Điều khiển năng lượng trong ô tô điện

Hệ thống quản lý pin (BMS)

Hệ thống quản lý pin (BMS) là một thành phần điện tử quan trọng, đóng vai trò là bộ não của bộ pin trong ô tô điện. BMS thực hiện nhiều chức năng quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn, hiệu quả và tuổi thọ của pin.

Một trong những chức năng chính của BMS là giám sát các thông số của pin, bao gồm điện áp, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái sạc (SoC) và trạng thái sức khỏe (SoH). Điện áp của từng cell pin và toàn bộ bộ pin được theo dõi để ngăn ngừa tình trạng sạc quá mức hoặc xả quá mức. Dòng điện sạc và xả được đo để kiểm tra trạng thái sử dụng và trạng thái sạc của pin. Nhiệt độ của pin liên tục được giám sát để đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ. SoC cho biết mức năng lượng còn lại trong pin, ảnh hưởng trực tiếp đến phạm vi hoạt động của xe, trong khi SoH là thước đo sức khỏe tổng thể của pin.

BMS cũng cung cấp các cơ chế bảo vệ để ngăn ngừa hư hỏng cho pin do các tình trạng hoạt động không an toàn, chẳng hạn như sạc quá mức, xả quá mức và quá nhiệt. BMS có thể ngắt kết nối pin khỏi nguồn điện hoặc tải nếu phát hiện các tình huống nguy hiểm, đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ của pin.

Cân bằng cell pin là một chức năng quan trọng khác của BMS. Do sự khác biệt nhỏ trong quá trình sản xuất và lão hóa, các cell pin riêng lẻ trong một bộ pin có thể có điện áp và dung lượng khác nhau. BMS sử dụng các kỹ thuật cân bằng chủ động hoặc thụ động để đảm bảo rằng tất cả các cell được sạc và xả đồng đều, tối đa hóa dung lượng và tuổi thọ tổng thể của bộ pin. Cân bằng thụ động thường sử dụng điện trở để tiêu tán năng lượng dư thừa từ các cell đã sạc đầy, trong khi cân bằng chủ động truyền năng lượng giữa các cell để đạt được trạng thái cân bằng.

BMS cũng đóng vai trò trong quản lý nhiệt của pin, giám sát nhiệt độ và điều khiển hệ thống làm mát hoặc sưởi ấm để giữ pin trong phạm vi nhiệt độ hoạt động tối ưu. Duy trì nhiệt độ thích hợp là rất quan trọng để có hiệu suất tốt nhất, ngăn ngừa sự xuống cấp và đảm bảo an toàn cho pin.

Cuối cùng, BMS có thể cung cấp thông tin quan trọng về trạng thái và hiệu suất của pin cho người lái hoặc các hệ thống khác trong xe. Điều này cho phép người dùng theo dõi dung lượng pin, điện áp và các thông số khác, giúp họ quản lý việc sử dụng pin một cách tối ưu và có thể kéo dài tuổi thọ của pin.

Hệ thống phanh tái sinh

Hệ thống phanh tái sinh là một cơ chế phục hồi năng lượng quan trọng được sử dụng trong ô tô điện và hybrid. Thay vì lãng phí năng lượng động học dưới dạng nhiệt như trong hệ thống phanh ma sát truyền thống, phanh tái sinh chuyển đổi năng lượng này thành điện năng và lưu trữ nó trong pin.

Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh dựa trên việc sử dụng động cơ điện làm máy phát điện trong quá trình giảm tốc hoặc phanh. Khi người lái nhả chân ga hoặc đạp phanh, động cơ điện sẽ đảo ngược chức năng của nó, tạo ra mô-men hãm làm chậm xe. Quá trình này đồng thời tạo ra điện năng, được gửi trở lại pin để sạc lại.

Có nhiều mức độ tái sinh khác nhau, từ nhẹ đến mạnh. Một số xe cho phép người lái điều chỉnh mức độ tái sinh thông qua các cài đặt hoặc lẫy chuyển số trên vô lăng. Trong nhiều trường hợp, phanh tái sinh hoạt động song song với hệ thống phanh ma sát thông thường. Khi cần lực phanh lớn hơn mức mà phanh tái sinh có thể cung cấp, hệ thống phanh ma sát sẽ được kích hoạt để đảm bảo khả năng dừng xe an toàn. Một số xe điện có chế độ lái một pedal, trong đó việc nhả chân ga sẽ kích hoạt phanh tái sinh mạnh mẽ, cho phép người lái giảm tốc và thậm chí dừng xe hoàn toàn mà không cần sử dụng pedal phanh cơ.

Phanh tái sinh mang lại nhiều lợi ích, bao gồm cải thiện hiệu quả năng lượng và kéo dài phạm vi hoạt động của xe điện. Bằng cách thu hồi năng lượng lẽ ra sẽ bị mất dưới dạng nhiệt, hệ thống này giúp giảm nhu cầu năng lượng từ pin, do đó tăng quãng đường đi được trên một lần sạc. Ngoài ra, việc sử dụng phanh tái sinh giúp giảm tần suất sử dụng phanh cơ, dẫn đến giảm mài mòn và kéo dài tuổi thọ của má phanh và đĩa phanh.

Hệ thống phân phối điện

Hệ thống phân phối điện trong ô tô điện chịu trách nhiệm quản lý và phân phối năng lượng điện từ pin đến các hệ thống khác nhau trong xe. Kiến trúc của hệ thống phân phối điện thường bao gồm cả hệ thống điện áp cao (cho hệ thống truyền động) và hệ thống điện áp thấp (cho các phụ kiện). Bộ phân phối điện (power distribution unit - PDU) đóng vai trò trung tâm trong việc quản lý dòng năng lượng này.

Hệ thống phân phối điện sử dụng các thiết bị điện tử công suất như bộ biến tần và bộ chuyển đổi để điều chỉnh điện áp và chuyển đổi giữa dòng điện một chiều và xoay chiều khi cần thiết. Bộ biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều từ pin thành dòng điện xoay chiều cho động cơ, trong khi bộ chuyển đổi DC/DC cung cấp điện áp phù hợp cho các hệ thống phụ trợ.

Mục tiêu chính của hệ thống phân phối điện là đảm bảo cung cấp năng lượng hiệu quả đến các hệ thống khác nhau trong xe, giảm thiểu tổn thất năng lượng và tối ưu hóa mức điện áp cho từng thành phần. Hệ thống này thường bao gồm các biện pháp bảo vệ như cầu chì và rơ-le để ngăn ngừa quá tải và ngắn mạch, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện của xe

Kiến trúc của hệ thống phân phối điện trong ô tô điện đang phát triển, với xu hướng hướng tới các giải pháp phân tán và dựa trên chất bán dẫn nhiều hơn. Điều này cho phép kiểm soát linh hoạt hơn và khả năng chẩn đoán tốt hơn, đồng thời có thể giảm trọng lượng và độ phức tạp của hệ thống dây điện.