Mạch điện tử công suất (PE) đóng vai trò trung tâm trong hệ thống truyền động của xe hybrid (HEV/PHEV) và xe điện thuần túy (BEV). Chúng chịu trách nhiệm chuyển đổi và kiểm soát dòng năng lượng một cách hiệu quả từ pin cao áp (300-1000 V) đến động cơ điện xoay chiều (AC), sạc pin từ lưới điện, cung cấp điện áp thấp cho các phụ tải phụ trợ (12 V/48 V), và thu hồi năng lượng từ phanh tái sinh (Regenerative Braking), với hiệu suất thu hồi từ 20-40% năng lượng động học.
1. Kiến trúc hệ thống của xe điện thuần túy (BEV) trong mẫu Tesla Model Y với điện áp 800V
Trong kiến trúc hệ thống của mẫu Tesla Model Y, pin lithium-ion có dung lượng 75 kWh hoạt động ở mức điện áp từ 400V đến 800V đóng vai trò nguồn năng lượng chính.
Pin này cung cấp điện cho bộ chuyển đổi DC-DC Buck với công suất từ 3 kW đến 5 kW, bộ chuyển đổi này sẽ giảm điện áp xuống mức 12V để cấp nguồn cho các phụ tải phụ trợ như đèn chiếu sáng, hệ thống giải trí và các thiết bị điện tử khác. Đồng thời, bộ sạc trên xe (On-Board Charger – OBC) với công suất từ 11 kW đến 22 kW, sử dụng cấu trúc PFC (Power Factor Correction) kết hợp với LLC (mạch cộng hưởng), nhận nguồn điện xoay chiều từ lưới điện 220V một pha hoặc ba pha (Mỹ, Nhật) để sạc pin. Bộ nghịch lưu sử dụng công nghệ SiC (Silicon Carbide) với công suất 350 kW, áp dụng thuật toán FOC (Field Oriented Control), chuyển đổi điện một chiều từ pin thành điện xoay chiều ba pha để cấp cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu PMSM với mô-men xoắn lên đến 500 Nm. Hệ thống quản lý pin (Battery Management System – BMS) kết hợp với hệ thống làm mát chất lỏng đảm bảo pin và các linh kiện hoạt động ổn định. Thuật toán FOC đảm bảo điều khiển vectơ từ trường một cách chính xác, mang lại mô-men xoắn mượt mà và hiệu suất cao. Kiến trúc điện áp 800V cho phép sử dụng dây dẫn mỏng hơn 30% so với hệ thống 400V, giảm trọng lượng xe và hỗ trợ sạc nhanh với công suất lên đến 350 kW, giúp sạc từ 10% đến 80% dung lượng pin chỉ trong dưới 15 phút.
2. Kiến trúc hệ thống của xe hybrid (HEV) và xe hybrid sạc ngoài (PHEV) trong mẫu Toyota với công nghệ Power-Split
Trong kiến trúc hệ thống của xe hybrid Toyota sử dụng công nghệ Power-Split, động cơ đốt trong (ICE) dung tích 1.8 lít cung cấp năng lượng cơ học đến bộ phân chia công suất (Power-Split Device – PSD) sử dụng bánh răng hành tinh, bộ phận này sẽ truyền mô-men xoắn trực tiếp đến bánh xe.
Bộ nghịch lưu A nhận năng lượng từ động cơ điện MG1 với công suất 50 kW, động cơ này hoạt động như máy phát điện để sạc pin hoặc hỗ trợ ICE. Pin lithium-ion có dung lượng 1.3 kWh cung cấp điện cho bộ nghịch lưu B, bộ nghịch lưu này sẽ cấp nguồn cho động cơ điện MG2 với công suất 60 kW để kéo xe và trong trường hợp PHEV, hệ thống còn tích hợp thêm bộ sạc trên xe (OBC). Hệ thống hỗ trợ phanh tái sinh bidirectional, cho phép thu hồi năng lượng từ bánh xe về pin trong quá trình giảm tốc, giúp tăng hiệu suất tổng thể và giảm tiêu thụ nhiên liệu.
