Ô tô điện

1.Xe ô tô điện (electronic car)

Electronic car là xe ô tô điện chạy bằng một hoặc nhiều động cơ điện, bằng cách sử dụng năng lượng thường được lưu trữ trong các pin điện có thể sạc lại.

Figure 1: Tesla Model S đang sạc tại một siêu sạc

Từ năm 2008, một thời kì phục hưng trong sản xuất xe điện diễn ra do những tiến bộ trong công nghệ pin, liên quan với việc tăng giá dầu, và mong muốn giảm hiệu ứng nhà kính. Một vài quốc gia và chính quyền địa phương đã thiết lập thuế tín dụng, trợ cấp và các khoản ưu đãi khác để thúc đẩy đưa xe điện vào và bây giờ được lựa chọn trong thị trường đại chúng tùy thuộc vào kích cỡ pin, phạm vi hoạt động và giá. Tín dụng thuế tối đa hiện nay được cấp bởi chính phủ Mỹ là $7500 trên một ô tô. So với những chiếc xe có động cơ đốt trong, xe điện êm hơn và không có khí thải, và ở hầu hết các nơi với một vài ngoại lệ, lượng phát thải nói chung là thấp hơn.

Việc sạc xe điện có thể thực hiện ở rất nhiều trạm sạc, các trạm sạc này có thể được lắp đặt trong nhà và ở các địa điểm công cộng. Hai xe điện bán chạy nhất là Nissan Leaf và Tesla Model S, có phạm vi hoạt động lên tới 243km và 539km tương ứng.

Figure 2: Nissan Leaf, đã bán được trên 300.000 chiếc trên toàn thế giới tính tới tháng 2 năm 2018

Tính đến tháng 6/2017, có trên 2 triệu xe ô tô điện được sử dụng trên thế giới. Nissan Leaf là chiếc xe điện chạy trên đường cao tốc bán chạy nhất từ ​​trước tới nay, với hơn 300.000 chiếc được bán trên toàn cầu vào tháng 1 năm 2018. Xếp hạng thứ hai là Tesla Model S với hơn 213.000 chiếc được bán trên toàn thế giới tính đến hết tháng 11 năm 2017.

2.Thuật ngữ

Figure 4: Xe ô tô điện được chế tạo bởi Thomas Parker, ảnh từ năm 1895.

Electronic car là một loại phương tiện chạy bằng điện (Electric vehicle – EV). Thuật ngữ ‘electric vehicle’ ám chỉ tới tất cả các phương tiện sử dụng lực đẩy từ động cơ điện, trong khi ‘electric car’ ám chỉ chung tới các xe ô tô có khả năng chạy trên đường cao tốc được cấp nguồn bằng nguồn điện. Các phương tiện điện tốc độ thấp được phân loại thành xe lân cận điện (NEV) ở Hoa Kì, xe máy điện ở Châu Âu, là xe điện nhỏ hoặc xe ô tô thành phố với sự giới hạn về khối lượng, công suất điện và tốc độ tối đa được đi trên các đường công cộng hoặc đường phố với giới hạn tốc độ nhất định, điều này thay đổi theo từng quốc gia.

Trong khi nguồn năng lượng của xe ô tô điện là một viên pin không rõ ràng gắn trên xe (on-board), các xe ô tô điện với các động cơ được cấp bởi các nguồn năng lượng khác thường được gọi bằng một tên tương ứng. Một chiếc xe ô tô điện mang pin năng lượng mặt trời, được gọi là xe ô tô năng lượng mặt trời, và một xe ô tô điện chạy bằng máy phát điện chạy xăng là một dạng xe hybrid (xe lai điện). Vì vậy, xe ô tô điện mà nguồn là một cụm pin gắn trên xe là một dạng của phương tiện điện chạy bằng pin. Thuật ngữ “electric car” được sử dụng thường xuyên nhất để ám chỉ các phương tiện điện chạy bằng pin.

3.Lịch sử

Trong năm 1884, hơn 20 năm trước khi chiếc Ford Model T ra đời thì Thomas Packer chế tạo ra chiếc xe điện thực tế đầu tiên tại London năm 1884, bằng cách sử dụng các pin dung lượng lớn có thể thay thế được thiết kế đặc biệt. Ngoài ra chiếc FlockenElecktrowagen năm 1888 cũng đã được thiết kế bởi nhà sáng chế người Đức Andrea Flocken. Xe ô tô điện là một trong những phương tiện được  ưa thích cho động cơ  ô tô vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, mang đến mức độ thoải mái và dễ vận hành mà những chiếc xe chạy xăng không thể đạt được trong thời gian này. Số lượng xe điện đạt đỉnh điểm vào khoảng 30.000 xe vào đầu thế kỷ 20. Năm 1897, xe ô tô điện đã được sản xuất với phiên bản thương mại đầu tiên được sử dụng tại USA. Dựa trên một thiết kế của Electrobat II, một đội gồm mười hai xe taxi ngựa hai bánh và một xe độc mã (hai hoặc 4 bánh) đã được sử dụng ở thành phố New York như là một phần của một dự án được tài trợ một phần bởi Công ty Electronic Strorage Batterry của Philadelphia. Trong suốt thế kỉ 20, các nhà sản xuất chính của các phương tiện điện tại Mỹ là Anthony Electric, Baker, Columbia, Anderson, Edison, Riker, Miburn, Bailey Electric và các công ty khác. Không giống như phương tiện chạy bằng khí đốt, một phương tiện bằng điện chạy chậm hơn và ít ồn hơn, và nó cũng không yêu cầu bộ chuyển đổi bánh răng.

Những tiến bộ trong động cơ đốt trong (ICE) trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 20 làm giảm lợi thế tương đối của xe điện. Phạm vi hoạt động rộng và thời gian tiếp nhiên liệu nhanh hơn của dòng xe xăng, làm cho chúng trở nên phổ biến hơn và giúp mở rộng nhanh chóng cơ sở hạ tầng ngành xăng dầu, việc xăng trở nên dễ tìm, cùng với sự ra đời vào năm 1912 của bộ khởi động cho động cơ xăng đốt trong thì động cơ khởi động bằng điện đã được thay thế.

