HỆ THỐNG NẠP ẮC QUY TRÊN XE ÔTÔ HÃNG FORD

                Trong việc điều khiển hệ thống nạp của Ford có sự tham gia của PCM. Nó sẽ điều chỉnh điểm thiết lập của bộ điều chỉnh điện áp. PCM và bộ điều chỉnh điện áp giao tiếp với nhau thông qua mạng LIN (Local Interconnect Network).

1.  Sơ đồ khối hệ thống.

 Hình 1. Sơ đồ mạng giao tiếp của hệ thống nạp

2. Chức năng của các bộ phận trong hệ thống.

a. Máy phát điện.

          Là máy phát điện xoay chiều 3 pha. Bên trong máy phát có trang bị kèm bộ chỉnh lưu và bộ điều chỉnh điện áp có tác dụng nắn dòng xoay chiều thành dòng điện 1 chiều và ổn định điện áp phát ra của máy phát.

b. Cảm biến theo dõi ắc quy.

          Cảm biến theo dõi ắc quy được tích hợp trong cụm dây cáp và kẹp cực âm của ắc quy để cấp mát cho cảm biến. Cảm biến này sẽ đo điện áp, dòng điện và nhiệt độ của ắc quy. Nó căn cứ vào những tín hiệu này để tính toán được dung lượng của ắc quy. Sau đó, cảm biến sẽ gửi thông tin đó đến BCM thông qua đường truyền LIN. Cảm biến theo dõi bình ắc quy có giắc nối 2 chân: 1 chân nối với dương ắc quy và 1 chân để kết nối vào mạng LIN. Cảm biến theo dõi ắc quy cung cấp tín hiệu đầu vào để hệ thống kiểm soát điện năng tính toán. Nếu các cảm biến bị trục trặc do vấn đề về dây dẫn hoặc nó bị hỏng thì một mã lỗi DTC được thiết lập. Trong hầu hết các trường hợp, chức năng của hệ thống kiểm soát điện năng sẽ được tắt cho đến khi hoạt động của cảm biến được phục hồi.

Lưu ý: Không được thiết lập lại (reset) hệ thống theo dõi ắc quy bằng máy chẩn đoán trừ khi thay thế ắc quy mới. Bởi lẽ, việc “reset” này sẽ xóa dữ liệu ắc quy đã ghi lại, thời gian phục vụ của ắc quy và sẽ ảnh hưởng đến thông số thuật toán tuổi thọ đã được ghi lại từ khi lắp đặt ắc quy.

c. Mô đun điều khiển hệ truyền lực (PCM).

PCM giám sát và điều khiển hệ thống nạp ắc quy.

3. Hoạt động của hệ thống.

          PCM điều khiển hệ thống nạp điện thông minh bằng cách quyết định giá trị điện áp thiết lập cho hệ thống nạp và truyền thông tin này đến bộ điều chỉnh điện áp. Hệ thống nạp thông minh được thiết kế để thiết lập mã lỗi DTC khi hệ thống nạp xuất hiện lỗi. Tất cả các mã lỗi (DTC) có thể thiết lập các lỗi liên tiếp, nhưng không phải tất cả các lỗi trong hệ thống đều thiết lập mã lỗi DTC.

Chương trình nạp điện thông minh cho ắc quy được lưu trong BCM. BCM nhận thông tin liên quan đến tình trạng ắc quy từ cảm biến theo dõi bình ắc quy thông qua LIN. BCM tính toán và gửi giá trị điện áp thiết lập cần thiết của máy phát điện thông qua HS-CAN đến PCM. Sau đó, PCM điều chỉnh giá trị nhận được (nếu cần) và gửi nó đến máy phát điện thông qua một LIN khác. Điện áp sạc được điều chỉnh phụ thuộc vào một số thông số, ví dụ như dòng tải của động cơ. Giá trị điện áp thiết lập nhỏ nhất cho máy phát điện là 12,2 V, còn giá trị điện áp nạp lớn nhất có thể nằm trong khoảng 14,5 đến 14,9 V. Tuy nhiên, khi ắc quy ở trạng thái nạp phục hồi, điện áp đôi khi có thể đạt đến 15,2V. Giai đoạn nạp phục hồi này là bắt buộc khi dung lượng của ắc quy là 80% trong một khoảng thời gian dài, điều này làm tăng nguy cơ sun-phát hóa các ngăn ắc quy nên cần điện áp sạc cao hơn bình thường.

PCM đồng thời điều khiển và theo dõi điện áp đầu ra máy phát điện. Khi tải tiêu thụ lớn hoặc ắc quy cấp điện, PCM tăng tốc độ động cơ khi cần để nâng công suất phát ra của máy phát điện. Máy phát điện nạp điện cho ắc quy và đồng thời cung cấp năng lượng cho tất cả các tải điện. Việc nạp điện cho ắc quy sẽ hiệu quả hơn với điện áp cao hơn khi ắc quy lạnh và điện áp thấp hơn khi ắc quy ấm.

