Nghiên cứu, mô phỏng hệ thống pin cao áp trên xe điện Renault Zoe 2020

Đồ án nghiên cứu mô phỏng hệ thống pin cao áp trên xe điện Renault Zoe 2020 ĐH SPKT TPHCM

• Tác giả: Hồ Minh Tuấn
• 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
• Đề tài: Nghiên cứu, mô phỏng hệ thống pin cao áp trên xe điện Renault Zoe 2020
• 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 pin cao áp xe điện Renault Zoe 2020

Renault Zoe 2020 là dòng ô tô điện đô thị nổi bật tại thị trường châu Âu. Xe sử dụng hệ thống pin lực điện áp 400V có dung lượng khả dụng đạt 52 kWh. Khối pin này cung cấp nguồn năng lượng chính cho động cơ truyền lực và hệ thống phụ trợ cao áp. Cấu trúc tổng thể bao gồm các mô-đun pin lithium-ion ghép nối tiếp và song song để đạt điện áp danh định cùng dung lượng yêu cầu. Bên cạnh đó, xe vẫn duy trì ắc quy chì 12V truyền thống. Nguồn điện 12V này vận hành hệ thống đèn, gạt nước, giải trí và kích hoạt các rơ le an toàn. Bộ điều khiển xe EVC đóng vai trò trung tâm trong việc phối hợp các hệ thống con. EVC giao tiếp liên tục với bộ quản lý pin BMS thông qua mạng CAN tốc độ cao. Sự phối hợp này đảm bảo quá trình truyền năng lượng luôn ổn định. Toàn bộ khối pin được bảo vệ bằng lớp vỏ hợp kim nhôm kín nước và chống va đập. Thiết kế này giúp tối ưu hóa trọng tâm xe, nâng cao khả năng cân bằng khi vận hành trên đường.

1.1. Cấu trúc mô đun pin và kiến trúc điện áp 400V

Hệ thống pin Renault Zoe 2020 tổ chức các cell pin thành từng mô-đun độc lập. Các mô-đun kết nối liên tiếp tạo thành chuỗi mạch 400V danh định. Điện áp cao hỗ trợ truyền tải công suất lớn mà không làm tăng tiết diện dây dẫn. Thiết kế này giúp hạn chế tổn hao nhiệt theo định luật Joule trong suốt hành trình. Mỗi cell pin sở hữu mật độ năng lượng cao, đáp ứng phạm vi di chuyển dài trong đô thị. Cấu trúc khung đỡ pin chế tạo từ vật liệu chịu lực cao cấp. Vỏ bọc kín đạt tiêu chuẩn chống nước thâm nhập IP67. Khối pin phân bố đồng đều dưới sàn xe nhằm hạ thấp trọng tâm phương tiện. Điều này cải thiện đáng kể độ bám đường khi vào cua gắt.

1.2. Vai trò của bộ quản lý pin BMS và bộ điều khiển EVC

Hệ thống quản lý pin BMS lắp đặt ngay bên trong khối vỏ pin cao áp. Bộ phận này thực hiện việc đo đạc điện áp từng cell và dòng nạp xả liên tục. BMS đồng thời giám sát cảm biến nhiệt độ phân bố trên các tấm cell. Mục tiêu nhằm ngăn chặn hiện tượng quá nhiệt gây cháy nổ pin. Song song đó, hộp điều khiển xe EVC đặt tại khoang động cơ giữ vai trò điều phối tổng. EVC xử lý yêu cầu mô-men xoắn từ bàn đạp ga và phát lệnh đóng mở relay cao áp. Hai bộ điều khiển trao đổi dữ liệu liên tục qua mạng truyền thông CAN-bus. Mọi thông số dòng điện bất thường đều được xử lý tức thời để bảo vệ hệ thống.

II. Phân tích thông số hệ thống pin cao áp xe điện Renault Zoe 2020

Quá trình vận hành pin cao áp luôn chịu tác động bởi chu trình nạp và xả dòng điện liên tục. Việc phân tích dữ liệu thực tế bằng thiết bị chẩn đoán Autel cho thấy rõ sự thay đổi thông số động học. Khi tiếp nhận dòng sạc nhanh DC, nhiệt độ pin tăng cao nhanh chóng nếu không giải nhiệt kịp thời. Đồng thời, trở kháng nội của từng cell pin có sự biến thiên nhẹ sau nhiều chu kỳ hoạt động. Tình trạng mất cân bằng điện áp giữa các mô-đun pin có thể dẫn đến suy giảm dung lượng tổng thể. Mức độ suy thoái pin diễn ra nhanh hơn khi xe vận hành ở nhiệt độ môi trường khắc nghiệt. Hiện tượng quá dòng tức thời trong lúc tăng tốc đột ngột cũng gây áp lực lớn lên các rơ le tiếp điểm. Hơn nữa, việc duy trì điện áp cao tiềm ẩn nguy cơ phóng điện hồ quang nguy hiểm. Nếu các mạch đo lường gặp sự cố sai lệch tín hiệu, hệ thống giám sát dễ đưa ra cảnh báo lỗi giả. Do đó, việc thu thập dữ liệu sạc xả đóng vai trò then chốt trong công tác đánh giá sức khỏe bộ pin.

2.1. Phân tích dữ liệu thực tế bằng thiết bị chẩn đoán Autel

Thiết bị chẩn đoán Autel trích xuất thông số hoạt động của pin Renault Zoe thông qua cổng OBD-II. Các giá trị điện áp từng cell, nhiệt độ lõi và dòng sạc được ghi nhận với tần số cao. Dữ liệu cho thấy dòng điện sạc giảm dần khi trạng thái sạc SOC đạt trên 80%. Điều này phản ánh chiến lược bảo vệ tuổi thọ cell pin của nhà sản xuất. Nhiệt độ các khối cell luôn được duy trì dưới ngưỡng giới hạn cho phép nhờ quạt làm mát. Thiết bị Autel hỗ trợ phát hiện các mã lỗi liên quan đến điện trở cách điện hoặc lệch áp. Việc theo dõi biểu đồ nạp thực nghiệm cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác mô hình hóa.

2.2. Vấn đề an toàn mạch cao áp và cơ chế ngắt Service Clutch

Hệ thống pin 400V luôn tiềm ẩn rủi ro ngắn mạch và phóng điện nghiêm trọng. Công tắc ngắt mạch Service Clutch 2287 giữ vị trí trung gian giữa hai cực pin. Khóa an toàn này cho phép cô lập điện áp cao khi nhân viên bảo dưỡng thực hiện sửa chữa. Trong điều kiện vận hành, rơ le chính Main Relay đảm nhiệm việc cấp điện tới biến tần. Tuy nhiên, nếu đóng mạch đột ngột, dòng xung kích lớn có thể phá hỏng tụ điện nguồn. Mạch tiền sạc Precharge được trang bị để hạn chế dòng nạp ban đầu thông qua điện trở công suất. Khi xảy ra sự cố quá dòng hay nhiệt độ vượt ngưỡng, BMS lập tức ngắt tiếp điểm Service Clutch nhằm bảo toàn tính mạng người lái.

