Tính mới và sáng tạo của một để tài đoạt giải thưởng Vifotec năm 2020

Với mục tiêu đáp ứng nhu cầu tất yếu sự phát triển của xã hội văn minh, ThS. Trần Dũng cùng các cộng sự thuộc Trung tâm sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung – Chi nhánh Tổng công ty Điện lực miền Trung (CPC EMEC) đã nghiên cứu, chế tạo thành công và lắp đặt trạm sạc nhanh cho xe ô tô điện tại Việt Nam.

Trạm sạc nhanh cho xe ô tô điện do nhóm tác giả nghiên cứu và chế tạo

Xe điện nói chung và xe ô tô điện (EV) nói riêng được nhận định là tương lai phương tiện di chuyển với những ưu điểm vượt trội như hiệu suất vận hành cao, chi phí nhiên liệu bảo trì thấp cũng như giảm tác động môi trường như tiếng ồn, khí thải. Các hãng xe trên thế giới nói chung cũng như Việt Nam nói riêng như Vinfast đã bắt đầu kế hoạch thử nghiệm và bán ra xe ô tô điện.
Một trong những rào cản lớn nhất của sự phổ biến xe điện là mạng lưới trạm sạc đủ rộng và công nghệ sạc đủ nhanh để khắc phục nhược điểm so với xe sử dụng nhiên liệu. Có hai phương án sạc pin cho xe ô tô điện là tại nhà với bộ sạc chậm công suất thấp hoặc tại trạm sạc công cộng với trạm sạc công suất cao cho phép sạc đầy pin trong thời gian từ 30 đến 40 phút. Hiện có các tiêu chuẩn sạc nhanh như CHAdeMO (Nhật Bản); CCS (châu Âu); Supercharges (Tesla); GBT (Trung Quốc), tuy nhiên CHAdeMO phổ biến nhất hiện nay do chiếm phần lớn số lượng xe bán ra.
Các trạm sạc nhanh xe điện hiện có giá thành rất cao (~700 triệu cho trạm 1 vòi sạc), do đó để triển khai mạng lưới trạm sạc tại Việt Nam sẽ rất tốn kém chi phí cũng như công tác vận hành hệ thống. Từ những những yêu cầu sản phẩm mới được tích hợp những công nghệ sạc tiên tiến, công suất lớn, tốc độ sạc nhanh, giá thành hợp lý hơn các giải pháp ngoại nhập và nhất là khả năng tự chủ được công tác thiết kế và sản xuất sản phẩm, nhóm tác giả đã đưa ra đề tài “Nghiên cứu, chế tạo và lắp đặt trạm sạc nhanh xe ô tô điện nhằm khuyến khích việc sử dụng xe ô tô điện tại Việt Nam” đáp ứng những mục đích trên.

