khảo sát hệ thống quản lý pin bms trên xe điện renault

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU - A/C Air Conditioning: Hệ thống điều hòa không khí - AC Alternating Current: Dòng điện xoay chiều - BMS Battery Management System: Hệ thống quản l

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PIN TRÊN XE ĐIỆN

Các loại pin phổ biến

Hình 2 1: Cấu tạo pin axit chì

1 Vỏ Bình 2 Điện cực 3 Điện cực 4 Vách ngăn (6 ngăn)

5 Bản cực dương 6 Bản cực âm 7 Axit H 2 SO 4

Pin axit chì được phát minh lần đầu tiên vào năm 1859 bởi nhà vật lí người Pháp Gaston Planté và sau nhiều lần cải tiến vào năm 1886 loại pin axit chì được Henri Tudor cho ra đời và sử dụng rộng rãi Năm 1899, chiếc xe điện “La Jamais contente” (“The Never Happy”) đã sử dụng pin chì và trên thực tế là chiếc ô tô đầu tiên vượt quá 100 km/h, rất lâu trước cả xe động cơ đốt trong Pin axit chì cung cấp công suất hạn chế mặc dù có khối lượng và trọng lượng đáng kể nhưng nó có ưu điểm là vừa rẻ, vừa dễ sản xuất và tái chế Được sử dụng làm cơ chế lưu trữ năng lượng chính cho ô tô điện cho đến những năm 80, nó nhanh chóng nhường chỗ cho các công nghệ khác hiệu quả hơn vì nó có một nhược điểm rất nguy hiểm đó là nó có thể phát nổ nếu sạc quá mức

Hình 2 2: Bình axit chì loại hở

A: Mức cao (Full) B: Mức thấp (Low)

Nút thông hơi để thoát các khí bên trong bình ra ngoài, cọc bình để nối với tải ngoài hoặc nối ghép các bình với nhau, thanh nối để nối các bản cực dương/âm lại, bản cực gồm các bản cực dương và bản cực âm, dung dịch điện phân và tấm chắn nằm giữa các bản cực

Vì có nút thông hơi nên lượng nước trong dung dịch H 2 SO 4 loãng bị bay hơi nên ta cần phải châm thêm nước cất sao cho nằm giữa vạch A và B

Hình 2 3: Bình axit chì loại kín

1: Ác quy kín 2: Mắt quan sát

Cấu tạo tương đối giống với bình hở nhưng không có nắp thông hơi thay vào đó ta có thể dùng mắt quan sát bình có đủ điện hay không

Hình 2 4: Xác định dung lượng bình kín bằng mắt quan sát

Trong quá trình nạp điện electron sẽ di chuyển từ cực dương tới cực âm Chất tham gia ban đầu là PbSO 4 và H 2 O Tại cực dương Pb ++ sẽ cho đi 2e và trở thành Pb ++++ và tại cực âm Pb ++ sẽ nhận 2e đó và biến lại thành Pb (chì ở trạng thái cân bằng) Kết quả Pb ++ tác dụng OH tạo ra PbO 2 còn SO 4 tác dụng H tạo ra H 2 SO 4 vì thế sản phẩm của quá trình nạp là PbO 2 , Pb, H 2 SO 4 [6]

Hình 2 5: Quá trình sạc của pin axit chì

Trong quá trình phóng điện electron sẽ di chuyển từ cực âm tới cực dương Tại cực âm Pb sẽ cho đi 2e và trở thành Pb ++ và tại cực dương Pb ++++ của PbO 2 sẽ nhận 2e đó và biến thành Pb ++ Kết quả Pb ++ sẽ tác dụng với gốc SO 4 và OH tác dụng với H từ đó tạo ra sản phảm quá trình phóng điện là PbSO 4 và H 2 O [6]

Hình 2 6: Quá trình xả của pin axit chì

Bắt nguồn từ những năm 1950 khi các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu và phát triển pin sạc sử dụng nickel và cadmium Bộ ắc quy “Ni-Cd” có rất nhiều ưu điểm, với mật độ lưu trữ đáng kể và tuổi thọ khoảng 500 đến 1.000 chu kỳ sạc Được sử dụng để sản xuất xe điện vào những năm 90, Tuy nhiên, sau này, do vấn đề về độc hại của cadmium, pin niken-cadmium đã bị cấm sản xuất Với hiệu suất tương tự như công nghệ Ni-Cd, bộ tích lũy niken-hyđrua kim loại (Ni-MH) đã đạt được thành công lâu hơn do không có kim loại nặng Công nghệ pin sạc di động này tiết kiệm nhất vào đầu những năm 2000, đó là lý do tại sao nó chiếm lĩnh phần lớn thị trường xe hybrid cho đến khi công nghệ lithium-ion ra đời Pin NiMH có ưu điểm là dung lượng cao hơn 30% so với pin NiCad tiêu chuẩn, an toàn hơn pin axit chì vì ít có khả năng rò rỉ hoặc phát nổ và chứa

7 ít kim loại độc hại Tuy nhiên, cần lưu ý rằng pin NiMH cũng có một số nhược điểm, như mật độ năng lượng thấp và cần hệ thống làm mát riêng

Hình 2 7: Quá trình sạc của pin Niken

Tại cathode Ni(OH) 2 sẽ cho đi 1e và tác dụng với OH − tạo ra NiOOH và nước

Ni(OH) 2 + OH − → NiOOH + H 2 O + e − Tại anode kim loại (M) sẽ nhận 1e để tạo ra MH và OH −

M + H 2 O + e − → MH + OH − Phản ứng cell

Hình 2 8: Quá trình xả của pin Niken

Tại cathode NiOOH nhận lại 1e để thành Ni(OH) 2

NiOOH + H 2 O + e − → Ni(OH) 2 + OH − Tại anode MH cho đi 1e trở về thành M và nước

MH + OH − → M + H 2 O + e − Phản ứng cell

Pin lithium được đề xuất lần đầu vào năm 1976 và đã được phổ biến trong các thiết bị điện tử di động kể từ đầu những năm 1990 Pin lithium có thể được chia thành ba nhóm khác nhau, bao gồm: pin metal lithium, pin lithium-ion và pin lithium-ion polymer

• Pin metal lithium: Là loại pin không thể sạc lại

• Pin lithium-ion và pin lithium-ion polymer: Đều là loại pin có thể sạc lại Sự khác biệt chính giữa hai loại này là chất điện phân Pin lithium-ion sử dụng muối lithium (thường là LiPF 6 ) trong dung môi hữu cơ, trong khi pin lithium-ion polymer sử dụng polyme hỗn hợp rắn (như oxymethylene-linked polyethylene glycol hoặc PEMO) Không có thành phần hóa học cố định cho cell lithium-ion (không giống như pin axit chì, pin niken kim loại hydrua hoặc pin niken cadmium), mà nó phụ thuộc vào kết hợp độc đáo của cực âm, cực dương và chất điện phân [1] Ưu điểm của pin Lithium là tuổi thọ cao khi có chu kỳ nạp-xả lớn khoảng 500-1000 lần, trọng lượng nhẹ hơn so với pin NiCd và NiMH cùng điện áp, pin Lithium hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp, có thể sử dụng ngoài trời khi trời lạnh, pin Lithium-ion có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau để phù hợp với từng thiết bị sử dụng Nhược điểm của pin Lithium là có giá thành cao hơn các loại pin thông thường, cần sạc đúng cách để có thể duy trì tuổi thọ và hiệu suất của pin, pin Lithium không hoạt động tốt ở nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao

Hình 2 9: Cấu tạo pin Lithium

Một số loại bản cực dương phổ biến trong pin lithium:

1 Lithium Cobalt Oxide (LiCoO 2 ): Dùng nhiều trong pin ion lithium cho điện thoại di động và laptop Dung lượng cao, nhưng có vấn đề về an toàn và tuổi thọ

2 Lithium Manganese Oxide (LiMn 2 O 4 ): Sử dụng trong pin công suất cao, chẳng hạn pin xe điện An toàn hơn so với LiCoO 2 , nhưng dung lượng có thể thấp hơn

3 Lithium Iron Phosphate (LiFePO 4 ): Được chọn cho ứng dụng cần tuổi thọ cao và an toàn, như xe điện Dung lượng thấp hơn nhưng có khả năng chịu tải và tuổi thọ cao

Bản cực âm thường được làm từ các vật liệu như graphite (than chì) hoặc các hợp chất carbon khác Graphite là vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong bản cực âm pin lithium do khả năng tạo ra cấu trúc lưới mở và có thể chứa nhiều ion lithium

Lithium Cobalt Oxide (LCO) LiCoO 2 Graphite/ Hard carbon

(LiC 6 ) Lithium Manganese Oxide (LMO or spinel)

(LiC 6 ) Lithium Nickel Manganese Cobalt

(LiC 6 ) Lithium Nickel Cobalt Aluminium

(LiC 6 ) Lithium Iron Phosphate (LFP) LiFePO 4 Graphite/ Hard carbon

(LiC 6 ) Lithium Titanate (LTO) LiCoO 2 /LiFePO 4 Li 4 Ti 5 O 12

Bảng 2 1: Một số loại lithium phổ biến [1]

- Chất điện phân: Chất điện phân là chất lấp đầy ở hai cực và màng ngăn Chất điện phân là môi trường di chuyển các ion lithium giữa hai điện cực trong quá trình sạc và xả pin

Có bốn loại chất điện phân được sử dụng trong accu Li-ion: Chất điện phân dạng lỏng, các chất điện li dạng Gel, chất điện phân Polymer và chất điện phân dạng gốm Chất điện phân dạng lỏng: Là hỗn hợp gồm dung môi 20-50 % Ethylene carbonate và Carbonate hữu cơ (DMC, DEC, EMC) hoặc Este (EA, MB) còn lại là muối dẫn chứa ion Li+(LiPF 6 , LiClO 4 ) và chất phụ gia