Sáu chiếc xe điện đã giữ kỷ lục tốc độ chạy trên đất liền. Chiếc cuối cùng là La Jamais Contente có hình dạng tên lửa, được điều khiển bởi Camille Jenatzy, đã phá vỡ rào cản tốc độ 100 km / h (62 mph) bằng cách đạt tốc độ tối đa 105,88 km / h (65,79 mph) vào ngày 29 tháng 4 năm 1899.

Vào đầu những năm 1990, Ủy ban Tài nguyên Không khí California (CARB) đã bắt đầu thúc đẩy các loại xe tiết kiệm nhiên liệu, ít khí thải hơn, với mục tiêu cuối cùng là chuyển sang các phương tiện không khí thải như xe điện. Đáp lại, các nhà sản xuất ô tô đã phát triển các mô hình điện, bao gồm Chrysler TEVan, xe tải Ford Ranger EV, GM EV1 và xe bán tải S10 EV, hatchback Honda EV Plus, Nissan Altra EV miniwagon và Toyota RAV4 EV. Cả American Electricar và Solectria đều sản xuất xe điện 3 pha AC Geo với sự hỗ trợ của GM, Hughes và Delco. Những chiếc xe đầu tiên này cuối cùng đã được rút khỏi thị trường Mỹ.

Figure 4: General Motors EV1, một trong những chiếc xe được giới thiệu do Ủy Ban Không Quân California ủy nhiệm, có tầm hoạt động 160 dặm (260 km) với pin NiMH vào năm 1999

Nhà sản xuất ô tô điện Tesla Motors của California đã bắt đầu phát triển vào năm 2004 về những gì sẽ trở thành chiếc Tesla Roadster (2008), chiếc xe đầu tiên được giao cho khách hàng vào năm 2008. Roadster là loạt sản phẩm xe hoàn toàn bằng điện sử dụng pin lithium-ion đầu tiên chạy trên đường cao tốc và sản xuất xe hoàn toàn bằng điện đầu tiên để đi du lịch hơn 320 km (200 dặm) sau mỗi lần sạc.

Figure 6: Tesla Roadster đã giúp truyền cảm hứng cho thế hệ xe điện hiện đại.

Doanh số toàn cầu của Tesla đã vượt qua 250.000 chiếc vào tháng 9 năm 2017. Liên minh Renault-Nissan-Mitsubishi đạt mốc 500.000 xe điện bán ra trong tháng 10/2017. Tesla đã bán mẫu S thứ 200 của mình trong quý 4 năm 2017. Doanh số bán Global Leaf đã vượt qua 300.000 chiếc trong tháng 1 năm 2018, giữ kỷ lục của nó là chiếc xe chạy điện bán chạy nhất thế giới.

Nhiều quốc gia đã đặt mục tiêu cấm bán xe chạy bằng xăng và dầu diesel trong tương lai, đáng chú ý; Na Uy vào năm 2025, Trung Quốc vào năm 2030, Ấn Độ vào năm 2030, Đức vào năm 2030, Pháp vào năm 2040 và Anh vào năm 2040 hoặc 2050.

4.Kinh tế

• Tổng chi phí sở hữu

Tính đến năm 2018, các loại xe chạy bằng điện ít tốn kém hơn so với các loại động cơ đốt trong tương đương do chi phí sửa chữa và năng lượng thấp hơn. Tuy nhiên, tính đến tháng 4 năm 2018, chi phí trung bình cho xe điện ngày càng cao để mua ban đầu.

Một nghiên cứu năm 2011 cho thấy rằng việc tiết kiệm chi phí xăng của xe điện chạy trong suốt vòng đời của chúng không bù được cho giá mua cao hơn.

Nhà sản xuất ô tô BYD của Trung Quốc đã tính toán trên trang web của mình vào năm 2015 rằng một chiếc taxi BYD e6 trong năm năm sẽ tiết kiệm khoảng 74.000 đô la so với mức tiêu thụ xăng tương đương.

Vào năm 2018, công ty tư vấn của Chính phủ Liên bang Úc về lượng khí thải xe ước tính TCO đối với xe điện là từ 5 đến 10 nghìn đô la nhiều hơn mỗi năm so với một chiếc xe chạy bằng xăng tương đương.

• Giá mua

Theo một cuộc khảo sát năm 2010, khoảng ba phần tư người mua xe Mỹ và Anh có hoặc sẽ cân nhắc việc mua một chiếc xe điện, nhưng họ không muốn trả nhiều tiền cho một chiếc xe điện. Một số chính quyền quốc gia và địa phương đã thiết lập các khoản tín dụng thuế, trợ cấp và các ưu đãi khác để giảm giá mua của xe điện và các phương tiện điện khác.

Các nhà sản xuất xe ô tô chọn các chiến lược khác nhau cho EV. Đối với sản phẩm thấp, việc chuyển đổi nền tảng hiện có là rẻ nhất khi chi phí phát triển thấp. Với sản phẩm cao hơn, một nền tảng chuyên dụng có thể được ưu tiên để tối ưu hóa thiết kế.

Gần 80% xe điện ở Mỹ được cho thuê, trong khi tỷ lệ cho thuê cho toàn bộ đoàn xe của nước này là khoảng 30%. Vào đầu năm 2018, những chiếc xe điện nhỏ gọn năm 2014 chiếm 23% giá bán ban đầu, vì những chiếc xe này có thể so sánh với động cơ đốt trong đáng giá 41%.

Tesla Motors sử dụng các pin cỡ laptop với chi phí khoảng 200 đô la mỗi kilowatt giờ.

• Chi phí vận hành

Theo một nghiên cứu được thực hiện vào năm 2018, chi phí vận hành trung bình của một chiếc xe điện ở Hoa Kỳ là 485 đô la mỗi năm, trong khi với một động cơ đốt trong là 1.117 đô la mỗi năm.

