Xu hướng về khả năng sạc xe điện

Sự phát triển của thị trường xe điện dường như là điều tất yếu: việc tập trung vào giảm phát thải CO2, bối cảnh chính trị hiện tại, đầu tư từ chính phủ và ngành công nghiệp ô tô, cùng với nỗ lực không ngừng hướng tới một xã hội hoàn toàn sử dụng điện đều cho thấy tiềm năng to lớn của xe điện. Tuy nhiên, cho đến nay, việc người tiêu dùng sử dụng rộng rãi xe điện vẫn bị cản trở bởi thời gian sạc lâu và thiếu cơ sở hạ tầng sạc. Những tiến bộ trong công nghệ sạc xe điện đang giải quyết những thách thức này, cho phép sạc an toàn và nhanh chóng tại nhà và trên đường. Các linh kiện và cơ sở hạ tầng sạc đang được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu của thị trường xe điện đang phát triển nhanh chóng, mở đường cho sự tăng trưởng theo cấp số nhân của giao thông vận tải điện.

NHỮNG ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY THỊ TRƯỜ

Đầu tư vào xe điện đã tăng trưởng trong vài năm qua, nhưng sự quan tâm và nhu cầu ngày càng tăng đã được nhấn mạnh bởi nhiều lĩnh vực trong xã hội. Việc tập trung ngày càng nhiều vào các giải pháp khí hậu đã làm nổi bật tầm quan trọng của xe điện – khả năng vừa giảm lượng khí thải carbon từ động cơ đốt trong vừa đầu tư vào giao thông vận tải năng lượng sạch đã trở thành mục tiêu chung của cả chính phủ và ngành công nghiệp. Sự tập trung vào tăng trưởng bền vững và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên cũng thúc đẩy công nghệ hướng tới một xã hội hoàn toàn sử dụng điện – một thế giới với nguồn năng lượng vô hạn dựa trên tài nguyên tái tạo mà không phát thải độc hại.
Những động lực về môi trường và công nghệ này được phản ánh trong các ưu tiên của quy định và đầu tư liên bang, đặc biệt là trong bối cảnh Đạo luật Đầu tư Cơ sở hạ tầng và Việc làm năm 2021, trong đó dành 7,5 tỷ đô la cho cơ sở hạ tầng xe điện ở cấp liên bang, 2,5 tỷ đô la cho các khoản tài trợ cơ sở hạ tầng sạc và tiếp nhiên liệu xe điện, và 5 tỷ đô la cho Chương trình Sạc Xe Điện Quốc gia. Chính quyền Biden cũng đang theo đuổi mục tiêu xây dựng và lắp đặt 500.000 trạm sạc DC trên khắp cả nước.

Xu hướng này cũng có thể thấy ở cấp tiểu bang. Các tiểu bang như California, Massachusetts và New Jersey đang theo đuổi luật pháp để thúc đẩy việc sử dụng xe điện hoàn toàn. Các khoản tín dụng thuế, phong trào Điện khí hóa nước Mỹ, các ưu đãi và quy định bắt buộc cũng tác động đến cả người tiêu dùng và nhà sản xuất, khiến họ đón nhận phong trào xe điện.

Các nhà sản xuất ô tô cũng đang tham gia vào xu hướng chuyển sang xe điện. Các nhà sản xuất ô tô truyền thống hàng đầu như GM, Ford, Volkswagen, BMW và Audi liên tục giới thiệu các mẫu xe điện mới. Đến cuối năm 2022, dự kiến ​​sẽ có hơn 80 mẫu xe điện và xe hybrid cắm điện có mặt trên thị trường. Số lượng các nhà sản xuất xe điện mới tham gia thị trường cũng đang ngày càng tăng, bao gồm Tesla, Lucid, Nikola và Rivian.

Các công ty điện lực cũng đang chuẩn bị cho một xã hội hoàn toàn sử dụng điện. Điều quan trọng là các công ty điện lực phải đi trước đón đầu xu hướng điện khí hóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, và cơ sở hạ tầng quan trọng bao gồm các lưới điện nhỏ (microgrid) sẽ cần thiết dọc theo các đường cao tốc liên bang để phục vụ các trạm sạc điện. Công nghệ giao tiếp giữa xe và lưới điện (Vehicle-to-Grid communication) cũng đang ngày càng phổ biến dọc theo các đường cao tốc.

