Model 3, mẫu xe điện bán chạy nhất của Tesla, ra mắt vào giữa năm 2017
Một câu hỏi khác cụ thể hơn là, pin xe điện dùng được trong bao lâu và khi nào thì người dùng phải thay thế pin. Câu trả lời ngắn gọn là, với một vài trường hợp ngoại lệ, còn lại pin EV hoạt động lâu hơn đáng kể so với động cơ trên ô tô chạy bằng xăng và trong hầu hết các trường hợp, pin sẽ tồn tại lâu hơn các phần còn lại của chiếc ô tô.
Câu trả lời dài hơn sẽ nằm ở cơ chế bảo hành. Đối với xe điện, tại Mỹ, chính phủ đảm bảo các nhà sản xuất phải bảo hành pin ít nhất là trong 8 năm, hoặc 160.000 km. Tại California, các nhà sản xuất còn phải bảo hành pin xe điện trong 10 năm hoặc 250.000 km. Một số xe điện thậm chí còn đưa ra gói bảo hành không giới hạn số km. Trong khi đó, hầu hết gói bảo hành mạnh nhất uuar xe chạy xăng là trong 5 năm hoặc 100.000 km. Mức bảo hành ít nhất với pin xe điện cũng đã vượt quá mức bảo hành trung bình đối với xe chạy xăng là 3 năm hoặc 60.000 km.
Hiểu về pin xe điện
Hầu hết xe điện đều dùng pin chính là pin lithium-ion. Pin Lithium-ion đã cách mạng hóa công nghệ di động vì chúng có trọng lượng nhẹ và “năng lượng dày đặc”, có nghĩa là chúng có thể mang nhiều năng lượng hơn trên mỗi khối lượng so với các loại pin khác. Điều này khiến chúng nhẹ và có thể vận chuyển bằng điện. Với quy mô kinh tế ngày càng tăng, giá pin lithium-ion đã giảm 97% kể từ năm 1991 và tiếp tục giảm. Vì pin là thành phần đắt nhất trong một chiếc xe điện, các chuyên gia dự đoán rằng giá một chiếc EV sẽ có khả năng cạnh tranh về chi phí với các loại ô tô chạy bằng khí đốt tương đương trong hai đến ba năm tới.
Sơ đồ năng lượng ra và vào pin lithium-ion
Pin EV là một gói pin riêng lẻ, mỗi tế bào có kích thước bằng pin AA. Chúng được liên kết với nhau về mặt vật lý và điện tử với mạch điện và phần mềm để điều chỉnh quá trình sạc và xả năng lượng. Một bộ pin có thể có 96 tế bào riêng lẻ, được nhóm thành tám mô-đun, mỗi mô-đun 12 tế bào.
Lithium là nguyên tố nhẹ thứ ba trong bảng tuần hoàn, sau hydro và heli. Nó có ba điện tử quay quanh ba proton với hai điện tử ở lớp vỏ bên trong và một điện tử ở lớp vỏ bên ngoài. Một electron bên ngoài đó, liên kết với hạt nhân bằng lực điện từ, có thể bị đẩy ra bởi một lực điện từ lớn hơn, tạo ra một ion lithium mang điện tích dương (vì electron mang điện tích âm). Dòng chảy của các ion đó là thứ tạo ra điện tích.
Pin lithium-ion lưu trữ các ion lithium trong các phần riêng biệt của pin được gọi là cực dương và cực âm. Một dung dịch được gọi là chất điện phân mang các ion tích điện dương từ cực dương sang cực âm, tạo ra điện tích chạy ra khỏi cực dương của pin và đi vào các mạch của máy tính xách tay, điện thoại hoặc trong trường hợp này là động cơ xe, rồi quay trở lại đến phần cực âm của pin. Khi xe được cắm điện, dòng electron di chuyển theo hướng khác - từ cực âm sang cực dương - để sạc lại pin.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ pin EV
Pin Lithium-ion có giới hạn của chúng; theo thời gian, lượng năng lượng mà chúng có thể lưu trữ giảm dần. Tuy nhiên, mối quan tâm của mọi người về việc pin xuống cấp thuộc phạm vi hoạt động của chiếc xe, chứ không phải là khả năng sử dụng của pin. Với tốc độ xuống cấp trung bình là 2,3% mỗi năm, “phần lớn pin sẽ có tuổi thọ bằng với tuổi thọ sử dụng của chiếc xe ô tô”.
