Sự phát triển của xe điện và nhu cầu triển khai trạm sạc nhanh DC

Hiện nay, hạ tầng trạm sạc tại Việt Nam đang ngày càng được mở rộng do sự phát triển không ngừng của nhu cầu xe điện. Trong đó, một trong những yêu cầu quan trọng của việc mở rộng mạng lưới trạm sạc là phát triển các thiết bị sạc có chất lượng cao, chi phí hợp lý và đồng thời phù hợp với điều kiện vận hành thực tế. Tại Việt Nam hiện nay, xu hướng các trạm sạc nhanh dòng điện đang được nội địa hóa đã mở ra rất nhiều cơ hội cho lĩnh vực điện tử công suất và các kỹ sư trong ngành.

Theo cấu trúc của trạm sạc nhanh DC, trước khi cung cấp dòng điện một chiều cho pin xe điện, dòng điện này đã trải qua quá trình chuyển đổi điện năng ngay bên trong trạm sạc. Nguyên lý này khác hoàn toàn so với các bộ sạc AC thông thường. Tuy nhiên, để thực hiện được điều này, các đơn vị sản xuất phải nâng cao hạ tầng công nghệ nhằm các mục tiêu như xử lý công suất lớn, kiểm soát nhiệt độ, đảm bảo an toàn điện và giao tiếp với hệ thống quản lý pin. Chính vì vậy, việc phát triển trạm sạc DC yêu cầu rất cao về năng lực thiết kế, chế tạo hay tích hợp nhiều hệ thống điện tử phức tạp bên cạnh việc chỉ lắp ráp các thiết bị.

Nguyên lý hoạt động của trạm sạc nhanh DC

Theo nguyên lý hoạt động, một trạm sạc nhanh DC sẽ bắt đầu bằng việc tiếp nhận dòng điện xoay chiều từ lưới điện chính, sau đó chúng sẽ sử dụng các tầng điện tử công suất để chuyển đổi thành dòng điện một chiều. Trong đó, tầng điện tử công suất này thường bao gồm các tầng chính như chỉnh lưu và hiệu chỉnh hệ số công suất, bộ biến đổi DC-DC, mạch điều khiển, hệ thống làm mát và các chức năng bảo vệ khác.

Trong đó, các chức năng và nhiệm vụ của mỗi tầng được cụ thể như sau. Đầu tiên, nhiệm vụ của tầng chỉnh lưu là chuyển đổi điện AC thành DC, cải thiện hệ số công suất và đồng thời hạn chế sóng hài đưa trở lại lưới điện. Tiếp đó, điện áp và dòng điện đầu ra phù hợp với yêu cầu sạc của xe sẽ được điều chỉnh thông qua bộ biến đổi DC-DC. Không chỉ vậy, trạm sạc nhanh DC cũng có thể sử dụng nhiều mô-đun công suất hoạt động song song nhằm tăng công suất và cải thiện khả năng vận hành khi một mô-đun gặp sự cố tùy theo các thiết kế khác nhau.

Bên cạnh đó, các chức năng bao gồm quản lý quá trình sạc, giám sát các thông số điện và phối hợp với hệ thống quản lý pin của xe sẽ được thực hiện thông qua bộ điều khiển chính.

Động lực chính trong quá trình nội địa hóa trạm sạc nhanh DC tại Việt Nam

Theo phân tích, có rất nhiều lý do thúc đẩy quá trình nội địa hóa trạm sạc nhanh DC tại Việt Nam, trong đó, một số lý do chính có thể kể đến như khả năng tự chủ, tối ưu thiết kế và nhiều phần ngoài lề khác. Trong đó, một trong những lý do thúc đẩy quá trình nội địa hóa được nhắc đến nhiều nhất là việc doanh nghiệp có thể từng bước làm chủ công nghệ, từ đó giúp Việt Nam giảm phụ thuộc vào thiết bị nhập khẩu, chủ động hơn trong quá trình bảo trì và bảo dưỡng. Điều này cũng góp phần giảm thời gian ngừng hoạt động của trạm sạc nhờ khả năng cung cấp linh kiện thay thế và hỗ trợ kỹ thuật khi thị trường xe điện ngày càng phát triển.

Một trong những động lực để nội địa hóa khác là nhằm tối ưu hóa thiết kế theo điều kiện vận hành thực tế. Tại Việt Nam, độ bền của thiết bị có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như nhiệt độ môi trường cao, độ ẩm lớn, bụi bẩn và sự khác biệt về chất lượng nguồn điện giữa các vùng. Chính vì vậy, độ tin cậy và chi phí vận hành dài hạn sẽ được cải thiện đáng kể nếu trạm sạc đó được thiết kế phù hợp với điều kiện tự nhiên. Tuy  nhiên, quá trình nội địa hóa không yêu cầu Việt Nam phải tự sản xuất toàn bộ linh kiện mà có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau. 

Các doanh nghiệp tại Việt Nam có thể bắt đầu thực hiện quá trình này thông qua việc phát triển các phần mềm điều khiển, hệ thống giám sát, tủ điện, hệ thống làm mát hay thậm chí là tích hợp các mô-đun công suất với nhau. Khi Việt Nam đã nắm vững được quá trình này, họ có thể phát triển theo các định hướng chuyên sâu như thiết kế các bộ chuyển đổi công suất và những thành phần cốt lõi trong hệ thống.

Những thách thức và cơ hội trong quá trình phát triển trạm sạc DC 

Để nội địa hóa trạm sạc nhanh DC, Việt Nam cần phải vượt qua nhiều thách thức khác nhau, trong đó một số vấn đề có thể nhắc đến là thiết kế bộ biến đổi công suất có hiệu suất cao và đảm bảo khả năng tương thích giữa trạm sạc và nhiều dòng xe khác nhau. Tuy vậy, quá trình này cũng tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho các kỹ sư trong lĩnh vực điện tử công suất. Trong đó, các kỹ sư có thể tham gia các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát triển sản phẩm như nghiên cứu, thiết kế, sản xuất và bảo trì hệ thống. Các kỹ sư làm việc trong lĩnh vực thiết kế phần cứng cũng có thể phát triển các bộ chỉnh lưu, bộ biến đổi DC-DC, mạch điều khiển cổng cho các linh kiện bán dẫn và các mạch bảo vệ khác. Ngoài ra, các kỹ sư làm việc trong lĩnh vực kiểm thử và xác nhận cũng đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong quy trình này. Tuy nhiên, để các kỹ sư thật sự nắm bắt được cơ hội này, họ cần trang bị cho mình các nền tảng kiến thức vững chắc, kỹ năng đánh mô phỏng và kinh nghiệm làm việc trong những phần khác nhau. Đối với kiến thức, họ cần nắm chắc các nội dung về mạch điện, điện tử công suất, máy điện và quan trọng nhất là hệ thống điều khiển. Bên cạnh đó, các kỹ sư cũng cần trau dồi thêm khả năng sử dụng các công cụ mô phỏng nhằm giúp quá trình đánh giá thiết kế trước khi đưa vào chế tạo nguyên mẫu. 

Kết luận

Hiện nay, quá trình nội địa hóa trạm sạc nhanh DC vừa là cơ hội cũng như thách thức trong quá trình phát triển năng lực công nghệ trong lĩnh vực điện tử công suất nói chung, hay lĩnh vực xe điện nói riêng tại Việt Nam. Đối với các kỹ sư, đây được xem là cơ hội tuyệt vời để họ thử thách bản thân làm việc trong những giai đoạn khác nhau của quá trình phát triển hạ tầng sạc xe điện tại Việt Nam.