Xe điện luôn được biết đến với lợi ích không gây ô nhiễm (Zero Emission Vehicle). Trong những năm gần đây, khi vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm, xe điện được chú ý rất nhiều. Quay ngược thời gian, hãy xem lịch sử hình thành và phát triển để xe điện có được nét hiện đại và tiện nghi như ngày hôm nay.

Nguyên lý hoạt động của xe điện

Xe điện là xe sử dụng một động cơ điện để dẫn động thay vì một động cơ đốt trong. Năng lượng điện được xem là năng lượng tái tạo, được tạo thành từ các nhiên liệu sinh học như: Sinh khối, địa nhiệt, thủy điện, năng lượng, mặt trời, năng lượng thủy triều, năng lượng sóng, năng lượng gió,…

Động cơ điện là cỗ máy chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ. Cỗ máy dùng để chuyển đổi ngược lại (từ cơ sang điện) được gọi là máy phát điện hay dynamo. Các động cơ điện thường gặp dùng trong gia đình như quạt điện, tủ lạnh, máy giặt, máy bơm nước, máy hút bụi…

Phần lớn các động cơ điện hoạt động theo nguyên lý điện từ, nhưng loại động cơ dựa trên nguyên lý khác như lực tĩnh điện và hiệu ứng điện áp cũng được sử dụng. Phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên (stator) và phần chuyển động (rotor) được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu. Khi cuộn dây trên rotor và stato được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mômen.

Đa số động cơ điện không đồng bộ có thể điều khiển tốc độ bằng cách đổi kiểu đấu nối (sao, tam giác); Một số có thể điều khiển bằng các biến tần. Các động cơ bước phải sử dụng một bộ điều khiển riêng (được gọi là driver).

Lịch sử phát minh ra động cơ điện

Năm 1820: nhà hóa học Đan Mạch Hans Christian Orsted phát hiện ra hiện tượng điện từ. Nguyên lý chuyển đổi từ năng lượng điện sang năng lượng cơ bằng cảm ứng điện từ được nhà khoa học người Anh là Michael Faraday phát minh năm 1821. Ông công bố kết quả thí nghiệm của ông về chuyển động quay điện từ, gồm chuyển động quay của dây dẫn trong từ trường và chuyển động của nam châm quanh 1 dây dẫn.

Năm 1822: Peter Barlow phát triển ra bánh xe Barlow

Năm 1828: động cơ điện đầu tiên sử dụng nam châm điện cho cả rotor và stator được phát minh bởi Ányos Jedlink (nhà khoa học người Hungary), sau đó ông đã phát triển động cơ điện có công suất đủ để đẩy được một chiếc xe.

Năm 1834: Thomas Davenport chế tạo ra động cơ chỉnh lưu

Năm 1838: động cơ điện công suất 220 W được dùng cho thuyền chế tạo bởi Hermann Jacobi

Năm 1866: Werner von Siemens sáng chế ra máy phát điện

Xe điện hình thành như thế nào?

Chiếc xe điện đầu tiên được chế tạo vào năm 1881 bởi kỹ sư người Pháp Gustave Trouve. Nó là một chiếc xe đạp ba bánh được trang bị motor điện một chiều công suất 0.1 hp và được cung cấp điện bởi ắc quy chì-acid. Trọng lượng toàn bộ xe và người lái khoảng 160 kg. Hai năm sau, một chiếc xe tương tự đã được chế tạo bởi hai giáo sư người Anh vào năm 1883. Thời điểm đó, sự kiện này không thu hút nhiều sự chú ý của cộng đồng bởi kỹ thuật lúc này chưa đủ hoàn thiện để thay thế hoàn toàn xe kéo ngựa. Nó chỉ đạt tốc độ 15 km/h đi được tối đa đoạn đường 16 km, không làm hài lòng nhu cầu khách hàng.

Năm 1864 cuộc đua từ Paris đến Rouen đã làm thay đổi tất cả: quãng đường dài 1135 km được thực hiện trong 48 giờ 53 phút với tốc độ trung bình 23.3 km/h. Tốc độ này vượt xa tốc độ có thể đạt được của xe ngựa. Công chúng bắt đầu quan tâm tới loại xe này, lúc đó gọi là “xe không ngựa kéo” và ngày nay được gọi là với tên “ô tô”.

20 năm sau ngày hôm đó là dấu mốc cho kỷ nguyên mới, khi mà xe điện đạt được vị thế mới, bắt đầu cạnh tranh với xe động cơ xăng. Ở Mỹ không có nhiều đường nhựa, rất phù hợp cho xe điện hoạt động. Tuy nhiên, ở châu  u, sự tăng lên nhanh chóng của những con đường lát nhựa làm xe động cơ xăng được ưa chuộng hơn.

Xe điện thương mại hóa, gia nhập thị trường xe ô tô

Chiếc xe điện thương mại đầu tiên là Electroboat của Morris và Salom. Xe này được sử dụng như là một taxi ở thành phố New York. Xe điện Electroboat chứng tỏ rằng nó có nhiều ưu điểm hơn so với xe ngựa, mặc dù giá mua cao (khoảng $3000 so với $1200 của xe ngựa). Thời điểm này, xe điện có thể chạy trung bình 4 giờ, cho mỗi lần nạp điện 90 phút. Xe điện được dẫn động bởi 2 motor có công suất 1.5 hp, đạt được tốc độ tối đa cho phép là 32 km/h trong dải hoạt động 40 km.