Trạm sạc nhanh xe ô tô điện là trạm sạc với các vòi sạc cho phép sạc nhanh các chủng loại xe điện theo các tiêu chuẩn thống nhất trên thế giới, loại sạc một chiều điện áp từ 300-750 V, dòng điện tối đa 60 A, công suất 60 kW, hiệu suất chuyển đổi lớn hơn 90%. Giao diện thân thiện với người dùng song ngữ Việt-Anh, có nhiều chế độ sạc: sạc thông thường, sạc đầy pin hoặc theo thời gian linh hoạt lựa chọn theo người dùng. Trạm sạc hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn IEC về trạm sạc DC cho xe điện như: IEC 61851-23 về hệ thống trạm sạc, IEC 61851-24 về truyền dữ liệu số và IEC 62196-3 về kết nối.
Phần mềm Quản lý hạ tầng trạm sạc là mô hình bao gồm các trạm sạc được kết nối truyền dữ liệu về hệ thống máy chủ (server) qua Internet, chương trình quản lý sẽ cập nhật dữ liệu từ hệ thống máy chủ giám sát từ xa, nhanh chóng phát hiện các lỗi, bất thường trong vận hành. Đồng thời website tra cứu thông tin cũng được xây dựng để người dùng có thể tra cứu thông tin vị trí, trạng thái bận/rỗi,... của trạm sạc được nhanh chóng. 
Nghiên cứu các ứng dụng của xe điện kết hợp các nguồn năng lượng tái tạo và lưới điện thông minh. Nhóm tác giả đã thiết kế và lắp đặt trạm sạc xe điện kết hợp với mái năng lượng mặt trời xoay được để tối ưu hiệu suất trên mái nhà xe trạm sạc. Ngoài ra, việc nghiên cứu mô hình huy động dung lượng pin của xe điện để phát ngược hoà lên lưới khi có yêu cầu từ cơ quan quản lý điện cũng giúp bổ sung được nguồn phát giúp ổn định hệ thống điện.
Tính mới và sáng tạo
Đây là giải pháp tổng thể về trạm sạc nhanh xe ô tô điện tự nghiên cứu, thử nghiệm và sản xuất lắp đặt vận hành thực tế đầu tiên tại Việt Nam, hoàn toàn tương thích với các tiêu chuẩn sạc trên thế giới.
Về phần cứng, trạm sạc được nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn CHAdeMO, cho phép mở rộng các tiêu chuẩn sạc khác đảm bảo tương thích các xe điện có trên thị trường với khả năng sạc nhanh cả 2 vòi. Ngoài ra, các tính năng đảm bảo an toàn sử dụng như bảo vệ quá tải, ngắn mạch, dòng rò chạm đất, bảo vệ chống sét, cảnh báo mở cửa tủ, mất điện áp pha, cảm biến cháy,…và thiết kế theo dạng khối gọn nhẹ giúp cho công tác lắp đặt, vận hành được thuận tiện, đơn giản phù hợp với điều kiện môi trường, khí hậu Việt Nam với nhiệt độ trung bình cao, vị trí trong nhà hoặc ngoài trời, độ ẩm cao, tiêu chuẩn chống nước IP54.
Về phần mềm, trạm sạc có giao diện được thiết kế chính trên ngôn ngữ Tiếng Việt (hỗ trợ tiếng Anh), thuật toán lập trình cấu trúc chặt chẽ đảm bảo ổn định, kiểm soát lỗi phát sinh trong quá trình sử dụng và có cơ chế bảo vệ an toàn cho trạm sạc cũng như xe điện. Đề tài cũng tích hợp quy trình thanh toán bằng mã QR (cổng dịch vụ VNPay) tương thích với các cổng dịch vụ tại Việt Nam.
Trạm sạc cho phép khả năng sạc song song cùng lúc 2 vòi sạc, giảm thời gian chờ đợi của khách hàng so với các giải pháp chỉ cho phép sạc tuần tự của các hãng.
Giải pháp theo cách tiếp cận thiết kế, sản xuất hoàn toàn tại Việt Nam từ khâu nghiên cứu phát triển, gia công, phát triển phần mềm, lắp đặt thiết bị bao gồm từ khâu phân tích, thiết kế chi tiết như vỏ tủ trạm sạc, bố trí các thành phần cấu thành… và sau cùng viết phần mềm vận hành, giao diện người dùng cùng các tiện ích đi kèm.
Trạm sạc được phát triển theo hướng kết hợp lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời nhằm tận dụng nguồn năng lượng sạch, thân thiện sẽ góp phần giảm thiểu, hạn chế việc sử dụng các nguồn năng lượng điện có tác động đến môi trường như nhiệt điện, thủy điện,... khuyến khích sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo trên các sản phẩm khoa học công nghệ. Nhóm tác giả đã nghiên cứu mô hình Vehicle to Grid và đã thử nghiệm thành công điều khiển phát ngược năng lượng từ nguồn giả lập pin xe ô tô lên lưới điện thông qua khối Inverter tích hợp trong mô hình trạm sạc 2 chiều.
Phần mềm quản lý trạm được phát triển để quản lý các vị trí trạm sạc với các thông số kỹ thuật, tiêu chuẩn vòi sạc, trạng thái bận hay rỗi của trụ sạc và cập nhật dữ liệu từ hệ thống máy chủ để giám sát các trạm sạc từ xa, nhanh chóng phát hiện các lỗi, bất thường trong vận hành. Đồng thời website tra cứu thông tin trạm sạc cũng được xây dựng để người dùng có thể tra cứu thông tin vị trí, trạng thái,…của trạm sạc một cách nhanh chóng.
Khả năng áp dụng
Trạm sạc đã được triển khai thực tế vận hành với xe điện tại 01 toà nhà và 02 cửa hàng xăng dầu. Với trạm sạc được lắp đặt tại toà nhà Tổng công ty Điện lực miền Trung từ tháng 11/2018 đến hay phục vụ việc sạc và di chuyển 02 xe điện cho mục đích đưa đón khách tại cơ quan. Ngoài ra, trên cơ sở dự án “Hợp tác nghiên cứu ứng dụng, thử nghiệm và phát triển trạm sạc điện cho phương tiện sử dụng năng lượng điện” với Tổng công ty Dầu Việt Nam (PVOil), nhóm tác giả đã tiến hành lắp đặt 2 trạm sạc tích hợp tại cửa hàng xăng dầu tại thành phố Đà Nẵng (CHXD Lê Văn Hiến, CHXD Hoà Xuân) vận hành từ 07/2020 đến nay. Nhóm tác giả cũng đã là đơn vị tư vấn Đề án quy hoạch “Đề xuất các vị trí xây dựng trạm sạc xe ô tô điện, cơ chế khuyến khích phát triển xe ô tô điện, trạm sạc xe ô tô điện” nhằm khuyến khích phát triển sử dụng xe ô tô điện, tăng cường sử dụng năng lượng xanh sạch trên địa bàn thành phố Đà Nẵng và đã được phê duyệt triển khai.

