Trạm sạc xe điện là gì? Cấu tạo và cách phân loại

Thị trường xe điện ngày càng phát triển ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung kéo theo xu hướng phát triển tất yếu của hệ thống trạm sạc. Vậy trạm sạc xe điện là gì? Có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thông qua bài viết dưới đây.  

Khái niệm trạm sạc xe điện

Khác với các dòng xe chạy bằng nhiên liệu, xe điện là phương tiện chạy bằng pin. Trong quá trình sử dụng, năng lượng pin lưu trữ sẽ cạn kiệt dần và cần phải sạc để tiếp tục sử dụng. Trạm sạc xe điện chính là nơi sẽ cung cấp năng lượng cho pin của các phương tiện giao thông vận hành bằng điện như ô tô điện, xe buýt điện, xe máy điện… trong trường hợp năng lượng bị cạn kiệt sau quá trình di chuyển.

Ngày nay, nhu cầu sử dụng xe điện ngày càng tăng, kéo theo nhu cầu sử dụng trạm sạc tăng theo. Điều này thúc đẩy sự phát triển của hệ thống trạm sạc tại nhiều khu vực như:

• Bãi đỗ xe, bến xe
• Trạm dừng nghỉ, trạm đổ xăng dầu
• Trung tâm thương mại
• Chung cư, tòa nhà văn phòng
• Cao tốc, quốc lộ

Cấu tạo của trạm sạc xe điện

Cấu trúc chung của các trạm sạc điện trên thế giới thường bao gồm 3 bộ phận chính là thiết bị sạc, hệ thống quản lý và nguồn điện. Xét về cấu tạo chi tiết, trạm sạc được cấu thành từ nhiều thiết bị khác nhau như:

• Tủ điện: Được coi là “bộ não” của trạm sạc, là nơi chứa các thiết bị đóng cắt và điều khiển hệ thống sạc, gồm: aptomat, cầu dao, bộ điều khiển trung tâm và các thiết bị bảo vệ khác như chống sét, relay bảo vệ… Bộ điều khiển của trạm sạc có khả năng giao tiếp với Bộ quản lý pin (BMS - Battery Management System) của xe để xác định các thông số điện áp, dòng điện, nhiệt độ, thời gian sạc phù hợp.

• Bộ chuyển đổi AC/DC: Chỉ tích hợp trong trạm sạc DC. Bộ chuyển đổi có chức năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ lưới điện sang dòng điện một chiều để sạc cho pin xe điện.
• Mô-đun sạc: Linh kiện quan trọng nhất của trạm sạc, có trách nhiệm điều khiển quá trình sạc, đảm bảo dòng điện và điện áp đầu ra ổn định và an toàn cho pin. Tùy thuộc vào từng loại sạc, mô-đun sẽ phụ trách việc chuyển đổi dòng điện AC sang DC để cung cấp cho pin xe điện. 
• Đầu nối sạc: Có chức năng kết nối trạm sạc với xe điện. Các loại đầu nối phổ biến hiện nay là Type 1, Type 2, CCS (Combined Charging System), CHAdeMO và GB/T.
• Màn hình hiển thị: Hiển thị thông tin về trạng thái sạc, thời gian sạc, lượng điện năng tiêu thụ, điện áp, dòng sạc,…

• Hệ thống làm mát: Đảm bảo trạm sạc hoạt động ổn định ở nhiệt độ cao, đặc biệt quan trọng với trạm sạc nhanh.
• Hệ thống chống sét: Bảo vệ trạm sạc khỏi các tác động của sét.

Ngoài ra, một số trạm sạc thông minh còn được tích hợp hệ thống thanh toán hoặc cho phép người dùng kiểm tra trạng thái và đặt chỗ trước qua ứng dụng di động.

Nguyên lý hoạt động của trạm sạc xe điện

Trạm sạc xe điện có nguyên lý hoạt động cơ bản là tiếp nhận điện từ nguồn chính và chuyển đổi thành dòng điện phù hợp để cung cấp cho bộ pin của xe. Quá trình này được điều khiển bởi hệ thống giao tiếp giữa Bộ điều khiển của trạm sạc và Bộ quản lý pin của xe. 

Tiếp nhận nguồn điện

Thường điện dùng cho các trạm sạc sẽ được lấy từ lưới điện quốc gia (AC). Một số trạm sạc sử dụng năng lượng tái tạo có thể dùng điện từ năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió. 

Chuyển đổi dòng điện

• Đối với sạc AC: Việc chuyển đổi từ dòng điện AC sang dòng điện DC sẽ được thực hiện bởi bộ chuyển đổi (On-Board Charger - OBC) tích hợp sẵn trong xe. Dòng điện DC sau đó sẽ được lưu trữ vào pin xe điện.  
• Đối với sạc DC: Trạm sạc nhanh DC thường cung cấp trực tiếp dòng điện 1 chiều cho pin xe điện, giúp tối ưu hóa thời gian sạc. Một số dòng sạc nhanh khác sẽ thực hiện việc chuyển đổi từ dòng điện AC sang DC ngay tại trạm sạc mà không thông qua bộ OBC trên xe. Bộ quản lý pin sẽ chịu trách nhiệm điều chỉnh tốc độ sạc để bảo vệ pin, thường dưới 80% sẽ sạc rất nhanh và chậm lại khi pin gần đầy.

Giao tiếp giữa Bộ điều khiển trạm sạc và Bộ quản lý pin xe

Khi cổng sạc xe điện được kết nối với trụ sạc, bộ điều khiển của trạm sạc và BMS của xe sẽ tiến hành giao tiếp để xác định loại pin, trạng thái sạc, dòng sạc phù hợp và công suất tối đa xe có thể nhận. Quá trình sạc sau đó tiếp tục được giám sát liên tục, đảm bảo dòng điện, điện áp, nhiệt độ của pin luôn ở ngưỡng an toàn. 

Kết thúc quá trình

Khi pin xe điện đã được sạc đầy, trạm sạc sẽ tự động ngắt kết nối. Một số trạm sạc thông minh còn có tính năng ghi nhớ và lưu trữ thông tin của từng xe điện, giúp người dùng dễ dàng tiến hành kết nối chỉ sau 1 lần sạc. 

Cách phân loại trạm sạc xe điện

Trạm sạc xe điện được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau. 

Theo dòng điện

Hiệp hội Kỹ sư ô tô (SAE International) phân loại trạm sạc theo dòng điện thành trạm sạc AC (xoay chiều) và trạm sạc DC (1 chiều) theo tiêu chuẩn SAE J1772.

Trạm sạc AC: Kết nối đầu sạc trên xe trực tiếp với nguồn cung cấp điện xoay chiều AC.

• Trạm sạc AC cấp độ 1: Sử dụng nguồn điện dân dụng 120V (tiêu chuẩn Bắc Mỹ), tương tự ổ cắm điện thông thường, có khả năng cung cấp dòng điện 6 - 16A tùy thuộc vào công suất của mạch chuyên dụng. Do không có sự tương thích giữa ổ cắm điện và xe nên phương pháp này không chỉ chậm mà còn tiềm ẩn nhiều sự cố điện. 
• Trạm sạc AC cấp độ 2: Sử dụng nguồn điện 240V (một pha) hoặc 208V (ba pha) để cung cấp dòng điện từ 6 - 80A với tốc độ sạc tăng đáng kể so với sạc AC cấp độ 1. Đây là trạm sạc xe điện phổ biến nhất hiện nay, thường xuất hiện ở các trung tâm thương mại, khu dân cư, bãi đậu xe doanh nghiệp, cho khả năng chạy 120km (khoảng 75 dặm) trong 1 giờ sạc ở công suất tối đa. 

Trạm sạc DC: Nguồn điện lưới AC được truyền qua bộ chuyển đổi AC/DC trong trạm trước khi đến ắc quy của xe. 

• Trạm sạc DC cấp 1: Cung cấp tối đa 80kW ở mức 50 - 1000V.
• Trạm sạc DC cấp 2: Cung cấp tối đa 400W ở mức 50 - 1000V.

Theo tiêu chuẩn IEC, trạm sạc lại được chia thành 4 cấp: 

• Cấp 1: Sạc chậm từ ổ cắm điện thông thường (AC 1 pha hoặc 3 pha).
• Cấp 2: Sạc chậm từ ổ cắm AC thông thường, có thêm chế độ bảo vệ cho xe điện.
• Cấp 3: Sạc AC chậm hoặc nhanh bằng ổ cắm nhiều chân chuyên dụng có chức năng điều khiển và bảo vệ. 
• Cấp 4: Sạc nhanh DC sử dụng dòng điện 1 chiều để sạc trực tiếp cho pin của xe điện, cho phép bỏ qua các bộ chuyển đổi AC/DC. 

Theo công suất

• Trạm sạc công suất thấp: Thường có kích thước nhỏ gọn, sử dụng các linh kiện đơn giản, phù hợp cho việc lắp đặt tại nhà hoặc các điểm sạc chậm.
• Trạm sạc công suất cao: Đòi hỏi các linh kiện chịu được dòng điện lớn, hệ thống làm mát phức tạp hơn, kích thước tủ điện cũng lớn hơn.