5.Khía cạnh môi trường

Xe ô tô điện có một số ích lợi so với động cơ đốt trong thông thường, bao gồm giảm đáng kể ô nhiễm không khí tại địa phương, đặc biệt là ở các thành phố, vì chúng không phát ra các chất gây ô nhiễm có hại như bụi (bồ hóng) hay các hợp chất hữu cơ dễ hơi VOCs,hydrocacbon, cacbon monoxit, ozone , chì và các oxit nitơ khác nhau. Lợi ích không khí sạch có thể chỉ là cục bộ bởi vì, tùy thuộc vào nguồn điện sử dụng để sạc pin, lượng khí thải gây ô nhiễm có thể được chuyển đến vị trí của các nhà máy phát điện. [2] Đây được gọi là ống xả dài của xe điện. Lượng khí carbon dioxide thải ra phụ thuộc vào cường độ phát thải của các nguồn năng lượng được sử dụng để sạc xe, hiệu quả của chiếc xe nói trên và năng lượng lãng phí trong quá trình sạc. Đối với điện lưới, cường độ phát thải thay đổi đáng kể trên mỗi quốc gia và trong một quốc gia cụ thể và theo nhu cầu, tính khả dụng của nguồn tái tạo và hiệu quả của thế hệ nhiên liệu hóa thạch được sử dụng tại một thời điểm nhất định.

6.Hiệu năng

• Thiết kế tăng tốc và hệ thống truyền lực

Động cơ điện có thể cung cấp tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao và pin có thể được thiết kế để cung cấp dòng điện lớn để hỗ trợ các động cơ này. Động cơ điện có đường cong mô-men xoắn rất phẳng xuống đến tốc độ bằng không. Để đơn giản và đáng tin cậy, nhiều xe điện sử dụng hộp số tỷ lệ cố định và không có khớp ly hợp. Một số xe điện có công suất động cơ rất nhỏ từ 15 kW (20 mã lực) trở xuống và do đó có khả năng tăng tốc khiêm tốn, nhiều xe điện có động cơ lớn và gia tốc nhanh. Ngoài ra, mô-men xoắn tương đối không đổi của động cơ điện ngay cả ở tốc độ rất thấp có xu hướng tăng gia tốc của một chiếc xe điện tương ứng với động cơ đốt trong.

Xe điện cũng có thể sử dụng cấu hình trực tiếp từ mô-tơ đến bánh xe làm tăng sức mạnh sẵn có. Có động cơ kết nối trực tiếp với mỗi bánh xe cho phép các bánh xe được sử dụng cho cả động cơ đẩy và hệ thống phanh, do đó tăng lực kéo. Khi không được trang bị với một trục, vi sai, hoặc truyền tải, xe điện có hệ thống truyền động quay ít quán tính.

Ví dụ, Venturi Fetish mang lại khả năng tăng tốc siêu xe mặc dù tương đối khiêm tốn 220 kW (300 mã lực) và tốc độ tối đa khoảng 160 km / h (100 dặm / giờ). Một số tay đua được trang bị động cơ kéo DC EVs có hộp số tay 2 cấp đơn giản để cải thiện tốc độ tối đa. Các Tesla Roadster (2008) 2.5 Thể thao có thể tăng tốc từ 0 lên 97 km / h (0 đến 60 dặm một giờ) trong 3,7 giây với động cơ 215 kW (288 mã lực). Tesla Model S P100D (Hiệu suất / 100kWh / ổ đĩa 4 bánh) có khả năng tăng tốc trong 2,28 giây với tốc độ 0-60 mph cómức giá 140.000 đô la. Tính đến tháng 5 năm 2017, P100D là chiếc xe sản xuất nhanh thứ hai được chế tạo, chậm hơn chỉ bằng 0,08 chỉ với chiếc Porsche 918 Spyder 847.975 đô la. Nguyên mẫu Wrightspeed X1 được tạo ra bởi Wrightspeed Inc là chiếc xe điện đường phố hợp pháp nhanh nhất thế giới năm 2009 để tăng tốc từ 0 lên 97 km / h (0 đến 60 dặm / giờ), nó chỉ cần 2,9 giây. Siêu xe điện Rimac Concept One có thể đi từ 0-100 km / giờ (0–62 dặm / giờ) trong 2,8 giây sử dụng động cơ 811 kW (1.088 mã lực).

Figure 7: Rimac Concept One, siêu xe điện năm 2013. Tăng tốc từ 0 đến 100km/h trong 2.5s

7.Hiệu quả năng lượng

Động cơ đốt trong có giới hạn nhiệt động lực học về hiệu suất, được biểu thị bằng phần năng lượng được sử dụng để đẩy xe so với năng lượng được tạo ra bởi nhiên liệu đốt. Động cơ xăng có hiệu quả chỉ sử dụng 15% hàm lượng nhiên liệu để di chuyển xe hoặc phụ kiện điện, và động cơ diesel có thể đạt hiệu suất trên xe 20%, trong khi xe điện có hiệu suất trên xe trên 90% khi được tính năng lượng hóa học được lưu trữ, hoặc khoảng 80% khi được tính vào năng lượng cần thiết để sạc lại.

Động cơ điện hiệu quả hơn động cơ đốt trong khi chuyển đổi năng lượng được lưu trữ thành năng lượng chạy xe. Xe điện không chạy không tải. Phanh tái tạo (cũng có cho các loại xe chạy bằng động cơ đốt trong, mặc dù có độ phức tạp lớn hơn) có thể phục hồi đến 1/5 năng lượng thường bị mất trong quá trình phanh.

Sản xuất và chuyển đổi xe điện thường sử dụng 10 đến 23 kW · h / 100 km (0,17 đến 0,37 kW · h / mi). Khoảng 20% ​​điện năng tiêu thụ này là do thiếu hiệu quả trong việc sạc pin. Tesla Motors chỉ ra rằng hiệu quả của xe (kể cả tính sạc điện thiếu hiệu quả) của pin lithium-ion của họ là 12,7 kW · h / 100 km (0,21 kW · h / mi) và hiệu quả tốt tới bánh xe (giả sử điện được tạo ra từ khí thiên nhiên) là 24,4 kW · h / 100 km (0,39 kW · h / mi).

8.Làm nóng và làm lạnh cabin

Không giống như các loại xe chạy bằng động cơ đốt trong, xe điện tạo ra rất ít nhiệt thải, và bên trong có thể cần cung cấp nhiệt sưởi ấm, để tiện lợi cho người bên trong. Trong khi hệ thống sưởi có thể được cung cấp với một máy sưởi điện trở, hiệu quả cao hơn và tích hợp làm mát có thể thu được với một máy bơm nhiệt làm nhiệm vụ đưa nhiệt ra. Việc tích hợp hệ thống làm mát nhiệt độ (PTC) làm mát tại đường giao nhau cũng hấp dẫn vì sự đơn giản của nó – hệ thống này đã được sử dụng, ví dụ, trong Tesla Roadster (2008).

