Đồ án nghiên cứu thi công mô hình hệ thống động lực xe điện VinFast tại ĐH Công nghệ Kỹ thuật

Nghiên cứu cấu tạo và thi công mô hình hệ thống động lực xe điện VinFast phục vụ đào tạo ngành kỹ thuật ô tô, hỗ trợ thực hành chuyên sâu.

• Tác giả: Nguyễn Khánh Đăng
• Người hướng dẫn: Th.S Lê Quang Vũ
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Nghiên cứu, thi công mô hình hệ thống động lực trang bị trên xe điện VinFast phục vụ giảng dạy
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2026
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình hệ thống động lực xe điện VinFast

Hệ thống động lực xe điện giữ vai trò cốt lõi trong việc chuyển hóa năng lượng điện thành cơ năng phục vụ di chuyển. Việc nghiên cứu thi công sa bàn động lực dựa trên các dòng xe hiện đại như VinFast VF8 và VinFast VFe34 tạo ra bước đột phá quan trọng. Mô hình bao gồm cụm pin cao áp, hệ thống quản lý pin BMS, cụm mô-đun tích hợp 3 trong 1 cùng hệ thống truyền động điện EDS. Bộ quản lý pin BMS đảm bảo an toàn tuyệt đối thông qua việc giám sát liên tục điện áp, dòng điện và nhiệt độ cell pin. Cụm mô-đun 3 trong 1 tích hợp bộ chuyển đổi hạ áp DC/DC, bộ sạc tích hợp OBC và khối phân phối nguồn PDU. Năng lượng điện một chiều được biến đổi thành điện xoay chiều ba pha nhờ bộ nghịch lưu Inverter để dẫn động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu PMSM. Việc chuẩn hóa mô hình giúp người học tiếp cận trực tiếp cấu trúc kỹ thuật tiên tiến nhất hiện nay. Thiết bị tái hiện chính xác nguyên lý vận hành của các cụm chi tiết phức tạp trên xe điện thực tế. Đây là nền tảng học thuật vững chắc cho việc tiếp cận công nghệ ô tô thế hệ mới.

1.1. Khái niệm và cấu tạo tổng thể hệ thống

Hệ thống động lực ô tô điện bao gồm nguồn cấp năng lượng và các bộ biến đổi cơ điện. Khối pin cao áp lưu trữ nguồn điện một chiều cung cấp cho toàn bộ xe. Bộ phân phối điện PDU tiếp nhận và truyền tải năng lượng tới các tải tiêu thụ cao áp. Bộ biến đổi điện tử công suất đảm nhận chức năng điều tiết điện áp thích hợp. Hệ thống truyền động điện EDS chứa động cơ điện, hộp giảm tốc và bộ điều khiển biến tần MCU. Động cơ điện đồng bộ PMSM tạo mô-men xoắn mạnh mẽ ở dải tốc độ rộng. Mạng giao tiếp CAN liên kết tất cả các hộp điều khiển điện tử thành thể thống nhất. Thiết kế tổng thể tạo nên vòng khép kín từ lưu trữ đến truyền động cơ khí chính xác.

1.2. Vai trò của mô hình đào tạo kỹ thuật ô tô

Mô hình học cụ giữ vai trò then chốt trong giáo dục chuyên ngành ô tô hiện đại. Việc học lý thuyết đơn thuần không thể đáp ứng yêu cầu kỹ năng thực hành xe điện. Thiết bị học cụ giúp người học quan sát trực tiếp các linh kiện cao áp kín. Các điểm đo kiểm cho phép sinh viên đo tín hiệu xung PWM và điện áp thực tế. Mô hình loại bỏ rủi ro điện giật nguy hiểm trong quá trình thao tác ban đầu. Sinh viên có cơ hội rèn luyện kỹ năng phân tích lỗi và sửa chữa sự cố hệ thống. Phương pháp trực quan này thu hẹp khoảng cách giữa trường đại học và dây chuyền công nghiệp. Chất lượng đào tạo kỹ thuật viên xe điện nhờ đó được nâng cao rõ rệt.

II. Phân tích thách thức trong hệ thống động lực xe điện VinFast

Quá trình nghiên cứu hệ thống truyền động điện hiện đại luôn gặp phải nhiều thách thức công nghệ phức tạp. Điện áp hoạt động trong pin xe điện VinFast đạt ngưỡng nguy hiểm trên 300V. Nguy cơ phóng điện cao áp và chập cháy đòi hỏi tiêu chuẩn an toàn vô cùng nghiêm ngặt. Hệ thống quản lý pin BMS sử dụng vi điều khiển chuyên dụng TC275 và nguồn phụ trợ TLF35584 với cơ chế bảo vệ đa tầng khắt khe. Các tín hiệu liên lạc qua mạng CAN Bus luôn được mã hóa bảo mật để chống can thiệp trái phép. Khi tách các bộ phận khỏi thân xe nguyên bản, hệ thống lập tức báo lỗi mất kết nối an toàn. Việc thiếu thốn thiết bị chẩn đoán chuyên hãng gây khó khăn lớn cho việc giải mã giao thức điều khiển. Thêm vào đó, động cơ PMSM đòi hỏi thuật toán điều khiển biến tần FOC đồng bộ rất chính xác. Sự kết hợp giữa linh kiện VF8 và VFe34 gây ra hiện tượng không tương thích tín hiệu ban đầu. Kỹ sư phải hiểu rõ cấu trúc mạch phần cứng mới có thể khắc phục được các rào cản này.

2.1. Rào cản kỹ thuật an toàn điện áp cao

Điện áp pin vượt ngưỡng ba trăm vôn gây nguy cơ sốc điện và cháy nổ nếu rò rỉ. Trong môi trường giảng dạy, an toàn tính mạng con người luôn là ưu tiên cao nhất. Việc đưa nguyên khối pin dung lượng lớn vào giảng đường tiềm ẩn nhiều hiểm họa khó lường. Rơ-le bảo vệ Contactor tự động ngắt khi phát hiện dòng rò hoặc sai lệch điện áp cực nhỏ. Cơ chế khóa liên động liên tục kiểm tra sự hiện diện của giắc nối cao áp. Nếu tháo rời linh kiện mà không vô hiệu hóa khóa an toàn, mạch đóng điện sẽ bị khóa vĩnh viễn. Việc thi công mô hình đòi hỏi giải pháp cấp nguồn thay thế vừa an toàn vừa mô phỏng đúng đặc tính tải.

2.2. Khó khăn khi tiếp cận công nghệ điều khiển khép kín

Các nhà sản xuất ô tô thường bảo vệ chặt chẽ phần mềm điều khiển và bản quyền công nghệ. Giao thức mạng CAN Bus trên xe VinFast truyền tải hàng trăm bản tin được mã hóa phức tạp. Mỗi bộ điều khiển như BMS hay MCU đều chờ tín hiệu xác thực từ hệ thống điều khiển trung tâm VCU. Khi vận hành độc lập bên ngoài xe, các khối điện tử từ chối nhận lệnh điều khiển thông thường. Việc trích xuất dữ liệu yêu cầu thiết bị phân tích logic chuyên sâu cùng kiến thức lập trình vi xử lý vững vàng. Thiếu tài liệu kỹ thuật chi tiết từ nhà sản xuất làm tăng thời gian nghiên cứu mạch phần cứng. Đây là trở ngại lớn nhất đối với các cơ sở đào tạo khi tự phát triển thiết bị học cụ xe điện.

