Những điều cần biết về xe chạy điện, xe hybrid

Gần 100 năm trước, một thỏa thuận chế tạo ô tô chạy điện giữa Henry Ford (nhà sáng lập hãng xe Ford) và nhà phát minh Thomas Edison đã đổ bể bởi công nghệ vào năm 1914 vẫn còn khá thô sơ. Kể từ đó, hầu hết xe ô tô đều sử dụng nhiên liệu xăng, đẩy con người đến với hiện tượng ấm lên toàn cầu như hiện nay.

Giờ đây, Ford đã gia nhập trào lưu sản xuất hàng loạt ô tô điện với các công ty khác như Tesla và Chevrolet. Toyota khởi đầu xu hướng xe tiết kiệm nhiên liệu với chiếc hybrid (lai xăng – điện) Prius, trong khi Tesla loại bỏ hoàn toàn hydrocarbon bằng chiếc Model S chỉ sử dụng sức điện. Mặt khác, xe hybrid plug-in (sạc được pin bằng ổ điện dân dụng) lại là kết quả của cuộc hôn nhân giữa 2 công nghệ kể trên. Tuy cùng là xe hybrid plug-in nhưng Toyota Prius Plug-in lại khác với Chevrolet Volt. Vậy từ đâu lại có hàng loạt những công nghệ khác nhau như vậy?

Xe ô tô điện là gì?

Ý tưởng xế hộp chạy điện đã nhen nhóm từ đầu thế kỷ 19, tuy nhiên phải tới năm 1884 một chiếc xe hoàn thiện mới được chế tạo bởi Thomas Parker, ông trùm tàu điện. Khi thế giới bắt đầu bước sang thế kỷ 20, xe điện cũng đón nhận thời hoàng kim của mình với đỉnh cao là 34.000 chiếc được sản xuất tại Mỹ trong năm 1912 – bằng với lượng xe hybrid/điện sản xuất trong năm 2002. Những chiếc xe này rất được ưa chuộng ở vùng thành thị bởi dễ lái và dùng cho quãng đường đi ngắn, thường được nhắm tới đối tượng khách hàng là phụ nữ. Sau khi các kho dầu lớn được phát hiện cùng với sự phát triển của đường cao tốc, ô tô chạy xăng lại được ưa chuộng hơn bởi quãng đường tối đa đi được xa hơn. Cho tới giữa những năm 1910, hầu hết các công ty đều ngừng sản xuất xe điện, trừ các loại xe như xe nâng hàng hoặc xe đi trong sân golf.

Một trong những mẫu thử nghiệm của Henry Ford và Thomas Edison

Sau đó, sự phát triển của ô tô điện gần như ngừng hẳn, mặc dù vẫn có một số nỗ lực đưa dòng xe này trở lại như Henney Kilowatt song đã thất bại. Một vài cuộc nghiên cứu vẫn được tiến hành, dẫn đến sự ra đời của chiếc AMC Amitron dùng điện vào năm 1967 – chiếc xe Mỹ đầu tiên sở hữu công nghệ phanh tái tạo năng lượng. Theo đó, năng lượng sản sinh khi người lái đạp phanh sẽ được sạc trở lại vào pin của xe. Công nghệ này sau đó đã được Audi, Volvo và một số hãng khác tiếp tục thử nghiệm trên xe của mình.

Chiếc xe Henney Kilowatt

Hệ truyền động của xe điện đơn giản hơn rất nhiều bởi chúng không cần đến cấu trúc hộp số phức tạp, nước làm mát hay các phụ kiện khác như xe chạy xăng. Xe điện cũng sử dụng năng lượng hiệu quả hơn: chúng có thể tận dụng 90% năng lượng đã tích trữ ở trong pin, trong khi xe chạy xăng chỉ đạt 30-35%. Thực tế, các hãng ô tô có thể sản xuất xe điện với giá thành chỉ bằng một phần của xe chạy xăng. Tuy vậy, có một vấn đề là pin của xe điện rất đắt đỏ và nếu có cùng trọng lượng, lượng năng lượng có thể tích trữ chỉ bằng 5% của xăng.

Loại pin tốt nhất trên xe hơi hiện nay là pin li-ion (cùng loại với pin laptop), có mật độ năng lượng ở mức khá nhưng vẫn đắt và dễ cháy. Thí dụ, pin của chiếc Tesla Model S có giá khoảng 15.000 USD, gần bằng 1/5 giá bán 70.000 USD của cả chiếc xe (giá tại Mỹ). Với nhà máy mới Gigafactory, Tesla hy vọng mức giá của pin sẽ giảm xuống chỉ còn 8.000 USD. Trong khi đó, những công nghệ sản xuất pin hiệu quả và rẻ hơn đã gần như sẵn sàng song vẫn chưa đặt chân lên thị trường.

Hãng nào sản xuất xe điện và xe hybrid?

Toyota khởi đầu trào lưu hybrid với chiếc Prius và được đón nhận rất nồng nhiệt tại thị trường Nhật Bản vào năm 1997. Với 18.000 chiếc được bán ra trong năm đầu tiên tại quê nhà, doanh số của Prius đã vượt quá kỳ vọng của Toyota. Trong khi đó, các các hãng xe hơi khác cũng bắt đầu tung ra xe chạy hoàn toàn bằng điện từ khoảng 1997 tới 1999 nhưng đều chứng kiến doanh số ảm đạm và sớm rút lui khỏi thị trường. Honda là một trong những công ty đầu tiên đem xe hybrid tới Mỹ với chiếc Insight hai cửa vào năm 1999.

Ông Hiroshi Okuda, cựu chủ tịch Toyota bên cạnh thế hệ Prius đầu tiên

Insight và Prius có mức tiêu thụ nhiên liệu lần lượt là 3,86l/100km và 4,52l/100km, khiến chúng trở thành sự lựa chọn hàng đầu dành cho những người bảo vệ môi trường. Doanh số Prius đạt mức 2 triệu vào năm 2009 và kể từ đó hầu hết các nhà sản xuất đều có sản phẩm xe hybrid/điện, bao gồm Ford, Chevrolet, Volkswagen và cả hãng xe thể thao Porsche.

Tesla Model S, một trong những chiếc xe điện nhanh nhất thế giới hiện nay

Vào năm 2008, ông trùm PayPal là Elon Musk đã tung ra Tesla Roadster, chiếc xe dân dụng đầu tiên được trang bị pin li-ion. Mặc dù khung của Roadster còn không phải do Tesla chế tạo (dựa trên Lotus Elise), các hãng xe khác như Chevrolet cho biết chính chiếc Roadster đã truyền cảm hứng cho họ để theo đuổi kinh doanh xe điện. Kết quả là Chevrolet Volt (xe hybrid) và Nissan Leaf (xe chạy hoàn toàn bằng điện) đều được trình làng trong năm 2010, theo sau bởi Volvo C30 Electric, Ford Focus Electric, BMW ActiveE, Toyota RAV4 EV... Tesla đã tung ra chiếc Model S vào năm 2012, được coi là chiếc xe điện nổi tiếng nhất từ trước tới nay.

Xe hybrid hoạt động như thế nào?

Tất cả các xe hybrid và xe điện đều sử dụng công nghệ tái tạo năng lượng khi phanh và lưu trữ chúng vào pin. Tuy nhiên, các mẫu hybrid/điện hiện đại lại có hệ truyền động khác nhau.

Honda Civic Hybrid và Insight là những xe sử dụng hệ thống hybrid song song, chạy bằng xăng nhưng có một động cơ điện nhỏ được kết nối song song với động cơ đốt trong rồi tới hộp số. Những xe này tiêu thụ ít nhiên liệu khi chạy cao tốc nhưng sẽ tốn hơn khi chạy trong thành phố vì phải liên tục dừng rồi tiếp tục lăn bánh.

Chevrolet Volt (hình trên) là một chiếc hybrid plug-in liên hoàn. Hệ truyền động của xe hoàn toàn dùng điện và động cơ xăng sẽ có vai trò sạc pin thông qua máy phát điện. Do khi sạc pin xe tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn, loại xe này rất tiết kiệm trong thành phố nhưng ngốn nhiều hơn trên cao tốc.

Cuối cùng, những xe như Toyota Prius kết hợp cả 2 loại công nghệ trên và tiết kiệm khi chạy trong thành phố lẫn trên cao tốc. Tuy nhiên, giá thành của chúng lại đắt hơn do hệ thống phức tạp, nhiều phụ tùng hơn.

Các xe hybrid plug-in như Chevrolet Volt và Toyota Prius Plug-in về cơ bản vẫn là xe hybrid nhưng được trang bị thêm cổng sạc pin ở phía ngoài. Hơn nữa, pin của chúng cũng đủ lớn để có thể chạy hoàn toàn bằng sức điện trên một quãng đường dài hơn. Ví dụ, Prius có để đi 17,7km sau khi sạc 3 giờ đồng hồ bằng ổ điện dân dụng, trong khi Volt có thể đi 61,1km sau khi sạc từ 10 đến 16 tiếng.

Nguyên tắc hoạt động của xe điện

Xe điện có cấu trúc đơn giản hơn song cũng có nhiều kiểu truyền động, pin và phương thức sạc khác nhau. Tesla Model S là một chiếc ô tô dẫn động cầu sau, động cơ đặt sau với một mô-tơ điện không đồng bộ duy nhất. Trong khi đó Nissan Leaf lại là một chiếc xe dẫn động cầu trước, động cơ đặt trước với một mô-tơ điện đồng bộ. Đáng nể nhất, chiếc Mercedes-Benz SLS AMG Electric Drive có 4 mô-tơ điện ở 4 bánh, cho tổng công suất lên tới 740 mã lực.

SLS AMG Electric Drive tăng tốc 0-100km/h trong 3,9 giây

Hầu hết pin của các xe điện đều có thể sạc đầy sau một đêm từ ổ điện thông thường. Với dòng điện 240V, thời gian sạc có thể rút ngắn xuống còn một nửa. Tesla Model S có tùy chọn sạc kép, có thể chạy được 93,3km sau mỗi giờ sạc. Tesla cũng cung cấp các loại "siêu sạc" có thể sạc đầy pin chỉ sau 20 phút tại 103 trạm trên khắp nước Mỹ. Không những vậy, pin của xe Tesla có thể được thay mới chỉ sau 90 giây tại các xưởng dịch vụ của công ty.

