Nghiên cứu, mô phỏng hệ thống phanh tái sinh trên xe điện VinFast VF6 ứng dụng Matlab Simulink

Đồ án mô phỏng hệ thống phanh tái sinh trên xe điện VinFast VF6 bằng Matlab Simulink - ĐH SPKT TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Lê Đức Anh
• Người hướng dẫn: ThS. Ngô Quang Thành
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu, mô phỏng hệ thống phanh tái sinh trên xe điện VinFast VF6 ứng dụng Matlab Simulink
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan hệ thống phanh tái sinh xe điện VinFast VF6

Hệ thống phanh tái sinh đóng vai trò cốt lõi trong cấu trúc truyền động xe điện hiện đại. Trên dòng xe điện VinFast VF6, cơ chế này giúp thu hồi phần lớn động năng lãng phí trong quá trình giảm tốc. Động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) đảo chiều làm việc để trở thành máy phát điện. Nguồn điện sinh ra được nắn dòng rồi chuyển vào bộ pin cao áp. Điều này giúp nâng cao đáng kể quãng đường di chuyển sau mỗi chu kỳ sạc. Phương pháp mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink cung cấp góc nhìn trực quan và chính xác. Các kỹ sư có thể đánh giá toàn diện hành vi động lực học của xe mà không cần thử nghiệm thực địa tốn kém. Mô hình kết hợp chặt chẽ giữa khối tính toán lực cản chuyển động, phản ứng pin và đặc tính mô-men xoắn của động cơ. Công cụ này cho phép thiết lập đa dạng các chu trình lái thử nghiệm theo tiêu chuẩn quốc tế. Nhờ vậy, việc xác định tỷ lệ thu hồi năng lượng diễn ra nhanh chóng và chuẩn xác. Quá trình kiểm nghiệm mô phỏng tạo nền tảng kỹ thuật vững chắc cho việc hiệu chỉnh hệ thống phanh thực tế trên VinFast VF6.

1.1. Nguyên lý vận hành của hệ thống phanh tái sinh

Phanh tái sinh hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ ngược chiều. Khi người điều khiển nhả bàn đạp ga hoặc đạp nhẹ phanh, hệ thống điều khiển trung tâm lập tức phát tín hiệu chuyển trạng thái. Động cơ điện PMSM ngắt nguồn cấp từ pin. Quán tính quay của bánh xe dẫn động rô-to quay trong từ trường stato. Lực cản điện từ sinh ra mô-men hãm trục bánh xe, làm xe giảm tốc độ êm dịu. Dòng điện ba pha xoay chiều phát sinh từ stato đi qua bộ biến tần hai chiều. Bộ biến tần biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều để sạc ngược vào bộ pin. Quá trình vận hành diễn ra khép kín, an toàn và không gây rung giật cơ khí.

1.2. Vai trò của Matlab Simulink trong nghiên cứu xe điện

Matlab Simulink là nền tảng mô phỏng kỹ thuật hàng đầu trong ngành công nghiệp ô tô. Bộ công cụ Simscape Driveline và Simscape Electrical hỗ trợ xây dựng chi tiết từng linh kiện điện tử công suất. Môi trường này cho phép tích hợp các phương trình vi phân mô tả chuyển động thực tế của VinFast VF6. Nhà nghiên cứu dễ dàng thay đổi thông số khối lượng, hệ số cản gió và dung lượng pin. Kết quả tính toán hiển thị trực tiếp qua các đồ thị vận tốc, dòng sạc và trạng thái pin (SOC). Việc mô phỏng giúp rút ngắn chu kỳ nghiên cứu phát triển thuật toán điều khiển. Đồng thời, công cụ này giảm thiểu tối đa chi phí chế tạo mẫu thử nghiệm vật lý.

II. Phân tích thách thức phanh tái sinh xe điện VinFast VF6

Hệ thống phanh tái sinh không thể vận hành độc lập hoàn toàn trên xe điện VinFast VF6. Vấn đề cốt lõi nằm ở sự tương tác phức tạp giữa lực phanh cơ khí và lực phanh tái sinh. Khi xe di chuyển ở dải tốc độ cao hoặc phanh gấp, lực phanh điện từ không đủ mạnh để dừng phương tiện trong cự ly an toàn. Ngược lại, ở dải tốc độ rất thấp, sức điện động cảm ứng giảm sút mạnh, khiến hiệu quả phanh tái sinh triệt tiêu. Ngoài ra, trạng thái sạc (SOC) và nhiệt độ của cụm pin cao áp cũng đặt ra giới hạn khắt khe. Nếu pin đầy trên 90%, dòng sạc ngược buộc phải cắt giảm để tránh quá tải điện áp và nguy cơ cháy nổ. Điều này dẫn đến sự gián đoạn trong cảm giác đạp phanh của người lái. Mặt đường trơn trượt cũng tạo ra nguy cơ mất ổn định hướng nếu bánh trước bị khóa cứng do mô-men phanh điện tác động đột ngột. Do đó, việc thiết lập chiến lược điều khiển phân bổ lực phanh thông minh là nhiệm vụ kỹ thuật cấp thiết.

2.1. Giới hạn vật lý của pin và động cơ điện PMSM

Khả năng tiếp nhận dòng nạp của bộ pin lithium-ion phụ thuộc chặt chẽ vào dung lượng và nhiệt độ thực tế. Dòng điện sạc quá mức cho phép sẽ gây hiện tượng mạ lithium, dẫn đến suy giảm tuổi thọ cell pin nghiêm trọng. Bên cạnh đó, động cơ điện PMSM có ngưỡng bão hòa từ tính và giới hạn nhiệt độ cuộn dây stato. Khi nhiệt độ vận hành tăng cao, từ thông nam châm vĩnh cửu có xu hướng suy giảm cục bộ. Hiện tượng này làm sụt giảm mô-men hãm tối đa của hệ thống. Những ràng buộc vật lý này đòi hỏi thuật toán điều khiển phải liên tục giám sát và điều chỉnh công suất tái sinh trong dải an toàn.

