Hệ Thống Sạc Pin Ô Tô Điện
Bài viết này chúng tôi xin giới thiệu với các bạn công nghệ xạc pin trên ô tô điện Hyundai Ioniq 5. Hệ thống sạc Pin trên xe điện Hyundai Ioniq 5 có nhiệm vụ cung cấp điện áp cho Pin cao áp từ các trạm sạc hoặc nguồn điện gia dụng, trên Hyundai Ioniq 5 được thiết kế 2 kiểu sạc chính là sử dụng nguồn điện AC và DC. Khi sử dụng nguồn sạc là dòng AC người dùng có thể sử dụng nguồn điện tại các trạm sạc AC của nhà sản xuất hoặc điện gia dụng thông qua bộ sạc tích hợp ICCB, đối với nguồn DC có thể sử điện áp cao tại các trạm sạc DC là 400V hoặc 800V
Thông số các kiểu sạc:
| Tiêu chuẩn | Mở rộng | |||||||
| Mức bắt đầu | Mức kết thúc | Công suất Max | Thời gian | Mức bắt đầu | Mức kết thúc | Công suất Max | Thời gian | |
| AC 1 pha | 10% | 100% | 2.76 kW | 21h | 10% | 100% | 2.76 kW | 31h |
| AC 3 pha | 10% | 100% | 10.9 kW | 5h15m | 10% | 100% | 10.9 kW | 6h30m |
| DC 400V | 10% | 80% | 50 kW | 45m | 10% | 80% | 50 kW | 1h30m |
| DC 800V | 10% | 80% | 350 kW | 18m | 10% | 80% | 350 kW | 25m |
Sơ đồ hệ thống sạc Pin cao áp
1. Cổng sạc Pin:
Trên xe Hyundai Ioniq 5 được trang bị 2 cổng sạc một cổng dùng cho dòng điện xoay chiều AC và một cổng dùng cho dòng điện một chiều DC.
Cổng sạc Pin – 1
Cổng sạc Pin - 2
Cụm sạc đầu vào kết hợp
Cơ cấu khóa cáp sạc
Cơ cấu khóa cáp sạc này chống trường hợp bị trộm cáp sạc, bằng cách vận hành cơ cấu khi cửa khóa, chỉ có thể kết nối bộ cáp khi cửa mở khóa và nếu cửa khóa sau khi kết nối bộ cáp thì không thể ngắt kết nối bộ cáp.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ cơ cấu khóa cáp sạc
2. Mô đun điều khiển cổng sạc (CDM):
Mô đun CDM - 1
Mô đun CDM - 2
Chế độ điều khiển Mô đun CDM
3. Cáp sạc và hộp điều khiển (ICCB):
Bộ cáp sạc tích hợp ICCB
ICCB là một thiết bị có thể sạc pin cao áp bằng điện gia dụng. Dòng điện sau khi qua bộ ICCB sẽ được tăng áp và chuyển đổi như trong hệ thống sạc AC Normal. Ngoài ra trên bộ ICCB còn chỉ ra những trạng thái của dòng điện vào trên màn hình hiển thị.
Màn hình hiển thị ICCB
4. Bộ điều khiển sạc tích hợp (ICCU):
Bộ điều khiển sạc tích hợp ICCU
Sơ đồ hoạt động của Bộ ICCU
Bộ điều khiển sạc tích hợp (ICCU) bao gồm bộ sạc trên bo mạch (OBC) và bộ chuyển đổi DC - DC điện áp thấp (LDC). ICCU hoạt động theo tín hiệu giao tiếp từ các hộp điều khiển khác như: Về tình trạng Pin (BMU), tình trạng sạc (VCMS), tình trạng Pin 12V (VCU)
5. OBC:
OBC là thiết bị có chức năng biến đổi dòng điện xoay chiều AC thành điện một chiều DC. Sau đó, được tăng áp để sạc cho Pin cao áp.
