Tương lai của ô tô điện như thế nào?
Đạt được hiệu quả năng lượng tốt nhất và tối đa hóa phạm vi lái xe là mục tiêu cuối cùng cho tương lai của xe điện.
Với các thương hiệu xe hơi lớn đang đặt ra kế hoạch đầy tham vọng để hoàn toàn chạy bằng điện từ năm 2025 đến năm 2050, ‘thế hệ thứ ba’ sắp tới của xe điện trông như thế nào?
Từ các công ty khởi nghiệp mới nổi như Arrival cho đến các nhà sản xuất ô tô lâu đời như Mercedes-Benz, đây là những điểm mấu chốt từ các mẫu xe hiện tại và các khái niệm trong tương lai – và ý nghĩa của nó đối với tương lai của ngành di động điện.
Tối đa hóa khí động học
Việc tiết ra càng nhiều nước từ các bộ pin điện áp cao nhỏ và lớn sẽ đóng vai trò trung tâm trong cách thiết kế và chế tạo xe điện.
Khí động học được định nghĩa là có hình dạng làm giảm lực cản từ không khí di chuyển qua.
Mẫu concept Mercedes-Benz Vision EQXX được tuyên bố có thể đạt được phạm vi hoạt động hơn 1000 km từ pin lithium-iron-phosphate (LFP) ~ 100kWh nhờ thân xe có hình dạng khí động học, các bộ phận và đúc nhẹ, bơm nhiệt thu nhiệt và thấp công suất động cơ 150kW.
Điều quan trọng, EQXX có thân hình thấp và bóng bẩy, dốc về phía sau đuôi dài phóng đại, bộ khuếch tán phía sau có thể thu vào , logo Mercedes hai chiều, các cửa hút và cửa gió được bố trí hợp lý và lốp có lực cản lăn cực thấp với kích thước 20 inch được rèn – bánh xe đậy kín magiê.
Điều này dẫn đến việc chiếc concept EV cắt ngang gió liền mạch hơn và sử dụng ít năng lượng hơn, đạt được hệ số cản khí động học (Cd) 0,17 và con số tiêu thụ năng lượng dưới mốc 100 Wh / km đáng thèm muốn.
Để so sánh, các xe điện hiện có tiêu thụ trung bình 200 Wh / km.
Theo Mercedes, những chiếc EV điển hình dành 2/3 dung lượng pin chỉ để cắt ngang không khí – khoảng 62% dung lượng pin cho lực cản khí động học và thêm 20% cho lực cản lăn.
Hệ thống truyền động 150kW hiệu quả cũng cho phép mất năng lượng khoảng 5% khi truyền sức mạnh từ pin đến các bánh xe. Ngược lại, xe chạy bằng động cơ đốt trong mất khoảng 70% năng lượng trong quá trình này.
Thậm chí còn có cảm biến gió để gợi ý phong cách lái xe hiệu quả hơn, được hiển thị thông qua màn hình cảm ứng mini-LED 47,5 inch tiết kiệm năng lượng không kém.
Tuy nhiên, nhà sản xuất ô tô Đức không đơn độc.
Các mẫu xe điện như Tesla Model 3 , Hyundai Ioniq 5 và Audi e-Tron SUV đã có bánh xe hoặc vỏ bọc hợp kim tương đối phẳng , cửa hút gió , tay nắm cửa phẳng và gương chiếu hậu gắn camera mỏng hơn để cuối cùng cải thiện tính khí động học.
Mẫu sedan cỡ nhỏ Model 3 của Tesla và SUV cỡ nhỏ Model Y của Tesla cũng có thiết kế phía sau hình quả trứng khác biệt và phía trước đóng êm ái nhằm mang lại mức tiêu thụ năng lượng thấp và phạm vi hoạt động rộng hơn.
Trong khi đó, công ty khởi nghiệp Lightyear của Ý đang làm việc trên chiếc xe nâng điện chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên của mình, được gọi là Lightyear One , vào năm 2022 với hình giọt nước giống như Mercedes Vision EQXX, nửa bánh xe gắn phía sau và bộ pin nhỏ hơn, nhẹ hơn.
Thay vì tập trung vào tốc độ sạc cực nhanh và pin dung lượng cao, điều này cho phép One đạt được mức Cd thấp khoảng 0,20 , con số tiêu thụ năng lượng 83Wh / km (không bao gồm HVAC) trên chu kỳ WLTP chặt chẽ hơn và phạm vi 725 km (WLTP ) từ bộ pin khoảng 60kWh.