PCM tắt máy phát điện trong khi khởi động để giảm tải máy phát điện và cải thiện tốc độ khởi động. Khi động cơ đã khởi động xong, PCM từ từ tăng công suất phát ra của máy phát điện đến khi đạt yêu cầu.

PCM thông báo lỗi của hệ thống nạp và gửi thông báo thông qua HS-CAN đến BCM. BCM gửi thông báo qua MS-CAN đến bảng táp lô (IPC) để điều khiển các thông báo về hệ thống nạp. Trạng thái những thông báo về hệ thống nạp của PCM có thể được xác nhận bằng cách quan sát đèn cảnh báo nạp. Mỗi một lỗi của hệ thống nạp được PCM phát hiện sẽ thiết lập một hoặc nhiều mã chẩn đoán hư hỏng (DTC) và đèn báo nạp sẽ bật sáng. Nếu hệ thống được trang bị đèn cảnh báo nạp, thì đèn này sẽ bật/tắt để báo trạng thái hệ thống. Nếu hệ thống được trang bị màn hình thông báo trung tâm, thì nó sẽ hiển thị thông báo bằng văn bản tương ứng để thông báo về trạng thái hệ thống cho người lái.

Trong các trường hợp nhất định, hệ thống nạp có thể gặp trục trặc nhưng sẽ vẫn duy trì nạp ắc quy trong khi giữ cho xe chạy. Tín hiệu trong đường truyền LIN thường được sử dụng để bắt đầu quá trình nạp nhưng nếu mạch này có lỗi, máy phát điện vẫn có thể tự kích hoạt hoặc tự bắt đầu nạp. Đèn cảnh báo hệ thống nạp sáng hoặc sẽ có thông báo bằng văn bản tương ứng nhằm báo cho người lái về tình trạng hệ thống và máy phát điện vận hành ở chế độ mặc định (khoảng 13,5V).

a. Hệ thống quản lý năng lượng điện.

Lưu ý: Khi bất kỳ mô-đun xe nào đang được lập trình, hãy kết nối bộ sạc pin bên ngoài để đảm bảo chương trình mô-đun được hoàn thành mà không bị gián đoạn do tính năng giảm tải điện tiêu thụ được kích hoạt. Bộ sạc pin bên ngoài phải duy trì điện áp hệ thống trên 13V. Tức là điện áp của bộ sạc ngoài phải cao hơn điện áp sạc thấp nhất của máy phát. Cực âm của bộ sạc bên ngoài phải được kết nối vào thân máy hoặc khung xe mà không được kết nối vào cực âm của ắc quy. Bởi nếu kết nối vào cực âm ắc quy thì tính năng giảm tải sẽ được kích hoạt và mô đun đang lập trình có thể bị lỗi.

Trên các dòng xe của Ford được trang bị hệ thống quản lý năng lượng điện để quản lý việc sạc điện cho ắc quy và theo dõi dung lượng của ắc quy. Hệ thống quản lý điện năng cũng sử dụng một phương pháp giảm tải tiêu thụ để giúp kiểm soát sự phóng điện của ắc quy và ngăn chặn tình trạng dung dượng ắc quy xuống quá thấp. BCM sử dụng cảm biến theo dõi ắc quy để giám sát dung lượng của ắc quy. Để đảm bảo hệ thống giảm tải điện tiêu thụ hoạt động chính xác thì bất kỳ trang thiết bị điện nào cũng đều phải được nối mát vào vào khung xe mà không được nối trực tiếp vào cực âm ắc quy. Bất kỳ một thiết bị nào được nối trực tiếp vào cực âm ắc quy có thể dẫn đến việc tính toán sai dung lượng của ắc quy hoặc những sai sót trong hệ thống giảm tải điện tiêu thụ do dòng tải của thiết bị không đi qua cảm biến theo dõi ắc quy.

b. Kiểm soát dung lượng của ắc quy.

          Hệ thống quản lý điện năng theo dõi dòng điện và điện áp ắc quy để tính toán dung lượng của ắc quy. Trong suốt quá trình xe hoạt động, hệ thống quản lý điện năng sẽ giám sát dòng sạc, xả của ắc quy và tăng dung lượng ắc quy trong khi sạc và giảm khi ắc quy phóng điện. Trong suốt giai đoạn nghỉ (tắt khóa điện và không có tải điện nào) khi đó xe sẽ đi vào chế độ ngủ, điện áp ắc quy sẽ được lấy mẫu để xác định dung lượng của ắc quy. Cảm biến sẽ tự động tiến hành việc tính toán này mỗi lần xe vào chế độ ngủ và khi tổng dòng tải tiêu thụ của xe dưới 300mA. Sẽ mất từ 4-6 giờ để tính toán chính xác dung lượng ắc quy. Nếu hệ thống bị tháo ra mà không cho phép hoạt động xác định dung lượng của ắc quy có thể diễn ra trong thời gian từ 7-10 ngày thì việc xác định dung lượng ắc quy sẽ bị tạm dừng. Đồng thời, một số chức năng của hệ thống quản lý điện năng mà dựa trên sự tính toán dung lượng của ắc quy có thể sẽ tạm thời bị tắt cho đến khi việc này diễn ra trở lại.