III. Giải pháp thi công mô hình hệ thống động lực xe điện VinFast

Giải pháp thi công sa bàn động lực kết hợp linh hoạt giữa phục hồi phần cứng và giả lập tín hiệu điều khiển. Cụm truyền động EDS của xe VFe34 được gắn vững chắc trên khung cơ khí gia công chính xác bằng thép chịu lực. Mô-đun tích hợp 3 trong 1 cùng hệ thống quản lý nguồn BMS xe VF8 được bố trí trực quan trên bảng gá thí nghiệm. Bộ nguồn một chiều lập trình DC chuyên dụng thay thế cụm pin lithium cao áp nguy hiểm. Điện áp hoạt động được hạ thấp về mức an toàn trong phòng thí nghiệm nhưng vẫn kích hoạt đầy đủ chức năng logic. Bộ vi xử lý ngoại vi được thiết lập để giả lập tín hiệu bàn đạp ga và tín hiệu đánh thức mạng CAN. Các chip điều khiển công suất như BTS7120 và TLF35584 được phân tích mạch để kích hoạt rơ-le Contactor chính xác. Bảng điện cực chẩn đoán đưa toàn bộ chân tín hiệu quan trọng ra ngoài bề mặt mica. Nhờ vậy, quá trình đo xung và phân tích điện áp diễn ra an toàn, thuận tiện và chính xác.

3.1. Phương pháp tích hợp phần cứng và bộ điều khiển

Quy trình tích hợp cơ khí và điện tử yêu cầu độ chính xác tuyệt đối. Khung giá đỡ được tính toán kỹ lưỡng nhằm giảm thiểu độ rung lắc khi motor quay với tốc độ cao. Cụm truyền động EDS kết hợp động cơ PMSM và hộp số giảm tốc được định vị chắc chắn. Hộp điều khiển động cơ MCU kết nối với mô-đun 3 trong 1 qua thanh cái đồng cao áp bọc cách điện. Mạch nguồn thứ cấp sử dụng IC hạ áp Buck tạo nguồn nuôi 6V và các bộ ổn áp LDO cấp điện cho vi điều khiển. Cáp tín hiệu CAN được đấu nối chuẩn trở kháng một trăm hai mươi ôm để ngăn ngừa nhiễu sóng. Việc bố trí các cụm chi tiết theo không gian mở hỗ trợ người thao tác dễ dàng quan sát cấu trúc bên trong.

3.2. Thiết kế sa bàn đo kiểm và mạch bảo vệ chuyên dụng

Bảng panel đo kiểm được thiết kế từ vật liệu cách điện acrylic chất lượng cao. Các chân rắc của hộp điều khiển được trích xuất ra các cổng cắm banana tiêu chuẩn. Sinh viên dễ dàng sử dụng đồng hồ vạn năng và máy hiện sóng oscilloscope để phân tích dữ liệu. Hệ thống tích hợp mạch bảo vệ quá dòng, quá áp và cầu chì nhiệt tự ngắt. Nút dừng khẩn cấp cắt nguồn tức thì khi phát hiện hiện tượng bất thường. Mạch giả lập lỗi chuyên dụng cho phép giảng viên ngắt tín hiệu cảm biến vị trí góc quay resolver hoặc đường truyền CAN. Tính năng tạo lỗi chủ động hỗ trợ người học thực hành quy trình truy vết mã lỗi OBD-II. Mô hình kết hợp toàn diện giữa tính năng an toàn nghiêm ngặt và tính năng sư phạm linh hoạt.

IV. Ứng dụng thực tế của mô hình hệ thống động lực xe điện VinFast

Mô hình hoàn thiện đem lại giá trị ứng dụng to lớn trong công tác đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật chất lượng cao. Giảng viên sở hữu giáo cụ trực quan sinh động để minh họa cho các bài giảng lý thuyết phức tạp. Người học được tự tay đấu nối dây dẫn, đo kiểm tín hiệu xung biến tần và đánh giá trạng thái pin. Thiết bị giúp rèn luyện phản xạ phát hiện sự cố trên hệ thống ô tô điện thực tế mà không gây nguy cơ mất an toàn. Các bài thực hành bao gồm quy trình đóng cắt rơ-le cao áp, phân tích tín hiệu mạng CAN và cân bằng điện áp các cell pin. Năng lực làm chủ công nghệ ô tô thế hệ mới của người học được nâng cao vượt bậc. Bên cạnh phục vụ đào tạo cử nhân và kỹ sư, mô hình còn là cơ sở nghiên cứu thực nghiệm tiềm năng. Các thuật toán điều khiển động cơ tối ưu có thể được thử nghiệm trực tiếp trên nền tảng phần cứng này.

4.1. Hiệu quả giảng dạy thực hành cho sinh viên

Mô hình tạo môi trường học tập tương tác trực tiếp, sinh động và kích thích tư duy sáng tạo. Người học nắm vững nguyên lý vận hành của từng khối chức năng điện tử công suất thay vì chỉ ghi nhớ khái niệm trừu tượng. Việc quan sát dạng sóng điện áp xoay chiều ba pha kích thích sâu sắc niềm đam mê khám phá công nghệ. Sinh viên thực hành thành thạo các bước chẩn đoán hư hỏng, kiểm tra lỗi chạm chập và phân tích mã lỗi OBD-II. Mô hình xóa bỏ hoàn toàn rào cản sợ hãi nguy cơ điện giật khi thao tác với linh kiện xe điện cao áp. Kỹ năng thực tế này đáp ứng chính xác tiêu chí tuyển dụng khắt khe của các trung tâm dịch vụ ô tô.

4.2. Tiềm năng mở rộng và phát triển nghiên cứu sâu

Hệ thống sa bàn sở hữu khả năng module hóa linh hoạt cho các dự án nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo. Nhà nghiên cứu có thể tích hợp thêm các thuật toán điều khiển vector FOC tiên tiến để cải thiện hiệu suất động cơ PMSM. Nền tảng dễ dàng kết nối với máy tính thông qua card thu thập dữ liệu chuyên dụng để phân tích thời gian thực. Hệ thống cho phép phát triển các mô hình dự đoán nhiệt độ pin và ước lượng trạng thái sạc SOC bằng trí tuệ nhân tạo. Thiết bị cũng mở ra hướng nghiên cứu thử nghiệm các bộ sạc hai chiều V2G đưa điện từ xe vào lưới điện dân dụng. Tiềm năng khoa học của mô hình khẳng định tính thực tiễn và định hướng dài hạn vững chắc.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trước bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu và sự suy giảm chất lượng không khí do khí thải từ các phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, ngành công nghiệp ô tô thế giới đang chuyển dịch mạnh mẽ sang các dòng xe điện (Electric Vehicle – EV). Nhiều quốc gia phát triển như Đức, Nhật Bản, Hoa Kỳ, Trung Quốc cùng Liên minh châu Âu (EU) đã ban hành các lộ trình cụ thể nhằm dừng sản xuất xe động cơ đốt trong vào năm 2035. Tại Việt Nam, quá trình chuyển đổi giao thông xanh được cụ thể hóa bằng các văn bản pháp lý mang tính bắt buộc:

• Chỉ thị số 20/CT-TTg ngày 12/7/2025 của Thủ tướng Chính phủ về các nhiệm vụ cấp bách bảo vệ môi trường đô thị, đặt ra lộ trình loại bỏ xe mô tô, xe gắn máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong khu vực Vành đai 1 tại Hà Nội từ ngày 01/7/2026; hạn chế ô tô cá nhân dùng nhiên liệu hóa thạch trong Vành đai 1 và Vành đai 2 từ ngày 01/1/2028; mở rộng phạm vi sang Vành đai 3 trước năm 2030.
• Quy định kiểm định khí thải định kỳ đối với xe mô tô, xe gắn máy theo Luật Trật tự, an toàn giao thông đường bộ (có hiệu lực từ ngày 01/01/2025), hướng tới mục tiêu giảm phát thải ròng bằng "0" (Net Zero) vào năm 2050 theo cam kết tại Hội nghị COP26.