Chất điện phân Polymer: Chủ yếu gồm Polyethylen oxit (PEO) và một loại muối dẫn ion (như LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiTFSI) không chứa dung môi

Chất điện phân dạng Gel: Là vật liệu dẫn ion tạo ra bằng cách hòa trộn muối dẫn ion,

Các loại cổng sạc phổ biến trên xe điện

Dòng điện được cấp vô pin thường là dòng điện xoay chiều hoặc dòng điện một chiều

Dựa vào đó ta có các loại cổng sạc sau:

Hình 2 12: Một số loại cổng sạc phổ biến

- Cổng sạc loại 1 J1772: Được phát triển bởi Hiệp hội kỹ sư ô tô (SAE) J1772 bao gồm hỗ trợ cho cả sạc AC Cấp 1 và Cấp 2 Sạc cấp độ 1 sử dụng nguồn điện 120V Mặt khác, Sử dụng nguồn điện trên 200V (thường là 220V-240V) cho tốc độ sạc cấp độ 2, mang lại tốc độ sạc nhanh hơn đáng kể và thường được sử dụng trong các trạm sạc công cộng và thiết lập sạc chuyên dụng tại nhà

Loại đầu nối EV SAE J1772 (Loại 1)

Dòng đầu ra AC (Dòng điện xoay chiều)

Cung cấp đầu vào 120 Volts hoặc 208/240 Volts (Chỉ một pha)

Dòng điện đầu ra tối đa 16 Ampe (120 Vôn) 80 Ampe (208/240 Vôn)

Công suất đầu ra tối đa 1,92 kW (120 Vôn) 19,2 kW (208/240 Vôn)

Mức sạc EV Cấp 1, Cấp 2

Các nước thường dùng Mỹ, Canada, Nhật Bản

Bảng 2 2: Thông tin về cổng sạc loại 1 J1772 [10]

Loại 2 của đầu cắm Mennekes bao gồm 7 chân cắm hỗ trợ cả dòng điện một pha và ba pha với điện áp phổ biến là 400V sạc cấp độ 3 Tuy nhiên, nó cũng có thể hoạt động ở các điện áp khác như 230V tùy thuộc vào hệ thống cụ thể Tốc độ cấp điện phụ thuộc vào công suất của điểm sạc cụ thể và thiết kế của xe điện, nhưng thường nhanh hơn so với cắm loại 1

Hình 2 14: Cổng sạc loại 2 Mennekes

Loại đầu nối EV Mennekes (Loại 2)

Dòng đầu ra AC (Dòng điện xoay chiều)

Cung cấp đầu vào 230 Volts (Một pha) hoặc 400 Volts (Ba pha)

Dòng điện đầu ra tối đa 32 Ampe (230 Vôn) 32 Ampe (400 Vôn)

Công suất đầu ra tối đa 7,6 kW (230 Vôn) 22 kW (400 Vôn)

Các nước thường dùng Châu Âu, Vương quốc Anh, Trung Đông, Châu phi, Úc

Bảng 2 3: Thông tin về cổng sạc loại 2 Mennekes [10]

- Cổng sạc nhanh CHAdeMO (CHArge on the Move):

Nhật Bản lần đầu tiên giới thiệu tính năng sạc nhanh DC bằng cách phát triển đầu nối CHAdeMO cho Nissan Leaf và Mitsubishi MiEV JEVS (Tiêu chuẩn xe điện Nhật Bản) đã chỉ định đầu nối bao gồm hai chân DC lớn với các chân giao tiếp cho CAN-BUS Cổng sạc CHAdeMO thường được cung cấp với điện áp ở mức khoảng 400V và dòng điện lên đến 125A, tùy thuộc vào các thông số cụ thể của từng trạm sạc Tốc độ sạc của CHAdeMO có thể đạt từ 50 kW đến hơn 100 kW, giúp xe điện nạp nhanh trong thời gian ngắn Tuy nhiên, các thông số này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại trạm sạc và điều kiện cụ thể

Loại đầu nối EV CHAdeMO

Dòng đầu ra DC (Dòng điện một chiều)

Cung cấp đầu vào 400 Volts (Ba pha)

Dòng điện đầu ra tối đa 400 Ampe

Công suất đầu ra tối đa 400 kW

Mức sạc EV Cấp 3 (sạc nhanh DC)

Các nước thường dùng Nhật Bản (các mẫu xe điện cũ đang được sử dụng trên toàn cầu

Bảng 2 4: Thông tin về cổng sạc CHAdeMO [10]

- Cổng sạc nhanh CCS: Cổng sạc CCS1 và CCS2 là hai tiêu chuẩn cổng sạc được sử dụng cho các xe điện và hệ thống sạc nhanh Cả hai đều được thiết kế để hỗ trợ việc sạc nhanh và hiệu quả cho các xe điện CCS2 về cơ bản là một phần mở rộng của giao diện sạc J1772 và Mennekes CCS1 và CCS2 đều tích hợp cả cổng DC và cổng AC để hỗ trợ các quy trình sạc khác nhau CCS1 thường được sử dụng chủ yếu tại Bắc Mỹ và CCS2 thường được sử dụng ở châu Âu Điểm khác biệt chính giữa chúng là thiết kế cơ cấu với số lượng chân cắm và kích thước của cổng

Cổng sạc CCS cho phép sạc Cấp độ 2 bằng cách chỉ kết nối với ổ cắm hình tròn phía trên và sạc Cấp độ 3 bằng phích cắm bao gồm các đầu cuối DC SAE J1772 chia sạc thành bốn mức:

→ AC cấp 1: 120VAC, 12–16A, lên đến 1,92kW

→ DC cấp 1: 200-500VDC, lên đến 80A (40kW)

→ DC cấp 2: 200-500VDC, lên đến 200A (100kW)

Hình 2 16: Cổng sạc nhanh CCS1 và CCS2

Loại đầu nối EV CCS 1

Công suất đầu ra tối đa 360 kW Điện áp đầu ra tối đa 1000 Vôn DC

Các nước thường dùng Mỹ, Canada, Hàn Quốc

Bảng 2 5: Thông tin về cổng sạc nhanh CCS1 [10]

Loại đầu nối EV CCS 2

Công suất đầu ra tối đa 360 kW Điện áp đầu ra tối đa 1000 Vôn DC

Các nước thường dùng Châu Âu, Vương quốc Anh, Trung Đông, Châu phi, Úc

Bảng 2 6: Thông tin về cổng sạc nhanh CCS2 [10]

- Đầu nối GB/T Ở Trung Quốc, chỉ có hai loại đầu nối EV được sử dụng Cả hai đều được đặt tên là GB/T, được gọi là tiêu chuẩn quốc gia Guobiao, một dành cho sạc loại AC và một dành cho sạc loại DC Đầu nối AC GB/T có thể cung cấp công suất đầu ra lên tới 7,4 kW với đầu vào một pha Nó giống với hình dáng của phích cắm Mennekes được sử dụng ở Châu Âu Tuy nhiên, cấu hình cáp bên trong đầu nối có thứ tự khác nên chúng không tương thích Đầu nối GB/T DC có thể cung cấp công suất đầu ra lên tới 237,5 kW và là giao thức sạc nhanh DC duy nhất hiện được sử dụng ở Trung Quốc Như đã đề cập trước đó, GB/T và CHAdeMO có sự hợp tác để phát triển thế hệ đầu nối EV tiếp theo có khả năng tạo ra công suất đầu ra 900 kW

Loại đầu nối EV GB/T (AC) GB/T (DC)

Dòng đầu ra AC (Dòng điện xoay chiều) DC (Dòng điện một chiều) Cung cấp đầu vào 250 Vôn (ba pha) 440 Vôn

Dòng điện đầu ra tối đa 32 Ampe 250 Ampe

Công suất đầu ra tối đa 7,4 kW 237,5 kW

Mức sạc EV Cấp độ 2 Cấp độ 3 (sạc nhanh DC)

Các nước thường dùng Trung Quốc Trung Quốc

Bảng 2 7: Thông tin về cổng sạc GB/T [10]

Hệ thống quản lý pin trên xe điện (BMS)

2.3.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống BMS

Hệ thống quản lý pin (BMS) là một hệ thống nhúng trên xe, để giám sát và bảo vệ bộ pin trên xe Mỗi ô pin cần được giám sát chặt chẽ để tránh sự dao động điện áp hoặc mất cân bằng trong điều kiện điện áp BMS bao gồm các thành phần khác nhau để đảm bảo pin hoạt động hiệu quả mà không gặp sự cố Chức năng chính của BMS là đảm bảo pin được bảo vệ và ngăn chặn mọi hoạt động vượt quá giới hạn an toàn của pin Nó theo dõi trạng thái sạc (SOC) của bộ pin cùng với tình trạng sức khỏe, độ chai của pin BMS cũng quản lý việc tối ưu hóa pin thông qua việc cân bằng cell, giúp cải thiện tuổi thọ của pin trong thời gian dài Ngoài ra, BMS còn giám sát điện áp, các thông số nhiệt độ khác nhau và lưu lượng chất làm mát

2.3.2 Các cấu trúc liên kết BMS của bộ pin EV

→ Cấu trúc liên kết trung tâm

Có một BMS trong cụm pin và nó sẽ quản lý tất cả các gói pin được kết nối trực tiếp với nó

Cấu trúc liên kết này có ưu điểm là nó nhỏ gọn hơn và có xu hướng tiết kiệm nhất vì chỉ có một BMS quản lý tất cả cell pin, cung cấp cái nhìn toàn diện về bộ pin, cho phép kiểm soát và quản lý hiệu quả toàn bộ hệ thống Tuy nhiên, có những nhược điểm là tất cả các cell pin được kết nối trực tiếp với BMS nên BMS cần rất nhiều cổng để kết nối Điều này có nghĩa là có rất nhiều dây, cáp, đầu nối, v.v trong pin cao áp, điều này làm phức tạp cả việc khắc phục sự cố và bảo trì [5]

