1. Công nghệ then chốt giải quyết nỗi đau - siêu sạc
1.1 Sạc ô tô: Nguồn năng lượng
Thị trường xe năng lượng mới hoạt động mạnh mẽ. Hiện nay, tốc độ tăng trưởng của phương tiện sử dụng năng lượng mới đã tăng tốc đáng kể.
Sự tăng tốc của điện khí hóa: Đã tạo ra nhu cầu sạc điện rất lớn. Xu hướng điện khí hóa toàn cầu là hiển nhiên, điều này chắc chắn sẽ tạo ra nhu cầu sạc điện rất lớn.
Sạc trên xe: nguồn năng lượng cho phương tiện sử dụng năng lượng mới. Khác với xe sử dụng nhiên liệu, xe điện chủ yếu dựa vào pin điện trên xe để cung cấp năng lượng. Xe điện tiêu thụ điện liên tục trong quá trình lái xe. Khi hết điện, năng lượng của pin cần được bổ sung. Hình thức bổ sung năng lượng của nó là chuyển đổi năng lượng của lưới điện hoặc các thiết bị lưu trữ năng lượng khác thành năng lượng của ắc quy và quá trình này được gọi là sạc. Đồng thời, OBC (bộ sạc tích hợp) đã trở thành thành phần quan trọng trong quá trình sạc, chịu trách nhiệm chính cho việc sạc pin thông qua kết nối điện áp của lưới điện thông qua cọc sạc hoặc giao diện AC.
Phân loại sạc: Sạc chậm AC: tức là phương pháp sạc pin truyền thống, còn được gọi là sạc thông thường. Thiết bị sạc AC không có bộ chuyển đổi nguồn mà trực tiếp xuất nguồn AC và kết nối với ô tô. Bộ sạc tích hợp chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC để sạc. Do đó, giải pháp sạc chậm AC có thể được sạc bằng cách kết nối với nguồn điện gia dụng hoặc cục sạc chuyên dụng thông qua bộ sạc di động đi kèm với xe.
Công suất sạc AC phụ thuộc vào công suất của bộ sạc trên bo mạch. Hiện tại, bộ sạc tích hợp của các mẫu phổ thông được chia thành 2Kw, 3,3Kw, 6,6Kw và các mẫu khác. Dòng sạc AC thường ở khoảng 16-32A và dòng điện có thể là DC hoặc AC hai pha và AC ba pha. Hiện tại, phải mất 4-8 giờ để sạc đầy pin AC chậm của xe hybrid và tốc độ sạc của sạc AC về cơ bản là dưới 0,5C.
Ưu điểm của sạc chậm AC là chi phí sạc thấp và có thể hoàn thành quá trình sạc mà không cần dựa vào cọc sạc hoặc mạng sạc chung. Tuy nhiên, nhược điểm của sạc thông thường cũng rất rõ ràng. Vấn đề lớn nhất là thời gian sạc lâu. Hiện nay, phạm vi di chuyển của hầu hết các xe điện đều vượt quá 400KM và thời gian sạc tương ứng với sạc thông thường là khoảng 8 giờ. Đối với những người sở hữu ô tô cần lái xe đường dài, nỗi lo sạc điện trên đường còn lớn hơn nhiều so với các yếu tố khác. Thứ hai, chế độ sạc của sạc thông thường là sạc dòng điện thấp và chế độ sạc của nó là sạc tuyến tính, không thể tận dụng tốt các đặc tính của pin lithium.
Sạc nhanh DC: Vấn đề sạc xe điện bằng sạc AC chậm luôn là vấn đề nhức nhối. Với nhu cầu ngày càng tăng về các giải pháp sạc hiệu quả cao hơn cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới, các giải pháp sạc nhanh đã xuất hiện theo yêu cầu của thời đại. Sạc nhanh là sạc nhanh hoặc sạc mặt đất. Cột sạc DC có mô-đun chuyển đổi nguồn tích hợp, có thể chuyển đổi nguồn AC của lưới điện hoặc thiết bị lưu trữ năng lượng thành nguồn DC và cấp trực tiếp vào ắc quy trên ô tô mà không cần thông qua bộ sạc trên xe để chuyển đổi. Công suất sạc DC phụ thuộc vào hệ thống quản lý pin và công suất đầu ra của cọc sạc, giá trị nhỏ hơn của cả hai được lấy làm công suất đầu vào.
