ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI XE Ô TÔ ĐIỆN

Thứ hai, 09/10/2023, 14:32 (GMT+7)

Ngày nay, nguồn năng lượng từ tài nguyên hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và do vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng khiến nhiều hãng xe trên thế giới chuyển sang sản xuất xe điện thay thế cho xe dùng động cơ đốt trong truyền thống. Tuy nhiên tài liệu về xe điện vẫn còn hạn chế. Trong bài viết này, tác giả trình bày một số loại xe điện thông dụng và ưu nhược điểm của chúng.

 

1. Xe thuần điện (EV)

Xe thuần điện (EV) đều sử dụng năng lượng điện làm nguồn duy nhất để đẩy xe. Vì xe chỉ chạy bằng pin hoặc nguồn năng lượng điện khác, hầu như không phát thải có thể đạt được trong quá trình hoạt động. Tuy vậy, tác động môi trường tổng thể phụ thuộc đáng kể vào phương pháp năng lượng sản xuất, do đó thường cần phân tích từ đầu đến cuối để có được nhiều các biện pháp thực tế về tác động của môi trường. Vì họ không kết hợp ICE và hộp số cơ khí hoặc hộp số tự động tương ứng của nó, hộp số cơ khí có thể được loại bỏ, làm cho phương tiện trở nên đơn giản, đáng tin cậy và hiệu quả hơn nhiều. Do đó, EV có thể đạt được trên 90% điện năng (trong pin) so với 30% điện năng của ICE. Hơn nữa, chúng có thể sử dụng phá vỡ tái tạo để tăng hiệu suất của chúng hơn nữa. Ngoài ra, chúng còn có ưu điểm là vận hành và sử dụng khá điện có thể được tạo ra từ các nguồn tài nguyên đa dạng. Như danh mục năng lượng trong nhiều quốc gia trở nên đa dạng hơn đáng kể với nhiều hình thức tái tạo năng lượng (đặc biệt là năng lượng mặt trời và gió), lợi ích của EV sẽ trở nên nhiều hơn rõ ràng trong tương lai. Cấu trúc phương tiện EV được thể hiện trong Hình 1. 

* Những ưu điểm chính của EV được liệt kê như sau:

+ Xe được đẩy bằng cách sử dụng (các) động cơ điện năng nhận năng lượng từ pin tích hợp.

+ Phanh tái sinh được sử dụng để cung cấp năng lượng trở lại pin khi phanh được sử dụng. 

* Một số nhược điểm của những loại xe này như sau:

+ Nó có kích thước pin lớn nhất so với HEV hoặc PHEV vì pin là nguồn năng lượng duy nhất.

+ Xe có phạm vi hạn chế so với các phương tiện thông thường (ICE).

+ Quá trình nạp đầy có thể mất đến 7 giờ ở mức 2.

Tuy nhiên, năng lượng cụ thể của xăng cực kỳ cao so với năng lượng điện pin. Do đó, để cung cấp các mức năng lượng giống nhau, bộ pin trở nên lớn đáng kể, điều này làm tăng thêm trọng lượng và chi phí đáng kể cho chiếc xe. Cho nên, EV có phạm vi lái xe rất hạn chế và chi phí cao hơn so với ICEV, là rào cản chính của công nghệ này để thâm nhập rộng rãi vào thị trường xe. Tuy nhiên, đáng chú ý một số nghiên cứu đang được tiến hành để tăng dung lượng liên quan đến pin, siêu tụ điện và pin nhiên liệu giảm công suất để khắc phục những vấn đề này.

 

Hình 1 Minh hoạ xe thuần điện EV

Trong đó: Bat - Pin/Ắc quy cao áp; EM - Động cơ điện; RB - Phanh Tái Sinh; Charger Unit - Bộ nạp/ cổng nạp

2 Xe Hybrid (HEV)

Xe điện hybrid (HEV) kết hợp hệ thống động cơ đẩy thông thường có hệ thống lưu trữ năng lượng, sử dụng cả ICE và động cơ điện làm năng lượng nguồn để di chuyển phương tiện và do đó đại diện cho một cầu nối quan trọng giữa ICEV và EV. Xe hybrid gần với xe hơi thông thường hơn vì chúng chỉ phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch để đẩy. Động cơ điện và pin thường được sử dụng để duy trì hiệu quả của động cơ bằng cách tránh chạy không tải và cung cấp thêm năng lượng, do đó giảm kích thước. Cho nên, HEV có thể đạt được mức tiết kiệm nhiên liệu được cải thiện (so với ICEV) và phạm vi lái xe lớn hơn EV thuần điện. Phương tiện HEV tự nạp và PHEV nạp ngoài được mô tả trong Hình 2.

* Những ưu điểm chính của HEV được liệt kê như sau:

+ Xe có cả pin / EM và ICE / thùng nhiên liệu.