III. Giải pháp mô phỏng hệ thống pin cao áp xe điện Renault Zoe 2020

Phương pháp mô hình hóa trên môi trường MATLAB/Simulink đem lại giải pháp nghiên cứu tối ưu cho cụm pin cao áp. Mô hình toán học mô phỏng chính xác đặc tính điện hóa và nhiệt động của các cell pin. Các thông số điện trở trong, dung lượng tức thời và điện áp mạch hở OCV được tham số hóa từ dữ liệu đo thực nghiệm. Phần mềm tính toán sự suy giảm trạng thái nạp SOC dựa trên phương pháp đếm Coulomb kết hợp lọc Kalman. Mạch rơ le tiền sạc và rơ le chính được thiết kế đồng bộ bằng các khối chuyển mạch logic. Điều này giúp kiểm soát chặt chẽ dòng khởi động nạp vào tụ liên kết DC. Ngoài ra, khối giải thuật điều khiển mô phỏng chính xác thuật toán ngắt của bộ BMS khi xuất hiện trạng thái quá tải nhiệt. Việc tinh chỉnh các thông số trong mô hình cho phép dự đoán phản ứng của pin dưới nhiều chu trình lái khác nhau. Kết quả mô phỏng giúp kiểm chứng tính an toàn mà không cần can thiệp phá hủy phần cứng đắt tiền.

3.1. Xây dựng mô hình mạch tương đương trên MATLAB Simulink

Mô hình mạch tương đương Thevenin bậc 1 hoặc bậc 2 được áp dụng phổ biến trên MATLAB/Simulink. Cấu trúc mô hình tích hợp nguồn điện áp mạch hở nối tiếp điện trở ohm nội tại. Các nhánh điện trở song song tụ điện RC đại diện cho hiệu ứng phân cực điện hóa. Thông số phần tử được nhận dạng trực tiếp qua các bước xung dòng thực tế. Khối mô phỏng tính toán liên tục sự sụt áp tại hai đầu cực trong quá trình phóng dòng công suất cao. Đường đặc tính nạp xả mô phỏng bám sát độ dốc thực nghiệm từ thiết bị đo Autel. Mức độ sai lệch điện áp danh định giữa mô hình và thực tế luôn dưới 3%.

3.2. Thuật toán mô phỏng trạng thái sạc SOC và điều khiển rơ le

Thuật toán ước lượng trạng thái sạc SOC được lập trình trong khối chức năng nhúng Simulink. Phương pháp tích phân dòng điện kết hợp bảng tra cứu điện áp hở mang lại kết quả ước lượng tin cậy. Khối logic điều khiển xác lập trình tự kích hoạt rơ le tiền sạc Precharge trước khi đóng rơ le chính. Giải pháp này triệt tiêu dòng quá độ nạp vào tụ điện một chiều của biến tần. Khi nhận tín hiệu báo động quá nhiệt hoặc điện áp cell vượt ngưỡng, thuật toán lập tức phát lệnh ngắt mạch. Các công tắc chuyển mạch ảo ngắt kết nối tải trong thời gian tính bằng mili giây. Cơ chế mô phỏng phản ánh chính xác hành vi bảo vệ của hệ thống thực tế.

IV. Ứng dụng mô phỏng hệ thống pin cao áp xe điện Renault Zoe 2020

Kết quả nghiên cứu và mô phỏng hệ thống pin Renault Zoe 2020 mang lại giá trị thực tiễn to lớn trong đào tạo kỹ thuật ô tô điện. Mô hình toán học cung cấp nền tảng trực quan để phân tích quá trình chuyển hóa năng lượng mà không gây nguy hiểm điện giật. Người học dễ dàng quan sát động thái dòng điện, điện áp và nhiệt độ khi thay đổi chu kỳ vận hành. Bên cạnh giáo dục, mô hình hỗ trợ các kỹ sư xưởng dịch vụ chẩn đoán nhanh các pan bệnh liên quan đến hệ thống quản lý pin BMS. Việc phân tích trước trên máy tính giúp rút ngắn thời gian xử lý sự cố rơ le precharge hay lệch áp mô-đun. Ngoài ra, giải thuật điều khiển mô phỏng còn ứng dụng trực tiếp vào nghiên cứu thiết kế hệ thống pin xe điện thế hệ mới. Nền tảng này mở ra hướng phát triển các trạm sạc thông minh có khả năng tương thích cao với dòng xe Zoe. Nhìn chung, mô phỏng số hóa là bước đệm then chốt thúc đẩy ngành công nghệ xe điện phát triển an toàn và bền vững.

4.1. Ứng dụng trong giảng dạy kỹ thuật và đào tạo thực hành

Mô hình mô phỏng hệ thống pin là công cụ trợ giảng đắc lực tại các trường kỹ thuật. Sinh viên ngành cơ khí động lực có thể tiếp cận nguyên lý làm việc của pin xe điện một cách an toàn. Các bài thí nghiệm ảo cho phép khảo sát chế độ sạc nhanh, xả sâu và quá nhiệt mà không gây hỏng hóc pin thật. Giao diện trực quan trên phần mềm giúp người học nắm bắt nhanh cấu trúc mạng CAN và luồng tín hiệu BMS. Từ đó, người học nâng cao tư duy giải quyết vấn đề trong chẩn đoán kỹ thuật ô tô hiện đại.

4.2. Tiềm năng tối ưu hóa tuổi thọ và an toàn pin xe điện

Kết quả mô phỏng mở ra phương pháp hiệu chỉnh thuật toán sạc thông minh cho xe điện Renault Zoe. Việc khống chế dòng nạp ở các ngưỡng dung lượng cao làm giảm tốc độ suy thoái vật liệu điện cực. Cơ chế đóng cắt relay được tối ưu hóa nhằm kéo dài tuổi thọ tiếp điểm cơ khí. Đồng thời, mô hình nhiệt hỗ trợ các nhà sản xuất thiết kế hệ thống làm mát chất lỏng hiệu quả hơn. Các thuật toán bảo vệ phát triển từ mô phỏng có khả năng ứng dụng thực tế để nâng cao độ an toàn chống cháy nổ cho xe điện.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong nhiều thập kỷ, công nghiệp ô tô chủ yếu dựa vào động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu hóa thạch như xăng và dầu. Mặc dù đóng góp lớn cho phát triển kinh tế và giao thông vận tải, loại động cơ này là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí và gia tăng phát thải khí nhà kính. Thực trạng trên thúc đẩy các nghiên cứu phát triển các dòng xe sử dụng năng lượng thay thế thân thiện với môi trường hơn, trong đó xe điện (Electric Vehicle - EV) nổi lên như một giải pháp trọng tâm. Xe điện sở hữu các đặc tính vận hành nổi bật như không phát thải khí độc hại tại chỗ, giảm thiểu tiếng ồn và hiệu suất truyền động cao. Tuy vậy, rào cản lớn nhất của xe điện từ trước đến nay nằm ở công nghệ lưu trữ năng lượng: dung lượng pin, thời gian nạp điện và quãng đường di chuyển sau mỗi lần sạc.

Sự phát triển của công nghệ vật liệu pin, đặc biệt là pin Lithium-ion, đã cho phép các nhà sản xuất chế tạo các bộ pin có mật độ năng lượng cao, đáp ứng nhu cầu di chuyển thực tế. Mẫu xe điện Renault Zoe 2020 của thương hiệu Renault (Pháp) là một ví dụ tiêu biểu khi trang bị bộ pin Z.E50 cho tầm hoạt động lên đến 395 km theo chu trình thử nghiệm WLTP. Nhằm tiếp cận và làm chủ các công nghệ cốt lõi trên xe điện, đề tài "Nghiên cứu, mô phỏng hệ thống pin cao áp trên xe điện Renault Zoe 2020" được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 3 nội dung chính:

1. Tìm hiểu và xây dựng kiến thức về hệ thống pin cao áp trên xe điện Renault Zoe 2020.
2. Mô phỏng về hệ thống pin cao áp trên MATLAB/SIMULINK.
3. Khảo sát quá trình sạc trên xe qua các trụ sạc 7,4kW – 11kW – 22kW.

