Trong bối cảnh thế giới đang lo ngại vấn đề khí thải carbon và ô nhiễm đô thị, ngành công nghiệp ô tô sử dụng công nghệ truyền động lai (hybrid powertrains) và truyền động bằng điện (fully electric powertrains) đang ngày càng được phát triển. Tuy quá trình này đang ngày càng được tối ưu nhờ vào sự phát triển không ngừng của công nghệ sản xuất pin và động cơ, nhưng lại gặp phải vấn đề muôn thuở là trở ngại khi cần sạc pin. Để giúp xe điện (EV) có thể tự do di chuyển như xe chạy bằng năng lượng hoá thạch, thời gian sạc điện phải nhanh hơn, các cây xăng truyền thống cần được nâng cấp, bổ sung thiết bị sạc điện, đồng thời số lượng trạm sạc xe điện độc lập cũng phải được nhân rộng.
Vì sao phạm vi di chuyển của EV hiện nay vẫn đang bị giới hạn? Theo một phép tính nhanh, việc đổ xăng vào bình chứa giống như kết nối xe của bạn vào một nguồn năng lượng 5MW, trong khi đó, vào tháng 3/2019, Tesla công bố bộ siêu nạp (supercharger) V3 của họ sẽ cung cấp năng lượng lên tới 250kW, với điều kiện cần sử dụng cáp sạc làm mát bằng chất lỏng. Điều này cho thấy mặc dù EV sử dụng năng lượng dự trữ hiệu quả hơn so với xe chạy bằng năng lượng hoá thạch, năng lượng pin sạc vẫn còn kém xa xăng dầu khi vận hành những chức năng cần thiết. Để thu hẹp khoảng cách này, EV cần đến sự trợ giúp của điện áp cao, dòng điện cao và một hệ thống chuyển đổi năng lượng, lọc và quản lý sạc tinh vi, và bản thân những công nghệ này lại cần đến một loạt thiết bị khác như đầu nối, dây cáp, rơle, thiết bị chuyển đổi và linh kiện thụ động để có thể vận hành quy trình sạc điện một cách nhanh chóng và an toàn tương tự như các trạm xăng truyền thống.
Mở rộng mạng lưới thiết bị sạc
Hãy cùng xem xét triển vọng tương lai khi hệ thống trạm sạc có ở mọi nơi, người lái xe điện chỉ việc khởi động xe và đi, thay vì phải lập sẵn kế hoạch di chuyển theo cung đường có trạm sạc.
Có thể bạn sẽ thích
Tại Việt Nam, dù mới chỉ có VinFast tham gia xây dựng trạm sạc nhưng chỉ sau một thời gian ngắn, hệ thống trạm sạc đã lên tới 150.000 cổng sạc phủ khắp 63 tỉnh, thành phố của đất nước, được đặt tại nhiều vị trí chiến lược như bãi đỗ xe, trạm nghỉ, trung tâm thương mại, thậm chí ngay tại các cây xăng của Petrolimex và PVOil. Đây được xem như là một hệ thống hạ tầng có quy mô tương đối lớn trong khu vực.
Theo một báo cáo phân tích thị trường của Markets and Markets, thị trường trạm sạc xe điện được dự báo sẽ bùng nổ từ 3,22 tỷ đô la năm 2017 lên 30,41 tỷ đô la vào năm 2023, tương đương 41,8% mỗi năm từ năm 2018 đến năm 2023.
Sạc AC hoặc DC
Số liệu nói trên nghe đầy tiềm năng, nhưng thực tế vẫn còn nhiều biến số trong công nghệ sạc và cơ sở hạ tầng sẵn có, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sử dụng của người dùng cuối.
Biến số lớn nhất có lẽ phải nói đến việc xe điện được sạc bằng dòng điện một chiều (DC) hay dòng điện xoay chiều (AC). Pin phải được sạc bằng DC, do đó điểm làm nên sự khác biệt giữa hai cách thức sạc là ở công đoạn chỉnh lưu. Điện lưới được cung cấp dưới dạng AC, vì vậy một số phương tiện sẽ tiếp nhận dòng điện AC dạng một pha hoặc ba pha và sẽ chỉnh lưu dòng điện thành DC phù hợp. Có nhiều người kỳ vọng bước chỉnh lưu này sẽ được thực hiện ngay trong trạm sạc để họ có thể được cung cấp DC ngay qua dây cáp.
