Ô tô điện chạy tốc độ cao thì nhanh hết pin hơn chạy chậm?

Để trả lời cho câu hỏi "Có phải xe điện chạy tốc độ cao thì nhanh hết pin hơn chạy chậm?", chuyên gia đua xe Nguyễn Hồng Vinh đã có một số phân tích dưới đây dựa trên các dữ liệu khoa học.

Thực chất những gì chúng ta biết về xe điện, có thể nói, rất sơ khai. Dựa trên nền tảng là kiến thức của người quan tâm, thì những thông tin chi tiết mang nặng tính khoa học có vẻ khó hiểu. Và quả thực các nhà sản xuất xe điện đến nay chưa đưa ra nhiều thông tin kỹ thuật, có lẽ họ sợ chả ai hiểu.

Để trả lời câu hỏi "Có phải xe điện chạy tốc độ cao thì nhanh hết pin hơn chạy chậm?", hãy cùng nhìn một đồ thị minh họa dưới đây.

Đồ thị với hai số liệu lực mô-men xoắn (Nm), tốc độ tua máy (rpm), cho ra bảng màu hiệu quả (Efficiency)

Trong hình trên là đồ thị thể hiện sự hiệu quả của động cơ điện lắp trên ô tô. Hiệu quả (Efficiency) của việc chuyển điện năng thành động năng cho xe có thể dao động từ 50-94%. Những vùng màu sậm là khi việc chuyển đổi điện thành chuyển động hiệu quả nhất, các vùng màu nhạt thể hiện sự kém hiệu quả hơn trong việc này.

Theo như kết quả đồ thị, xe điện nói chung sẽ mất nhiều năng lượng nhất khi cần mô-men xoắn lớn. Đó là khi tăng tốc đột ngột, tăng tốc thời gian dài. Và việc này thường xảy ra khi chạy xe ở tốc độ cao, cần mô-men xoắn lớn để duy trì tốc độ này.

Tất nhiên là càng ngày các động cơ điện (mô-tơ) càng được cải thiện hiệu quả, nghĩa là công nghệ càng tiến lên và các động cơ đời sau có vùng làm việc hiệu quả theo mô-men và tốc độ lớn hơn. Hãy xem hình đồ họa miêu tả hoạt động của động cơ giữa Tesla Model S và Honda Accord 2005 dưới đây.

Biểu đồ so sánh hiệu quả hoạt động giữa Honda Accord 2005 và Tesla Model S

Chiếc Tesla ở vùng tốc độ cao, mô-men vừa phải thì sự chuyển đổi năng lượng vẫn ở mức tối ưu. Ví dụ là 140km/h. Nhưng với tốc độ cao và mô-men lớn (ví dụ 180km/h) thì ta thấy trên đồ thị thể hiện sự phung phí điện năng. So sánh với hình của Honda ở bên cạnh, thì thấy chỉ trong vài năm, thế giới đã tạo ra những động cơ điện làm việc hiệu quả hơn rất nhiều, nhưng có những điểm yếu không thể xóa bỏ.

Nếu chúng ta nhìn vào vùng hoạt động hiệu quả của động cơ điện, và hiểu rằng mỗi loại động cơ có vùng này khác nhau, thì sẽ thấy một chiếc xe có thể chạy quãng đường 300km ở tốc độ mà động cơ làm việc trong vùng tối ưu, nhưng chỉ còn chưa đến 200km nếu cách chạy, tốc độ không nằm trong khu vực tối ưu này.

Đến đây ta hiểu đôi lúc số km đi được theo công bố của nhà sản xuất sẽ không đúng với mọi điều kiện vận hành (xem lại vùng tối ưu của Tesla vs Honda Accord 2005 sẽ thấy rõ về việc này). Chúng ta thường không có thông tin hay thậm chí khái niệm về việc này, mặc dù nó khá quan trọng.

Nhưng giả sử một động cơ điện tốt nhất vẫn sở hữu những yếu điểm khi hoạt động ở vùng moment xoắn cao, hoặc đi kèm tốc độ cao, thì giải pháp nào đã được các nhà sản xuất áp dụng hiện nay? Có 3 phương án thống kê dưới đây.

Thứ nhất là sử dụng động cơ to và mạnh hơn. To mạnh hơn cung cấp vùng làm việc hiệu quả lớn hơn, và vì thế điện năng sẽ bớt thất thoát. Có thể hiểu là sẽ không hay khi làm xe điện yếu (khoảng 80 mã lực), vì lúc đó nó sẽ đi được rất ít.

Thứ hai, khắc phục yếu điểm mô-men cao bằng cách giảm mô-men của động cơ. Trong cùng một hoàn cảnh, ví dụ lúc tăng tốc, khi 1 chiếc động cơ cần cung cấp 300Nm sẽ làm thất thoát điện năng nhiều, thì ta có thể dùng 2 động cơ, với mỗi cái cung cấp 150Nm để thay thế. Vì vậy các xe có 2 động cơ điện hoàn toàn có khả năng sử dụng điện hiệu quả hơn loại chỉ có 1 và tất nhiên nó sẽ đi xa hơn, với cùng 1 cục pin.

Thứ ba, nhà sản xuất sử dụng thiết bị rất quen thuộc, vốn dùng để quản lý cả moment và tốc độ, đó là hộp số.

Trong thế giới xe điện, những chiếc xe đắt tiền không chỉ hơn hẳn về hiệu suất, thương hiệu, hay thiết kế mà thực sự nó còn chạy xa hơn bằng cách tối ưu hóa lượng điện năng mang theo. Vì thế 1 chiếc xe 2 cầu có thể tiết kiệm nhiên liệu hơn chiếc xe 1 cầu, 1 chiếc xe 200 mã lực có khả năng đi xa hơn chiếc 150 mã lực với cùng dung lượng pin, hoặc những chiếc xe mạnh hơn cuối cùng lại xanh hơn..., khác hẳn những gì chúng ta biết với xe động cơ đốt trong.

Nguyễn Hồng Vinh