Xe điện hoạt động như thế nào?

Xe điện (Electric vehicles – EV) đang ngày càng phổ biến khi thế giới hướng tới nhiều giải pháp giao thông và năng lượng tái tạo hơn để chống lại biến đổi khí hậu. Công nghệ đằng sau xe điện đã được cải thiện và chúng đã trở thành một phần lớn hơn nhiều trong văn hóa của chúng ta. Các công ty như Tesla thậm chí đã biến EV trở thành một loại biểu tượng trạng thái. Nhưng bạn có bao giờ tự hỏi chúng thực sự hoạt động như thế nào không?

Sau đây, chúng ta sẽ xem xét ngắn gọn điều gì làm cho xe điện khác biệt với xe chạy bằng khí đốt và cách chúng hoạt động.

Vậy, Xe điện hoạt động như thế nào?

Khi mọi người đề cập đến xe điện, họ thường nói về những chiếc xe chạy hoàn toàn bằng điện chạy bằng pin. Đôi khi chúng được gọi là xe điện chạy bằng pin (BEV). Nhưng có những loại phương tiện khác có thể được phân loại là xe điện, bao gồm:

• Xe hybrid
• Xe hybrid plug-in
• Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV)

Các loại xe điện chủ yếu trên đường hiện nay là xe hybrid và xe chạy bằng pin.

Cách hoạt động của pin trong xe điện

Tất cả các xe điện không chạy bằng pin nhiên liệu đều cần một số loại pin để dự trữ năng lượng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe trên đường. Thông thường nhất, những loại pin đó được làm bằng lithium-ion – về cơ bản là phiên bản có độ bền công nghiệp của pin trong điện thoại di động của bạn.

Pin EV thường được cấu tạo từ các ngăn xếp được tổ chức thành các đơn vị và được bố trí thành một dải lớn dọc theo đáy xe được gọi là pin kéo. Cụm ắc quy được sạc bằng điện từ lưới điện qua trạm sạc hoặc cắm xe vào ổ điện gia đình. Các loại xe lớn hơn như xe tải và xe SUV chạy bằng pin sẽ có ngân hàng pin lớn hơn.

Sau khi được sạc đầy, xe sẽ có phạm vi hoạt động trước khi cần được sạc lại. Ô tô điện được chế tạo với các tính năng khác để kéo dài tuổi thọ pin, như tắt động cơ khi ô tô không chuyển động và sử dụng động năng từ khi ô tô phanh để sạc pin.

Xe chạy bằng pin nhiên liệu hoạt động hơi khác một chút. Thay vì dùng pin, họ sử dụng một bình chứa khí hydro, trộn hydro đó với oxy trong không khí để tạo ra phản ứng hóa học tạo ra điện. Khi khí đã cạn, bình cần được đổ lại, có thể mất ít thời gian hơn so với việc sạc lại pin của EV.

Những tiến bộ trong công nghệ pin EV không ngừng được tạo ra, có nghĩa là phạm vi của EV có thể sẽ tiếp tục tăng lên khi chúng ta thấy các lần lặp lại thiết kế mới của chúng. GM đã công bố hợp tác với LG tại CES 2021 để sản xuất pin EV nhỏ hơn nhưng tiết kiệm năng lượng hơn.

Động cơ điện và động cơ khí: Sự khác biệt là gì?

Động cơ đốt trong chạy bằng khí sử dụng nhiên liệu được đốt cháy, nén để chuyển động các piston nối với trục khuỷu, làm quay các bánh xe của xe. Một chiếc xe chạy hoàn toàn bằng điện sử dụng cùng một nguyên tắc quay để đẩy một chiếc xe về phía trước, chỉ khác là được cung cấp năng lượng.

Thay vì piston, EV sử dụng nam châm điện để trục khuỷu chuyển động. Động cơ điện trong EV có một hệ thống các nam châm, một số nam châm đứng yên và một số nam châm quay. Các nam châm được tạo ra để quay bằng cách liên tục chuyển đổi cực của các nam châm cần quay.

Hãy nhớ những thí nghiệm khoa học bạn đã làm khi còn nhỏ, nơi bạn có hai nam châm, sắp xếp chúng từ cực này sang cực khác và cố gắng đẩy chúng lại với nhau? Ở mức độ rất cơ bản, lực cản bạn nhận được khi cố gắng đẩy hai nam châm hướng theo hướng Bắc-Bắc hoặc Nam-Nam với nhau là lực làm quay động cơ của xe EV và quay các bánh xe của xe.

Để tạo ra lực cản đó, nam châm quay cần phải luôn mang điện tích trái dấu với nam châm đứng yên. Điều đó đạt được nhờ một thiết bị gọi là biến tần. Bộ biến tần lấy điện từ pin của EV để chuyển đổi cực của nam châm quay ở đâu đó khoảng 60 lần một giây. Việc chuyển đổi liên tục tạo ra sức đề kháng từ tính bền vững và cung cấp năng lượng cho động cơ. Bạn có thể thấy bản phân tích trực quan tuyệt vời về khái niệm này trong video này từ kênh YouTube TechVision.

Thiết kế này hiệu quả hơn động cơ đốt trong vì động cơ được chế tạo để quay ngay từ đầu, trong khi động cơ chạy bằng khí phải sử dụng trục khuỷu để chuyển chuyển động lên xuống của piston thành chuyển động quay để quay các bánh xe. . Việc điều chỉnh tần số chuyển đổi cực của biến tần cũng giúp người lái kiểm soát tốt hơn tốc độ và mô-men xoắn của EV so với động cơ xăng.

Xe điện có thực sự bền vững hơn xe chạy bằng xăng không?

Xe chạy hoàn toàn bằng điện không đốt nhiên liệu hóa thạch, vì vậy chúng không thải ra bất kỳ khí thải độc hại nào từ ống xả của chúng. Trong các loại xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro, sản phẩm phụ duy nhất của quá trình vận hành là nước bạn nhận được từ việc trộn hydro và oxy. Theo cách đó, xe điện bền vững và thân thiện với môi trường hơn xe chạy bằng khí đốt. Tuy nhiên, các loại pin mà họ yêu cầu để hoạt động phải được chế tạo và có nguồn gốc cẩn thận để có thể sử dụng lâu dài.

Các khoáng chất cần thiết để chế tạo pin EV sẽ cần được khai thác ở quy mô lớn hơn nếu xe điện cạnh tranh với xe chạy bằng khí đốt. Ngoài ra còn có câu hỏi là phải làm gì với những viên pin đó khi chúng đã hết tuổi thọ hữu ích. Liên minh các nhà khoa học có mối quan tâm đã ban hành một báo cáo về pin EV vào tháng 2 năm 2021, phác thảo những gì cần phải làm để biến điều đó thành hiện thực. Các biện pháp chính bao gồm các chương trình tái chế pin, các tiêu chuẩn lao động và sức khỏe tại nơi làm việc mạnh mẽ, và sử dụng năng lượng tái tạo trong sản xuất.

Các nhà sản xuất pin cũng đang chuyển sang các vật liệu sẵn có hơn để chế tạo pin của họ. Ví dụ, các loại pin GM đã đề cập trước đó đang kết hợp nhôm vào thiết kế của chúng để giảm lượng coban được sử dụng trên mỗi pin.

Một điểm khác thường được đưa ra về tính bền vững của xe điện là các nhà máy sản xuất điện để cung cấp năng lượng cho các phương tiện đó cũng tạo ra khí thải nhà kính. Ví dụ, cả xe chạy bằng pin nhiên liệu khí và hydro đều có thể sử dụng điện được sản xuất từ ​​khí đốt tự nhiên. Mặc dù lượng khí thải vẫn ít hơn so với lượng khí thải do xe chạy bằng khí đốt, nhưng việc đầu tư nhiều hơn vào các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời có thể hạn chế hơn nữa tác động của việc sản xuất điện để cung cấp năng lượng cho nhiều xe điện hơn trong tương lai.