HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN Ô TÔ PIN NHIÊN LIỆU

Thứ ba, 27/01/2026, 23:21 (GMT+7)

Hệ thống kiểm soát và quản lý năng lượng đóng vai trò trung tâm trong quá trình vận hành của ô tô pin nhiên liệu. Hệ thống này được xây dựng nhằm đảm bảo việc phân phối và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả, ổn định và an toàn trong mọi chế độ làm việc của xe. Thông qua hệ thống quản lý năng lượng, công suất từ pin nhiên liệu, ắc quy và các bộ biến đổi điện được điều phối hợp lý để đáp ứng yêu cầu vận hành, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất tổng thể của hệ thống truyền động.

Về mặt cấu trúc, hệ thống quản lý năng lượng thể hiện sự liên kết chặt chẽ giữa pin nhiên liệu, ắc quy, các bộ biến đổi điện và động cơ điện kéo, dưới sự điều khiển của bộ điều khiển lực kéo ô tô. Bộ điều khiển này tiếp nhận lệnh điều khiển từ người lái, đồng thời giám sát các thông số vận hành của hệ thống để đưa ra chiến lược phân phối năng lượng phù hợp trong từng thời điểm.

1. Dòng năng lượng trong hệ thống ô tô pin nhiên liệu

Trong ô tô pin nhiên liệu, động cơ kéo sử dụng động cơ điện xoay chiều. Do đó, bộ biến điện DC-AC giữ vai trò đặc biệt quan trọng, có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều ba pha, với điện áp và tần số thay đổi theo yêu cầu vận hành của xe. Nhờ đó, động cơ điện có thể tạo ra mô-men và công suất phù hợp với các chế độ làm việc khác nhau như khởi động, tăng tốc, leo dốc hoặc chạy ổn định.

Hình 1. Sơ đồ tổng thể hệ thống quản lý năng lượng của ô tô pin nhiên liệu

Công suất từ pin nhiên liệu không chỉ được sử dụng để tạo lực kéo cho xe mà còn được phân phối cho các phụ tải khác trong hệ thống hỗ trợ, bao gồm bơm nước, bơm nhiên liệu, bơm không khí, quạt làm mát và các hệ thống điều khiển. Các phụ tải này đóng vai trò đảm bảo điều kiện làm việc ổn định cho pin nhiên liệu và các thiết bị điện tử công suất. Việc cấp điện cho các phụ tải được thực hiện thông qua các bộ biến đổi DC-DC phù hợp, giúp điều chỉnh mức điện áp và dòng điện theo yêu cầu của từng hệ thống.

Sơ đồ hệ thống quản lý năng lượng cho thấy pin nhiên liệu là nguồn cung cấp năng lượng chính, trong khi ắc quy đóng vai trò là nguồn năng lượng phụ trợ, hỗ trợ hệ thống trong các tình huống đặc biệt như khởi động hoặc khi xe cần công suất lớn tức thời.

2. Vai trò của hệ thống ắc quy và năng lượng phụ trợ

Trong thực tế vận hành, pin nhiên liệu không phải lúc nào cũng có thể đáp ứng nhanh các yêu cầu công suất thay đổi đột ngột. Do đó, hệ thống ô tô pin nhiên liệu cần được hỗ trợ bởi một hệ thống ắc quy hoặc tụ điện có dung lượng lớn. Hệ thống này đặc biệt quan trọng trong các tình huống khởi động xe hoặc khi xe tăng tốc nhanh, yêu cầu công suất lớn trong thời gian ngắn.

Hệ thống năng lượng phụ trợ có thể được nạp điện từ pin nhiên liệu khi xe vận hành ổn định và phóng điện khi xe cần tải cao tức thời. Quá trình nạp và phóng điện của ắc quy được điều khiển thông qua bộ biến đổi DC-DC hai chiều, cho phép dòng năng lượng truyền theo cả hai hướng giữa pin nhiên liệu và ắc quy.

Ngoài ra, hệ thống năng lượng phụ trợ còn có nhiệm vụ thu hồi năng lượng tái sinh trong quá trình phanh. Khi xe giảm tốc hoặc phanh, động cơ điện kéo có thể làm việc như một máy phát điện, chuyển đổi động năng của xe thành điện năng và nạp trở lại vào ắc quy hoặc tụ điện. Nhờ đó, năng lượng vốn bị tiêu tán dưới dạng nhiệt trong phanh truyền thống được tái sử dụng, góp phần nâng cao hiệu suất năng lượng tổng thể của xe.

3. Nguyên lý làm việc của bộ biến đổi DC-DC hai chiều

Bộ biến đổi DC-DC hai chiều là thành phần quan trọng trong hệ thống quản lý năng lượng của ô tô pin nhiên liệu. Bộ biến đổi này cho phép điều khiển linh hoạt quá trình nạp và phóng điện của ắc quy, tùy theo trạng thái làm việc của xe.

Trong chế độ tăng áp, công tắc S2 và diode D1 được kích hoạt. Khi đó, năng lượng từ ắc quy hoặc tụ điện dung lượng lớn được cung cấp thêm cho hệ thống, hỗ trợ pin nhiên liệu trong các tình huống xe yêu cầu công suất cao. Chế độ này thường được sử dụng khi xe tăng tốc nhanh hoặc leo dốc, giúp đảm bảo khả năng đáp ứng công suất tức thời của hệ thống truyền động.

Ngược lại, trong chế độ nạp điện, công tắc S1 và diode D2 được kích hoạt. Năng lượng tái sinh từ quá trình phanh hoặc năng lượng dư thừa từ pin nhiên liệu sẽ được nạp trở lại vào hệ thống năng lượng phụ trợ. Quá trình này giúp duy trì trạng thái năng lượng ổn định cho ắc quy, đồng thời tận dụng tối đa nguồn năng lượng sẵn có trong hệ thống.

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi DC-DC hai chiều trong hệ thống quản lý năng lượng ô tô pin nhiên liệu

4. Hiệu quả của hệ thống quản lý năng lượng

Nhờ sự phối hợp nhịp nhàng giữa pin nhiên liệu, ắc quy, các bộ biến đổi điện và động cơ điện kéo, hệ thống quản lý năng lượng giúp ô tô pin nhiên liệu đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng cao. Việc phân phối hợp lý công suất giữa các nguồn năng lượng giúp giảm tải cho pin nhiên liệu, kéo dài tuổi thọ hệ thống và nâng cao độ ổn định trong quá trình vận hành.

Bên cạnh đó, khả năng thu hồi và tái sử dụng năng lượng trong quá trình phanh giúp giảm tổn thất năng lượng và cải thiện hiệu suất tổng thể của xe. Đây là một trong những ưu điểm quan trọng của ô tô pin nhiên liệu so với các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong truyền thống.

Tổng thể, hệ thống kiểm soát và quản lý năng lượng không chỉ đảm bảo khả năng vận hành tin cậy cho ô tô pin nhiên liệu mà còn đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa hiệu suất, nâng cao tính kinh tế và thân thiện với môi trường của loại phương tiện này.