Trong cấu trúc liên kết trung tâm có một bo mạch duy nhất với một bộ điều khiển quản lý tất cả các cell pin trong hệ thống Bộ điều khiển tập trung thực hiện các chức năng giám sát, duy trì điện áp, nhiệt độ và cân bằng cell bằng cách tham chiếu tức thời đến từng cell của pin Toàn bộ bo mạch thường được cấp nguồn từ pin và các thông số, tình trạng hoạt động của pin, trạng thái sạc sẽ được bo mạch truyền tới các bộ phân khác trong hệ thống pin

Hình 2 18: Sơ đồ BMS tập trung

→ Cấu trúc liên kết theo từng cell

Hệ thống BMS được gọi là liên kết theo từng cell là hệ thống trong đó mỗi cell pin hoặc nhóm cell pin có một mạch quản lý riêng Các bộ điều khiển này giao tiếp với nhau và tương tác với bộ điều khiển chính để điều chỉnh toàn bộ hệ thống Loại BMS theo cấu trúc này thường được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô nhỏ hơn, bao gồm cả hệ thống trong các phương tiện điện nhỏ hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng gia đình Cấu trúc liên kết theo từng cell có phần cứng và phần mềm điện tử được đặt trong các bộ điều khiển và có thể giao tiếp với các cell thông qua các bó dây Điều này giúp giảm bớt phần lớn diện tích các dây kết nối Do đó, BMS sẽ tính toán và xử lý dữ liệu chính xác hơn Tuy nhiên hình thức tích hợp này thực sự khiến việc khắc phục sự cố và bảo trì có thể gặp vấn đề vì nó nằm sâu bên trong các module điều khiển rất khó để sửa chữa và chi phí cũng khá cao

Hình 2 19: Sơ đồ BMS phân tán

→ Cấu trúc liên kết theo module

BMS được chia thành nhiều module trùng lặp, mỗi module có một bó dây chuyên dụng và kết nối với các cell pin liền kề Trong một số trường hợp, các module BMS con này có thể nằm dưới sự giám sát của module BMS chính có chức năng giám sát trạng thái của các module con và liên lạc với thiết bị ngoại vi Nhờ việc có nhiều module trùng lặp, việc khắc phục sự cố và bảo trì trở nên dễ dàng hơn, đồng thời việc mở rộng sang các bộ pin lớn hơn cũng trở nên đơn giản Nhược điểm là chi phí tổng thể cao

Hình 2 20: Sơ đồ BMS module

2.3.3 Hoạt động của hệ thống quản lý pin BMS

BMS được tạo thành từ một số bộ phận như:

Vi điều khiển: Bộ xử lý trung tâm của BMS là bộ vi điều khiển Nó thu thập dữ liệu từ nhiều cảm biến và quyết định cách kiểm soát các hoạt động của pin dựa trên dữ liệu đó

Cảm biến: Cảm biến được đặt bên trong xe và giám sát hầu hết các đặc tính của pin, bao gồm điện áp, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái sạc Những cảm biến này cung cấp thông tin mà bộ vi điều khiển của BMS để đưa ra quyết định về hoạt động của pin

Công tắc ngắt mạch: Lượng điện đến và đi từ pin được quản lý bởi các công tắc ngắt mạch và mạch ngắt dòng điện trong xe Trong trường hợp khẩn cấp hoặc gặp trục trặc, chúng có thể được sử dụng để ngắt kết nối pin cao áp

Bộ cân bằng cell pin: Bộ cân bằng pin giúp đảm bảo rằng mỗi cell trong module được sạc và xả sao cho đều nhau Bằng cách này, tuổi thọ của pin có thể được tăng lên và có thể ngăn ngừa được tác hại

Mạng giao tiếp: BMS có thể giao tiếp với nhiều thiết bị khác, bao gồm cả EVC trên xe, nhờ các mạng giao tiếp như CAN Mạng giao tiếp có thể cung cấp dữ liệu chẩn đoán quan trọng liên quan đến tình trạng và chức năng của pin

Màn hình: BMS có thể hiển thị cho người dùng biết được hiệu suất của pin, trạng thái sạc và nhiệt độ cũng như tình trạng sức khỏe của pin

Tính năng báo động và an toàn: Người dùng có thể được cảnh báo và nhận biết các vấn đề tiềm ẩn về pin, chẳng hạn như sạc quá mức hoặc quá nhiệt, bằng các tính năng báo động và an toàn trong hệ thống BMS Những tính năng này có thể giúp ngăn ngừa các mối nguy hiểm về an toàn và kéo dài tuổi thọ của pin

Mất cân bằng cell là mối lo ngại đáng kể ở các bộ pin lớn, dẫn đến suy giảm hiệu suất và các vấn đề về an toàn Cân bằng cell thụ động và chủ động là hai phương pháp cân bằng pin được sử dụng để giải quyết vấn đề này dựa trên trạng thái sạc (SOC) của pin Để minh họa điều này, hãy lấy ví dụ về một bộ pin có bốn ô được mắc nối tiếp, đó là Ô 1, Ô 2, Ô 3 và Ô 4 Trước khi cân bằng, mức SOC của các ô L1, L2, L3 và L4 là lần lượt là 40%, 60%, 80% và 100% Phương pháp cân bằng cell thụ động đạt được sự cân bằng SOC (trạng thái tích điện) bằng cách tiêu tán năng lượng từ các cell có SOC cao hơn, từ đó sắp xếp tất cả các cell về mức SOC tương tự có thể so sánh với SOC của cell thấp nhất, cụ thể là 40% mức SOC L1 trong Cell 2 Quá trình này có thể được hình dung trong hình minh họa dưới đây [11]

Hình 2 21: Các loại cân bằng cell

Tương tự, quá trình cân bằng cell hoạt động sẽ chuyển năng lượng từ cell SOC 4 cao nhất (SOC L4 là 100%) sang cell SOC 2 thấp nhất (SOC L1 là 40%) và SOC của cell 1 (SOC L3 là 80%) thành SOC của ô 3 (SOC L2 là 60%), do đó tất cả mức SOC của ô sẽ bằng 70% (SOC Lb) Phương pháp cân bằng bộ pin này phù hợp với pin niken và axit chì vì nó tránh được hư hỏng do sạc quá mức và tiết kiệm chi phí nhưng có thể dẫn đến tổn thất năng lượng do tiêu tán dưới dạng nhiệt trong quá trình cân bằng

→ Cân bằng cell thụ động

Các cell pin đơn được mắc song song với một điện trở để tiêu thụ năng lượng, việc cân bằng này nhằm tiêu hao năng lượng thừa trong pin để đạt được sự cân bằng điện áp của cả nhóm pin Khi một cell pin đầy nó sẽ được xả bớt qua điện trở để có thể bằng các điện trở thấp hơn Khi đã hoàn thành việc xả năng lượng thì điện trở được đóng lại và khi một cell tiếp tục đầy chu trình lại được lặp lại cho đến khi tất cả các cell đã đầy Bởi vì liên tục sử dụng điện trở để thực hiện việc xả điều này sẽ gây tổn thất cho điện trở và quá trình xả điện cũng tạo ra nhiệt nên sẽ ảnh hưởng tới pin

Hình 2 22: Cân bằng thụ động

→ Cân bằng cell chủ động

HỆ THỐNG PIN TRÊN XE ĐIỆN RENAULT ZOE

Tổng quan về hãng xe Renault

3.1.1 Giới thiệu về hãng xe Renault

Renault là một hãng xe lâu đời của Pháp với bề dày hơn 120 năm lịch sử Được thành lập vào tháng 10 năm 1898, Louis Renault đã sáng lập nhà máy Renault ở Billancourt, sau này được tổ chức lại thành Renault SA để sản xuất nhiều loại xe khác nhau Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất, hãng sản xuất súng và đạn dược, máy bay và xe tăng hạng nhẹ Hiện nay, Renault đã có mặt tại 134 quốc gia với 40 nhà máy và nắm trong tay 5 thương hiệu bao gồm: Renault, Dacia, Renault Samsung Motors, Alpine và LADA Năm 1999, Renault sở hữu 43% cổ phần của hãng xe Nhật Nissan và trở thành hãng xe lớn thứ 4 thế giới Năm 2011, Renault đã bán được tổng cộng 2.7 triệu xe trên toàn thế giới trong đó 43% lượng bán là ngoài châu Âu 5 thị trường lớn nhất của Renault là: Pháp, Brasil, Đức, Nga & Thổ Nhĩ Kỳ

Renault còn nổi tiếng bởi thành tích lẫy lừng trong lĩnh vực đua xe công thức 1 Tính đến nay, hãng này đã 10 lần vô địch với tư cách nhà sản xuất, 9 lần vô địch với tư cách tay đua Renault cũng là nhà cung cấp động cơ cho giải F1 Năm 2012, Renault có 4 đội đua là Red Bull Racing Renault, Lotus Team F1, Williams Team F1 và Caterham Team F1

Hình 3 1: Renault Alpine A442, nhà vô địch Le Mans 24 Hours năm 1978, tại Lễ hội tốc độ Goodwood 2014

Hình 3 2: Fernando Alonso lái xe cho Renault F1 tại Indianapolis năm 2005

3.1.2 Giới thiệu về xe điện Renault Zoe

Renault Zoe (được viết tắt là ZOE), được biết đến với tên gọi Renault Zoe E-Tech Electric kể từ năm 2021, là một chiếc xe điện five-door supermini do hãng sản xuất xe hơi Pháp Renault sản xuất Ban đầu, Renault đã giới thiệu một số mẫu xe khác nhau dưới tên gọi Zoe, bao gồm Zoe City Car vào năm 2005 và sau đó là mẫu Zoe Z.E electric concept được trình diễn ở hai phiên bản khác nhau vào năm 2009 và 2010 dưới tên Renault Z.E Một phiên bản sẵn sàng cho việc sản xuất của Zoe đã được trình diễn tại Triển lãm Geneva Motor Show năm 2012 Renault Zoe được phát triển dựa trên nền tảng của mẫu xe Renault Clio