2.2. Sự xung đột giữa độ ổn định phanh và hiệu suất tái sinh

Mục tiêu an toàn phanh và mục tiêu tiết kiệm năng lượng luôn tồn tại xung đột kỹ thuật rõ rệt. Đường cong phân bổ lực phanh lý tưởng (đường I) quy định tỷ lệ lực phanh cầu trước và cầu sau nhằm tránh hiện tượng trượt lốp. Xe điện VinFast VF6 sử dụng hệ dẫn động cầu trước, do đó động cơ tái sinh chỉ hãm trực tiếp hai bánh trước. Nếu dồn toàn bộ lực phanh tái sinh lên cầu trước, nguy cơ mất lái khi vào cua trên đường trơn sẽ gia tăng đáng kể. Hệ thống điều khiển buộc phải cân bằng giữa việc kích hoạt phanh thủy lực cầu sau và duy trì lực hãm tái sinh cầu trước.

III. Mô phỏng phanh tái sinh xe điện VinFast VF6 qua Simulink

Để giải quyết các thách thức vận hành, mô hình mô phỏng hoàn chỉnh được thiết lập trên Matlab Simulink. Cấu trúc mô hình bao gồm bốn phân hệ chính: khối người lái, khối động lực học thân xe, khối điều khiển phân bổ lực phanh và khối truyền động điện - pin. Khối động lực học mô phỏng chính xác các thông số kỹ thuật của xe VinFast VF6 như trọng lượng bản thân, vị trí trọng tâm và bán kính bánh xe. Khối điều khiển nhận tín hiệu độ sâu bàn đạp phanh và vận tốc xe để tính toán tổng mô-men phanh yêu cầu. Thuật toán điều khiển phân bổ tối ưu ưu tiên tối đa lực phanh tái sinh trong giới hạn đường cong ma sát bám đường. Khi lực phanh yêu cầu vượt quá giới hạn mô-men của động cơ PMSM, khối điều khiển sẽ tự động bù đắp lực phanh bằng hệ thống phanh ma sát thủy lực. Chu trình kiểm thử chuẩn quốc tế như WLTC hoặc NEDC được đưa vào để đánh giá hoạt động của mô hình. Phương pháp này giúp ghi nhận chuẩn xác dòng điện sạc, điện áp bus DC và lượng điện năng tích lũy vào pin qua từng giai đoạn vận hành.

3.1. Thiết lập mô hình động cơ PMSM và bộ biến tần

Mô hình động cơ điện PMSM được xây dựng trên hệ tọa độ đồng bộ d-q. Phương pháp điều khiển định hướng từ thông (FOC) kết hợp bộ điều khiển dòng điện PI giúp kiểm soát chính xác mô-men xoắn. Trong giai đoạn phanh, dòng điện trục q được điều khiển về giá trị âm để tạo ra mô-men hãm theo lệnh từ bộ phân bổ lực. Khối biến tần hai chiều sử dụng thuật toán điều chế độ rộng xung vector không gian (SVPWM). Kỹ thuật này giảm thiểu sóng hài bậc cao và duy trì hiệu suất biến đổi năng lượng ở mức cao nhất. Kết quả mô phỏng cho thấy động cơ đáp ứng mô-men phanh nhanh chóng trong vài phần nghìn giây.

3.2. Xây dựng thuật toán phân bổ lực phanh song song

Chiến lược phân bổ lực phanh song song chia tách nhu cầu giảm tốc dựa trên gia tốc phanh và trạng thái vận hành xe. Với cường độ phanh nhẹ (gia tốc dưới 0,15g), hệ thống ưu tiên toàn bộ lực hãm cho động cơ điện để tối đa hóa lượng điện tái nạp. Khi cường độ phanh gia tăng lên mức trung bình và cao, lực phanh thủy lực cơ khí lập tức can thiệp đồng thời trên cả hai cầu. Thuật toán tích hợp thêm hệ số hiệu chỉnh theo dung lượng pin SOC để giảm dần lực phanh điện khi pin chạm ngưỡng 90%. Nhờ đó, phương tiện dừng lại ổn định, không gây sốc giật và bảo vệ hệ thống lưu trữ điện.

IV. Đánh giá hiệu quả phanh tái sinh trên xe điện VinFast VF6

Kết quả mô phỏng trên Matlab Simulink khẳng định tính khả thi vượt trội của hệ thống phanh tái sinh trên xe điện VinFast VF6. Trong các chu trình vận hành đô thị với tần suất dừng đỗ liên tục, lượng điện năng thu hồi đạt từ 12% đến 18% tổng năng lượng tiêu hao. Trạng thái sạc SOC của cụm pin cao áp được cải thiện rõ rệt so với các kịch bản phanh cơ khí truyền thống thuần túy. Độ mài mòn của má phanh và đĩa phanh cơ khí giảm thiểu đáng kể, giúp kéo dài chu kỳ bảo dưỡng định kỳ cho xe. Bên cạnh lợi ích kinh tế, mô hình còn chứng minh sự ổn định vượt trội về động lực học thân xe khi phanh trên các hệ số bám đường khác nhau. Việc phối hợp mượt mà giữa mô-men điện từ và áp suất thủy lực giúp người lái kiểm soát phương tiện chuẩn xác. Nghiên cứu mô phỏng này đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thiện phần mềm điều khiển ECU cho các dòng xe điện thương mại. Đây là cơ sở khoa học đáng tin cậy để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng trên VinFast VF6.

4.1. Hiệu suất thu hồi năng lượng trong chu trình đô thị

Khi chạy thử nghiệm mô phỏng theo chu trình lái đô thị, xe liên tục tăng tốc và giảm tốc ở dải vận tốc thấp dưới 60 km/h. Động cơ điện phát huy tối đa vai trò máy phát điện nhờ các pha hãm xe đều đặn. Lượng động năng tích lũy chuyển đổi thành dòng nạp ổn định cho pin mà không gây tăng nhiệt độ đột ngột. Quãng đường vận hành thực tế của xe VinFast VF6 có thể kéo dài thêm khoảng 10% đến 15% trong điều kiện giao thông đông đúc. Đây là minh chứng cụ thể cho tiềm năng cải thiện hiệu suất năng lượng của hệ thống phanh tái sinh.