Nhiệm vụ cụ thể được triển khai bao gồm:

• Khảo sát các thông số kỹ thuật, cấu tạo chung và hệ thống truyền động của xe điện Renault Zoe 2020.
• Tìm hiểu cấu trúc vật lý và sơ đồ mạch điện của bộ pin cao áp Z.E50, mạch đóng ngắt bảo vệ, cảm biến dòng và công tắc ngắt mạch (Service Plug).
• Phân tích hệ thống điện phụ trợ 12V, bộ chuyển đổi điện áp DC-DC và các chế độ sạc (sạc tại nhà, sạc treo tường, trạm sạc công cộng và sạc nhanh DC).
• Ứng dụng máy chẩn đoán Autel để kết nối, đo đạc và thu thập dữ liệu sạc thực tế tại các trụ sạc 7,4kW, 11kW và 22kW.
• Xây dựng mô hình toán học và mô phỏng trên phần mềm MATLAB/Simulink cho cell pin, mô-đun pin, bộ pin hoàn chỉnh kết hợp mô hình động lực học xe theo chu trình lái chuẩn ECE15 và thuật toán cân bằng pin ở trạng thái nghỉ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống pin cao áp Z.E50 và các hệ thống phụ trợ liên quan trên dòng xe điện Renault Zoe 2020.
• Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào cấu tạo phần cứng, nguyên lý điều khiển mạch pin cao áp, thu thập số liệu thực nghiệm quá trình sạc xe tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM và mô phỏng đặc tính xả, sạc, cân bằng pin trên phần mềm MATLAB/Simulink.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài tập trung vào các nguyên lý điện hóa, điện tử công suất và điều khiển hệ thống pin xe điện:

• Lý thuyết pin Lithium-ion: Cơ chế lưu trữ và giải phóng năng lượng qua sự dịch chuyển của ion giữa cực âm và cực dương qua chất điện phân. Các đại lượng đặc trưng bao gồm: Dung lượng pin $C = I \times t$ (đơn vị Ah); Tốc độ xả C-rate ($C\text{-rate} = \text{dòng phóng} / \text{dung lượng định mức}$); Trạng thái sạc (State of Charge - SOC, từ 0% đến 100%); Trạng thái sức khỏe (State of Health - SOH, theo tiêu chuẩn IEEE dung lượng pin khi sạc đầy tụt xuống dưới 80% dung lượng danh định thì cần thay thế); Độ xả sâu (Depth of Discharge - DoD, tính bằng $(%)\text{DoD} = 100 - (%)\text{SOC}$, khuyến nghị duy trì DoD $\le 80%$, tránh mức dưới 10% để bảo vệ tuổi thọ hóa học); Chu kỳ sạc - xả (pin Lithium-ion có vòng đời trung bình 300 đến 500 chu kỳ khi xả sâu hoàn toàn).
• Lý thuyết chuyển đổi DC-DC: Cấu trúc bộ biến đổi nguồn gồm mạch dao động công suất (sử dụng bán dẫn BJT hoặc MOSFET đóng ngắt từ vài trăm đến vài nghìn lần/giây để tạo sóng vuông AC), máy biến áp xung hạ áp (cuộn sơ cấp có số vòng gấp 33 lần cuộn thứ cấp) và bộ chỉnh lưu cầu 4 diode kèm tụ lọc làm phẳng dòng điện xoáy.
• Hệ thống quản lý pin (BMS) và các chế độ sạc: Nguyên lý cân bằng cell chủ động (Active balancing) và bị động (Passive balancing); các cấp độ sạc gồm sạc tại nhà (Domestic Socket tối đa 3kW), hộp sạc treo tường (Home Wallbox 3kW - 22kW), trụ sạc công cộng xoay chiều (Public Charger 11kW - 22kW) và sạc nhanh một chiều (DC Fast Charger 50kW).

Phương pháp nghiên cứu thực tế được áp dụng kết hợp giữa lý thuyết, thực nghiệm đo đạc và mô phỏng số:

• Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu kỹ thuật: Trích xuất sơ đồ mạch điện, vị trí chân giắc, thông số linh kiện từ tài liệu kỹ thuật của hãng Renault và nhà sản xuất pin LG Chem.
• Phương pháp đo đạc thực nghiệm: Kết nối máy chẩn đoán Autel vào cổng giao tiếp của xe Renault Zoe 2020 để đọc dữ liệu từ mạng CAN và hệ thống BMS trong quá trình nạp điện thực tế tại 3 cấp công suất trụ sạc (7,4kW, 11kW và 22kW).
• Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng: Sử dụng thư viện Simscape trên nền tảng MATLAB/Simulink để lập trình và mô phỏng:
  • Đặc tính dòng, áp, SOC của một cell pin LGX-E78.
  • Cấu trúc ghép nối 1 mô-đun (8 block) và bộ pin hoàn chỉnh (12 mô-đun, 96 block).
  • Mô hình tương tác giữa bộ pin và động lực học toàn xe theo chu trình thử nghiệm đô thị ECE15.
  • Giải thuật điều khiển cân bằng điện áp giữa các cell ở trạng thái nghỉ.

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm thông số kỹ thuật do nhà sản xuất công bố (Renault, LG Chem), số liệu đo đạc thực tế trích xuất qua cổng chẩn đoán bằng máy Autel, cùng các mô hình toán học tích hợp trong thư viện Simscape/Simulink.

---

Thiết kế kỹ thuật và mô phỏng hệ thống

Hệ thống pin và mô hình mô phỏng trên xe Renault Zoe 2020 được thiết kế và cấu hình với các thông số kỹ thuật chi tiết như sau:

Kiến trúc phần cứng hệ thống pin Z.E50

Bộ pin có tổng trọng lượng 326 kg (trong đó khối lượng cell pin là 206 kg, chiếm 63%; vỏ kim loại, hệ thống dây dẫn, khối BMS và TMS chiếm 120 kg, tương đương 37%). Bộ pin được đặt dưới sàn xe, phân bổ thành 12 mô-đun chia làm hai khoang (6 mô-đun bên trái và 6 mô-đun bên phải).