Chiếc Zoe sản xuất đầu tiên được trang bị một bộ pin lithium-ion dung lượng 22 kWh, cung cấp khoảng cách từ 210 km (130 dặm) đến 240 km (150 dặm) theo chu kỳ NEDC Tuy nhiên, vào tháng 9 năm 2016, Renault giới thiệu một mẫu có phạm vi cao hơn với bộ pin lithium-ion dung lượng 41 kWh, kéo dài phạm vi lên đến 400 km (250 dặm) theo chu kỳ NEDC Sau đó, vào giữa năm 2018, Renault thông báo mẫu ZE 40 R110 với công suất động cơ tăng lên 80 kW (110 mã lực) Vào giữa năm 2019, họ giới thiệu mẫu ZE 50 R135, được trang bị bộ pin dung lượng 55 kWh (52 kWh sử dụng được) và động cơ 100 kW (130 mã lực), cùng với khả năng sạc CCS

Hình 3 4: Renault Zoe 2020 Mẫu cuối cùng đã sẵn sàng cho việc sản xuất được trưng bày tại Triển lãm Frankfurt Motor Show và giao hàng bắt đầu vào cuối năm 2019 Rất tiếc, Renault đã ngừng sản xuất chiếc xe điện loại 5-door hatchback vào ngày 30 tháng 3 năm 2024, sau gần mười hai năm hoạt động Nó đã được thay thế bằng mẫu Renault 5 E-Tech mang phong cách hoài cổ

Hệ thống pin

Hình 3 6: Pin 12V trên xe điện Renault Zoe

Pin 12V trên một xe điện thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các hệ thống như đèn chiếu sáng, hệ thống âm thanh, hệ thống đồng hồ và các thiết bị điện tử khác không liên quan trực tiếp đến việc lái xe Do việc sử dụng pin cao áp có thể tạo ra nguy cơ nổ hoặc cháy, đặc biệt là khi chúng tiếp xúc với các thiết bị điện tử nhạy cảm trên xe Vì thế sử dụng pin 12V là một lựa chọn an toàn và tiện lợi hơn cho các hệ thống như vậy trên xe điện

Pin 12V trên xe Renault Zoe sử dụng pin axit chì (PbA) để nạp và cung cấp năng lượng cho các hệ thống điện tử và các thiết bị khác trên xe vì một số lý do sau:

+ Hiệu suất và chi phí: Pin axit chì thường có hiệu suất tốt và giá thành thấp so với các loại pin khác, là lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng ô tô vì tính kinh tế của chúng

+ Dung lượng lớn: Pin axit chì có thể cung cấp dung lượng lớn cho các hệ thống điện tử của xe, đảm bảo rằng xe có đủ năng lượng để khởi động và duy trì các hệ thống khi cần + Ổn định và tin cậy: Pin axit chì đã được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô trong nhiều năm và đã được chứng minh là ổn định và tin cậy trong các điều kiện hoạt động khác nhau

+ Dễ bảo dưỡng: Pin axit chì thường dễ bảo dưỡng và dễ tái sử dụng, vì vậy việc duy trì và thay thế chúng trên xe không quá phức tạp Mặc dù có nhược điểm về trọng lượng và tuổi thọ so với một số loại pin hiện đại khác, nhưng pin axit chì vẫn được ưa chuộng trong các ứng dụng ô tô vì tính ổn định và chi phí hiệu quả của chúng Ắc quy 12V trên xe Renault Zoe 2020 được sạc lại bằng 2 cách:

- Sạc bằng nguồn điện bên ngoài: Khi sạc ắc quy cao áp lúc này ắc quy 12V cũng đồng thời được sạc thông qua một bộ chuyển đổi trung gian Ngoài ra khi ắc quy cao áp vẫn còn 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

- 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

Loại ác quy Axit chì (PbA) Dài x rộng x cao (mm) 207 x 175 x 190 Khối lượng (kg) 13 kg Điện áp (V) 12

Dung lượng (Ah) 50 Bảng 3 1: Bảng thông số cơ bản của pin 12V thường được dùng trên xe Renault Zoe

Thông tin về pin cao áp

Pin cao áp (High-voltage battery) trên xe Renault là một phần quan trọng trong hệ thống điện của xe điện hoặc xe hybrid của hãng Pin này được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện và các hệ thống khác trên xe

Pin cao áp trên xe Renault Zoe 2020 được trang bị bộ pin ZE50 thế hệ thứ ba, sử dụng loại pin Li-NMC Công nghệ NMC (Nickel-Manganese-Cobalt) đây là một loại hóa chất được sử dụng trong cấu trúc của pin lithium-ion Mỗi thành phần trong công thức đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của pin Niken giúp tăng dung lượng và tuổi thọ pin, mangan giúp cải thiện ổn định khi sạc và xả, còn cobalt thường được sử dụng để cải thiện hiệu suất và ổn định của pin Kết hợp ba thành phần này giúp tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của pin trong các ứng dụng như xe điện như Renault Zoe Nó được thiết kế để cung cấp điện cho xe trong suốt quãng đường lái xe và được sạc lại khi xe đang chạy hoặc khi được kết nối với nguồn điện ngoài Điện áp định mức 360V

Dung lượng pin 144,4Ah (~ 52kWh)

Kích thước (D-R-C) 1630mm x 1280mm x 335mm

Tổng quảng đường mỗi lần sạc đầy 390km

Mật độ năng lượng 168 Wh/kg

Loại hệ thống làm mát bộ pin Làm mát bằng không khí

Bảng 3 2: Thông tin của pin cao áp

Vị trí: Giữa thân xe dưới sàn với kích thước (D-R-C): 1630mm x 1280mm x 335mm

Hình 3 7: Gầm xe Renault Zoe 2020

Hình 3 8: Cấu tạo pin cao áp xe Renault Zoe

Hình 3 9: Mạch kết nối pin cao áp

Hình 3 10: Giắc kết nối 12 chân (màu đen) và giắc kết nối pin cao áp (màu cam)

- Giắc kết nối 12 chân trên pin

Hình 3 11: Giắc kết nối 12 chân

Hình 3 12: Vị trí giắc 12 chân pin cao áp

7 3FB1 Nguồn dương sau hộp cầu chì

3 2AD Điều khiển relay pin cao áp

10 2AC Điều khiển relay precharge

Bảng 3 3: Chức năng các chân của giắc 12 chân pin cao áp

Hình 3 13: Module pin cao áp xe Renault Zoe

Pin cao áp có 12 module được chia thành 2 ngăn, mỗi ngăn có 8 cell

Thông số kỹ thuật cho từng module: 30.0 V/72 Ah

Hình 3 14: Vị trí 12 module trong xe Renault Zoe và mạch kết nối các cell trong module

- Phía dưới module ta sẽ thấy các dây điện trở nhiệt và dây của bms

Hình 3 15: Dây kết nối module

Renault sử dụng cell pin LGX E78 của LG có dạng tấm cho bộ pin của mình

Hình 3 16: Kích thước của 1 cell

Có 16 cell trong 1 module Điện áp 3,65 V

Dung lượng 78 Ah Độ dày 11,4 mm

Bảng 3 4: Thông số kỹ thuật của 1 cell [2]

→ Chế độ sạc và thời gian sạc pin cao áp

Hình 3 17: Sơ đồ khối sạc AC

- A201: Traction battery (pin cao áp)

- S201: Traction battery switch (công tắc pin cao áp)

- C203: Power electric control module (modun điều khiển nguồn điện)

- RB61: Passenger Compartment Heating Computer (sưởi ấm khoang hành khách)

- Z202: Voltage Converter (Bộ chuyển đổi điện áp)

Công suất cung cấp Loại sạc Công suất cho phép Thời gian sạc

Bảng 3 5: Sạc AC từ 0% đến 80% của pin có công suất 52 kWh – động cơ R135 [4]

Sơ đồ khối sạc AC/DC

Hình 3 18: Sơ đồ khối sạc AC/DC

- A201: Traction battery (pin cao áp)

- S201: Traction battery switch (công tắc pin cao áp)

- C203: Power electric control module (modun điều khiển nguồn điện)

- RB61: Passenger Compartment Heating Computer (sưởi ấm khoang hành khách)

- Z202: Voltage Converter (Bộ chuyển đổi điện áp)

- B202: Fuse Box Integrated in Wiring

Công suất cung cấp Loại sạc Công suất cho phép Thời gian sạc

Bảng 3 6: Sạc AC/DC từ 0% đến 80% của pin có công suất 52 kWh – động cơ R135 [4]

- Sạc thông qua hộp sạc treo tường Home Wall Box (7,4 kW)

Hình 3 19: Hộp sạc treo tường Home Wall Box

- Sạc thông qua bộ sạc Domestic Socket (3,7 kW)

- Sạc thông qua trạm sạc công cộng (11 kW hoặc 22kW)

Hình 3 21: Trạm sạc công cộng

- Sạc tại trạm sạc nhanh DC

3.2.3 Mạch đóng ngắt dòng điện và công tắc ngắt mạch pin cao áp

Hình 3 23: Vị trí mạch ngắt và công tắc ngắt mạch pin cao áp

A Giắc kết nối 12 chân (Màu đen)

B Giắc cao áp 4 chân (Màu cam) F1 Cầu chì bộ pin cao áp

F2 Công tắt ngắt mạch pin cao áp F3 Cầu chì kết nối nguồn

Bảng 3 7: Chú thích vị trí

47 a) Mạch đóng ngắt dòng điện

- Mạch và giắc kết nối:

Hình 3 24: Sơ đồ mạch đóng ngắt dòng điện

Giắc kết nối R500 mạch ngắt:

Hình 3 25: Vị trí giắc R500 mạch ngắt

2288 Relay nguồn dương pin cao áp

2285 Giắc kết nối biến tần pin cao áp

Bảng 3 8: Các thành phần chính trong mạch ngắt

Chân Kí hiệu Chức năng

3 3FB Nguồn sau hộp cầu chì

Bảng 3 9: Thông tin giắc R500 mạch ngắt

Hình 3 26: Vị trí giắc R507 mạch ngắt

3 57J Tín hiệu cảm biến dòng

9 57H Cực dương cảm biến dòng

10 57K Cực âm cảm biến dòng

Bảng 3 10: Thông tin giắc R507 mạch ngắt

Khi xe hoạt động relay chính sẽ chịu trách nhiệm cho phép dòng điện chảy từ pin tới motor, các bộ phận cao áp giúp xe hoạt động và ngược lại khi xe ở trạng thái nghỉ mạch sẽ ngắt dòng điện chạy ra từ pin để tiết kiệm năng lượng, đồng thời relay chính cũng sẽ được điều khiển để nhận dòng DC từ motor tạo ra

Khi xe đang được sạc, relay precharge sẽ đóng mạch để cho phép dòng điện chảy từ nguồn sạc tới pin thay thế cho relay chính Lúc này relay precharge sẽ chịu trách nhiệm bảo vệ pin thông qua điện trở để tránh việc dòng quá lớn vào pin ảnh hưởng tới sự an toàn của hệ thống pin và động cơ Còn khi xe đã đầy pin hoặc đang hoạt động relay precharge sẽ được tắt, hoạt động đóng tắt của relay precharge sẽ được EVC chịu trách nhiệm

51 b) Công tắc ngắt mạch pin cao áp

Công tắt ngắt mạch (2287) gồm 2 dây cực âm kết nối với pin cao áp (2AB) và module

1 (2JA), 2 dây cực dương kết nối với relay chính 2288 (2AA) và module 12 (2J) Ngoài ra BMS sẽ nhận tín hiệu từ 2 chân 55AV và 55AW để tiến hành ngắt điện áp ở công tắc ngắt mạch nếu xảy ra vấn đề về quá dòng quá nhiệt hoặc sự cố quá trình nạp để đảm bảo an toàn cho xe

Chúng ta cũng có thể tự ngắt nguồn của pin bằng cách thủ công khi cần kiểm tra hay chuẩn đoán thông qua phích cắm (Service Plug) theo các bước sau: [2]

Hình 3 27: Mạch tổng quát công tắt ngắt mạch

1 Xác định vị trí của công tắc

3 Tháo nắp của công tắc bằng tua vít hoặc bất kỳ dụng cụ phẳng nào khác

4 Đeo thiết bị bảo hộ và chắc chắn rằng đã ngắt bình

Tiến hành tháo theo thứ tự:

Hình 3 28: Thứ tự tháo công tắt ngắt mạch

Các thành phần chính của sạc pin xe Renault Zoe

+ Định nghĩa: OBC của xe điện Renault Zoe, có các thành phần liên quan đến quá trình sạc pin nó quản lý quá trình sạc pin và bao gồm các thành phần chính như biến tần (inverter), chỉnh lưu (rectifier), bộ chuyển đổi DC-DC (DC to DC Voltage converter)

Hình 3 29: Cấu tạo bên trong của OBC

OBC có nhiệm vụ điều chỉnh quá trình sạc pin, bao gồm việc kiểm soát dòng điện và điện áp sạc để đảm bảo an toàn và hiệu quả

Hình 3 30: Mạch tổng quát của On-board Charger (OBC)

Hình 3 31: Vị trí các giắc trên OBC

- Số 1: giắc kết nối sưởi

Hình 3 32: Vị trí các giắc kết nối sưởi

Chân Ký hiệu Chức năng

Bảng 3 11: Chức năng các giắc kết nối sưởi

- Số 2: giắc kết nối pin cao áp

Hình 3 33: Vị trí các giắc kết nối pin cao áp

1 2AB Cực âm pin cao áp

2 2AA Cực dương pin cao áp

Bảng 3 12: Chức năng các giắc kết nối pin cao áp

- Số 3: Giắc kết nối điều hòa không khí

Hình 3 34: Vị các giắc kết nối điều hòa không khí

1 38BD Cực âm điều hòa không khí

2 38BC Cực dương điều hòa không khí

Bảng 3 13: Chức năng các giắc kết nối điều hòa không khí

- Số 4: Kết nối với cực dương pin 12V

- Giắc 5: kết nối tín hiệu sạc

Hình 3 35: Vị trí các giắc tín hiệu sạc

7 2AS Tín hiệu quản lý sạc

1 2AP Tín hiệu xác định sạc

3 2FT Mass motor khóa sạc

2 2BC Điều khiển đèn cảnh báo mở khóa ổ cắm sạc

8 2BB Điều khiển đèn cảnh báo khóa ổ cắm sạc

6 2BA Tín hiệu khóa motor sạc

9 2AZ Tín hiệu điều khiển khóa sạc

12 2AK Tín hiệu khóa sạc

5 2FZ Mass đèn báo sạc

Bảng 3 14: Chức năng các giắc tín hiệu sạc

- Giắc 6: kết nối bộ sạc và tín hiệu chuyển đổi dòng điện

Hình 3 36: Vị trí các giắc bộ sạc và tín hiệu chuyển đổi dòng điện

8 55AX Nguồn dương bộ sạc

2 AP1D Nguồn dương bộ điện tử công suất

9 55X Tín hiệu kích hoạt UCH

Bảng 3 15: Chức năng các giắc bộ sạc và tín hiệu chuyển đổi

- Giắc 7: kết nối dây tín hiệu motor

Hình 3 37: Vị trí các giắc kết nối tín hiệu motor

4 TB1F Cáp bảo vệ cảm biến vị trí motor

12 55DU Tín hiệu chuẩn đoán motor quạt

11 55DT Tín hiệu điều khiển motor quạt

10 55DS Điều khiển motor quạt

7 55DR Mass cảm biến vị trí motor

8 55DQ Tín hiệu cảm biến vị trí motor 4

9 55DP Tín hiệu cảm biến vị trí motor 3

2 55DO Tín hiệu cảm biến vị trí motor 2

3 55DN Tín hiệu cảm biến vị trí motor 1

1 55DM Nguồn dương cảm biến vị trí motor

Bảng 3 16: Chức năng các giắc kết nối tín hiệu motor

Khi sạc dòng điện AC từ trạm sạc đầu tiên sẽ đi qua bộ lộc 1455 rồi tiếp tục qua bộ chỉnh lưu 2447 để thực hiện công việc chuyển đổi từ AC sang DC để sạc cho pin cao áp

938 ngoài ra còn cung cấp điện cho máy nén điều hòa không khí (2130) và hệ thống sưởi (2129) Rectifier (bộ điều chỉnh - 2447) sẽ chuyển đổi điện từ dòng AC sang DC và đưa chúng vào biến tần (2446) Biến tần tiếp tục chuyển nguồn từ DC trở lại AC trước khi đưa nó vào cụm quạt động cơ (905), motor điện (904) và cảm biến vị trí motor (1056) Nhờ vào bộ chuyển đổi DC (2448) nguồn điện DC 12V được sạc cho bình ác quy 12V (1033) và các thiết bị khác

+ Định nghĩa: BMS (2286) Là hệ thống quản lý pin trên xe Nó có chức năng bảo vệ pin khỏi các nguy hiểm trong quá trình sạc và xả

Hình 3 38: Mạch thực tế BMS

Hình 3 39: Hộp chứa mạch BMS

→ Vị trí của BMS trên xe: BMS nằm phần dưới bên trái của pin cao áp

Hình 3 41: Mạch kết nối BMS với các module bên trái

Hình 3 42: Vị trí giắc R507 BMS

4 3FB Nguồn dương hộp cầu chì

Bảng 3 17: Thông tin giắc R507 BMS

Hình 3 43: Vị trí các giắc R400

1 55AT Tín hiệu khóa connector 1

4 55AU Tín hiệu trả về connector 1

Bảng 3 18: Chức năng các giắc R400

Hình 3 44: Vị trí các giắc R412

1 55AV Tín hiệu khóa connector 2

2 55AW Tín hiệu trả về connector 2

Bảng 3 19: Chức năng các giắc R412

Hình 3 45: Vị trí giắc R500 BMS

Bảng 3 20: Thông tin giắc R500 mạch BMS

928: Cảm biến dòng của pin

Hình 3 46: Vị trí chân kết nối cảm biến dòng điện

1 BP1C Bảo vệ và ngắt mạch

2 55BQ Tín hiệu mạng LIN (chuẩn đoán)

Bảng 3 21: Chức năng các chân kết nối cảm biến dòng điện

Hình 3 47: Vị trí các chân module 2244

6 2GE Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 7

12 2GD Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 7

Bảng 3 22: Chức năng các chân module 2244

6 2GG Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 8

12 2GF Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 8

6 2GI Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 9

12 2GH Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 9

6 2GK Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 10

12 2GJ Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 10

6 2GM Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 11

12 2GL Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 11

6 2GO Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 12

12 2GN Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 12

Hình 3 53: Mạch kết nối BMS với các module bên phải

6 2FB Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 1

12 2FA Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 1

6 2FD Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 2

12 2FC Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 2

6 2FF Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 3

12 2FE Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 3

6 2FH Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 4

12 2FG Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 4

6 2GA Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 5

12 2FY Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 5

6 2GC Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 6

12 2GB Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 6

Hình 3 60: Vị trí các giắc 16 (1) chân BMS

7 2GO Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 12

15 2GN Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 12

Bảng 3 34: Chức năng các giắc 16 (1) chân BMS

7 2FB Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 1

15 2FA Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 1

7 2GK Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 10

23 2GJ Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 10

14 2GM Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 11

30 2GL Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 11

1 2FD Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 2

17 2FC Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 2

8 2FF Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 3

24 2FE Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 3

15 2FH Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 4

31 2FG Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 4

6 2GE Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 7

26 2GD Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 7

13 2GG Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 8

33 2GF Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 8

20 2GI Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 9

40 2GH Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 9

7 2GA Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 7

27 2FY Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 7

14 2GC Tín hiệu âm cảm biến nhiệt độ module 8

34 2GB Tín hiệu dương cảm biến nhiệt độ module 8

Hình 3 66: Vị trí các giắc 24 chân BMS

6 55AV Tín hiệu khóa connector 2

7 55AW Tín hiệu trả về connector 2

9 55AT Tín hiệu khóa connector 1

8 55AU Tín hiệu trả về connector 1

Bảng 3 40: Chức năng các giắc 24 chân BMS

BMS nhận tín hiệu điện áp của từng cell (192 cell), tín hiệu cảm biến nhiệt độ của từng module và tín hiệu của cảm biến dòng điện (928) Nó thu thập dữ liệu từ nhiều cảm biến và quyết định cách kiểm soát các hoạt động của pin dựa trên dữ liệu đó Những dữ liệu thu nhập được còn có thể giúp BMS biết được tình trạng của pin (SOH) có chai hay vẫn ổn và dung lượng của pin (SOC) cho người dùng thấy Ngoài ra nếu xảy ra vấn đề về quá dòng quá nhiệt hoặc sự cố quá trình nạp, BMS sẽ nhận tín hiệu từ 2 chân 55AV và 55AW và giao tiếp với EVC thông qua 2 chân mạng CAN (55AP, 55AQ) để tiến hành ngắt điện áp ở công tắc ngắt mạch (2287) để đảm bảo an toàn cho pin và hệ thống trên xe.