Song song với việc VinFast phát triển và thương mại hóa các dòng xe điện tại thị trường trong nước và quốc tế, nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật chất lượng cao về công nghệ ô tô điện trở nên cấp thiết. Tuy nhiên, hệ thống đào tạo kỹ thuật ô tô hiện nay còn thiếu các thiết bị giảng dạy trực quan. Các nội dung chuyên sâu về hệ thống truyền động điện (Electric Drive System – EDS), cụm tích hợp 3in1 (DC/DC Converter, Onboard Charger – OBC, Power Distribution Unit – PDU) và hệ thống quản lý pin (Battery Management System – BMS) phần lớn dừng lại ở mức độ lý thuyết hoặc mô phỏng phần mềm cơ bản.

Nhằm giải quyết thực trạng trên, đề tài "Nghiên cứu, thi công mô hình hệ thống động lực trang bị trên xe điện Vinfast phục vụ giảng dạy" xác định các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:

1. Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phương thức truyền thông của toàn bộ hệ thống động lực trên ô tô điện VinFast.
2. Tháo lắp, thiết kế và thi công mô hình thực tế hệ thống động lực phục vụ công tác đào tạo thực hành.

Đối tượng nghiên cứu bao gồm các cụm linh kiện chính trên xe điện VinFast:

• Cụm pin cao áp (HV Battery) và hệ thống quản lý pin (BMS).
• Hộp rơ-le và mạch bảo vệ cao áp (Contactor Box).
• Hộp tích hợp 3in1 (gồm bộ hạ áp DC/DC, bộ sạc tích hợp OBC, bộ phân phối nguồn PDU) trên xe VinFast VF8.
• Hệ thống truyền động điện (EDS) bao gồm hộp điều khiển động cơ (MCU) và động cơ điện xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) trên xe VinFast VFe34.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phân tích cấu trúc phần cứng, nguyên lý làm việc của các mạch điện tử công suất, đường dẫn dòng điện cao áp, các tầng bảo vệ an toàn (HVIL, Contactor, cầu chì Pyro), giải mã giao thức mạng CAN và giao tiếp nội bộ chuỗi Daisy Chain. Do điều kiện trang thiết bị, đề tài kết hợp các module nguồn, bảo vệ và 3in1 của dòng xe VinFast VF8 với cụm truyền động EDS của dòng xe VinFast VFe34 để hoàn thiện một mô hình học cụ trực quan.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài xây dựng trên nền tảng lý thuyết điện tử công suất, kỹ thuật điều khiển tự động và điện hóa học ứng dụng trong ô tô điện:

• Lý thuyết pin Lithium-ion: Cấu trúc điện hóa của tế bào pin (cell) gồm cực dương (Cathode) sử dụng vật liệu NCM hoặc LFP, cực âm (Anode) than chì (Graphite), chất điện phân muối $LiPF_6$ hòa tan trong dung môi hữu cơ (EC, DMC, DEC), và màng ngăn polymer xốp. Các hiện tượng suy thoái dung lượng như sự hình thành màng điện phân liên pha rắn (SEI) và kết tủa lithium (Lithium Plating) khi sạc dòng lớn ở nhiệt độ thấp.
• Lý thuyết tính toán trạng thái pin: Trạng thái nạp (SOC) được xác định bằng phương pháp đếm Coulomb kết hợp phương pháp đo điện áp hở mạch (OCV) và thuật toán Bộ lọc Kalman mở rộng (EKF); Trạng thái sức khỏe (SOH) được đánh giá qua tỷ lệ suy giảm dung lượng và sự biến thiên điện trở nội dòng một chiều (DC Internal Resistance).
• Lý thuyết mạch biến đổi điện tử công suất: Mạch hạ áp Buck Converter với công thức xác định điện áp ra $V_{out} = D \times V_{in}$; Mạch chỉnh lưu tích cực tích hợp hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) biến đổi AC-DC trong bộ sạc OBC; Mạch nghịch lưu cầu 3 pha sử dụng cấu trúc IGBT/MOSFET điều chế độ rộng xung vector không gian (SVPWM) cung cấp điện áp xoay chiều 3 pha cho động cơ.
• Khung pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật: Chỉ thị 20/CT-TTg, Luật Trật tự an toàn giao thông đường bộ 2025; các chuẩn giao tiếp công nghiệp Controller Area Network (CAN 2.0B, CAN FD), chuẩn sạc kết hợp CCS Type 2, và giao thức truyền thông chuỗi Daisy Chain - UART.

Phương pháp nghiên cứu áp dụng trong đề tài gồm:

• Phương pháp tổng quan và phân tích tài liệu: Khai thác tài liệu kỹ thuật chính hãng của VinFast, kết hợp nghiên cứu datasheet chuyên sâu từ các nhà sản xuất linh kiện bán dẫn như Infineon (SAK-TC275TP, TLF35584, BTS7120-2EPA), Texas Instruments (BQ79616-Q1, BQ79600, UCC5350SB), Onsemi (NVBLS1D1N08H) và UnitedSiC/Qorvo (UJ4C075060K4S).
• Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật: Tháo rã các cụm module thực tế của xe VinFast; sử dụng phần mềm CAD (SolidWorks) để thiết kế khung giá đỡ cơ khí; thi công hàn, sơn lắp ráp; bố trí hệ thống dây dẫn công suất, rơ-le, hộp bảo vệ; sử dụng đồng hồ vạn năng (VOM), thiết bị đo điện trở cách điện chuyên dụng và bộ giao tiếp CAN Hacker để đo kiểm tín hiệu xung, đọc dữ liệu khung CAN và kiểm thử tính năng an toàn.

Nguồn dữ liệu sử dụng là các thông số đo đạc thực nghiệm trên phần cứng xe VinFast VF8 và VFe34, kết hợp thông số định mức công bố từ nhà sản xuất linh kiện.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống mô hình thực hành được thiết kế theo cấu trúc module hóa, kết hợp liên động giữa hệ thống cơ khí và các mạch điện động lực:

• Thiết kế kết cấu cơ khí: Sử dụng phần mềm SolidWorks để tính toán tải trọng và thiết kế khung gá chịu lực bằng thép hộp. Khung mô hình được gia công cắt, hàn định hình, sơn phủ bảo vệ. Khung được chia thành hai tầng: tầng dưới gá đặt cụm động cơ điện và hộp số giảm tốc (tháo bỏ cụm vi sai); tầng trên bố trí các tấm panel cách điện để lắp đặt bo mạch BMS chính, BMS phụ, hộp 3in1 mở nắp quan sát, hộp Contactor và hệ thống cổng cắm đo kiểm.
• Kiến trúc phần cứng điều khiển và công suất:
  • Khối BMS chính (Master BMS): Sử dụng vi điều khiển ô tô 32-bit đa lõi Infineon SAK-TC275TP-64, tích hợp IC quản lý nguồn và Watchdog an toàn TLF35584. Tầng bảo vệ đầu vào nguồn 12V gồm diode TVS triệt tiêu xung áp cao và cặp P-MOSFET MCU80P06Y đấu nối kiểu Common Source giúp chống ngược cực và ngắt nguồn chủ động hai chiều.
  • Khối BMS phụ (Slave BMS): Trang bị IC giám sát tế bào pin chuyên dụng Texas Instruments BQ79616-Q1 kết nối cách ly qua biến áp xung HMU2103NL, giao tiếp chuỗi Daisy Chain UART với IC chuyển đổi BQ79600 tại mạch chủ.
  • Khối điều khiển đóng cắt cao áp: Sử dụng IC lái tải cao áp BTS7120-2EPA, BTF3050TE và IC lái tải thấp áp VNLD5300-E để cấp dòng đóng/ngắt các cuộn hút của Contactor AEV250 và rơ-le sạc nhanh.
  • Khối biến đổi 3in1: Bộ chuyển đổi hạ áp DC/DC sử dụng SiC-MOSFET UJ4C075060K4S được lái bởi IC UCC5350SB-Q1, tầng chỉnh lưu đồng bộ phía thứ cấp dùng MOSFET NVBLS1D1N08H và cảm biến dòng Hall HASS 50. Bộ sạc tích hợp OBC trang bị cảm biến dòng cách ly ACS724KMA và bộ lọc EMI.
  • Khối truyền động điện EDS: Hộp MCU tích hợp khối nghịch lưu 6 van IGBT điều khiển động cơ PMSM, mạch đọc tín hiệu Resolver phục vụ xác định vị trí góc quay rotor.
• Tích hợp vòng lặp liên động an toàn (HVIL - High Voltage Interlock Loop): Bố trí công tắc liên động cơ khí tại nắp đậy MCU, cụm Resolver và các cổng cắm cao áp. Khi bất kỳ tiếp điểm nào hở mạch, tín hiệu HVIL lập tức bị ngắt, MCU và BMS điều khiển nhả các Contactor để cô lập nguồn điện cao áp.
• Quy trình kiểm thử thực nghiệm:
  • Kiểm tra điện trở cách điện giữa các pha động cơ điện U-V, V-W, U-W đạt tiêu chuẩn an toàn không rò rỉ điện.
  • Kiểm tra thông số cảm biến Resolver: đo điện trở cuộn dây kích từ (REF) và hai cuộn tín hiệu (SIN, COS).
  • Kết nối thiết bị CAN Hacker phân tích dữ liệu mạng CAN, trích xuất và giải mã gói tin định danh ID 0x230 để xác định góc lệch rotor động cơ điện.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ vấn đề ô nhiễm môi trường, sự cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và các cam kết giảm phát thải quốc tế. Tác giả phân tích chi tiết cơ sở pháp lý tại Việt Nam, trọng tâm là Chỉ thị số 20/CT-TTg ngày 12/7/2025 quy định lộ trình loại bỏ phương tiện dùng nhiên liệu hóa thạch tại Hà Nội (Vành đai 1 từ tháng 7/2026; hạn chế ô tô cá nhân tại Vành đai 1 và 2 từ tháng 01/2028; mở rộng Vành đai 3 trước 2030) và Luật Trật tự an toàn giao thông đường bộ 2025. Chương này xác định rõ mục tiêu chế tạo học cụ trực quan phục vụ đào tạo thực hành chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, đối tượng nghiên cứu (pin, BMS, hộp Contactor, hộp 3in1 của VinFast VF8; EDS của VinFast VFe34), phương pháp nghiên cứu (tổng quan lý thuyết và thực nghiệm chế tạo), phạm vi ứng dụng và bố cục 6 chương của đồ án.

Chương 2: Giới thiệu về hệ thống động lực trên xe Vinfast

Chương 2 giới thiệu tổng quan về sự phát triển của công ty VinFast, mạng lưới trạm sạc xe điện tại Việt Nam và danh mục các dòng xe thương mại gồm VF3, VF5, VFe34, VF8, VF9. Tác giả đi sâu phân tích chức năng tổng quát của ba thành phần cốt lõi trong hệ thống động lực:

• Hệ thống quản lý pin (BMS) thực hiện đo đạc, giám sát điện áp, dòng điện, nhiệt độ, bảo vệ ngắt mạch và tính toán trạng thái SOC, SOH, SOF.
• Module tích hợp 3in1 bố trí dưới nắp cốp trước xe VinFast VF8, tích hợp bộ hạ áp DC/DC, bộ sạc xoay chiều OBC và hộp phân phối PDU, kết nối 13 cổng chức năng bao gồm đường sạc AC, sạc nhanh DC, đường cấp nguồn cho EDS trước/sau, máy nén khí, bộ sưởi cao áp và sạc ắc quy 12V.
• Hệ thống truyền động điện EDS của xe VinFast VFe34 tích hợp motor điện PMSM, hộp số giảm tốc và hộp điều khiển MCU.

Bên cạnh đó, chương 2 hệ thống hóa lý thuyết về các mạch điện tử công suất căn bản:

• Mạch hạ áp Buck Converter: phân tích chi tiết hai pha dẫn/ngắt của transistor công suất, vai trò tích trữ của cuộn cảm L, tụ lọc C, diode chỉnh lưu tự do và công thức điều chế điện áp qua hệ số chu kỳ D.
• Mạch chỉnh lưu: phân loại chỉnh lưu nửa chu kỳ, toàn chu kỳ dạng cầu diode và chỉnh lưu tích cực PFC ứng dụng trong khối OBC nhằm nâng cao hệ số công suất và làm phẳng dạng sóng điện áp.
• Mạch nghịch lưu (Inverter): phân loại theo số pha (một pha, ba pha), cấu trúc van bán dẫn công suất (MOSFET, IGBT, SiC-MOSFET, GaN-FET), nguyên lý điều chế SPWM/SVPWM và các khối chức năng bảo vệ quá áp, quá dòng, quá nhiệt.

Chương 3: Nghiên cứu về hệ thống động lực trên xe Vinfast

Chương 3 là phần nghiên cứu lý thuyết và phần cứng chi tiết của đồ án. Về cụm pin cao áp (HV Battery), tài liệu phân tích cấu trúc cell, module và pack pin:

• Cấu trúc điện hóa và đặc tính vận hành giữa hai dòng pin: Pin Lithium Iron Phosphate (LFP) do hãng CATL sản xuất và pin Nickel Cobalt Manganese (NCM) do hãng Samsung SDI sản xuất.

Đặc tính kỹ thuật	Pin LFP (CATL)	Pin NCM (Samsung SDI)
Thành phần hóa học chính	$LiFePO_4$	$Li(NiCoMn)O_2$
Điện áp danh định một cell	Khoảng 3,2 V	Khoảng 3,7 V
Dung lượng danh định một cell	Khoảng 120 Ah	Khoảng 3 Ah
Mật độ năng lượng	Thấp hơn	Cao hơn
Khối lượng	Nặng hơn	Nhẹ hơn
Vòng đời (chu kỳ sạc/xả)	Khoảng 3.000 chu kỳ	Khoảng 2.000 chu kỳ
Độ ổn định nhiệt, an toàn cháy nổ	Tốt hơn	Kém hơn
Tiêu chuẩn chống nước/bụi	IP68	IP67
Ứng dụng trên các mẫu xe	VF3 (18,64 kWh), VF5 (37,23 kWh), VF8 (87,7 kWh)	VF8 (82 kWh)

Pack pin trên xe bao gồm các module ghép nối tiếp, điển hình là 6 module cấu hình 16S8P (điện áp danh định 51,2V) và 2 module cấu hình 8S9P (điện áp danh định 25,6V), tổng điện áp đạt từ 400V đến 500V. Nhiệt độ làm việc an toàn của pin từ 20°C đến 40°C, sử dụng hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng chuyên dụng tách biệt với hệ thống làm mát động cơ và hộp 3in1. Hệ thống hỗ trợ các phương thức sạc: sạc chậm AC (ổ cắm dân dụng 220V hoặc bộ sạc Wallbox), sạc nhanh DC (công suất từ 50 kW, 150 kW đến 350 kW) và quá trình sạc nạp ngược thông qua phanh tái sinh (Regenerative Braking).