4.2. Khả năng ứng dụng thực tế trên bộ điều khiển xe

Mô hình Simulink cho phép trích xuất mã nguồn nhúng C/C++ tự động thông qua công cụ Simulink Coder. Mã nhúng này dễ dàng nạp trực tiếp vào bộ điều khiển trung tâm (VCU) hoặc hộp điều khiển phanh điện tử của xe. Quá trình kiểm nghiệm phần cứng trong vòng lặp (HIL) giúp phát hiện sớm các lỗi trễ tín hiệu hoặc quá áp trước khi lắp đặt lên xe thực tế. Giải pháp này giúp rút ngắn đáng kể thời gian hiệu chuẩn xe thương mại VinFast VF6 ngoài thực địa. Quy trình chuyển giao từ mô phỏng sang thực tế diễn ra thuận lợi, giảm thiểu chi phí và tăng độ tin cậy vận hành.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh an ninh năng lượng toàn cầu và ô nhiễm môi trường từ các phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng nghiêm trọng, ngành công nghiệp ô tô thế giới đang chuyển dịch mạnh mẽ sang phát triển các dòng xe điện chạy pin (Battery Electric Vehicle - BEV). Tại Việt Nam, xu hướng này được thúc đẩy bởi sự tiên phong của các nhà sản xuất nội địa như VinFast cùng với chính sách ưu đãi của chính phủ. Tuy nhiên, việc mở rộng phạm vi di chuyển và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của pin vẫn là một trong những thách thức kỹ thuật cốt lõi của xe điện.

Trong quá trình vận hành phương tiện, đặc biệt là trong điều kiện giao thông đô thị với mật độ dừng - khởi động liên tục, khoảng 62,5% động năng của xe bị tiêu tán dưới dạng nhiệt lượng do ma sát tại các cơ cấu phanh truyền thống. Hệ thống phanh tái sinh (Regenerative Braking System - RBS) được phát triển nhằm thu hồi phần động năng hao phí này, chuyển hóa thành điện năng thông qua máy phát điện và nạp ngược lại vào khối pin lưu trữ, từ đó cải thiện hiệu suất năng lượng tổng thể và kéo dài tuổi thọ của hệ thống phanh cơ khí.

Nhằm làm rõ cơ chế thu hồi năng lượng và kiểm chứng tính hiệu quả trên dòng xe thương mại tại Việt Nam, đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, mô phỏng hệ thống phanh tái sinh trên xe điện VinFast VF6 ứng dụng Matlab-Simulink" được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Đồ án được giao thực hiện với 4 nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:

1. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh tái sinh trên xe điện.
2. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh tái sinh trên phần mềm Matlab-Simulink.
3. Phân tích hệ thống: Phân tích đặc tính động lực học của xe điện; nghiên cứu các phương pháp điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM).
4. Thực hiện mô phỏng và đánh giá hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm: tổng hợp lý thuyết về phanh tái sinh và động cơ PMSM; thiết lập mô hình tính toán động lực học xe gắn với thông số của VinFast VF6; xây dựng các khối chức năng trên Matlab-Simulink (khối đầu vào, bộ điều khiển, pin, biến tần, động cơ PMSM); chạy mô phỏng trên các chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn nhằm phân tích điện áp, dòng điện, mô-men xoắn và trạng thái sạc của pin (SOC).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phanh tái sinh, động cơ điện PMSM và động lực học chuyển động của ô tô điện VinFast VF6.
• Phạm vi nội dung: Cơ cấu, nguyên lý làm việc, phân loại phanh tái sinh; xây dựng mô hình toán học và mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink.
• Phạm vi đánh giá: Khả năng thu hồi năng lượng và đáp ứng động lực học của hệ thống thông qua hai chu trình thử nghiệm lái xe tiêu chuẩn FTP-75 và NEDC.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Đồ án xây dựng cơ sở lý thuyết dựa trên các nguyên lý kỹ thuật cơ học và điện tử công suất chuyên ngành ô tô:

1. Động lực học tổng quát của xe điện: Tính toán cân bằng lực kéo và lực cản tác dụng lên phương tiện khi di chuyển trên đường thẳng theo phương trình:

$$F_k = F_f + F_w + F_i + F_j$$

Trong đó:

• $F_k$: Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động (phát sinh bởi động cơ điện) hoặc lực phanh tổng khi giảm tốc.
• $F_f$: Lực cản lăn giữa lốp xe và mặt đường, phụ thuộc vào tải trọng và hệ số cản lăn $f$.
• $F_w$: Lực cản không khí, xác định theo hệ số cản khí động học $C_d$, diện tích cản chính diện $A$ và bình phương vận tốc tương đối $v$.
• $F_i$: Lực cản dốc, phụ thuộc vào góc dốc của mặt đường $\alpha$.
• $F_j$: Lực cản quán tính khi xe tăng tốc hoặc giảm tốc, gắn liền với gia tốc $a$ và hệ số tính đến các khối lượng quay $\delta$.
• Điều kiện bám của bánh xe: Lực kéo hoặc lực phanh tiếp tuyến bị giới hạn bởi lực bám cực đại $F_{\varphi} = \varphi \cdot G_{\text{bx}}$ (với $\varphi$ là hệ số bám, $G_{\text{bx}}$ là tải trọng pháp tuyến tác dụng lên trục bánh xe).

2. Nguyên lý máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM): Động cơ PMSM đóng vai trò là động cơ truyền động khi tăng tốc và chuyển đổi thành máy phát điện xoay chiều 3 pha khi xe giảm tốc/phanh. Phương trình điện áp và mô-men điện từ của động cơ PMSM được mô tả trên hệ tọa độ quay rotor $d-q$ thông qua lực từ động (MMF) và sức điện động cảm ứng (EMF).
3. Mô hình pin và trạng thái nạp (SOC - State of Charge): Xác định quá trình nạp/xả năng lượng của pin đẳng nhiệt thông qua dòng điện tích phân theo thời gian, theo dõi sự thay đổi điện áp và dung lượng khả dụng trong suốt quá trình phanh tái sinh.
4. Phân loại hệ thống phanh tái sinh: Đồ án khảo sát và so sánh bốn dạng cấu trúc phanh tái sinh trong kỹ thuật giao thông vận tải:
   • Phanh tái sinh thủy lực: Chuyển động năng thành áp suất thủy lực lưu trữ trong bình tích áp (thường dùng cho xe tải nặng, xe buýt đô thị).
   • Phanh tái sinh lò xo: Lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng đàn hồi của lò xo cuộn, phối hợp hộp số vô cấp CVT.
   • Phanh tái sinh bánh đà: Lưu trữ năng lượng cơ học dưới dạng động năng quay của bánh đà đặt trong môi trường chân không.
   • Phanh tái sinh điện từ: Sử dụng chính động cơ điện của xe để biến đổi động năng thành điện năng nạp cho ắc quy/pin lưu trữ.

