Tại sao xe điện 800V đang gia tăng?
Nhiều nhà sản xuất xe điện đang chuyển đổi từ hệ thống 400 volt sang 800 volt để sạc nhanh hơn và hiệu suất cao hơn—nhưng một số nhà sản xuất, như Tesla, vẫn đang chần chừ.
Khi nhu cầu về xe điện (EV) tăng trên toàn thế giới, người lái xe mong đợi hiệu suất tốt hơn. Phạm vi hoạt động dài hơn và sạc nhanh hơn là một trong những nhu cầu của họ, và cả hai đều phụ thuộc vào pin.
Có rất nhiều dự án nghiên cứu tập trung vào việc giải quyết những thách thức này, nhưng dự án hứa hẹn nhất là tăng điện áp pin. Pin EV ngày nay thường là hệ thống 400 volt, nhưng các nhà sản xuất EV đã bắt đầu thiết kế lại xe của họ để chuyển sang kiến trúc 800 volt.
Điện áp pin cao hơn có nghĩa là nhiều năng lượng hơn và công suất sạc cao hơn, cộng với hiệu suất tăng lên, hiệu suất tốt hơn và tiết kiệm trọng lượng cho các thành phần EV như động cơ và bộ biến tần. Nhưng điện áp cao cũng đi kèm với những thách thức mới. Sau đây là lý do tại sao ngành công nghiệp EV lại háo hức chuyển sang điện áp cao hơn—và cách các kỹ sư biến điều đó thành hiện thực.
Kiến trúc EV 400 volt và 800 volt
Kiến trúc của EV là một hệ thống phức tạp bao gồm pin, động cơ, cảm biến, điều khiển điện tử, thiết bị phụ trợ, hệ thống dây điện và các thành phần khác. Điện áp của pin, dù là 400V hay 800V, đều ảnh hưởng đến tất cả chúng.
Các giá trị này không cố định như tên gọi của chúng. Ví dụ, phạm vi điện áp pin từ 300 – 500V được gọi là kiến trúc 400V, và phạm vi 600 – 900V được coi là kiến trúc 800V. Việc chuyển sang kiến trúc 800V không chỉ đơn giản là kết nối pin để có điện áp 800V; điện áp hoạt động này là thông số chính để thiết kế tất cả các thiết bị điện áp cao khác trong xe.
Tại sao các nhà sản xuất xe điện muốn chuyển sang 800V
Điện áp pin cao hơn có nghĩa là hiệu suất EV tăng lên, hiệu suất được cải thiện và sạc tốt hơn. Đối với người lái xe, điều đó có nghĩa là sạc nhanh hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn.
Thông số chính cho tốc độ sạc là công suất đầu ra của bộ sạc, phụ thuộc vào điện áp và dòng điện. Tăng dòng điện sạc sẽ dẫn đến mất nhiều nhiệt và năng lượng hơn, do đó, tăng điện áp là cách tốt hơn để tăng công suất và sạc nhanh hơn. Với điện áp gấp đôi và dòng điện bằng nhau, bộ sạc EV có thể cung cấp gần gấp đôi năng lượng cho EV. Tất nhiên, bộ sạc và bộ chuyển đổi EV phải được thiết kế lại để có thể mang công suất cao hơn đáng kể.
Kiến trúc 800 volt cũng làm giảm mức tiêu thụ năng lượng. Nếu pin tạo ra cùng một công suất khi điện áp tăng, điều đó có nghĩa là dòng điện của pin phải giảm. Vì nhiệt và tổn thất điện năng tỷ lệ thuận với bình phương của dòng điện, nên tổn thất nhiệt giảm khi điện áp tăng. Dòng điện thấp hơn cũng có tác động tích cực đến quá trình lão hóa pin, do đó kéo dài tuổi thọ pin.
Những thách thức của kiến trúc EV 800V
Kiến trúc EV 800 volt có những ưu điểm không thể phủ nhận, nhưng vẫn còn những thách thức cần phải vượt qua để tích hợp công nghệ này vào thị trường một cách suôn sẻ.
Cơ sở hạ tầng sạc là vấn đề đầu tiên. Tốc độ sạc phụ thuộc vào các trạm sạc và hầu hết được xây dựng để cung cấp điện cho EV 400 volt. Để tận dụng tối đa khả năng sạc nhanh hơn, EV 800 volt sẽ cần các trạm sạc mạnh hơn.
Một vấn đề khác nằm ở thiết kế EV. Kiến trúc 800V đòi hỏi phải thiết kế lại mạch và linh kiện để đảm bảo cách điện thích hợp, hệ thống an toàn khi hỏng hóc và quy trình thử nghiệm phù hợp để chứng minh độ tin cậy của linh kiện trong môi trường điện áp cao. Quy trình thử nghiệm phải bao gồm các tình huống xấu nhất cao hơn tới năm lần so với điện áp hoạt động 800V.
