Hộp điều khiển VCU được coi như là bộ não của xe điện, có chức năng điều khiển các hệ thống điện trên xe bao gồm hệ thống pin, động cơ, hệ thống sạc, hệ thống phanh, hệ thống ngắt truyền động,… để toàn bộ hệ thống trên xe luôn hoạt động trơn tru, nhất quán với nhau.
Xem thêm:
+ Nguyên Lý Hoạt Động Của Ô Tô Điện
+ Khoá học sửa chữa ô tô điện – ô tô Hybrid chuyên sâu
1. Cấu tạo của Hộp điều khiển VCU
Hộp điều khiển xe điện (Vehicle Control Unit – VCU) là một bộ vi xử lý điều khiển toàn bộ hệ thống trên xe điện. Cấu tạo của bộ VCU bao gồm các thành phần sau:
– Vi xử lý: Là trung tâm của VCU, vi xử lý sẽ xử lý và quản lý tất cả các tín hiệu điều khiển từ các cảm biến trên xe, đồng thời điều khiển hoạt động của các bộ phận khác trên xe.
– Bộ nhớ: Bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các chương trình điều khiển và các tham số liên quan đến hoạt động của hệ thống.
– Điều khiển truyền động: Hộp điều khiển truyền động được sử dụng để điều khiển hoạt động của động cơ và truyền động trên xe điện.
– Điều khiển pin: Hộp điều khiển pin giám sát tình trạng của pin và điều khiển hoạt động của hệ thống sạc pin trên xe.
– Kết nối mạng: VCU còn có các kết nối mạng để kết nối với các cảm biến và hệ thống điện tử khác trên xe
Cấu tạo Hộp điều khiển VCU
2. Chức năng của Hộp điều khiển VCU
Hệ thống điều khiển sạc LDC (BMU – VCU – LDC): VCU nhận và xử lý tín hiệu đầu vào gồm:
– BMU: Cung cấp thông tin liên quan đến pin cao áp: tình trạng sạc, nhiệt độ, điện áp.
– APS (Accelerator Position sensor): Cảm biến vị trí bàn đạp ga
– Brake switch: Cảm Biến công tắc phanh
– Shift lever: Vị trí tay số
Sau đó, VCU xác định chế độ hoạt động của LDC theo tình trạng pin và tình trạng xe.
LDC: cung cấp điện cho ắc quy và các thiết bị điện tử trên xe sau khi chuyển từ điện áp cao thành điện áp thấp 12V dưới sự điều khiển của VCU.
Sơ đồ hoạt động của hệ thống điều khiển sạc LDC
Hộp điều khiển VCU nhận tín hiệu đầu vào từ bộ quản lý Pin BMU, bên cạnh đó VCU còn nhận tín hiệu bàn đạp ga, bàn đạp phanh và tín hiệu tay số để điều khiển Bộ sạc Pin 12V (LDC)
– Đầu tiên về tín hiệu từ BMU: VCU sẽ biết được tình trạng Pin cao áp đang ở mức nào, dựa vào đó VCU có thể xem xét Pin cao áp có đủ điều kiện để sạc Pin 12V không.
– Tín hiệu bàn đạp ga: Tín hiệu này mục đích là bảo vệ bộ sạc Pin 12V (LDC) và Pin 12V, bởi khi tài xế đạp bàn đạp ga để khởi động động cơ sẽ cần một dòng điện lớn để giúp động cơ khởi động một cách dễ dàng. Vì vậy, để tránh trường hợp quá tải gây hư hỏng, VCU tạm thời ngắt sạc trong quá trình đạp bàn ga khi khởi động động cơ. Khi động cơ đã được khởi động, VCU kích hoạt bộ LDC ON và sạc lại cho Pin 12V.
– Tín hiệu bàn đạp phanh: Tương tự như tín hiệu bàn đạp ga, tín hiệu này cũng nhằm mục đích bảo vệ bộ sạc LDC và Pin 12V. Bởi khi đạp phanh Pin cao áp sẽ nhận một dòng điện tái tạo trở về và dòng điện có thể lớn theo tốc độ xe do đó VCU trong trường này sẽ ngắt bộ sạc LDC để tránh trường hợp hư hỏng.
– Tín hiệu cần số: Tín hiệu này có tác dụng gửi tín hiệu trạng thái số P của xe về VCU để VCU có thể điều khiển bộ LDC hoạt động => sạc Pin 12 khi xe ở trạng thái đỗ.
– Ngoài ra trên hệ thống còn có cảm biến điện áp được gắn trên Pin 12V để thông báo cho VCU biết trạng thái hiện tại của Pin 12V.
VCU sẽ điều khiển LDC bằng các tín hiệu ON/OFF đến IGBT nằm trong mạch ACF Converter có chức năng giảm áp dòng điện DC từ 800V thành 12V và theo từng chế độ khác nhau như:
– Chế độ sạc pin: Khi xe đang hoạt động, bộ DC-DC Converter sẽ cung cấp điện năng cho hệ thống sạc pin 12V, đảm bảo pin luôn được sạc và duy trì hoạt động của các thiết bị điện tử trên xe.
– Chế độ bảo vệ: Bộ DC-DC Converter phát hiện ra các tình huống nguy hiểm như quá tải hoặc quá nhiệt, sẽ tự động ngắt điện để bảo vệ hệ thống và tránh xảy ra hỏa hoạn hoặc hỏng hóc.
