Phạm Thanh Bình
Writer
- Sử dụng chức năng
- Mục lục Xem nhanh
- Nút xem thêm với bài dài
Với khả năng xử lý mượt mà và khả năng tăng tốc nhanh, xe điện (EV) là một giải pháp hấp dẫn để tránh giá xăng dầu tăng cao hoặc giảm thiểu tác động đến môi trường của các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Nhưng bạn có biết xe điện thực sự hoạt động như thế nào?
Có một số loại phương tiện khác nhau có thể đủ điều kiện là xe điện, từ xe hybrid cắm điện đến xe chạy hoàn toàn bằng pin và thậm chí cả ô tô chạy bằng pin nhiên liệu hydro. Mặc dù xe hybrid sử dụng một lượng điện nhỏ nhưng chúng vẫn thường được coi là phương tiện chạy bằng khí đốt, mặc dù là phương tiện hiệu quả hơn. Ở đây, chúng ta sẽ tập trung đặc biệt vào cách hoạt động của các loại xe chạy hoàn toàn bằng điện.
Nội thất xe điện (Nguồn: Trung tâm dữ liệu nhiên liệu thay thế/Bộ năng lượng Hoa Kỳ)
Mỗi xe điện đều có một bộ pin được tạo thành từ các nhóm pin lithium-ion hoặc tế bào cung cấp năng lượng cần thiết cho mọi hoạt động từ di chuyển ô tô đến chạy điều hòa không khí. Nó thường nằm ở dưới cùng của xe giữa các bánh xe.
Pin của ô tô điện sạc giống như pin lithium-ion trong điện thoại di động, nhưng ở quy mô lớn hơn nhiều. Bạn kết nối nó với lưới điện thông qua ổ cắm hoặc trạm sạc và nó sẽ lấy năng lượng cho đến khi được sạc đầy. Lượng pin của xe điện có thể chứa được bao nhiêu sẽ tùy thuộc vào công suất, được đo bằng kilowatt-giờ (kWh). Con số càng cao thì công suất càng cao và bạn có thể lái chiếc EV đó đi xa hơn trong một lần sạc.
Kích thước pin khác nhau đối với mỗi EV và nhiều mẫu xe cũng cung cấp nhiều tùy chọn kích thước (pin càng lớn, xe càng đắt tiền). Ví dụ: Hyundai Kona Electric 2024 đi kèm tùy chọn pin nhỏ hơn cho những chuyến đi ngắn (48,6kWh cho phạm vi 197 dặm) và tùy chọn lớn hơn (64,8kWh) cho phạm vi 260 dặm. Những chiếc xe cỡ lớn, tập trung vào hiệu suất như bán tải Rivian R1T có dung lượng pin gấp đôi hoặc hơn. Rivian cung cấp ba kích cỡ pin khác nhau—loại pin tiêu chuẩn (phạm vi 270 dặm, 105 kWh), gói lớn (phạm vi 321 dặm, 135 kWh) và gói tối đa (phạm vi 410 dặm, 180 kWh).
Pin xe RivianVấn đề càng trở nên phức tạp hơn khi hiện nay có hai loại xe điện chính trên thị trường. Trước đây, hầu hết xe điện do Mỹ sản xuất đều có pin niken coban mangan (NCM), loại pin giàu năng lượng, cung cấp năng lượng và phạm vi hoạt động cao. Gần đây hơn, các nhà sản xuất ô tô đã âm thầm chuyển sang một loại pin mới, được gọi là lithium iron phosphate (LFP), trong các mẫu pin cơ bản.
Tesla, Ford và Rivian đã áp dụng chúng vì chúng có giá thành rẻ hơn - không có coban và niken đắt tiền - và đạt được cùng phạm vi ước tính của EPA. Tuy nhiên, pin LFP mất phạm vi hoạt động nhanh hơn khi thời tiết lạnh và có ít năng lượng hơn. Do đó, ắc quy NCM nhìn chung vẫn được coi là một lựa chọn cao cấp, đáng mơ ước hơn, mặc dù một số công ty sản xuất ắc quy đang nghiên cứu các gói LFP tiên tiến cho các phương tiện trong tương lai.