+ EM hoặc cả ICE và EM cung cấp mô-men xoắn cho các bánh xe tuỳ thuộc vào loại  kết cấu xe

+ A/C và các hệ thống khác được cấp nguồn trong quá trình chạy không tải.

+ Có thể đạt được mức tăng hiệu suất từ 15–40%.

* Đây là một số nhược điểm của những loại xe này như sau:

+ Phương tiện này vẫn phụ thuộc rất nhiều vào ICE.

+ Tất cả các phạm vi điện thường được giới hạn trong 40–100 km.

+ Nó có giá cao hơn so với các xe ICEV thông thường.

HEV của plug-in (PHEV) gần với EV hơn dựa trên kích thước lớn của bộ pin nhưng thậm chí có thể có phạm vi lái xe dài hơn vì chúng được nạp lại đơn giản bằng cách cắm vào lưới điện. Sự thành công của Toyota Prius trên thị trường cho thấy PHEV đang một sự thay thế thực sự cho các phương tiện thông thường. Bằng cách có nguồn năng lượng thích hợp - kết hợp giữa điện và các ứng dụng lái xe phù hợp, cả HEV và PHEV đều có thể sử dụng ít xăng hơn đáng kể và tạo ra ít khí thải hơn so với thông thường xe cộ. 

* Những ưu điểm chính của PHEV được liệt kê như sau:

+ Pin có thể được nạp / nạp lại bằng cách cắm vào lưới điện.

+ Đây là phương tiện lý tưởng để đi lại và làm việc vặt trong khoảng cách ngắn. 

+ Ở đây là không tiêu thụ xăng hoặc khí thải trong tất cả các chế độ chạy điện.  * Đây là một số nhược điểm của những loại xe này như sau:

+ Ắc quy được sử dụng trên xe lớn hơn và đắt hơn ắc quy HEV.

+ Quá trình nạp có thể mất đến 4 giờ ở mức 2.

Hình 2. Cấu trúc của HEV (a) và PHEV (b)

  Hơn nữa, không giống như các xe điện có thể rút hết công suất ở mỗi chu kỳ, Pin PHEV có mức tiêu thụ dung lượng nằm trong khoảng 10% của mức hoạt động danh nghĩa để đối phó với sự gia tăng dòng nạp / xả mà không đi vào trạng thái nạp quá mức trên 75% và xả sâu dưới 25% trạng thái nạp (SOC). Do đó, chỉ khoảng một nửa dung lượng pin đang được sử dụng trong PHEV. Năng lượng các chế độ quản lý đối với các phương tiện này được liệt kê như sau: 

Chế độ nạp cạn kiệt (chế độ CD), trong chế độ này, SOC của pin được điều khiển trong giảm thời trang khi xe đang được vận hành. Sau khi nạp PHEV qua ổ cắm điện thông thường, chúng hoạt động ở chế độ cạn kiệt điện tích (chế độ CD) khi lái xe cho đến khi pin cạn kiệt đến trạng thái nạp mục tiêu, thường là xung quanh SOC là 35%. Trong chế độ này, động cơ có thể đang bật hoặc tắt, tuy nhiên, một phần của năng lượng để đẩy xe được cung cấp bởi hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS).

Chế độ duy trì nạp (chế độ CS): Trong chế độ này, SOC của pin được kiểm soát để duy trì trong một dải hoạt động hẹp. Sau hoạt động trước đó (nơi pin cạn đến SOC được nhắm mục tiêu), xe chuyển sang chế độ nạp duy trì (Chế độ CS) bằng cách sử dụng động cơ đốt trong để duy trì SOC hiện tại. PHEV có thể được phân loại thêm dựa trên chức năng của chúng trong chế độ CS.

Chế độ xe điện (EV): Trong chế độ này, hoạt động của động cơ IC bị khoá và do đó ESS là nguồn năng lượng duy nhất để đẩy chiếc xe. Mở rộng phạm vi PHEV hoạt động như một EV thuần túy ở chế độ CD chỉ sử dụng động cơ điện, trong khi pha trộn 100%. PHEV sử dụng động cơ điện chủ yếu với sự trợ giúp không thường xuyên của động cơ để cung cấp năng lượng bổ sung. 

Chế độ chỉ động cơ: Cuối cùng, sau chế độ CS, nếu xe vẫn đang lái, nó sẽ chuyển sang chế độ chế độ chỉ dành cho động cơ trong đó hoạt động của hệ thống kéo điện không cung cấp lực kéo lên xe. 

3. Xe chạy bằng pin nhiên liệu (FCV)

Xe chạy pin nhiên liệu có thể được coi là một loại xe hybrid loạt mà nhiên liệu tế bào hoạt động như một máy phát điện sử dụng hydro. Nó sản xuất điện bằng nhiên liệu tế bào có thể (hoặc cả hai) được sử dụng để cấp nguồn cho EM hoặc được lưu trữ trong hệ thống lưu trữ năng lượng (chẳng hạn như pin, siêu tụ điện, bánh đà).