Tìm hiểu công nghệ sạc và pin trên xe điện Hyundai IONIQ 5

Mỗi chiếc xe điện, cũng giống như xe xăng sẽ được các nhà sản xuất tối ưu để đạt được hiệu quả tiêu thụ năng lượng tốt nhất, tức là chiếc xe sẽ có được quãng đường di chuyển tốt nhất đi cùng mức công suất tiêu thụ hợp lí. Tất nhiên, cũng như xe xăng, di chuyển tốc độ càng cao, lượng năng lượng tiêu hao càng lớn. Chỉ số range trung bình là yếu tố cần được quan tâm đầu tiên. Hiện nay các mẫu xe điện hiện đại, con số này đều quá mốc 400km cho 1 lần di chuyển. Trên mẫu IONIQ 5, hãng công bố là 450km. Còn trong điều kiện thực tế, chúng ta có thể nhận thấy quãng đường này có thể đạt mốc hơn 500km.

Tất nhiên, sau khi đi hết 450km hoặc 500km thì xe sẽ hết pin, và chúng ta bắt buộc phải sạc. Từ đây, các câu chuyện về công nghệ của xe bắt đầu.

Công nghệ sạc Ultra Rapid

Ultra Rapid là tên mà Hyundai Motor đặt tên cho công nghệ, khả năng sạc nhanh trên các mẫu xe điện của mình. Về bản chất, ta có thể hiểu đây là công nghệ sạc nhanh được ứng dụng trên xe.

Thực chất, thuật ngữ sạc nhanh không chỉ gắn liền với xe điện mà còn thường xuyên đi kèm với các mẫu điện thoại thông minh cao và trung cấp. Điểm chung của hai công nghệ này là đều rút ngắn đáng kể khoảng thời gian cần thiết để tái nạp năng lượng cho các khối pin của từng thiết bị. Và nếu không có tính năng sạc nhanh, sẽ phải mất nhiều giờ đồng hồ để hoàn tất quá trình trên.

Hiện nay, DC Fast Charging Level 3 đang là hệ thống sạc pin xe điện nhanh nhất ở thời điểm hiện tại. Với hệ thống này, các khối pin có thể phục hồi 80% năng lượng sau 20-60 phút cắm điện, tùy theo mức nhiệt của chiếc xe cũng như môi trường xung quanh. Về bản chất, công nghệ này biến dòng điện xoay chiều AC thành điện 1 chiều DC, "nhồi" năng lượng vào pin của xe thông qua bộ chuyển đổi. Hiện nay, trạm sạc nhanh mức trung bình sẽ cho công suất 50-60 kWh. Còn những trạm cao cấp nhất sẽ đạt mức 350 kWh.

Tuy nhiên, mức chi phí đầu tư trạm sạc này khá cao, khó có thể phủ rộng. Do đó, chúng ta cũng có thể sử dụng hệ thống trạm sạc AC công suất thấp hơn: 11 kWh – 3 phase, 7kWh hoặc 3 kWh -1 phase. Với cục pin 72 kWh của IONIQ 5, chúng ta sẽ mất khoảng 6h để pin đầy từ 10 – 100%, và thậm chí là 30h với bộ sạc 3 kWh. Ưu điểm của bộ sạc này là ta có thể lắp tại nhà, hoặc sử dụng như một bộ sạc di động, có thể sạc xe tại bất cứ đâu mà không phụ thuộc vào điểm sạc.

Có hai mức hiệu điện thế đang được sử dụng là 400V và 800V. Theo lý thuyết, điện áp càng lớn thì tốc độ sạc sẽ càng cao. Được biết, hệ thống Supercharger của Tesla đang sử dụng nguồn điện 400V với thời gian sạc từ 0-80% là khoảng 40 phút. Porsche hay Hyundai thì lại tập trung nghiên cứu hệ thống sạc điện áp 800V.  Với IONIQ 5 trang bị cục pin 72 kWh, hệ thống này có khả năng nạp đầy phạm vi hoạt động 400km chỉ trong 18 - 20 phút. Ngoài ra, IONIQ 5 được trang bị hệ thống nạp điện kép, tương thích cả 2 chuẩn của hệ thống 400V hoặc 800V. Điểm thú vị là chiếc xe có khả năng sạc liên tục khi điện áp chuyển đổi. Do đó, IONIQ 5 có thể sạc được ở bất cứ nơi đâu trên thế giới.

Trong bối cảnh xe điện đang gia tăng không ngừng về số lượng, việc phát triển các hệ thống trạm sạc công cộng đã trở thành một vấn đề thiết yếu. Trong đó, những hệ thống sạc nhanh sẽ được coi là nòng cốt bởi trong đời sống hiện đại, thời gian là vàng là bạc. Và không phải ai cũng có thể sắp xếp các công việc của mình trong khi chờ đợi chiếc xe của mình được 'tiếp đạn'.

