủy lực để gửi về tín hiệu điều khiển

về MCU (Motor Control Unit) và PCU (Pressure Control Unit) để thực hiện quá trình phanh giống như các hệ thống phanh thông thường nhưng vẫn đảm tính khả năng phục hồi tối đa của phanh tái sinh [1] [26]

Quá trình vận hành của hệ thống phanh trên xe điện thực hiện như sau

- Khi xe ở thời điểm lúc bắt đầu phanh, tốc độ quay của bánh xe lớn thì lúc này phanh tái sinh sẽ hoạt động Motor điện lúc này đóng vai trò như một máy phát điện, và dòng điện xoay chiều này sẽ được chuyển đổi thành dòng một chiều qua bộ biến tần để nạp vào pin cao áp của xe Đồng thời, động năng quay từ bánh xe sẽ làm quay rotor, lập tức, dòng điện một chiều sẽ tạo ra có chiều ngược với dòng trong cuộn dây của rotor và stator

Vì hai dòng ngược chiều nhau nên ra một momen hãm trên làm giảm tốc độ của motor

- Khi xe đã giảm tốc, lúc này nếu muốn xe dừng lại (giảm tốc độ về 0) thì phanh thủy lực sẽ hỗ trợ Bộ điều khiển PCU sẽ điều khiển lực phanh cần thiết để giảm tốc về 0 thông qua việc tính toán từ bộ điều khiển VCU gửi về

Renault trang bị hệ thống phanh tái sinh giúp nâng cao hiệu suất pin, giúp giảm tần suất sạc nhờ vào việc hệ thống nạp năng lượng cho pin Đặc biệt, phanh tái sinh còn giúp

xe tiết kiệm hơn nếu đi trong đô thị bởi việc dừng và chạy liên tục, do đó nếu xe có tắt đường hàng tiếng đồng hồ cũng không bị hết điện [3]

Nhờ vào phanh tái sinh nên hệ thống phanh thủy lực cũng sẽ ít hao mòn và hỏng hóc bởi phanh thủy lực chỉ được dùng khi phanh khẩn cấp (lực phanh lớn) Và khi xe xuống đèo cũng sẽ an toàn bởi phanh tái sinh đã giảm tốc cho xe và phanh thủy lực sẽ không còn tình trạng nóng đỏ đĩa phanh khi xuống đèo

2.4.2 Chế độ phanh D-mode và B-mode

2.4.2.1 Chế độ phanh D-mode

Chế độ phanh D-mode (hệ thống phanh tái sinh truyền thống), phanh tái sinh chỉ hoạt động trên bàn đạp phanh Khi người lái đạp bàn đạp phanh thì ngoài momen phanh được tạo ra đúng thì còn có nguồn năng lượng hồi về cho pin từ phanh tái sinh giúp kiệm năng lượng cho pin

Phanh tái sinh tại D-mode hoạt động như sau: Tín hiệu từ cảm biến bàn đạp phanh

sẽ gửi về bộ điều khiển VCU, sau đó VCU sẽ tính toán lực phanh và gửi tín hiệu về cho MCU và PCU để phân bố lực phanh tái sinh và phanh thủy lực Tùy theo hành trình của bàn đạp phanh mà VCU điều khiển:

- Khi hành trình bàn đạp phanh thấp thì 2 bánh trước dẫn động bằng motor sẽ dùng phanh tái sinh và 2 bánh sau sẽ dùng phanh thủy lực

- Khi hành trình phanh lớn, hệ thống dùng phanh thủy lực cho cả 4 bánh xe và 2 bánh trước dùng phanh tái sinh là tối đa

- Khi hành trình phanh lớn vượt ngưỡng và cần lực phanh lớn trong thời gian ngắn thì phanh thủy lực sẽ hoạt động hoàn toàn để đảm bảo thời gian và quãng đường phanh ngắn nhất có thể để đảm bảo an toàn cho xe

2.4.2.2 Chế độ phanh B-mode

Hệ thống phanh tại B-mode (chế độ một bàn đạp) có nghĩa là hệ thống chỉ điều khiển bàn đạp ga Do đó, độ lớn và hướng của momen motor sẽ phụ thuộc vào hành trình