Sự xuất hiện của xe điện (EV) đã mở ra một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp ô tô với sự thay đổi cơ bản theo hướng bền vững và giảm lượng phát thải các-bon. Tâm điểm của quá trình chuyển đổi này là một mạng lưới phức tạp của các trạm sạc - một cơ sở hạ tầng quan trọng có ý nghĩa quyết định đối với khả năng sử dụng và tính thực tế của xe điện. Để tăng cường ứng dụng xe điện, việc hiểu rõ các loại và hình thái của trạm sạc có ý nghĩa rất quan trọng.
 |
| Ảnh: Minh họa |
Trạm sạc xe điện có nhiều hình thái khác nhau, từ các giải pháp gia dụng ở nhà riêng đến các trạm sạc công cộng tốc độ cao được đặt ở vị trí chiến lược dọc theo các tuyến đường cao tốc và tuyến phố nội đô. Hình thái đơn giản nhất - trạm sạc cấp 1 - sử dụng ổ cắm tiêu chuẩn trong gia đình (120V) và thích hợp với việc sạc qua đêm. Để sạc nhanh hơn tại nhà hoặc cơ quan, bộ sạc cấp 2 (240V) được ưa chuộng bởi vì nó rút ngắn đáng kể thời gian sạc. Các giải pháp sạc tại nhà này mang lại sự thuận tiện cho thói quen sạc hàng ngày, đảm bảo rằng xe điện luôn sẵn sàng cho việc đi lại thường xuyên.
Cơ sở hạ tầng sạc công cộng đóng một vai trò quan trọng đối với việc ứng dụng rộng rãi của xe điện. Bộ sạc cấp 2 ở các khu vực công cộng có khả năng sạc nhanh hơn, phù hợp với nhiều môi trường khác nhau như siêu thị và cơ quan. Trạm sạc nhanh DC, một hình ảnh thường gặp dọc các tuyến đường cao tốc, có khả năng sạc nhanh bằng cách cung cấp trực tiếp điện một chiều (DC) cho ắc quy của xe, làm cho chúng trở nên phù hợp hơn với những chuyến đi đường dài, qua đó giảm thiểu số lượng các điểm dừng sạc.
Trong hành trình đạt đến tốc độ sạc cao hơn nữa, các trạm sạc cực nhanh với công suất 350 kW bắt đầu xuất hiện, hứa hẹn thời gian sạc ngắn hơn và gia tăng tính tiện lợi. Trạm sạc không dây, sử dụng công nghệ sạc cảm ứng, loại bỏ yêu cầu kết nối vật lý, cho phép trải nghiệm sạc liền mạch hơn. Việc chuyển sang di chuyển bằng phương tiện chạy điện cũng bao gồm các giải pháp sáng tạo như trạm đổi pin và trạm sạc bằng năng lượng mặt trời. Những sáng tạo này đóng góp vào tính bền vững và hiệu quả chung của việc sử dụng xe điện.
Phần lớn những người sử dụng xe điện, bao gồm cả những người sử dụng xe hybrid, thường sạc xe qua đêm tại nhà bằng thiết bị Cấp độ 1 hoặc Cấp độ 2. Trạm sạc Cấp độ 1 cung cấp khả năng sạc qua ổ cắm AC 120 V và hầu hết các nhà sản xuất xe điện đều cung cấp bộ dây tương thích (với giắc cắm J1772) khi mua xe điện, do đó không cần thêm thiết bị sạc bổ sung. Hầu hết xe điện cỡ trung cần 8 giờ sạc ở mức điện áp 120 V, và có thể bổ sung thêm khoảng 40 dặm vào quãng đường di chuyển tùy thuộc vào điều kiện thời tiết và đường xá.
Trạm sạc Cấp độ 2 cung cấp sạc qua hệ thống điện AC 240V (dân dụng) hoặc 208V (thương mại). Với sự phổ biến của điện áp 240V trong hầu hết các gia đình, trạm sạc Cấp độ 2 là một lựa chọn phổ biến khác của chủ xe điện để sạc qua đêm. Hệ thống này cũng có thể có mặt trong các trạm sạc công cộng và cơ quan, hoạt động trong dải cường độ dòng điện từ 40 đến 80 Amps. Mặc dù hầu hết các bộ sạc Cấp 2 gia dụng hỗ trợ cường độ dòng điện lên đến 30A, đạt mức công suất 7,2 kW, khả năng thích ứng của thiết bị Cấp 2 có thể đáp ứng các nhu cầu sạc khác nhau. Trạm sạc Cấp độ 2 cũng đảm bảo được quãng đường di chuyển khoảng khoảng 25 dặm sau mỗi giờ sạc.
