Hơn 2 thế kỷ phát triển và đổi mới của ngành ô tô điện

Qúa trình phát triển của ô tô điện

Sự phát triển của xe ô tô điện trên toàn cầu không chỉ là một hiện tượng của thế kỷ 21 mà nó đã bắt đầu từ thế kỷ 19, đánh dấu bước tiến đầy sáng tạo và đổi mới trong ngành công nghiệp ô tô. Ngay từ năm 1828, linh mục Anyos István Jedlik đã giới thiệu mô hình đầu tiên về xe ô tô điện, mở ra hành trình dài của công nghệ này.

Với đóng góp của những nhà tiên phong như Thomas Davenport và Thomas Parker vào những năm 1800, xe ô tô điện bắt đầu thể hiện tiềm năng và tầm quan trọng của mình. Năm 1884, Thomas Parker được ghi nhận là người đầu tiên sáng chế xe ô tô điện, và đến năm 1900, chúng đã trở nên phổ biến tại Mỹ, chiếm đến ⅓ tổng số xe hơi trên quốc gia này. Mặc dù gặp khó khăn về quãng đường di chuyển và thời gian sạc pin, nhưng xe ô tô điện thời kỳ đó mang lại trải nghiệm chuyến đi êm ái và yên tĩnh.

Năm 1901, sự xuất hiện của xe ô tô Hybrid, một sự kết hợp độc đáo giữa điện và xăng, được đại diện bởi mẫu xe Lohner-Porsche Mixte của Ferdinand Porsche, tạo ra một giai đoạn mới và là nguồn cảm hứng cho các dự án nghiên cứu của NASA và Boeing.

Tuy nhiên, sự phổ biến của xe ô tô xăng và phát hiện dầu thô ở Texas vào năm 1901 đã làm giảm sự quan tâm đối với xe ô tô điện. Đến năm 1935, chúng ít xuất hiện trên đường xá Mỹ, thay vào đó là xe ô tô chạy bằng xăng.

Sự trở lại của xe ô tô điện trong những năm gần đây không chỉ phản ánh sự phát triển của công nghệ, mà còn là phản ánh của sự quan tâm ngày càng tăng về vấn đề môi trường. Với việc tăng giá xăng dầu và tình trạng ô nhiễm môi trường, xe ô tô điện trở thành một lựa chọn hấp dẫn. Toyota, từ năm 1997 với mô hình Toyota Prius, đã nắm bắt xu hướng này, và ngày nay, các hãng xe trên thế giới, bao gồm cả VinFast tại Việt Nam, đang tích cực phát triển và kinh doanh các mẫu xe ô tô điện để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và đóng góp vào mục tiêu bảo vệ môi trường toàn cầu.

Hiện nay, xe ô tô sử dụng năng lượng mới bao gồm xe điện pin (BEV), xe điện có phạm vi hoạt động mở rộng, xe điện hybrid (HEV), xe điện nhiên liệu (FCEV), xe điện chạy bằng hydro và các loại xe ô tô sử dụng năng lượng mới khác, v.v.

Dựa trên đa dạng của các nguồn năng lượng hiện tại trong lĩnh vực ô tô, các hướng tiến của năng lượng mới tại nhiều quốc gia chủ yếu có thể được phân loại thành ba loại chính, như sau:

• Xe ô tô điện pin (BEV) sử dụng pin làm nguồn năng lượng, với hiệu suất chủ yếu phụ thuộc vào chất lượng của pin. Năng lượng được lưu trữ trong pin ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất lái xe, tạo ra mô-men xoắn thông qua sự kết hợp của động cơ và thiết bị điều khiển. Phát triển nhanh chóng của xe ô tô điện pin trên toàn cầu, đặc biệt là ở Trung Quốc đã đưa công nghệ này đến gần với tiêu chuẩn thế giới về chất lượng và công nghệ. Các thành phần chính như pin năng lượng, động cơ điều khiển và bộ điều khiển đã trở thành điểm mạnh và với sự hỗ trợ của các chính sách thúc đẩy, xe ô tô điện của Trung Quốc dự kiến sẽ tiếp tục phát triển nhanh chóng trong tương lai. 
• Xe ô tô hybrid sử dụng động cơ từ nhiều nguồn năng lượng khác nhau trong quá trình vận hành. Có hai dạng chính là xe ô tô hybrid sạc trực tiếp và không sạc trực tiếp. Mặc dù khả năng lái chỉ bằng điện có thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường, xe ô tô hybrid thường kết hợp năng lượng từ cả nhiên liệu và điện để giải quyết các vấn đề như quãng đường di chuyển và tiện ích năng lượng. Các loại hybrid như hybrid yếu, hybrid nhẹ và hybrid mạnh đều mang lại các lợi ích khác nhau, từ tiết kiệm nhiên liệu đến hiệu quả năng lượng cao. 
• Hybrid Yếu (Weak HEV): Xe ô tô hybrid yếu thường sử dụng công nghệ BSG (Belt-Driven Starter Generator) và có động cơ với công suất khoảng 10 kW. Chủ yếu được sử dụng để khởi động và thu hồi năng lượng phanh, chúng tiết kiệm dưới 10% nhiên liệu và có thể giảm 3–6% nhiên liệu cho xe. Audi A6 2019 là một mô hình đại diện, trang bị ít nhất một hệ thống hybrid yếu 12 V.
• Hybrid Nhẹ (Trung Bình) (Light/Medium HEV): Xe hybrid nhẹ có công suất động cơ từ 6–20 kW và điện áp nguồn cung cấp từ 42–144 V. Công nghệ ISG (Integrated Starter Generator) thường được sử dụng, như trong Buick LaCrosse EcoHybrid. Xe này tiết kiệm khoảng 20% nhiên liệu và có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện khác như máy lạnh. Với hiệu suất nhiên liệu cao và chi phí chuyển đổi thấp, xe ô tô hybrid nhẹ là lựa chọn phổ biến của các nhà sản xuất ô tô lớn.
• Xe Ô Tô Hybrid Mạnh (HEV): Xe hybrid mạnh có công suất động cơ lớn hơn 40 kW và điện áp nguồn cung cấp 250 V. Được đại diện bởi Toyota Prius, loại xe này có thể tiết kiệm tới 40% nhiên liệu và có khả năng lái xe hoàn toàn bằng năng lượng điện. Xe ô tô hybrid sạc trực tiếp, như mô hình Volkswagen Golf TwinDrive có thể sạc pin qua lưới điện, mang lại hiệu quả nhiên liệu cao hơn nhưng đồng thời tiêu thụ một lượng năng lượng điện nhất định.
• Xe ô tô điện pin nhiên liệu (FCEV) sử dụng công nghệ pin nhiên liệu, một phương pháp khác biệt so với pin sạc lại. Các pin nhiên liệu hiện đại chủ yếu sử dụng hydrogen và oxy để tạo ra năng lượng điện. Có nhiều phương pháp lưu trữ hydrogen và công nghệ hiện tại thường tập trung vào việc phát triển pin nhiên liệu proton trao đổi (PEMFC) với những ưu điểm như nhiệt độ vận hành thấp, thời gian khởi động ngắn và cấu trúc đơn giản.

Thông qua việc kết hợp năng lượng từ các nguồn như điện pin, hybrid và pin nhiên liệu, các loại xe ô tô sử dụng năng lượng mới ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong sự biến đổi toàn cầu của ngành công nghiệp ô tô.

Ưu điểm của xe ô tô điện

Quyết định của 28 quốc gia hạn chế tăng nhiệt độ toàn cầu dưới 2 độ C theo Hiệp định Paris không chỉ là cam kết mạnh mẽ mà còn mở ra cánh cửa cho một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp xe điện. Với việc xe cộ góp phần đáng kể vào tỷ lệ 24% lượng CO2 toàn cầu và sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, tình trạng thiếu hụt năng lượng, ô nhiễm môi trường và ùn tắc giao thông đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống của người dân. Với đặc tính ít gây ô nhiễm, tiêu thụ năng lượng thấp và khí thải thấp, các loại xe ô tô sử dụng năng lượng mới đã thu hút sự chú ý của nhiều chính phủ trên thế giới.

Xe ô tô sử dụng năng lượng mới là liên kết quan trọng nhất trong sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô. Phát triển xe ô tô sử dụng năng lượng mới có thể giảm nhẹ áp lực về năng lượng và môi trường. Nói cách khác, chỉ có sự phát triển lớn mạnh của xe ô tô sử dụng năng lượng mới mới có thể thực hiện cách mạng năng lượng thành công và chỉ khi thực hiện được cách mạng năng lượng mới, các quốc gia mới có thể đạt được mục tiêu tích âm carbon.

Chính sách hỗ trợ xe điện trên thế giới đang ngày càng trở nên quan trọng để khuyến khích sự phát triển của công nghệ này, giảm lượng khí thải và đóng góp vào mục tiêu bảo vệ môi trường. Dưới đây là một số chính sách hỗ trợ từ một số quốc gia hàng đầu trên thế giới:

Chính phủ Trung Quốc đã thực hiện một chương trình thử nghiệm từ ngày 1 tháng 6 năm 2010, nhằm tăng thị phần của xe điện và giảm lượng khí thải. Các ưu đãi bao gồm hoàn tiền một lần dựa trên số dặm mà xe có thể đi sau mỗi lần sạc đầy. Chính quyền địa phương cũng hỗ trợ bằng cách giới hạn ưu đãi và chia sẻ lợi ích với người tiêu dùng.

Nhật Bản đã áp dụng chính sách ưu đãi từ năm 1996, tập trung vào việc hỗ trợ tài chính cho người mua xe điện. Các khoản trợ cấp được tính dựa trên chi phí gia tăng của xe điện so với xe động cơ đốt trong. Hơn nữa, chương trình ưu đãi còn bao gồm trợ cấp mua hàng và miễn thuế đối với người mua xe điện mới.

Hàn Quốc đã thông qua một kế hoạch tăng thị phần của xe điện bằng cách cải thiện công nghệ pin và thiết lập mạng lưới trạm sạc. Người mua xe điện nhận được một khoản trợ cấp một lần và cũng hưởng lợi từ giảm thuế, phí bảo hiểm và các chi phí khác.

Đức đã thực hiện nhiều biện pháp hỗ trợ xe điện, bao gồm miễn thuế lưu hành hàng năm trong 10 năm, khoản trợ cấp trực tiếp cho người mua, và ưu đãi đặc biệt cho một số loại xe điện. Tất cả những chính sách này nhằm khuyến khích người tiêu dùng và doanh nghiệp chuyển đổi sang xe điện.

Pháp đã thiết lập một hệ thống tiền thưởng để khuyến khích mua xe điện, với số tiền thưởng thay đổi hàng năm. Ngoài ra, chính phủ Pháp còn tăng cường chính sách khuyến khích loại bỏ xe động cơ diesel cũ và thúc đẩy sử dụng xe điện.

Mỹ đã cấp tín dụng thuế cho người mua xe điện và nhiều tiểu bang đã áp dụng các ưu đãi và miễn thuế đối với xe điện. Ngoài ra, các chính sách hỗ trợ còn bao gồm đỗ xe miễn phí và quyền vào làn đường đặc biệt cho chủ sở hữu xe điện.

Tại Việt Nam, để phát huy vai trò của các chính sách thuế trong việc khuyến khích phát triển xe điện, Chính phủ đã ban hành mức nộp lệ phí trước bạ của ô tô điện chạy pin là 0% trong 3 năm, kể từ ngày 1/3/2022. Sau 3 năm, mức lệ phí này sẽ chỉ còn 50% so với xe xăng truyền thống. Ngoài ra, Chính phủ cũng ban hành chính sách giảm thuế tiêu thụ đặc biệt đối với ô tô điện xuống chỉ còn 1%-3%, áp dụng đến hết tháng 2 năm 2027. Đây được xem là những tín hiệu tích cực, tạo đà phát triển cho thị trường ô tô điện trong nước.

Những chính sách này không chỉ giúp giảm chi phí sở hữu xe điện mà còn thúc đẩy sự chuyển đổi từ xe động cơ đốt trong sang xe điện, đồng thời đóng góp vào mục tiêu bảo vệ môi trường và giảm lượng khí thải.

Công nghệ đằng sau sự phát triển xe điện

Tương tự như ô tô sử dụng nhiên liệu truyền thống, việc sử dụng rộng rãi các loại xe ô tô sử dụng năng lượng mới đòi hỏi xây dựng một hệ thống cung cấp năng lượng hoàn chỉnh. Một hệ thống cung cấp năng lượng nhanh chóng, hiệu quả và rộng lớn là điều kiện tiên quyết cho sự phát triển lớn mạnh của các loại xe ô tô sử dụng năng lượng mới. Hệ thống cung cấp năng lượng cho xe điện trên thế giới đã được thiết lập dần dần, bao gồm hai chế độ là tự sạc và đổi pin.

Chế độ tự sạc là trọng tâm của nghiên cứu ở nhiều quốc gia. Về hướng kỹ thuật, nó chủ yếu bao gồm chế độ sạc bình thường và chế độ sạc nhanh: chế độ sạc bình thường có thể tận dụng giờ thấp điểm tiêu thụ điện vào ban đêm và đáp ứng nhu cầu vận hành của phương tiện, chủ yếu tập trung ở khu dân cư và bãi đậu xe khu vực văn phòng; chế độ sạc nhanh là bổ sung năng lượng điện theo nhu cầu đặc biệt, chủ yếu được xây dựng tại sân bay, ga đường sắt, bệnh viện, trung tâm mua sắm, trạm xăng và các địa điểm công cộng khác.

Chế độ đổi pin là một cách để tách biệt phương tiện và pin, cho phép người dùng nhận năng lượng cung cấp kịp thời giống như việc đổ nhiên liệu.

Dưới đây ta sẽ phân tích ưu điểm và nhược điểm của việc sạc/đổi pin của các loại xe ô tô sử dụng năng lượng mới hiện nay.

Hiện nay, có hai công nghệ pin lithium-ion chính đang cạnh tranh để chiếm lĩnh thị trường xe điện, một là pin Lithium-nickel-mangan-coban-oxit (NMC) và hai là pin Lithium-sắt-phốt-phát (LFP). Công nghệ pin LFP được Vinfast sử dụng cho các dòng xe điện của mình.

Pin NMC có ưu điểm là có dung lượng cao, cho phép xe điện chạy được quãng đường xa hơn với một lần sạc. Pin NMC cũng có khả năng sạc nhanh hơn và có tuổi thọ dài hơn so với pin LFP. Tuy nhiên, pin NMC cũng có nhược điểm là có giá thành cao hơn, do sử dụng các kim loại quý hiếm như coban và niken. Pin NMC cũng có nguy cơ gây cháy nổ do quá nhiệt hoặc va đập.

Pin LFP có ưu điểm là an toàn hơn do không sử dụng coban và ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Pin LFP cũng có giá thành rẻ hơn và dễ sản xuất hơn so với pin NMC. Tuy nhiên, pin LFP cũng có nhược điểm là có dung lượng thấp hơn. cho phép xe điện chạy được quãng đường ngắn hơn với một lần sạc. Pin LFP cũng có khả năng sạc chậm hơn và có tuổi thọ ngắn hơn so với pin NMC.

Hiện nay, các nhà sản xuất xe điện đang phân vân giữa hai công nghệ pin này. Một số công ty như Tesla, Volkswagen và Hyundai đang sử dụng pin NMC cho các mẫu xe cao cấp của mình, trong khi đó các công ty như BYD, CATL và Tesla (tại Trung Quốc) đang sử dụng pin LFP cho các mẫu xe giá rẻ của mình; Vinfast thì sử dụng cả hai loại pin trên. Theo các chuyên gia, thị trường xe điện sẽ không có một loại pin duy nhất chiếm ưu thế, mà sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như chi phí, hiệu suất, an toàn và tính bền vững của từng loại pin.

Thực trạng hiện nay và dự đoán tương lai

Vào tháng 12 năm 2021, VinFast đã ra mắt mẫu xe điện VF e34 đầu tiên được sản xuất tại Việt Nam và cũng là chiếc xe điện đầu tiên được mở bán trong nước. Thời điểm lịch sử này đánh dấu sự khởi đầu cho một kỷ nguyên mới của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam. Đến tháng 8 năm 2022, theo số liệu thống kê từ Cục Đăng kiểm Việt Nam, cả nước có gần gần 3.000 chiếc ô tô điện đã được sản xuất lắp ráp, nhập khẩu. Hiệp hội Nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) dự báo rằng Việt Nam sẽ đạt mốc 1 triệu xe điện vào khoảng năm 2028 và khoảng 3,5 triệu xe điện vào năm 2040.

