Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự chuyển dịch sang nguồn năng lượng sạch và thân thiện với môi trường đang trở thành xu thế tất yếu trong ngành giao thông vận tải toàn cầu trước nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch. Trong bối cảnh phương tiện giao thông thuần điện (EV) phát triển nhanh chóng, bộ phận lưu trữ năng lượng đóng vai trò cốt lõi. Công nghệ pin Lithium-ion hiện được ứng dụng rộng rãi trên các dòng xe thương mại tiêu biểu như Tesla hay VinFast nhờ mật độ năng lượng cao, độ an toàn và vòng đời dài.

Tuy nhiên, pin Lithium-ion có đặc tính kỹ thuật khắt khe: chỉ chấp nhận nguồn sạc một chiều (DC) với ngưỡng điện áp và cường độ dòng điện ổn định, chính xác. Trong khi đó, hệ thống hạ tầng lưới điện dân dụng tại Việt Nam cung cấp dòng điện xoay chiều (AC) một pha 220V, tần số 50Hz. Do đó, việc nghiên cứu và chế tạo bộ sạc chuyển đổi nguồn AC sang DC có khả năng cấp nguồn chính xác là yêu cầu cấp thiết để vận hành hệ thống xe điện. Xuất phát từ thực tế này, đề tài "Thiết kế mạch nạp cho xe điện sử dụng biến áp xung" được thực hiện tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể:

  • Mục tiêu nghiên cứu: Tính toán, thiết kế và chế tạo thành công mạch nạp điện áp cao với đầu ra đạt 310V DC, hướng tới khả năng nạp cho khối pin Lithium-ion gồm 72 cell mắc nối tiếp.
  • Nhiệm vụ nghiên cứu:
    1. Giới thiệu tổng quan và khảo sát thực tiễn về đề tài;
    2. Tổng hợp cơ sở lý thuyết về các cấu trúc nguồn xung và linh kiện bán dẫn công suất;
    3. Tính toán, thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch nạp chuyển đổi DC - DC dạng Flyback;
    4. Lắp ráp, thử nghiệm thực nghiệm trên các bảng mạch và đánh giá khả năng hoạt động;
    5. Đưa ra kết luận kỹ thuật và kiến nghị giải pháp phát triển mạch nạp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc nguồn xung cách ly dạng Flyback, vi mạch điều khiển tạo xung NCP1203P60, biến áp xung lõi Ferrite EE, khóa chuyển mạch công suất IGBT FGA25N120, cùng các linh kiện phụ trợ (diode xung siêu nhanh RHRP30120, IC hồi tiếp TL431, Optocoupler PC817).
  • Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung vào cấu tạo phần cứng, nguyên lý chuyển mạch công suất và phương pháp tính toán tham số linh kiện phục vụ việc chế tạo bộ nạp; không đi sâu vào xây dựng thuật toán điều khiển số phức tạp hoặc lập trình vi xử lý nâng cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án được xây dựng dựa trên nền tảng điện tử công suất, lý thuyết nguồn chuyển mạch (Switching Mode Power Supply - SMPS) và hóa học điện hóa của pin Lithium-ion:

  • Lý thuyết nguồn xung và điều chế độ rộng xung (PWM): Hoạt động của cuộn cảm được mô tả theo định luật cảm ứng $v = L(di/dt)$. Quá trình dẫn dòng trong cuộn cảm và biến áp xung phân tách thành hai chế độ: dòng điện liên tục (CCM) và dòng điện gián đoạn (DCM). Mạch băm xung điều khiển đóng/mở công tắc ở tần số cao kết hợp bộ lọc LC giúp tạo điện áp đầu ra DC theo chu kỳ làm việc ($D = T_{ON}/T_{PER}$). Đồ án so sánh các topo nguồn xung cơ bản:

    • Nhóm không cách ly: Buck (hạ áp), Boost (tăng áp), Buck-Boost (đảo áp/tăng giảm áp). Nhóm này có cấu trúc gọn nhẹ, hiệu suất trên 90%, song nhược điểm là không cách ly điện thế giữa nguồn vào và tải, tiềm ẩn rủi ro phá hỏng tải khi linh kiện khóa gặp sự cố.
    • Nhóm cách ly: Push-pull, Half-bridge (nửa cầu, công suất 50 - 1500W), Full-bridge (toàn cầu, 4 transistor, công suất từ vài trăm Watt đến 3kW), và Flyback. Cấu trúc Flyback được phát triển từ mạch Buck-Boost bằng cách thay thế cuộn cảm bằng biến áp xung có các cực tính đấu nghịch nhau. Khi khóa công suất đóng, năng lượng được tích trữ vào từ trường của biến áp xung; khi khóa ngắt, năng lượng này giải phóng qua cuộn thứ cấp cấp cho tải và nạp vào tụ lọc đầu ra.

