Formula E: dấu ấn lịch sử & tương lai xe điện

(PCWorldVN) Giải đua xe điện Formul E cũng được kì vọng là động lực thúc đẩy ngành công nghiệp xe điện và ứng dụng năng lượng sạch trong tương lai.

• Toshiba, Volkswagen dự định phát triển công nghệ xe điện
• IBM nghiên cứu tác động của ô tô điện
• Về cuộc thi “Thiết kế xe ô tô sử dụng năng lượng mặt trời..." 

Giải đua xe Công thức E (Formula E) là cấp độ đua xe điện bánh hở mới nhất của Liên đoàn Ô tô Quốc tế (Fédération Internationale de l'Automobile hay FIA). Formula E không chỉ là cuộc đua thuần túy, mà qua đây còn muốn nhấn mạnh thông điệp giữ gìn môi trường bền vững, ứng dụng công nghệ sạch trong tương lai. Cuộc đua được kì vọng là nơi đưa ra giải pháp dành cho việc phát triển, tăng cường hiệu suất của động cơ điện và nhiên liệu pin mới nhất để từ đó ứng dụng vào các phương tiện thương mại khác.

Theo nghiên cứu thì một chiếc xe với động cơ đốt trong chỉ có thể chỉ đạt được 25% hiệu suất sử dụng năng lượng để vận hành bánh xe giúp xe di chuyển, còn 75% năng lượng còn lại là sự lãng phí của việc tạo ra nhiệt và thắng lực ma sát. Xe điện thuần túy trung bình có thể đạt 80% hiệu suất sử dụng (một số được nhận định lên đến gần 95%). Vậy lý do nào mà chúng ta không sử dụng xe điện? Điểm thách thức lớn nhất chính là công nghệ lưu trữ năng lượng. Xe sử dụng động cơ đốt trong, mặc dù với hiệu quả thấp, có thể giúp di chuyển rất xa với bình một bình đầy xăng, vì bản thân loại nhiên liệu này có thể cung cấp nguồn năng lượng rất lớn, khoảng 12.000 Wh/kg, trong khi so sánh với pin lithium hiện nay chỉ có thể lưu trữ khoảng 200 Wh/kg, thấp hơn 60 lần so với xăng.

Những thách thức về giới hạn của việc sử dụng nguồn năng lượng sạch là một trong những lý do quan trọng để giải đua xe điện Formula  E được triển khai. Việc ứng dụng những công nghệ hiện đại nhất dành cho xe đua sẽ thúc đẩy ngành công nghiệp xe điện sớm bắt nhịp với dòng xe đốt trong đang chiếm lĩnh thị trường.

Giải đua xe Formula E
Mùa giải vô địch thế giới Formula E bao gồm một chuỗi các cuộc đua, được biết đến với tên ePrix và được tổ chức tại những đường đua được dùng trong giải đua Công thức 1 (Formula One) nổi tiếng.

Spark-Renault SRT_01E

Quay trở lại lịch sử thì giải đua xe điện đã có cách đây 116 năm, khi người Pháp đã tạo ra cuộc đua tương tự Formula E vào năm 1899 trên những con đường phía tây bắc của Paris. Cuộc đua này diễn ra với quãng đường dài 1.135 km và chiếc xe điện đã hoàn thành chặng đường của mình  trong thời gian 48 giờ 53 phút với tốc độ trung bình 23,3 km/h.

Tuy nhiên kể từ thời điểm lịch sử đó cho đến nay, con đường trưởng thành của xe điện gặp rất nhiều khó khăn, khi mà các nhà sản xuất không thể giải quyết được bài toán nhiên liệu - Pin. Các xe điện sử dụng trong Formula E hiện tại có khả năng đạt đến vận tốc hơn 150 mph (tương đương khoảng 241,5 km/h) nhưng thời gian hoạt động chỉ có khoảng 20 phút.

11 đội đua tranh tài tại Formula E

Giải đua xe Công thức điện - Formula E lần đầu tiên bắt đầu khởi tranh tại thủ đô Bắc Kinh (Trung Quốc) vào 13/9/2014 và sẽ liên tiếp diễn ra tại 10 thành phố lớn khác trên thế giới như London, Berlin, Buenos Aires, Long Beach và Miami...

Mỗi cuộc đua kéo dài từ 45 phút cho đến 1 giờ tương tự như truyền thống của FIA GP, điểm số qua từng chặng sẽ giúp xếp hạng 25 vị trí đầu tiên, và người đạt điểm cao nhất vào cuối mùa giải sẽ được xác định là vô địch của mùa giải.

Trong mùa giải Formula E đầu tiên, các đội tham gia tranh tài cùng sử dụng một mẫu xe điện duy nhất là chiếc Spark-Renault SRT_01E. Đây là thành quả của các kỹ sự thiết kế người Pháp với sự kết hợp của công ty công nghệ mới khởi nghiệp Spark Racing Technology (SRT) và hãng Renault. Spark-Renault SRT_01 E nặng khoảng 888 kg, có khả năng tăng tốc từ 0 đến 100km chỉ trong vòng 3 giây.