Để tránh sử dụng một phần năng lượng của pin để sưởi ấm và do đó làm giảm phạm vi hoạt động, một số mẫu xe cho phép cabin được làm ấm khi xe được cắm sạc. Ví dụ, Nissan Leaf, Mitsubishi i-MiEV và Tesla Model S có thể được đun nóng trước khi xe được cắm sạc.

Một số xe điện, ví dụ như Citroën Berlingo Electrique, sử dụng một hệ thống sưởi phụ trợ (như các hệ thống sưởi chạy xăng được sản xuất bởi Webasto hoặc Eberspächer) nhưng với điều này,chúng hy sinh các chứng nhận “xanh” và “không khí thải”. Cabin làm mát có thể được tăng cường với năng lượng mặt trời, hoặc bằng cách tự động cho phép không khí bên ngoài chảy qua xe khi xe đỗ. Hai mô hình của Toyota Prius 2010 bao gồm tính năng này như là một sự lựa chọn.

9.An toàn

Các vấn đề an toàn của BEV phần lớn được xử lý theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 6469. Tài liệu này được chia thành ba phần giải quyết các vấn đề cụ thể:

1. Lưu trữ năng lượng điện trên xe cụ thể là pin
2. Phương tiện an toàn chức năng và bảo vệ chống hỏng hóc
3. Bảo vệ người chống lại các mối nguy về điện. Nguy cơ về lửa

Figure 8: Kiểm tra tác động một bên của Tesla Model X

Giống như các bộ phận tương ứng trong động cơ đốt trong của chúng, pin xe điện có thể bắt lửa sau khi bị hỏng hoặc hỏng máy. Sự cố cháy xe điện đã xảy ra, mặc dù ít xảy ra nếu tính trên dặm đường so với xe truyền thống. Vụ cháy liên quan đến vụ tai nạn trong thời hiện đại đầu tiên được báo cáo tại Trung Quốc vào tháng 5 năm 2012, sau khi một chiếc xe tốc độ cao đâm vào một chiếc taxi BYD e6 ở Thâm Quyến. Vụ việc thứ hai xảy ra tại Hoa Kỳ vào ngày 1 tháng 10 năm 2013, khi một chiếc Tesla Model S bị cháy trong vòng mười phút sau khi chiếc xe điện đâm vào mảnh vụn kim loại trên đường cao tốc ở Kent, tiểu bang Washington và các mảnh vụn  gây thủng một trong 16 mô-đun bên trong bộ pin. Một vụ cháy thứ hai xảy ra vào ngày 18 tháng 10 năm 2013 tại Merida, Mexico. Trong vụ việc này chiếc xe đang được lái ở tốc độ cao băng qua một bùng binh , đâm xuyên qua một bức tường sau đó đâm vào một cái cây. Ngọn lửa nổ ra ít phút sau khi người lái xe ra khỏi xe. Vào ngày 6 tháng 11 năm 2013, một chiếc Tesla Model S được điều khiển trên Xa lộ Liên tiểu bang 24 gần Murfreesboro, Tennessee bắt lửa sau khi nó đâm vào một xe kéo trên đường, làm bị thương người ka1i xe đầu kéo.

Tại Hoa Kỳ, General Motors điều hành một số chương trình đào tạo nhân viên cứu hỏa và người sơ cứu để chứng minh chuỗi nhiệm vụ cần thiết để vô hiệu hóa an toàn hệ thống truyền động của Chevrolet Volt và hệ thống điện 12 volt, điều khiển các thành phần điện áp cao, và sau đó tiến hành giải thoát những người bị thương. Hệ thống điện áp cao của Volt được thiết kế để tự động tắt trong trường hợp bật túi khí, và để phát hiện mất liên lạc từ mô-đun điều khiển túi khí. GM cũng cung cấp Hướng dẫn ứng phó khẩn cấp cho 2011 Volt để sử dụng bởi những người ứng cứu khẩn cấp. Hướng dẫn cũng mô tả các phương pháp vô hiệu hóa hệ thống điện áp cao và xác định thông tin vùng cắt. Nissan cũng đã xuất bản hướng dẫn cho những người sơ cứu chi tiết thủ tục xử lý một chiếc 2011 Leaf bị hư hại tại hiện trường tai nạn, bao gồm cả việc tắt hệ thống điện áp cao bằng tay, thay vì quy trình tự động tích hợp trong hệ thống an toàn của xe.

• An toàn phương tiện

Một nỗ lực lớn được thực hiện để giữ cho khối lượng của một chiếc xe điện càng thấp càng tốt để cải thiện phạm vi hoạt động và độ bền của nó. Tuy nhiên, trọng lượng và số lượng lớn của pin thường làm cho EV nặng hơn một chiếc xe xăng khi đem so sánh, giảm phạm vi hoạt động và dẫn đến khoảng cách phanh xa hơn. Tuy nhiên, trong một vụ va chạm, những người trong một chiếc xe hạng nặng sẽ trung bình ít bị thương hơn và ít nghiêm trọng hơn những người trong một chiếc xe nhẹ hơn; do đó, trọng lượng bổ sung mang lại lợi ích an toàn mặc dù có tác động tiêu cực đến hiệu suất của chiếc xe. Họ cũng sử dụng không gian nội thất nếu đóng gói không hiệu quả. Nếu được đặt trong khoang hành khách, không chỉ là trường hợp này, chúng còn làm hạ trọng tâm của xe, tăng tính ổn định lái xe, do đó làm giảm nguy cơ tai nạn do mất kiểm soát. Một tai nạn trong một chiếc xe 2.000 lb (900 kg) sẽ trung bình gây ra khoảng 50% thương tích cho người  ở trong nó hơn 3.000 lb (1.400 kg). Trong một tai nạn xe ô tô đơn lẻ, và với chiếc xe khác, khối lượng giảm gây ra sự gia tăng gia tốc và do đó làm tăng mức độ nghiêm trọng của tai nạn.