Trạm sạc được lắp đặt tích hợp tại Cửa hàng xăng dầu

Hiệu quả kinh tế, xã hội  
Khi áp dụng kết quả của đề tài giúp giảm chi phí đầu tư hệ thống trạm sạc so với việc mua thiết bị ngoại nhập do việc tự chủ nghiên cứu và thiết kế phần cứng phần mềm thiết bị. Thiết bị trạm sạc nhanh có giá chỉ khoảng 2/3 giá thành trạm sạc ngoại nhập. 
Ngoài ra, cũng giảm được chi phí bảo trì sửa chữa trong quá trình vận hành, chỉ thay thế mô-đun bị lỗi, không cần phải thay thế toàn bộ khối, vật tư thiết bị có sẵn trong nước.
Giải pháp mang đến thị trường trong nước một sản phẩm công nghệ tiên tiến, của người Việt đáp ứng hoàn toàn xu hướng phát triển công nghệ kỹ thuật mới nhất của công nghệ ô tô. Kết quả của đề tài tạo tiền đề để phát triển mở rộng hệ thống trạm sạc nhanh cho xe ô tô điện tại Việt Nam, góp phần hiện thực hoá việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, sạch vào trong thực tiễn, khuyến khích phát triển các giải pháp kỹ thuật xung quanh hệ sinh thái xe điện. Đề tài cũng tạo động lực để các nhà phát triển ứng dụng khác trong nước mạnh dạn nghiên cứu các sản phẩm khoa học công nghệ tiên tiến tạo các sản phẩm riêng cho Việt Nam.
Sự phổ biến của xe điện sẽ giúp hầu như không phát thải khí ô nhiễm môi trường, ô nhiễm tiếng ồn so với sử dụng xe nhiên liệu tại các đô thị. Việc triển khai lắp đặt hạ tầng trạm sạc nhanh xe ô tô điện sẽ thúc đẩy khuyến khích được người dân trang bị xe ô tô điện làm phương tiện di chuyển đô thị giảm tình trạng ô nhiễm tại các đô thị. Ngoài ra, việc nghiên cứu sản phẩm của đề tài với công nghệ tiên tiến mới nhất của thế giới cũng giúp nâng cao vị thế và năng lực cạnh tranh của nền khoa học công nghệ Việt Nam, cũng như tạo ra việc làm cho các mảng công việc sản xuất, lắp ráp và vận hành bảo dưỡng trạm sạc.
PV.