Về hệ thống quản lý pin BMS (phần cứng CATL trên xe VF8):

• BMS chính (Master BMS): Sử dụng vi điều khiển Infineon SAK-TC275TP-64 thực thi các thuật toán ước tính trạng thái SOC (qua đếm Coulomb, điện áp hở mạch OCV, bộ lọc Kalman mở rộng EKF) và SOH (qua đo điện trở nội). IC quản lý nguồn hệ thống TLF35584 tích hợp tầng nâng áp (Step-Up) khi ắc quy sụt áp lúc khởi động, tầng hạ áp Buck tạo mức áp trung gian 6V và các bộ ổn áp LDO cấp nguồn 5V cho vi điều khiển TC275, bộ truyền thông CAN (TJA1145A) và cảm biến. Tầng bảo vệ đầu vào sử dụng diode TVS và cặp P-Channel MOSFET MCU80P06Y cấu hình Common Source. IC lái BTS7120-2EPA, BTF3050TE và VNLD5300-E điều khiển hệ thống rơ-le cao áp.
• Hộp Contactor và bảo vệ: Trang bị các Contactor cao áp Panasonic AEV250, cầu chì công nghiệp Eaton Bussmann, cầu chì chủ động Pyro ngắt mạch bằng ngòi nổ hóa học khi xảy ra va chạm hoặc đoản mạch nghiêm trọng, điện trở Shunt đo dòng, mạch rơ-le tiền nạp (Pre-charge) hạn chế dòng nạp ban đầu cho tụ điện của Inverter, và khối giám sát tiếp điểm Contactor Supervisor Unit (CSU).
• Cụm BMS phụ (Slave BMS): Trang bị IC đo kiểm BQ79616-Q1 thu thập điện áp từng tế bào và nhiệt độ qua các đầu đo, kết nối với BMS chính qua biến áp cách ly HMU2103NL theo chuỗi Daisy Chain.

Về module 3in1:

• PDU: Phân phối dòng điện DC cao áp từ pin đến các phụ tải (EDS trước/sau, máy nén điều hòa, sưởi cabin) và bảo vệ an toàn qua vòng lặp liên động HVIL.
• Bộ hạ áp DC/DC: Chuyển đổi điện áp cao của pin (400V) xuống 12VDC cấp cho ắc quy và hệ thống điện thân xe; mạch nghịch lưu sử dụng SiC-MOSFET UJ4C075060K4S chịu điện áp cao, đóng cắt nhanh, điều khiển bởi IC lái cổng UCC5350SB-Q1; tầng chỉnh lưu phía hạ áp dùng MOSFET NVBLS1D1N08H; đo dòng bằng cảm biến Hall HASS 50.
• Bộ sạc Onboard Charger (OBC): Biến đổi nguồn AC một pha từ lưới điện dân dụng thành nguồn DC nạp vào pin HV qua cổng chuẩn CCS Type 2; tích hợp mạch lọc EMI, mạch chỉnh lưu tích cực PFC và cảm biến dòng ACS724KMA.

Về hệ thống truyền động điện EDS (VinFast VFe34):

• Cấu tạo tích hợp gồm hộp điều khiển động cơ MCU, động cơ điện PMSM và hộp số giảm tốc một cấp tích hợp bộ vi sai.
• MCU tích hợp bộ biến tần 3 pha sử dụng các module IGBT công suất lớn, biến đổi điện áp một chiều DC thành điện áp xoay chiều ba pha điều khiển Stator động cơ; tích hợp cảm biến vị trí góc quay rotor dạng Resolver (gồm cuộn kích từ Excitation/REF, cuộn Sine và cuộn Cosine) và cảm biến nhiệt độ cuộn dây dạng PTC.

Chương 4: Mạng giao tiếp giữa các hệ thống

Chương 4 phân tích cơ chế truyền dữ liệu trong hệ thống điều khiển ô tô điện:

• Mạng CAN (CAN Bus): So sánh đặc tính giữa hai chuẩn CAN 2.0B (tốc độ tối đa 1 Mbps, độ dài trường dữ liệu 8 byte) và CAN FD (tốc độ truyền dữ liệu lên đến 5–8 Mbps, khung dữ liệu mở rộng tối đa 64 byte). Cấu trúc khung dữ liệu chuẩn, phương pháp xác định độ ưu tiên thông qua trường định danh Identifier (ID).
• Giải mã tín hiệu CAN trên mô hình: Sử dụng thiết bị phần cứng CAN Hacker kết nối mạng CAN động lực, phân tích gói tin có mã định danh ID 0x230. Đây là gói tin phát ra từ MCU chứa dữ liệu vị trí góc quay tuyệt đối của động cơ đo từ cảm biến Resolver. Dữ liệu thực nghiệm xác định giá trị góc quay của rotor tương ứng với các trạng thái lệch pha giữa Rotor và Stator (điểm mốc 0 độ và góc lệch 39,34 độ).
• Giao tiếp chuỗi Daisy Chain trong hệ thống BMS: Cơ chế truyền thông nối tiếp cách ly vi sai giữa IC giao tiếp chủ BQ79600 và chuỗi các IC giám sát BQ79616-Q1 trên các BMS phụ. Quy trình thiết lập địa chỉ tự động khi khởi động, cơ chế truyền dữ liệu hai chiều thông qua chuyển đổi bit chọn hướng $DIR_SEL$ ($DIR_SEL = 0$ truyền từ IC Base đến IC Stack $S_1$; $DIR_SEL = 1$ truyền theo hướng ngược lại qua $S_2, S_3$), giúp duy trì kết nối ngay cả khi một phân đoạn cáp bị đứt đoạn.

Chương 5: Thi công và thử nghiệm mô hình hệ thống

Chương 5 ghi lại quy trình hiện thực hóa mô hình học cụ từ bản vẽ thiết kế đến vận hành thực tế:

• Quá trình gia công cơ khí và lắp ráp: Gia công hoàn thiện khung mô hình theo bản vẽ SolidWorks; tháo rời bộ vi sai trên động cơ xe VFe34 để giảm tải tự do khi vận hành không tải; gá đặt động cơ, hộp số và cụm MCU lên khung thép; lắp đặt các module PDU, OBC, DC/DC của hộp 3in1 và mạch BMS chính/phụ lên giá đỡ panel; bố trí hệ thống cọc cắm đo kiểm và các đầu giắc cao áp công nghiệp.
• Xây dựng bài tập thực hành trên mô hình:
  • Bài tập 1: Đo kiểm tra thông số cảm biến Resolver (đo điện trở thuần cuộn kích từ REF, cuộn SIN, cuộn COS đảm bảo nằm trong dải thông số kỹ thuật tiêu chuẩn).
  • Bài tập 2: Đo kiểm tra cảm biến nhiệt độ động cơ (xác định chân cảm biến PTC và giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ).
  • Bài tập 3: Đo kiểm tra điện trở cách điện ba pha Stator (sử dụng thiết bị đo cách điện chuyên dụng kiểm tra giữa các cặp dây U-V, V-W, U-W với vỏ kim loại, đảm bảo giá trị cách điện an toàn trước khi đóng điện).
  • Bài tập 4: Đo kiểm hoạt động của hộp Contactor và mạch sạc DC (cấp nguồn điều khiển các rơ-le cao áp, đo thông mạch đường nguồn sạc nhanh, kiểm tra trạng thái các cầu chì bảo vệ EDS trước, EDS sau và máy nén điều hòa).
  • Bài tập 5: Thực hành kiểm tra vòng lặp an toàn HVIL (kích hoạt công tắc liên động tại nắp MCU và Resolver, quan sát trạng thái ngắt tiếp điểm rơ-le trên màn hình giám sát).
  • Bài tập 6: Đọc và giải mã dữ liệu mạng CAN (kết nối máy tính qua bộ chuyển đổi CAN Hacker, trích xuất dữ liệu thô và chuyển đổi sang giá trị góc quay Resolver thực tế).