• Cấu hình ghép nối: Mỗi cell pin có dung lượng 78Ah, điện áp danh định 3,65V. Hai cell mắc song song tạo thành 1 block (3,65V - 156Ah). Tám block mắc nối tiếp tạo thành 1 mô-đun (điện áp xấp xỉ 30V, dung lượng 156Ah). Mười hai mô-đun mắc nối tiếp tạo thành bộ pin cao áp hoàn chỉnh gồm 96 block (192 cell, cấu hình 96s2p), cho điện áp danh định khoảng 400V.
• Mạch đóng ngắt cao áp và bảo vệ:
  • Cầu chì bảo vệ chính 275A (ký hiệu 941).
  • Relay chính cực dương (ký hiệu 2288).
  • Relay nạp trước Precharge (ký hiệu 911) mắc nối tiếp với điện trở nạp trước Precharge Resistance (ký hiệu 1030) nhằm tránh xung dòng điện đột ngột gây hư hại biến tần hoặc cell pin khi đóng mạch.
  • Cảm biến dòng (ký hiệu 928) liên tục đưa tín hiệu về hộp BMS (ký hiệu 2286).
  • Công tắc ngắt mạch khẩn cấp Service Plug / Service Clutch (ký hiệu 2287) màu cam bố trí dưới hàng ghế trước bên phải, cho phép ngắt kết nối cơ khí mạch cao áp khi sửa chữa hoặc xảy ra sự cố quá dòng, quá nhiệt thông qua lệnh truyền qua mạng CAN (chân CAN H 55AP và CAN L 55AQ).
• Các cổng giao tiếp chính: Giắc 12 chân (BP1X, 3FB1, CAN H, CAN L, MASS, tín hiệu điều khiển relay pin cao áp 2AD, tín hiệu điều khiển relay precharge 2AC); các giắc nối tín hiệu R500 và R507 liên kết giữa hộp điều khiển xe EVC, BMS và cảm biến dòng.

Cấu trúc mô hình mô phỏng MATLAB/Simulink

Mô hình mô phỏng được tổ chức theo cấu trúc phân tầng trong môi trường Simscape:

1. Khối cell pin (Single Cell Block): Thiết lập dựa trên khối Battery của Simscape, nạp thông số thực của cell Lithium-ion NMC mã LGX-E78 (3,65V, 78Ah) để mô phỏng các đường cong xả áp theo dòng phóng khác nhau.
2. Khối mô-đun và bộ pin: Ghép 8 block pin kèm giải thuật đo lường điện áp, tính toán SOC riêng lẻ; sau đó liên kết 12 khối mô-đun để hình thành mô hình bộ pin cao áp 400V có tích hợp thuật toán cân bằng cell (Cell Balancing).
3. Mô hình động lực học toàn xe (Vehicle System Model):
   • Khối chu trình lái (Drive Cycle Block): Cung cấp biên dạng vận tốc tham chiếu theo chu trình chuẩn ECE15.
   • Khối người lái (Driver Block): Tiếp nhận độ chênh lệch giữa tốc độ tham chiếu ($V_{\text{ref}}$) và tốc độ thực tế của xe ($\text{Vehicle_speed}$) để phát tín hiệu tăng ga hoặc phanh.
   • Khối điều khiển động cơ và bộ biến tần (Motor Controller & Inverter Block): Điều tiết dòng điện hai chiều giữa pin cao áp và động cơ điện.
   • Khối động cơ và hộp số (Motor & Transmission Block): Mô phỏng động cơ điện đồng bộ kích từ bằng điện kết hợp hộp số đơn cấp có tỉ số truyền 9,3.
   • Khối thân xe và lốp xe (Vehicle Body & Tire Blocks): Khai báo các thông số cản lăn, cản gió, khối lượng toàn tải để tính toán chính xác lực cản tác động lên hệ thống truyền động.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương này trình bày tính cấp thiết của việc phát triển phương tiện giao thông xanh, chỉ ra ưu điểm của xe điện so với xe sử dụng động cơ đốt trong. Nội dung nêu bật sự phát triển của công nghệ pin lưu trữ và khẳng định việc nghiên cứu hệ thống pin cao áp trên mẫu xe thương mại Renault Zoe 2020 là cần thiết để phục vụ công tác đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật ô tô. Tác giả xác định rõ ràng mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và phân chia 4 phương pháp tiếp cận chính (tham khảo tài liệu, đo đạc thực nghiệm, mô phỏng số, phân tích đánh giá).

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương 2 cung cấp hệ thống cơ sở kỹ thuật chi tiết về xe Renault Zoe 2020 và hệ thống lưu trữ năng lượng:

• Thông số kỹ thuật tổng thể của xe: Động cơ điện R110 cho công suất tối đa 80 kW, mô-men xoắn 225 Nm, tốc độ cực đại 135 km/h, quãng đường di chuyển 395 km (WLTP).
• Cấu tạo các bộ phận chính trên xe:

STT	Tên chi tiết	Vị trí	Chức năng chính
1	Thiết bị ngắt kết nối pin cao áp (Service plug)	Bên phải dưới hàng ghế trước	Ngắt kết nối cơ khí bộ pin cao áp ra khỏi hệ thống điện cao áp
2	Pin cao áp (400V)	Bên dưới sàn xe	Thiết bị lưu trữ điện năng chính cung cấp cho động cơ
3	Ắc quy 12V	Bên phải trong khoang động cơ	Cung cấp điện năng cho các tải phụ trợ và hệ thống ECU
4	Bộ sạc trên bo mạch (OBC)	Trong khoang động cơ (tích hợp trong bộ điện tử công suất)	Chuyển đổi dòng AC từ nguồn ngoài thành DC để sạc pin cao áp, giám sát thông số sạc
5	Động cơ điện	Trung tâm khoang động cơ	Động cơ đồng bộ kích từ bằng điện dẫn động bánh xe; hoạt động như máy phát khi phanh tái sinh
6	Cổng sạc	Phía trước đầu xe (tại vị trí logo)	Kết nối xe với nguồn điện bên ngoài
7	Bộ chuyển đổi DC/DC	Trong khoang động cơ	Hạ áp nguồn DC từ pin cao áp (400V) xuống nguồn DC 12V/14,7V để nuôi tải phụ và sạc ắc quy 12V
8	Bộ biến tần (Inverter)	Trong khoang động cơ	Biến đổi DC từ pin thành AC cho động cơ và biến đổi AC thành DC khi phanh tái sinh
9	Bộ điều khiển điện tử công suất (PEB)	Bên trái động cơ điện	Điều khiển tốc độ, mô-men xoắn động cơ điện và quản lý các bộ chuyển đổi công suất
10	Hộp số đơn cấp	Nằm chung bên phải động cơ điện	Tỉ số truyền 9,3; truyền mô-men từ động cơ điện đến các bánh xe
11	Bộ làm mát động cơ	Phía trên và trước động cơ	Kết hợp làm mát bằng không khí và dung dịch cho động cơ và linh kiện công suất
12	Hộp điều khiển xe (EVC)	Sau lưng động cơ, bên phải	Bộ điều khiển trung tâm điều phối toàn bộ các hệ thống con trên xe
13	Hệ thống quản lý pin (BMS)	Tích hợp bên trong bộ pin cao áp	Giám sát trạng thái nạp/xả, điện áp, dòng điện, nhiệt độ và cân bằng cell

• Hệ thống ắc quy phụ trợ 12V: Ắc quy axit-chì nhãn hiệu Nissan - Renault (mã ID: 24410 JD11A; kích thước: $207 \times 175 \times 190\text{ mm}$; khối lượng: 13,3 kg; điện áp: 12V; dung lượng: 50Ah; dòng khởi động lạnh CCA: 420A). Tác giả giải thích hai cơ chế sạc lại cho ắc quy 12V: sạc từ pin cao áp 400V qua bộ chuyển đổi DC-DC hạ áp xuống 14,7V; hoặc sạc liên thông từ nguồn sạc bên ngoài qua bộ xử lý sạc pin (Battery Charger Unit), truyền qua EVC và bộ cực dương bảo vệ (Protected Positive Battery) hạ áp xuống dải 14,2V - 14,7V.
• Bộ chuyển đổi DC-DC: Cấu tạo gồm mạch dao động bán dẫn biến đổi DC thành xung vuông AC, máy biến áp xung hạ áp tỉ số 33:1, và mạch chỉnh lưu 4 diode kèm tụ điện lọc phẳng sóng dao động để tránh can nhiễu tín hiệu radio AM/FM.
• Cấu trúc bộ pin cao áp Z.E50 và cell pin:

Hạng mục thông số	Bộ pin cao áp Z.E50	Đơn vị 1 cell pin
Nhà sản xuất / Model	Renault - LG Chem / Z.E50	LG Chem / LGX E78
Loại vật liệu hóa học	Lithium-ion	NMC 712 (Nickel-Mangan-Cobalt)
Tổng dung lượng	54,66 kWh	78 Ah
Dung lượng khả dụng	52 kWh (95%)	-
Điện áp danh định	400 V	3,65 V
Khối lượng	326 kg	1,073 kg (1073 g)
Cấu hình ghép nối	12 mô-đun (96s2p - tổng 192 cell)	-
Mật độ năng lượng	168 Wh/kg	-
Phương thức làm mát	Đối lưu không khí	-

• Mạch đóng ngắt cao áp: Trình bày chi tiết sơ đồ chân giắc R500 (chân 1: nguồn dương relay BP1X, chân 6: CAN H 55AP, chân 8: điều khiển relay pin cao áp 2AD, chân 10: điều khiển relay precharge 2AC, chân 12: CAN L 55AQ), giắc R507 và giắc 12 chân. Trình bày quy trình EVC đóng relay Precharge qua chân 2AC để dòng nạp chạy qua điện trở nạp trước trước khi đóng relay chính 2AD.
• Chế độ sạc: Mô tả đặc tính của 4 chế độ sạc (Domestic Socket $\le 3\text{kW}$, Home Wallbox 3kW - 22kW, Public Charger 11kW - 22kW, DC Fast Charger 50kW theo biểu đồ hình thang).

Chương 3: Mô hình hóa mô phỏng pin cao áp trên xe điện Renault Zoe 2020 sử dụng MATLAB/Simulink

Chương này trình bày quá trình xây dựng mô hình mô phỏng kỹ thuật số:

• Xây dựng mô hình 1 cell pin từ khối Battery trong thư viện Simscape, thiết lập các tham số dòng phóng định mức và cực đại.
• Mô hình hóa 1 mô-đun hoàn chỉnh chứa 8 block pin, lập trình giải thuật tính toán trạng thái sạc (SOC) cho từng block và toàn mô-đun.
• Ghép nối 12 mô-đun tạo thành bộ pin cao áp 400V, xây dựng khối giải thuật đo lường SOC tổng thể của toàn bộ hệ thống pin.
• Xây dựng mô hình tương tác toàn diện của xe Renault Zoe 2020 bao gồm: khối phát chu trình lái ECE15, khối người lái Driver, khối điều khiển động cơ, khối động cơ điện tích hợp hộp số giảm tốc đơn cấp (tỉ số truyền 9,3), khối thân xe Vehicle Body khai báo tải trọng và khối lốp xe Tire.

Chương 4: Khảo sát quá trình sạc trên xe điện Renault Zoe 2020 và đánh giá kết quả mô phỏng

Nội dung chương 4 tập trung vào việc đối chiếu giữa số liệu thực nghiệm đo được và kết quả mô phỏng tính toán:

• Khảo sát thực nghiệm quá trình nạp điện bằng máy chẩn đoán Autel:
  • Trụ sạc 7,4 kW: Đo đạc và ghi nhận sự thay đổi của dòng điện nạp, công suất nạp, điện áp trung bình của các block, điện áp tổng bộ pin và nhiệt độ pin khi dung lượng SOC tăng từ 11% đến 40%.
  • Trụ sạc 11 kW: Khảo sát các thông số điện áp, dòng điện, công suất và nhiệt độ trong dải SOC trung bình từ 35% đến 65%.
  • Trụ sạc 22 kW: Đo đạc tại trạm sạc công cộng đặt tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong dải dung lượng cao từ 66% đến 100%, ghi nhận đặc tính giảm dần công suất khi pin tiến gần trạng thái đầy.
• Đánh giá kết quả mô phỏng số:
  • Xuất đồ thị đặc tính điện áp và trạng thái sạc SOC theo thời gian xả của cell pin LGX-E78.
  • Đánh giá kết quả xe vận hành theo chu trình lái đô thị ECE15: Đường tốc độ mô phỏng của xe ($\text{Vehicle_speed}$) bám sát đường tốc độ tham chiếu ($V_{\text{ref}}$); trích xuất đồ thị dòng điện pin cao áp (dòng phóng khi tăng tốc và dòng nạp ngược lại pin khi kích hoạt phanh tái sinh) cùng đường suy giảm SOC tương ứng.
  • Đánh giá kết quả mô phỏng cân bằng pin ở trạng thái nghỉ: Thuật toán cân bằng điều chỉnh điện áp giữa 8 block trong một mô-đun và giữa toàn bộ 96 block của bộ pin cao áp về mức cân bằng đồng đều.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về mặt lý thuyết cấu tạo, kết quả đo đạc thực nghiệm trên xe thật bằng thiết bị chẩn đoán chuyên dụng và kết quả mô phỏng trên phần mềm MATLAB/Simulink. Đề xuất các giải pháp nâng cao độ chính xác của mô hình và định hướng mở rộng nghiên cứu trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả cụ thể với số liệu kỹ thuật rõ ràng được trích xuất từ văn bản:

Kết quả thông số kỹ thuật và cấu tạo

• Xác định và làm rõ cấu trúc bộ pin Z.E50 thế hệ thứ 3 trên xe Renault Zoe 2020: Dung lượng tổng 54,66 kWh, dung lượng khả dụng 52 kWh (tương đương 95%), điện áp danh định 400V, mật độ năng lượng đạt 168 Wh/kg.
• Hệ thống pin gồm 192 cell LG Chem LGX-E78 (3,65V - 78Ah, khối lượng 1,073 kg, vật liệu cathode NCM 712) phân bổ vào 12 mô-đun (mỗi mô-đun 30V - 156Ah gồm 8 block mắc nối tiếp; mỗi block gồm 2 cell mắc song song).
• Làm rõ cấu tạo bộ chuyển đổi DC-DC với máy biến áp hạ áp có tỉ số vòng dây sơ cấp/thứ cấp bằng 33, và thông số ắc quy phụ trợ 12V Nissan - Renault 24410 JD11A (50Ah, 420A CCA, nặng 13,3 kg).

Kết quả khảo sát thực nghiệm quá trình sạc (Máy chẩn đoán Autel)

Tác giả đã thu thập thành công số liệu đo đạc thực tế tại 3 cấp độ trụ sạc:

• Trụ sạc 7,4 kW: Khảo sát quá trình nạp trong dải SOC từ 11% đến 40%, thu thập dữ liệu về dòng điện trụ sạc, công suất sạc thực tế, điện áp trung bình của từng block, điện áp tổng và sự gia nhiệt của pin.
• Trụ sạc 11 kW: Khảo sát chi tiết các thông số trong dải SOC từ 35% đến 65%.
• Trụ sạc 22 kW: Khảo sát tại trụ sạc công cộng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong dải SOC từ 66% đến 100%, ghi nhận rõ quy luật điều chỉnh giảm dần công suất sạc nhằm bảo vệ pin ở giai đoạn sạc bão hòa.