Đại diện cho chế độ sạc nhanh chính là trạm siêu sạc Tesla. Dòng điện và điện áp của chế độ sạc nhanh thường là 150-400A và 200-750V, công suất sạc lớn hơn 50kW. Phương pháp này chủ yếu là phương pháp cung cấp điện DC. Công suất của bộ sạc trên mặt đất lớn, dòng điện và điện áp đầu ra rộng. Hiện tại, công suất sạc nhanh của Tesla trên thị trường đạt 120Kw, có thể sạc 80% lượng điện trong nửa giờ và tốc độ sạc gần 2C. BAIC EV200 có thể đạt 37Kw và tốc độ sạc khoảng 1,3C.
Hệ thống điều khiển: Quá trình chuyển đổi thiết bị sạc BMS cũng cần phối hợp với hệ thống quản lý BMS (Battery Management System) của ắc quy điện trên xe điện. Ưu điểm lớn nhất của BMS là trong quá trình sạc, nó sẽ thay đổi sơ đồ sạc của pin theo trạng thái thời gian thực của pin, chế độ sạc phi tuyến tính của nó thực hiện sạc nhanh theo hai điều kiện tiên quyết là an toàn và tuổi thọ pin .
Các chức năng của BMS chủ yếu bao gồm các loại sau:
Giám sát trạng thái nguồn: Nội dung giám sát trạng thái nguồn cơ bản nhất là giám sát trạng thái sạc (SOC) của pin nguồn. SOC đề cập đến tỷ lệ phần trăm năng lượng pin và dung lượng pin còn lại, đồng thời là thông số chính để chủ xe đánh giá phạm vi di chuyển của xe điện. BMS giám sát thông tin thông số pin (điện áp, dòng điện, nhiệt độ, v.v.) trong thời gian thực bằng cách gọi dữ liệu của nhiều cảm biến có độ chính xác cao trên bộ pin và độ chính xác giám sát của nó có thể đạt tới 1mV. Giám sát thông tin chính xác cộng với xử lý thuật toán xuất sắc đảm bảo tính chính xác của việc đánh giá năng lượng còn lại của pin. Trong quá trình lái xe hàng ngày, chủ xe có thể đặt giá trị mục tiêu của SOC để đạt được mức tối ưu hóa động về mức tiêu thụ năng lượng của xe.
Giám sát nhiệt độ pin: Pin lithium rất nhạy cảm với nhiệt độ. Cho dù nhiệt độ quá cao hay quá thấp, nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của pin và trong trường hợp nghiêm trọng sẽ gây ra thiệt hại không thể khắc phục đối với hiệu suất của pin. BMS có thể được giám sát bằng các cảm biến để đảm bảo môi trường an toàn cho hoạt động của pin. Vào mùa đông khi nhiệt độ xuống thấp, BMS sẽ gọi hệ thống sưởi để làm nóng cell pin để đạt nhiệt độ sạc phù hợp tránh làm giảm hiệu quả sạc pin; trong khi vào mùa hè khi nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ ắc quy quá cao, BMS sẽ ngay lập tức thực hiện làm mát. Hệ thống hạ nhiệt độ ắc quy để đảm bảo an toàn khi lái xe.