 |
| Hệ thống sạc Cấp 1 và Cấp 2 thường được sử dụng để sạc qua đêm tại nhà và có dải điện áp từ 120V đến 240V, tùy theo yêu cầu Chú thích: AC Energy Metering: Đo đếm năng lượng xoay chiều; RCD: Thiết bị chống rò điện; Relay: Rơ-le; DC/DC LDO: Bộ chuyển đổi DC/DC; Timing: Tín hiệu định thời; Memory: Bộ nhớ; MCU / MPU / WiFi SoC: SoC MCU / MPU / SoC WiFi; Green PHY: Lớp vật lý xanh; CAN: Mạng điều khiển (CAN bus); Touch: Cảm ứng; Security: Bảo mật; USB: USB; Ethernet: Ethernet; WiFi: WiFi; Bluetooth: Bluetooth |
Cả hệ thống sạc Cấp độ 1 và Cấp độ 2 đều được trang bị các thành phần phần cứng tiên tiến để giám sát và cung cấp năng lượng cho xe điện một cách an toàn và hiệu quả, bao gồm vi điều khiển (MCU), hệ thống quản lý năng lượng, tùy chọn kết nối không dây và có dây, cảm biến nhiệt độ, đo năng lượng, Giao diện người-máy (HMI) và các tính năng bảo mật. Hầu hết các hệ thống này cũng được trang bị nguồn điện phụ, bộ điều chỉnh DC-DC, PMIC và phần cứng bổ sung để đảm bảo nguồn điện an toàn và ổn định khi sạc.
Các trạm sạc công cộng tương tự như các nền tảng sạc tại nhà và dựa vào hệ thống sạc nhanh Cấp độ 2 hoặc DC. Chúng thường được triển khai ở nơi có mật độ chủ xe cao và thời gian đỗ xe dài. Không giống như trạm sạc gia đình, các trạm này được trang bị Thiết bị phân phối điện (PDU), chịu trách nhiệm quản lý việc phân bổ và phân phối năng lượng điện cho nhiều xe điện, đảm bảo mỗi phương tiện được kết nối đều nhận được mức công suất thích hợp dựa trên thông số kỹ thuật sạc của nó. Chúng cũng thường tích hợp các hệ thống quản lý tải thông minh để tối ưu hóa khả năng phân phối điện, tránh quá tải lưới điện cũng như đảm bảo quy trình sạc liền mạch cho nhiều phương tiện cùng một lúc.
 |
| Các trạm sạc công cộng hoặc thương mại tương tự như hệ thống sạc Cấp 2 nhưng cung cấp dòng điện cao hơn để đáp ứng yêu cầu sạc nhiều phương tiện hơn và bộ pin lớn hơn. Chú thích: PFC: Hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC); AC to DC: Chuyển đổi AC sang DC; DC/DC: Chuyển đổi DC/DC; mSiC: mSiC (vật liệu bán dẫn silicon carbide); dsPIC: dsPIC (vi điều khiển kỹ thuật số); Op Amps: Khuếch đại thuật toán (Op-amp); Gate Driver: Mạch điều khiển cổng bán dẫn; AC Energy Metering: Đo đếm năng lượng xoay chiều; DC Energy Metering: Đo đếm năng lượng một chiều; RCD: Thiết bị chống rò điện; Relay: Rơ-le; DC/DC LDO: Bộ chuyển đổi DC/DC; Timing: Tín hiệu định thời; Memory: Bộ nhớ; MCU / MPU / WiFi SoC: SoC MCU / MPU / SoC WiFi; Green PHY: Lớp vật lý xanh; CAN: Mạng điều khiển (CAN bus); Touch: Cảm ứng; Security: Bảo mật; USB: USB; Ethernet: Ethernet; WiFi: WiFi; Bluetooth: Bluetooth |
Đầu nối và cáp sạc cũng là những thành phần quan trọng khác, vì các khu vực và nhà sản xuất khác nhau tuân thủ các tiêu chuẩn sạc khác nhau, chẳng hạn như CHAdeMO, CCS (Hệ thống sạc kết hợp) và NACS, để phù hợp với các phương tiện khác nhau. Một số thành phần thiết yếu khác là các thiết bị đo lường và giám sát để đo lường một cách chính xác mức tiêu thụ năng lượng trong các lần sạc. Đồng hồ và cảm biến thông minh tích hợp giám sát và ghi lại lượng điện đã cấp cho xe điện, cho phép thực hiện chính xác việc lập hóa đơn và phân tích mức tiêu thụ điện năng. Phần cứng giám sát cũng hỗ trợ khả năng theo dõi thời gian thực việc sử dụng trạm, xác định các lỗi tiềm ẩn và hỗ trợ bảo trì mang tính phòng ngừa, qua đó đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cao nhất.