Tuy vậy, thực tế là trong số 1,4 triệu ô tô điện được bán tại Mỹ kể từ khi chúng được giới thiệu vào năm 2010, chỉ có 400.000 chiếc có khả năng trụ được hơn 5 năm. Nissan Leaf được giới thiệu tại Mỹ vào cuối năm 2010. Chevy Bolt đã có mặt trên thị trường Mỹ vào cuối năm 2016, trong khi đó chiếc Model 3 bán chạy nhất của Tesla ra mắt vào giữa năm 2017, và người chủ sở hữu Model 3 đầu tiên đạt 100.000 dặm (160.000 km) vào năm 2019. Hiệu suất pin và năng lượng cũng tiếp tục được cải thiện. Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia của Bộ Năng lượng Mỹ ước tính vào năm 2014 rằng pin EV có thể kéo dài từ 12 đến 15 năm ở vùng khí hậu ôn hòa (8 đến 12 năm ở vùng khí hậu khắc nghiệt).
Tuy nhiên, thời gian sử dụng thực tế của động cơ trên ô tô chạy xăng không dễ ước tính. Tuổi thọ trung bình của một chiếc xe hành khách chạy xăng là khoảng 210.000 km, nhưng chiếc xe thường gặp trục trặc vì nhiều nguyên nhân khác, chứ không phải là do động cơ. Nếu bạn yêu cầu một chuyên gia ước tính thời gian hoạt động của động cơ xăng, bạn có thể sẽ nhận được câu trả lời mơ hồ: tất cả phụ thuộc vào việc động cơ được chế tạo và bảo dưỡng tốt như thế nào. Và ước tính chung chung là 240.000 km.
Chi phí thay thế pin
Mặc dù giá pin lithium-ion đã giảm 97% kể từ năm 1991 và tiếp tục giảm, việc thay thế một chiếc pin EV vẫn còn đắt hơn so với thay thế động cơ của một chiếc xe chạy bằng xăng. Chưa tính phí nhân công, một động cơ mới có thể có giá từ 4.000 đến 7.000 USD, tùy thuộc vào số lượng xi-lanh mà nó có, trong khi động cơ đã qua sử dụng chỉ bằng một phần mười giá đó. Nhưng thay pin 24 kWh trên Nissan Leaf có thể giá dao động từ 5.500 USD đối với pin mới và chỉ bằng một nửa so với pin đã được tân trang lại - tất nhiên vẫn chưa gồm nhân công. Một pin Tesla Model 3 có thể khiến bạn mất 13.500 USD để thay thế. Vì pin EV được cấu tạo từ nhiều mô-đun riêng biệt, và những mô-đun đó bao gồm từng tế bào riêng lẻ, có thể không cần thiết phải thay toàn bộ pin. Các chuyên gia tại Current Automotive lưu ý rằng họ chỉ gặp một trường hợp cần thay toàn bộ pin Tesla.
Cách kéo dài tuổi thọ pin xe điện
Điều chính ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin là số chu kỳ mà mỗi tế bào pin trải qua. (Chu kỳ pin là quá trình xả và sạc lại của pin.) Các trang chuyên về ô tô như MotorTrend, Car and Driver, và ClipperCreek, một nhà sản xuất các trạm sạc EV, đã đưa ra một số lời khuyên như sau:
Cũng như khi lái xe ô tô chạy bằng xăng, cách bạn lái xe ảnh hưởng đến lượng năng lượng bạn tiêu thụ. Điều tương tự cũng áp dụng cho các loại xe điện: khởi động nhanh và tăng tốc mạnh sẽ tạo ra dòng điện từ pin đến động cơ.
Tránh sạc đầy pin nếu bạn không cần sạc đầy. Cũng tránh xả hết pin. Trừ khi bạn sắp sửa có một chuyến đi đường hoặc tuyến đường cần đến một bộ pin sạc đầy, còn không duy trì pin được sạc từ 30 đến 80%, ở mức độ này, pin hoạt động hiệu quả nhất.
Tránh nhiệt độ và độ ẩm quá cao. Nhiệt độ cao khiến hệ thống làm mát của pin hoạt động nhiều hơn (và sử dụng nhiều năng lượng hơn), trong khi khi sạc pin thì nên tránh điều kiện nhiệt độ thấp.. Nhiệt độ từ 15 đến 26 độ C sẽ giúp pin hoạt động hiệu quả nhất.
Sạc nhanh rất tiện lợi nhưng sẽ làm giảm dung lượng lâu dài của pin.
Lập kế hoạch tuyến đường. Nếu bạn cần sạc pin khi đang di chuyển trên đường, cần lên kế hoạch cẩn thận sẽ giúp bạn không phải sử dụng đến công nghệ sạc nhanh. Nếu bạn không có đủ pin để lái xe đến điểm cần đến, bạn hãy sạc đủ lượng pin để đi, và khi đã đến nơi, bạn có thể tiếp tục tiếp năng lượng cho pin.