Cấp nguồn cho phương tiện vận tải chạy điện hạng nặng

Các loại xe sedan tư nhân và xe tải hạng nhẹ đang dẫn đầu cuộc đua điện khí hóa xe hơi, tạo cơ hội bám đuổi cho các đội phương tiện vận tải hạng nặng, bao gồm xe tải và xe buýt.

Tại Mỹ, dữ liệu từ Cơ quan Bảo vệ Môi trường tiết lộ rằng, trong thập kỷ qua, mặc dù tổng lượng khí nhà kính do xe chở khách và xe tải hạng nhẹ thải ra đã giảm, nhưng trong cùng một giai đoạn, các loại xe tải, xe buýt hạng trung và hạng nặng vẫn thải ra hơn 200 teragram C0₂.

Hình 1. Lượng phát thải khí nhà kính của Hoa Kỳ từ năm 1990 đến năm 2020, theo loại hình giao thông đường bộ.
Lưu ý: 1 Teragram = 1 triệu tấn. (Nguồn dữ liệu: Kiểm kê phát thải khí nhà kính của Mỹ, 1990-2020 [EPA 2022])

Tại châu Âu, ngành vận tải cần khẩn trương khử cacbon cho các loại xe tải và xe buýt để đạt mục tiêu giữ cho nhiệt độ toàn cầu không tăng quá 2°C theo Thỏa thuận Paris. Mặc dù hai loại phương tiện đường bộ hạng nặng này chỉ chiếm 2% phương tiện tham gia giao thông, nhưng chúng thải ra tới một phần tư tổng số khí nhà kính từ các hoạt động liên quan đến giao thông. Đây là kết quả nghiên cứu của tổ chức nghiên cứu phi lợi nhuận International Council on Clean Transportation (Hội đồng quốc tế về giao thông sạch).

Những điểm dữ liệu này là tín hiệu tốt đối với các nhà sản xuất ô tô đang đầu tư vào quá trình điện khí hóa các mẫu xe vận tải hạng nặng để khai thác sự tăng trưởng của thị trường xe tải điện. Theo một báo cáo của Precedent Research, tới năm 2030, dự kiến giá trị của thị trường này sẽ vượt qua 15,6 tỷ USD so với chỉ 2,4 tỷ USD vào năm 2022.

Quãng đường dài hơn, thời gian sạc nhanh hơn, hỗ trợ V2G

Theo bà Hwee Yng Yeo, Giám đốc giải pháp xe điện, Keysight Technologies cho biết, một trong những thách thức lớn nhất của quá trình điện khí hóa các phương tiện vận tải hạng nặng là tăng thêm quãng đường chạy được sau mỗi giờ sạc. Khác với quá trình thiết kế xe sedan du lịch chở khách, các kỹ sư phải đảm bảo pin của các phương tiện vận tải chạy điện thế hệ tiếp theo cung cấp đủ năng lượng điện để vận chuyển trọng lượng hàng hóa lớn hơn qua quãng đường dài hơn.

Đội ngũ kỹ sư còn phải lưu ý tới khả năng sạc nhanh và tính năng kết nối xe với lưới điện (V2G), là tính năng có vai trò đảm bảo khả năng sẵn sàng cho tương lai của đội xe điện. Với tính năng này, pin của xe điện EV có thể trở thành ngân hàng năng lượng di động đặt trên những bánh xe, bà Hwee Yng Yeo nhấn mạnh.

Thành phần hóa học của pin chính là điểm khởi đầu trong hành trình đáp ứng nhu cầu về quãng được chạy dài hơn, tốc độ sạc nhanh hơn và khả năng V2G sẵn sàng cho tương lai. Tùy thuộc vào thông số kỹ thuật hiệu năng pin, các nhà phát triển tế bào pin cần phân tích hiệu năng của từng loại hỗn hợp điện hóa.

Hình 2: Thành phần hóa học khác nhau của pin cho tính chất và hiệu năng pin khác nhau. (Nguồn: Battery University)

Các loại pin EV có nhiều hình dạng khác nhau: hình trụ, hình túi và hình lăng trụ. Các pin này được kết nối với nhau để tạo ra các mô-đun và các bộ pin. Một chiếc xe tải điện có thể có tới 20.000 đến 30.000 pin hình trụ được tổ chức thành các bộ pin khổng lồ, mỗi bộ có thể có khối lượng tương đương với một cây đàn piano lớn.

Thông thường, các phương tiện vận tải chạy điện hạng nặng sử dụng các gói pin 800 V trở lên. Do mức tiêu thụ năng lượng, chi phí làm mát và các cân nhắc an toàn, chi phí phát triển các giải pháp pin mạnh mẽ như vậy có thể rất cao.

Đây là lĩnh vực nơi năng lượng tái tạo và các loại bán dẫn công suất băng rộng mới (WBG) như chip silicon carbide (SiC) cho phép tạo ra công nghệ đo kiểm pin hiệu quả cao hơn. Các thiết bị công suất WBG này làm giảm tổn thất chuyển mạch và truyền tải điện, cải thiện quá trình quản lý nhiệt. Cùng với công nghệ tái tạo, quá trình đo kiểm pin hiện tại có thể hoàn trả 96% năng lượng sử dụng để thử nghiệm trở lại lưới điện, thay vì tiêu tán thành nhiệt lượng, nhờ đó có thể làm giảm đáng kể chi phí điều hòa làm mát không khí.

Trong tương lai gần, đội xe vận tải điện với các gói pin dung lượng cao sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc hiện thực hóa tầm nhìn V2G. Các gói pin này có thể làm giảm nhẹ các mối lo ngại về việc không có đủ các hệ thống pin lưu trữ năng lượng khi nhiều nguồn cung cấp năng lượng tái tạo từ gió và mặt trời kết nối với lưới điện. Pin có thể lưu trữ năng lượng dư thừa được tạo ra bởi các nguồn năng lượng tái tạo và đưa điện trở lại lưới điện trong thời gian sử dụng điện cao điểm.

Cũng theo bà Hwee Yng Yeo, việc điện khí hóa các đội phương tiện vận tải hạng nặng có rất nhiều tiềm năng đóng góp cho một tương lai sạch hơn của ngành giao thông, đồng thời giúp giảm lượng khí thải carbon. Keysight cam kết giúp các nhà sản xuất ô tô và pin đáp ứng nhu cầu thiết kế và đo kiểm của họ.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng