Ô tô điện (EV – Electric vehicle) hay còn được gọi là BEV (Battery Electric Vehicle – xe thuần điện, sử dụng năng lượng pin) đã và đang là xu hướng của ngành công nghiệp ô tô trong những năm gần đây. Với các ưu điểm lớn như sự tiện dụng, không gây ô nhiễm môi trường, không có âm thanh hay tăng diện tích khoang hành lí, nội thất,… mà các hãng xe đang rất chú tâm phát triển.
Có thể thấy rõ sự thịnh hành và tính tương lai của ô tô điện khi doanh số của EV đã tăng vọt một cách bất ngờ (36% trên toàn cầu chỉ sau 1 năm), các nước phát triển như Na Uy, Hà Lan, Pháp,… còn đặt tiêu chí sẽ cấm xe hơi truyền thống vào năm 2040. Thậm chí, các hãng điện tử cũng muốn “chen chân” vào sản xuất ô tô điện như kế hoạch sản xuất ô tô điện của Apple hay Oppo,… Và tại Việt Nam cũng không kém phần cạnh tranh khi Vinfast lần lượt cho ra mắt các dòng xe điện từ xe máy đến ô tô, điển hình nhất là chiếc VF e34, e35, e36 (VF e34 phục vụ thị trường nội địa, VF e35, e36 xuất khẩu các nước khu vực Châu Âu, Châu Mỹ, … các thị trường bước sang tiêu chuẩn khí thải Euro6, Euro6+, Euro 7, …)
Vậy ô tô điện có cấu tạo như thế nào, ưu nhược điểm và nguyên lý hoạt động khác gì với ô tô động cơ đốt trong thông thường. Bài viết này sẽ giúp các bạn giải đáp những thắc mắc đó.
Cấu tạo của xe điện EV?
Cấu tạo ô tô điện đơn giản hơn rất nhiều so với xe trang bị động cơ đốt trong vì không có quá nhiều chi tiết như trục các đăng truyền động, động cơ, bình nhiên liệu,… Thay vào đó, về cơ bản ô tô điện hoạt động nhờ 2 bộ phận chính là pin và động cơ điện giúp bánh xe quay.
Cụ thể, các bộ phận chính giúp một chiếc EV có thể vận hành hiệu quả và trơn tru gồm các bộ phận sau:
Pin: cung cấp nguồn điện chính cho các hệ thống điện trên xe hoạt động, hiện nay nó được cấu tạo kết hợp từ rất nhiều viên pin lithium-ion nhỏ mà chúng ta thường hay thấy, hoặc dùng hàng ngày (điển hình trên chiếc Tesla Model S có 7.000 viên pin Panasonic). Vì kết cấu như vậy nên đây cũng là bộ phận chiếm nhiều không gian (diện tích) nhất trên xe điện.
Nếu xem khối động cơ đốt trong là trái tim trên xe hơi truyền thống, thì cả hệ thống pin sẽ là trái tim trên chiếc EV vì nó là nguồn cấp điện cho tất cả các bộ phận hoạt động trên xe điện. Thay vì phải đổ nhiên liệu thì nó nạp năng lượng bằng hình thức sạc (giống như những đồ dùng điện tử dùng pin khác, chẳng hạn điện thoại).
Về cơ bản các hãng đều sử dụng pin lithium-ion, nhưng ở mỗi hãng sẽ có mỗi cách thiết kế để tối ưu hóa cho chiếc xe của mình. Không những chiếm diện tích mà giá thành của pin EV cũng khá “chua” khi chiếm tới 1/3 tổng giá thành một chiếc EV.
Động cơ điện (Motor điện): động cơ điện cho ra cảm giác lái vô cùng khác biệt so với một động cơ đốt trong thông thường, động cơ điện có khả năng truyền tải 1 momen xoắn rất lớn ngay từ khi khởi động và trong dải vận tốc thấp, do đó xe gần như phản ứng tức thời mà không có độ trễ cả khi khởi động và tăng tốc.
Động cơ điện có cấu tạo đơn giản, nhỏ, gọn, nhẹ nhưng hiệu năng rất cao do công nghệ tiên tiến nên mang lại nhiều ưu điểm cho ô tô điện. Đặc biệt trên xe điện, “hộp số” đã được lược bỏ hoàn toàn vì cấu tạo cũng như công năng nên việc lái xe dễ dàng hơn rất nhiều.
Nhiều hãng xe thậm chí còn trang bị mỗi bánh xe một động cơ điện giúp xe có khả năng dẫn động 4 bánh toàn thời gian một cách hiệu quả, hiệu suất của xe cao hơn mà không cần trang bị bộ vi sai, hệ dẫn động,… điều này giúp người lái có nhiều trải nghiệm vô cùng mới và thú vị.
Bộ chuyển đổi DC/DC: thiết bị này có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện một chiều (DC) áp cao từ ắc quy thành nguồn điện 1 chiều (DC) áp thấp cần thiết để các thiết bị trên xe hoạt động cũng như sạc lại cho ắc quy phụ.
Vậy, bộ chuyển đổi này có cần thiết trên xe điện hay không? Câu trả lời là có, bởi vì điện áp trên ắc quy có thể không phù hợp với các thiết bị khác nhau được sử dụng trên xe. Chính vì vậy, cần 1 bộ chuyển đổi nguồn điện để có thể sử dụng được các thiết bị trên xe một cách an toàn và ổn định, hoặc thậm chí nếu không có nó thì chiếc xe của bạn còn không thể vận hành được nữa.
Bộ biến tần: Nếu như các thiết bị trên xe cần bộ chuyển đổi DC/DC thì các motor điện để hoạt động được cũng cần sự hỗ trợ của bộ biến tần. Nhiệm vụ của bộ phận này là biến đổi dòng điện một chiều (DC) trên pin thành dòng điện xoay chiều (AC) và đi tới motor giúp nó hoạt động.
Ngược lại, khi chiếc xe phanh, bộ biến tần lại làm nhiệm vụ chuyển dòng xoay chiều sinh ra trong quá trình phanh trở thành dòng ddienj một chiều để nạp lại năng lượng cho pin. Quá trình này chúng ta vẫn thường hay được nghe với tên gọi là “công nghệ phanh tái tạo năng lượng trên xe điện”.
Cổng sạc và trạm sạc điện: Cùng với có hệ thống pin cung cấp nguồn điện trên xe EV, dĩ nhiên không thể thiếu cổng sạc và các trạm sạc. Trạm sạc điện là phần đầu tư tất yếu của các hãng muốn phát triển ô tô điện. Điều là có thể cũng là một trở ngại lớn vì thời gian sạc điện còn cao (khoảng 15 phút/lần) nên việc trải nghiệm trạm sạc mới là cần thiết. Về cơ bản đây là trạm biến thế chuyển đổi dòng điện để xe dùng sạc đa năng nạp năng lượng điện vào ắc quy và pin.
Ngoài các trạm sạc thì một số hãng xe đã thiết kế bộ sạc có thể dùng chính nguồn điện dân dụng tại nhà để sạc cho xe, điều này rất thuận lợi cho người tiêu dùng vì không cần mang xe đến trạm và phải đợi mà có thể sạc bất cứ khi nào không cần dùng xe và ngay tại nhà.
Hệ thống kiểm soát, hệ thống điều khiển: Trên cả xe động cơ đốt trong và xe điện thì đều không thể thiếu bộ điều khiển trung tâm. Nó sẽ quyết định mọi thứ từ phản ứng chân ga cho tới quản lý năng lượng pin hay momen xoắn. Nói dễ hiểu hơn, bộ điều khiển trung tâm giống như bộ não của chiếc xe, nếu thiếu đi nó thì chiếc xe dù có được trang bị động cơ mạnh tới cỡ nào đi nữa thì nó cũng chỉ là một cái xác không hồn.
Hệ thống kiểm soát (Control Unit): bao gồm 1 hệ thống kiểm soát vốn có trên các mẫu xe truyền thống như để kiểm soát ABS, ESP, ngoài ra còn bao gồm hệ thống kiểm soát ắc quy (Battery management System).
EV có thể lắp đặt mỗi bánh xe một động cơ điện, vì vậy cần một hệ thống AI (trí tuệ nhân tạo) tự động kết hợp truyền động khi xe di chuyển, hiện nay công nghệ này đã được ổn định và an toàn. Có thể nói hệ thống này giúp tự động cân bằng mọi truyền động trên xe.
Nhờ những cảm biến cùng những thuật toán được lập trình cho mỗi xe, hệ thống này sẽ thu thập tất cả các thông tin cần thiết như: dung tích ắc quy còn lại, vận tốc xe, hệ thống phanh, bánh xe có bị trượt,… Từ đó mà EV sẽ luôn hoạt động đúng như mục đích của người lái và xe luôn vận hành an toàn, ổn định.
Ngoài ra, còn có các hệ thống khác như: hệ thống làm mát, truyền động điện, bộ pin kéo, pin phụ trợ hoàn toàn bằng điện, ắc quy phụ,… để xe có thể hoạt động trơn tru.
Đặc điểm của xe điện
Nguyên lý hoạt động: EV hoạt động khá đơn giản, không cầu kì phức tạp và cần quá nhiều chi tiết như xe động cơ đốt trong. Về cơ bản, khi được cấp nguồn từ pin, bộ biến đổi DC/DC sẽ biến đổi dòng điện sao cho phù hợp với các thiết bị điện hoạt động trên xe. Đồng thời, bộ biến tần cũng sẽ biến đổi dòng điện DC thành AC cung cấp cho các motor điện, motor điện làm quay bánh xe và xe chuyển động. Tốc độ xe được thay đổi nhờ thay đổi cường độ dòng điện cung cấp cho các motor điện nhờ bàn đạp ga.
Ưu điểm của xe điện: xe điện là sản phẩm của tiến bộ khoa học, từ tất cả các lĩnh vực điện máy, cơ khí, công nghệ thông tin,… do đó EV có được những ưu điểm nhất định mà các loại ô tô khác không có:
Hiệu suất hoạt động ưu việt, tính an toàn cao nhờ các hệ thống thông minh.
An toàn môi trường vì không có khí thải, không có tiếng ồn.
Giá thành có thể rẻ hơn xe động cơ đốt trong vì việc sản xuất được tối ưu.
Việc bảo trì, bảo dưỡng xe điện cũng rất tiện lợi và nhanh chóng do xe có cấu trúc đơn giản.
Trọng lượng xe không quá nặng, cấu tạo đơn giản, tăng diện tích khoang nội thất và hành lý.
Cảm giác lái rất thú vị và đơn giản, nhất là khi khởi động và tăng tốc vì động cơ điện phản ứng gần như tức thời.
Nhược điểm:
Ngoài những ưu điểm trên, hiện EV vẫn còn một số hạn chế nhất định do một số công nghệ và tính năng vẫn còn hạn chế. Điển hình nhất là quãng đường xe đi được trong 1 lần sạc (tối đa 320 km với 1 lần sạc hiện nay), thời gian sạc còn khá lâu (thường khoảng 15 phút). Hay không có những dải tốc độ để vượt địa hình khó mà người lái mong muốn, ngay cả việc thân thiện với môi trường nhưng việc chế tạo pin để cung cấp cho xe điện thì cũng phần nào ảnh hưởng xấu đến tài nguyên thiên nhiên.
Tuy vẫn còn một số hạn chế nhất định, nhưng xe điện vẫn có rất nhiều ưu điểm mà đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng hiện nay cũng như các nhà sản xuất vẫn đang không ngừng đổi mới để khắc phục các nhược điểm đó và phát triển hơn.
Nguồn tham khảo: evscar, oto-hui.com