Hệ thống làm mát pin trên xe Renault Zoe

3.4.1 Giới thiệu hệ thống làm mát pin trên xe Renault Zoe

Những tiến bộ trong pin xe điện đã cho phép pin cung cấp nhiều năng lượng hơn và yêu cầu sạc ít thường xuyên hơn Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất đối với sự an toàn của pin là khả năng thiết kế một hệ thống làm mát hiệu quả Trong ô tô điện, việc xả pin sẽ tạo ra nhiệt, xả pin càng nhanh thì pin càng tạo ra nhiều nhiệt Pin hoạt động dựa trên nguyên lý chênh lệch điện áp Ở nhiệt độ cao, các electron bên trong bị kích thích, làm giảm sự chênh lệch điện áp giữa hai bên pin Vì pin chỉ được sản xuất để hoạt động trong khoảng nhiệt độ nhất định nên chúng sẽ ngừng hoạt động nếu không có hệ thống làm mát để giữ pin ở phạm vi hoạt động Hệ thống làm mát cần có khả năng giữ bộ pin ở nhiệt độ khoảng 20-40 độ C, cũng như giữ chênh lệch nhiệt độ trong bộ pin ở mức tối thiểu (không quá 5 độ C) Nếu có sự chênh lệch nhiệt độ bên trong quá lớn, điều này dẫn đến tốc độ sạc và xả khác nhau cho từng cell và dẫn đến suy giảm hiệu suất của bộ pin Các vấn đề tiềm ẩn về ổn định nhiệt, chẳng hạn như suy giảm công suất, thoát nhiệt và cháy nổ, có thể xảy ra nếu pin quá nóng hoặc nếu có sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trong bộ pin Trước các vấn đề an toàn đe dọa đến tính mạng, ngành công nghiệp xe điện liên tục đổi mới để cải thiện hệ thống làm mát pin

→ Cấu tạo của hệ thống

Trên ZOE hệ thống điều hòa đảo chiều được quản lý bởi 3 bộ điều khiển

- Bộ điều hòa không khí (419)

- Bộ điều khiển bơm nhiệt (2295)

- Bộ điều khiển xe điện EVC (946)

Hình 3 67: Sơ đồ kết nối và giao tiếp với các mạch điều khiển

Bộ điều khiển không khí

Bảng điều khiển ● R-LINK ● UCH

Bộ điều khiển bơm nhiệt

Cảm biến nhiệt độ bên ngoài

Bộ điều hòa không khí khoang hành khách

●Cảm biến nhiệt độ sạc

●Cảm biến nhiệt độ xả

●Van điện từ bơm nhiệt

●Truyền động lấy gió trong hoặc ngoài

●Truyền động phân phối thông gió

●Cảm biến nhiệt độ bay hơi

●Cảm biến nhiệt độ không khí

●Mô đun làm mát không khí

●Quạt làm mát pin cao áp

→ Hệ thống làm mát và điều hòa không khí

Hình 3 68: Hệ thống điều hòa không khí và hệ thống làm mát pin

Hệ thống này được chia làm 3 thành phần chính :

1 Bộ phận trao đổi nhiệt

Hình 3 69: Sơ đồ bộ trao đổi nhiệt bên ngoài

Van điện từ bơm nhiệt AC (2319) Van điện từ mạch làm mát loại 2 chiều Vị trí của nó mở là khi không được cấp nguồn Nó được liên kết với bộ điều hòa không khí ( 419 ) Đặc trưng: U = 14V, P = 10W, R = 10 - 15 ( Ohm ) Ống làm mát cabin (1) Đường kính D= 1.57 (mm)

Van điện từ (2348) dùng cho mạch làm mát pin cao áp là loại 2 chiều Vị trí của nó mở khi không được cấp nguồn Nó được liên kết với bộ điều hòa không khí (419) Đặc trưng: U

Van nạp (2) : Nó cho phép lắp đầy đường ống bằng chất làm lạnh 1234yf

Cảm biến áp suất (1202) Cảm biến giảm áp là bộ phận an toàn của vòng lạnh Vai trò của nó là thông báo khi có sự thay đổi áp suất cho bộ điều khiển EVC (946) Đầu dò nhiệt độ: Phần tử này có vai trò đo nhiệt độ của chất lỏng ở đầu vào của bình ngưng bên trong và nó sẽ thông báo cho bơm nhiệt (2295)

Van điện từ HP (2311): Van điện từ mạch cao áp là loại 2 chiều Vị trí của nó mở là khi không được cấp nguồn Nó được quản lý bởi bơm nhiệt (2295) Đặc trưng:

Lỗ gió được HP hiệu chỉnh: Ở chế độ sưởi khoang hành khách đảm bảo độ giãn nở ở bình ngưng phía trước đặt trong khoang động cơ Chất lỏng làm lạnh đi qua bộ lọc đầu vào bay hơi 1 phần trong ống mao và thoát ra qua bộ lọc đầu ra Tại đầu ra của ống mao, chất lỏng rất lạnh ở áp suất thấp Đặc điểm: Đường kính D= 1,02 mm Bình ngưng bên ngoài: vai trò của nó là tản nhiệt trong quá trình nén khí Nó nằm sau bộ trao đổi nội bộ (khối thông gió khoang hành khách), nó được tạo thành từ một số kênh song song Chất lỏng được làm mát và ngưng tụ khi nó đi qua các kênh Tại đầu ra bình ngưng, chất lỏng nóng và chịu áp suất ở chế độ làm mát khoang hành khách

Máy nén (2130): Là phần tử dẫn động của mạch điện, vòng quay của nó được đảm bảo bởi một động cơ điện tích hợp

Nó được gắn và đặt ở cùng một vị trí như trên xe nhiệt Nó hút khí 1234yf vào và đưa nó về phía bình ngưng đồng thời tăng áp suất Nó là yếu tố đảm bảo sự lưu thông của chất lỏng trong mạch

Nguồn điện U= 400 V ( pin cao áp ) Được điều khiển bằng EVC (946)

Bộ lọc khô: Đây là bộ phận lọc các tạp chất trong mạch, nó khử nước trong chất lỏng và cũng đóng vai trò như một bể đệm Tại đầu ra của ắc quy, chất lỏng ở dạng khí và lạnh ở áp suất thấp Trong mạch, nó nằm ngay phía thượng nguồn của máy nén

Van điện từ 3 chiều (2349): Van điện từ dùng cho mạch làm mát pin cao áp là loại 3 chiều Vị trí của nó mở khi không được cấp nguồn Nó được điều khiển bởi bộ điều hòa không khí (419) Đặc trưng: U = 14V, P = 10W, I = 1A, R = 10 - 15 ( Ohm ) Đầu dò nhiệt độ tải: Đầu dò đo nhiệt độ của chất lỏng ở đầu ra của bộ trao đổi ngoài trời ở chế độ sưởi, nó theo dõi trạng thái đóng băng của bộ trao đổi ngoài trời Nó cho biết liệu chế độ rã đông có cần thiết hay không và giúp kiểm soát nó

Nó liên tục thông báo bơm nhiệt (2295) Đặc điểm : Gía trị điện trở nằm trong khoảng 360 đến 45,5 KOhm

EVC (946): Bộ điều khiển xe điện Nó điều khiển máy nén

AC cũng như GMV nằm ở phía trước khoang động cơ Nó cũng quản lý hệ thống đẩy điện Nguồn điện U= 14 V

2 Hệ thống làm mát pin

Hình 3 70: Bộ làm mát pin

1 Cảm biến nhiệt độ bay hơi phía sau 2 Quạt thổi

2 Thiết bị bay hơi 4 Ống mao

3 Bộ điều hòa không khí bên trong khoang hành khách

Bộ điều hòa không khí (419) Nguồn điện U= 14V

Bộ điều khiển bơm nhiệt (2295): Phần tử này được gắn vào bộ điều hòa không khí khoang hành khách Nó tích hợp vòng lặp nóng để tính toán điều khiển máy nén A/C và GMV ở mặt trước động cơ Đặc trưng : Điện áp cung cấp U= 14V

419 Bộ điều hòa không khí

1439 Motor phân phối gió trước

1236 Chế độ sưởi trao đổi bên trong

408 Cảm biến thiết bị bay hơi

1023 Môdun đầu ra quạt điều hòa không khí

Hình 3 71: Bộ điều hòa không khí trong khoang hành khách

Bộ trao đổi bên trong (1236): Bộ trao đổi bên trong là bộ phận chính của hệ thống sản sinh nhiệt trong khoang hành khách Bộ trao đổi nhiệt không hơn không kém một bình ngưng nhỏ được lắp đặt trong bộ phận thông gió của khoang hành khách Ở chế độ sưởi ấm, vai trò của nó là tản nhiệt trong quá trình nén khí