Cuối cùng, cả hai loại pin nhìn chung vẫn tuân theo những nguyên tắc cơ bản giống nhau. Không giống như nguồn điện từ ổ cắm trên tường thông thường, chúng tạo ra dòng điện một chiều (DC). Để tạo ra lực quay, nguồn điện đó cần được chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều (AC). Đó là lúc thiết kế động cơ của xe điện xuất hiện.
Bên trong động cơ có hai bộ nam châm. Một bộ được gắn vào trục quay các bánh xe ô tô, bộ còn lại nằm bên trong vỏ bao quanh trục đó. Cả hai bộ nam châm đều được tích điện sao cho cực tính của chúng giống nhau và chúng đẩy nhau. Lực đẩy của các nam châm ra xa nhau làm trục quay, làm quay các bánh xe và đưa ô tô về phía trước.
Các thành phần của động cơ kép Rivian được trưng bày tại nhà máy.
Để duy trì trạng thái lực đẩy giữa các nam châm, cực của chúng phải thay đổi liên tục khi trục quay. Nếu không, cuối cùng chúng sẽ quay trở lại điểm mà chúng sẽ hút nhau thay vì đẩy nhau và khóa mình tại chỗ. Nguồn điện xoay chiều thực hiện việc này một cách tự động, liên tục xen kẽ giữa dương và âm. Nhưng vì nguồn điện từ pin của xe điện là DC nên cần có một thiết bị gọi là biến tần để tiếp tục đảo cực của nam châm.
Bộ biến tần của xe điện sẽ đảo cực nhanh chóng, khoảng 60 lần mỗi giây, để duy trì lực quay. Bộ chuyển đổi DC riêng biệt được sử dụng để cấp nguồn trực tiếp cho các hệ thống khác của xe (hệ thống sưởi, thông tin giải trí và ánh sáng) không cần dòng điện xoay chiều. Tần số của dòng điện gửi đến động cơ có thể được thay đổi bởi trình điều khiển và tần số càng cao thì cực thường xuyên bị đảo lộn. Điều này tạo ra nhiều lực quay hoặc mô-men xoắn hơn và làm bánh xe quay nhanh hơn.
Bộ sạc cấp 1 là phích cắm tường 120 volt điển hình và hữu ích nhất trong nhà riêng, nơi bạn có thể sạc pin qua đêm. Nó chậm: Một lần sạc 8 giờ sẽ tăng thêm khoảng 40 dặm phạm vi hoạt động; một lần sạc đầy có thể mất 20 giờ hoặc hơn.
Các trạm cấp 2 tăng điện áp lên 240 volt và tạo ra công suất từ 10-25kW cho một lần sạc đầy trong khoảng 8 giờ. Điều này khiến chúng trở thành giải pháp phổ biến để sạc qua đêm tại nhà hoặc tại các địa điểm như khách sạn. Các trạm Tesla Cấp 2 được gọi là Bộ sạc đích (so với Bộ siêu tăng áp). Nếu bạn không có phích cắm thích hợp, bạn sẽ cần lắp ổ cắm 240 volt hoặc trạm sạc tại nhà để sạc lại xe điện tại nhà.
Trạm sạc nhanh DC (DCFC) cấp 3 cung cấp nhiều năng lượng nhất; họ có thể sạc pin EV lên khoảng 80% trong khoảng 30-60 phút tùy thuộc vào tốc độ sạc của trạm (50-350kWh), tốc độ sạc tối đa mà xe có thể hỗ trợ và các yếu tố bên ngoài như thời tiết (thời tiết rất lạnh có thể mất nhiều thời gian hơn).
