Chương 5 : MẠNG CAN VÀ CHẨN ĐOÁN TRÊN XE ĐIỆN RENAULT ZOE
5.3 Mạng giao tiếp trên xe Renault ZOE 2020
5.3.2 Các ECU sử dụng CAN High-Speed trên xe Renault ZOE
5.3.2.1 ECU quản lý ắc quy cao áp (BMS)
Trong xe điện nói chung và Renault ZOE nói riêng, việc quản lý ắc quy đòi hỏi nhiều hơn so với ắc quy Lithium-ion bình thường (Chương 2). Nó phải giao tiếp với một số hệ thống khác trên xe, nó phải hoạt động trong thời gian thực trong điều kiện nạp / xả thay đổi nhanh chóng khi xe tăng tốc và phanh, đồng thời nó phải làm việc trong môi trường khắc nghiệt và khơng được kiểm sốt được.
BMS phải quản lý hệ thống trong toàn bộ chu kỳ hoạt động của xe và phải đảm bảo các chức năng sau.
125 - Thu thập thông tin từ các cảm biến trong ắc quy: dịng điện, điện áp, nhiệt độ,
v.v. Thơng tin được xử lý bởi BMS để đảm bảo ắc quy hoạt động chính xác. - Kiểm sốt bộ sạc để đảm bảo sạc ắc quy thích hợp. Bộ sạc có thể là bộ sạc trên
bo mạch hoặc bên ngoài. Bộ điều khiển được thiết kế để phản ứng với dữ liệu từ các cảm biến được liên kết với mỗi module ắc quy và phản hồi theo các thông số hoặc thuật toán đặc biệt. Việc điều khiển bộ sạc thường được thực hiện thông qua mạng CAN bus giao tiếp trên xe, cho phép đối thoại với các thiết bị khác nhau trên xe.
- Quản lý cân bằng điện áp để đảm bảo hiệu suất tối ưu của ắc quy. Cân bằng là cần thiết trong ắc quy nhiều cell: cell yếu nhất sẽ giới hạn tổng hiệu suất của ắc quy . BMS điều khiển các thiết bị điện tử cân bằng được tích hợp trên thuật tốn định trước.
- Kiểm sốt an tồn: tránh sạc quá mức hoặc xả quá mức hoặc các hiện tượng bất thường lớn khác có thể xảy ra trong trường hợp hỏng hóc của ắc quy , thiết bị phụ trợ hoặc môi trường xung quanh. Hành động của hệ thống điện tử có thể là vật lý (tắt ắc quy khẩn cấp) hoặc thông tin (thông báo sự cố cho người dùng).
- Báo cáo trạng thái ắc quy: truyền thông tin (báo động, đồng hồ đo, v.v.) cho người dùng và các thiết bị trên khác xe thông qua mạng CAN truyền thông - Quản lý nhiệt của ắc quy: BMS giám sát nhiệt độ của các cell ở mọi chế độ
hoạt động (truyền động, sạc, v.v.) và điều khiển máy nén, quạt và bộ gia nhiệt để quản lý nhiệt độ của ắc quy.
- Giao tiếp với xe: ECU trên xe và BMS trao đổi dữ liệu thông qua mạng giao tiếp truyền thông (CAN 2.0B).
- Bảo trì qua BMS: người dùng sẽ có khả năng kết nối các công cụ bảo trì và chẩn đốn để thực hiện các hoạt động cần thiết cho việc bảo trì ắc quy.
Sơ đồ khối của BMS được thể hiện trong Hình 5.10 đối với ắc quy Li-ion, nhưng sơ đồ tương tự cũng hợp lệ cho bất kỳ hệ thống ắc quy nào.
126
127 Như trong hình, BMS khơng chỉ thực hiện giám sát và điều khiển ắc quy, mà còn giao tiếp với bộ điều khiển xe thơng qua CAN bus. Do đó, BMS có thể được kết hợp với các hệ thống xe khác, ví dụ như thiết bị chống trộm vơ hiệu hóa ắc quy.
Việc xác định trạng thái sạc của ắc quy đặc biệt quan trọng trong xe điện. Những loại ắc quy này yêu cầu cả khả năng sạc năng lượng cao (phanh tái tạo) và khả năng xả năng lượng cao để khởi động hoặc tăng tốc. Do đó, chúng phải được duy trì ở một SOC cho phép cung cấp năng lượng cần thiết, trong khi vẫn có đủ khoảng khơng để chấp nhận sạc tái tạo mà không làm quá tải các tế bào của cell pin. Phạm vi an tồn, như được chỉ ra trong Hình 5.11, là từ 40 đến 80% SOC. Bất kỳ ắc quy nào cũng có thể cung cấp cơng suất phóng điện cao hơn ở SOC cao. Tuy nhiên, vì những lý do trên, giới hạn trên 80% được thiết lập trong trường hợp này. Giới hạn dưới được thiết lập để tối ưu hóa khả năng ngăn chặn tình trạng xả q mức có thể làm giảm tuổi thọ của ắc quy.
Hình 5.11:SOC của ắc quy và hiệu suất
Ngồi ra, BMS còn giám sát cách ly là một chức năng an toàn quan trọng khác của bất kỳ hệ thống xe điện cao thế nào. Trong các loại xe ngày nay, hệ thống điện áp cao được cách ly hoàn toàn với khung xe. Điều này đảm bảo rằng một lỗi duy nhất trong hệ thống điện áp cao cũng không làm cho một người bị điện giật.
128 Quá trình này hoạt động vì điện giật chỉ có thể xảy ra khi dịng điện được cung cấp cho cơ thể bạn từ một mạch điện và có một đường trở lại từ cơ thể bạn đến phần điện áp thấp hơn của mạch điện. Một mạch cách ly hồn tồn cần có hai lỗi trước khi dịng điện có thể chạy qua cơ thể - một lỗi cho phép các điện tử rời khỏi mạch và chảy vào cơ thể và một lỗi thứ hai phải tồn tại để cho phép các điện tử rời khỏi cơ thể và chảy trở lại mạch.
Các mạch giám sát cách ly thường xuyên kiểm tra điện trở giữa hệ thống điện áp cao và khung máy. Hướng dẫn điển hình cho biết giá trị này phải lớn hơn 100 Ω/V đối với hệ thống dịng điện một chiều (DC) (ISO 2011). Do đó, hệ thống 350-360V nên duy trì điện trở trên 35-36 KΩ giữa hệ thống điện áp cao và khung xe. Điều này đảm bảo rằng dòng điện sẽ được giới hạn ở khoảng 10 mA, điều này gây khó chịu nhưng nhìn chung khơng đe dọa đến tính mạng (IEC 2007).
Có một số phương pháp đo độ cách ly trên xe. Mạch được sử dụng để đo cách ly khơng được có bất kỳ chế độ hỏng hóc nào cho phép mạch an tồn giám sát cách ly trở thành nguồn gây ra lỗi cách ly.
5.3.2.2 ECU điện tử công suất (PEB)
Điện tử công suất trên xe điện là tập hợp những thiết bị sử dụng để biến đổi, điều khiển dòng năng lượng điện thông qua các dụng cụ bán dẫn công suất.
Bộ phận này quản lý dòng năng lượng điện được cung cấp bởi ắc quy, điều khiển tốc độ của motor điện và momen xoắn mà nó tạo.
Dựa vào cơng dụng, ta có thể phân loại cơ bản các bộ biến đổi điện tử cơng suất trong xe hiện có như sau:
- Điện xoay chiều => một chiều: Các bộ chỉnh lưu (Rectifier) không điều khiển (dùng Diode) hay điều khiển (dùng Thyristor) dựa vào việc ta có cần điều khiển giá trị của dịng điện một chiều tại đầu ra không.
- Điện một chiều => xoay chiều: Các bộ nghịch lưu (Inverter) có thể biến dịng điện một chiều thành dịng xoay chiều. Giá trị điện áp và tần số của dòng điện này có thể thay đổi được dựa vào sự đóng mở của các van bán dẫn.
129 - Điện một chiều => một chiều: Các bộ băm xung 1 chiều (hay còn gọi là biến đổi điện áp một chiều – DC to DC converter, điều áp một chiều, DC chopper). Các thiết bị này sẽ thay đổi dịng điện 1 chiều có giá trị cố định thành dịng 1 chiều có giá trị điện áp theo u cầu. Đồng thời, dịng điện có thể điều khiển được.
5.3.2.3 ECU quản lí sạc (BCB)
Bộ phận này có chức năng quản lý nguồn điện AC được cung cấp qua cổng sạc và biến đổi chúng thành nguồn DC để sạc cho ắc quy. Bộ phận này theo dõi các thông số của ắc quy như điện áp, dòng, nhiệt độ và trạng thái sạc.
Đối với hãng Renault ZOE bộ phận này được gọi là BCB hay ở các hãng khác hay xe điện nói chung có thể được gọi là OBC hay On-board Charger.
Vai trị chính của bộ sạc trên bo mạch (OBC) là quản lý dòng điện từ lưới điện đến ắc quy. Điều này có nghĩa là OBC phải tuân thủ các yêu cầu của lưới điện tại các địa điểm mà nó sẽ được sử dụng. u cầu chính là không đưa công suất phản kháng trở lại lưới điện, điều này đạt được khi có hệ số cơng suất (PF)> 0,9. OBC cũng phải phù hợp với các loại bộ sạc có sẵn, nghĩa là nó phải hỗ trợ hoạt động một pha và 3 pha.
Cũng sẽ có các yêu cầu để cách ly khỏi nguồn điện và dịng điện tối đa mà lưới điện có thể cung cấp, các yêu cầu này phải được tính đến trong thiết kế. Như với tất cả các hệ thống điện, có khả năng tạo ra nhiễu điện từ, vì vậy tất cả các tiêu chuẩn EMC liên quan phải được tuân thủ. Ở mức công suất này, khả năng giao tiếp với lưới điện cũng rất cần thiết.
Vì OBC được gắn cố định nên trọng lượng phải được giảm thiểu để giảm tác động của nó lên phạm vi hoạt động của xe. Hiệu quả cũng rất quan trọng và có những lợi ích khác đối với hiệu quả, chẳng hạn như yêu cầu quản lý nhiệt ít hơn sẽ làm giảm kích thước, trọng lượng và chi phí của OBC.
130
Hình 5.12:Thành phần bên trong của BCB
5.3.2.4 ECU quản lí chính (EVC)
Module điều khiển xe điện là một module điều khiển điện áp thấp. Nó chịu trách nhiệm cho hầu hết các quy trình liên quan đến các khía cạnh chức năng của xe điện.
Module điều khiển xe điện nhận nhiều đầu vào trình điều khiển và tính tốn giá trị moment xoắn để gửi đến biến tần. Giá trị moment xoắn này tỷ lệ thuận với vị trí chân ga và bàn đạp phanh cũng như cài đặt hộp số và được xác định thông qua bất kỳ nhu cầu moment xoắn nào khác của xe, chẳng hạn như từ hệ thống kiểm sốt ổn định điện tử
131
Hình 5.13:Sơ đồ khối của EVCCác chức năng của EVC: Các chức năng của EVC:
1. Chế độ nguồn cho xe điện (ví dụ: khởi động, lái xe, sạc, báo lỗi). 2. Thu nhận và xác thực yêu cầu moment xoắn.
3. Quản lý moment xoắn trên EV: Tính tốn phân phối cơng suất động cơ thông qua xe tồn diện thơng tin bao gồm SOC của ắc quy, nhiệt độ ắc quy, nhiệt độ động cơ, v.v. và thực hiện lái xe và kiểm soát phản hồi năng lượng phanh. 4. Xử lý chẩn đoán lỗi: Chẩn đoán và phát hiện lỗi của cảm biến, bộ truyền động và
các thiết bị khác
5. Kiểm soát hệ thống truyền lực trên xe 6. Điều khiển bánh răng truyền động 7. Sạc ắc quy (AC & DC)
8. Quản lý nhiệt
9. Quản lý năng lượng
10. Bộ phận giám sát an toàn L3 11. Tuân thủ ISO26262 (ASIL C)
132
5.3.2.5 ECU quản lí điện thân xe UCH
UCH là một module điều khiển điện tử được trang bị cho nhiều chiếc Renault đời cuối (đầu những năm 2000 trở đi.) Nó chịu trách nhiệm điều khiển nhiều chức năng không liên quan đến động cơ của ơ tơ, chẳng hạn như khóa trung tâm, cửa sổ điện và thậm chí một số đèn (ví dụ: như đèn báo). UCH quản lí các chức năng điện thân xe bằng cơng nghệ ghép kênh.
Hình 5.14: Vị trí của hộp UCHUCH thực hiện và tham gia vào các chức năng sau: UCH thực hiện và tham gia vào các chức năng sau:
- Giám sát và điều khiển chức năng khởi động bằng nút nhấn
- Điều khiển điều hịa khơng khí được chia thành ba phần: Điều khiển bằng tay, tự động làm lạnh hoặc sưởi ấm.
- Điều khiển cần gạt mưa được chia thành hai phần: Điều khiển các chế độ gạt và nguồn cấp cho cần gạt.
- Điều khiển hệ thống chiếu sáng bao gồm: Các chế độ chiếu sáng và công suất của hệ thống đèn chiếu sáng.
133