Theo 6Wresearch, quy mô thị trường xe điện Việt Nam được dự kiến sẽ đạt tỷ suất tăng trưởng hàng năm (CAGR) 22,9% trong giai đoạn 2020-2025.

Các dự báo này cũng tạo ra một thách thức lớn khi doanh số tiêu thụ xe điện tại Việt Nam chỉ chiếm 0,7% so với toàn khu vực Đông Nam Á (theo số liệu Quý 3/2022 của Statista) và các chính sách khuyến khích tiêu thụ xe điện từ Chính phủ được kỳ vọng sẽ thúc đẩy người tiêu dùng Việt Nam sử dụng xe điện nhiều hơn. 

Thách thức và cơ hội

Xe điện là một trong những xu hướng phát triển của ngành công nghiệp ô tô thế giới và Việt Nam trong thời gian tới. Tuy nhiên, để xe điện có thể phổ biến rộng rãi và thân thiện với môi trường, cần phải giải quyết được nỗi lo hết pin của người dùng.

Theo báo cáo của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA), trong năm 2022, số lượng xe điện bán ra tại Việt Nam chỉ đạt khoảng 1.000 chiếc, chiếm 0,1% tổng doanh số xe ô tô. Nguyên nhân chính là do giá thành cao, chất lượng kém và thiếu điểm sạc pin. Theo một khảo sát của Công ty nghiên cứu thị trường Nielsen, 67% người tiêu dùng Việt Nam cho biết họ sẽ không mua xe điện vì lo ngại về việc hết pin và không có nơi sạc.

Trong khi đó, theo Hiệp hội Xe điện Châu Âu (AVERE), số lượng xe điện bán ra tại châu Âu trong năm 2022 đạt gần 1,4 triệu chiếc, chiếm 10% tổng doanh số xe ô tô. Điều này cho thấy rằng xe điện đã trở thành một lựa chọn phổ biến và bền vững cho người dùng châu Âu. Một trong những yếu tố quan trọng góp phần vào thành công này là sự phát triển của công nghiệp hỗ trợ cho cơ khí, đặc biệt là về pin và hệ thống sạc.

Theo AVERE, hiện có khoảng 250.000 điểm sạc công cộng cho xe điện tại châu Âu, trong đó có khoảng 40.000 điểm sạc nhanh. Ngoài ra, các nhà sản xuất xe điện cũng liên tục cải tiến công nghệ pin để tăng dung lượng, giảm thời gian sạc và kéo dài tuổi thọ. Ví dụ, Tesla đã phát triển pin lithium-ion mới có khả năng chứa được 20% năng lượng hơn so với pin hiện tại. Volkswagen cũng đã công bố kế hoạch xây dựng 6 nhà máy sản xuất pin xe điện tại châu Âu vào năm 2030.

Để theo kịp xu hướng này, Việt Nam cần phải có những bước đột phá trong việc phát triển sản xuất pin và hệ thống sạc cho xe điện. Đặc biệt lưu ý công nghệ sản xuất pin thể rắn an toàn hơn, lâu hơn đòi hỏi đầu tư nhà xưởng phải đúng ngay từ ban đầu tránh lãng phí nếu phải đầu tư lại.

Cơ khí Việt Nam là một yếu tố then chốt để phát triển ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là xe điện, sẽ góp phần vào việc tạo ra những sản phẩm ô tô chất lượng cao, giá cả hợp lý và thân thiện với môi trường. Bên cạnh đó, ngành công nghiệp phụ trợ cần phải có chiến lược rõ ràng và được hưởng lợi hơn nữa khi các doanh nghiệp tham gia đầu tư vào lĩnh vực này.

Đây là một hướng đi mang lại lợi ích cho cả doanh nghiệp và người tiêu dùng, đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của đất nước.

Nguồn: CK&DS