Tất cả các xe điện đều có dây cấp 1 cắm vào xe ở một đầu và ổ cắm trên tường tiêu chuẩn ở đầu kia, ngoại trừ Tesla, hãng đã ngừng cung cấp bộ sạc cấp 1 vào năm 2022. Đây là một khởi đầu tuyệt vời cho những chủ sở hữu xe điện mới bắt đầu phát triển trong khi họ đánh giá xem liệu họ có cần lắp bộ sạc cấp 2 để có tốc độ sạc tại nhà nhanh hơn hay không.
Không có sẵn bộ sạc cấp 3 để lắp đặt tại nhà vì chúng tiêu thụ năng lượng đáng kể vượt quá khả năng cung cấp điện của gia đình. Chúng thường nằm dọc theo đường cao tốc dành cho người đi đường, cũng như xung quanh thị trấn và trong thành phố. Các thương hiệu như Electrify America, EVGo và Tesla Superchargers đều rất phổ biến.
Năm ngoái, tất cả các nhà sản xuất xe điện đều công bố kế hoạch chuyển sang cổng sạc NACS của Tesla bắt đầu từ năm 2025. Cho đến lúc đó, các nhà sản xuất ô tô đang cung cấp bộ chuyển đổi để những người không phải Tesla có thể sạc tại Superchargers. Xe điện của Ford và Rivian hiện có thể làm được điều đó; Tiếp theo là Volvo, Polestar và GM.
Có một số tranh luận về việc liệu việc sử dụng trạm sạc nhanh cấp 3 mọi lúc có thể gây ảnh hưởng xấu đến pin xe điện của bạn hay không. Báo cáo của Electrek vẫn chưa đưa ra quan điểm đó, mặc dù một nghiên cứu gần đây cho thấy không có sự xuống cấp thêm nào ở những chiếc Tesla sạc nhanh thường xuyên so với những chiếc hiếm khi xảy ra.
Căn cứ vào thời gian cần sạc, cách tiếp cận tối ưu nhất là thường xuyên sạc đầy trong ngày khi đỗ xe ở nhà, nơi làm việc hoặc bất kỳ nơi nào khác mà xe đỗ suốt cả ngày - tại nơi làm việc, chạy việc vặt hoặc tại phòng tập thể dục. Điều này giúp ắc quy không bị mất quá nhiều lần sạc trong ngày và đồng nghĩa với việc mất ít thời gian sạc xe hoặc ngồi ở trạm sạc hơn.
Xe điện cũng đi kèm với hệ thống phanh tái tạo khai thác động năng từ việc dừng xe và chuyển một phần động năng đó trở lại bộ pin để lưu trữ dưới dạng năng lượng điện. Điều này sẽ không sạc lại hoàn toàn xe EV của bạn nhưng có thể giúp xe chạy hiệu quả hơn trong những trường hợp thích hợp, đặc biệt là khi lái xe trong thành phố.
Phạm vi EV trung bình tại thời điểm viết bài này là 270 dặm, theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Nhưng đầu trên và đầu dưới của quang phổ rất khác nhau, từ 114 dặm trên Mini Cooper EV (mặc dù Mini Coop thế hệ tiếp theo có thể hứa hẹn nhiều hơn) đến phạm vi 516 dặm của Lucid Air. Nhiều biến số có thể ảnh hưởng đến phạm vi đó, cả về thời điểm và trong suốt vòng đời của xe.
Kích thước pin của xe điện là một trong những yếu tố quan trọng nhất khi nói đến phạm vi hoạt động. Nhưng bất kể công suất của nó là gì, phạm vi hoạt động của xe điện có thể bị giảm do lái xe liên tục trên đường cao tốc, thường xuyên tăng tốc nhanh, lạm dụng sạc nhanh, thời tiết khắc nghiệt và lão hóa tự nhiên theo thời gian.