Chiếc xe này được thiết kế theo tiêu chuẩn của dòng bánh hở thường được thấy trong các cuộc đua Formula 1 hay IndyCar. Tuy là chiếc xe của người Pháp nhưng phải kể đến các chi tiết như khoang lái đến từ Dallara của Italy, hệ thống điện tử thuộc về McLaren Electronics Systems và  sự tham gia hãng sản xuất lốp hàng đầu Michelin.

Mũi xe được thiết kế với cấu trúc hấp thụ va chạm, hệ thống làm mát, bánh lái trước và phanh. Thân xe nguyên khối của SRT_01Es là sự kết hợp của carbon, nhôm chứ không phải chỉ là sợi carbon như những người anh em ở F1, với cánh trước và sau tạo khí động học. Cấu trúc trên đã vượt qua bài thử nghiệm va chạm của FIA hồi đầu năm 2014.

Phía sau tay lái của xe điện này là nguồn năng lượng bằng pin lithium-ion 28 kWh được cung cấp bởi đội xe Williams F1. Điều này cho phép Spark-Renault SRT_01E đạt công suất cực đại 200kW, tương đương 270 mã lực. Còn khi chọn chế độ đua Race Mode (tiết kiệm điện), công suất sẽ được duy trì ở 133kW (180 mã lực). Ngoài ra khi đua, các tay đua có thể chuyển sang chế độ “Push-to-Pass” cho phép tạm thời tăng công suất lên mức tối đa trong một khoảng thời gian nhất định. 

Pin của nhà sản xuất Wiliams

Williams có thể tự hào về những đóng góp của họ dành cho SRT_01E khi đã đáp ứng được thiết kế khung xe khi pin đạt chuẩn mà khối lượng pin không nặng hơn 200kg. Hãng đã tạo nên dòng điện pin vượt qua kì vọng của hệ thống lưu trữ năng lượng và đáp ứng được các yêu cầu về tính an toàn. Pin sạc này chỉ được tạo ra trong khoảng 6 tháng dựa trên kinh nghiệm từ F1 và bài học từ sản phẩm thất bại của dòng xe lai Jaguar CX-75.

Với thời lượng pin chỉ có 28 kWh nên xe đua SRT_01E không đủ điện để hoàn thành chặng đua và việc sạc đầy nó mất gần 1 giờ, quá lâu đối với việc dừng trên đường pit. Hơn nữa, quy định của cuộc đua nhằm đảm bảo an toàn thì pin được mặc định là một phần của cấu trúc xe và đội đua không được thay đổi.

Giải pháp? Mỗi tay đua tại Formula E cần hai chiếc xe và được thay đổi khi dừng ở đường pit. Trước mùa giải, ý tưởng này không nhận được nhiều sự tán đồng tuy nhiên nếu sử dụng pin với công suất  tiêu thụ là 85 kWh thì khối lượng sẽ tăng gấp đôi và SRT_01E không thể chịu tải lớn như vậy được.

Một sự khác biệt tại giải đua Formula E này là Spark-Renault SRT_01E không sử dụng lốp slick (loại lốp xe không có rãnh nên sẽ cho bề mặt tiếp xúc với mặt đường nhiều hơn, độ bám cao hơn).

Thay vào đó là dòng lốp Pilot Sport EV phù hợp cho điều kiện ẩm ướt và khô được cung cấp bởi Michelin có kích thước 18 inch. Kiểu dáng dòng lốp này khá giống với 2s Pilot Sport Cup đã từng được nhà sản xuất Pháp này ứng dụng vào xe lai và một số siêu xe như Ferrari 458 Speciale hay Porsche 918 Spyder. Lốp Pilot Sport EV có thể giúp cuộc đua tiến hành trong điều kiện thời tiết trời mưa, trong khi lốp slick của giải đua F1 gặp trời mưa phải tạm ngưng để tránh trơn trượt.

Formula E:  thiếu tính hấp dẫn
Âm thanh được tạo ra từ một chiếc SRT_01E khác biệt hoàn toàn so với các cuộc đua xe truyền thống. Việc kết hợp của động cơ điện và bánh xe có rãnh tạo ra một thứ âm thanh khá kì quặc giống tiếng máy hút bụi, khó có thể hấp dẫn người xem. Ban tổ chức Formula E khẳng định độ ồn của mỗi chiếc xe tạo ra là 80 dB, đủ lớn để tạo nên âm hưởng và đủ để giúp các điều hướng viên nhận biết tại các lối vào ra đường pit. Tuy nhiên để đảm bảo an toàn hơn, ban tổ chức cho phép các tay đua sử dụng còi để cảnh báo một người khi chiếc xe đang đến. Tay đua 4 lần vô địch thế giới giải Công Thức 1, Sebastian Vettel cho rằng Formula E không phải là giải đua xe đỉnh cao trong tương lai bởi vì thiếu tiếng ồn.