Chương 6: Kết luận và đề nghị

Chương 6 đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu: chế tạo thành công mô hình học cụ trực quan hoạt động ổn định, tài liệu hóa toàn bộ sơ đồ chân linh kiện và cấu trúc phần cứng hệ thống động lực xe điện VinFast. Đồng thời, nhóm tác giả đưa ra các đề xuất phát triển tiếp theo cho mô hình.

Kết quả và đóng góp

Đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu và chế tạo thực nghiệm với những kết quả cụ thể:

• Chế tạo hoàn thiện mô hình thực hành hệ thống động lực xe điện: Kết hợp thành công các khối phần cứng thực tế gồm BMS và module 3in1 (VinFast VF8) cùng cụm truyền động điện EDS (VinFast VFe34) trên một khung giá đỡ bằng thép định hình, có thể vận hành các chức năng điều khiển cơ bản.
• Đo kiểm và xác thực thông số kỹ thuật của các cụm linh kiện:
  • Xác định cấu trúc pack pin gồm 6 module 16S8P (51,2V) và 2 module 8S9P (25,6V), tổng điện áp danh định 400V - 500V.
  • Đo đạc chính xác thông số điện trở cuộn dây của cảm biến vị trí Resolver (cuộn REF, SIN, COS) và kiểm tra an toàn điện trở cách điện giữa các cặp cuộn dây Stator 3 pha (U-V, V-W, U-W).
  • Khảo sát mạch nguồn điều khiển BMS sử dụng IC TLF35584 với khả năng tạo mức áp trung gian 6V và cấp nguồn LDO 5V cho vi điều khiển TC275 và mạng CAN.
• Khai thác thành công mạng truyền thông và tính năng an toàn:
  • Bắt gói tin và giải mã thành công thông điệp CAN ID 0x230, trích xuất dữ liệu góc quay rotor động cơ từ cảm biến Resolver với các mốc vị trí 0 độ và góc lệch 39,34 độ.
  • Mô phỏng và kiểm chứng thành công cơ chế ngắt mạch bảo vệ của vòng lặp liên động an toàn cao áp HVIL tại nắp che MCU và giắc Resolver.
• Xây dựng hệ thống 6 bài tập thực hành hoàn chỉnh: Cung cấp quy trình kiểm tra an toàn, đo kiểm linh kiện bán dẫn công suất, rơ-le Contactor, cảm biến động cơ và phân tích tín hiệu mạng truyền thông CAN.

Đóng góp của đề tài:

• Khắc phục tình trạng giảng dạy thuần lý thuyết hoặc mô phỏng số trong các trường kỹ thuật bằng việc cung cấp một mô hình phần cứng trực quan từ các linh kiện xe điện thương mại thực tế tại Việt Nam.
• Hệ thống hóa chi tiết sơ đồ chân, nguyên lý hoạt động của các vi mạch ô tô chuyên dụng thế hệ mới (Infineon AURIX TC275, TLF35584, BTS7120-2EPA; Texas Instruments BQ79616-Q1; SiC-MOSFET UJ4C075060K4S), tạo tiền đề cho các nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ xe điện.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Tính không đồng bộ về mặt thế hệ linh kiện: Do điều kiện vật tư trang thiết bị, mô hình phải kết hợp hệ thống BMS và module 3in1 của dòng xe VinFast VF8 với cụm động lực EDS của xe VinFast VFe34, chưa tạo thành một hệ thống nguyên bản hoàn toàn của một dòng xe duy nhất.
• Động cơ chỉ chạy thử nghiệm ở trạng thái không tải: Cụm vi sai đã được tháo dỡ và hệ thống chưa trang bị bệ thử tải (Dynamometer), do đó chưa đo đạc được các đặc tính mô-men xoắn, dòng điện và nhiệt độ trong các chu trình lái thực tế có tải.
• Chưa tích hợp đầy đủ hệ thống chẩn đoán lỗi chuyên sâu: Mô hình mới dừng lại ở việc đọc tín hiệu CAN thô qua thiết bị CAN Hacker và kiểm tra chân rơ-le, chưa kết nối và giao tiếp hoàn chỉnh với các máy chẩn đoán chuyên dụng qua cổng OBD-II theo các tiêu chuẩn chẩn đoán UDS (Unified Diagnostic Services).

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Nghiên cứu tối ưu hóa hiệu suất điều khiển động cơ điện: Ứng dụng các thuật toán điều khiển vector tựa từ thông (FOC) hoặc điều khiển mô-men trực tiếp (DTC) nâng cao trên bộ biến tần MCU.
• Xây dựng hệ thống giao tiếp, chẩn đoán và cài đặt lỗi (Fault Injection): Lập trình hộp chẩn đoán chuyên dụng, tích hợp bảng mô phỏng pan bệnh để sinh viên thực hành chẩn đoán lỗi hệ thống HVIL, lỗi mất cân bằng cell pin BMS, lỗi mạch cảm biến nhiệt độ và lỗi mất pha động cơ.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn trong môi trường giáo dục kỹ thuật:

• Đối tượng sử dụng: Giảng viên và sinh viên các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện - Điện tử tại các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật; kỹ thuật viên tại các trung tâm dịch vụ, bảo dưỡng và sửa chữa xe ô tô điện.
• Hạng mục tham khảo giá trị:
  • Bản vẽ thiết kế khung giá đỡ và phương pháp bố trí module trên phần mềm SolidWorks (Chương 5).
  • Sơ đồ mạch nguyên lý chi tiết tầng nguồn, mạch bảo vệ ngược cực MOSFET, mạch điều khiển cuộn dây Contactor và sơ đồ chân các IC chuyên dụng (Chương 3).
  • Tài liệu kỹ thuật về phương pháp đo kiểm cách điện cao áp, kiểm tra cảm biến Resolver và quy trình giải mã khung truyền CAN ID 0x230 (Chương 4 và Chương 5).
  • Hệ thống các bài tập thực hành có thể đưa trực tiếp vào giáo trình thực tập xưởng môn học Hệ thống điện - điện tử ô tô và Công nghệ ô tô điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Khối BMS chính trên mô hình sử dụng vi điều khiển nào và đảm nhiệm các thuật toán ước lượng trạng thái nào của pin?
BMS chính sử dụng vi điều khiển 32-bit SAK-TC275TP-64 do hãng Infineon sản xuất. Vi điều khiển này đảm nhiệm việc thu thập dữ liệu từ các BMS phụ, điều khiển đóng/ngắt các Contactor qua chip điều khiển, đồng thời chạy các thuật toán: ước lượng trạng thái nạp SOC (bằng phương pháp đếm Coulomb kết hợp điện áp mạch hở OCV và bộ lọc Kalman mở rộng EKF), ước lượng trạng thái sức khỏe SOH (thông qua tính toán độ suy giảm dung lượng và đo điện trở nội), ước lượng trạng thái năng lượng (SOE) và trạng thái công suất đáp ứng (SOF).

2. Cụm module 3in1 trên xe VinFast VF8 gồm những thành phần nào, được lắp đặt ở đâu trên xe và kết nối những phụ tải gì?
Module 3in1 tích hợp 3 bộ phận chính: bộ hạ áp DC/DC (Buck Converter), bộ sạc xoay chiều tích hợp Onboard Charger (OBC) và bộ phân phối điện Power Distribution Unit (PDU). Cụm này được bố trí dưới đáy thùng cốp trước của xe, cố định bằng 4 bu lông lên khung phụ trước. Hộp 3in1 phân phối điện cao áp tới các hệ thống truyền động điện EDS trước/sau, bộ sưởi cao áp cabin, máy nén khí điều hòa, cổng sạc nhanh DC, nhận nguồn sạc AC từ cổng CCS Type 2 và hạ áp sạc lại cho ắc quy 12V.