Giao tiếp là một phần không thể thiếu của các trạm sạc công cộng và có thể sử dụng một số công nghệ như GSM, Wi-Fi hoặc Ethernet để đảm bảo khả năng truyền dữ liệu liền mạch giữa trạm sạc, hệ thống quản lý phụ trợ và xe điện. Chúng cũng hỗ trợ một số tính năng hữu ích, bao gồm giám sát từ xa, cập nhật phần mềm và xác thực người dùng, góp phần nâng cao hiệu quả tổng thể của cơ sở hạ tầng sạc. An toàn là ưu tiên hàng đầu của các trạm sạc công cộng, vì vậy các trạm được trang bị một số cơ chế phòng ngừa thiệt hại cho cả phương tiện và người lái. Tiếp đất phòng sự cố, thiết bị bảo vệ quá dòng và cơ chế ngắt khẩn cấp là một số tính năng được tích hợp để giảm thiểu những nguy cơ nói trên.
Đúng như tên gọi, trạm sạc nhanh hay trạm sạc DC được thiết kế để cung cấp một lượng năng lượng lớn trong thời gian ngắn. Các bộ sạc này thường hoạt động ở mức công suất trên 50 kW, với các hệ thống mới nhất đạt công suất 350 kW trở lên. Đặc điểm chính của bộ sạc nhanh là khả năng cung cấp dòng điện DC trực tiếp cho pin của xe điện, bỏ qua bộ sạc trên xe và cho phép truyền năng lượng hiệu quả hơn. Việc tích hợp các thiết bị điện tử công suất tinh vi, chẳng hạn như bộ chỉnh lưu, máy biến áp và biến tần, cho phép bộ sạc nhanh chuyển đổi nguồn điện xoay chiều từ lưới điện sang nguồn điện một chiều theo yêu cầu của xe điện.
Các đầu nối cũng đóng một vai trò thiết yếu trong hệ sinh thái sạc nhanh, với các tiêu chuẩn được đề cập trước đó, chẳng hạn như CHAdeMO, CCS và NACS, để đảm bảo khả năng tương thích rộng rãi. Hệ thống quản lý nhiệt là một yếu tố quan trọng khác trong hệ thống sạc nhanh và được thiết kế để đảm bảo cáp sạc, đầu nối và các bộ phận của xe không bị quá nhiệt trong các phiên sạc công suất cao. Các mô-đun giao tiếp cũng đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống sạc nhanh, cho phép giao tiếp liền mạch giữa bộ sạc, xe điện và hệ thống quản lý phụ trợ. Việc tích hợp các hệ thống an toàn mạnh mẽ, bao gồm cảm biến nhiệt, bảo vệ quá dòng và cơ chế ngắt khẩn cấp, đảm bảo an toàn cho cả xe và người lái.
Cơ sở hạ tầng sạc có ý nghĩa quan trọng đối với việc áp dụng rộng rãi của xe điện và những trạm sạc đó sẽ cùng phát triển với nhu cầu về xe điện. Tiến bộ công nghệ liên tục về phần cứng, bao gồm các giải sạc pháp tại nhà cùng với các nền tảng sạc nhanh và thương mại, nêu bật cam kết của ngành trong việc gia tăng mức độ tiện lợi và rút ngắn thời gian sạc. Những cải tiến mới nhất về đầu nối, điện tử công suất và hệ thống an toàn là nền tảng để hỗ trợ cơ sở hạ tầng sạc xe điện.
Tương lai của cơ sở hạ tầng sạc xe điện đang trên đà phát triển đầy thú vị. Việc mở rộng liên tục của mạng lưới hệ thống sạc nhanh, cùng với mức công suất tăng lên và tiêu chuẩn hóa toàn diện hơn, hứa hẹn tốc độ sạc thậm chí còn nhanh hơn và khả năng tiếp cận tốt hơn. Những tiến bộ về công nghệ pin, chẳng hạn như pin thể rắn, có thể giúp định hình lại lĩnh vực sạc nhờ khả năng đạt được mật độ năng lượng cao hơn và tốc độ sạc nhanh hơn mà không ảnh hưởng đến độ an toàn. Cuối cùng, cơ sở hạ tầng sạc xe điện chính là chìa khóa để làm cho xe điện trở nên thiết thực và dễ tiếp cận hơn.
Tác giả: Wayne Liang, Giám đốc cấp cao phụ trách mảng kinh doanh giải pháp xe điện của Microchip Technology
 Phổ cập hoá xe điện, bài toán cần nhiều lời giải Nếu như việc kết nối xe của bạn vào một nguồn năng lượng 5MW nhanh và tiện giống như việc đổ xăng vào bình, thì ... |
 Vingroup và PV Power bắt tay phát triển hệ thống trạm sạc xe điện trên quy mô toàn quốc Ngày 22/11/2024, Tập đoàn Vingroup và Tổng Công ty Điện lực Dầu khí Việt Nam (PV Power) ký kết thỏa thuận hợp tác nhằm phát ... |
 Biểu giá điện mới cho trạm sạc ô tô điện Chính phủ ban hành biểu giá điện riêng cho trạm sạc xe điện theo cấp điện áp và khung giờ để thúc đẩy thị trường ... |