Lưu ý: Bất kỳ thiết bị nào kết nối với mạng điện trên xe tiêu thụ dòng trên 200mA (hoặc nhỏ hơn tùy thuộc vào các tải khác của ắc quy) thì sẽ ngăn cản hoạt động xác định dung lượng ắc quy của cảm biến theo dõi ắc quy.

c. Giảm tải điện tiêu thụ khi động cơ không làm việc.

          Khi bật khóa điện ở vị trí ACC hoặc ON, BCM sẽ quyết định hạ giá trị điện áp ắc quy hoặc dung lượng bình ắc quy thấp dưới giá trị thiết lập, một thông tin cảnh báo điện áp thấp sẽ xuất hiện trên màn hình trung tâm. Nếu điện áp ắc quy hoặc dung lượng ắc quy tiếp tục giảm, hệ thống âm thanh sẽ được tắt để tiết kiệm điện cho ắc quy. Trạng thái giảm tải điện này sẽ bị xóa khi động cơ hoạt động trở lại và dung lượng ắc quy được phục hồi.

          Khi khóa điện ở vị trí ON và xảy ra việc giảm tải điện, một thông báo tương ứng sẽ xuất hiện trên màn hình trung tâm để báo cho người lái biết chế độ bảo vệ ắc quy được kích hoạt. Hệ thống âm thanh sẽ tắt sau khi thông báo được hiển thị.

Nếu có phát sinh lỗi với cảm biến theo dõi ắc quy hoặc mạch nạp, chế độ giảm tải điện sẽ được kích hoạt bởi một bộ đếm thời gian. Bộ đếm thời gian đếm đến 45 phút sau đó sẽ tắt hệ thống âm thanh. Để xóa chế độ giảm tải điện này ta phải khởi động lại động cơ.

d.  Nạp điện cho ắc quy từ bộ nạp ngoài.

          Khi cần nạp ắc quy từ bộ nạp ngoài, kết nối cực dương của bộ sạc với cực dương ắc quy và cực âm của bộ sạc với mát khung xe. Không nối cực âm của bộ sạc với cực âm của ắc quy. Việc kết nối như vậy sẽ khiến cảm biến theo dõi ắc quy không xác định được dòng sạc. Kết quả là dung lượng của ắc quy sẽ được tính toán không chính xác.

          Khi có một thông báo từ chức năng giảm tải điện tiêu thụ yêu cầu nạp điện ắc quy thì thông báo này chỉ được xóa nếu ta kết nối bộ sạc ngoài đúng như yêu cầu nêu trên. Nếu kết nối không chính xác thì hệ thống quản lý năng lượng của xe sẽ tính toán lại dung lượng của ắc quy sau một khoảng thời gian là 8 giờ.

e. Hỗ trợ khởi động bằng cáp cấp nguồn ngoài.

          Khi xe cần hỗ trợ khởi động bằng cáp cấp nguồn từ bên ngoài thì cũng phải thực hiện như khi sạc ắc quy, việc kết nối cáp một cách phù hợp để hệ thống quản lý năng lượng đo được năng lượng đầu vào hệ thống và lưu giữ chính xác dung lượng của ắc quy. Kết nối cực dương nguồn ngoài vào cực dương ắc quy và cực âm vào mát thân xe. Không được nối trực tiếp vào cực âm của ắc quy. Việc nối tắt như vậy khiến cho cảm biến ắc quy không đo được dòng điện vào hệ thống  và không thể điều chỉnh được dung lượng ắc quy phù hợp. Nếu kết nối các cáp nguồn không hợp lý thì hệ thống quản lý năng lượng sẽ tính toán lại dung lượng của ắc quy sau một khoảng thời gian là 8 giờ.

f. Thay thế ắc quy.

          Khi thay ắc quy mới cho xe, việc thiết lập lại hệ thống theo dõi ắc quy là cần thiết. Nếu không tiến hành thiết lập lại, nó sẽ sử dụng các thông số và thời gian làm việc của ắc quy cũ được lưu trữ trong bộ nhớ. Ngoài ra, nó sẽ thông báo về tình trạng ắc quy quá cũ và giưới hạn một số chức năng của hệ thống quản lý năng lượng điện.
 

Hình 2:  Sơ đồ kết cấu hệ thống nạp trên xe Ford Ranger 2019

Tác giả: Nguyễn Ngọc Đàm