  • Đặc tính sạc và cấu trúc pin Lithium-ion: Pin Lithium-ion gồm bốn bộ phận chính: cực dương (Cathode - LiCoO2, LiMnO4, LiFePO4), cực âm (Anode - Graphite, Silicon), màng ngăn cách điện và dung dịch điện ly dẫn ion Li+ (muối LiPF6, LiBF4, LiClO4 trong dung môi hữu cơ). Phản ứng tổng quát thuận nghịch trong pin diễn ra theo phương trình: $C_6 + LiCoO_2 \leftrightarrow LiC_6 + CoO_2$. Quá trình sạc tiêu chuẩn diễn ra qua hai giai đoạn: nạp ổn dòng (Constant Current - CC) cho đến khi điện áp cell đạt 4,2V, sau đó chuyển sang nạp ổn áp (Constant Voltage - CV) đến khi dòng sạc suy giảm xuống ngưỡng định trước (khoảng 65mA). Văn bản cũng phân tích kiến trúc pin trên các phương tiện thực tế: xe Chevrolet Bolt sử dụng khối pin 288 cell (96 nhóm, mỗi nhóm 3 cell song song), dung lượng 54,7 kWh, điện áp tổng 350,4V; xe Tesla Model S (năm 2012) gồm 7.104 cell 18650 chia thành 16 module, tổng năng lượng 85 kWh, điện áp 345,6V, được quản lý thông qua hệ thống BMS thực hiện các chức năng cân bằng cell, kiểm soát nhiệt độ và theo dõi trạng thái sạc (SoC).

  • Khảo sát các nghiên cứu tương tự: Tác giả đối chiếu với các công trình đi trước:

    • Nghiên cứu của Cao Xuân Tuyển và Nguyễn Anh Tuấn (Tạp chí Khoa học và Công nghệ) về khảo sát biến áp xung Flyback ở hai chế độ CCM và DCM trên phần mềm PSIM với nguồn đầu vào $V_{in} = 9 - 15\text{V DC}$, cho thấy chế độ DCM có độ ổn định điện áp tốt hơn và thể tích máy biến áp nhỏ hơn dù đỉnh dòng lớn.
    • Thiết kế của Texas Instruments về mạch sạc 5 cell Lithium-ion sử dụng cấu trúc Interleaved Flyback công suất 200W, đầu vào 100 - 120V AC, đầu ra 21V DC - 9,5A.
    • Nghiên cứu của Sheng-yu Tseng và Jun-Hao Fan về bộ biến đổi lai Buck-Boost/Flyback kết hợp năng lượng mặt trời để sạc và xả cho pin Lithium-ion.

  • Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp giải tích kỹ thuật: tính toán lý thuyết các thông số biến áp xung và mạch dập xung; chế tạo và kiểm thử từng bước từ mô hình cắm dây trên bảng Testboard, chuyển sang mạch PCB đục lỗ và tiến tới đóng hộp sản phẩm hoàn chỉnh; đo đạc tham số điện áp, dòng điện, dạng sóng PWM và nhiệt độ linh kiện bằng thiết bị đo chuyên dụng.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Mạch nạp được cấu trúc thành các khối chức năng chặt chẽ nhằm chuyển đổi năng lượng từ lưới điện xoay chiều sang nguồn một chiều điện áp cao:

  1. Khối cấp nguồn và chỉnh lưu đầu vào: Điện áp lưới xoay chiều 220V AC - 50Hz đi qua cầu diode chỉnh lưu toàn kỳ và bộ tụ lọc để tạo ra điện áp một chiều khoảng 310V DC cấp cho cuộn sơ cấp biến áp xung và cấp nguồn mồi cho IC điều khiển.