Ô tô điện hiện đại đang trở thành một lựa chọn cạnh tranh hơn mỗi năm, khiến nhiều tài xế chuyển sang sử dụng chúng. Tại Mỹ, xe điện chiếm 9% doanh số bán ô tô mới vào năm 2023, theo Hội đồng Quốc tế về Giao thông Sạch. Ở những nơi khác, như Châu Âu, tỷ lệ này lên tới 21% tính đến tháng 8 năm 2023 - và con số khổng lồ là 85% ở Na Uy. Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng tính phí cần một số công việc . Kịch bản tốt nhất dành cho người lái xe điện là sạc pin tại nhà và nơi làm việc, điều này về cơ bản loại bỏ mọi khái niệm "thực hiện một chuyến đi đặc biệt để đổ xăng cho xe" đã trở thành quá khứ.
Mặc dù có một số khúc mắc cần giải quyết và sẽ không tự cứu chúng ta khỏi biến đổi khí hậu, nhưng xe điện có thể là một phần của phong trào toàn diện lớn hơn nhằm suy nghĩ lại về giao thông vận tải và xây dựng các giải pháp thay thế xanh hơn.
Nguồn: The Next Car
Xe điện là gì?
Không giống như phương tiện chạy bằng động cơ đốt trong (ICE) thông thường chạy bằng xăng, dầu, xe điện không yêu cầu đốt cháy nổ thông qua nhiên liệu đã đốt để tạo ra năng lượng cần thiết để di chuyển. Thay vào đó, chúng sử dụng năng lượng điện được lưu trữ trong bộ pin để quay động cơ điện (hoặc các động cơ) nối với các bánh xe và đưa ô tô về phía trước. Do đó, xe điện có ít bộ phận chuyển động hơn xe chạy bằng xăng và thường ít cần bảo trì hơn (không cần thay dầu).
Khoa học đằng sau pin
Nội thất xe điện (Nguồn: Trung tâm dữ liệu nhiên liệu thay thế/Bộ năng lượng Hoa Kỳ)
Mỗi xe điện đều có một bộ pin được tạo thành từ các nhóm pin lithium-ion hoặc tế bào cung cấp năng lượng cần thiết cho mọi hoạt động từ di chuyển ô tô đến chạy điều hòa không khí. Nó thường nằm ở dưới cùng của xe giữa các bánh xe.
Pin của ô tô điện sạc giống như pin lithium-ion trong điện thoại di động, nhưng ở quy mô lớn hơn nhiều. Bạn kết nối nó với lưới điện thông qua ổ cắm hoặc trạm sạc và nó sẽ lấy năng lượng cho đến khi được sạc đầy. Lượng pin của xe điện có thể chứa được bao nhiêu sẽ tùy thuộc vào công suất, được đo bằng kilowatt-giờ (kWh). Con số càng cao thì công suất càng cao và bạn có thể lái chiếc EV đó đi xa hơn trong một lần sạc.
Kích thước pin khác nhau đối với mỗi EV và nhiều mẫu xe cũng cung cấp nhiều tùy chọn kích thước (pin càng lớn, xe càng đắt tiền). Ví dụ: Hyundai Kona Electric 2024 đi kèm tùy chọn pin nhỏ hơn cho những chuyến đi ngắn (48,6kWh cho phạm vi 197 dặm) và tùy chọn lớn hơn (64,8kWh) cho phạm vi 260 dặm. Những chiếc xe cỡ lớn, tập trung vào hiệu suất như bán tải Rivian R1T có dung lượng pin gấp đôi hoặc hơn. Rivian cung cấp ba kích cỡ pin khác nhau—loại pin tiêu chuẩn (phạm vi 270 dặm, 105 kWh), gói lớn (phạm vi 321 dặm, 135 kWh) và gói tối đa (phạm vi 410 dặm, 180 kWh).
Pin xe Rivian
Tesla, Ford và Rivian đã áp dụng chúng vì chúng có giá thành rẻ hơn - không có coban và niken đắt tiền - và đạt được cùng phạm vi ước tính của EPA. Tuy nhiên, pin LFP mất phạm vi hoạt động nhanh hơn khi thời tiết lạnh và có ít năng lượng hơn. Do đó, ắc quy NCM nhìn chung vẫn được coi là một lựa chọn cao cấp, đáng mơ ước hơn, mặc dù một số công ty sản xuất ắc quy đang nghiên cứu các gói LFP tiên tiến cho các phương tiện trong tương lai.