Theo loại xe (phù hợp ở Việt Nam)

Trạm sạc xe máy: Chuyên dùng cho xe máy điện, thời gian sạc tiêu chuẩn khoảng 4 tiếng, sử dụng điện áp vào 1 pha 220VAC, công suất 1.2kW/cổng, tần số 50Hz, số lượng đầu ra 2 hoặc 4 cổng/ 1 trụ.

Trạm sạc ô tô:

• Sạc AC 11kW: Phù hợp để sạc ô tô trong thời gian dài. Điện áp vào 3 pha 304  - 456 VAC, công suất 1.2kW/cổng, tần số 50Hz, số lượng đầu ra 1 cổng/trụ.
• Sạc nhanh DC 30kW: Loại sạc nhanh, trong thời gian ngắn 40 đến 120 phút cho đầy 80% dung lượng pin ô tô. Điện áp vào 3 pha 304  - 456 VAC, công suất 30kW/cổng, tần số 50Hz, số lượng đầu ra 1 cổng/trụ.
• Sạc nhanh DC 60kW: Dùng để sạc nhanh cho ô tô trong thời gian 30 - 90 phút đầy được khoảng 80% dung lượng pin. Điện áp vào 3 pha 304  - 456 VAC, công suất 60kW/cổng, tần số 50Hz, số lượng đầu ra 2 cổng/tủ sạc.

Ngoài ra, còn có loại trạm sạc quang điện sử dụng năng lượng mặt trời để sạc xe điện thông qua tấm pin mặt trời. Loại này có công suất như trạm sạc AC cấp 2, tuy nhiên thời gian sạc nhanh hay chậm còn phụ thuộc vào công suất tấm pin và điều kiện thời tiết. 

Tại Việt Nam, có 3 hình thức trạm sạc khá phổ biến hiện nay, gồm:

• Trạm sạc công cộng: Thường đặt ở những khu vực công cộng, bãi đậu xe, tuyến quốc lộ và cao tốc. Các trạm sạc này có đa dạng công suất và không cố định là sạc nhanh hay sạc chậm. VinFast hiện là nhà cung cấp hệ thống trạm sạc công cộng lớn nhất cả nước. 
• Trạm sạc tư nhân: Trạm sạc được lắp đặt riêng cho gia đình hoặc doanh nghiệp với các trụ sạc từ 30kW đến 120kW. Nhiều hộ gia đình hiện nay đã đầu tư cho trạm sạc riêng để chủ động hơn trong việc sạc xe điện. 
• Trạm đổi pin: Tại trạm này, pin sạc có thể tháo rời thay vì phải cắm sạc tại chỗ. Người sử dụng chỉ cần đến đổi pin đã hết và nhận lại pin đã sạc đầy. Việt Nam đang tích cực triển khai mô hình trạm đổi pin để giảm tải cho trạm sạc công cộng. 

Lợi ích khi sử dụng và lắp đặt trạm sạc xe điện

Trạm sạc không chỉ mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng xe điện mà còn góp phần hạn chế lượng khí thải carbon, bảo vệ môi trường. 

Tiện lợi

• Đa dạng trạm sạc: Cùng với sự phát triển của xe điện, người sử dụng có thể dễ dàng tìm được trạm sạc ở nhiều khu vực như bãi đỗ xe, trung tâm thương mại, khu dân cư, trạm dừng nghỉ, cao tốc…
• Tốc độ sạc linh hoạt: Tùy thuộc nhu cầu sạc nhanh hay chậm, sạc tốc độ hay qua đêm mà người dùng xe điện có thể lựa chọn các loại trạm sạc phù hợp.

Bảo vệ môi trường 

Xe điện có ưu điểm là không phát thải khí thải, góp phần giảm thiểu ô nhiễm không khí, đặc biệt khi được kết hợp với trạm sạc quang điện, sử dụng năng lượng sạch còn có tác dụng bảo vệ môi trường hơn nữa.

Chi phí vận hành thấp

• Tiết kiệm chi phí nhiên liệu: So với các loại nhiên liệu khác, chi phí sạc xe điện thường thấp hơn nhiều, người dùng có thể tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành hàng tháng.
• Bảo trì dễ dàng: Xe điện thường có ít bộ phận chuyển động hơn nên chi phí bảo trì thấp hơn so với ô tô truyền thống.