3. Khối BMS phụ giám sát điện áp và nhiệt độ các cell pin sử dụng IC chuyên dụng nào và truyền dữ liệu về BMS chính bằng giao thức gì?
Khối BMS phụ sử dụng các IC giám sát chuyên dụng BQ79616-Q1 của hãng Texas Instruments (hỗ trợ đo tới 16 cell pin mắc nối tiếp). Tín hiệu từ các IC BQ79616-Q1 được truyền nối tiếp về BMS chính theo cấu trúc chuỗi Daisy Chain thông qua giao tiếp UART vi sai cách ly bằng biến áp xung HMU2103NL, kết nối với IC giao tiếp BQ79600 tại vi điều khiển trung tâm. Cơ chế này hỗ trợ đổi chiều truyền qua bit $DIR_SEL$ nhằm duy trì giao tiếp khi có điểm đứt.

4. Dữ liệu trích xuất từ khung truyền mạng CAN có mã định danh ID 0x230 phản ánh thông số kỹ thuật gì của hệ thống động lực?
Khung dữ liệu CAN ID 0x230 được phát ra từ hộp điều khiển động cơ MCU, chứa dữ liệu đo lường vị trí góc quay tuyệt đối của rotor động cơ thông qua cảm biến Resolver. Tín hiệu này được MCU sử dụng để điều khiển chính xác thời điểm đóng cắt các van bán dẫn công suất IGBT trong bộ biến tần, phục vụ điều khiển chuyển mạch dòng xoay chiều 3 pha đến Stator động cơ PMSM.

5. Khối bảo vệ đầu vào nguồn 12V trên bo mạch BMS chính được thiết kế như thế nào để bảo vệ vi điều khiển?
Mạch bảo vệ đầu vào sử dụng diode TVS để dập tắt các xung điện áp gai đột biến từ hệ thống điện thân xe, tiếp nối bởi cặp P-Channel MOSFET MCU80P06Y mắc theo cấu hình Common Source (cực Source nối chung cực Source). Cấu hình này tạo thành một công tắc chuyển mạch phía cao (High-side switch), cho phép ngắt dòng hai chiều khi có sự cố và bảo vệ chống cắm ngược cực ắc quy với nội trở siêu thấp, trước khi đưa điện áp vào chân VS1 của IC nguồn TLF35584.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thi công mô hình hệ thống động lực trang bị trên xe điện Vinfast phục vụ giảng dạy" đã nghiên cứu toàn diện cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cụm pin cao áp, hệ thống quản lý pin BMS, hộp tích hợp 3in1, bộ điều khiển MCU và động cơ điện PMSM. Dựa trên cơ sở lý thuyết và bản vẽ thiết kế SolidWorks, nhóm tác giả đã thi công hoàn thiện mô hình học cụ phần cứng kết hợp linh kiện chính hãng của dòng xe VinFast VF8 và VFe34, kiểm thử thành công hệ thống an toàn liên động HVIL và giải mã tín hiệu mạng CAN ID 0x230. Kết quả nghiên cứu và hệ thống bài tập thực hành đo kiểm đóng góp trực tiếp vào công tác giảng dạy chuyên sâu về công nghệ xe điện, đáp ứng nhu cầu đào tạo nhân lực kỹ thuật theo định hướng chuyển đổi xanh tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TRÊN XE VINFAST CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TRÊN XE VINFAST CHƯƠNG 4: MẠNG GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỆ THỐNG CHƯƠNG 5: THI CÔNG VÀ LẮP RÁP MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TRÊN XE VINFAST 2. Giới thiệu về hãng xe Vinfast Công ty Cổ phần Sản xuất và Kinh doanh Vinfast là doanh nghiệp sản xuất ô tô - xe máy điện ở Việt Nam, thuộc tập đoàn Vingroup.dể hội xu thế toàn cầu Vinfast dần loại bỏ xe chạy bằng nhiên liệu xăng dầu như Vinfast Fadil, Vinfast Lux-A, … để tập trung hướng phát triển sang các dòng xe điện, nhằm đáp ứng các yêu cầu xanh hóa trên toàn thế giới. Không chỉ sản xuất, mà Vinfast còn tích cực mở rộng hệ sinh thái xe điện như hỗ trợ khách hàng chuyển từ phương tiện chạy xăng dầu sang xe điện tại thủ đô, đẩy mạnh việc phát triển hạ tầng trạm sạc EV trên cả nước. Sơ đồ trạm sạc ở nước ta [1] Về sản phẩm, Vinfast không ngừng đa dạng hóa dòng xe điện.

Các mẫu như VF3, VFe34, VF5, VF8, VF9 đang được thương mại hoá và nhận được sự quan tâm rộng rãi từ trong và ngoài nước. Vinfast là biểu tượng của tinh thần đổi mới sáng tạo và khát khao vươn ra thế giới của người Việt Nam. Giới thiệu về hệ thống động lực trên xe Vinfast 2. Hệ thống quản lí nguồn điện cao áp (BMS) Hệ thống quản lý nguồn cao áp - Battery Management System (BMS) là bộ phận quan trọng và không thể thiếu trong hệ thống động lực của xe điện.

Chức năng chính của 5 BMS là giám sát, bảo vệ, cân bằng và điều khiển hoạt động của bộ pin bằng cách gửi và nhận tín hiệu của Bộ điều khiển trung tâm (VCU) nhằm đảm bảo pin vận hành trong điều kiện an toàn, ổn định và có tuổi thọ cao nhất. Về cơ bản, hệ thống BMS có chức năng chính là: - Đo đạc, cân bằng và giám sát điện áp, dòng điện, nhiệt độ của pin cao áp - Bảo vệ an toàn, ngắt kết nối khi phát hiện hiện tượng nguy hiểm như quá áp, thấp áp, quá nhiệt, quá dòng hoặc ngắn mạch. - BMS giao tiếp với các bộ điều khiển khác qua các mạng thông tin. Trên các dòng xe điện Vinfast, hệ thống BMS được chia thành BMS chính (Master BMS) và BMS phụ (Slave BMS hoặc Module BMS).

BMS chính có vai trò thu thập dữ liệu từ các BMS phụ, xử lý thông tin tổng hợp, ra quyết định điều khiển Main Relay (Relay cao áp), truyền tín hiệu đến VCU và hệ thống sạc. BMS còn thực hiện các thuật toán ước lượng mức pin còn lại – (SOC) tình trạng dung lượng tối đa của pin – (SOH) và khả năng đáp ứng – (SOF), nhằm đảm bảo quá trình vận hành của pin an toàn, hiệu quả hơn. BMS phụ có chức năng đo kiểm điện áp, nhiệt độ và cân bằng điện áp từng nhóm cell cùng module. Khối pin thực tế 6 2.

Module OBC - DC/DC - PDU (3in1) Module 3in1 là một thành phần trong hệ thống động lực của xe Vinfast với nhiều chức năng quan trọng, module 3in1 được tích hợp ba thành phần chính bao gồm: DC/DC, OBC và PDU, mỗi thành phần này đều có chức năng riêng biệt và chúng hoạt động cùng nhau để đảm bảo rằng hệ thống động lực của xe sẽ hoạt động an toàn và hiệu quả. Module 3in1 nằm dưới thùng cốp trước của xe và được gắn bằng 4 bu lông lên khung phụ trước. Vị trí của module 3in1 trên xe Vinfast VF8 [2] Cấu tạo bên ngoài hộp 3in1 gồm có nhiều cổng kết nối đến các bộ phận khác nhau của xe, các cổng này là để hộp 3in1 phân phối điện cao áp, điện thấp áp và cũng có cả cổng để giao tiếp với các hộp khác trên xe. Cấu tạo mặt trước bên ngoài module 3in1 trên xe Vinfast VF8 [2] Ở mặt trước bên ngoài module 3in1 trên xe Vinfast VF8 ta có các đầu nối được đánh số như trên hình như sau: 1 – Ống nước làm mát 2 – Đầu nối dương EDS trước 3 – Đầu nối âm EDS trước Hình 2.

Cấu tạo mặt sau bên ngoài module 3in1 trên xe Vinfast VF8 [2] 8 Ở mặt sau bên ngoài module 3in1 trên xe Vinfast VF8 ta có các đầu nối được đánh số như trên hình như sau: 4 – Đầu nối bộ sưởi cao áp 5 – Đầu nối máy nén khí cao áp 6 – Đầu nối âm EDS sau 7 – Đầu nối dương EDS sau 8 – Đầu nối âm pin cao áp 9 – Đầu nối dương pin cao áp 10 – Đầu nối đầu vào OBC sạc AC 11 – Đầu ra 12V DC 12 – Đầu nối âm sạc nhanh DC 13 – Đầu nối dương sạc nhanh DC Hình 2. Sơ đồ khối hoạt động của module 3in1 [2] Module 3in1 kết nối với nhiều thành phần khác trong xe như hệ thống truyền động điện EDS trước và sau, cổng sạc, pin cao áp, sưởi cabin, máy nén khí, và ắc qui. Hoạt động phân phối điện cao áp và thấp áp của module 3in1 được mô tả chi tiết dưới đây: Khi cần sạc pin cho xe, người dùng có 2 lựa chọn để sạc là sạc AC và sạc nhanh DC, đối với chế độ sạc nhanh DC, nguồn điện áp cao từ trạm sạc được dẫn trực tiếp qua PDU, sau đó đi tới hộp cầu chì của hệ thống quản lý pin (BMS) để nạp vào bộ pin. Trong khi đó, 9 ở chế độ sạc thường AC, nguồn xoay chiều từ cổng sạc trước tiên được đưa vào bộ sạc (OBC) để thực hiện quá trình chỉnh lưu và biến đổi thành dòng một chiều, dòng điện này sau đó tiếp tục được PDU phân phối theo lộ trình tương tự qua mạch bảo vệ của BMS để sạc đầy cho pin.

Khi động cơ cần hoạt động MCU sẽ có tín hiệu để PDU phân phối điện từ pin cao áp đến Inverter bên trong MCU, tại đây dòng điện cao áp DC sẽ được chuyển đổi thành dòng điện cao áp AC được dùng để dẫn động động cơ, nguồn điện từ pin cao áp cũng được module 3in1 sử dụng để sạc cho ắc qui bằng mạch hạ áp DC/DC bên trong module 3in1, nguồn điện cao áp từ pin sẽ được hạ về mức thấp 12VDC và sạc lại cho ắc qui. Ngoài các hoạt động và chức năng chính là phân phối điện cao áp, chuyển đổi điện áp và chuyển đổi dòng điện như đã nêu trên thì module 3in1 còn có thêm một số chức năng khác để đảm bảo an toàn như hệ thống HVIL dùng để giám sát trạng thái kết nối của các giắc cắm vật lý và nắp bảo vệ của mạch điện cap áp, chức năng quản lý nhiệt để đảm bảo các linh kiện hoạt động trong giới hạn nhiệt độ cho phép 2. Hệ thống truyền động điện (EDS) Trong đề tài nhóm nghiên cứu, hệ thống quản lý nguồn điện cao áp (BMS) và module 3in1 (DC/DC, OBC, PDU) là hai thành phần được sử dụng trên xe Vinfast VF8, nhưng vì lí do trang thiết bị còn hạn chế nên hệ thống truyền động điện (EDS) nhóm sử dụng để nghiên cứu và thi công trên mô hình hệ thống động lực này là của xe Vinfast VFe34. Hệ thống truyền động điện (EDS) trên xe Vinfast VFe34 [2] 10 EDS là hệ thống nhận nguồn điện cao áp được PDU phân phối từ pin cao áp đến, tại đây điện cao áp được đưa đến Inverter (là một bộ phận trong MCU) để biến đổi dòng điện từ DC sang AC xoay chiều 3 pha và cấp điện cho Motor quay tạo ra moment và lực kéo giúp xe di chuyển.

Hệ thống truyền động điện EDS được đặt dưới module 3in1 ở dưới thùng cốp trước của xe, hệ thống này có cấu tạo cơ bản bao gồm ba thành phần chính: Motor điện (PMSM), hộp số giảm tốc và hộp điều khiển Motor (MCU). Vị trí và cấu tạo cơ bản của EDS [3] 2. Giới thiệu về các mạch điện tử công suất Trong hệ thống động lực của xe điện VinFast, các mạch biến đổi điện tử công suất giữ vai trò then chốt trong quá trình xử lý, điều chỉnh và phân phối năng lượng giữa nguồn, bộ pin và động cơ điện. Ba mạch điện tử công suất được sử dụng chủ yếu gồm mạch hạ áp DC/DC, mạch chỉnh lưu (Rectifier) và mạch nghịch lưu (Inverter).

Mỗi khối đảm nhiệm một chức năng riêng biệt, góp phần đảm bảo hệ thống truyền động hoạt động ổn định, hiệu suất cao và an toàn. Mạch hạ áp DC/DC (DC/DC Buck Converter) Mạch DC/DC Buck Converter là một bộ chuyển đổi điện áp một chiều (DC) hạ áp, có chức năng biến đổi điện áp đầu vào 𝑉𝑖𝑛 lớn thành điện áp đầu ra 𝑉𝑜𝑢𝑡 thấp hơn, đồng thời duy trì dòng điện đầu ra ổn định. Buck Converter hoạt động dựa trên nguyên lý tích trữ và giải phóng năng lượng trong cuộn cảm kết hợp với điều chế độ rộng xung (PWM – Pulse Width Modulation) để kiểm soát điện áp. 11 Trong một mạch hạ áp thường sử dụng các linh kiện như: Transistor công suất (MOSFET hoặc BJT), diode, cuộn cảm, tụ lọc và mạch điều khiển PWM (có thể dùng IC hoặc rời).

Mỗi linh kiện có một chức năng riêng biệt như: Transistor dùng để đóng ngắt tạo xung PWM, cuộn cảm dùng để tích trữ năng lượng, tụ lọc dùng để giảm nhiễu điện áp và làm ổn định điện áp đầu ra. Các linh kiện sử dụng trong mạch hạ áp Nguyên lý hoạt động của Buck Converter được chia thành hai pha cơ bản trong mỗi chu kỳ chuyển mạch: Khi transistor công suất dẫn, điện áp đầu vào Vin được đặt lên cuộn cảm L, dòng điện qua cuộn cảm tăng dần theo quy luật tuyến tính và năng lượng được tích trữ dưới dạng từ trường trong cuộn cảm. Trong giai đoạn này, diode bị phân cực ngược và không dẫn, tụ điện cấp năng lượng song song cho tải. Khi transistor công suất ngắt, dòng điện qua cuộn cảm không thể giảm đột ngột, nên cuộn cảm sẽ phóng năng lượng của mình qua diode để tiếp tục cung cấp cho tải, dòng qua cuộn cảm giảm dần, trong khi tụ điện tiếp tục duy trì điện áp ổn định tại đầu ra.

Trung bình trong một chu kỳ chuyển mạch, điện áp đầu ra của mạch được xác định bởi: 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝐷 × 𝑉𝑖𝑛 Trong đó: D là hệ số chu kỳ làm việc (Duty Cycle), biểu thị tỷ lệ thời gian khóa dẫn so với tổng chu kỳ. Sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp [4] Buck Converter không chỉ là mạch hạ áp thông thường mà còn là bộ nguồn hiệu quả, ổn định và bảo vệ tải, đảm bảo nguồn điện DC ổn định, dòng liên tục, hiệu suất cao và an toàn cho các hệ thống điện tử.