Những vấn đề phát triển ô tô điện

  1. Những tiến bộ của ắc quy Hybrid

Điểm yếu của ắc quy điện là khả năng tích lũy thấp, thời gian sạc lâu và giá sản xuất còn quá cao, nhưng ưu điểm là điện có mặt ở khắp nơi và dễ tạo một mạng lưới phân phối cho nhu cầu ôtô.  Các chương trình nghiên cứu tập trung giải quyết ba điểm yếu chính của ắc quy.

Tăng mật độ năng lượng

Hiện tại, các bình Lithium-ion sản xuất trên thị trường chỉ có mật độ cao nhất khoảng 150 Wh/kg. Với dung tích và khối lượng thích ứng với một chiếc ôtô con, bình điện có mật độ này chỉ đủ cung cấp năng lượng cho một quãng đường 100 – 150 cây số, tùy theo điều kiện giao thông.  Những phòng thí nghiệm đang làm việc trên các cực điện mới có khả năng tích lũy nhiều ions lithium hơn như ôxít mangan (LiMnO2) hay lithium sulfide (Li2S),…. Những công nghệ này đang được nghiên cứu để đưa mật độ các bình Li-ion lên đến 200 trong ngắn hạn rồi 300 và có thể tới 500Wh/kg hay cao hơn nữa, như vậy tự trị ôtô có thể đạt 400/500 cây số.

image001

 Giảm thời gian sạc

Với các phích bình thường, sạc đầy một bình điện phải đợi tới 6-7 giờ, hai phương pháp đã được nghiên cứu để giảm thời gian sạc: Phát triển các trạm sạc nhanh và rất nhanh

       Nhanh: khoảng 1 giờ: điện 3 pha với công suất 24kW,  điện áp  400V và cường độ 32A  

       Rất nhanh: điện 3 pha – 43kW – 400V – 64A

Nhưng dùng điện mạnh có hậu quả làm pin quá nóng và giảm tuổi thọ. Đổi bình thay vì sạc: Renault đang thực hiện cuộc thử nghiệm đại trà tại Đan Mạch và Do Thái phương pháp thay bình điện Quick Drop. Chỉ cần 3 phút để thay, nhưng hiện tại chỉ có một mẫu xe Fluence Renault được thiết kế cách này    

image005

–   Giảm giá bình điện

Giống như pin nhiên liệu, giá sản xuất các ắc quy sẽ giảm nhanh khi đi vào sản xuất dây chuyền. Theo dự đoán, giá một kWh ở thập niên 2020/2030 sẽ giảm hơn 10 lần so với 2010, khoảng 100 USD (xem hình 5). Lúc đó thị trường ôtô điện sẽ cạnh tranh được với thị trường xăng dầu.

 image003

Dự kiến về giá bình điện Li-ion

2. Các loại xe Hybrid

Để bước vào giai đoạn chuyển tiếp từ xăng dầu sang điện năng, các tập đoàn ôtô đã phát minh nhiều loại xe lai. Bắt đầu bằng Stop&Start và Mild hybrid, những loại hybrid với máy điện chỉ có chức năng phát điện điều hành các thiết bi để giảm từ 5 đến 10% lượng xăng tiêu thụ. Các loại xe lai đang bán trên thị trường được tóm tắt trong hình 6 dưới đây

image006

–  Full hybrid (HEV) dùng hai động cơ điện, động cơ thứ nhất cung cấp lực kéo phụ trợ khi cần và động cơ thứ hai giữ chức năng máy phát điện nhưng không dùng nguồn điện cung cấp từ bên ngoài mà chỉ sử dụng điện chuyển từ năng lượng cơ khí thu hồi khi xe giảm tốc độ và cung cấp bởi động cơ xăng. Toyota Prius I là xe đầu tiên bán trên thị trường. Loại xe này tiết kiệm khoảng 30-35% nhiên liệu xăng.

     –  Plug-in hybrid, (PHEV-xe lai sạc) có cùng nguyên tắc điều hành với full hybrid nhưng có thể cung cấp điện từ bên ngoài. Prius 3 là Plug-in hybrid đầu tiền bán trên thị trường, theo sau là   Honda (Accord), Huyndai (i30), Mercedes S500, Volvo, Ford (Fusion), Nissan 2015,…Theo Toyota, Prius 3 có thể tiết kiệm xăng từ 31 đến 67% tùy theo số lần sạc điện mỗi ngày (xem hình 7).

–   Plug-in hybrid Range Extender (PHREV) là xe lai với nguyên tắc máy điện là lực đẩy xe và sử dụng một động cơ đốt trong nhỏ để phát điện. Mẫu xe điện BMW i3 Range Extender có quãng đường vận hành khoảng 300 km mỗi lần mỗi lần sạc đầy pin và tiêu thụ 1,2 lít xăng/100km (động cơ xăng có 2 xy lanh 650 cm³) thay vì 7 lít của cùng mẫu xe thiết bị động cơ đốt trong, tiết kiệm được 85% xăng tiêu thụ.

Hiện tại trên thị trường có Opel Ampera, Chevrolet Volt, BMWi3 và thêm 14 mẫu xe từ đây tới 2018 (theo Frost & Sullivan)

  Ôtô điện 100% hay Zero emission vehicle(ZEV): Với phát minh “thay bình thay vì sạc”, Renault đã tăng tiềm năng phát triển của ôtô điện. Liên minh Renault-Nissan vừa đưa ra thị trường 5 mẫu xe điện, Renault Kangoo, Twizy, Zoé, Fluence và Nissan Leaf.

 

3. Vai trò chiến lược của các quốc gia

 Nhận định rằng ôtô điện là giải pháp lâu dài duy nhất để giải quyết hàng loạt các vấn đề cố hữu của ngành giao thông: từ việc nhiên liệu dần cạn kiệt cho đến bảo vệ môi trường đến giảm thiểu khí thải,…., các quốc gia phát triển như Mỹ, Nhật và các nước châu Âu đã đặt phát triển ôtô điện trong kế hoạch chiến lược, một mặt hỗ trợ các chương trình nghiên cứu và mặt khác trực tiếp tham gia vào các chương trình xây dựng những mạng lưới phân phối điện và hydrogen.

 Xây dựng các trạm nạp điện và “Lưới điện thông minh”.

Thị trường ôtô điện bắt đầu khích động bởi sự ra mắt của nhiều mẫu xe của tất cả các tập đoàn quốc tế và sự phát triển nhanh chóng của mạng lưới sạc điện. Châu Âu đã chính thức giới thiệu kế hoạch xây dựng 500.000 trạm sạc điện, tới năm 2015, tất cả các bãi đỗ xe của các tòa nhà mới xây và ở những khu vực hành chính sẽ được trang bị trạm sạc. Thành phố Newyork sẽ được trang bị 10.000 điểm sạc và Nhật sẽ có 12.000 trong dó có 8000 sạc nhanh.

Sự phát triển thị trường ôtô điện sẽ đặt vấn đề cân bằng cung-cầu năng lượng, quản lý những thời gian cao điểm và tối ưu một hệ thống phân phối đại trà. Ngoài việc tăng cường sản xuất, vấn đề sử dụng các nguồn lực một cách “thông minh” hơn là căn bản. Các quốc gia đang xây dựng “mạng lưới thông minh” (smart grid) hàm ý chỉ một giải pháp quản lý tối ưu việc sử dụng điện, từ khâu sản xuất, truyền dẫn, phân bố đến người tiêu thụ điện dựa trên cơ sở của các tiến bộ công nghệ thông tin, dùng kỹ thuật số để kết nối và thông tin cho tất cả các thiết bị năng lượng qua mạng máy tính với nhiều mục đích: quản lý sản lượng điện trong thời gian cao điểm một cách có hiệu quả, điều chỉnh giá bán điện một cách linh hoạt; nâng cao hiệu suất của lưới phân phối và tích hợp nguồn phát điện từ các nguồn năng lượng tái tạo. Để đáp ứng nhu cầu trong tương lai, châu Âu đã xây dựng một chương trình khai thác các nguồn năng lặng tái tạo ở châu Phi, đặc biệt là mặt trời và gió, để sản xuất điện và chuyển về châu Âu.

  1. Kết luận

Để kết thúc một Hội nghị về Công nghệ Xe sạch ở Paris, ban tổ chức đã chiếu slide dưới đây để xác định mục đích (hay giấc mơ) của những người nghiên cứu trong ngành ôtô: thay thế dầu khí bằng năng lượng tái tạo để – giảm ô nhiễm môi trường, giảm sa thải khí nhà kính CO2,  – ngừng hoang phí nguồn năng lượng mà thiên nhiên đã cần hàng triệu năm để chế biến từ các chất hữu cơ thành dầu khí mà chỉ hơn nửa thế kỷ qua, chúng ta đã tháo cạn hơn một nửa tài nguyên này của thế giới!

TS Khương Quang Đồng

oto-thongtintraodoi.com