Khi xe hơi điện giã từ ổ cắm – Phần 3: Vượt ổ gà

(Xem Phần 1: Khởi động,  Phần 2: Lăn bánh)

…

Mô hình truyền năng lượng không dây này vẫn còn phải đối mặt với nhiều khó khăn trong đó vấn đề được quan tâm nhất là liệu trường điện từ tạo ra bởi hệ thống có gây nguy hại cho sức khoẻ con người hay không. Ở Hàn Quốc, cũng như hầu hết các quốc gia khác, giới hạn an toàn cho cường độ từ trường được chọn là 6.25 microteslas. Ở Mĩ giới hạn này được nâng lên đến 205 microteslas cho tần số nằm trong khoảng 2.25kHz đến 5MHz.

Giữ cho cường độ trường từ bên trong các xe hơi, xe buýt, hay xe lửa với cấu trúc phần lớn làm từ kim loại nằm dưới mức giới hạn của Hàn Quốc là việc khá đơn giản. Cấu trúc thân xe bằng kim loại của chiếc xe buýt OLEV đóng vai trò như một vỏ bọc thụ động đủ để làm cho từ trường ở tại mọi điểm bên trong chiếc xe không vượt quá 2 microteslas. Để đảm bảo an toàn, các nhà nghiên cứu đã phát triển thêm một hệ thống bảo vệ chủ động với các dây dẫn mang dòng điện bao bọc khoang hành khách để tạo ra một từ trường khác ngược chiều với từ trường của hệ thống truyền năng lượng. Với hệ thống này, từ trường bên trong xe sẽ luôn luôn nằm dưới mức ngưỡng 6.25 microteslas.

Tiếp đến là các trở ngại kỹ thuật: để đạt được tốc độ tối đa 85 km/giờ giống như các xe buýt chạy xăng hay dầu diesel thì hệ thống truyền điện cần phải có công suất 100kW. Đó là công suất tối đa mà xe buýt có thể dùng; hầu hết thời gian nó sử dụng ít hơn và chuyển phần năng lượng chưa sử dụng vào pin. Để đạt được hiệu suất năng lượng toàn phần (tính theo kiểu “từ giếng dầu đến bánh xe buýt”) giống như các xe buýt truyền thống thì các cuộn thu và phát phải đủ lớn để có thể truyền được ít nhất 80% trong tổng công suất 100kW trong điều kiện gầm xe và mặt đường phải cách nhau ít nhất 20cm. Tất nhiên là hiệu suất thì luôn luôn quan trọng. Nhưng trong các ứng dụng công suất lớn như xe lửa hay cảng biển thì nó càng quan trọng hơn bởi vì tổn hao năng lượng dẫn đến việc phát sinh nhiệt mà việc giải nhiệt có thể không đơn giản. Một cách để tăng hiệu suất toàn phần là đặt các máy phát điện gần với người dùng cuối hơn. Hoặc là ta có thể truyền điện qua các khoảng cách lớn dưới dạng điện một chiều ở điện áp cao hay dưới dạng điện xoay chiều ở tần số thấp (để giảm hiệu ứng bề mặt) rồi sau đó chuyển sang điện xoay chiều ở tần số 20kHz tại nơi sử dụng.

Vấn đề kỹ thuật thứ hai là làm sao chế tạo các bộ thu nhẹ và đủ nhỏ để lắp vào tàu xe. Một cách thiết kế mới là sử dụng các  cuộn dây quấn quanh một lõi mỏng. Các nhà nghiên cứu cũng hy vọng sẽ tăng hiệu suất truyền tải lên nữa bằng cách tăng tần số của từ trường lên trên giới hạn 60kHz hiện nay. Tuy nhiên, để làm được điều này, trước tiên cần phải tìm cách làm cho bộ biến tần hoạt động tốt ở tần số cao.

Khó khăn lớn nhất lại không phải là vấn đề kĩ thuật mà là vấn đề kinh tế. Nhà sản xuất cần phải tìm ra cách chế tạo hệ thống truyền năng lượng không dây rẻ hơn cách mà các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra. Xây dựng một cung đường dài 2.2km ở sở thú, xem như một ví dụ, tốn 550 ngàn đô-la. Nhưng chúng tôi nghĩ rằng những nỗ lực để vượt qua những trở ngại này sẽ được đền đáp xứng đáng. Nhiều công ty ô-tô hàng đầu đang chế tạo hay lên kế hoạch chế tạo xe chạy điện, một vài công ty đã sử dụng hệ thống nạp điện không dây. Qualcomm đã mua lại công nghệ nạp điện không dây của HaloIPT. Nissan sẽ sớm tung ra mẫu xe điện có khả năng sạc không dây khi đang đậu trong bãi. Tại Triễn lãm xe hơi Tokyo năm 2011, Toyota và Mitsubishi đã giới thiệu một mẫu xe điện được thiết kế với sự hợp tác của WiTricity. Và Evatran, một công ty Mĩ có trụ sở ở Wytheville, bang Virginia, đã chế tạo một hệ thống sạc điện không dây cho chiếc Nissan Leaf và chiếc Chevy Volt.

Đã đến lúc cắt dây – dây điện. Không thể có cách nào hay hơn để biến giấc mơ về một chiếc xe không ô nhiễm thành hiện thực.

Giới thiệu về các tác giả: Seungyoung Ahn, Nam Pyo Suh, và Dong-Ho Cho đều làm việc tại Viện khoa học và công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST.) Ahn là giảng viên ngành kỹ thuật điện; Suh, kỹ sư cơ khí, từng là chủ tịch của KAIST; còn Cho, kỹ sư điện, là phó chủ tịch. Dự án sạc điện cho phương tiện giao thông bằng các cáp điện chôn dưới mặt đường của các tác giả được bắt đầu với các xe tram và xe lửa; kế tiếp sẽ là xe hơi. “Ban đầu chúng tôi thử nghiệm ý tưởng sạc điện không dây cho xe cộ trên một chiếc xe mô hình,” Ahn nói, “và bây giờ mọi người ở phòng nghiên cứu chẳng thể nào ngừng chơi với nó.”

• Nguyên bản tiếng Anh: “The All-Electric Car You Never Plug In,” Seungyoung Ahn, Nam Pyo Suh, và Dong-Ho Cho, IEEE Spectrum Magazine, April 2013.
• Người dịch: Tạ Minh Chiến
• Hiệu chỉnh: Đinh Thành Việt