Mặc dù vậy, điều đáng chú ý là một số mẫu xe không thay đổi so với thiết kế hình hộp thông thường với chi phí khí động học tốt hơn, bao gồm cả những chiếc SUV như BMW iX3 và utes như Chevrolet Silverado EV.
Đó là, trừ khi các nhà sản xuất ô tô áp dụng kiểu dáng coupe SUV hoặc kiểu dáng tiên phong (a la Tesla Cybertruck).
Tấm pin năng lượng mặt trời
Vì Úc là một trong những lục địa nhiều nắng nhất trên thế giới, nên sự xuất hiện của các tấm pin mặt trời trên ô tô điện để sạc đầy pin là một cơ hội.
Theo Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Khối thịnh vượng chung (CSIRO) , Úc nhận được một trong những mức trung bình năng lượng mặt trời cao nhất trên thế giới cùng với Châu Phi, dẫn đầu về công suất quang điện (PV) trên đầu người ở mức 591 watt / người; con số này cao gấp tám lần mức trung bình trên toàn thế giới.
Úc cũng có tỷ lệ lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời tại các hộ gia đình và doanh nghiệp cao nhất trên thế giới.
Đó là lý do tại sao xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời là một trong những phương tiện đáng xem.
Lightyear One ra đời từ Thử thách năng lượng mặt trời thế giới, đối tượng thử nghiệm những chiếc ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời qua 3000 km ở vùng hẻo lánh của Úc.
One có 1000 tấm pin mặt trời tích hợp trên đỉnh của nó để cung cấp thêm 50 đến 72 km phạm vi hoạt động mỗi ngày trong mùa hè hoặc chỉ 12 km trong một giờ . Thử nghiệm nguyên mẫu của công ty khởi nghiệp đã đạt được 3,4kWh thu năng lượng miễn phí vào một ‘ngày nắng’.
Việc sản xuất cho chiếc xe nâng hiệu quả dự kiến sẽ bắt đầu vào cuối năm 2022, với mô hình Lightyear Two ra thị trường đại chúng dự kiến từ năm 2024. Vẫn chưa có lời nào về việc ra mắt tại Úc, mặc dù nguồn gốc ban đầu của nó.
Tương tự, công ty khởi nghiệp Sono Motors của Đức đang phát triển chiếc xe đầu tiên của mình, Sono Sion, với 248 pin mặt trời được gắn kín đáo trên toàn bộ cơ thể của người lái xe để tạo ra phạm vi hoạt động thêm 112 km mỗi tuần (trung bình tùy thuộc vào điều kiện thời tiết).
Việc giao hàng sẽ bắt đầu vào nửa đầu năm 2023 tại Châu Âu.
Tuy nhiên, đó không chỉ là những công ty khởi nghiệp đầy tham vọng thử nghiệm các tấm pin mặt trời trên xe điện.
Các phiên bản ở nước ngoài của mẫu crossover SUV Hyundai Ioniq 5 có sẵn mái che năng lượng mặt trời để duy trì pin phụ 12 volt và sạc đầy bộ pin thêm 5-6 km mỗi ngày trong điều kiện nắng với công suất 205 watt (0,205kW ).
Mái nhà năng lượng mặt trời tùy chọn có thể có sẵn cho Ioniq 5s ở Úc vào cuối năm nay, Hơn nữa, mẫu concept Mercedes-Benz Vision EQXX còn có 117 pin mặt trời trên nóc để tăng thêm phạm vi hoạt động 25km mỗi ngày trong “điều kiện lý tưởng” và trong “những chuyến đi đường dài”, cộng với sức mạnh của các hệ thống phụ trợ như hệ thống kiểm soát khí hậu và thông tin giải trí.
Như với tất cả các khái niệm, mái nhà năng lượng mặt trời có thể xuất hiện trên các mẫu Mercedes EQ chạy điện sắp ra mắt trong những năm tới.
Pin dung lượng lớn có kích thước nhỏ hơn
Mặc dù mẫu concept Mercedes Vision EQXX dài vẫn có dung lượng pin lớn khoảng 100kWh (có thể sử dụng được) như chiếc limousine EQS hiện tại, nhưng diện tích thực tế của nó có thể phù hợp với một chiếc SUV cỡ nhỏ EQA.
Nó có mật độ năng lượng gần 400Wh / l , nhưng chỉ bằng một nửa kích thước của bộ pin EQS hiện tại và nhẹ hơn 30%.
Kết hợp với một loạt các biện pháp để cải thiện hiệu quả năng lượng, nó cho phép những chiếc xe điện trong tương lai có khoảng cách xa hơn mà không cần phải là một chiếc xe lớn.
Nó cũng dựa trên hóa học pin lithium-iron-phosphate (LFP) , không sử dụng khoáng chất coban có hại cho môi trường và không nhân đạo, luôn có thể được sạc đến 100% mà không bị ảnh hưởng xuống cấp và sản xuất rẻ hơn – có nghĩa là EV phải chăng hơn các mô hình.
Pin LFP hiện đang được trang bị trên mẫu sedan cơ sở Tesla Model 3, mẫu xe hatchback GWM Ora Good Cat và xe BYD sắp ra mắt, nhưng sẽ mở rộng ra nhiều EV trong những năm tới từ các nhà sản xuất ô tô lớn và mới khởi nghiệp.
Tuy nhiên, nó có mật độ năng lượng thấp hơn (phạm vi ít hơn), không hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp và nặng hơn so với pin niken-mangan-coban (NMC) điển hình trên hầu hết các xe điện mới hiện nay.
Các nhà sản xuất ô tô như Toyota, Nissan và BMW cũng đang đầu tư phát triển pin thể rắn, chứa chất điện phân rắn (thay vì chất lỏng) để giảm nguy cơ cháy nổ, đồng thời cung cấp mật độ năng lượng lớn hơn cho phạm vi hoạt động xa hơn.
Mặc dù vậy, pin thể rắn đắt hơn đáng kể để sản xuất và dự kiến sẽ không được đưa vào sản xuất hàng loạt cho đến cuối năm 2030.
Làm mát bằng không khí
Một điểm thú vị của Mercedes Vision EQXX là việc áp dụng lại hệ thống làm mát bằng gió thụ động , thay vì quản lý nhiệt làm mát bằng chất lỏng chủ động cho cụm pin điện áp cao.
Do tính chất khí động học, động cơ 150kW hiệu quả và tấm làm mát lớn đặt bên dưới sàn, Mercedes cho biết nó tạo ra nhiệt thải tối thiểu và do đó chỉ cần gió để làm mát bộ pin ~ 100kWh của nó.
Đó là một bước lùi vì những chiếc xe điện làm mát bằng không khí ngày nay chỉ bao gồm Nissan Leaf và Renault Zoe, với tất cả các mẫu xe mới khác sử dụng pin làm mát bằng chất lỏng để ngăn ngừa sự xuống cấp đáng kể và duy trì phạm vi hoạt động ở nhiệt độ tối ưu.
Trong khi làm mát bằng không khí rẻ hơn và đơn giản hơn (có thể đáng tin cậy hơn), làm mát bằng chất lỏng có thể giữ cho pin ở nhiệt độ tối ưu trong khi sạc tĩnh và sạc nhanh DC bằng cách bơm chất làm mát qua các ống hoặc tấm, sau đó tản nhiệt qua bộ tản nhiệt.
Thay vào đó là hệ thống làm mát bằng không khí trong tương lai? Mặc dù không có câu trả lời chắc chắn, nhưng EQXX cho biết điều đó có thể xảy ra.
Vật liệu bền vững
Không phát thải khí thải có nghĩa là một môi trường sạch hơn, lành mạnh hơn; đó là lý do tại sao tính bền vững và đạo đức được đặt lên hàng đầu trong việc sản xuất xe điện khi thế giới (hầu hết) đạt mức 0 ròng vào năm 2050.
Các nhà máy sản xuất ô tô ngày nay đã chuyển sang trung tính carbon, trong khi các khái niệm EV như Volkswagen ID. Life, Mercedes Vision EQXX và Polestar Precept đang sử dụng 100% chai PET tái chế, vải dệt, gỗ, sợi thủy tinh, xương rồng, tre, rễ nấm và thậm chí cả xương gà để tạo thành nội thất bền vững.
Thương hiệu Trung Quốc-Thụy Điển Polestar cũng được thiết lập để sản xuất chiếc xe trung tính carbon đầu tiên của mình – từ chuỗi cung ứng đến sản xuất – được đặt tên là Polestar 0 vào năm 2030.
Ngày nay, Polestar 2 crossover liftback được trang bị tiêu chuẩn với ghế ngồi bằng vải dệt nổi và có sẵn với vải bọc WeaveTech giống như bộ đồ lặn. Trong khi đó, tất cả những chiếc Tesla đều đã có ghế và vô lăng không có động vật, trang trí cửa da lộn và bảng điều khiển bằng gỗ .
BMW tiến một bước xa hơn với chiếc SUV cỡ lớn iX với khung thân được làm từ sợi carbon nhẹ , gần 60kg nhựa tái chế và sợi tổng hợp làm từ vật liệu phế thải nylon tái chế để làm thảm trải sàn và thảm trải sàn.
Hyundai Ioniq 5 cũng sử dụng một lớp sơn sinh học phủ khắp bảng điều khiển, công tắc, vô lăng và tấm cửa bao gồm dầu chiết xuất từ thực vật như hoa cải và ngô, nhưng sử dụng ghế da đã qua xử lý sinh thái (hỗn hợp da động vật và không phải động vật ).
Tương lai của ô tô điện cũng lùi về quá khứ.
Volkswagen đang đưa trở lại hệ thống phanh tang trống phía sau rẻ hơn, yếu hơn trên xe EV của mình do phanh tái tạo từ động cơ điện không yêu cầu phanh đĩa mạnh hơn nữa.
Nó cũng giúp loại bỏ chi phí bảo trì rỉ sét hoặc ăn mòn liên quan đến việc không sử dụng phanh đĩa thường xuyên và giảm lực cản lăn, một lần nữa, cải thiện hiệu quả.
Ngoài ra, các công ty xe hơi đang hồi sinh những bảng tên cũ, mang tính biểu tượng và sử dụng các thiết kế retro nhằm tiếp thị xe điện cho đông đảo công chúng.
Điều này bao gồm các xe điện như Ford Mustang Mach-E SUV, xe địa hình Hummer EV Mazda MX-30 Electric, mẫu crossover Renault 4 sắp ra mắt và xe hatchback Renault 5, xe ô tô thành phố Fiat 500e, v.v.
Cung cấp năng lượng cho mọi thứ
Với việc xe điện là “pin trên bánh xe”, nhiều nhà sản xuất ô tô đang khai thác khả năng của bộ pin điện áp cao cho các mục đích khác.
Các mẫu xe như Kia EV6 crossover, Toyota bZ4x SUV và Chevrolet Silverado EV gut đều có sẵn tính năng theo xe khi tải (V2L) có thể xả bộ pin lớn để sạc hoặc cung cấp năng lượng cho bất cứ thứ gì bằng ổ cắm gia đình tiêu chuẩn ở 240 volt.
Điều này bao gồm sạc máy tính xách tay, cung cấp năng lượng cho lò nướng di động và thậm chí chạy các công cụ truyền thống mà không có nguy cơ cạn kiệt pin 12 volt phụ hoặc sử dụng máy phát điện diesel.
Tuy nhiên, tính năng sạc hai chiều cũng sẵn sàng phát triển trong tương lai đối với xe điện.
Điều này bao gồm khả năng từ xe đến nhà (V2H), như được tìm thấy trong Nissan Leaf hatchback và Ford F1-50 Lightning.
Do đó, EV hoạt động như một ngân hàng pin gia đình và nếu có năng lượng dư thừa, nó có thể cung cấp năng lượng cho ngôi nhà hoặc bán điện trở lại lưới điện bằng cách xả bộ pin điện áp cao. Đây được gọi là phương tiện nối lưới (V2G).
Sau đó, EV có thể được nạp lại khi có năng lượng mặt trời miễn phí, khi giá điện rẻ hơn hoặc bất kỳ nguồn rẻ nào khác.
Cuối cùng, điều này sẽ tiết kiệm tiền cho hóa đơn điện của người tiêu dùng và để xe điện tĩnh có mục đích trong khi nó không được sử dụng.
Ví dụ, Nissan cho biết pin 62kWh lớn hơn trong chiếc hatchback Leaf e + của mình – tốt cho phạm vi 385 km (WLTP) – có thể lưu trữ đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà trung bình ở Úc trong ba ngày.
Và, với chủ sở hữu thường đi lại 32 km mỗi ngày (khứ hồi), vẫn còn khoảng 57kWh (hoặc 350 km phạm vi) chưa được sử dụng vào cuối ngày. Đây là nơi V2H và V2G khai thác cơ hội sử dụng năng lượng không sử dụng, ở các EV.
Hiện tại, khả năng sạc hai chiều chỉ giới hạn ở cổng sạc CHAdeMO cũ của Nhật Bản , chỉ bao gồm Nissan Leaf, Mitsubishi Outlander PHEV và Eclipse Cross PHEV; tuy nhiên, cổng CCS được sử dụng rộng rãi dự kiến sẽ sớm được áp dụng.
Các gói pin của Leaf đã qua sử dụng thậm chí còn được thay thế để có ‘đời thứ hai’ với các thử nghiệm đang được tiến hành ở Nhật Bản để cung cấp năng lượng cho cửa hàng tiện lợi 7-Eleven và thậm chí là đường sắt giao cắt ở Nhật Bản.