Tại đầu ra của bộ trao đổi nhiệt ở chế độ gia nhiệt, chất lỏng chịu áp suất cao P Bars và nhiệt độ cao T 100°

Cảm biến nhiệt độ không khí (480): Cảm bién được đặt trên bộ điều hòa không khí ở đầu ra của bộ trao đổi khí nóng Nó thông báo vĩnh viễn cho bộ điều hòa không khí (419) để điều chỉnh hệ thống sưởi khoang hành khách

Thiết bị bay hơi (409): Thiết bị bay hơi là bộ phận chính của thiết bị làm lạnh Nó nằm sau lỗ chế độ làm mát đã được hiệu chỉnh Nó đảm bảo sự bay hơi của chất lỏng được giải phóng

Quạt gió khoang hành khách hút không khí từ bên trong hoặc bên ngoài xe qua dàn bay hơi

Khi chất lỏng bay hơi, nó sẽ hấp thụ lượng calo từ không khí hút vào khoang hành khách

Không khí mát được bơm vào khoang hành khách thông qua các lỗ phân phối Ở đầu ra của thiết bị bay hơi, chất làm lạnh lạnh ở nhiệt độ thấp Áp suất P;ar Nhiệt độ T=2°

Trạng thái chất lỏng: Khí

Cảm biến dàn bay hơi (408): Cảm biến được cố định trên các điểm lạnh nhất của dàn bay hơi Nó đo nhiệt độ của không khí thổi qua dàn bay hơi để ngăn không cho nó đóng băng Nó thông báo vĩnh viễn cho (419) về việc cắt nguồn máy nén

Sens de circulation du fluide HP

KHẢO SÁT HỆ THỐNG QUẢN LÝ PIN TRÊN XE ĐIỆN RENAULT

Giới thiệu

Trong chương này nhóm sẽ trình bày các dữ liệu thực tế lấy được từ quá trình sạc và trình bày lại dưới dạng bảng biểu và đồ thị Dữ liệu khảo sát được lấy từ máy chuẩn đoán autel khi tiến thành sạc xe giữa các trụ sạc AC có trong trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật

Trụ sạc 7,4 kW Đây là trụ công suất thấp thường được sử dụng cho sạc gia đình và các trạm sạc chậm Điện áp: 230V (1 pha)

Trụ 11 kW Đây là mức trung bình cho nhiều ứng dụng từ gia đình đến doanh nghiệp nhỏ Điện áp: 400V (3 pha)

Trụ 22 kW Đây là trụ có công suất cao nhất sử dụng tại các trạm sạc công cộng hoặc những nơi cần sạc nhanh Điện áp: 400V (3 pha)

Dữ liệu khảo sát và đánh giá

4.2.1 Trụ sạc một pha 7,4 kW

Dòng điện pha 3 hoặc trung tính (A) Điện Áp (V) Điện áp Trung bình

Nhiệt độ thấp – cao của 12 module (C)

Bảng 4 1: Số liệu đo ở trụ 7,4 kW từ 51% - 60% Đánh giá công suất sạc: Khi ta tiến hành sạc dưới trụ AC 7,4 kW công suất cực đại đạt được sẽ khoảng 4,433 kW và dao động trong khoảng từ 4,3 kW – 4,4 kW khi sạc từ 51% đến 60%

Hình 4 1: Công suất - %pin trụ 7,4 kW Renault Zoe 51% -60%

Biểu đồ công suất khi sạc trụ 7,4 kW từ 51% - 60% của xe điện

112 Đánh giá dòng điện: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 7,4 kW giá trị pha 2 sẽ đạt 0A vì đây là trụ AC 1 pha Dòng điện pha 1 và pha trung tính sẽ có giá trị cố định là 20A khi sạc từ 51% đến 52%

Hình 4 2: Dòng điện các pha - %pin trụ 7,4 kW Renault Zoe 51% - 60% Đánh giá điện áp: Đại lượng này sẽ tăng dần trong quá trình sạc Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 7,4 kW điện áp pin cao áp sẽ tăng từ 359,69V – 364,84V (51% - 60%) trong thời gian 45 phút

Hình 4 3: Điện áp - %pin trụ 7,4 kW Renault Zoe 51% -60%

Biểu đồ dòng điện các pha khi sạc trụ 7,4 kW từ 51% - 60% của xe điện Renault Zoe

Dòng điện pha 1 (A) Dòng điện pha 2 (A) Dòng điện pha 3 hoặc pha trung tính (A)

Biểu đồ điện áp khi sạc trụ 7,4 kW từ 51% - 60% của xe điện Renault

113 Đánh giá điện áp trung bình 96 cell: Đại lượng này sẽ tăng dần trong quá trình sạc

Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 7,4 kW điện áp trung bình của 96 cell sẽ tăng từ 3,74V – 3,81V (51% - 60%) trong thời gian 45 phút

Hình 4 4: Điện áp trung bình cell - %pin trụ 7,4 kW Renault Zoe 51% -60% Đánh giá nhiệt độ 12 module: Ban đầu khi vừa tiến hành sạc nhiệt độ thấp nhất và cao nhất của module lên tới 32°C - 33°C (51% - 53%) Hệ thống làm mát pin sẽ tiến hành giảm dần nhiệt độ của xe về 27°C - 30°C (58% -59%) và cuối cùng 24°C - 28°C (60%)

Hình 4 5: Nhiệt độ cao và thấp của các module - %pin trụ 7,4 kW Renault Zoe 51% -

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Điện áp tr un g bìn h (V)

Biểu đồ điện áp trung bình 96 cell khi sạc trụ 7,4 kW từ 51% -

60% của xe điện Renault Zoe Điện áp trung bình 96 cell (V)

Biểu đồ nhiệt độ thấp - cao nhất của module khi sạc trụ 7,4 kW từ

51% - 64% của xe điện Renault Zoe

Nhiệt độ thấp nhất của module ( C ) Nhiệt độ cao nhất của module ( C )

4.2.2 Trụ sạc ba pha 11 kW

Dòng điện pha 3 hoặc trung tính (A) Điện Áp (V) Điện áp Trung bình 96 cell (V)

Bảng 4 2: Số liệu đo ở trụ 11 kW từ 63% - 71% Đánh giá công suất sạc: Khi ta tiến hành sạc dưới trụ AC 11 kW công suất cực đại đạt được sẽ khoảng 10,535 kW và dao động trong khoảng từ 10,3 kW – 10,5 kW khi sạc từ 63% đến 71%

Hình 4 6: Công suất - %pin trụ 11 kW Renault Zoe 63% - 71%

C ôn g su ất sạc ( kW )

Biểu đồ công suất khi sạc trụ 11 kW từ 63% - 71% của xe điện

115 Đánh giá dòng điện: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 11 kW giá trị các pha không thay đổi đều bằng 16A khi sạc từ 63% - 71%

Hình 4 7: dòng điện các pha - %pin trụ 11 kW Renault Zoe 63% - 71% Đánh giá điện áp: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 11 kW điện áp pin cao áp sẽ tăng từ 367,51V – 374,72V (63% - 71%) trong thời gian 25 phút

Hình 4 8: Điện áp - %pin trụ 11 kW Renault Zoe 63% - 71%

Biểu đồ dòng điện các pha khi sạc trụ 11 kW từ 63% - 71% của xe điện Renault Zoe

Biểu đồ điện áp khi sạc trụ 11 kW từ 63% - 71% của xe điện

116 Đánh giá điện áp trung bình 96 cell: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 11 kW điện áp trung bình của 96 cell sẽ tăng từ 3,83V – 3,9V (63% - 71%) trong thời gian 25 phút

Hình 4 9: Điện áp trung bình cell - %pin trụ 11 kW Renault Zoe 63% - 71% Đánh giá nhiệt độ 12 module: Vì nhóm tiến thành sạc 2 trụ 7,4 kW và 11kW liên tục nhau nên lúc này nhiệt độ của thấp nhất và cao nhất của các module đã nằm trong khoảng lý tưởng 24°C -28°C (63%-71%)

Hình 4 10: Nhiệt độ cao và thấp của các module - %pin trụ 11 kW Renault Zoe 63% -

63 64 65 66 67 68 69 70 71 Điện áp tr un g bìn h (V)

Biểu đồ điện áp trung bình 96 cell khi sạc trụ 11 kW từ 63% - 71% của xe điện Renault Zoe Điện áp trung bình 96 cell (V)

Biểu đồ nhiệt độ thấp - cao nhất của module khi sạc trụ 11 kW từ 63% - 71% của xe điện Renault Zoe

4.2.3 Trụ sạc ba pha 22 kW

Ta tiến hành chia trụ sạc 22kW thành 3 giai đoạn:

Bảng 4 3: Số liệu đo ở trụ 22 kW từ 69% - 80% Đánh giá công suất sạc: Khi ta tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW công suất cực đại đạt được sẽ khoảng 21,515 kW và dao động trong khoảng từ 21,2 kW – 21,5 kW khi sạc từ 69% đến 80%

Hình 4 11: Công suất - %pin trụ 22 kW Renault Zoe 69% -80%

Biểu đồ công suất khi sạc trụ 22 kW từ 69% - 80% của xe điện

118 Đánh giá dòng điện: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW giá trị các pha không thay đổi đều bằng 32A khi sạc từ 69% - 80%

Hình 4 12: Dòng điện các pha - %pin trụ 22 kW Renault Zoe 69% -80% Đánh giá điện áp: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW điện áp pin cao áp sẽ tăng từ 373,25V – 383,94V (69% - 80%) trong thời gian 18 phút

