Cấu tạo đơn giản của ôtô điện so với xe xăng

Về cơ bản, hai thành phần quan trọng nhất của một chiếc xe điện là bộ pin và động cơ (môtơ) điện. So với xe chạy nhiên liệu hóa thạch, khách hàng sẽ được giải phóng khỏi rất nhiều mối bận tâm. Tài xế không cần phải kiểm tra nhớt động cơ, không cần phải quan tâm tới nước làm mát, cũng chẳng việc gì phải lo tới hệ thống lọc nhiên liệu. Xe điện không cần tới những thứ này.

Cấu tạo xe điện

Bộ pin là kết cấu chiếm nhiều không gian nhất trên xe điện. Chiếc Tesla Model S to lớn được cung cấp năng lượng bởi những viên pin Panasonic hình trụ nhỏ bé. 7.000 viên pin ấy được lắp ráp với nhau tạo nên bộ pin chứa 100 kWh (100 số điện) cho xe hoạt động.

Công nghệ pin ngày càng nhận được sự quan tâm và đầu tư bởi cả hãng xe lẫn các công ty công nghệ. Năm 2020, Bill Gates nói rằng ông đang rất hứng thú với QuantumScape, một công ty start-up đang phát triển thế hệ pin mới. Bên trong pin của QuantumScape, lớp nguyên liệu lỏng giữa cực âm và dương sẽ được thay thế bởi một vật liệu chất rắn. Chất rắn này an toàn hơn rất nhiều khi không dễ bắt lửa như lớp chất lỏng thông thường, đồng thời giúp viên pin có khả năng lưu trữ năng lượng gấp đôi. Điều đó có nghĩa bạn sẽ đi được quãng đường gấp đôi.

Động cơ của xe điện là môtơ nên cấu tạo đơn giản hơn rất nhiều một động cơ đốt trong. Chúng ta sẽ quên đi những thứ phức tạp như piston, xi-lanh, trục khuỷu, bánh răng, hệ thống lọc nhiên liệu... Do giảm thiểu được tối đa các thành phần truyền động trung gian, năng lượng của môtơ điện được chuyển thẳng tới bánh xe giúp chúng quay.

Nhưng để môtơ nhận được năng lượng từ pin, nó cần sự hỗ trợ của một bộ biến tần. Nhiệm vụ của bộ phận này là biến đổi dòng điện một chiều (DC) trên pin thành dòng điện xoay chiều (AC). Dòng xoay chiều này đi tới môtơ giúp nó hoạt động. Ngược lại, khi chiếc xe phanh, bộ biến tần lại làm nhiệm vụ chuyển dòng xoay chiều sinh ra trong quá trình phanh trở thành dòng điện một chiều để nạp lại năng lượng cho pin. Quá trình này chúng ta vẫn thường được nghe với tên gọi công nghệ phanh tái tạo năng lượng trên xe điện.

Cũng giống những chiếc xe sử dụng động cơ đốt trong hiện đại nhất ngày nay, xe điện không thể thiếu bộ điều khiển trung tâm. Nó sẽ quyết định mọi thứ từ phản ứng chân ga cho tới quản lý năng lượng pin hay mô-men xoắn. Hiểu một cách nôm na, nếu thiếu đi bộ điều khiển trung tâm thì chiếc xe dù được trang bị động cơ mạnh tới cỡ nào thì nó cũng chỉ là một cái xác không hồn.

Hộp số 2 cấp trên Taycan. Ảnh: Porsche

Nếu pin là nơi lưu trữ năng lượng, giống như bình nhiên liệu trên xe xăng hoặc dầu, môtơ điện là động cơ, thì hộp số của xe điện là gì?

Về lý thuyết, xe điện không cần tới hộp số vì đặc tính riêng. Ở động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu hóa thạch, chúng chỉ có dải vòng tua hạn chế, thông thường khoảng 4.000-6000 vòng/phút. Bởi vậy để đồng bộ giữa lực kéo và tốc độ, động cơ đốt trong cần tới hộp số để thay đổi các tỉ số truyền. Với động cơ điện, môtơ có thể đạt tới tốc độ 20.000 vòng/phút, vượt qua rất nhiều tốc độ quay tối đa của một động cơ đốt trong điển hình. Không những thế, nó còn sản sinh mô-men xoắn tối đa ngay khi người lái vừa nhấp bàn đạp ga từ trạng thái đứng yên. Vì thế, xe điện chỉ cần cơ cấu các bánh răng một tỷ số truyền để đảm bảo truyền động đúng ý nhà lập trình.

Động cơ điện tăng tốc rất nhanh và không có độ trễ. Khái niệm "mô-men xoắn cực đại đạt được ở vòng tua..." là không tồn tại với xe điện, vì ở dải tua nào mô-men xoắn cũng tối ưu như nhau. Vì có dải vòng tua vô cùng lớn, với chỉ một cấp số, động cơ điện có thể thích ứng ở mọi tốc độ của xe cho mục đích sử dụng hàng ngày.

Tuy nhiên, vẫn có những "kẻ lập dị". Porsche Taycan là một trong số ấy. Nhiệm vụ của hãng xe Đức là tạo nên một chiếc xe điện, nhưng nó phải giữ được bản ngã thể thao như các đàn anh động cơ đốt trong thông thường. Hộp số 2 cấp trên Taycan cho phép chiếc xe đẩy nhanh gia tốc ở tốc độ thấp, đồng thời cải thiện tiêu hao năng lượng ở tốc độ cao bằng cách hạ thấp tốc độ quay của mô tơ. Công suất trên Taycan lên tới 750 mã lực. Mẫu sedan thể thao chạy điện tăng tốc 0-100 km/h trong vỏn vẹn 2,6 giây. Thời điểm chuyển số khi xe đạt tốc độ 80 km/h..

Vậy thì tại sao những chiếc xe điện phổ thông lại không sử dụng hộp số 2 cấp như Porsche Taycan để đạt hiệu suất tuyệt vời như thế? Câu trả lời là, chúng sẽ bị tăng giá. Đâu cần phải chi thêm tiền cho những thứ mà phần lớn thời gian bạn không cần tới. Nhưng nếu bạn dư giả tài chính, trả thêm một khoản để thêm một cấp số và dính lưng trên Porsche, thì rất thú vị.