Cuối cùng, cả hai loại pin nhìn chung vẫn tuân theo những nguyên tắc cơ bản giống nhau. Không giống như nguồn điện từ ổ cắm trên tường thông thường, chúng tạo ra dòng điện một chiều (DC). Để tạo ra lực quay, nguồn điện đó cần được chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều (AC). Đó là lúc thiết kế động cơ của xe điện xuất hiện.
Thiết kế động cơ
Động cơ điện của xe điện không cần phải tạo áp suất và đốt cháy xăng để di chuyển các bánh xe. Thay vào đó, nó sử dụng nam châm điện bên trong động cơ chạy bằng pin để tạo ra lực quay.Bên trong động cơ có hai bộ nam châm. Một bộ được gắn vào trục quay các bánh xe ô tô, bộ còn lại nằm bên trong vỏ bao quanh trục đó. Cả hai bộ nam châm đều được tích điện sao cho cực tính của chúng giống nhau và chúng đẩy nhau. Lực đẩy của các nam châm ra xa nhau làm trục quay, làm quay các bánh xe và đưa ô tô về phía trước.
Các thành phần của động cơ kép Rivian được trưng bày tại nhà máy.
Bộ biến tần của xe điện sẽ đảo cực nhanh chóng, khoảng 60 lần mỗi giây, để duy trì lực quay. Bộ chuyển đổi DC riêng biệt được sử dụng để cấp nguồn trực tiếp cho các hệ thống khác của xe (hệ thống sưởi, thông tin giải trí và ánh sáng) không cần dòng điện xoay chiều. Tần số của dòng điện gửi đến động cơ có thể được thay đổi bởi trình điều khiển và tần số càng cao thì cực thường xuyên bị đảo lộn. Điều này tạo ra nhiều lực quay hoặc mô-men xoắn hơn và làm bánh xe quay nhanh hơn.
Nghệ thuật sạc pin
Với những chiếc ô tô chạy bằng xăng, bạn đổ đầy bình và đi ra ngoài. Với xe điện, có ba cấp độ trạm sạc khác nhau ở Mỹ, từ chậm nhất (cấp 1) đến nhanh nhất (cấp 3).Bộ sạc cấp 1 là phích cắm tường 120 volt điển hình và hữu ích nhất trong nhà riêng, nơi bạn có thể sạc pin qua đêm. Nó chậm: Một lần sạc 8 giờ sẽ tăng thêm khoảng 40 dặm phạm vi hoạt động; một lần sạc đầy có thể mất 20 giờ hoặc hơn.
Các trạm cấp 2 tăng điện áp lên 240 volt và tạo ra công suất từ 10-25kW cho một lần sạc đầy trong khoảng 8 giờ. Điều này khiến chúng trở thành giải pháp phổ biến để sạc qua đêm tại nhà hoặc tại các địa điểm như khách sạn. Các trạm Tesla Cấp 2 được gọi là Bộ sạc đích (so với Bộ siêu tăng áp). Nếu bạn không có phích cắm thích hợp, bạn sẽ cần lắp ổ cắm 240 volt hoặc trạm sạc tại nhà để sạc lại xe điện tại nhà.
Trạm sạc nhanh DC (DCFC) cấp 3 cung cấp nhiều năng lượng nhất; họ có thể sạc pin EV lên khoảng 80% trong khoảng 30-60 phút tùy thuộc vào tốc độ sạc của trạm (50-350kWh), tốc độ sạc tối đa mà xe có thể hỗ trợ và các yếu tố bên ngoài như thời tiết (thời tiết rất lạnh có thể mất nhiều thời gian hơn).
Không có sẵn bộ sạc cấp 3 để lắp đặt tại nhà vì chúng tiêu thụ năng lượng đáng kể vượt quá khả năng cung cấp điện của gia đình. Chúng thường nằm dọc theo đường cao tốc dành cho người đi đường, cũng như xung quanh thị trấn và trong thành phố. Các thương hiệu như Electrify America, EVGo và Tesla Superchargers đều rất phổ biến.
Năm ngoái, tất cả các nhà sản xuất xe điện đều công bố kế hoạch chuyển sang cổng sạc NACS của Tesla bắt đầu từ năm 2025. Cho đến lúc đó, các nhà sản xuất ô tô đang cung cấp bộ chuyển đổi để những người không phải Tesla có thể sạc tại Superchargers. Xe điện của Ford và Rivian hiện có thể làm được điều đó; Tiếp theo là Volvo, Polestar và GM.
Có một số tranh luận về việc liệu việc sử dụng trạm sạc nhanh cấp 3 mọi lúc có thể gây ảnh hưởng xấu đến pin xe điện của bạn hay không. Báo cáo của Electrek vẫn chưa đưa ra quan điểm đó, mặc dù một nghiên cứu gần đây cho thấy không có sự xuống cấp thêm nào ở những chiếc Tesla sạc nhanh thường xuyên so với những chiếc hiếm khi xảy ra.
Căn cứ vào thời gian cần sạc, cách tiếp cận tối ưu nhất là thường xuyên sạc đầy trong ngày khi đỗ xe ở nhà, nơi làm việc hoặc bất kỳ nơi nào khác mà xe đỗ suốt cả ngày - tại nơi làm việc, chạy việc vặt hoặc tại phòng tập thể dục. Điều này giúp ắc quy không bị mất quá nhiều lần sạc trong ngày và đồng nghĩa với việc mất ít thời gian sạc xe hoặc ngồi ở trạm sạc hơn.
Xe điện cũng đi kèm với hệ thống phanh tái tạo khai thác động năng từ việc dừng xe và chuyển một phần động năng đó trở lại bộ pin để lưu trữ dưới dạng năng lượng điện. Điều này sẽ không sạc lại hoàn toàn xe EV của bạn nhưng có thể giúp xe chạy hiệu quả hơn trong những trường hợp thích hợp, đặc biệt là khi lái xe trong thành phố.
Xe điện có thể đi được bao xa khi sạc đầy?
Mối quan tâm phổ biến nhất của EV là lo lắng về phạm vi hoạt động. Liệu một chiếc xe điện có đi được quãng đường sau một lần sạc giống như một chiếc xe chạy xăng khi đổ đầy bình không? Câu trả lời còn phụ thuộc vào nhiều thứ.Phạm vi EV trung bình tại thời điểm viết bài này là 270 dặm, theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Nhưng đầu trên và đầu dưới của quang phổ rất khác nhau, từ 114 dặm trên Mini Cooper EV (mặc dù Mini Coop thế hệ tiếp theo có thể hứa hẹn nhiều hơn) đến phạm vi 516 dặm của Lucid Air. Nhiều biến số có thể ảnh hưởng đến phạm vi đó, cả về thời điểm và trong suốt vòng đời của xe.
Kích thước pin của xe điện là một trong những yếu tố quan trọng nhất khi nói đến phạm vi hoạt động. Nhưng bất kể công suất của nó là gì, phạm vi hoạt động của xe điện có thể bị giảm do lái xe liên tục trên đường cao tốc, thường xuyên tăng tốc nhanh, lạm dụng sạc nhanh, thời tiết khắc nghiệt và lão hóa tự nhiên theo thời gian.
Mặc dù có một số khúc mắc cần giải quyết và sẽ không tự cứu chúng ta khỏi biến đổi khí hậu, nhưng xe điện có thể là một phần của phong trào toàn diện lớn hơn nhằm suy nghĩ lại về giao thông vận tải và xây dựng các giải pháp thay thế xanh hơn.
Nguồn: The Next Car