Ngoài ra điện DC cao áp được biến đổi thành điện AC. Sau đó, nó được giảm áp để cung cấp được cho bên trong hoặc bên ngoài xe (110V/220V)
Bảng: Thông số của OBC
| OBC | Thông số |
| Công suất tối đa | 10.9 |
| Điện áp đầu vào | AC (210 - 440) |
| Điện áp đầu ra | DC (360 - 820) |
| Kiểu làm mát | Nước làmmát |
6. LDC:
LDC là thiết bị có chức năng chuyển đổi nguồn Pin cao áp giảm xuống 12V để sạc lại cho Pin 12V
Bảng: Thông số của LDC
| LDC | Thông số |
| Công suất tối đa | 1.8 |
| Điện áp đầu vào | DC (360 - 820) |
| Điện áp đầu ra | DC (12.8 - 15.1) |
| Kiểu làm mát | Nước làm mát |
7. Bộ Relay sạc nhanh DC (Quick Charge DC):
Bộ này nằm trong bộ chia điện cao áp phía sau và nó bao gồm 2 relay dùng để điều khiển điện áp cao. Nó được điều khiển bởi bộ điều khiển BMU trong quá trình sạc nhanh DC
Bộ Relay Quick Charge DC
8. Bộ quản lý sạc pin VCMS:
Bộ quản lý sạc Pin (VCMS) thực hiện các chức năng giao tiếp, điều khiển bằng cách gửi và nhận thông tin đến các thiết bị khác nhau như: EVSE, V2L, BMU, ICCU, AVN, VCU.
- EVSE: Bộ phận này giao tiếp với VCMS bằng các đường tín hiệu PD (Proximity Detection) và CP (Control Pilot). Sau khi nhận tín hiệu PD, VCMS biết có kết nối bộ sạc, sau đó đưa tín hiệu Lock/ Unlock đến bộ Inlet (đầu vào của bộ sạc), tiếp theo EVSE giao tiếp với VCMS bằng tín hiệu CP bao gồm 2 loại (PLC hoặc PWM) dựa vào đó VCMS sẽ biết được kiểu sạc đang được kết nối với xe là gì (PLC sạc DC và PWM sạc AC)
- BMU: VCMS sẽ gửi tín hiệu kiểu sạc đến cho BMU (Quick Charge DC/ Normal AC), sau đó BMU dựa vào đó điều khiển các bộ phận liên quan đến kiểu sạc. Ngoài ra BMU giao tiếp lại với VCMS về trạng thái Pin để điều khiển bộ sạc
- V2L: Giao tiếp với OBC quản lý thông tin tải ngoài và điều khiển cấp nguồn, ngắt nguồn khi có sự cố xảy ra.
- ICCU: VCMS dựa vào tín hiệu CP xác định kiểu sạc nếu là sạc AC, VCMS gửi tín hiệu giao tiếp đến ICCU dùng cho sạc AC. Ngoài ra ICCU giao tiếp lại với VCMS về thông tin trạng thái OBC
- VCU: VCMS giao tiếp với VCU bằng cách thông qua hệ thống mạng CAN, thông báo về tình trạng sạc Pin trên xe.
- AVN: Thông tin về trạng thái của sạc và V2L đến bộ AVN để hiển thị ra màn hình
Sơ đồ hoạt động kết nối cổng sạc của VCMS
Bộ quản lý sạc Pin (VCMS)
Thông số của bộ quản lý sạc pin (VCMS):
| VCMS | Thông số |
| Điện áp định mức (V) | 11 - 13 DC |
| Điện áp hoạt động (V) | 6 - 9 DC |
| Nhiệt độ hoạt động (C, F ) | -30 đến 75 ( -22 đến 167) |
9. Sạc AC (Normal AC):
Chuyển đổi từ AC sang DC sử dụng OBC (AC/DC converter và DC/DC boost converter) để sạc cho pin cao áp và ắc quy
Sơ đồ sạc AC
- Quy trình sạc AC
1) EVSE kết nối cổng sạc với xe
2) VCMS được đánh thức (by EVSE CP signal request.)