Quản lý năng lượng pin: Lỗi trong quá trình sản xuất hoặc sự không nhất quán về nhiệt độ thời gian thực của pin sẽ khiến điện áp của chúng thay đổi. Do đó, trong quá trình sạc, một số ô trong pin có thể đã được sạc đầy, trong khi phần còn lại của ô có thể chưa được sạc đầy. Hệ thống BMS giám sát sự chênh lệch điện áp của các cell pin theo thời gian thực, điều chỉnh và giảm chênh lệch điện áp giữa từng cell pin, đảm bảo cân bằng sạc cho từng cell pin, cải thiện hiệu quả sạc và giảm mức tiêu thụ năng lượng.
1.2 4C được kỳ vọng sẽ trở thành xu hướng của ngành
Vấn đề sạc đã trở thành điểm đau đầu của người tiêu dùng. Tốc độ sạc luôn được sử dụng trong suốt quá trình sử dụng xe điện. Sự thâm nhập và mở rộng nhanh chóng của xe điện trên thế giới hiện nay càng làm tăng thêm tác động của tốc độ sạc đến hiệu quả lái xe của chủ xe và trải nghiệm của người dùng. Neo đậu tâm lý: Việc bổ sung năng lượng của xe sử dụng nhiên liệu truyền thống diễn ra rất nhanh. Trong các tình huống chung, xe chạy nhiên liệu từ khi vào trạm xăng đến khi ra khỏi trạm xăng chỉ mất không quá 10 phút. Mỗi điểm dừng đường cao tốc. Lấy một chiếc xe điện truyền thống 400KMH làm ví dụ, tốc độ sạc của xe điện thường lên tới 30 phút và số lượng cọc sạc dày đặc kéo dài thời gian chờ sạc trước. Công nghệ sạc hiện nay không có ưu điểm gì so với phương pháp nạp nhiên liệu cho xe chạy bằng nhiên liệu. Thời gian neo tâm lý 10 phút của xe chạy xăng luôn là tiêu chuẩn hàng đầu để khách hàng đo lường tốc độ sạc của xe điện.
Tiêu chuẩn tăng áp đã được hình thành. Định nghĩa về C: Thông thường, chúng ta sử dụng C để biểu thị tốc độ sạc và xả của pin. Đối với mức xả, mức xả 4C biểu thị cường độ dòng điện mà tại đó pin được xả hết trong 4 giờ. Để sạc, 4C có nghĩa là ở cường độ dòng điện nhất định, phải mất 1 giờ để sạc đầy pin đến 400% dung lượng, tức là ở cường độ dòng điện nhất định, pin có thể được sạc đầy trong 15 phút. 4C là gì: 4C không phải là một chỉ báo mới mà là sự mở rộng của các chỉ báo sạc và xả truyền thống như 1C và 2C. Hiệu ứng cận biên của sự thúc đẩy yếu hơn. Khi tốc độ sạc của pin vượt quá 4C, độ khó kỹ thuật tăng lên và áp lực dòng điện lên pin lớn hơn, nhưng tác động tích cực do cải tiến kỹ thuật mang lại sẽ nhỏ hơn. Do đó, chúng tôi tin rằng 4C hiện là giải pháp tối ưu kết hợp giữa cải thiện hiệu suất và khả năng chi trả cho công nghệ pin.
Quá trình lặp đi lặp lại của tốc độ sạc pin: Trong những ngày đầu, bị giới hạn bởi trình độ công nghệ lúc bấy giờ, cả công nghệ sạc lẫn công nghệ pin đều không cho phép sạc pin ở tốc độ cao hơn. Tốc độ chỉ 0,1C và việc tăng tốc độ sạc sẽ ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ pin. Với sự đột phá không ngừng của công nghệ pin lithium và sự cải tiến liên tục của BMS, tốc độ sạc và xả của pin đã được cải thiện đáng kể. Tốc độ sạc của sơ đồ sạc chậm AC sớm nhất là dưới 0,5C. Với sự thâm nhập ngày càng nhanh của xe điện trên toàn thế giới trong những năm gần đây, công nghệ sạc pin điện đã có những bước đột phá lớn, xe điện từ 1C đã nhanh chóng phát triển lên 2C. Năm 2022, ô tô nội địa trang bị ắc quy 3C sẽ gia nhập thị trường. Vào ngày 23 tháng 6 năm 2022, CATL đã phát hành loại pin mới và cho biết tính năng sạc 4C dự kiến sẽ ra mắt vào năm tới.
Sạc siêu tốc sẽ trở thành cách duy nhất để nâng cấp công nghệ sạc. Giống như các phương tiện sử dụng năng lượng mới, điện thoại di động cũng có nhu cầu mạnh mẽ về tốc độ sạc, đồng thời công nghệ sạc cũng không ngừng cải tiến trong quá trình phát triển điện thoại di động: từ năm 1983, Motorola DynaTAC8000X đạt được sạc được 10 giờ và đàm thoại được 20 phút, và năm 2014 , OPPO Find 7 khuyến mãi sạc Nói chuyện 5 phút trong 2 giờ, hiện nay nhiều mẫu có thể sạc đầy viên pin 4500mAh trong 15 phút. Giao thức sạc của điện thoại thông minh cũng đã được nâng cấp từ 5V 1.5A của USC BC 1.2 năm 2010 lên USB PD 3.1 vào năm 2021 và điện áp tối đa có thể hỗ trợ 48V. Chúng tôi tin rằng dù là điện thoại thông minh hay phương tiện năng lượng mới, việc hiện thực hóa sạc nhanh sẽ cải thiện đáng kể trải nghiệm sản phẩm và đó cũng là cách duy nhất để nâng cấp công nghệ. Trong tương lai, sạc 4C cho xe điện cũng sẽ trở thành xu hướng của ngành.
1.3 Nhiều doanh nghiệp triển khai siêu sạc
Hiện tại, nhiều công ty đã đưa ra kế hoạch bố trí sạc nhanh của riêng mình và các mẫu xe liên quan đã ra mắt từ năm 2021: Porsche ra mắt ô tô điện nền tảng sạc nhanh 800V đầu tiên; BYD e platform 3.0 được ra mắt, tương ứng với mẫu concept Ocean-X; Geely Jikrypton 001 được trang bị nền tảng sạc nhanh 800V. Đồng thời, Huawei đã phát hành nền tảng điện áp cao toàn diện sạc flash AI, dự kiến sẽ đạt được tốc độ sạc nhanh 5 phút vào năm 2025.
1.3.1 Huawei: Nền tảng điện áp cao toàn diện sạc flash AI sẽ thực hiện sạc nhanh trong 5 phút
Đường dẫn "dòng điện cao" và "điện áp cao" cùng tồn tại và đường dẫn "điện áp cao" tiết kiệm chi phí hơn. Để đạt được công suất sạc cao hơn nhằm đạt được mục đích sạc nhanh thì cần phải tăng dòng điện hoặc điện áp. Hiện nay, trên thị trường có nhiều công ty áp dụng nhiều con đường công nghệ “điện áp cao” hơn là “dòng điện cao”. Huawei cho biết: Khi sử dụng đường dẫn công nghệ "điện áp cao", giá thành của BMS và mô-đun pin của xe cũng tương đương với đường dẫn "dòng điện cao", nhưng do không cần xét đến tác động của dòng điện cao nên chi phí hệ thống quản lý nhiệt và dây điện cao áp của nó tương đối thấp. 800V có thể trở thành xu hướng chủ đạo. Các mô hình phổ thông ngày nay vẫn sử dụng kiến trúc điện áp 200V~400V. Để đạt được công suất cao hơn nhằm đáp ứng yêu cầu sạc nhanh, dòng điện có thể tăng gấp đôi, điều này sẽ ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt và hiệu suất của xe. Ngày nay, các thành phần bao gồm các thiết bị điện như SiC, đầu nối cao áp và súng sạc cao áp đã trưởng thành. Tốt hơn hết bạn nên chọn điện áp cao hơn đồng thời đảm bảo dòng điện nằm trong phạm vi tương đối an toàn.
Tiếng Anh