NHỮNG RÀO CẢN ĐỐI VỚI SỰ TĂNG TRƯỞNG

Mặc dù xu hướng sử dụng xe điện đang ngày càng mạnh mẽ, nhưng nhiều thách thức dự kiến ​​sẽ cản trở sự tăng trưởng. Trong khi các ưu đãi sẽ khuyến khích người tiêu dùng hoặc các đội xe chuyển sang sử dụng xe điện, chúng có thể đi kèm với một điều kiện – có thể sẽ có xu hướng yêu cầu xe điện phải có khả năng giao tiếp với cơ sở hạ tầng để theo dõi quãng đường di chuyển, điều này đòi hỏi những đổi mới về công nghệ và cơ sở hạ tầng truyền thông ngoài trời.

Một trong những trở ngại lớn nhất đối với việc người tiêu dùng chấp nhận xe điện là cơ sở hạ tầng sạc điện đáng tin cậy và hiệu quả. Ước tính cần khoảng 9,6 triệu cổng sạc vào năm 2030 để đáp ứng sự tăng trưởng dự kiến ​​của thị trường xe điện. Gần 80% số cổng này sẽ là bộ sạc tại nhà, và khoảng 20% ​​sẽ là bộ sạc công cộng hoặc tại nơi làm việc. Hiện nay, người tiêu dùng còn ngần ngại mua xe điện vì nỗi lo về phạm vi hoạt động – lo ngại rằng xe của họ sẽ không thể thực hiện một hành trình dài mà không cần phải sạc lại, và các trạm sạc sẽ không có sẵn hoặc không hiệu quả khi cần thiết.

Đặc biệt, các trạm sạc công cộng hoặc dùng chung phải có khả năng cung cấp khả năng sạc tốc độ cao gần như liên tục suốt ngày đêm. Một tài xế dừng lại ở trạm sạc dọc đường cao tốc có thể cần sạc nhanh với công suất cao – hệ thống sạc công suất cao sẽ có thể sạc đầy pin cho xe chỉ sau vài phút sạc.

Bộ sạc tốc độ cao đòi hỏi những cân nhắc thiết kế cụ thể để hoạt động đáng tin cậy. Khả năng làm mát bằng chất lỏng là cần thiết để giữ cho các chân sạc ở nhiệt độ tối ưu và kéo dài thời gian sạc xe với dòng điện cao hơn. Tại các khu vực sạc có mật độ xe cao, việc giữ cho các chân tiếp xúc được làm mát sẽ tạo ra khả năng sạc công suất cao hiệu quả, ổn định và đáng tin cậy để đáp ứng nhu cầu sạc liên tục của người tiêu dùng.

NHỮNG YẾU TỐ CẦN XEM XÉT KHI THIẾT K

Các bộ sạc xe điện ngày càng được chế tạo với trọng tâm là tối ưu hóa độ bền và khả năng sạc công suất cao để đáp ứng nhu cầu của người lái xe điện và khắc phục nỗi lo về phạm vi hoạt động. Một bộ sạc xe điện công suất cao với 500 ampe được tạo ra nhờ hệ thống làm mát bằng chất lỏng và hệ thống giám sát – bộ phận tiếp xúc trong đầu nối sạc có khả năng dẫn nhiệt và cũng đóng vai trò như một bộ tản nhiệt khi chất làm mát tản nhiệt thông qua các ống dẫn làm mát tích hợp. Các bộ sạc này chứa nhiều loại cảm biến, bao gồm cảm biến rò rỉ chất làm mát và giám sát nhiệt độ chính xác tại mỗi điểm tiếp xúc nguồn để đảm bảo các chân tiếp xúc không vượt quá 90 độ C. Nếu đạt đến ngưỡng đó, bộ điều khiển sạc trong trạm sạc sẽ giảm công suất đầu ra để duy trì nhiệt độ chấp nhận được.

Bộ sạc xe điện cũng cần phải chịu được sự hao mòn và dễ dàng bảo trì. Tay cầm sạc xe điện được thiết kế để chịu được sự hao mòn, việc sử dụng thô bạo theo thời gian sẽ ảnh hưởng đến bề mặt tiếp xúc là điều không thể tránh khỏi. Ngày càng nhiều bộ sạc được thiết kế với các thành phần dạng mô-đun, cho phép dễ dàng thay thế bề mặt tiếp xúc.
Quản lý dây cáp trong các trạm sạc cũng là một yếu tố quan trọng đối với tuổi thọ và độ tin cậy. Các dây cáp sạc công suất cao chứa dây đồng, đường ống làm mát bằng chất lỏng và dây dẫn tín hiệu, nhưng vẫn phải chịu được lực kéo hoặc lực tác động từ xe. Các yếu tố khác cần xem xét bao gồm các chốt khóa, cho phép người lái xe để xe sạc tại trạm công cộng mà không cần lo lắng ai đó có thể ngắt kết nối cáp. (Hình ảnh minh họa về tính mô-đun của mặt tiếp xúc cùng với dòng chảy chất làm mát).