Sạc 'qua không khí' mở ra cơ hội gỡ nút thắt cổ chai trong ngành xe điện: Giấc mơ vừa chạy xe vừa sạc dần thành hiện thực

Để giải quyết tình trạng bùng nổ số lượng xe điện trong khi các trạm sạc chưa lắp đặt đủ nhiều, công nghệ sạc xe không dây đang dần đi vào thực tế.

Công nghệ sạc xe điện không dây

Những người lái xe thông thường sẽ luôn theo dõi đồng hồ đo nhiên liệu để dừng kịp thời tại các trạm đổ xăng. Tuy nhiên, đối với những người lái xe điện, những trạm sạc lại rất ít và cách xa nhau.

Trong khi số xe điện không ngừng tăng lên, cơ sở hạ tầng cần thiết cho việc sạc pin cũng như công nghệ sạc vẫn chưa bắt kịp được xu thế. Hiện tại, hầu hết các xe điện đều được sạc bằng cách kết nối qua phích cắm. Nhưng phích cắm, dây cáp nối và các trạm sạc mang lại rất nhiều vấn đề.

Các dây cáp là mối nguy hiểm cho những chuyến đi. Các trạm sạc xe khiến cho đường phố thêm lộn xộn. Và đồng trong những đoạn dây là mục tiêu hấp dẫn của những tên trộm. Do đó, nhiều kỹ sư muốn phát triển cách sạc điện thứ hai: không dây và như thế chúng có thể được chôn dưới lòng đất.

Vào năm 1831, Michael Faraday đã đưa ra một phát minh quan trọng đó là cảm ứng điện từ, nguyên lý cơ bản đằng sau công nghệ sạc không dây và hiện vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong các động cơ điện, máy phát.

Từ phát hiện dòng điện sinh ra từ trường của Oerted năm 1820, Faraday đã thử lại những thí nghiệm của Oerted, tham khảo những tài liệu của Ampere. Ông phát hiện ra rằng nếu dòng điện sinh ra từ trường thì từ trường cũng có thể sản sinh ra dòng điện.

Với những thí nghiệm sau, ông tiếp tục phát hiện ra rằng dòng điện trong mạch điện thứ nhất có thể kích thích dòng điện trong một mạch điện thứ hai gần đó. Như vậy năng lượng điện đã được truyền mà không cần dây dẫn. Dòng điện cảm ứng sau đó có thể phục vụ cho bất kỳ mục đích nào mà kỹ sư lựa chọn.

Trong trường hợp sạc xe điện, dây dẫn thứ nhất là một dây đồng dài cuộn quanh một mảnh ferit để khuếch đại từ trường được tạo ra. Những vật liệu này sẽ được đặt trong một hộp phẳng để tạo ra một tấm đệm có thể dễ dàng chôn lấp.

Khi xe được trang bị bộ phận cảm biến tương thích và dừng đỗ phía trên thiết bị được chôn dưới đất, dòng điện xoay chiều xuất hiện trong tấm đệm dưới đất và dòng điện tương tự sẽ được tạo ra trong xe. Dòng điện này sẽ được chuyển đổi thành dòng điện một chiều để nạp đầy pin cho xe điện.

Nguyên tắc này khá đơn giản. Nhưng phải đến những năm gần đây, cảm ứng điện mới trở nên thực tế đối với các phương tiện giao thông.

Công nghệ sạc dẫn đầu xu thế

Để việc sạc không dây hoạt động, xe điện nhất định phải được trang bị bộ phận cảm biến. Hiện tại, đây là một lĩnh vực kinh doanh tự phát. Chẳng hạn như Evatran, một công ty ở Virginia, chuyên bán các bộ phụ kiện cảm biến và tấm đệm với giá từ 2.500 USD đến 4.000 USD, đã bao gồm công lắp đặt.

Giám đốc Rebecca Hough của ông ty cho biết khoảng 11% nguồn điện đầu vào bị thất thoát trong quá trình sạc không dây bằng thiết bị của Evatran. Nhưng việc dùng bộ sạc có phích cắm cũng có những hao hụt tương tự.

Evatran không đơn độc trong lĩnh vực kinh doanh thiết bị cảm ứng. HEVO, một công ty có trụ sở tại New York, nhận lắp đặt bộ phận cảm biến với giá 3.000 USD. HEVO cũng muốn việc sạc xe điện sẽ được mở rộng bên ngoài garage của các căn hộ bằng cách lắp đặt các tấm đệm trong các thành phố. Các tài xế sẽ đặt trước và thuê thông qua ứng dụng trên điện thoại di động.