Một số xe điện sử dụng lốp kháng lăn thấp, thường có độ bám ít hơn lốp bình thường. Nhiều xe điện nhỏ, nhẹ và mỏng manh, tuy nhiên, và do đó không cung cấp đầy đủ bảo vệ an toàn. Viện bảo hiểm an toàn đường cao tốc ở Mỹ đã lên án việc sử dụng xe tốc độ thấp và “xe tải mini”, được gọi là xe điện khu phố (NEV) khi được cung cấp lực bởi động cơ điện, trên đường công cộng. Quan tâm đến điều này, một số công ty (Tesla Motors, BMW, Uniti) đã thành công trong việc giữ cho thân xe sáng, trong khi làm cho nó rất mạnh mẽ.

• Nguy hiểm cho người đi bộ

Ở tốc độ thấp, xe điện sinh ra ít tiếng ồn trên đường hơn so với các loại xe chạy bằng động cơ đốt trong. Người khiếm thị chú ý đến tiếng ồn của động cơ đốt trong là một trợ giúp hữu ích trong khi băng qua đường, do đó xe điện và xe lai có thể gây nguy hiểm bất ngờ. Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng đây là một mối quan tâm hợp lý, vì các phương tiện hoạt động ở chế độ điện có thể đặc biệt khó nghe dưới 20 mph (30 km/h), ảnh hưởng đến tất cả người đi đường, không chỉ là người khiếm thị. Ở tốc độ cao hơn, âm thanh được tạo ra bởi ma sát lốp và không khí di chuyển quanh xe mới bắt đầu phát ra tiếng ồn.

Chính phủ Nhật Bản, Quốc hội Mỹ và Nghị viện châu Âu đã thông qua luật để điều chỉnh mức âm thanh tối thiểu cho xe điện và xe hybrid khi hoạt động ở chế độ điện, để người mù, người đi bộ và người đi xe đạp có thể nghe thấy khi xe đến và phát hiện ra hướng mà xe đang tiếp cận. Nissan Leaf là chiếc xe điện đầu tiên sử dụng âm thanh xe ô tô của Nissan cho hệ thống giúp ích người đi bộ, bao gồm một âm thanh khi xe chuyển động về phía trước và một âm thanh khác khi xe quay lại. Tính đến tháng 1 năm 2014, hầu hết các xe lai và xe điện có sẵn tại Hoa Kỳ, Nhật Bản và châu Âu đều có tiếng ồn cảnh báo bằng hệ thống loa. Tesla Model S là một trong số ít những chiếc xe điện không có âm thanh cảnh báo; Tesla Motors sẽ chờ cho đến khi các quy định được ban hành. Volkswagen và BMW cũng quyết định thêm âm thanh nhân tạo vào xe ô tô chạy điện của họ chỉ khi được yêu cầu theo quy định.

Một số người ủng hộ việc chống ồn cho xe điện đã phản đối việc đề xuất âm thanh nhân tạo làm cảnh báo cho người đi bộ vì họ cho rằng hệ thống sẽ chỉ làm tăng ô nhiễm tiếng ồn. Thêm vào đó, trong các đề xuất như vậy dựa trên loại xe không phải mức độ tiếng ồn thực tế, một mối quan tâm chính của ICE là khiến chúng trở nên yên tĩnh hơn.

10.Điều khiển

Hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất EV đều cố gắng hết sức để mô phỏng trải nghiệm lái xe gần giống nhất có thể với chiếc xe có hộp số tự động thông thường mà người lái xe ở một số quốc gia quen thuộc. Do đó hầu hết các mô hình có một bộ chọn PRNDL truyền thống trong xe ô tô với hộp số tự động mặc dù sự khác biệt cơ học cơ bản. Các nút bấm là cách dễ nhất để thực hiện vì tất cả các chế độ được thực hiện thông qua phần mềm trên bộ điều khiển của xe.

Mặc dù động cơ có thể được kết nối cứng với các bánh xe thông qua hộp số tỷ lệ cố định và không có bánh cóc đậu thay vào đó xe có thể có các chế độ “P” và “N” trên bộ lựa chọn. Trong trường hợp này, động cơ bị tắt trong “N” và phanh tay được kích hoạt bằng điện cung cấp chế độ “P”.

Trong một số chiếc xe, động cơ sẽ quay chậm để cung cấp một lượng nhỏ sự trượt trong “D”, tương tự như một kiểu tự động truyền thống.

Khi chân được nâng lên từ máy gia tốc của một ICE, phanh động cơ làm cho chiếc xe chậm lại. Một EV sẽ đi theo những điều kiện này, nhưng áp dụng phanh tái tạo nhẹ thay vì cung cấp một phản ứng quen thuộc hơn và sạc pin một chút. Việc chọn chế độ L sẽ tăng hiệu ứng này cho việc lái xe xuống dốc, tương tự như việc chọn một bánh răng thấp hơn. Những tính năng này cũng làm giảm việc sử dụng phanh thông thường, giảm đáng kể hao mòn và chi phí bảo trì cũng như cải thiện phạm vi hoạt động của xe.

11.Pin

Trong khi hầu hết các thiết kế xe điện tốc độ cao hiện nay đều tập trung vào lithium-ion và các biến thể dựa trên lithium khác, nhiều loại pin thay thế cũng có thể được sử dụng. Pin dựa trên Lithium thường được chọn do mật độ năng lượng nhưng có thời hạn sử dụng hạn chế và tuổi thọ theo chu kỳ có thể làm tăng đáng kể chi phí vận hành của xe. Các biến thể như Lithium iron phosphate và Lithium-titanate cố gắng giải quyết các vấn đề về độ bền của pin lithium-ion truyền thống.

Figure 9: Nguyên mẫu pin polymer lithium-ion 50 Wh/kg. Các pin lithium-ion mới hơn có

Các loại pin khác bao gồm pin axít chì vẫn là dạng năng lượng được sử dụng nhiều nhất cho hầu hết các loại xe điện được sử dụng ngày nay. Chi phí xây dựng ban đầu thấp hơn đáng kể so với các loại pin khác, nhưng tỷ lệ công suất / trọng lượng kém hơn các thiết kế khác, Pin nickel metal hydride (NiMH) có tỷ lệ công suất yếu hơn so với lithium ion, nhưng rẻ hơn. Một số hóa chất pin khác đang được phát triển như pin zinc-air có thể nhẹ hơn nhiều, và pin lỏng có thể được thay thế nhanh chóng, thay vì sạc lại.

12.Phạm vi hoạt động

Phạm vi hoạt động của một chiếc xe điện phụ thuộc vào số lượng và loại pin được sử dụng, trọng lượng và loại xe, yêu cầu hiệu suất và thời tiết.

Phạm vi hoạt động của xe điện sản xuất trong năm 2017 dao động từ 62 dặm (Renault Twizy) đến 335 dặm (540 km) (Tesla Model S 100D).

Figure 10: So sánh phạm vi hoạt động được đánh giá bởi EPA cho mẫu xe điện năm 2016 và 2017 được xếp hạng cho đến tháng 7 năm 2017. Xe Tesla thể hiện tương ứng với các biến thể có phạm vi dài nhất và ngắn nhất cho mỗi mô hình.

Phần lớn các xe điện được trang bị màn hình hiển thị phạm vi dự kiến. Điều này có thể tính đến nhiều yếu tố, bao gồm sạc pin, lượng điện sử dụng trung bình gần đây, nhiệt độ môi trường xung quanh, cách lái xe, hệ thống điều hòa không khí, địa hình tuyến đường… để đưa ra một phạm vi lái xe ước tính. Tuy nhiên, vì các yếu tố có thể thay đổi theo lộ trình, phạm vi hoạt động ước tính có thể thay đổi so với phạm vi thực tế đạt được. Màn hình hiển thị cho phép người lái xe lựa chọn thông tin về tốc độ lái xe và có dừng lại ở điểm sạc trên đường không. Một số tổ chức bên đường hỗ trợ cung cấp xe tải để sạc xe điện trong trường hợp khẩn cấp.

13.Việc sạc pin

Figure 11: Toàn cảnh trạm sạc siêu nhanh Tesla tại Tejon Ranch, California

Xe điện thường được sạc qua đêm từ trạm sạc được lắp đặt trong nhà của chủ sở hữu hoặc từ các trạm sạc nhanh hơn được tìm thấy trong các doanh nghiệp và khu vực công cộng.

Trong mỗi khu vực lớn trên thế giới, các trạm sạc xe ô tô cơ bản phổ biến trên các đại lý xe ô tô và trạm sạc, và chỉ cần cắm bộ sạc vào xe điện sẽ sạc xe với tốc độ nhanh nhất mà xe ô tô và bộ sạc có thể hỗ trợ. Một ngoại lệ đáng chú ý là dòng xe Tesla, sử dụng bộ sạc độc quyền của riêng họ. Xe ô tô Tesla có thể sử dụng thiết bị sạc chuẩn với việc sử dụng bộ chuyển đổi.

Một số công ty đã thử nghiệm với việc trao đổi pin để loại bỏ thời gian chờ trong khi sạc.

14.Xe hybrid

Một số phương tiện đã được lắp đặt bộ phát điện và động cơ điện tương ứng,song song với động cơ xăng có sẵn trên xe, đây được coi là một loại xe hybrid.

15.Vòng đời

Tuổi thọ pin nên được cân nhắc khi tính toán chi phí sở hữu mở rộng. Tốc độ mà chúng hết hạn phụ thuộc vào loại pin và cách chúng được sử dụng, vì thường xuyên sạc pin quá mức có thể dẫn đến sự suy giảm của phạm vi sử dụng. Pin Lithium-ion giảm nhanh hơn khi được bảo quản ở nhiệt độ cao hơn, khi chúng được sạc nhanh và khi chúng được sạc đầy. Nhiều người dùng thường xuyên tính pin xe ô tô của họ đến 80%, chỉ tính pin tới 100% cho các chuyến đi dài hơn.

Nissan tuyên bố trong năm 2015 rằng cho đến nay chỉ có 0,01% pin được thay thế vì hỏng hoặc các vấn đề, và sau đó chỉ vì thiệt hại bên ngoài gây ra. Có rất ít phương tiện đã di chuyển hơn 200.000 km (124.274 dặm). Đây không là vấn đề với pin.

16.Tương lai

• Tự động đỗ và sạc

Volkswagen, với sự cộng tác của 6 đối tác, đang phát triển V-Charge – một dự án nghiên cứu của EU tập trung vào việc tự động hóa bãi đậu xe và sạc pin xe điện. Mục tiêu của dự án này là phát triển một hệ thống xe thông minh cho phép lái xe tự động trong các khu vực được chỉ định (ví dụ như đỗ xe và đi xe) và có thể cung cấp hỗ trợ lái xe cao cấp trong môi trường đô thị. Tesla đã thể hiện sự quan tâm đến việc tạo ra một cánh tay tự động sạc pin của họ.

Figure 12: Taxi BYD e6. Sạc trong 15 phút tới 80%

• Tính khả dụng của Lithium

Nhiều xe điện sử dụng pin lithium-ion và động cơ điện sử dụng các nguyên tố đất hiếm. Nhu cầu về lithium, kim loại nặng và các nguyên tố cụ thể khác (như neodymium, boron và coban) cần thiết cho pin và hệ thống truyền động dự kiến ​​sẽ tăng đáng kể do tăng doanh số bán hàng trong tương lai của xe điện trong trung hạn và dài hạn. Một số khu dự trữ lớn nhất thế giới về lithium và các kim loại quý hiếm khác được đặt tại các quốc gia có chủ nghĩa dân tộc vững mạnh, chính phủ không ổn định hoặc thù địch với lợi ích của Mỹ, tăng lo ngại về nguy cơ thay thế sự phụ thuộc vào dầu mỏ nước ngoài. Người ta ước tính rằng có đủ lithium dự trữ để cung cấp điện cho 4 tỷ xe điện.

Figure 13: BMW i3 có động cơ mở rộng phạm vi chạy xăng tùy chọn

• Các phương pháp lưu trữ năng lượng khác

Thiết bị lưu trữ năng lượng siêu dẫn và thiết bị lưu trữ năng lượng bánh đà cung cấp khả năng lưu trữ tương đương, sạc nhanh hơn và biến động thấp hơn. Chúng có khả năng vượt qua pin là bộ lưu trữ có thể sạc lại ưa thích cho EV. Việc sử dụng chúng bao gồm FIA trong các quy định thể thao của các hệ thống năng lượng cho xe đua Công thức 1 năm 2007 (đối với siêu tụ điện) và 2009 (đối với thiết bị lưu trữ năng lượng bánh đà).

• Xe năng lượng mặt trời

Xe năng lượng mặt trời là xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời trực tiếp, thông thường, thông qua các tế bào quang điện (PV) chứa trong các tấm năng lượng mặt trời chuyển năng lượng mặt trời trực tiếp thành năng lượng điện, thường được sử dụng để sạc pin.

17.Các bằng sáng chế sạc xe điện

Qualcomm, Hyundai, Ford, và Mitsubishi là những công ty có bằng sáng chế hàng đầu thế giới với gần 800 bằng sáng chế sạc xe điện được đệ trình từ năm 2014 đến năm 2017. Phần lớn các bằng sáng chế về sạc xe điện được nộp tại Nhật Bản từ năm 2014 đến năm 2017. Tiếp theo là Mỹ và sau đó là Trung Quốc.

Figure 14: Salar de Uyuni ở Bolivia là một trong những trữ lượng lithium lớn nhất trên thế giới được biết đến.

18.Cơ sở hạ tầng

• Trạm sạc

Pin Xe điện được sạc phổ biến nhất và thuận tiện từ lưới điện qua đêm ở nhà, mà không có sự bất tiện của việc phải đi đến một trạm xăng. Việc sạc cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng trạm sạc trên đường phố, nhà để xe hoặc cửa hàng. Điện sạc từ lưới điện lần lượt được tạo ra từ nhiều nguồn khác nhau; chẳng hạn như than, thủy điện, hạt nhân và các loại khác. Các nguồn năng lượng như tấm pin mặt trời quang điện, vi thủy điện hoặc gió cũng có thể được sử dụng và được quảng bá vì những lo ngại về sự nóng lên toàn cầu.

Nhiều điện năng hơn để xe giảm thời gian sạc. Một ổ cắm gia dụng bình thường là khoảng 1.5 kW (ở Mỹ, Canada, Nhật Bản, và các nước khác với nguồn cung cấp 110 volt) đến 3 kW (ở các nước có nguồn cung cấp 230 V).

Figure 15: Trạm sạc tại Rio de Janeiro, Brazil. Trạm này do Petrobras điều hành và sử dụng năng lượng mặt trời.

Là một phần trong cam kết bền vững về môi trường, chính phủ Hà Lan đã khởi xướng kế hoạch thành lập hơn 200 trạm nạp điện cho xe điện trên toàn quốc vào năm 2015. Việc triển khai được thực hiện bởi công ty điện tử và tự động hóa ABB của Thụy Sỹ và công ty khởi nghiệp Fastned của Hà Lan. Để cung cấp ít nhất một trạm trên mỗi 50 km (31 dặm) cho Hà Lan 16 triệu cư dân.

Có một số loại máy sạc. Tiêu chuẩn CHAdeMO do Nhật Bản phát triển được Nissan, Mitsubishi và Toyota ưu tiên, trong khi tiêu chuẩn kết hợp J1772 của Hiệp hội kỹ sư ô tô (SAE) được hỗ trợ bởi GM, Ford, Volkswagen và BMW. Cả hai đều là hệ thống sạc nhanh hiện tại được thiết kế để sạc pin của xe điện đến 80 phần trăm trong khoảng 20 phút, nhưng hai hệ thống không tương thích. Trừ khi hai công ty hợp tác, các chuyên gia đã cảnh báo rằng đà của thị trường xe điện sẽ bị hạn chế. Richard Martin, giám đốc biên tập cho công ty tư vấn và tiếp thị công nghệ sạch Navigant Research, cho biết:

Sạc nhanh, tuy nhiên và bất cứ khi nào nó được xây dựng ra, sẽ là chìa khóa cho sự phát triển của một thị trường chính thống cho các xe sạc điện. Xung đột rộng hơn giữa các kết nối CHAdeMO và SAE Combo, chúng ta thấy một trở ngại cho thị trường trong vài năm tới cần được giải quyết.

Nghiên cứu tiếp tục về cách giảm thời gian sạc cho xe điện. Ví dụ: BMW i3 có thể sạc 0–80% pin trong vòng chưa đầy 30 phút ở chế độ sạc nhanh. Các bộ tăng áp được phát triển bởi Tesla Motors cung cấp lên đến 130 kW sạc, cho phép một khoản sạc 50% trong 20 phút. Xét kích thước của pin, xấp xỉ 212 km.

Figure 17: Một trạm sạc dành riêng cho hai chiếc xe trong siêu thị ở Lagos, Bồ Đào Nha

• Các bộ kết nối

Hầu hết các xe điện đã sử dụng khớp nối dẫn điện để cấp điện sạc sau khi Ban Tài nguyên không khí California chắc chắn theo tiêu chuẩn SAE J1772-2001 làm giao diện sạc cho xe điện ở California vào tháng 6 năm 2001. Tại Châu Âu, ACEA đã quyết định sử dụng đầu nối Loại 2 từ các loại phích cắm IEC_62196 để sạc điện cho xe điện của Liên minh Châu Âu khi đầu nối Loại 1 (SAE J1772-2009) không cung cấp sạc ba pha.

Cách tiếp cận khác là sạc cảm ứng bằng cách sử dụng một “paddle” không dẫn điện được đưa vào một khe trên xe. Delco Electronics đã phát triển hệ thống sạc điện cảm ứng Magne Charge vào khoảng năm 1998 cho General Motors EV1 và nó cũng được sử dụng cho các xe Chevrolet S-10 EV và Toyota RAV4 EV.

19.Vehicle-to-grid: uploading and grid buffering

Trong khoảng thời gian cao điểm, khi chi phí phát điện có thể rất cao, xe điện có thể đóng góp năng lượng cho lưới điện. Những chiếc xe này sau đó có thể được sạc lại trong giờ thấp điểm ban đêm với mức giá rẻ hơn trong khi giúp tiêu thụ điện trong khi đồng thời giúp tiêu thụ điện năng trong thời gian này. Ở đây pin trong các phương tiện phục vụ như một hệ thống lưu trữ phân tán đóng vai trò là bộ đệm nguồn điện.

20.Chính trị

Xe điện ít phụ thuộc vào dầu mỏ nước ngoài, mà đối với Hoa Kỳ và các nước phát triển hoặc mới nổi khác là nguyên nhân gây lo ngại về tính dễ bị tổn thương của biến động giá dầu và gián đoạn cung ứng. Cũng đối với nhiều nước đang phát triển, và đặc biệt đối với người nghèo nhất ở châu Phi, giá dầu cao có tác động bất lợi đến cán cân thanh toán, cản trở tăng trưởng kinh tế của họ. Tại Hoa Kỳ, ứng cử viên tổng thống Obama đề xuất trong năm 2008 xe điện vào năm 2015. Vào cuối năm 2015, khoảng 550 nghìn xe điện đã được bán tại Mỹ.