Tiến bộ kỹ thuật quan trọng nhất trong kỷ nguyên là sự phát minh ra phanh nạp lại do kỹ sư người Pháp M.A. Darracq thiết kế trên chiếc xe hai chỗ năm 1897. Phương pháp này cho phép thu hồi lại động năng của xe trong khi phanh và nạp lại ắc quy, điều này làm nâng cao hiệu quả dẫn động của xe. Đó là một trong những đóng góp quan trọng nhất cho công nghệ xe điện, giúp nâng hiệu suất năng lượng lên cao hơn bất cứ phương tiện nào khác vào thời điểm đó. Bên cạnh đó, một đột phá đã xảy ra khi một chiếc xe điện đã nằm trong số những chiếc xe đầu tiên có thể đạt tới 100 km/h. Chiếc xe này có tên là “La Jamais Contente” cũng do một người Pháp khác tên là Camille Jenatzy làm ra. Chú ý rằng hãng xe Studebaker và Oldsmobile là hãng xe đầu tiên kinh doanh sản xuất xe điện.

Sự thoái trào của xe điện

Công nghệ liên tục đổi mới ngày qua ngày, khi ô tô động cơ xăng trở nên mạnh hơn, linh hoạt hơn và trên tất cả đó là dễ dàng sử dụng thì những xe điện bắt đầu biến mất. Chi phí cao chính là bất lợi của xe điện, nhưng đó không phải lý do khiến người tiêu dùng e ngại. Điều khiến xe điện thất bại trong việc cạnh tranh với những xe chạy bằng xăng cùng chủng loại chính là hiệu suất và phạm vi hoạt động yếu kém của chúng.

Những chiếc xe điện thương mại đáng chú ý cuối cùng được ra mắt khoảng năm 1905. Suốt gần 60 năm sau đó, chỉ có những xe điện được bán để phục vụ môn thể thao đánh gôn và những xe giao hàng.

Xe điện trở lại như một nhu cầu tất yếu của thị trường

Năm 1945, ba nhà nghiên cứu tại Bell Laboratories đã phát minh ra một thiết bị cách mạng hoá thế giới điện và điện tử: Transistor. Năm 1966, General Motors (GM) đã chế tạo chiếc Electrovan, nó được dẫn động bởi các motor điện được cung cấp điện nhờ vào bộ chuyển đổi có sử dụng thyristor.

Chiếc xe điện đặc biệt nhất của thời kỳ này là chiếc Lunar Roving, nó được các nhà du hành vũ trụ Apollo sử dụng trên Mặt Trăng. Tổng thể xe cân nặng 209 kg và có thể mang trọng tải là 490 kg. Phạm vi hoạt động trong vòng 65 km. Tuy nhiên, thiết kế xe ngoài trái đất này rất ít được quan tâm trên mặt đất. Sự thiếu không khí, trọng lực thấp trên mặt trăng, và tốc độ thấp khiến các kỹ sư dễ dàng chế tạo nó với khoảng cách hoạt động được mở rộng trong điều kiện kỹ thuật hạn chế.

Trong những năm 1960 và 1970, sự quan ngại về môi trường đã thúc đẩy một vài nghiên cứu về xe điện. Tuy nhiên, mặc dù có những tiến bộ trong kỹ thuật chế tạo ắc quy và điện tử công suất nhưng hiệu suất và phạm vi hoạt động vẫn là một cản trở lớn. Thời kỳ đỉnh cao của xe điện bắt đầu từ thập niên 80 và những năm đầu thập niên 90 với sự ra mắt của một vài xe của các hãng như GM với chiếc EV1 và PSA với chiếc 106 Electric. Mặc dù những xe điện này đại diện cho thành tựu cao nhất thời đó, đặc biệt là khi nó so sánh với những chiếc trước đó nhưng rõ ràng là trong những năm đầu thập niên 90, những xe điện không thể cạnh tranh được với những xe chạy xăng về phạm vi hoạt động. Một lý do nữa đó là năng lượng của ắc quy đến từ các điện cực bằng kim loại, nó nặng hơn động cơ xăng có cùng công suất. Công nghiệp ô tô đã từ bỏ xe điện để mở đường cho sự nghiên cứu xe lai điện. Một vài năm phát triển đã có những dây chuyền sản xuất hàng loạt mà xe điện trước đây chưa hề có.

Nhìn tổng quát tình hình phát triển của xe điện, dễ nhận ra công nghệ ắc quy chính là mặt yếu kém lớn nhất đã ngăn cản con đường tiến vào thị trường của xe điện. Sự đầu tư và cố gắng to lớn đã được dành cho công cuộc nghiên cứu ắc quy nhằm mục đích cải thiện hiệu suất để phù hợp với yêu cầu của xe điện. Nhưng thật không may, tiến trình phát triển này gặp quá nhiều giới hạn. Nguồn năng lượng điện dự trữ hạn hẹp của ắc quy chỉ cho phép xe điện hoạt động tại một số địa điểm đặc biệt, chẳng hạn như tại sân bay, nhà ga xe lửa, trên các tuyến đường phân phối thư cũng như trên các xe golf… Thực tế, những nghiên cứu cơ bản cho thấy rằng xe điện sẽ khó có thể thay thế được xe chạy xăng, thậm chí có cải tiến ắc quy. Vì thế, những năm gần đây, nghiên cứu về công nghệ ô tô tiên tiến đã quay sang xe lai điện cũng như là xe dùng pin nhiên liệu.
CITY TOUR Ecar