  2. Khối điều khiển tạo xung PWM: Nhóm tác giả quyết định lựa chọn IC nguồn xung NCP1203P60 hoạt động ở tần số cố định 60 kHz để thay thế cho dòng IC UC384x phổ thông và thay thế cho vi điều khiển STM32F103C8T6. NCP1203P60 tích hợp sẵn mạch khởi động điện áp cao trực tiếp từ đường nguồn 310V DC, tự ngắt nguồn mồi khi mạch đã hoạt động và tự động điều chỉnh độ rộng xung dựa trên điện áp phản hồi đưa về chân hồi tiếp (Feedback), mang lại tín hiệu điều khiển ổn định và giảm thiểu linh kiện ngoại vi.

  3. Khối chuyển mạch công suất và mạch dập xung gai (Snubber):

    • Khóa chuyển mạch sử dụng linh kiện bán dẫn IGBT FGA25N120 có khả năng chịu điện áp đánh thủng cao.
    • Khi IGBT ngắt đột ngột, điện cảm rò của cuộn sơ cấp kết hợp với điện áp phản ánh từ cuộn thứ cấp ($V_{RO}$) tạo ra xung gai điện áp rất lớn tại cực Collector/Drain ($V_{ms} = V_{RO} + V_{DCmin}$). Để bảo vệ IGBT không bị đánh thủng, một mạch dập xung RCD (gồm tụ điện $C_{Snubber}$, điện trở $R_{Snubber}$ và diode xung) được đấu song song với cuộn sơ cấp nhằm hấp thụ xung điện áp nhọn này.

  4. Biến áp xung: Biến áp xung đóng vai trò biến đổi điện áp và cách ly quang/từ giữa phía sơ cấp điện áp cao và thứ cấp. Lõi biến áp sử dụng vật liệu Ferrite hình dạng EE có mài khe hở không khí (air gap) ở trụ giữa để ngăn chặn hiện tượng bão hòa từ trường do dòng điện một chiều xung. Số vòng dây sơ cấp ($N_p$) và thứ cấp ($N_s$) được tính toán dựa trên công suất yêu cầu, tần số băm xung 60 kHz và tỷ số biến áp mong muốn.

  5. Khối hồi tiếp và ổn định điện áp đầu ra: Mạch đo lường điện áp ngõ ra thông qua cầu phân áp điện trở đưa tín hiệu vào chân điều khiển của Diode Zener điều chỉnh được TL431. Tín hiệu sai lệch dòng điện qua TL431 được truyền cách ly qua bộ ghép quang Opto PC817 để đưa về chân điều khiển của IC NCP1203P60, từ đó tự động co giãn độ rộng xung PWM nhằm duy trì điện áp ngõ ra ổn định khi tải thay đổi.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của việc phát triển trạm sạc/bộ nạp cho xe điện tại Việt Nam. Tác giả xác định nhiệm vụ trọng tâm là thiết kế mạch nguồn xung Flyback đầu ra 310V DC từ nguồn điện lưới 220V AC một pha để sạc cho bộ pin 72 cell. Chương này hệ thống hóa 3 nghiên cứu tiêu biểu trong và ngoài nước (nghiên cứu của Cao Xuân Tuyển - Nguyễn Anh Tuấn, Texas Instruments, Sheng-yu Tseng), đồng thời vạch rõ phương pháp tiếp cận thực nghiệm qua bảng Testboard và mạch PCB.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày có hệ thống các kiến thức kỹ thuật nền tảng:

  • Khảo sát nguyên lý vận hành của cuộn cảm, biến áp xung và phương pháp điều chế PWM.
  • Phân tích chi tiết 4 cấu trúc nguồn xung không cách ly (Buck, Boost, Buck-Boost) và 4 cấu trúc cách ly (Push-Pull, Half-Bridge, Full-Bridge, Flyback); chỉ ra ưu điểm vượt trội của Flyback về khả năng cách ly an toàn và dải điện áp linh hoạt.
  • Trình bày cấu trúc hóa học, phản ứng điện cực và đặc tính nạp hai giai đoạn (CC-CV) của pin Lithium-ion kèm thông số cell 18650 thương mại.
  • Mô tả phương thức ghép nối khối pin và sơ đồ quản lý pin (BMS) trên các mẫu xe Chevrolet Bolt và Tesla Model S.
  • Giới thiệu cấu tạo, nguyên lý và thông số các linh kiện then chốt: diode xung RHRP30120, TL431, IGBT FGA25N120, IC NCP1203P60, Opto PC817.