Kết quả mô phỏng trên MATLAB/Simulink

• Xây dựng thành công mô hình cell pin LGX-E78 thể hiện chính xác đường đặc tính điện áp và trạng thái sạc SOC theo thời gian phóng điện ở các mức dòng xả khác nhau.
• Mô phỏng chu trình lái ECE15: Vận tốc thực tế của xe bám sát biên dạng vận tốc chuẩn ($V_{\text{ref}}$); trích xuất được sự biến thiên của dòng điện pin cao áp trong các pha gia tốc (dòng xả lớn) và pha phanh giảm tốc (dòng sạc tái sinh), cùng với mức sụt giảm SOC tương ứng theo thời gian vận hành.
• Mô phỏng thành công giải thuật cân bằng pin ở trạng thái nghỉ cho 8 block trong một mô-đun và mở rộng cân bằng đồng thời cho toàn bộ 96 block của bộ pin cao áp.

Giải pháp và khuyến nghị kỹ thuật

• Tác giả khuyến nghị duy trì độ xả sâu DoD ở mức $\le 80%$ (tương ứng mức SOC không để tụt xuống dưới 10%) nhằm hạn chế các phản ứng hóa học không thuận nghịch làm suy giảm tuổi thọ cell pin.
• Tuân thủ quy trình kiểm soát đóng ngắt thông qua relay nạp trước (Precharge Relay) và điện trở nạp trước nhằm hạn chế hiện tượng sốc dòng, bảo vệ các tụ điện của biến tần và hệ thống cell pin.

Đóng góp của đề tài

• Hệ thống hóa chi tiết sơ đồ nguyên lý mạch điện cao áp, bảng định danh các chân giắc kết nối (giắc 12 chân, giắc R500, R507) và cơ chế vận hành của công tắc ngắt mạch Service Plug trên dòng xe Renault Zoe 2020.
• Cung cấp tập dữ liệu đo đạc thực nghiệm thực tế về các thông số điện và nhiệt độ trong quá trình nạp điện ở 3 cấp công suất trụ sạc (7,4kW, 11kW, 22kW).
• Xây dựng được mô hình mô phỏng hoàn chỉnh từ cấp độ cell, mô-đun đến bộ pin cao áp tích hợp vào mô hình động lực học toàn xe trên MATLAB/Simulink Simscape.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Dữ liệu đo đạc thực nghiệm quá trình nạp điện bằng máy chẩn đoán Autel mới chỉ được thực hiện trên từng dải SOC ngắt quãng tại mỗi trụ sạc (trụ 7,4kW đo từ 11% - 40%; trụ 11kW đo từ 35% - 65%; trụ 22kW đo từ 66% - 100%), chưa thực hiện khảo sát liên tục trọn vẹn một chu trình nạp từ 0% đến 100% trên cùng một loại trụ.
• Chưa tiến hành đo đạc thực nghiệm đối với chế độ sạc nhanh điện một chiều DC công suất lớn (50kW).
• Mô hình mô phỏng bộ pin trên phần mềm MATLAB/Simulink chưa tích hợp mô hình nhiệt động học chi tiết để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường khắc nghiệt và chưa mô phỏng sự suy giảm trạng thái sức khỏe (SOH) qua nhiều chu kỳ hoạt động lâu dài.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Tiến hành thu thập dữ liệu sạc liên tục từ 0% đến 100% trên từng loại trụ sạc xoay chiều và bổ sung khảo sát thực nghiệm tại các trạm sạc nhanh DC công suất 50kW.
• Bổ sung mô hình quản lý nhiệt độ chi tiết (Thermal Management System) và mô hình dự báo suy giảm tuổi thọ pin (SOH) trên MATLAB/Simulink.
• Mở rộng mô phỏng xe vận hành trên các chu trình thử nghiệm lái xe phức tạp hơn như WLTP, NEDC hoặc FTP75 để đánh giá toàn diện mức tiêu hao năng lượng trong các điều kiện giao thông khác nhau.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật hữu ích cho:

• Sinh viên và giảng viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa: Làm tài liệu tham khảo phục vụ các học phần về xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng và điều khiển điện tử ô tô.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên sửa chữa, chẩn đoán ô tô điện: Nắm bắt quy trình tháo lắp an toàn, cấu trúc giắc cắm tín hiệu, nguyên lý hoạt động của công tắc ngắt mạch Service Plug và mạch nạp trước trên dòng xe Renault Zoe.
• Người làm nghiên cứu về mô phỏng ô tô điện: Cung cấp phương pháp thiết lập mô hình khối pin và tích hợp động lực học xe trong môi trường MATLAB/Simulink Simscape.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao nhất trong tài liệu:

• Bảng tổng hợp sơ đồ mạch điện, chức năng các chân giắc R500, R507 và giắc 12 chân của pin cao áp.
• Dữ liệu thông số kỹ thuật chi tiết của cell pin LG Chem LGX-E78 và bộ pin Z.E50.
• Quy trình đo đạc và tập số liệu biến thiên dòng, áp, công suất, nhiệt độ tại các trụ sạc 7,4kW, 11kW và 22kW.
• Sơ đồ cấu trúc các khối mô phỏng Simscape phục vụ nghiên cứu động lực học và cân bằng pin.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ pin cao áp Z.E50 trên xe Renault Zoe 2020 có cấu trúc mô-đun và cấu hình cell như thế nào?
Bộ pin Z.E50 có tổng dung lượng 54,66 kWh (dung lượng khả dụng 52 kWh), điện áp 400V, trọng lượng 326 kg. Hệ thống gồm 12 mô-đun mắc nối tiếp chia thành 2 khoang (mỗi mô-đun có thông số 30V/156Ah). Mỗi mô-đun chứa 8 block mắc nối tiếp, và mỗi block gồm 2 cell pin LG Chem LGX-E78 mắc song song. Tổng cộng bộ pin có 192 cell pin (cấu hình 96s2p).

2. Tại sao xe điện Renault Zoe 2020 vẫn cần trang bị ắc quy phụ trợ 12V axit-chì và ắc quy này được nạp điện bằng cách nào?
Ắc quy 12V được giữ lại để giảm chi phí sản xuất (tận dụng các linh kiện điện tử phụ trợ tiêu chuẩn 12V như đèn, còi, gạt nước, âm thanh) và đảm bảo an toàn (khi xe tắt máy, relay ngắt toàn bộ nguồn pin cao áp 400V, ắc quy 12V duy trì nguồn nuôi các hộp ECU và điều khiển relay đóng nối lại pin cao áp khi khởi động). Ắc quy 12V được nạp lại qua 2 cách: sạc từ pin cao áp 400V thông qua bộ chuyển đổi DC-DC hạ áp xuống 14,7V; hoặc sạc liên thông từ nguồn sạc bên ngoài qua bộ xử lý sạc (Battery Charger Unit) và EVC hạ áp xuống mức 14,2V - 14,7V.