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp tổng hợp và phân tích lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu khoa học, giáo trình chuyên ngành kỹ thuật ô tô, các công trình nghiên cứu tiền nhiệm (như nghiên cứu của TS. Dương Tuấn Tùng về hiệu suất thu hồi năng lượng trên xe hybrid đạt từ 10,49% đến 24,44% và ứng dụng logic mờ để phân bổ lực phanh).
• Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Thiết lập hệ thống phương trình vi phân mô tả hệ thống cơ - điện, xây dựng sơ đồ khối mô phỏng chức năng trên nền tảng Matlab-Simulink, tích hợp các bộ điều khiển phản hồi PI, giải thuật điều chế độ rộng xung (PWM) và các khối vật lý tương đương.
• Nguồn dữ liệu: Số liệu kích thước hình học, công suất và mô-men xoắn trích xuất trực tiếp từ tài liệu kỹ thuật công bố của dòng xe ô tô điện VinFast VF6 phiên bản thương mại.

Thông số kỹ thuật xe VinFast VF6	Giá trị công bố	Đơn vị đo
Chiều dài tổng thể ($A$)	4238	mm
Chiều cao xe ($B$)	1594	mm
Chiều rộng có gương ($C$)	2090	mm
Chiều rộng không có gương ($D$)	1820	mm
Chiều dài cơ sở ($E$)	2730	mm
Khoảng sáng gầm xe không tải ($F$)	170	mm
Chiều rộng cơ sở ($G$)	1545	mm
Công suất cực đại (Bản Eco)	100	kW
Mô-men xoắn cực đại (Bản Eco)	135	Nm
Công suất cực đại (Bản Plus)	150	kW
Mô-men xoắn cực đại (Bản Plus)	310	Nm

Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật

Hệ thống mô phỏng phanh tái sinh trên phần mềm Matlab-Simulink được nhóm tác giả xây dựng thành một cấu trúc liên kết khép kín, bao gồm các hệ thống con (subsystem) tương tác trực tiếp với nhau:

[Khối chu trình lái FTP-75 / NEDC] 
[Bộ điều khiển động cơ & Điều khiển dòng (PI, Hall, PWM)]
[Mô hình động cơ PMSM (Trục d-q / Mapped Motor)]
[Mô hình Động lực học thân xe VinFast VF6]

Kiến trúc các khối chức năng chính trong Simulink

1. Khối đầu vào và chu trình thử nghiệm (Input Drive Cycle):

   • Đưa tín hiệu vận tốc yêu cầu theo thời gian từ hai chu trình lái tiêu chuẩn: FTP-75 (chu trình của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ EPA, mô phỏng lái xe đô thị với nhiều pha dừng/chạy ngắt quãng) và NEDC (New European Driving Cycle, gồm 4 chu trình ECE đô thị và 1 chu trình EUDC ngoài đô thị).
   • Khối tính toán sai lệch giữa vận tốc yêu cầu và vận tốc thực tế của xe để đưa ra yêu cầu mô-men kéo hoặc mô-men phanh.

2. Khối bộ điều khiển (Controller Subsystem):

   • Ứng dụng giải thuật điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI) với việc tối ưu hóa các thông số $P$ và $I$ để kiểm soát sai lệch vận tốc và mô-men.
   • Nhận tín hiệu vị trí rotor từ cảm biến Hall để xử lý logic đóng mở các khóa bán dẫn.
   • Mạch điều khiển dòng điện so sánh dòng điện thực tế với giá trị đặt, qua đó điều chỉnh hệ số điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) cung cấp cho bộ chuyển đổi.

3. Khối bộ biến tần (Inverter):

   • Xây dựng mạch cầu biến tần nguồn áp ba pha gồm 6 van bán dẫn công suất IGBT kết hợp diode ngược mắc song song.
   • Chức năng hai chiều: Ở chế độ kéo (motoring), biến tần chuyển đổi điện áp một chiều (DC) từ khối pin thành dòng xoay chiều 3 pha (AC) để cấp nguồn cho Stator động cơ; ở chế độ phanh tái sinh (braking/generating), bộ nghịch lưu đóng vai trò chỉnh lưu dòng điện xoay chiều do động cơ tạo ra thành điện một chiều để nạp vào pin.

4. Khối động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM Model):

   • Thiết lập mô hình toán học giải phương trình vi phân trên hệ trục $d-q$, đồng thời ứng dụng khối Mapped Motor trong Simulink để tính toán chính xác đặc tính tổn hao đồng, tổn hao sắt từ và mô-men hãm theo các thông số cấu tạo thực tế của rotor và stator.

5. Khối lưu trữ năng lượng pin (Battery & BMS Model):

   • Sử dụng mô hình pin đẳng nhiệt (Isothermal Battery Block) có xét đến nội trở, điện áp hở mạch và trạng thái sạc SOC. Khối BMS thực hiện nhiệm vụ giám sát giới hạn điện áp, dòng nạp cực đại nhằm ngăn chặn hiện tượng quá áp hoặc quá dòng làm tổn hại tuổi thọ của pin khi dòng nạp tái sinh tăng cao đột ngột.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương mở đầu tập trung trình bày bối cảnh phát triển của xe điện và tính tất yếu của việc ứng dụng hệ thống thu hồi năng lượng phanh. Tác giả phân tích các nghiên cứu trong nước và quốc tế, xác định các nhiệm vụ cần thực hiện trong đề tài. Nội dung chương tổng hợp chi tiết bảng thông số kích thước hình học ngoại thất (chiều dài 4238 mm, khoảng cách trục 2730 mm, vệt bánh 1545 mm) và thông số kỹ thuật động cơ điện trang bị trên hai phiên bản VinFast VF6 Eco (100 kW / 135 Nm) và VinFast VF6 Plus (150 kW / 310 Nm), làm căn cứ thông số chuẩn cho toàn bộ quá trình tính toán mô phỏng tiếp theo.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và thiết lập phương trình tính toán cho hệ thống

Chương 2 cung cấp hệ thống lý luận toàn diện về:

• Lịch sử hình thành và xu hướng chuyển đổi phương tiện xanh tại các thị trường trọng điểm (Trung Quốc, Châu Âu, Mỹ, Đông Nam Á và Việt Nam).
• Phân tích sự cấp thiết của phanh tái sinh: trích dẫn số liệu năng lượng mất đi do phanh trong chu trình đô thị lên tới 62,5%, tiềm năng tiết kiệm nhiên liệu đạt từ 10% đến 25%, và mức tiết kiệm năng lượng lý thuyết có thể đạt 23% đối với phương tiện có khối lượng 1.600 kg.
• Cấu tạo và nguyên lý của 4 hệ thống phanh tái sinh: thủy lực, lò xo, bánh đà và điện từ; trong đó phân tích chuyên sâu cấu tạo hệ thống RBS điện tử gồm động cơ điện, bộ biến đổi năng lượng, bộ điều khiển phanh và hệ thống quản lý pin BMS.
• Thiết lập hệ thống phương trình tính toán động lực học xe: lực kéo tiếp tuyến, lực bám của bánh xe chủ động, các thành phần lực cản ngoại cảnh (cản lăn, cản khí, cản dốc, cản quán tính), điều kiện chuyển động ổn định của ô tô, phương trình hao tổn năng lượng pin và cơ chế hoạt động của bộ chuyển đổi điện lực.

Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh tái sinh bằng Matlab Simulink

Trọng tâm kỹ thuật của đề tài được triển khai chi tiết trong Chương 3:

• Phân tích nguyên lý làm việc và cấu tạo của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Stator, Rotor có nam châm vĩnh cửu bên trong IPM, lực từ động MMF, sức điện động cảm ứng EMF).
• Cơ chế đo lường vị trí góc quay rotor bằng hệ cảm biến Hall và nguyên lý điều khiển vector FOC, kỹ thuật điều khiển điện áp bằng xung PWM.
• Khái quát thông số và đặc tuyến vận tốc - thời gian của hai chu trình thực nghiệm tiêu chuẩn FTP-75 và NEDC.
• Xây dựng từng khối mô phỏng vật lý trên giao diện Simulink: khối tín hiệu vận tốc đầu vào, khối hàm truyền tính toán lực kéo và mô-men cần thiết, khối bộ điều khiển PI, khối mạch lực bộ biến tần 6 xung IGBT, mô hình pin đẳng nhiệt và mô hình động cơ PMSM trên hệ trục tọa độ $d-q$.

Chương 4: Kết quả mô phỏng và nhận xét

Chương này công bố và phân tích các đồ thị trích xuất từ phần mềm Matlab-Simulink sau khi chạy mô phỏng hoàn chỉnh hệ thống trên hai chu trình:

• Chu trình FTP-75: Đồ thị biểu diễn mức độ bám sát giữa vận tốc đáp ứng của mô hình xe với vận tốc yêu cầu; lát cắt chi tiết trong giai đoạn 25 - 55 giây chứng minh hệ thống phản hồi chính xác; đồ thị mô-men xoắn đầu vào và mô-men động cơ theo thời gian thực (xuất hiện các vùng mô-men âm khi phanh); đồ thị theo dõi điện áp, dòng điện nạp ngược và sự biến thiên trạng thái nạp SOC của pin.
• Chu trình NEDC: Đồ thị vận tốc yêu cầu và đáp ứng; lát cắt chi tiết giai đoạn 45 - 90 giây; đồ thị mô-men kéo/phanh của xe; đồ thị giám sát sự thay đổi dung lượng pin SOC trong các pha tăng tốc, duy trì tốc độ không đổi (Constant Velocity) và giảm tốc độ.
• Nhận xét tổng hợp: Đối chiếu hiệu quả tái sinh năng lượng, đánh giá tính ổn định của mạch điều khiển dòng và điện áp, kiểm chứng hiện tượng nạp năng lượng vào pin mà không xảy ra sụt áp hoặc quá tải dòng điện.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính từ mô phỏng

Dựa trên dữ liệu mô phỏng thu được trên phần mềm Matlab-Simulink, đồ án ghi nhận các kết quả kỹ thuật:

• Tính chính xác của mô hình động lực học: Vận tốc đáp ứng của mô hình mô phỏng xe VinFast VF6 bám sát đặc tuyến vận tốc tiêu chuẩn trong cả hai chu trình FTP-75 và NEDC. Ở các giai đoạn chuyển tiếp giữa tăng tốc và giảm tốc (như đoạn lát cắt 25 - 55s của FTP-75 và 45 - 90s của NEDC), hệ số trễ động học ở mức thấp.
• Khả năng đảo chiều mô-men và tạo dòng tái sinh: Khi người lái tác động lên bàn đạp phanh hoặc nhả bàn đạp ga, khối điều khiển đã xuất tín hiệu đảo chiều mô-men động cơ sang giá trị âm ($T_e < 0$), kích hoạt chế độ máy phát của động cơ PMSM.
• Hiệu quả thu hồi năng lượng vào pin: Biểu đồ trạng thái pin theo thời gian thực cho thấy đường đặc tính SOC tăng lên rõ rệt tại các thời điểm xe phanh giảm tốc. Dòng điện nạp trả về pin được duy trì trong giới hạn an toàn dưới sự điều tiết của bộ biến tần IGBT và mạch điều khiển dòng PI.

Chu trình thử nghiệm	Đặc trưng vận hành mô phỏng	Phản hồi của hệ thống mô phỏng	Trạng thái pin (SOC)
FTP-75	Tốc độ thay đổi liên tục, nhiều pha dừng đỗ ngắt quãng ngắn (đặc thù đô thị)	Mô-men phanh âm xuất hiện với tần suất dày đặc; hệ thống cảm biến Hall và PWM phản hồi linh hoạt	SOC có nhiều chu kỳ tăng nhỏ, ngắt quãng; dung lượng thu hồi tích lũy tốt sau mỗi pha dừng
NEDC	Gồm 4 chu kỳ đô thị lặp lại và 1 chu kỳ ngoại đô thị tốc độ cao ổn định	Mô-men phanh âm xuất hiện đều đặn theo chu kỳ đô thị và kéo dài tại pha giảm tốc cuối chu trình	SOC tăng ổn định và có bước nhảy dung lượng lớn ở pha phanh giảm tốc từ vận tốc cao

Đóng góp của đề tài

• Xây dựng thành công mô hình mô phỏng hoàn chỉnh cho hệ thống phanh tái sinh tích hợp động cơ PMSM áp dụng riêng cho thông số kỹ thuật thực tế của dòng xe VinFast VF6 trên nền tảng công cụ Matlab-Simulink.
• Cung cấp mô hình toán học giải thích chi tiết mối quan hệ giữa các lực cản chuyển động tổng quát, chế độ làm việc của máy điện xoay chiều và sự biến thiên dung lượng pin khi tái sinh năng lượng.
• Làm sáng tỏ đặc tính thu hồi năng lượng trong hai điều kiện lái xe điển hình (chu trình FTP-75 đại diện cho điều kiện lái đô thị phức tạp và chu trình NEDC đại diện cho hỗn hợp đô thị - cao tốc).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

• Mô hình được xây dựng và kiểm chứng hoàn toàn trong môi trường phần mềm mô phỏng Matlab-Simulink, chưa được đối chiếu trực tiếp với dữ liệu đo đạc thực nghiệm trên xe VinFast VF6 thực tế chạy trên đường thử hoặc bệ thử Dyno.
• Đồ án chưa khảo sát sâu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường khắc nghiệt và quá trình suy thoái nhiệt bên trong tế bào pin (cell) đối với hiệu suất nạp của hệ thống phanh tái sinh dài hạn.
• Cơ cấu phối hợp lực phanh giữa phanh điện từ và hệ thống phanh ma sát thủy lực cơ khí (ABS/ESC) chưa được tối ưu hóa bằng các giải thuật điều khiển phân bổ lực phanh phi tuyến hiện đại.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Nghiên cứu ứng dụng các thuật toán điều khiển hiện đại như điều khiển logic mờ (Fuzzy Logic Control) hoặc giải thuật mạng nơ-ron để tối ưu hóa tỷ lệ phân bổ lực phanh giữa phanh tái sinh và phanh cơ khí, vừa bảo đảm an toàn phanh vừa tối đa hóa năng lượng thu hồi.
• Triển khai mô hình kiểm nghiệm bán tự nhiên thông qua hệ thống phần cứng trong vòng lặp (Hardware-in-the-Loop - HIL), kết nối bộ điều khiển động cơ thực tế với mô hình xe ảo trong Simulink.
• Mở rộng nghiên cứu khả năng tái sinh năng lượng trên hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD) và kết hợp hệ thống phanh tay điện tử (EPB).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

• Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa: Cung cấp phương pháp luận chi tiết về mô hình hóa hệ thống động lực xe điện, phương pháp điều khiển động cơ PMSM bằng cảm biến Hall và biến tần IGBT.
• Người làm nghiên cứu, luận văn về xe điện và năng lượng xanh: Cung cấp tài liệu tham khảo về việc thiết lập các chu trình lái tiêu chuẩn FTP-75, NEDC trong Matlab-Simulink và cách thức kết nối các khối chức năng vật lý.
• Phần đáng chú ý nhất: Chương 2 (các phương trình động lực học tổng quát và phân loại RBS) cùng với Chương 3 (sơ đồ kết nối chi tiết từng khối chức năng bên trong bộ điều khiển, khối pin đẳng nhiệt và động cơ PMSM).

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án sử dụng thông số kỹ thuật của dòng xe nào để xây dựng mô hình tính toán?

Đồ án sử dụng thông số kỹ thuật thực tế của mẫu ô tô điện VinFast VF6 do hãng xe Việt Nam sản xuất. Cụ thể, các thông số ngoại thất được đưa vào mô hình gồm: chiều dài 4238 mm, chiều cao 1594 mm, chiều rộng 1820 mm (không gương) và 2090 mm (có gương), chiều dài cơ sở 2730 mm, khoảng sáng gầm 170 mm và chiều rộng cơ sở 1545 mm. Động cơ điện PMSM trên phiên bản VF6 Eco có công suất 100 kW, mô-men xoắn 135 Nm; phiên bản VF6 Plus có công suất 150 kW, mô-men xoắn cực đại 310 Nm.

2. Nguyên lý chuyển đổi năng lượng trong hệ thống phanh tái sinh của xe VinFast VF6 được đồ án thiết lập như thế nào?

Khi người lái giảm tốc hoặc đạp phanh, bộ điều khiển trung tâm phát tín hiệu chuyển đổi chế độ làm việc của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) từ chế độ động cơ kéo sang chế độ máy phát điện. Lúc này, quán tính chuyển động của thân xe làm quay rotor động cơ, tạo ra lực điện động ngược chiều chuyển động để tạo mô-men hãm xe, đồng thời sinh ra dòng điện xoay chiều 3 pha. Dòng điện này đi qua bộ biến tần 6 xung IGBT để chỉnh lưu thành dòng điện một chiều nạp ngược lại vào khối pin, giúp tăng giá trị trạng thái nạp SOC.

3. Đồ án lựa chọn những chu trình lái nào để đánh giá hiệu suất của mô hình và mục đích là gì?

Tác giả lựa chọn hai chu trình kiểm tra tiêu chuẩn quốc tế:

• Chu trình FTP-75: Chu trình của Mỹ mô phỏng chế độ lái xe trong đô thị với nhiều pha dừng - chạy ngắt quãng liên tục, dùng để kiểm chứng khả năng thu hồi năng lượng từ các đợt phanh lặp lại với tần suất cao.
• Chu trình NEDC: Chu trình tiêu chuẩn châu Âu gồm các pha chạy đô thị (ECE) và pha chạy đường trường tốc độ cao (EUDC), dùng để kiểm chứng khả năng bám tốc độ, độ ổn định của dòng điện và mức tăng SOC ở các dải vận tốc khác nhau.

4. Vì sao hệ thống phanh tái sinh không thể thay thế hoàn toàn hệ thống phanh ma sát truyền thống?

Theo phân tích trong đồ án, phanh tái sinh không thể thay thế hoàn toàn phanh cơ khí do các giới hạn kỹ thuật:

• Khả năng thu hồi năng lượng bị khống chế bởi tốc độ sạc tối đa của mạch điện tử và ngưỡng dung lượng nạp an toàn của pin (tránh quá tải dòng và quá nhiệt).
• Phanh tái sinh chỉ tác dụng lên các trục bánh xe chủ động được kết nối với động cơ điện, không thể phân bổ lực phanh tối ưu trên tất cả các bánh xe nếu không phải hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian.
• Ở dải vận tốc rất thấp (gần dừng hẳn) hoặc trong các tình huống phanh khẩn cấp đòi hỏi gia tốc chậm dần lớn, mô-men hãm tái sinh không đủ đáp ứng, do đó hệ thống phanh ma sát thủy lực vẫn bắt buộc phải đóng vai trò dự phòng và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho xe.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Lê Đức Anh và Hồ Phi Rin đã hoàn thành việc mô hình hóa và mô phỏng hệ thống phanh tái sinh trên dòng xe điện VinFast VF6 bằng phần mềm Matlab-Simulink. Nghiên cứu đã thiết lập cơ sở lý thuyết động lực học ô tô, xây dựng hoàn chỉnh mô hình tương tác giữa bộ điều khiển, bộ biến tần IGBT, động cơ PMSM và khối pin lưu trữ. Kết quả thử nghiệm trên hai chu trình chuẩn FTP-75 và NEDC chứng minh hệ thống phản hồi động lực học chính xác, tạo mô-men hãm ổn định và thực hiện thu hồi điện năng hiệu quả nạp về pin. Đây là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo tốt cho sinh viên và kỹ sư nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển năng lượng trên các dòng ô tô điện hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Ngày nay, năng lượng đang là vấn đề nhức nhối toàn cầu, vì vậy chủ đề về ô nhiễm môi trường và chiến dịch “Quả cầu xanh” ngày càng được thúc đẩy mạnh. Những vấn đề này đã dẫn đến cuộc bùng nổ về giải pháp hữu hiệu và ứng dụng to lớn mà nó đem lại. Xe điện đang dẫn đầu về mục tiêu hướng đến một xã hội hiện đại và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên việc sử dụng năng lượng điện sẽ đối mặt với rất nhiều thách thức, chính vì vậy nghiên cứu phanh tái sinh đã được ra đời nhằm tận dụng nguồn năng lượng hao phí để chuyển hóa thành năng lượng điện.

Trong quá trình phanh, hệ thống phanh tái sinh sẽ chuyển hóa năng lượng động năng mà sẽ bị mất mát do ma sát thành điện năng. Từ đó có thể tận dụng lại nguồn năng lượng này một cách hiệu quả. Tại Việt Nam, hãng xe tiên phong đi đầu về công nghệ xe điện là Vinfast đã có những ứng dụng về công nghệ phanh tái sinh trên các mẫu xe điện. Sau khi nghiên cứu của những đề tài về xe điện trong và ngoài nước thì chúng em quyết định lựa chọn thực hiện nghiên cứu sâu hơn về đề tài này.

Theo tác giả Tiến sĩ Dương Tuấn Tùng Hệ thống phanh tái sinh đã đóng góp quan trọng vào việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng của các phương tiện giao thông. Nghiên cứu đã mô phỏng hệ thống phanh tái sinh dựa trên chu trình lái xe thực tế, cho thấy khả năng thu hồi năng lượng từ phanh trên các tuyến đường khác nhau. Nghiên cứu chỉ ra rằng xe hybrid có thể cải thiện hiệu suất thu hồi năng lượng từ 10,49% đến 24,44%. Ngoài ra, việc ứng dụng logic mờ trong điều khiển năng lượng phanh giúp tối ưu hóa sự phối hợp giữa phanh cơ khí và phanh điện, nâng cao hiệu quả của hệ thống phanh tái sinh.

Các nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất năng lượng mà còn giảm thiểu tác động môi trường của phương tiện giao thông.[1] xiv Để tìm hiểu chuyên sâu và nghiên cứu về Hệ thống phanh tái sinh trên xe điện, chúng em đã lựa chọn thực hiện đề tài “ Nghiên cứu mô phỏng hệ thống phanh tái sinh trên xe điện Vinfast VF6 ứng dụng MatLab- Simulink ” làm nội dung đồ án tốt nghiệp. Trong đồ án này, hệ thống phanh tái sinh trên xe điện Vinfast được mô phỏng trên phần mềm MatLab-Simulink từ đó có thể nhận xét các tiêu chí đánh giá năng lượng phanh tái sinh, nguyên lí làm việc của phanh tái sinh và các thuật toán điều khiển.2 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh tái sinh trên xe điện, Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống phanh tái sinh. Nghiên cứu đặc điểm và thông số kỹ thuật của xe điện Vinfast VF6, đặc biệt là hệ thống động cơ PMSM. - Xây dựng mô hình mô phỏng: Thiết kế mô hình mô phỏng hệ thống phanh tái sinh trên phần mềm chuyên dụng.

Xây dựng thuật toán chuyển đổi năng lượng từ động năng sang điện năng trong quá trình phanh. Tích hợp các yếu tố động lực học của xe điện vào mô hình. - Phân tích và tối ưu hóa hệ thống: Phân tích đặc tính động lực học của xe điện khi áp dụng hệ thống phanh tái sinh. Nghiên cứu các phương pháp điều khiển động cơ PMSM để tối ưu hóa hiệu suất phanh tái sinh.

Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện vận hành (tải trọng, tốc độ, địa hình) đến hiệu quả phanh tái sinh. - Thực hiện mô phỏng để đánh giá hiệu suất hệ thống trong các điều kiện vận hành khác nhau. - Báo cáo kết quả nghiên cứu: Phân tích và tổng hợp các kết quả đạt được từ mô phỏng. Đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu suất hệ thống phanh tái sinh cho xe điện Vinfast VF6.3 Phạm vi nghiên cứu - Kết cấu, nguyên lý hoạt động, phân loại hệ thống phanh tái sinh trên xe điện Vinfast VF6 xv - Phương pháp tính toán, mô phỏng hệ thống phanh tái sinh trên xe điện Vinfast VF6 - Đánh giá quá trình thu hồi năng lượng của mô hình mô phỏng.4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu khoa học và sách báo chuyên ngành - Mô phỏng, tính toán bằng phần mềm MatLab-Simulink - Tìm hiểu thông tin, kiến thức mở trên Internet 1.2 Thông số kĩ thuật của xe Hình 2.

1 Thông số xe ô tô điện Vinfast VF6 [6] Bảng 2.1: Thông số ngoại thất xe điện Vinfast VF6 [6] Mô tả Kích thước (mm) Chiều dài xe (A) 4238 Chiều cao xe (B) 1594 Chiều rộng có gương (C) 2090 Chiều rộng không gương(D) 1820 Khoảng cách trục(E) 2730 Khoảng cách gầm sáng xe ( không tải) (F) 170 Chiều rộng cơ sở (G) 1545 xvi Bảng 1.2: Thông số Motor điện Vinfast VF6 [6] Mô tả VF6 Eco VF6 Plus Công Suất (kW) 100 150 Mômen xoắn cực đại (Nm) 135 310 xvii CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG 2.1 Tổng quan về xe điện 2.1 Khái quát về quá trình phát triển xe điện Xe điện (Electric Vehicle - EV) có một lịch sử phát triển dài, bắt nguồn từ cuối thế kỷ 19 và trải qua nhiều giai đoạn. Nhưng thực sự phổ biến và thu hút sự chú ý mạnh mẽ từ thế kỷ 21, nhưng ý tưởng về xe điện đã xuất hiện từ những năm 1800. [1] Sự phát triển này phản ánh không chỉ là nhu cầu di chuyển mà còn là xu hướng chung của thế giới hướng đến một tương lai bền vững hơn. Vào khoảng năm 1828, nhà phát minh người Hungary Ányos Jedlik được cho là người đầu tiên phát triển động cơ điện thô sơ có thể vận hành một thiết bị di chuyển.

Cùng thời điểm đó, nhiều nhà khoa học và kỹ sư từ các quốc gia khác nhau, như Scotland và Hà Lan, cũng tiến hành các thử nghiệm với nguyên lý tương tự. Đến năm 1834, Thomas Davenport, một nhà phát minh người Mỹ, đã chế tạo một mô hình tàu điện sử dụng điện từ. Tiếp theo đó là những tiến bộ trong thiết kế ắc quy và động cơ, và vào khoảng năm 1880-1890, một số xe điện đã xuất hiện ở Anh và Mỹ, chủ yếu sử dụng cho mục đích công cộng, chẳng hạn như xe buýt điện. [2] Giai đoạn đầu thế kỷ 20, xe điện phát triển mạnh mẽ, nhất là tại Mỹ.

Vào khoảng năm 1900, khoảng 28% xe cộ ở Mỹ là xe điện. Xe điện khi đó được xem là tiện nghi hơn so với xe hơi chạy xăng, vì không cần phải khởi động bằng tay và không phát thải khói độc hại. Tuy nhiên, từ năm 1910 trở đi, với sự phát minh ra động cơ đốt trong được cải tiến và phát minh của hệ thống khởi động tự động, xe hơi chạy xăng trở nên phổ biến và rẻ hơn, dẫn đến sự suy giảm của xe điện. Đến giữa thế kỷ 20, xe điện gần như biến mất hoàn toàn khỏi thị trường.

[3] Sự trở lại của xe điện chỉ thực sự được thúc đẩy từ những năm 1970, khi cuộc khủng hoảng dầu mỏ khiến nhiều quốc gia phải xem xét các phương án thay thế nhiên liệu. Cùng lúc đó, nhận thức về vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, khiến 1 các chính phủ và doanh nghiệp quan tâm đến phát triển các loại phương tiện không khí thải. Tuy nhiên, công nghệ ắc quy vào thời kỳ này vẫn còn hạn chế, giá thành cao và thời gian sạc dài, gây trở ngại lớn cho sự phát triển của xe điện. Bước ngoặt của xe điện xuất hiện từ những năm 2000 với sự tiến bộ trong công nghệ pin lithium-ion, giúp tăng dung lượng lưu trữ năng lượng và giảm trọng lượng pin, từ đó cải thiện tầm hoạt động của xe.

Tesla Motors, với việc ra mắt mẫu xe Tesla Roadster vào năm 2008, đã trở thành biểu tượng của sự phục hưng của xe điện. Những năm sau đó, nhiều nhà sản xuất xe hơi lớn như Nissan, Chevrolet và BMW cũng gia nhập thị trường xe điện, với các mẫu xe như Nissan Leaf, Chevrolet Volt và BMW i3. Sự cạnh tranh này đã giúp giá thành xe điện giảm xuống và giúp công chúng tiếp cận dễ dàng hơn. [3] Đến năm 2020, sự phát triển của xe điện đã trở nên bùng nổ, nhờ vào việc nhiều quốc gia ban hành các chính sách khuyến khích giảm khí thải và mục tiêu phát triển xanh.

Nhiều quốc gia và thành phố lớn đã cam kết loại bỏ hoàn toàn xe hơi chạy xăng và diesel vào khoảng năm 2030-2040. Các cải tiến trong công nghệ pin và hệ thống sạc nhanh cũng giúp giải quyết các hạn chế của xe điện, khiến chúng trở thành lựa chọn thực tế cho việc di chuyển hàng ngày. [4] Nhìn chung, quá trình phát triển xe điện là một chuỗi những giai đoạn thăng trầm, chịu ảnh hưởng của tiến bộ khoa học và các yếu tố chính trị, kinh tế, môi trường. Xe điện ngày nay đang dần trở thành nền tảng của ngành công nghiệp ô tô và được kỳ vọng sẽ là xu hướng chủ đạo trong tương lai.2 Xu hướng phát triển xe điện ở các khu vực trên thế giới Theo báo cáo mới nhất từ Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), tổng số lượng xe điện trên toàn cầu đã có sự gia tăng đáng kể từ con số gần như bằng 0 vào năm 2010 lên đến hơn 16 triệu xe vào năm 2021.

Sự tăng trưởng ấn tượng này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong xu hướng chuyển đổi sang các phương tiện di chuyển thân thiện với môi trường. Trong số các loại xe điện, xe chạy hoàn toàn bằng điện 2 (Battery Electric Vehicle - BEV) chiếm tỷ lệ lớn nhất. Khác với các loại xe điện lai hoặc xe plug-in hybrid, xe BEV không có động cơ đốt trong mà hoạt động hoàn toàn nhờ năng lượng điện từ pin, nhờ đó không thải ra khí CO₂ trong quá trình sử dụng. Đây là yếu tố giúp BEV nhận được sự quan tâm lớn từ các chính phủ và nhà sản xuất, đặc biệt khi nhiều quốc gia đang đặt ra các mục tiêu nghiêm ngặt nhằm giảm phát thải khí nhà kính và ngăn chặn biến đổi khí hậu.

Sự phổ biến của BEV không chỉ thúc đẩy tăng trưởng của ngành công nghiệp xe điện mà còn tạo điều kiện để các công ty đầu tư nhiều hơn vào công nghệ pin, cơ sở hạ tầng sạc, và các chính sách hỗ trợ nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng đối với phương tiện di chuyển bền vững. 1: Lượng xe điện toàn cầu (giai đoạn 2010-2021). [2] Từ dữ liệu kinh doanh, có thể thấy doanh số bán xe điện toàn cầu đang tăng trưởng mạnh mẽ.