Formula E không thực sự hấp dẫn bởi thiếu tiếng ồn

Từ lời phát biểu của Vettel cũng chỉ ra rằng việc tạo thể thức đua mới gặp khá nhiều khó khăn trước các giải đua truyền thống. Gần đây, giải đua Công Thức 1 cũng đã đã đi tiên phong trong việc sử hệ thống hybrid tiên tiến, hộp số ly hợp kép, và thúc đẩy sự phát triển dòng vật liệu composite nhẹ. Điều này đã gây phản ứng mạnh đối với người xem và ngay chính cả các tay đua, họ cho rằng ứng dụng động cơ lai tạo nên sự nhàm chán.

Theo thống kê, chỉ trong 3 vòng đấu đầu tiên, giải đua Formula E có được 56 triệu lượt người xem, trong số đó lượng xem trực tuyến vòng khai mạc tại Bắc Kinh là 40 triệu. Số lượng người xem giảm dần qua các chặng đua sau nhưng đối với ban tổ chức Formula E thì đây là bước khởi đầu thành công. Trong khi đó, khán giả truyền hình của cả mùa  đua F1 năm 2013 là 450 triệu, trung bình mỗi vòng đua là khoảng 37,5 triệu người xem.

Một số công nghệ trên Spark-Renault SRT_01E   Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được Xe đua Spark-Renault SRT_01E trang bị Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được (Rechargeable Energy Storage System -RESS), bao gồm một công cụ lưu trữ năng lượng (ví dụ như Bánh đà tích năng lượng- Flywheel Energy Storage , tụ điện hoặc pin). Hệ thống RESS trên SRT_01E được thiết kế mở nhưng chịu sự quản lý của FIA với nguồn cung cấp chính là pin và trình quản lý được cung cấp bởi Williams Advanced Engineering.   Động cơ điện Động cơ điện được chế tạo bởi McLaren Technologies Applied với khối lượng 26 kg và có khả năng tạo tối đa 270 mã lực tức thời với mô-men xoắn 140Nm, tương tự như động cơ của Formula One V8. Động cơ này ban đầu được phát triển cho dòng xe thương mại McLaren P1 . Những chiếc xe sẽ được hoạt động với một “chế độ sạc” chiếm khoảng 10% thời lượng đua. Khi các tay đua dừng đạp chân ga thì động cơ điện bắt đầu hoạt động như một máy phát điện, không chỉ làm giảm tốc độ mà còn có khả năng sạc pin. Các loại pin  được sử dụng có khả năng cung cấp điện năng trung bình khoảng 20 - 25 phút, do đó việc động cơ tích hợp khả năng sạc được kì vọng tạo nên sự thay đổi trong tương lai.   Sạc Tại giải đấu Formula E, Drayson Racing và đối tác kỹ thuật Qualcomm HALO cung cấp công nghệ sạc không dây cho xe điện (WEVC). Hệ thống sạc không dây này sử dụng công nghệ cảm ứng từ cộng hưởng để cung cấp năng lượng từ nguồn điện tại chỗ đậu xe đến bộ pin sạc trên xe điện. Công nghệ sạc này được thử nghiệm trên chiếc xe đua chạy điện nhanh nhất thế giới Drayson B12 / 69EV. Công nghệ sạc không dây Qualcomm Halo còn được sử dụng cho hai chiếc BMW i8 và hai chiếc BMW i3 làm nhiệm vụ y tế và hỗ trợ tại giải này. Một điểm thú vị khác là máy phát điện của giải đua sử dụng nhiên liệu sạch glycerine do công ty Aquafuel (Anh) sản xuất. Đây là sản phẩm có nguồn gốc từ dầu diesel sinh học - không độc, không tan trong nước và thay thế dầu diesel trong một số máy phát điện đặc biệt, có khả giảm ô nhiễm khí ni-tơ đến 90%. Một mát phát điện ở đây có thể sạc đầy cho 40 xe đua trong vòng 50 phút.

Formula E và tương lai xe điện
Trước khi mùa giải diễn ra, FIA đã tiến hành một cuộc nghiên cứu độc lập nhằm thể hiện sự tác động của Formula E tới công nghệ, môi trường và những tiềm năng của xe điện. Tổ chức nghiên cứu toàn cầu Ernst & Young cho thấy, giải đua Formula E có thể giúp bán thêm 77 triệu xe điện, giúp thế giảm được 900 triệu tấn CO2 và 4 tỷ thùng dầu,  giúp giảm 30 tỷ USD do tác động của sự ô nhiễm không khí.

Giải đua xe điện Formula E có thể hoặc không thể tạo nên thành công nhưng những ứng dụng công nghệ tại đó thực sự rất quan trọng. Vẫn còn nhiều đó những câu hỏi về đảm bảo kĩ thuật cho dòng xe điện thương mại và dòng xe đua này sẽ chắc chắn giúp giải quyết những vấn đề đó trong tương lai không xa.

PC World VN, 05/2015