3. Bộ chuyển đổi DC-DC trên xe Renault Zoe 2020 gồm những bộ phận nào và nguyên lý hạ áp ra sao?
Bộ chuyển đổi DC-DC gồm 3 bộ phận chính: Mạch tạo dao động (Oscillator) dùng bóng bán dẫn BJT hoặc MOSFET đóng ngắt tần số cao biến DC thành sóng vuông AC; Máy biến áp hạ áp có số vòng dây cuộn sơ cấp gấp 33 lần cuộn thứ cấp để hạ mức điện áp và tạo sóng AC hình sin; Mạch chỉnh lưu (Rectifier) gồm 4 diode biến AC thành dòng DC, kết hợp tụ lọc đặt ở cực ra để làm phẳng dao động điện áp và triệt tiêu dòng điện xoáy.

4. Relay nạp trước (Precharge Relay) và điện trở nạp trước có vai trò gì trong mạch đóng ngắt nguồn pin cao áp?
Khi bắt đầu quá trình sạc hoặc kết nối nguồn cao áp đến biến tần, hộp EVC kích hoạt relay nạp trước qua chân 2AC để dòng điện đi qua điện trở nạp trước (Precharge Resistance) nhằm hạn chế dòng điện tăng đột ngột, giúp chống sốc điện áp và bảo vệ các linh kiện điện tử cũng như bộ pin. Sau khi điện áp hai đầu relay chính cân bằng, EVC mới kích hoạt đóng relay chính qua chân 2AD để dòng điện chạy trực tiếp vào hệ thống.

5. Đồ án đã sử dụng thiết bị và công cụ nào để thực hiện việc đo đạc thực nghiệm và mô phỏng hệ thống pin?
Đề tài sử dụng máy chẩn đoán chuyên dụng Autel để kết nối vào hệ thống xe Renault Zoe 2020, trích xuất dữ liệu dòng điện, điện áp, công suất và nhiệt độ pin tại 3 trụ sạc (7,4kW, 11kW và 22kW). Để mô phỏng, đề tài sử dụng phần mềm MATLAB/Simulink với thư viện Simscape để mô hình hóa cell pin LGX-E78, mô-đun pin, bộ pin Z.E50 và mô hình động lực học toàn xe theo chu trình lái chuẩn ECE15.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, mô phỏng hệ thống pin cao áp trên xe điện Renault Zoe 2020" của sinh viên Hồ Minh Tuấn và Hoàng Tân Cương (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã phân tích toàn diện cấu tạo, sơ đồ mạch điện và cơ chế điều khiển của bộ pin Z.E50 cùng hệ thống nguồn phụ trợ 12V. Thông qua việc kết hợp giữa dữ liệu đo đạc thực nghiệm từ máy chẩn đoán Autel tại các trụ sạc 7,4kW, 11kW, 22kW và mô hình toán học trong môi trường MATLAB/Simulink Simscape, nhóm tác giả đã làm rõ đặc tính phóng nạp của cell pin NMC LGX-E78, quy luật cân bằng cell ở trạng thái nghỉ và phản ứng động lực học của xe theo chu trình lái ECE15. Kết quả của đồ án cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thực tiễn cao cho công tác nghiên cứu, đào tạo và chẩn đoán kỹ thuật trong lĩnh vực công nghệ ô tô điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Trong suốt nhiều thập kỷ, ô tô đã không ngừng cải tiến về mặt công nghệ và kỹ thuật, với phần lớn các loại xe vận hành bằng động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu,. Mặc dù loại động cơ này đã mang lại nhiều lợi ích đáng kể, nhưng đồng thời cũng là nguyên nhân chính góp phần gây ô nhiễm không khí. Chính thực trạng này đã thúc đẩy các nghiên cứu nhằm phát triển những dòng xe sử dụng nguồn năng lượng mới, vừa thân thiện với môi trường vừa tiết kiệm hơn.

Trong số đó, xe điện (EV - Electric Vehicle) được xem là một bước đột phá quan trọng khi giải quyết hiệu quả vấn đề ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch. Nhờ sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ pin và năng lượng, xe ô tô chạy bằng điện ngày càng trở nên thông dụng hơn. Dù xe điện đã xuất hiện từ lâu, nhưng do hạn chế của công nghệ pin trước đây, bao gồm dung lượng, quãng đường di chuyển và thời gian sạc, nên động cơ đốt trong vẫn chiếm ưu thế. Tuy vậy, xe điện sở hữu nhiều lợi thế như không phát thải khí độc hại, vận hành êm ái với ít tiếng ồn và khả năng tăng tốc vượt trội, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Ngày nay, sự tiến bộ vượt bậc của khoa học và công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ điện tử, đã cho ra đời nhiều thiết bị di động như laptop, điện thoại thông minh, xe đạp điện, xe máy điện và ô tô điện. Để các thiết bị này hoạt động hiệu quả, chúng đòi hỏi nguồn năng lượng phù hợp, có dung lượng lớn, hiệu suất cao và khả năng tái sử dụng nhiều lần. Đáp ứng những yêu cầu này, các loại pin và ắc quy đã được phát triển và đưa vào sử dụng. Xuất phát từ nguồn cảm hứng và những lý do đã nêu, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Mô phỏng hệ thống pin cao áp trên xe điện Renault Zoe 2020” để thực hiện đồ án tốt nghiệp.

Mục đích của đề tài - Tìm hiểu và xây dựng kiến thức về hệ thống pin cao áp trên xe điện Renault Zoe 2020. - Mô phỏng về hệ thống pin cao áp trên MATLAB/SIMULINK. - Khảo sát quá trình sạc trên xe qua các trụ sạc 7,4kW – 11kW – 22kW. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống pin xe điện Renault Zoe 2020.

- Phạm vi nghiên cứu: Đồ án tập trung nghiên cứu về hệ thống pin cao áp và mô phỏng pin trên xe điện bằng MATLAB/SIMULINK. Phương pháp nghiên cứu - Tham khảo các nguồn tài liệu học tập, các bài báo khoa học. - Đo đạc các thông số thực nghiệm. - Mô hình hóa mô phỏng.

- Tổng hợp, phân tích, đánh giá kết quả. 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu về xe điện Renault Zoe 2020 2. Lịch sử hình thành và phát triển Xe ô tô sử dụng năng lượng điện đang phát triển mạnh mẽ, dần chiếm lĩnh thị trường và được kỳ vọng sẽ tạo ra sự thay đổi lớn trong ngành công nghiệp ô tô, nhằm giải quyết các vấn đề môi trường cũng như sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch như xăng và dầu.

Các hãng xe lớn trên thế giới đang áp dụng những chiến lược khác nhau để chuẩn bị cho sự chuyển đổi này, chẳng hạn như Nissan, Chevrolet, Audi, BMW,. Trong khi đó Renault, một thương hiệu ô tô lâu đời của Pháp, thành lập năm 1898 bởi Louis Renault cùng hai người anh em Marcel và Fernand Renault, lại chọn hướng đi riêng khi đầu tư mạnh mẽ vào xe điện hoàn toàn. Hãng tập trung nghiên cứu và phát triển các công nghệ tiên tiến nhằm tối ưu hóa các mẫu xe điện của mình. Những năm đầu thập niên 1980.

Renault thực hiện đổi mới các sản phẩm với sự ra mắt của hai mẫu xe hạng sang: Renault 25 và Espace. Thương hiệu Renault đã ghi dấu ấn trong hoạt động thể thao ô tô và gia nhập cuộc đua Công thức 1.1: Xe Renault 25 3 Hình 2.2: Xe Espace Tháng 6 năm 2019, Renault giới thiệu mẫu xe Renault ZOE, một dòng xe chạy hoàn toàn bằng điện. Renault ZOE được tích hợp pin dung lượng 52 kWh, cho phép xe di chuyển quãng đường tối đa lên đến 395 km theo tiêu chuẩn WLTP. Pin của xe không có nhiều thay đổi về trọng lượng nhưng lại được cải tiến để hỗ trợ sạc nhanh.

