Sau khoảng chục năm dần dần trở nên phổ biến trên toàn thế giới, quan niệm chung về bộ pin của xe điện đã được kiểm chứng là khá bền bỉ, loại lithium-ion được sử dụng trong hầu hết các xe điện hiện đại ngày nay có khả năng tồn tại ít nhất một thập kỷ trước khi cần phải thay thế.
So với ô tô sử dụng động cơ đốt trong, ô tô điện có ít bộ phận chuyển động hơn. Chúng có cơ chế phanh tái sinh năng lượng, đồng nghĩa với ít khi gặp trường hợp phải thay thế cụm phanh cơ khí. Các yêu cầu bảo dưỡng cũng giảm đi đáng kể. Thêm vào đó, với khả năng chủ động chọn thời điểm sạc pin để có chi phí hợp lý hơn đổ xăng/dầu, việc sở hữu xe điện dù là mua hẳn hay thuê pin cũng giúp giảm số tiền bỏ ra trên mỗi đơn vị nhiên liệu, bên cạnh việc giảm khí thải ra môi trường.
Tuy nhiên, vào lúc ban đầu của quá trình sử dụng, ô tô điện đắt hơn ô tô sử dụng động cơ đốt trong bởi giá niêm yết từ phía hãng bán ra. Lý do chính là do chi phí sản xuất những khối pin lithium-ion kích thước lớn. Mọi người vẫn đang hy vọng rằng khoản chi phí này sẽ dần giảm xuống, nhưng đó là quá trình kéo dài. Thậm chí, việc không rõ khi nào cần phải thay pin và liệu có tốn kém quá không, có thể là yếu tố khiến khách hàng chưa chọn xe điện.
Thật đáng mừng, với việc sử dụng xe điện ngày càng phổ biến hơn bao giờ hết, số lượng xe điện cá nhân ngày càng tăng cho thấy một bức tranh rõ ràng hơn về thời lượng trung bình của bộ pin xe điện. Hơn nữa, các nhà sản xuất từ lâu đã đầu tư nhiều tiền cho việc nghiên cứu và phát triển để đảm bảo các bộ pin hiện đại có thể đi được quãng đường dài.
Pin lithium-ion hoạt động như thế nào
Hầu hết các mẫu xe ô tô điện đều sử dụng bộ pin lithium-ion. Mặc dù thường có những tin tức về việc tìm ra công thức hóa học mới cho pin, nhưng cơ sở hạ tầng để chế tạo pin lithium-ion trên quy mô lớn đều đã được hoàn thiện từ lâu, rất khó để ngành công nghiệp chuyển hướng khỏi công nghệ đã được hiểu rõ. Việc cải tiến thêm dựa trên những gì sẵn có sẽ luôn được ủng hộ hơn, vì không làm tăng thêm quá nhiều chi phí.
Pin lithium-ion có những lợi ích sau:
- Chúng có mật độ năng lượng cao hơn pin axit chì thông thường được sử dụng trong ô tô đốt trong hoặc pin nickel hydride kim loại được tìm thấy trong một số xe hybrid.
- Tốc độ tự xả của chúng thấp hơn các loại pin khác, chỉ hao hụt 1 đến 2% mỗi tháng (miễn là điều kiện thời tiết không quá khắc nghiệt).
- Chúng không yêu cầu xả toàn bộ định kỳ cũng như không cần bảo trì chất điện phân.
- Chúng cung cấp điện áp ổn định hợp lý ngay cả khi điện tích giảm.
Tuy nhiên, pin lithium-ion có một số nhược điểm:
- Khâu sản xuất tốn khá nhiều chi phí, khó có thể giảm thêm được nữa; việc khai thác cobalt và nickel có nhiều vấn đề về môi trường.
- Tuổi thọ có bền hay không sẽ phụ thuộc rất lớn vào độ hiệu quả của chương trình quản lý pin tích hợp.
- Sạc đầy và xả đầy đều gây hại cho tuổi thọ của pin.
- Có thể xảy ra tình trạng quá nhiệt và dẫn đến nguy cơ cháy.
- Sự hiệu quả của quá trình sạc và xả pin bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ khắc nghiệt.
Để giải quyết hầu hết những nhược điểm này, các nhà sản xuất ô tô đã phát triển phần mềm quản lý tình trạng pin, bao gồm cả cơ chế làm mát và giữ ấm để giúp cải thiện hiệu quả trong nhiều loại môi trường khác nhau, từ mùa đông ở các quốc gia gần Bắc cực cho đến những nơi nắng nóng ở Nam Á hay châu Phi.