Hình 4 13: Điện áp - %pin trụ 22 kW Renault Zoe 69% -80%

Biểu đồ dòng điện các pha khi sạc trụ 22 kW từ 69% - 80% của xe điện

Biểu đồ điện áp khi sạc trụ 22 kW từ 69% - 80% của xe điện Renault

119 Đánh giá điện áp trung bình 96 cell: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW điện áp trung bình của 96 cell sẽ tăng từ 3,9V – 4V (69% - 80%) trong thời gian 18 phút

Hình 4 14: Điện áp trung bình cell - %pin trụ 22 kW Renault Zoe 69% -80% Đánh giá nhiệt độ 12 module: Nhiệt độ ban đầu module đạt được là 31°C – 31,4°C

(69% - 70%) Sau đó nhiệt độ giảm còn 30°C - 31°C (72% - 75%) và cuối cùng là 28°C – 30°C (80%)

69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 Điện áp tr un g bìn h (V)

Biểu đồ điện áp trung bình 96 cell khi sạc trụ 22 kW từ 69% -

80% của xe điện Renault Zoe Điện áp trung bình 96 cell (V)

Biểu đồ nhiệt độ thấp - cao nhất của module khi sạc trụ 22 kW từ

69% - 80% của xe điện Renault Zoe

Bảng 4 4: Số liệu đo ở trụ 22 kW từ 81% - 92% Đánh giá công suất sạc: Khi ta tiếp tục tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW công suất cực đại đạt được lúc này sẽ khoảng 21,354 kW từ 81% đến 92% Công suất lúc này có dấu hiệu giảm dần khi pin càng chỉ đạt khoảng 21,083 khi 88%

Biểu đồ công suất khi sạc trụ 22 kW từ 81% - 92% của xe điện Renault

121 Đánh giá dòng điện: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW từ 81% - 90% giá trị các pha đều bằng 32A Nhưng đã xuất hiện dấu hiệu dao động dòng điện ở 1 số pha 31A -32A

Hình 4 17: Dòng điện các pha - %pin trụ 22 kW Renault Zoe 81% -92%

Đánh giá điện áp: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW điện áp pin cao áp sẽ tăng từ 384,69V – 394,44V (81% - 92%) trong thời gian 19 phút

Biểu đồ điện áp khi sạc trụ 22 kW từ 81% - 92% của xe điện Renault

122 Đánh giá điện áp trung bình 96 cell: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW điện áp trung bình của 96 cell sẽ tăng từ 4,01V – 4,11V (81% - 92%) trong thời gian 19 phút

Hình 4 19: Điện áp trung bình cell - %pin trụ 22 kW Renault Zoe 81% -92% Đánh giá nhiệt độ 12 module: Nhiệt độ lúc thấp nhất và cao nhất của 12 module lúc này ở 81% là 28°C – 30°C Sau đó nhiệt độ giảm còn 27°C - 30°C (82% - 85%) và cuối cùng là cố định ở khoảng 25°C – 28,4°C (91% - 92%)

81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 Điện áp tr un g bìn h (V)

Biểu đồ điện áp trung bình 96 cell khi sạc trụ 22 kW từ 81% - 92% của xe điện Renault Zoe Điện áp trung bình 96 cell (V)

Biểu đồ nhiệt độ thấp - cao nhất của module khi sạc trụ 22 kW từ 81% -

92% của xe điện Renault Zoe

Bảng 4 5: Số liệu đo ở trụ 22 kW từ 93% - 99% Đánh giá công suất sạc: Khi SOC đạt 93% công suất sạc có giá trị 21,146 kW và dao động trong khoảng 19,5kW – 20kW từ 94% - 98% Khi đạt 99% công suất liền giảm còn 15,406 kW từ lúc này công suất sạc liên tục giảm Sau khi đạt 99% được 10 phút kết quả công suất chỉ còn 6,438 kW

Hình 4 21: Công suất đo được sau 10 phút pin đạt 99%

Biểu đồ công suất khi sạc trụ 22 kW từ 93% - 99% của xe điện Renault Zoe

124 Đánh giá dòng điện: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW từ 93% - 99% giá trị dòng điện các pha thay đổi rõ rệt khi từ 32A ở 93% liền giảm còn 30A ở 94% - 97% và chỉ còn 23A ở 99% Sau khi đạt 99% được 10 phút kết quả dòng điện các pha chỉ còn 10A

Hình 4 23: Dòng điện các pha đo được sau 10 phút pin đạt 99%

Hình 4 24: Dòng điện các pha - %pin trụ 22 kW Renault Zoe 93% -99% Đánh giá điện áp: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW điện áp pin cao áp sẽ tăng từ 395,38V – 399,62V (93% - 99%) trong thời gian 9 phút Khi đạt 99% đồng hồ hiển thị thời gian sạc còn lại để sạc đầy trên màn hình taplo đã tắt

Dòng điện pha 1 (A) Dòng điện pha 2 (A) Dòng điện pha 3 hoặc pha trung tính (A)

Biểu đồ điện áp khi sạc trụ 22 kW từ 93% - 99% của xe điện

125 Đánh giá điện áp trung bình 96 cell: Khi tiến hành sạc dưới trụ AC 22 kW từ 93%

Nhận xét

4.3.1 Công suất sạc của 3 trụ

Từ các bảng giá trị ta thấy công suất sạc các trụ sẽ không tăng hay giảm mà chỉ dao động trong các khoảng cố định nhưng khi pin càng lên cao công suất sẽ càng giảm Trụ 7,4 kW có giá trị nằm trong khoảng từ 4,343 kW – 4,433 kW (51% - 60%), trụ 11 Kw có giá trị nằm trong khoảng từ 10,361 kW – 10,535 kW (63% - 71%) và trụ 22 kW có giá trị trong khoảng 21,515 kW – 21,083kW (69% - 92%) Ở trụ 22 kW khi SOC đạt 93% công suất bắt đầu giảm từ 21,146 kW còn 15,406 kW khi ở 99% và tiếp tục giảm dần cho tới khi đầy pin Đó là do BMS đã tiến hành ngắt dòng điện vào pin và ngăn trụ sạc tiếp tục cung cấp công suất sạc cho xe Từ kết quả khảo sát ta thấy được khi pin đạt 80% trở lên công suất lúc này thay vì dao động trong 1 khoảng nhất định thì nó bắt đầu giảm dần do đó khi sạc cho xe khoảng ổn định nhất cho xe là từ 20% - 80% không nên sạc quá đầy hoặc xả quá mức vì nó sẽ ảnh hưởng tới tình trạng của pin (SOH)

4.3.2 Dòng điện khi sạc của 3 trụ

Từ các bảng giá trị ta thấy dòng điện của 3 trụ trước khi đạt SOC 93% là cố định Trụ 7,4 kW sẽ có giá trị đầu vào ở pha 1 và pha trung tính là 20A và 0A ở pha 2 và pha 3 (51%

- 60%), trụ 11 kW có giá trị tất cả các pha là 16A (63% - 71%), trụ 22 kW có giá trị là 32A (69% - 92%) và dòng sạc được BMS giảm từ 93% cho đến khi sạc đầy để tránh hiện tượng quá dòng vô pin

4.3.3 Điện áp của pin khi sạc qua 3 trụ Điện áp sẽ tăng dần khi sạc và nó sẽ tăng nhanh hay chậm tùy thuộc vào công suất trên trụ sạc là lớn hay nhỏ Trụ 7,4 kW sẽ mất 45 phút để sạc từ 51% - 60%, trụ 11 kW mất

25 phút để sạc từ 63% - 71% Trụ 22 kW có thời gian sạc khi chỉ mất 18 phút để có thể sạc pin từ 69% - 80% và mất 46 phút để sạc từ 69% - 99% Từ 99% trở lên điện áp sẽ bị BMS ngăn không cho tăng nữa bởi vì lúc này điện áp đã vượt qua giá trị cho phép là 400V

4.3.4 Nhiệt độ module khi sạc qua 3 trụ

Nhiệt độ các module đều giảm dần theo thời gian khi sạc ở các trụ Ở 2 trụ 7,4 kW và 11kW khi sạc được khoảng tầm 10% pin lúc này pin đã đạt tới mức ổn định 24°C - 28°C trong khi đó trụ 22 kW cần tới 19% (69% - 88%) để có thể đạt giá trị 25°C – 28,4°C là do

128 ở 2 trụ công suất thấp thời gian để hệ thống làm mát pin ổn định nhiệt độ của pin là khá dài nên vì thế chỉ cần sạc được 10% là có thể đạt giá trị ổn định khác với trụ 22 kW Lý do nhiệt độ liên tục giảm là vì BMS đã giám sát nhiệt độ thông qua cảm biến và tiến hành khởi động hệ thống làm mát, các cell pin Lithium rất dễ bị hư nếu như quá nóng (45°C) vì vậy để tránh hiện tượng đo xảy ra thì nhiệt độ lúc nào cũng phải được giám sát ở 24°C -28°C

4.3.5 Điện áp các cell khi sạc pin cho xe

Hình 4 29: Điện áp các cell trong một module

Hình 4 30: Điện áp 96 cell Khi tiến hành sạc ta thấy điện áp cao nhất và thấp nhất trong module nó không nằm ở một cell cố định nào cả Độ chênh lệch điện áp khá nhỏ lúc 6mV có khi 8mV nhưng điều này cho thấy các cell trong module đang có mức điện áp đều và hệ thống đang hoạt động ổn định Nhưng nếu mức điện áp của các cell trong module chênh lệch quá lớn (hơn 10mV) hoặc một cell trong bộ pin bị hỏng thì ta buộc phải thay toàn bộ các cell vì dung lượng của cell pin mới lúc nào cũng tốt hơn các cell cũ trong bộ pin và điều này sẽ gây mất cân bằng giữa các cell

Tiêu đề	Khảo sát hệ thống quản lý pin (BMS) trên xe điện Renault
Tác giả	Nguyễn Duy Hiếu, Trần Quý Anh Hào
Người hướng dẫn	ThS. Huỳnh Quốc Việt
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	187
Dung lượng	18,18 MB