Bộ Điện tử công suất (Power Electronic)

Mục lục:

Điện tử công suất (Power Electronics)
Cấu tạo và chức năng của điện tử công suất (Power Electronic)
Làm mát

Điện tử công suất (Power Electronic)

Bộ điện tử công suất (Power Electronic) trên xe điện và xe Hybrid bao gồm 2 bộ phận chính là bộ chỉnh lưu & đảo điện (Inverter) và bộ thay đổi điện áp 1 chiều (tăng hoặc giảm điện áp, ví dụ từ 230V lên 400V hoặc từ 400V xuống 12V). Qua đó Power Electronic sẽ điều khiển và giám sát hoạt động của Mô-tơ điện, tức là cung cấp mô-men xoắn và điều khiển vòng quay của động cơ. Bên cạnh đó, Power Electronic còn có nhiệm vụ nắn dòng chuyển đổi dòng điện AC 3 pha từ động cơ điện sang dòng điện DC để sạc cho pin (Phanh tái sinh). Nó cũng giúp thay đổi điện áp cao thế của pin thành điện 12V cho các thiết bị điện khác trên xe như bình ắc-quy 12V hoặc ECU.

Power Electronic là thiết bị thiết yếu trên tất cả các xe truyển động điện. Nó còn giúp đảo chiều quay của mô-tơ điện, tức là giúp xe đi lùi mà không cần hộp số như xe thông thường.

Power Electronic nằm giữa pin cao áp và mô-tơ điện trên hệ thống điện cao áp. Nó chiếm một phần không gian lớn trong khoang máy và cần một hệ thống quản lý nhiệt độ cũng như làm mát để có thể vận hành một cách tối ưu.

Tóm tắt nhiệm vụ của Power Electronic trên xe hybrid và xe điện:

Chỉnh lưu & đảo điện: Chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều (DC → AC) và điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều (AC → DC)
Thay đổi trị số điện áp một chiều
Sạc pin
Truyền động động cơ-máy phát điện và máy nén điều hòa không khí

Bộ điện tử công suất (Power Electronics)

Chỉnh lưu và đảo điện

Các động cơ điện truyền động (Motor Generator) và động cơ của máy nén điều hòa không khí (lốc lạnh chạy bằng điện cao thế) cần điện xoay chiều. Dòng điện này được tạo ra bằng cách sử dụng bộ biến đổi điện và mạch chỉnh lưu. Khi Motor Generator hoạt động như máy phát điện, điện thế xoay chiều 3 pha tạo ra từ đó sẽ được chuyển đổi thành điện thế 1 chiều.

Thay đổi trị số điện áp một chiều

Trong xe truyền động hybrid và xe điện, hệ thống điện 1 chiều hoạt động trong nhiều phạm vi điện áp khác nhau:

Điện áp cho hệ thống điện trong xe, thí dụ 12 V
Điện áp cho Pin cao áp và thiết bị khác, thí dụ 201,6 V
Điện áp cho động cơ điện truyền động, thí dụ 650 V

Sạc pin

Động cơ điện (Motor Generator) hoạt động như máy phát điện trong quá trình phanh và ở chế độ tự đẩy.

Pin cao áp được sạc thông qua bộ chỉnh lưu trong bộ đảo điện và bộ biến đổi điện áp một chiều.

Vận hành Động cơ điện (Motor Generator)

Điện áp của pin cao áp được nâng cao cho việc động cơ điện truyền động qua bộ biến đổi điện áp một chiều DC/DC, thí dụ như từ 201,6 V lên 650 V. Tiếp đó việc chuyển thành điện 3 pha cho động cơ điện được thực hiện bởi bộ đảo điện nhờ mạch chuyển đổi điện xoay chiều.

Power Electronic có thể thay đổi chiều quay của động cơ điện, giúp xe đi lùi mà không cần hộp số như trên xe xăng/dầu bình thường.

Cấu tạo và chức năng của điện tử công suất (Power Electronic)

Việc cung cấp điện áp cho Power Electronics được thực hiện bởi pin cao áp thông qua rơle an toàn. Nhờ bộ biến áp điện một chiều (chuyển đổi DC/DC), Power Electronic sẽ chuyển điện áp của pin cao áp thành điện áp vận hành cho động cơ điện (Motor Generator).

Sơ đồ mạch điện của một hệ thống Power Electronic trên xe Hybrid phân nhánh (Power Slit Hybrid) — Sơ đồ mạch điện của một hệ thống Power Electronic trên xe Hybrid phân nhánh (Power-Slit Hybrid)

Để tạo ra điện xoay chiều, mỗi động cơ điện truyền động (Motor Generator) được trang bị một mạch chuyển đổi điện xoay chiều với 6 transistor.

Điều khiển các transistor

Việc này được thực hiện bởi một bộ điều khiển tích hợp. Transistor được sử dụng là transistor lưỡng cực cổng cách ly (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor).

IGBT là các linh kiện bán dẫn điện tử, trong đó một transistor hiệu ứng trường (FET = Field Effect Transistor) điều khiển một transistor lưỡng cực. Thiết bị này có các đặc tính sau đây:

Điện trở thuận thấp (tương tự như transistor lưỡng cực)
Hao hụt truyền dẫn thấp
Điều khiển hầu như không cần công suất (tương tự transistor hiệu ứng từ trường)
Thiết bị IGBT chỉ có khả năng ngăn chặn giới hạn theo hướng nghịch nên thường được tích hợp đi-ốt bảo vệ với thời gian ngắt điện ngắn.

Power Electronic trên các thiết bị khác

Một số thiết bị điện, thí dụ máy nén điều hòa không khí (lốc lạnh) có thể hoạt động ở điện áp cao. Các thiết bị này có một mạch power electronic riêng như mạch chuyển đổi điện xoay chiều. Chúng được vận hành với điện áp của Pin cao thế.

Để ngăn chặn việc ngắn mạch trong bộ truyền động của lốc lạnh, đa số các hãng sản xuất quy định các loại dầu lạnh đặc biệt có đặc tính cách điện.

Dầu lạnh dùng cho hệ thống điện áp cao có ký hiệu POE thay vì PAG như của lốc lạnh bình thường.

Việc cung cấp điện của hệ thống điện 12V trong xe được thực hiện qua pin cao áp và một bộ chuyển đổi điện một chiều. Vì lý do an toàn, phía điện áp cao hoặc pin cao áp được cách điện với hệ thống điện 12V trên xe bằng bộ biến áp:

Mạch transistor ở phía điện áp cao tạo ra điện áp xoay chiều cần thiết cho việc chuyển điện. Điện áp xoay chiều tạo ra ở phía thấp áp (12V) được chỉnh lưu và cung cấp cho ắc quy khởi động (xe Hybrid dùng ắc-quy để đề nổ) và hệ thống điện của xe.

Làm mát

Nhiệt sinh ra trong các Power Electronic được dẫn đi bởi một hệ thống làm mát bằng chất lỏng với máy bơm nước vận hành bằng điện. Việc làm mát linh kiện điện tử công suất có thể được tích hợp vào hệ thống làm mát động cơ.

Xem thêm: