Nguyên lý sạc pin xe điện

Vấn đề cơ bản nhất của xe điện (EV) là nó hoạt động bằng pin, khi pin cạn, nó cần được cung cấp năng lượng. Có hai cách để giải quyết vấn đề này: Sạc pin hoặc thay pin đã cạn bằng pin khác sạc đầy. Để sạc pin, nó được kết nối ổ cắm điện thông qua bộ sạc. Trong đó, nguồn điện phải được chỉnh lưu nằm trong giới hạn dòng điện và điện áp nhất định mà pin chấp nhận.

Pin của xe điện là nguồn điện một chiều (DC), có nghĩa là pin chỉ có thể lưu trữ năng lượng ở dạng DC. Trong khi đó, lưới điện phân phối chủ yếu là nguồn điện xoay chiều (AC), có nghĩa là điện từ bất kỳ ổ cắm điện nào xung quanh bạn nhiều khả năng là nguồn AC. Vì vậy, nguồn AC phải được chuyển đổi thành nguồn DC trước khi sạc vào pin. Từ khái niệm căn bản trên, chúng ta biết được vì sao có hai phương pháp sạc xe điện chính: sạc AC và sạc DC.

Khi bạn kết nối EV với thiết bị cung cấp xe điện (EVSE - Electric Vehicle Supply Equipment), một số bước sẽ diễn ra để bắt đầu sạc. EVSE là thuật ngữ đề cập đến trạm sạc, điểm sạc hay đơn giản là bộ sạc. EVSE bao gồm các đầu nối, cáp, hệ thống điều khiển, cơ sở hạ tầng, tất cả được thiết kế tỉ mỉ để cung cấp nguồn điện an toàn, hiệu quả để sạc pin cho EV.

Sau khi kết nối, EVSE sẽ liên lạc với EV để xác nhận sự sẵn sàng sạc của nó. Điều này liên quan đến việc đánh giá trạng thái pin, khả năng sạc, khả năng tương thích với các giao thức liên lạc.

Để sạc AC, EVSE sẽ chuyển đổi nguồn AC từ lưới điện thành nguồn DC. Quá trình chuyển đổi này diễn ra trong mạch điều khiển của EVSE, thường bao gồm các bộ phận như bộ chỉnh lưu, máy biến áp, bộ điều chỉnh điện áp. Sau đó, EVSE cung cấp nguồn DC đã chuyển đổi cho xe điện.

Trong khi đó, sạc DC bỏ qua bộ sạc tích hợp trong xe điện, cho phép trải nghiệm sạc nhanh hơn, nên còn gọi là sạc nhanh DC. Thay vào đó, EVSE cung cấp nguồn DC điện áp cao trực tiếp cho pin xe điện, dẫn đến thời gian sạc ngắn hơn. Điều này đòi hỏi các trạm sạc nhanh DC chuyên dụng có công suất đầu ra mạnh mẽ.

Các loại bộ sạc EV

1. Bộ sạc cấp độ 1: Bộ sạc cấp độ 1 sử dụng ổ cắm điện sinh hoạt 110-120 V, dùng ở các hộ gia đình, gara, trạm sạc trên đường hoặc chỗ đậu xe qua đêm, nên chúng là bộ sạc thuận tiện, dễ tiếp cận. Bộ sạc cấp độ 1 phổ biến ở các quốc gia và khu vực sử dụng điện áp 110-120 V như Bắc Mỹ hay Nhật Bản. Nhược điểm của bộ sạc này là tốc độ sạc khá chậm.

2. Bộ sạc cấp độ 2: Bộ sạc cấp độ 2 hoạt động với ổ cắm điện 220-240 V, tốc độ sạc nhanh hơn bộ sạc cấp độ 1 nên thời gian sạc giảm đáng kể. Loại bộ sạc này thường lắp đặt ở các điểm sạc công cộng, nơi làm việc, trung tâm thương mại, chung cư, bãi đậu xe. Tại Hoa Kỳ, người dùng sẽ phải đầu tư thêm tiền để nâng bộ sạc lên cấp độ 2 để dùng ở nhà. Ở châu Âu và hầu hết các nước, đều sử dụng điện áp 220-240 V nên cấp độ 2 là sạc cơ bản.

3. Bộ sạc cấp độ 3 (Bộ sạc nhanh DC): Bộ sạc cấp độ 3, sử dụng dòng điện một chiều (DC), điện áp cao (480V). Các bộ sạc này cung cấp khả năng sạc nhanh đáng kể so với bộ sạc cấp độ 1, cấp độ 2, nó có thể sạc EV tới 80% trong vòng 30 phút. Bộ sạc cấp độ 3 thường chỉ có ở các trạm sạc nhanh, được các hãng xe xây dựng. Việc sạc nhanh cũng đòi hỏi chuẩn cáp sạc riêng (đầu cắm sạc).

4. Bộ sạc di động: Bộ sạc nhỏ gọn và nhẹ, có thể mang theo trong cốp xe điện, cung cấp công suất lên đến 7,2kW. Bộ sạc di động thích hợp làm tùy chọn dự phòng hoặc sạc khẩn cấp, nhưng không phù hợp để sạc hằng ngày.

Các loại đầu nối bộ sạc EV

1. Đầu nối loại 1 (SAE J1772): Thường sử dụng ở Bắc Mỹ và Nhật Bản, dùng cho sạc cấp độ 1, cấp độ 2. Đầu nối này có cấu hình năm chân. Nó có thể cung cấp công suất lên tới 19,2kW. Trong hầu hết trường hợp EV sử dụng ở Hoa Kỳ, đầu nối loại 1 dùng kết nối với điểm sạc tại nhà hoặc trạm công cộng.

2. Đầu nối loại 2 (Mennekes): Sử dụng rộng rãi ở châu Âu, được thiết kế để sạc cấp độ 2. Đầu nối này có cấu hình bảy chân, có cơ chế khóa tự động để ngăn ngắt kết nối ngẫu nhiên. Nó có thể cung cấp công suất lên tới 22kW.

3. Đầu nối CCS1 (Hệ thống sạc kết hợp cấp độ 1): Thường sử dụng ở Bắc Mỹ, dùng cho sạc cấp độ 1, cấp độ 2. Đầu nối này có cấu hình bảy chân. Về cơ bản, CCS1 trông như đầu nối loại 1, có thêm hai chân sạc DC tốc độ cao. Nó có thể cung cấp công suất lên đến 80kW.

4. Đầu nối CCS2 (Hệ thống sạc kết hợp cấp độ 2): Sử dụng rộng rãi ở châu Âu, dùng cho sạc nhanh DC và cấp độ 2. Đầu nối này có cấu hình chín chân, đây là phiên bản cải tiến của CCS1. Nó có thể cung cấp công suất lên đến 350kW.

5. Đầu nối CHAdeMO: Thường sử dụng ở Nhật Bản. Đầu nối này được thiết kế để sạc nhanh DC. Nó có thể cung cấp công suất tối đa lên đến 400kW. Mặc dù phổ biến ở Nhật Bản nhưng đầu nối CHAdeMO đang dần thu hẹp thị trường trên thế giới do châu Âu bắt buộc sử dụng CCS2 để sạc nhanh DC.

6. Đầu nối GB/T: GB/T là đầu nối sạc EV tiêu chuẩn ở Trung Quốc, có hai loại, sạc AC và sạc DC. Cổng sạc AC GB/T có thể cung cấp công suất lên đến 7,4kW. Cổng sạc DC GB/T có thể cung cấp công suất lên tới 237,5kW và là giao thức sạc nhanh DC duy nhất đang sử dụng ở Trung Quốc.

7. Đầu nối Tesla: Tùy thuộc khu vực địa lý và mẫu xe Tesla, sẽ có loại phích cắm Tesla tương ứng. Ở Bắc Mỹ, Tesla sử dụng đầu nối NACS cho cả sạc AC và sạc DC. Đầu nối NACS có thể cung cấp công suất lên tới 250kW và chỉ tương thích với EV Tesla. Tại châu Âu và phần lớn khu vực khác ngoài Bắc Mỹ, EV Tesla hiện sử dụng đầu nối CCS2.

Các yếu tố lưu ý khi lựa chọn bộ sạc EV và đầu nối

1. Khả năng tương thích: Đảm bảo bộ sạc và đầu nối tương thích với EV bằng cách xem kỹ hướng dẫn sử dụng xe hoặc thông tin từ nhà sản xuất.

2. Tốc độ sạc: Hãy lưu ý đến tốc độ sạc của bộ sạc. Tốc độ sạc được xác định bởi nhiều yếu tố, bao gồm loại đầu nối, dòng điện, điện áp của trạm sạc, cũng như công suất của bộ sạc tích hợp trên xe.

3. Vị trí sạc: Vị trí bạn dự định sạc EV đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn đúng bộ sạc và đầu nối. Chẳng hạn như bộ sạc cấp độ 2 để sạc tại nhà, hoặc bộ sạc nhanh DC ở trạm sạc chuyên dụng.

4. Giá cả: Giá của bộ sạc EV rất đa dạng, trong đó bộ sạc nhanh DC là đắt nhất. Vì vậy, hãy cân nhắc đến ngân sách của bạn khi chọn bộ sạc.

Tất cả bộ sạc EV đều được tích hợp các tính năng an toàn như chống quá dòng, quá áp, nhiệt độ cao để bảo vệ xe và trạm sạc. Khi sạc xe điện, điều quan trọng là phải tuân thủ các hướng dẫn an toàn và sử dụng bộ sạc phù hợp cho xe. Việc hiểu và chọn đúng bộ sạc, đầu nối của EV là rất quan trọng, giúp bạn sạc EV nhanh chóng, an toàn cho dù bạn sạc ở nhà hay ở trạm sạc công cộng.