– Chế độ tiết kiệm năng lượng: Bộ DC-DC Converter có thể tạm ngừng cung cấp điện cho các thiết bị điện tử 12V để tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu suất năng lượng của xe.
– Chế độ khởi động: Khi khởi động xe, bộ DC-DC Converter sẽ cung cấp điện năng cho hệ thống điện tử của xe để đảm bảo xe khởi động thành công và ổn định.
3. Hệ thống điều khiển chế độ EV Ready
Khi chế độ EV ready được kích hoạt, VCU sẽ thông báo cho các hệ thống khác trên xe để chuẩn bị cho việc vận hành. Các hệ thống này bao gồm hệ thống phanh, hệ thống điều khiển động cơ và hệ thống nguồn điện.
Sơ đồ hoạt động của hệ thống EV Ready
VCU sẽ nhận tín hiệu từ chìa khóa thông minh (SMK), vị trí cần số (SMW), vị trí phanh đỗ (SCU), vị trí bàn đạp phanh (Brake Switch), các tín hiệu giao tiếp từ các thiết bị trên xe về tình trạng (pin cao áp, VCMS,…) có đủ đảm bảo để khởi động.
– Đầu tiên, tín hiệu chìa khóa thông (SMK): tín hiệu này gửi đến VCU để kiểm tra và mã hóa động cơ, cho phép khởi động xe.
– Tín hiệu vị trí cần số (SMW): Gửi về cho VCU biết trạng thái tay số của xe, nếu xe đang ở vị trí số P thì hệ thống cho phép khởi động.
– Tín hiệu vị trí phanh đỗ (SCU): SCU sẽ gửi một tín hiệu ON/OFF đến VCU để biết tình trạng của phanh đỗ có hoạt động hay không, nếu phanh đỗ đang được bật thì VCU cho phép khởi động.
– Tín hiệu bàn đạp phanh – tín hiệu cuối cùng cho phép khởi động xe: tín hiệu này đóng vai trò như một công tắc an toàn được gửi về VCU, nếu đạp bàn đạp phanh xe mới có thể khởi động.
– Cuối cùng các hệ thống khác trên như: Các tải (PE), Hộp điều khiển động cơ (MCU), bộ quản lý Pin (BMU), bộ quản lý sạc (VCMS). VCU sẽ đánh thức các hệ thống này thông qua mạng CAN, đồng thời tự kiểm tra xem các hệ thống này có hoạt động bình thường hay không, khi tất cả hệ thống hoạt động bình thường, toàn bộ xe vào trạng thái READY (đèn báo READY sáng).
4. Hệ thống điều khiển động cơ (BMU – VCU – MCU)
Sơ đồ hoạt động hệ thống điều khiển động cơ
Dựa trên tín hiệu đầu vào của tình trạng xe, tình trạng pin và tín hiệu yêu cầu người lái, VCU xử lí và gửi tín hiệu đến Hộp điều khiển MCU, bao gồm: tín hiệu khởi động/ngắt động cơ, tín hiệu chế độ động cơ (chế độ thu hồi năng lượng; chế độ xe tiến và chế độ xe lùi) và momen xoắn yêu cầu ở từng chế độ tương ứng. Đồng thời, Hộp điều khiển MCU liên tục gửi tín hiệu feedback về cho VCU, bao gồm: tín hiệu momen hiện tại, thông tin báo lỗi động cơ,…
5. Hệ thống ngắt truyền động
Sơ đồ hoạt động của hệ thống ngắt truyền động
Hệ thống ngắt truyền động trên xe Hyundai Ioniq 5 được điều khiển bởi Hộp điều khiển VCU, Hộp điều khiển này điều khiển Actuator ngắt truyền động nằm trên trục bánh xe của cầu trước. Điều này nhằm mục đích tăng hiệu quả thu hồi năng lượng cũng như chuyển động của xe.
Các tín hiệu đầu vào để VCU nhận biết tình trạng hoạt động của xe là vị trí chân ga, bàn đạp phanh, cần số và chế độ lái của xe:
– Dựa vào tín hiệu chân ga, cần số, momen và tốc độ hiện tại của xe, VCU sẽ biết được xe đang cần tăng tốc và đi trên tình trạng mặt đường không tốt VCU sẽ để hệ thống truyền động ở chế độ 4WD để tăng lực bám mặt đường giúp xe di chuyển dễ dàng hơn.
– Vẫn dựa vào các tín hiệu momen và tốc độ hiện tại VCU có thể nhận thấy tình trạng xe đang hoạt động ở trạng thái không có lực kéo, VCU sẽ điều khiển Actuator ngắt truyền động để giảm hao phí năng lượng lên động cơ trước.
– Khi xe kích hoạt phanh VCU sẽ vẫn giữ hệ thống truyền động ở chế độ 4WD để tăng khả năng tái tạo năng lượng cho phanh tái sinh
– Ngoài ra cơ cấu ngắt truyền động còn được điều khiển theo từng chế độ lái trên xe, sau cho hệ thống truyền động phù hợp với chế độ lái hiện tại để luôn luôn đảm bảo xe hoạt động ở trạng thái tối ưu, hiệu suất cao.
Trong thời đại công nghệ hiện đại, VCU đã trở thành một phần không thể thiếu trong hệ thống của các xe ô tô điện. Nhờ vào hộp điều khiển này mà các chức năng của xe có thể hoạt động một cách hiệu quả và an toàn. Việc nắm vững về VCU giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách hoạt động của xe ô tô điện và cách tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng.