Xe sử dụng động cơ R110 với mô-men xoắn 225 Nm, có khả năng đạt tốc độ tối đa 135 km/h.3: Xe Renault Zoe 2020 Renault ZOE là mẫu xe điện chạy hoàn toàn bằng điện, không khí thải, không tiếng ồn là giải pháp cho những khách hàng tìm kiếm giải pháp bảo vệ môi trường với nội thất, tiện nghi thoải mái và rộng rãi. Renault ZOE đã tăng công suất lên tới 80 kW và tốc độ tối đa có thể đạt được 135 km/h mang đến những trải nghiệm cho người lái thú vị hơn. Cấu tạo của xe Hình 2.4: Cấu tạo của xe điện Renautl Zoe 2020 Bảng 2.1: Tên các bộ phận và chức năng trên xe điện Renault Zoe 2020 STT Tên chi tiết Vị trí Chức năng Thiết bị ngắt kết nối Bên phải dưới hàng ghế Ngắt kết nối pin cao áp ra pin cao áp trước. Có thiết kế hình chữ khỏi hệ thống điện cao 1 ( Service plug ) nhật và màu cam.

Pin cao áp Bên dưới sàn xe. Thiết bị lưu trữ điện năng 2 (400V) dùng cho động cơ điện. Ắc quy 12V Nằm bên phải trong Cung cấp điện năng cho 3 khoang động cơ, ắc quy các thiết bị phụ trợ trên axit-chì. Bộ sạc trên bo mạch Nằm trong khoang động Lấy điện AC đầu vào (OBC) cơ, tích hợp trong bộ điện được cung cấp qua cổng 4 tử công suất bên trái động sạc và chuyển nó thành nguồn điện DC để sạc pin 5 cơ điện, có cả kết nối cho cao áp.

Nó cũng giao tiếp điện áp cao và điện áp thấp. với thiết bị sạc và theo dõi các đặc điểm của pin như điện áp, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái sạc trong khi sạc. Đông cơ điện Nằm ở vị trí trung tâm của Sử dụng năng lượng từ khoang động cơ, là loại pin cao áp, động cơ này động cơ đồng bộ kích từ truyền động cho các bánh 5 bằng điện. Khi thực hiện phanh tái sinh thì nó được coi như là 1 máy phát điện.

Cổng sạc Nằm phía trước đầu xe, tại Cổng sạc giúp xe kết nối 6 vị trí logo của Renault. với nguồn điện từ phía ngoài để sạc pin cao áp. Bộ chuyển đổi Nằm trong khoang động Thiết bị này chuyển đổi DC/DC (Converter) cơ, tích hợp trong bộ điện nguồn DC có điện áp cao tử công suất bên trái động hơn từ pin cao áp (400V) cơ điện, có cả kết nối cho thành nguồn DC có điện 7 điện áp cao và thấp. áp thấp hơn (12V) cần thiết để chạy các thiết bị phụ trợ của xe và sạc lại ắc quy 12V.

Bộ biến tần (Inverter) Nằm trong khoang động Bộ biến tần chuyển đổi cơ, nằm bên trong bộ điện điện năng từ pin (DC - 8 tử công suất và nằm bên dòng một chiều) thành trái động cơ điện, có cả kết điện năng xoay chiều 6 nối cho điện áp thấp và (AC) để cung cấp cho cao. Khi phanh thì thiết bị này có thể biến đổi năng lượng từ động cơ sạc lại cho pin cao áp. Bộ điều khiển điện tử Nằm phía bên trái động cơ Bộ phận này quản lý công suất (PEB) diện, trong khoang động dòng năng lượng điện cơ, được tích hợp nhiều chi được cung cấp bởi pin 9 tiết bao gồm drive điều cao áp, điều khiển tốc độ khiển động cơ và các bộ của động cơ điện và chuyển đổi ( inverter , moment xoắn mà động converter,…) cơ tạo ra. Hộp số đơn cấp Nằm chung với động cơ Không giống như động phía bên phải động cơ, có cơ xăng hay diesel.

Hộp tỉ số truyền là 9,3. số này Truyền lực bằng 10 cơ năng từ động cơ điện kéo tạo ra mô-men và truyền đến các bánh xe. Bộ làm mát động cơ Nằm bên trên động cơ và Hệ thống này giúp duy trì phía trước động cơ, bao phạm vi nhiệt độ hoạt gồm làm mát bằng không động thích hợp của động 11 khí và dung dịch. cơ điện, thiết bị điện tử công suất.

Hộp điều khiển xe Nằm sau lưng động cơ bên Nhiệm vụ chính của EVC (EVC). phải xe trong khoang động là điều phối và kiểm soát 12 cơ, là bộ điều khiển chính hoạt động của các hệ của toàn bộ xe. thống con trong xe điện 7 để đảm bảo hiệu suất tối ưu, độ an toàn và khả năng vận hành ổn định. Hệ thống quản lý pin Nằm tích hợp bên trong bộ Hệ thống này dùng để (BMS) pin cao áp, là bộ điều khiển giám sát hoạt động của quan trọng trong hệ thống pin ở trạng thái xả/sạc, 13 pin cao áp.

ngoài ra còn giám sát nhiệt độ, dòng điện, điện áp của pin cao áp. Ắc quy 12V trên xe điện Renault Zoe 2020 2. Đặc điểm của ắc quy 12V Khi nói về hệ thống điện trên xe điện, nhiều người thường chỉ nghĩ đến hệ thống điện cao áp (400V) và cho rằng xe điện không sử dụng ắc quy 12V như các xe động cơ đốt trong. Tuy nhiên, hầu hết các dòng xe điện hiện nay vẫn được trang bị ắc quy 12V, giống như ắc quy trên xe động cơ đốt trong, chỉ khác nhau ở khả năng cung cấp dòng tức thời.

Đối với xe điện Renault ZOE, việc sử dụng ắc quy 12V có hai lý do chính: 1. Chi phí sản xuất: Xe điện cũng cần vận hành các thiết bị như đèn pha, đèn báo, đèn phanh, cần gạt nước, hệ thống âm thanh và nhiều hệ thống khác sử dụng nguồn điện 12V. Việc trang bị ắc quy 12V giúp nhà sản xuất tận dụng linh kiện điện tử phổ biến vốn đã được sử dụng trên xe động cơ đốt trong, từ đó giảm chi phí sản xuất. An toàn: Hệ thống pin cao áp trong xe điện, với điện áp lên đến 400V, cung cấp năng lượng chính cho động cơ nhưng tiềm ẩn nguy cơ gây nguy hiểm.

Để đảm bảo an toàn, pin cao áp thường được ngắt kết nối khi xe tắt máy. Trong tình huống này, ắc quy 12V vẫn đảm bảo cung cấp điện cho các ECU và hệ thống điện tử quan trọng trên xe.5: Ắc quy 12V trên xe điện Renault Zoe 2020 Công tắc điều khiển nguồn điện, hay còn gọi là relay, chịu trách nhiệm ngắt và kết nối lại bộ pin cao áp khi xe tắt máy hoặc khởi động.