Ưu điểm của xe chạy điện và hybrid

Xe hơi sử dụng nguyên liệu hóa thạch là một trong những tác nhân chính dẫn tới nhiệt độ Trái đất tăng cao, hiện tượng a-xít hóa và các vấn đề môi trường nghiêm trọng khác. Chúng còn khiến thế giới trở nên phụ thuộc vào các quốc gia kinh doanh dầu mỏ.

Tuy nhiên, kể cả nếu bạn không quan tâm tới môi trường hay chính trị, xe xanh vẫn đem lại khá nhiều lợi ích cho bạn. Theo Bộ Năng lượng Mỹ, một số mẫu xe hybrid hiện nay có chi phí sử dụng thấp hơn phiên bản dùng xăng. Xe điện chạy êm hơn xe xăng nhờ trọng lượng nhẹ hơn và không dùng công nghệ đốt trong. Toàn bộ phần đầu của xe điện có thể hấp thụ xung lực tốt hơn, khiến chúng trở nên an toàn hơn trong các vụ va chạm. Thậm chí bạn còn có thể một mình lái xe hybrid plug-in/xe điện vào làn ưu tiên cho xe đông người tại một số nước.

Một chiếc Prius chạy trên làn ưu tiên

Xe điện và hybrid plug-in thường có giá bán cao hơn bản thường khá nhiều, khiến người dân khó tiếp cận với chúng hơn. Tuy nhiên tại Mỹ, bạn có thể được hưởng chính sách ưu đãi thuế của liên bang lên tới 7.500 USD cho hầu hết các mẫu xe điện và xe hybrid plug-in như Chevrolet Volt. Hơn nữa, một số bang như California còn tiếp tục hỗ trợ thêm 2.500 USD cho xe điện và 1.500 USD cho xe hybrid plug-in. Như vậy, sau khi được ưu đãi thuế bởi liên bang và bang sinh sống, chỉ với 20.000 USD bạn đã có thể mua một chiếc Nissan Leaf vốn có giá chính thức khoảng 30.000 USD. Ngoài ra, Nissan còn quảng cáo khách hàng sẽ tiết kiệm được 4.000 USD tiền xăng trong vòng 5 năm. Như vậy, thực chất bạn đã tiết kiệm được khoản tiền lên tới 16.000 USD. Thế còn bảo dưỡng thì sao? Đây là vấn đề khó bàn luận bởi xe điện mới chỉ xuất hiện gần đây, song chúng đều có thiết kế đơn giản hơn xe xăng và vì thế chi phí bảo dưỡng có thể sẽ thấp hơn.

Nhược điểm của xe chạy điện và hybrid

Có một số vấn đề nan giải liên quan tới xe điện và xe hybrid. Pin của chúng có tuổi thọ không cao, khó xử lý sau khi sử dụng và còn khá đắt. Pin cách nhiệt của Nissan Leaf có giá tới 5.500 USD, trong khi pin của Tesla Model S được định giá ở khoảng 12.000 – 15.000 USD. Cả 2 mẫu xe này đều được bảo hành 8 năm về pin, nhưng lượng pin khả dụng sẽ bị chai khá nhiều chỉ sau vài năm. Do chưa phổ biến nên chi phí sửa chữa vẫn còn khá cao vào thời điểm hiện tại. Hơn nữa, tùy vào nơi bạn sống, tính thân thiện với môi trường của xe điện có thể sẽ trở nên mờ nhạt hơn. Nếu nguồn điện trong khu vực bạn sống sử dụng than và bạn dùng tiếp lượng điện đó để sạc xe ô tô, thực chất bạn vẫn đang khiến Trái đất ấm lên. Các nhà máy điện hạt nhân còn gây ra nhiều tác hại môi trường hơn.

Hệ thống pin của Nissan Leaf

Khi càng có nhiều xe hybrid/điện chạy trên đường, chi phí bảo dưỡng và giá pin sẽ giảm đi. Tesla dự tính sẽ giảm giá pin Model S xuống còn 8.000 USD nhờ nhà máy Gigafactory, một sản phẩm hợp tác cùng Panasonic. Những công nghệ pin mới như Lithium Anode chắc chắn sẽ đặt chân lên thị trường vào một lúc nào đó, giúp giảm trọng lượng và chi phí. Chỉ trong một vài năm qua, xe hybrid/điện đã tiến hóa rất đáng kể cả ở pin, độ bền lẫn công suất máy. Điều đó có được là nhờ chính sách ưu đãi và sự cạnh tranh đang tăng lên đã thôi thúc các nhà sản xuất nghiên cứu những công nghệ đỉnh cao nhất. Khi giá thành giảm xuống mức đủ để chính phủ không cần tung ra các gói khuyến khích, tất cả các bên tham gia đều được hưởng lợi.

Việt Dũng

Theo Engadget