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống

Chương này tập trung giải quyết bài toán thiết kế phần cứng:

  • Xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động tổng thể của mạch nạp nguồn xung Flyback.
  • Phân tích trạng thái dẫn dòng của mạch tương ứng với hai pha đóng và ngắt của khóa chuyển mạch IGBT.
  • Tính toán thông số mạch dập xung gai RCD để triệt tiêu năng lượng cảm kháng rò của cuộn sơ cấp.
  • Lựa chọn vật liệu lõi Ferrite EE, tính toán diện tích cửa sổ lõi từ, số vòng dây cuộn sơ cấp ($N_p$), thứ cấp ($N_s$) và xác định phương án quấn dây nghịch cực tính nhằm đảm bảo tính năng biến đổi Flyback.
  • Thiết lập sơ đồ mạch cấp nguồn mồi tự khởi động cho IC NCP1203P60 và mạch vòng hồi tiếp điện áp qua TL431 và PC817.

Chương 4: Thử nghiệm và đánh giá hoạt động của mạch

Chương 4 ghi lại toàn bộ quá trình thực nghiệm và kiểm tra chức năng:

  • Lắp ráp mạch trên bảng cắm Testboard để rà soát lỗi đấu nối, sau đó chuyển sang bảng mạch PCB đục lỗ.
  • Quan sát dạng xung PWM xuất ra từ IC NCP1203P60 trên dao động ký: ghi nhận sự thay đổi độ rộng xung ở các trạng thái trước khi đạt ngưỡng điện áp, khi đạt ngưỡng và khi điện áp quá ngưỡng.
  • Thực hiện thử nghiệm không tải: điện áp ngõ ra xác lập ổn định ở mức 310V DC.
  • Thử nghiệm có tải thời gian dài với tải giả là hai bóng đèn sợi đốt công suất 60W - 250V: điện áp đầu ra đo được là 314V DC, cường độ dòng điện đạt 0,21A; nhiệt độ trên thân IGBT FGA25N120 dao động an toàn trong dải từ 40°C đến hơn 50°C.
  • Thử nghiệm điều chỉnh dải áp: tăng ngưỡng điện áp đầu ra lên 324V DC, các thông số dòng điện và nhiệt độ linh kiện duy trì trạng thái tương tự.
  • Lắp ráp sản phẩm hoàn thiện trong hộp bảo vệ kèm nhãn cảnh báo an toàn và giắc cắm đầu ra.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu đề ra: mạch nạp hoạt động tin cậy, đạt điện áp ngõ ra theo tính toán. Đề xuất các giải pháp nâng cấp cho các nghiên cứu tiếp nối về sau.

Dưới đây là bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật then chốt của cell pin mẫu và kết quả thử nghiệm mạch nạp được trích xuất từ văn bản:

Hạng mục thông số Giá trị trong văn bản Đơn vị đo Ghi chú kỹ thuật
Nguồn điện vào lưới dân dụng 220 V AC Tần số 50 Hz, chỉnh lưu thành 310V DC
Dung lượng danh định cell 18650 2600 (điển hình: 2550) mAh Xả ở dòng 0,52A; ngưỡng 2,75V
Điện áp danh định cell 18650 3,7 V Điện áp ngắt xả 3,0V; sạc tối đa 4,2 ± 0,05V
Dòng sạc chuẩn / sạc nhanh cell 0,52 / 1,3 A Dòng xả xung tối đa đạt 2,6A
Khối lượng / Kích thước cell 46,5 ± 1 / D18,4 × H65,2 g / mm Nhiệt độ khi sạc: 0 - 45°C
Điện áp mạch chạy không tải 310 V DC Đạt đúng mục tiêu thiết kế ban đầu
Điện áp có tải (2 bóng đèn 60W) 314 V DC Tải thử nghiệm: 2 bóng sợi đốt 60W - 250V
Cường độ dòng điện có tải 0,21 A Hoạt động ổn định, độ sụt áp rất nhỏ
Điện áp điều chỉnh ngưỡng cao 324 V DC Dòng điện và nhiệt độ giữ mức tương đương
Nhiệt độ hoạt động của IGBT 40 đến trên 50 °C Linh kiện khóa công suất FGA25N120

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể thông qua hệ thống số liệu đo đạc thực nghiệm:

  • Thiết kế, quấn dây và chế tạo hoàn chỉnh máy biến áp xung sử dụng lõi Ferrite EE tương thích với tần số băm xung 60 kHz.
  • Chế tạo thành công mạch nguồn xung Flyback hoạt động ổn định từ nguồn điện 220V AC, xuất ra điện áp không tải 310V DC theo đúng yêu cầu thiết kế ban đầu.
  • Khi kết nối tải giả thực tế gồm hai bóng đèn sợi đốt (công suất 60W - điện áp 250V), mạch duy trì điện áp ngõ ra ở mức 314V DC, dòng điện tải xác lập ở mức 0,21A. Độ sụt áp trong quá trình cấp tải rất nhỏ. Khi tinh chỉnh mạch hồi tiếp để nâng điện áp ngõ ra lên 324V DC, hệ thống vẫn vận hành an toàn.
  • Kiểm soát nhiệt độ tốt: Khóa chuyển mạch IGBT FGA25N120 chỉ phát nhiệt trong dải từ 40°C đến hơn 50°C trong suốt quá trình thử nghiệm thời gian dài, không ghi nhận hiện tượng quá nhiệt hay đánh thủng điện áp.

Về mặt đóng góp giải pháp kỹ thuật, đề tài đã chứng minh tính hiệu quả của việc thay thế IC dao động UC384x phổ thông hoặc cụm vi điều khiển phức tạp (như STM32F103C8T6) bằng vi mạch tích hợp chuyên dụng NCP1203P60. Giải pháp này giúp đơn giản hóa mạch in, tích hợp cơ chế tự cấp nguồn mồi từ đường 310V DC và tạo ra tín hiệu điều khiển PWM có độ ổn định cao hơn, giảm số lượng linh kiện phụ trợ đáng kể.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Mặc dù chế tạo thành công mạch nạp đáp ứng dải điện áp cao, đề tài vẫn bộc lộ một số hạn chế được tác giả thừa nhận hoặc suy ra từ phạm vi thực nghiệm:

  • Mạch mới chỉ được thử nghiệm với tải thuần trở (hai bóng đèn sợi đốt 60W) với mức dòng điện khiêm tốn là 0,21A (công suất tải khoảng 66W), chưa tiến hành thử nghiệm nạp trực tiếp trên khối pin Lithium-ion 72 cell thực tế với các mức dòng lớn hơn.
  • Mạch chưa tích hợp thuật toán điều khiển tự động chuyển đổi hai chế độ nạp CC (ổn dòng) và CV (ổn áp), chưa có giao tiếp CAN/LIN với khối quản lý pin BMS trên ô tô để tự ngắt sạc theo nhiệt độ cell và điện áp từng cell.
  • Mạch thử nghiệm mới dừng lại ở dạng bo mạch đục lỗ trước khi đóng hộp sản phẩm hoàn chỉnh, chưa được thiết kế trên bo mạch in PCB công nghiệp tối ưu hóa chống nhiễu điện từ (EMI).

Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài bao gồm:

  • Tối ưu hóa kích thước mạch nạp và thiết kế bo mạch in PCB hai lớp chuẩn công nghiệp;
  • Nâng cao công suất của biến áp xung và khóa công suất để gia tăng cường độ dòng sạc ngõ ra;
  • Tích hợp mô-đun kết nối và giao tiếp trực tiếp với hệ thống BMS của xe điện để quản lý chu trình nạp thông minh và bảo đảm an toàn cháy nổ.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật hữu ích đối với sinh viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Điện - Điện tử và Năng lượng tái tạo.

Tài liệu cung cấp giá trị tham khảo thiết thực ở các nội dung:

  • Quy trình tính toán thông số lõi từ, số vòng dây cuộn sơ cấp - thứ cấp và khe hở không khí cho biến áp xung Flyback dải điện áp cao (>300V);
  • Phương pháp thiết kế mạch dập xung gai RCD bảo vệ khóa chuyển mạch IGBT;
  • Giải pháp ứng dụng vi mạch điều khiển NCP1203P60 kết hợp diode TL431 và Opto PC817 nhằm thiết lập mạch vòng hồi tiếp điện áp ổn định trong các bộ chuyển đổi DC-DC.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm nghiên cứu lại lựa chọn cấu trúc nguồn xung kiểu Flyback thay vì các dạng nguồn xung khác?
Nguồn xung Flyback được lựa chọn vì tính linh hoạt cao, cấu trúc đơn giản, khả năng cách ly an toàn giữa lưới điện xoay chiều đầu vào và ngõ ra tải điện áp cao. Cấu trúc này cho phép điều chỉnh dải điện áp ngõ ra ổn định với độ chính xác cao bằng cách thay đổi tỷ số biến áp xung và độ rộng xung PWM, điều mà các cấu trúc nguồn xung không cách ly không đáp ứng được.

2. Lý do nhóm tác giả thay thế vi điều khiển STM32F103C8T6 và IC UC384x bằng IC NCP1203P60 là gì?
Qua nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, nhóm tác giả nhận thấy IC NCP1203P60 có tính tiện dụng cao hơn hẳn dòng UC384x phổ biến trên thị trường và vi điều khiển STM32F103C8T6. NCP1203P60 tích hợp sẵn mạch tự cấp nguồn mồi từ đường điện áp cao 310V DC, tự ngắt nguồn mồi khi mạch đã chạy, cho tín hiệu xung điều khiển đầu ra ổn định hơn và tinh giản đáng kể số lượng linh kiện ngoại vi trên mạch in.

3. Kết quả điện áp và dòng điện đo được khi thử nghiệm mạch nạp với tải thực tế là bao nhiêu?
Khi chạy không tải, mạch nạp cho điện áp ngõ ra là 310V DC. Khi kết nối với tải thực tế gồm hai bóng đèn sợi đốt (60W - 250V), mạch hoạt động ổn định với độ sụt áp rất nhỏ: điện áp ngõ ra đo được là 314V DC, cường độ dòng điện đạt 0,21A. Khi điều chỉnh tăng giới hạn ngõ ra, mạch có thể đạt tới 324V DC với dòng điện và nhiệt độ linh kiện tương đương.

4. Mạch dập xung gai (Snubber) trong hệ thống giữ vai trò kỹ thuật gì?
Mạch dập xung gai (gồm tụ điện $C_{Snubber}$, điện trở $R_{Snubber}$ và diode xung) được bố trí song song với cuộn sơ cấp biến áp xung. Mạch này có nhiệm vụ hấp thụ và triệt tiêu các xung gai điện áp nhọn sinh ra do cảm kháng rò của biến áp xung kết hợp với điện áp phản hồi $V_{RO}$ khi khóa IGBT ngắt đột ngột, từ đó bảo vệ cực Collector/Drain của IGBT FGA25N120 không bị đánh thủng bởi quá áp.

5. Pin Lithium-ion đòi hỏi quy trình nạp như thế nào và bộ pin trên các dòng xe điện mẫu có cấu trúc ra sao?
Pin Lithium-ion bắt buộc phải nạp qua hai giai đoạn liên tiếp: nạp ổn dòng (Constant Current - CC) giữ dòng nạp không đổi cho đến khi điện áp đạt 4,2V/cell, sau đó chuyển sang nạp ổn áp (Constant Voltage - CV) duy trì điện áp 4,2V đến khi dòng nạp giảm xuống dưới 65mA. Trong văn bản, xe Chevrolet Bolt sử dụng bộ pin 288 cell (350,4V - 54,7 kWh), còn xe Tesla Model S (2012) sử dụng 7.104 cell 18650 mắc thành 16 module (345,6V - 85 kWh) dưới sự giám sát liên tục của hệ thống BMS.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế mạch nạp cho xe điện sử dụng biến áp xung" của sinh viên Đinh Phúc Duy và Nguyễn Quang Huy đã giải quyết thành công bài toán tính toán, chế tạo bộ biến đổi nguồn xung Flyback dải điện áp cao từ nguồn điện lưới 220V AC một pha. Mạch nạp vận hành ổn định ở tần số 60 kHz với vi mạch điều khiển NCP1203P60, xuất ra điện áp không tải 310V DC và điện áp có tải 314V - 324V DC với mức phát nhiệt của khóa công suất IGBT nằm trong ngưỡng an toàn cho phép. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở thực nghiệm vững chắc cho việc phát triển các bộ sạc pin xe điện công suất lớn hơn, đồng thời là tài liệu tham khảo có giá trị cao trong lĩnh vực điện tử công suất và công nghệ ô tô điện.