Tuổi thọ pin xe điện
Cách đơn giản nhất để đánh giá tuổi thọ dự kiến của bộ pin là xem nhà sản xuất hứa hẹn những gì. Nhiều hãng xe lớn đã đưa ra chính sách nghe rất hấp dẫn, chẳng hạn như bảo hành 8 năm hoặc 160.000 km, có hãng còn lên đến gần 250.000 km.
Sự bảo đảm này không chỉ chống lại sự hỏng hóc hoàn toàn của bộ pin mà còn chống lại sự xuống cấp. Khi chúng trải qua quá trình sử dụng lâu năm, tùy theo chu kỳ sạc, gói pin lithium-ion sẽ mất đi một phần tổng dung lượng ban đầu. Tesla từng tuyên bố rằng pin của họ sẽ duy trì ít nhất 70% dung lượng trong phạm vi bảo hành. Nếu chúng giảm xuống dưới ngưỡng đó mà vẫn chưa hết bảo hành, chúng sẽ được thay thế miễn phí.
Một nghiên cứu do cộng đồng thực hiện bởi những người sở hữu xe Tesla ở Hà Lan – sử dụng dữ liệu từ khắp nơi trên thế giới – cho thấy những người sở hữu Model S đang nhận thấy mức độ xuống cấp trung bình khoảng 5% sau quãng thời gian lái xe khoảng 80.000 km. Sau đó, mức giảm dung lượng khoảng 10% hoặc ít hơn khi xe tới ngưỡng từ 240.000 đến 320.000 km.
Tại thị trường Mỹ, Hyundai và Kia cung cấp chế độ bảo hành pin tương tự cho các mẫu xe điện của họ, với thời hạn bảo hành 10 năm hoặc 160.000 km. Chế độ bảo hành cũng bao gồm điều khoản trấn an người dùng về tình trạng xuống cấp nếu dung lượng giảm hơn 30% trong thời gian bảo hành.
Trong khi đó, Bộ Năng lượng Mỹ dự đoán pin xe điện ngày nay sẽ có tuổi thọ tốt sau thời gian bảo hành, với thời gian sử dụng của các gói này là từ 12 đến 15 năm nếu sử dụng ở vùng khí hậu ôn hòa. Nếu xe điện được sử dụng ở những nơi có điều kiện thời tiết cực nóng hoặc cực lạnh, thời gian dự kiến được khuyến cáo là từ 8 đến 12 năm.
Cách giữ tuổi thọ cho pin xe điện
Đối với xe dùng động cơ đốt trong, hầu như rất ít người sử dụng theo kiểu chạy đến khi cạn kiệt hoàn toàn nhiên liệu. Trên thực tế, phía nhà sản xuất luôn thiết kế để một lượng nhiên liệu dự trữ luôn tồn tại ngay cả khi kim báo đã chỉ về mức “cạn sạch”, đủ để bạn tìm đến trạm nhiên liệu gần nhất. Điều tương tự cũng được áp dụng cho xe điện. Hầu hết người dùng xe điện sẽ không để pin cạn về 0% và bản thân phần mềm quản lý pin được tích hợp cũng sẽ không cho phép bạn làm thế.
Đối với những người sử dụng trạm sạc nhanh và đỗ xe trên đường hoặc bãi đậu xe ngầm tại một tòa nhà chung cư, việc sử dụng vẫn không hoàn toàn khác với xe động cơ đốt trong. Chẳng hạn, chiếc Audi Q6 e-tron có thể sạc từ 10 đến 80% chỉ trong 21 phút trên bộ sạc 800 volt. Mặc dù vẫn chậm hơn so với việc đổ đầy bình xăng ở một cây xăng quen thuộc, nhưng trong 21 phút đó đủ để bạn nghỉ ngơi, thưởng thức một ly cà phê, lướt mạng xã hội, v.v…
Quan niệm thông thường là sạc nhanh sẽ làm giảm tuổi thọ pin lithium-ion nhiều hơn so với các phương pháp sạc chậm (chẳng hạn như cắm vào bộ sạc gia đình Cấp 2), nhưng sự chênh lệch là không đáng kể nếu như xe trang bị phần mềm quản lý với các thuật toán hiện đại. Khác biệt chỉ là một vài phần trăm sau khi xe đã sử dụng được với quãng đường tính bằng hàng chục nghìn km.