Thúc đẩy thói quen lái xe bền vững

• Việc phát triển các trạm sạc điện giúp người tham gia giao thông thuận tiện và cởi mở hơn trong việc tiếp cận xe điện, từ đó thúc đẩy thói quen sử dụng hoặc chuyển đổi sang phương tiện giao thông bền vững.
• Sử dụng nhiên liệu sạch góp phần vào sự phát triển bền vững của đất nước. Đa phần chính phủ và các tổ chức đều khuyến khích sự cân bằng giữa xe xăng và xe điện để giảm tác động tiêu cực đến môi trường.

Khuyến khích sự phát triển công nghệ 

Sự ra đời và phát triển không ngừng của xe điện và các trạm sạc đi kèm là cơ sở để thúc đẩy các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới vào ngành công nghiệp năng lượng và giao thông vận tải. 

Lưu ý khi sử dụng trạm sạc xe điện

Để quá trình sạc xe điện diễn ra an toàn và hiệu quả, bạn cần chú ý một số vấn đề sau khi sử dụng trạm sạc. 

• Tính tương thích giữa cổng sạc và trạm sạc: Đảm bảo trạm sạc xe điện có cổng sạc phù hợp, nhất là với dòng xe nhập khẩu. Riêng với trạm sạc tư nhân, hãy chắc chắn hệ thống điện của gia đình đáp ứng được công suất sạc mong muốn, tránh quá tải, có thể gây cháy nổ điện. 
• Thời gian sạc: Tùy thuộc vào từng loại và công suất của trạm sạc, thời gian sạc cho xe điện có thể khác nhau. Hãy lập kế hoạch cho mỗi lần sạc để đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho việc di chuyển của xe, nhất là khi sử dụng sạc chậm tại nhà. Ngoài ra, nếu bạn không có nhu cầu di chuyển đường dài, hãy cân nhắc việc sạc chậm thay vì sạc nhanh để tiết kiệm năng lượng. 
• Địa điểm sạc: Ưu tiên chọn trạm sạc gần khu vực dân cư sinh sống hoặc thường xuyên di chuyển. Hạn chế sử dụng các trạm sạc vắng người, đặc biệt là vào ban đêm. Bạn có thể sử dụng điện thoại để tìm kiếm điểm sạc gần nhất. 
• Tình trạng sạc: Nhiều trạm sạc xe điện hiện nay có khả năng giám sát thời gian sạc qua ứng dụng di động nhưng bạn vẫn cần theo dõi quá trình sạc, tránh để xe sạc quá lâu, có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin. 
• Chi phí sạc: Không phải trạm sạc nào ở Việt Nam cũng miễn phí, vì vậy bạn cần nắm được phí sạc dựa trên thời gian và công suất sạc để chủ động trong việc trả phí sạc xe điện. 
• Kiểm tra định kỳ: Bảo dưỡng, bảo trì định kỳ trụ sạc tư nhân, đảm bảo dây sạc, đầu sạc không bị hỏng hóc, ăn mòn. 

Một số câu hỏi về trạm sạc xe điện

Câu hỏi 1: Trạm sạc xe điện có an toàn không?

Trả lời: Có. Các trạm sạc được thiết kế theo tiêu chuẩn IEC và SAE nên an toàn trong quá trình sử dụng. Ngoài ra, trạm sạc còn được trang bị thêm các thiết bị đóng cắt và điều khiển giúp bảo vệ quá áp, quá dòng, ngắn mạch, rò rỉ điện,... nên có khả năng bảo vệ phương tiện và người dùng. Tuy nhiên, bạn vẫn nên chọn các trạm sạc chất lượng cao của các đơn vị uy tín. 

Câu hỏi 2: Thời gian sạc đầy xe điện mất bao nhiêu?

Trả lời: Thời gian sạc pin đầy của xe điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dung lượng pin, công suất trạm sạc, loại sạc. Thường trạm sạc DC có công suất cao sẽ sạc nhanh hơn trạm sạc AC. Trung bình, thời gian sạc từ 10% đến 80% pin sẽ mất từ 30 phút đến 1 giờ đối với sạc DC và 3 đến 6 giờ đối với sạc AC.

Câu hỏi 3: Trạm sạc có tương thích với tất cả các loại xe điện không?

Trả lời: Đa phần các trạm sạc hiện nay đều sử dụng 3 dạng đầu nối chính là CCS, CHAdeMO hoặc GB/T, tương thích với phần lớn các loại xe điện trên thị trường. Tuy nhiên, nếu xe điện của bạn có đặc điểm đặc thù, nên kiểm tra kỹ loại đầu nối sạc để lựa chọn được trạm sạc phù hợp.