Trạm sạc DC thường cung cấp được lượng năng lượng lớn hơn, bởi các trạm sạc có thể sử dụng mạch chỉnh lưu lớn, hiệu quả và được làm mát tốt hơn so với thiết bị tương tự có sẵn trên xe ô tô. Ngoài tốc độ sạc, việc ai sẽ là bên chịu chi phí đầu tư – bên vận hành trạm sạc hay người sử dụng ô tô – cũng là một yếu tố khác ảnh hưởng đến quyết định việc lựa chọn sạc AC hay DC. Hiện nay, thị trường có một số tiêu chuẩn sạc có khả năng chạy dòng điện hai chiều, qua đó biến phương tiện trở thành vừa là nơi trữ năng lượng, vừa là nguồn điện ổn định. Điều này sẽ vừa giúp ổn định lưới điện, vừa giúp xe điện nhận được sự ủng hộ ở một số khu vực.
Trong bối cảnh công nghệ phát triển như vũ bão hiện nay, các nhà cung cấp đang đứng giữa hai lựa chọn khó khăn: cố gắng giữ chân khách hàng bằng cách lắp đặt bộ sạc và đầu nối độc quyền, hoặc tuân theo những tiêu chuẩn chung nhằm dễ dàng mở rộng thị phần cho các bên tham gia. Lịch sử cách mạng công nghệ chứng minh rằng phổ cập tiêu chuẩn hoá rồi sẽ đem lại lợi ích vượt trội so với độc quyền tự cung tự cấp. Người dùng xe điện hiện nay cũng bắt đầu cân nhắc đến tính tiện lợi, đòi hỏi trạm sạc phải có ở mọi nơi khi đưa quyết định mua hàng, điều này đang dẫn tới một sự biến động lớn trong thị trường sạc xe điện.
Tesla vẫn tiếp tục duy trì chiến lược SuperCharger độc quyền, còn các công ty Nhật Bản như Nissan và Mitsubishi lại sử dụng công nghệ sạc hai chiều CHAdeMO (viết tắt của Charge de Move). Thị trường xe điện lớn nhất thế giới là Trung Quốc hiện nay đang lấy GB/T làm tiêu chuẩn sạc, còn tại Châu Âu, các hãng xe BMW, Mercedes-Benz Daimler, Ford và tập đoàn Volkswagen gồm cả Audi và Porsche, đều đang sử dụng Hệ thống Sạc kết hợp (CCS) – một bước đi nhằm thiết lập tiêu chuẩn đa công nghệ và đa nhà cung cấp.
CCS được phát triển thông qua Sáng kiến Giao diện sạc (CharIN). Sáng kiến này hiện đang tập trung công bố thông số kỹ thuật và tuyên ngôn lập trường về tương lai của công nghệ sạc điện, trong đó bao gồm việc xác định giao thức kiểm soát quy trình sạc, đề xuất các loại biển báo, bảng điều khiển và thông tin cho người dùng tại các điểm sạc, đồng thời xem xét những yêu cầu của tiêu chuẩn sạc không dây có khả năng tương tác chéo trong tương lai.
Từ góc nhìn của một nhà thiết kế mạch, một trong những tính năng nổi bật nhất của CharIN là khả năng phân loại các mức sạc DC. Thông số kỹ thuật ‘DC20’ của CharIN được dùng để xác định điện áp DC từ 200 đến 500V, dòng điện từ 1 đến 40A tại 500V, cho ra công suất sạc tương đối khiêm tốn lên đến 20kW. Tuy nhiên, trong lược đồ, HPC350 (Sạc Công suất cao) có thể xác định điện áp DC từ 200 đến 920V, dòng điện sạc từ 5 đến 380A ở 920V và công suất sạc lên tới 350kW.Tại Việt Nam, tất cả trạm sạc của VinFast đều sử dụng công nghệ CCS 2, cổng sạc thường AC đạt mức Type 2 châu Âu. EV One cũng đã thông báo sẽ phân phối chính hãng những trụ sạc của thương hiệu ABB đạt tiêu chuẩn CCS 2. Theo đại diện EV One, những trụ này có thể sạc cho nhiều dòng xe điện sản xuất từ năm 2018 về sau, trừ xe điện của Tesla và một số dòng xe đến từ Nhật Bản.