21.Xe điện hiện có

• Có khả năng đi trên đường cao tốc

Tính đến tháng 12 năm 2015, đã có hơn 30 mô hình xe ô tô chở khách chạy bằng điện và xe tải chạy trên toàn quốc có sẵn trên thị trường bán lẻ. Tổng số xe điện hạng nhẹ toàn cầu khoảng 739.810 chiếc, trong tổng số 1.257 triệu xe chạy bằng điện trên toàn cầu vào cuối năm 2015. Doanh thu toàn cầu của xe ô tô và xe tải điện đã vượt qua mốc 1 triệu chiếc vào tháng 9 năm 2016.  Liên minh Renault-Nissan-Mitsubishi là nhà sản xuất xe điện hàng đầu thế giới. Liên minh này đã đạt doanh số 500.000 xe điện chạy trên toàn cầu trong tháng 10/2017, bao gồm cả những xe được sản xuất bởi Mitsubishi Motors, hiện là một phần của Liên minh.

Tính đến tháng 9 năm 2017, Tesla, Inc. được xếp hạng là nhà sản xuất xe chạy bằng điện bán chạy nhất mọi thời đại thứ hai với hơn 250.000 xe điện trên toàn thế giới kể từ khi phát hành chiếc Tesla Roadster đầu tiên vào năm 2008. Model S của họ là chiếc xe chạy điện bán chạy nhất thế giới trong hai năm liên tiếp 2015 và 2016. Vào đầu tháng Mười năm 2016, Tesla đã báo cáo ba mô hình của họ đã ước tính khoảng 3 tỉ dặm (4,8 tỷ km) đi du lịch. Dấu mốc 1 tỷ dặm đầu tiên được ghi nhận vào tháng 6 năm 2015 và tỷ dặm thứ hai trong tháng 4 năm 2016. Tính đến tháng 12 năm 2017, BMW được xếp hạng là nhà sản xuất xe điện bán chạy thứ ba với khoảng 98.000 chiếc i3 được bán trên toàn cầu, bao gồm cả phiên bản REx.

Chiếc xe điện chạy trên đường cao tốc hợp pháp bán chạy nhất thế giới là chiếc Nissan Leaf, được phát hành vào tháng 12 năm 2010, với doanh số toàn cầu hơn 300.000 chiếc đến tháng 1 năm 2018. Tesla Model S đứng thứ hai với doanh số toàn cầu là 212,874 xe được giao vào tháng 12 năm 2017. Renault Kangoo Z.E. xe tải tiện ích dẫn đầu của phân khúc xe điện hạng nhẹ với doanh số toàn cầu là 29.523 chiếc đến tháng 12 năm 2017. Vào tháng năm 2014, Nissan đã công bố rằng chủ sở hữu Leaf đã tích lũy được khoảng 1 tỷ kilômét (620 triệu dặm). Số dặm điện này được chuyển hóa thành tiết kiệm 180 triệu kg khí thải CO2 bằng cách lái một chiếc xe điện so với đi một chiếc xe chạy bằng xăng. Trong tháng 12 năm 2016, Nissan cho biết chủ sở hữu Leaf trên toàn thế giới đạt mốc 3 tỷ kilômét (1,9 tỷ dặm) trong tháng 11 năm 2016.

Bảng sau đây liệt kê các xe cơ giới chạy hoàn toàn bằng điện bán chạy nhất mọi thời đại trên toàn cầu với hơn 75.000 đơn vị kể từ khi thành lập đến đầu năm 2018:

4. Xe điện trên các nước

Tính đến tháng 12 năm 2016, hơn hai triệu xe điện chở khách hợp pháp và xe điện hạng nhẹ (PEVs) đã được bán trên toàn thế giới. Số lượng xe điện chiếm 0,15% trong tổng số 1,4 tỷ xe cơ giới trên đường thế giới vào cuối năm 2016, tăng từ 0,1% năm 2015. Mốc ba triệu đã đạt được trong tháng 11 năm 2017.

Doanh thu của các loại xe chạy bằng điện đã đạt mốc một triệu trong tháng 9/2015, nhanh gấp gần hai lần xe điện hybrid (HEV). Trong khi phải mất bốn năm 10 tháng để phân khúc PEV đạt được một triệu doanh số bán hàng, còn HEV mất hơn chín năm vài tháng để đạt được doanh thu mộ triệu đầu tiên. Tổng doanh thu toàn cầu của các loại xe điện thuần túy có tốc độ cao trên toàn cầu đã vượt qua một triệu chiếc, vào tháng 9 năm 2016. Khi doanh số bán hàng toàn cầu bị phá vỡ bởi loại hệ thống truyền động, tất cả các loại xe điện đều có plug-in hybrids vượt trội, với nguồn điện thuần túy chiếm 61% tổng số 2 triệu xe điện hạng nhẹ trên toàn thế giới vào cuối năm 2016 .

5. Trợ cấp của chính phủ

Một số quốc gia đã thiết lập các khoản tài trợ và tín dụng thuế cho việc mua xe điện mới, thường tùy thuộc vào kích cỡ pin. Hoa Kỳ cung cấp tín dụng thuế thu nhập liên bang lên đến 7.500 đô la Mỹ, và một số tiểu bang có các ưu đãi bổ sung. Vương quốc Anh cấp một khoản trợ cấp xe điện tối đa là £ 4,500 (US $ 5,929). Chính phủ Mỹ cũng cam kết 2,4 tỷ đô la Mỹ tài trợ liên bang cho việc phát triển các công nghệ tiên tiến cho xe điện và pin, mặc dù doanh số tổng thể không tăng ở tốc độ mong đợi.

Tính đến tháng 4 năm 2011, 15 quốc gia thành viên của Liên minh châu Âu cung cấp các ưu đãi kinh tế cho việc mua các loại xe có tính phí mới, bao gồm giảm thuế và miễn giảm tiền thưởng cho người mua xe hybrid và điện, hybrid xe điện và một số loại nhiên liệu thay thế.

 

 

Electric car – Wikipedia