Hệ thống quản lý nhiệt chủ động là chìa khóa để duy trì bộ pin lithium-ion của ô tô điện ở hiệu suất cao nhất. Pin lithium-ion có phạm vi hoạt động tối ưu trong khoảng từ 10 đến 30 độ C. Hầu hết các mẫu điện hiện đại đều có thể cố gắng duy trì nhiệt độ pin của chúng trong ngưỡng này bằng các cơ chế làm mát hoặc sưởi ấm, tùy theo nhiệt độ môi trường bên ngoài.
Giống như quá trình sưởi ấm và làm mát bên trong nội thất ô tô, việc sưởi ấm và làm mát bộ pin của xe điện sẽ tiêu tốn năng lượng. Do đó, phạm vi lái xe tổng thể sẽ bị ảnh hưởng phần nào khi xe điện vận hành ở nơi có nhiệt độ khắc nghiệt. Dù vậy, với các hệ thống này, bộ pin xe điện vẫn sẽ suy giảm dung lượng với tốc độ nằm trong tầm kiểm soát, vốn đã được phía nhà sản xuất tính toán phù hợp.
Yếu tố an toàn của xe điện
Ở hầu hết mọi quốc gia trên thế giới, pin xe điện phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn giống như các mẫu xe du lịch dùng động cơ đốt trong. Tuy nhiên, riêng bộ pin xe điện phải được bọc trong lớp vỏ kín cũng như có thể vượt qua các điều kiện thử nghiệm liên quan đến sạc quá mức, nhiệt độ khắc nghiệt, hỏa hoạn, tai nạn, ngâm trong nước, rung và đoản mạch. Xe điện cũng cần sử dụng “đường dây điện áp cao được cách điện” và có thể tắt hệ thống điện trong trường hợp xảy ra sự cố hoặc đoản mạch.
Các vụ cháy ô tô điện do hiện tượng nhiệt tăng nhanh thường gây chú ý vì chúng rất khó dập tắt. Nếu như loài người đã có hơn 100 năm kinh nghiệm kiểm soát nguy cơ cháy nổ của xăng dầu, thì đến nay thời gian tích lũy kiến thức để xử lý các loại ô tô sử dụng pin điện áp cao với mật độ năng lượng cao vẫn đang là quá ít ỏi.
Về mặt thống kê, ô tô điện ít có khả năng bắt lửa hơn ô tô động cơ đốt trong. Một nghiên cứu gần đây ở Thụy Điển, bao gồm dữ liệu của các công ty bảo hiểm Mỹ, công bố vào tháng 2/2024 cho thấy trên 100.000 xe được bán ra, có 1.530 vụ cháy được báo cáo đối với ô tô chạy bằng động cơ đốt trong và 3.475 vụ cháy đối với xe hybrid. Còn xe thuần điện thì chỉ có 25 vụ mà thôi.
Phần mềm có thể thực hiện công việc gần như hoàn hảo trong việc duy trì tình trạng pin, nhưng đôi lúc vẫn có lỗi nằm ngoài tầm kiểm soát. Hầu hết xe điện đều được thiết kế với bộ pin đặt dưới sàn, nghĩa là nếu xảy ra tai nạn ở bất kỳ góc nào cũng có thể gây ra thiệt hại vật chất.
Trong trường hợp va chạm, hy vọng bảo hiểm sẽ bồi thường thiệt hại. Tuy nhiên, cũng có nguy cơ gây ra một số thiệt hại cực kỳ tốn kém cho xe điện khi chạy qua những con đường nhiều đá sỏi. Một viên sỏi với kích cỡ chỉ làm móp nhẹ thân xe động cơ đốt trong cũng có thể làm thủng bộ pin và buộc phải thay thế, với chi phí cao hơn cả việc thay động cơ đốt trong.
Sự thật là các loại pin đang được dùng trong các mẫu xe ô tô điện ngày nay chắc chắn sẽ cần phải được thay thế trong tương lai, sau khi chúng đã lão hóa. May mắn là công nghệ sản xuất đã đạt tới độ chín nhất định, để các khối pin lithium-ion hiện đại hầu như sẽ không gặp vấn đề gì nghiêm trọng trong khoảng chục năm sử dụng đầu tiên, thậm chí có thể lâu hơn. Vào thời điểm xe điện ngày nay cần thay thế pin, hoàn toàn có khả năng chi phí sản xuất và vật liệu dùng cho pin sẽ thấp hơn nhiều so với mức giá ở thời điểm hiện tại. Nhìn chung, nếu xe điện càng trở nên phổ biến thì người dùng sẽ càng được hưởng lợi.
Tổng hợp
Le Hai.