Giải bài toán đầu nối điện
Thiết kế đầu nối điện mang tính quan trọng, thiết yếu nhằm đáp ứng được lượng điện năng rất lớn lưu thông qua giao diện điều khiển do người dùng quản lý.
Đầu nối loại 1 sử dụng chủ yếu ở Châu Á, là phích cắm sạc AC một pha hỗ trợ công suất sạc lên tới 7,4kW. Phích cắm loại 2 hỗ trợ sạc điện xoay chiều ba pha lên đến 22kW trong các thiết bị cá nhân, chẳng hạn như trạm sạc tại nhà, và lên đến 43kW tại các trạm sạc công cộng. Phích cắm CCS bổ sung thêm hai điểm tiếp xúc vào phích cắm loại 2 nhằm hỗ trợ sạc nhanh, công suất sạc AC và DC lên đến 170kW. Đầu nối CHAdeMO cho phép sạc công suất lên tới 50kW, còn hãng Tesla lại sử dụng một phiên bản sửa đổi của phích cắm Mennekes loại 2 để hỗ trợ công nghệ sạc nhanh độc quyền của mình.
Thực trạng này dẫn đến sự ra đời của một thị trường bên thứ ba, cung cấp bộ chuyển đổi và bộ điều hợp cho phép khách hàng sạc xe điện từ bất kỳ trạm sạc nào, mặc dù tốc độ sạc qua các kết nối được điều chỉnh như vậy có thể không cao bằng khi sử dụng đầu nối gốc.
Cơ hội cho thị trường linh kiện
Công nghiệp ô tô là một ngành nghề khổng lồ, sản xuất gần 100 triệu xe mỗi năm. Quá trình chuyển đổi sang xe điện sẽ là cơ hội tái định hình ngành này thông qua nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn như sự trỗi dậy của thị trường Trung Quốc, hay thói quen sở hữu phương tiện chuyển thành thói quen sử dụng phương tiện như một dịch vụ vận chuyển, và khả năng tích hợp phương tiện vào lưới điện.
Tất cả những sự thay đổi này tạo ra một sân chơi rộng lớn cho các nhà sản xuất linh kiện. Họ có thể tiếp tục bán linh kiện có sẵn hoặc đổi mới để nắm bắt được những cơ hội mới, chẳng hạn như nâng cấp các thiết bị chỉnh lưu trên xe nhằm hỗ trợ sạc AC nhanh hay tối ưu hoá bộ lọc để tránh báo động công suất cao không chính xác. Như đã nói, thiết kế đầu nối sẽ trở thành yếu tố tiên quyết ảnh hưởng đến tốc độ sạc và từ đó thay đổi cảm quan của mọi người về phạm vi thực tế của xe điện.
Tất cả những đổi mới này sẽ phải đáp ứng được các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế đang thay đổi liên tục, đồng thời các linh kiện phân phối quy mô lớn trên toàn cầu phải tuân thủ thông số kỹ thuật chất lượng và an toàn nghiêm ngặt. Trong quá trình xe điện dần thay thế phương tiện chạy bằng năng lượng hoá thạch, ngành công nghiệp phương tiện giao thông của chúng ta dần ngày càng giống ngành hàng tiêu dùng điện tử, điều này đồng nghĩa với việc quá trình phát triển và chất lượng linh kiện sẽ phải tăng tốc để thích nghi với sự chuyển dịch này. Đây sẽ là một cuộc đua khốc liệt giành ngôi vị thống lĩnh thị trường xe điện.
Theo AVNET