Chi phí thiết bị cũng có xu hướng cao hơn đối với EV 800V. Ví dụ, họ có xu hướng sử dụng các thành phần chuyển mạch silicon carbide (SiC) đắt tiền hơn trong bộ chuyển đổi nguồn. SiC cho phép tăng tần số chuyển mạch với mức tổn thất năng lượng rất thấp (2%) khi so sánh với bộ chuyển đổi dựa trên silicon truyền thống (5 – 6%). Tuy nhiên, do dòng điện thấp hơn trong EV 800V, dây và liên kết có thể dày hơn và yêu cầu làm mát thấp hơn.
Cũng có những lo ngại về an toàn. Các hệ thống điện áp cao hơn cần nhiều không gian vật lý hơn để tránh các vấn đề như quá điện áp và hồ quang. Ví dụ, tụ điện yêu cầu khoảng cách rò rỉ tối thiểu giữa các cực để tránh hồ quang. Vì điện áp cao hơn, khoảng cách cần thiết sẽ dài hơn—có nghĩa là tụ điện lớn hơn. Điều này rất bất lợi cho các nhà sản xuất EV, những người muốn làm mọi thứ nhỏ hơn và nhẹ hơn để tăng hiệu suất.
Các giải pháp khác nhau cho kiến trúc 800V
Các nhà sản xuất EV đã phân tích nhiều cách tiếp cận khác nhau để vượt qua những thách thức của kiến trúc 800 volt. Có ba cách tiếp cận đầy hứa hẹn.
Cách tiếp cận đầu tiên là làm cho toàn bộ hệ thống điện áp cao của EV hoạt động ở mức 800V, loại bỏ nhu cầu chuyển đổi điện áp giữa các thành phần. Cách tiếp cận này cho phép sạc nhanh hơn và hiệu quả hơn. Tuy nhiên, nó đòi hỏi phải thiết kế lại EV nhiều hơn và chi phí cao hơn.
Cách tiếp cận thứ hai là chỉ để một số thiết bị thiết yếu (như bộ pin và động cơ truyền động) ở mức 800V, phần còn lại của hệ thống vẫn ở mức 400V. Nhu cầu chuyển đổi điện áp giữa các thiết bị 800 và 400V làm tăng chi phí và độ phức tạp trong thiết kế, đồng thời cũng làm tăng thêm tổn thất điện năng khi chuyển đổi. Tuy nhiên, giải pháp này đòi hỏi ít thiết kế lại EV hơn và chi phí thấp hơn cho hệ thống 400 V, trong khi vẫn cho phép sạc nhanh hơn.
Cách tiếp cận thứ ba là giải pháp lai liên quan đến hệ thống pin có khả năng chuyển đổi giữa 800V khi sạc và 400V khi xả. Các thiết bị điện áp cao khác vẫn ở mức 400V. Giải pháp đơn giản và chi phí thấp này cho phép sạc nhanh hơn, mặc dù xả ở mức 400V có nghĩa là sẽ không giảm được mức tiêu thụ năng lượng.
Chúng ta có thể sẽ thấy cả ba cách tiếp cận khi các nhà sản xuất EV chuyển từ 400V sang 800V. Khi các quy trình thử nghiệm phát triển và giá thành của các thành phần 800V giảm, chúng ta có thể mong đợi một sự chuyển đổi hoàn toàn sang kiến trúc điện áp cao. Đối với các EV hạng nặng đòi hỏi công suất cao, chúng ta thậm chí có thể thấy các kiến trúc vượt quá 800V.
Tại sao Tesla vẫn chưa sản xuất xe điện 800V
Quá trình chuyển đổi sang xe điện 800V đã diễn ra tốt đẹp. Các hãng xe Porsche, Hyundai, Genesis, Kia và Audi đã cung cấp xe điện với hệ thống pin 800V. Volvo, Polestar và Lotus cũng đã cam kết sử dụng kiến trúc 800 V. Hitachi Automotive Systems đang bắt đầu sản xuất hàng loạt hệ thống pin 800 vôn của mình.
Điều thú vị là, công ty tiên phong về xe điện Tesla vẫn chưa cam kết chuyển sang kiến trúc 800 volt. CEO Elon Musk đã đặt câu hỏi về giá trị của quá trình chuyển đổi, cho rằng nó chưa đáng để chi phí thiết kế lại ngay lúc này—ít nhất là đối với các loại xe nhỏ hơn của công ty như Tesla Model Y và Model 3. Tuy nhiên, về lâu dài, ông tin rằng kiến trúc 800 volt sẽ có ý nghĩa đối với lượng xe lớn.
Có thể mất một thời gian, nhưng bằng cách này hay cách khác, ngành công nghiệp xe điện đang chuyển sang điện áp cao.
Nguồn: engineering.com
Bài viết liên quan
Đầu tư trạm sạc với LITHACO – Đầu tư không đồng, lợi nhuận bền vững
Hãy để LITHACO đồng hành cùng các bạn trong hành trình chuyển đổi năng lượng, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo các cách sau:
- Hotline: 1900 25 25 27
- Số điện thoại: 0918.886.502, 094.181.2233
- Zalo: 094.181.2233
- Địa chỉ: Tầng 12 Tòa nhà BW, số 15 Võ Văn Kiệt, Phường 16, Quận 8, TP.HCM
- Website: https://lithaco.vn
- Facebook: https://www.facebook.com/Lithaco.vn/
Bài Viết Liên Quan