Nếu sạc không dây phát triển hơn nữa, các nhà sản xuất xe cũng sẽ phải vào cuộc. Điều này đang bắt đầu diễn ra. Từ năm 2018, các nhà sản xuất ô tô đã bắt đầu bổ sung bộ phận thu nhận vào sản phẩm của họ khi chúng đang được lắp ráp.

WiTricity, một công ty ở Massachusetts, giống như Evatran, thiết kế bộ phận thu nhận và tấm lót. Công ty đã cấp phép cho Toyota và hai công ty sản xuất linh kiện xe hơi, TDK của Nhật Bản và Delphi của Anh, sử dụng thiết kế của mình. Các nhà sản xuất ô tô khác, bao gồm Audi, BMW, Daimler, Ford, Jaguar, Mercedes-Benz và Volvo, cũng sẽ sớm tung ra các loại xe có tính năng sạc không dây.

Ô tô con cũng không phải phương tiện duy nhất có thể dùng sạc không dây. Wave, công ty ở Utah có kế hoạch lắp đặt công nghệ sạc không dây mạnh mẽ hơn cho một chiếc quái xế tại cảng Los Angeles. Loại xe với những chiếc lốp cao hơn đầu người này có chức năng di chuyển và xếp các container. Điều này sẽ giúp cho hoạt động tại các cảng đơn giản hơn.

Các cảng như International Longshore and Warehouse Union vốn chỉ cho phép các thợ điện cắm dây sạc cho các phương tiện chạy điện tại cảng, điều này khiến việc vận hành phương tiện cực kỳ tốn kém.

Công nghệ sạc không dây đặc biệt mang lại nhiều hứa hẹn cho xe buýt. Andrew Dage, chủ của công ty Momentum Dynamics có trụ sở tại Pennsylvania bán nhiều thiết bị sạc cho xe buýt hơn ô tô. Ông cho biết trở ngại lớn đối với việc sử dụng xe buýt điện là phải cắt bớt một khoảng thời gian hoạt động trong ngày để sạc đầy pin cho xe.

Ông nói thêm rằng nếu dùng sạc không dây, một chiếc xe buýt sẽ có đủ điện để duy trì hoạt động cho đến cuối ngày. Khi đó, xe buýt điện có thể cạnh tranh với xe buýt động cơ diesel.

Điều đó đã được hiện thực hoá ở Milton Keynes, một thị trấn ở phía tây bắc London. Tuyến đường số 7 của thị trấn có xe buýt điện hoạt động. Chiếc xe điện chỉ cần tạm dừng từ 2-4 phút để sạc ở hai đầu tuyến. Hai tấm đệm đều có 4 cuộn dây được chôn dưới đất. Chúng có thể truyền với công suất 120 kW. Điều đó đủ để xe buýt duy trì hoạt động trong 16 tiếng một ngày.

Thiết bị sạc không dây ở thị trấn Milton Keynes do công ty Đức IPT Technology sản xuất. Mỗi tấm đệm có giá khoảng 130.000 USD. Các nhà điều hành xe buýt tính toán rằng một trong những chiếc xe của họ chỉ tốn 50 cent một km, rẻ hơn so với xe chạy bằng động cơ diesel.

Sạc xe khi đang di chuyển trở thành mục tiêu kế tiếp

Tuy nhiên, tất cả nỗ lực này vẫn phụ thuộc vào việc chiếc xe cần dừng lại một chỗ để sạc. Như vậy, sạc không dây chẳng khác nào các trạm sạc điện có phích cắm thông thường.

Nhưng xe điện không nhất thiết phải đứng yên mới sạc được. Bước tiếp theo, ngành xe điện hướng tới việc sạc cho các phương tiện đang di chuyển. Những thử nghiệm sơ bộ đã và đang được tiến hành.

Một trong số đó là con đường sạc điện dài 100 mét ở Versailles, gần Paris. Thử nghiệm này do viện nghiên cứu Vedecom thực hiện. Kết quả mang lại nhiều hứa hẹn. Pin của hai ô tô di chuyến dọc theo con đường với vận tốc 100 km/h có thể tiếp nhận thành công 20 kW điện mỗi chiếc.

Gần đây nhất, Starup Israel đang xây dựng con đường sạc điện đầu tiên ở Mỹ cho phép xe điện chạy qua. Con đường dài 1,6 km nằm gần một ga tàu bỏ hoang của bang Michigan, Mỹ. Con đường sẽ hoạt động với đầy đủ chức năng vào năm 2023.

Việc sạc xe điện không dây có trở nên thực tế hay không vẫn là một cuộc tranh luận. Nhưng công nghệ sạc không dây cho xe ô tô đang chuẩn bị cất cánh. Các trạm sạc xe điện sử dụng phích cắm sẽ không biến mất, nhưng sức mạnh của việc sạc cảm ứng sẽ tiếp tục tồn tại.