Phổ cập hoá xe điện, bài toán cần nhiều lời giải

Đó là một câu hỏi và cũng là thách thức dành cho các nhà sản xuất xe điện. Nhưng tại sao lại là những nhà sản xuất xe điện, trong khi các nhà sản xuất xe hơi động cơ đốt trong thì lại không phải lo tới việc xây dựng các trạm xăng? Tất nhiên là có lý do của nó.

Ai cũng biết sử dụng xe điện (EV) sẽ là xu thế tất yếu, tuy nhiên 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. Chưa kể, bản thân những công nghệ này còn cần đến một loạt những thiết bị đi kèm 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.

Thị trường trạm sạc điện sẽ bùng nổ

Một báo cáo phân tích thị trường gần đây của Markets and Markets cho thấy, thị trường trạm sạc xe điện được dự báo sẽ bùng nổ từ 3,22 tỷ đô-la vào năm 2017 lên 30,41 tỷ đô-la vào năm 2023, tương đương 41,8% mỗi năm.

Làm thế nào để mở rộng mạng lưới thiết bị sạc chính là mấu chốt của vấn đề. Hãy thử tưởng tượng, trong tương lai khi mà hệ thống trạm sạc có ở khắp 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 như hiện nay. Ví dụ như tại Việt Nam, hiện mới chỉ có VinFast xây dựng trạm sạc, với hệ thống 150.000 cổng sạc phủ khắp 63 tỉnh, thành phố trong thời gian ngắn thật sự là một nỗ lực rất lớn.

Đáng chú ý việc xây dựng và lắp đặt các trạm sạc tại nhiều vị trí chiến lược như bãi đỗ xe, trạm dừng chân, trung tâm thương mại, thậm chí ngay tại các cây xăng của Petrolimex và PVOil đã mang đến sự thuận tiện cho người sử dụng.

Thực tế cho thấy vẫn còn nhiều biến số trong công nghệ sạc và cơ sở hạ tầng trạm sạc, và điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của ngành xe điện nói chung cũng như việc người dùng cuối có sẵn sàng chi hầu bao cho xe điện hay không?

Mặc dù vậy, thị trường tiềm năng này sẽ chào đón các nhà đầu tư mới không cần phải liên quan đến sản xuất xe điện, giống như việc xây dựng các trạm xăng không liên quan đến nhà sản xuất xe máy và xe hơi. Tuy nhiên, một vấn đề đang được đặt ra là liệu trạm sạc nên sử dụng AC hay DC?

Trạm sạc AC (Alternating Current) là loại trạm sạc điện cho ô tô điện sử dụng dòng điện xoay chiều, thường là 220V hoặc 240V tại các nước châu Âu hoặc châu Á. Trạm sạc AC thường được sử dụng để sạc đầy pin của ô tô điện trong thời gian từ 3 đến 8 giờ.

Trong khi đó, trạm sạc DC (Direct Current) là loại trạm sạc điện cho ô tô điện sử dụng dòng điện một chiều trực tiếp từ nguồn điện AC sang DC, thường có điện áp từ 400V đến 800V. Trạm sạc DC có thể sạc đầy pin của ô tô điện chỉ trong vòng 30 đến 45 phút.

Ảnh hưởng của dòng pin và sự cần thiết của bộ chỉnh lưu

Đối với dòng xe điện được sạc bằng dòng điện một chiều (DC) hay dòng điện xoay chiều (AC) thì phụ thuộc lớn vào dòng pin mà nhà sản xuất lắp đặt. Hoặc nếu dòng xe sử dụng dòng điện một chiều nếu muốn sử dụng tại trạm sạc có dòng điện xoay chiều thì trạm sạc đó phải có bộ chỉnh lưu.

Điện lưới mà chúng ta sử dụng 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 sạc.

Trước đó, vào tháng 3 năm 2019 khi 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.

Tuy nhiên, việc xây dựng trạm sạc DC có kèm thiết bị chỉnh lưu cần chi phí đầu tư lớn, bên cạnh các yếu tố tiên quyết là sự an toàn. Thị trường hiện đang có sẵn 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 giúp ổn định lưới điện, mà người sử dụng xe cũng hoàn toàn yên tâm sử dụng ở bất cứ trạm sạc nào, dù đó là AC hay DC.

Công nghệ thúc đẩy thị trường sạc xe điện tiêu chuẩn hóa

Đứng trước bối cảnh công nghệ phát triển và thay đổi mỗi ngày, các nhà cung cấp đang đứng giữa hai lựa chọn, một là cố gắng giữ chân khách hàng bằng cách lắp đặt bộ sạc và đầu nối độc quyền, hai là tuân theo những tiêu chuẩn chung nhằm dễ dàng mở rộng thị phần cho các bên tham gia.

Lịch sử cách mạng công nghệ đã chứng minh, việc phổ cập tiêu chuẩn hoá sẽ đem lại những lợi ích vượt trội so với việc 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 khắp mọi nơi trước khi đưa quyết định mua xe, điều này dẫn tới một sự biến động lớn trong thị trường sạc xe điện.

Được biết, 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 thông báo sẽ phân phối chính hãng những trụ sạc của thương hiệu ABB đạt tiêu chuẩn CCS 2 tại Việt Nam. Theo đại diện EV One, những trụ này có thể sạc cho nhiều dòng xe điện được sản xuất từ năm 2018 về sau, trừ xe điện của Tesla và một số dòng xe đến từ Nhật Bản.

Bài toán cuối cùng của việc phát triển xe điện đó chính là việc thiết kế đầu nối điện. Điều tưởng như đơn giản nhưng lại mang tính quan trọng, quyết định đến việc lượng điện năng rất lớn sẽ lưu thông qua giao diện điều khiển do người dùng quản lý.

Để giải quyết vấn đề này, đầu nối loại 1 đang được 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. Hiện tại, chỉ có Tesla là sử dụng một phiên bản sửa đổi của phích cắm Mennekes loại 2 để hỗ trợ công nghệ sạc nhanh độc quyền của họ.

Đây cũng chính là cơ hội để các bên thứ ba có thể tham gia vào thị trường cung cấp bộ chuyển đổi và bộ điều hợp, giúp khách hàng sử dụng xe điện có thể sạc 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 mới cho thị trường linh kiện

Tương tự như chuẩn sạc nhanh cho các thiết bị di động, ngành công nghiệp ô tô đang đặt ra nhưng thách thức mới cho thị trường linh kiện khi mà mỗi năm ngành công nghiệp này ‘ném’ ra gần 100 triệu chiếc xe. Ai cũng biết xe điện sẽ trở thành xu thế tất yếu, và nó sẽ giúp tái định hình ngành thị trường xe hơi.

Bởi cơ hội chỉ giành cho những người nhanh tay nắm bắt, và xem ra trong cuộc đua này các thương hiệu đến từ Trung Quốc đang có nhiều lợi thế. Việc đưa xe điện vào trong dịch vụ vận tải cũng sẽ sớm hình thành nên một cuộc đua mới, đồng thời mở ra cơ hội vô cùng tiềm năng 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.

Rồi thiết kế đầu nối cũng sẽ trở thành yếu tố tiên quyết ảnh hưởng đến tốc độ sạc và từ đó thay đổi cảm quan của người dùng 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, 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. Chưa kể, quá trình phát triển xe điện cũng sẽ tương tự như ngành hàng Điện tử tiêu dùng, 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 mà chúng ta đều chưa thể đưa ra bất cứ dự báo nào.

(Bài đăng ấn phẩm in Tạp chí Điện tử và Ứng dụng số 02 tháng 04/2023).