3) VCMS gửi tín hiệu tới ICU qua H/Wire (Yêu cầu IG3 Relay “ON”).
4) ICU bật IG3 Relay “ON”.
5) ICU cung cấp nguồn DC để đánh thức các hộp liên quan đến sạc.
6) VCMS quyết định sạc sử dụng tín hiệu CP để nhận dạng
7) Bắt đầu sạc. (Kết hợp điều khiển với các hộp liên quan)
Hệ thống điều khiển sạc chậm AC
10. Sạc nhanh DC:
- Quy trình sạc nhanh DC
(1) Sạc trực tiếp bằng việc sử dụng sạc nhanh DC EVSE
(2) Relay IG3 hoạt động để kích hoạt các hộp điều khiển liên quan đến sạc nhanh
(3) Motor/Inverter/VCMS phối hợp điều khiển khi sạc
Sơ đồ sạc nhanh DC
- Quy trình sạc nhanh (400V)
Trong pin cao áp phải cần dòng điện có điện áp DC trên 800V để sạc.Vì vậy khi sạc nhanh DC 400V, cần phải sử dụng dòng điện DC 400V vào mạch boost converter để tăng áp lên mức 800V. Quá trình sạc được thực hiện theo thứ tự sau:
(1) Cổng sạc EVSE kết nối tới xe
Kết nối dòng điện DC 400V từ cổng sạc EVSE đến xe, EVSE giao tiếp với VCMS bằng tín hiệu PD, kiểm tra có kết nối bộ sạc hay không? Nếu có thì tiếp tục kiểm tra cách điện Insulation. Sau đó VCMS nhận biết kiểu sạc DC 400V thông qua tín hiệu CP (PLC).
(2) Relay chính PRA ON
BMU kiểm tra tình trạng pin (nhiệt độ, điện áp, SOC,...) trong điện kiện cho phép sạc hay không? Nếu đúng điều kiện, BMU gửi tín hiệu về cho VCU để xác thực sau đó từ VCU gửi tín hiệu ngược lại cho BMU để kích Relay chính PRA ON kết nối bộ pin cao áp với HJ/Block.
(3) Relay 2 Inverter 400V ON
Khi relay 2 Inverter 400V ON dòng điện DC 400V chạy qua cuộn dây motor và multi- inverter. Ta có mạch điện tương tự như sau:
Sơ đồ minh họa hoạt động sạc 400V thông qua mạch Boost Converter
Bằng cách tận dụng một cuộn dây của motor, mạch boost converter được tạo ra gồm các phần tử: 1 cuộn dây của motor điện và Thyristor, diode trong multi-inverter. Khi Thyristor được bật ON, diode bị lệch ngược, do đó nó cách ly mạch tải (HV Battery) khỏi nguồn, năng lượng từ EVSE được tích lũy trong cuộn dây. Khi Thyristor được OFF, điện áp đặt vào cực dương của pin cao áp là gồm điện áp EVSE và điện áp của cuộn dây.
Tụ điện 400V và tụ điện 800V giúp đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng luôn được ổn định, liên tục cho pin cao áp trong mọi trường hợp.
(4) Relay 3HVJB QcN ON
(5) Sạc DC 400V Quick khởi động
Sơ đồ thứ tự sạc DC 400V
- Quy trình sạc nhanh (800V)
(1) Cổng sạc EVSE kết nối với xe
(2) EVSE nhận tín hiệu PD và kiểm tra cách điện Insulation
(3) Relay chính PRA ON
(4) Relay 2 Inverter 400V ON
(5) Inverter hoạt động ( PWM control initiated)
(6) Tụ Inverter 400V Capacitor được sạc bởi HVB
(7) Tụ EVSE Capacitor được sạc
(8) Relay 1QC HVJ/B QcN ON
(9) Relay 2 Inverter 400V OFF
(10) Inverter tắt (PWM control shut down)
(11) Relay 3QC HV J/B ON
(12) Sạc DC 800V Quick khởi động
Sơ đồ thứ tự sạc DC 800V
Share on facebook