Mỗi nhà sản xuất sẽ trang bị một bộ kết nối riêng cho những chiếc xe điện do họ tạo ra để sử dụng các trụ sạc nhanh. Nếu như các thương hiệu Nhật dùng bộ CHAdeMO (Nissan Leaf) thì Hyundai cũng như các hãng Đức, Mỹ  lại được 'sắm' bộ SAE Combo Plug hay còn gọi là CCS. Mức độ phổ biển của chuẩn CCS đang nhỉnh hơn, điều này cũng giống như chuẩn sạc Type-C và Lightning trên điện thoại.

Công nghệ pin Lithium-ion

Hiện nay, đại đa số các mẫu xe điện vẫn sử dụng công nghệ pin lithium-ion, viết tắt là Li-ion, và IONIQ 5 cũng không phải ngoại lệ. Và có một sự thật là loại pin này không được sinh ra để hỗ trợ sạc nhanh. Bởi lẽ, nếu sạc pin lithium-ion với tốc độ cao và trong thời gian dài, các cell pin có thể bị hư hỏng nặng và khiến cho dung lượng pin bị bào mòn. Do đó, để khắc phục hiện tượng này, IONIQ 5 sẽ tăng cường tốc độ sạc nhanh đến mức 80%, sau đó giảm công suất sạc để bảo vệ pin. Bên cạnh đó, IONIQ 5 cũng cho phép giới hạn mức sạc tối đa, chỉ cần đạt đầy ở mức 60% ~ 90%, giúp tăng cường tuổi thọ pin.

Một vấn đề cần lưu ý khác, công nghệ Li-ion còn phát sinh nhiệt năng khi tiến hành xả pin. Việc này vừa làm giảm hiệu năng pin, vừa tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ. Để xử lí, Hyundai đã áp dụng bộ giải pháp bảo vệ pin tối ưu của mình.

Về vấn đề xử lí nhiệt, Hyundai đưa vào sử dụng hệ thống quản lí nhiệt độ thông minh, giúp duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định tối ưu của pin xe: sưởi ấm vào mùa đông và làm mát vào mùa hè thông qua hệ thống bơm nhiệt với tái chế nhiệt thải, một bước tiến tới việc tạo ra một chiếc xe thực sự thân thiện với môi trường. Theo các báo cáo, hệ thống này giảm mức suy hao năng lượng đến 20% so với thông thường

Thực tế, các hệ thống bơm nhiệt tương tự được sử dụng bởi hầu hết các nhà sản xuất toàn cầu khác. Nhưng hệ thống trên IONIQ 5 không chỉ sử dụng nhiệt từ không khí bên ngoài mà còn cả nhiệt thải từ các bộ phận xe điện tử — ví dụ: động cơ, OBC, Mô-đun EPCU / PE, pin và bộ sạc chậm — để điều chỉnh nhiệt độ pin, làm nên hệ thống điều khiển nhiệt độ chủ động, ít bị phụ thuộc vào môi trường bên ngoài.

Bên cạnh đó, việc bảo vệ pin tránh khỏi các va đập vật lí cũng được chú trọng. Hệ thống pin được bảo vệ bằng các lớp "giáp" chống va chạm vật lí và hệ thống rơ-le tự ngắt khi phát hiện quá nhiệt hoặc sự cố xảy ra, hạn chế nguy cơ mất an toàn từ cháy nổ.

Hầu hết các cấu trúc an toàn cấu trúc để bảo vệ pin điện áp cao khỏi các va chạm vật lý bên ngoài. Màng phân tách bên trong pin, dùng để tách cực dương và vật liệu catốt và chỉ cho phép lithium-ion đi qua các lỗ nhỏ, được phủ mỏng bằng gốm để chống sốc.

Pin dạng túi được chọn để bảo vệ pin khỏi nhiệt bên ngoài và các vòng đệm bên ở hai bên của pin được gia cố bằng vật liệu hấp thụ sốc. Đối với sạc cực nhanh 800V, công nghệ quản lý nhiệt của hệ thống pin rất quan trọng và với mục đích này, cấu trúc kênh làm mát phân chia đã được áp dụng cho hệ thống.

Trên IONIQ 5, hệ thống module pin cần phải trải qua 4 bài kiểm tra khắc nghiệt:

Kiểm tra va chạm: kiểm tra xem pin có bị cháy hay phát nổ khi va chạm hay không.

Kiểm tra chống thấm nước: kiểm tra xem module có bị rò rỉ khi ngâm nước hay không

Thử nghiệm ngâm nước biển: kiểm tra xem pin có bị cháy hay phát nổ khi ngâm trong nước mặn vốn có đặc tính ion hóa cao hay không.

Thử nghiệm lửa: kiểm tra xem pin có phát nổ khi tiếp xúc với lửa hay không

Do đó, có thể thấy với IONIQ 5, người dùng hoàn toàn có thể yên tâm về công nghệ pin trên xe.