Truyền tải điện không dây ứng dụng trong sạc pin nhanh cho xe điện là hướng nghiên cứu của TS Nguyễn Kiên Trung, giảng viên Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội.

Xe vừa chạy vừa sạc pin

TS Nguyễn Kiên Trung cho biết, từ năm 2013, khi theo học nghiên cứu sinh tại Nhật Bản, anh đã quyết tâm theo đuổi nghiên cứu về truyền điện không dây. Hướng ứng dụng trong nghiên cứu của anh nhằm vào thị trường sạc cho ô tô điện.

TS Trung đã công bố 38 bài báo khoa học trên các hội thảo, tạp chí khoa học uy tín trong và ngoài nước, nhận được sự quan tâm của cộng đồng khoa học thế giới.

TS Trung chia sẻ, hiện sử dụng ô tô điện là xu hướng mới, đang bắt đầu ở Việt Nam. Muốn sạc ô tô điện phải có trạm sạc cắm dây. Tuy nhiên, sạc cắm dây tồn tại một số nguy cơ gây mất an toàn, sử dụng không thuận tiện nên các nhà khoa học đang phát triển công nghệ sạc không dây, tự động hóa quá trình sạc điện.

Có thể hình dung đi ô tô về nhà, chỉ cần vào chỗ đỗ là xe được sạc một cách tự động. Có các trạm sạc không dây ở các khu đỗ xe công cộng hoặc ở cơ quan, khi đó xe điện sẽ tự động được sạc khi cần thiết.

Đây là hệ thống sạc không dây tĩnh - sạc lúc xe đứng yên. Công nghệ này hiện nay đã tương đối hoàn thiện. Một số doanh nghiệp đã có sản phẩm thương mại bán ngoài thị trường.

Công nghệ sạc không dây mới nhất hiện nay là hệ thống sạc động. Tại phòng thí nghiệm của Đại học Bách khoa Hà Nội, TS Trung và cộng sự đang nghiên cứu phát triển công nghệ sạc khi xe đang di chuyển - công nghệ sạc không dây động. Sạc như vậy sẽ kéo dài thời gian di chuyển của ô tô.

Chỉ cần chạy trên quãng đường có lắp hệ thống truyền điện dưới mặt đường, xe sẽ tự động được sạc, có thể đi tiếp một quãng đường dài hơn mà không cần dừng lại, làn đường sạc này có thể phục vụ nhiều xe điện trong cùng thời điểm.

Đường sạc được ông thiết kế các đế sạc, mỗi đế chứa một cuộn dây sơ cấp có cấu trúc đặc biệt hoạt động theo nguyên lý móc vòng sử dụng từ trường kết nối với một cuộn dây thứ cấp gắn trên xe.

Dựa vào nguyên lý móc vòng này khi xe chạy qua đường sạc sẽ tạo dòng điện tích vào bộ sạc trên xe. Có thể tăng giảm khoảng cách móc vòng (khoảng cách cuộn sơ cấp và thứ cấp) theo một mức tối ưu.

Theo tính toán và mô phỏng trong phòng thí nghiệm, công nghệ này có thể cho công suất sạc tối đa 80kW trong thời gian 5 - 10 phút, với khoảng cách truyền 0,5m. Thời gian này có thể giúp ô tô sạc nhanh mà không cần dừng. Hạn chế của công nghệ này là chi phí đầu tư rất lớn.

Ứng dụng cho xe tự hành

Mô hình thực nghiệm điều khiển bám trở kháng tối ưu, hệ thống sạc không dây động của TS. Nguyễn Kiên Trung tại lab APES, Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội.

Hiện tại hệ thống truyền điện không dây của TS Nguyễn Kiên Trung mới chỉ vận hành trong phòng thí nghiệm mà chưa thể thương mại hóa. Nhóm đã linh hoạt ứng dụng cho xe tự hành chạy bằng pin trong các nhà máy là sản phẩm phổ biến hiện nay.

Theo TS Kiên Trung, xe tự động chạy bằng pin, nếu hết pin thì phải dừng lại sạc. Một nhà máy nếu dùng 10 xe tự hành thì phải mua 15 chiếc để thay phiên nhau.

TS Nguyễn Kiên Trung đã áp dụng công nghệ sạc không dây động vào xe tự hành, để trong lúc xe làm việc thì cũng được sạc luôn. Doanh nghiệp không phải tốn tiền mua thêm xe tự hành hoặc pin “xơ cua” và việc sạc cho xe tự hành cũng đơn giản hơn.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu áp dụng công nghệ truyền điện không dây vào bình nước nóng để cách li nguồn điện, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người sử dụng. Sản phẩm đã được doanh nghiệp thương mại hóa, vượt qua khâu thử nghiệm, đang trong quá trình lên kế hoạch kinh doanh, khảo sát thị trường.

Hiện, hệ thống sạc không dây động ở phòng thí nghiệm đã nghiên cứu và giải quyết xong những vấn đề cơ bản. Muốn giải quyết những bài toán phức tạp hơn đòi hỏi phải có hệ thống hiện đại hơn. TS Nguyễn Kiên Trung và nhóm đang xây dựng hệ thống sạc không dây động hiện đại tại Phòng Thí nghiệm Điện tử công suất.

Với hệ thống này, thay vì phải di chuyển bằng tay mô phỏng xe chạy trên làn đường, nhóm làm mô phỏng xe chạy với tốc độ cao hơn, tự động di chuyển qua lại để có thể thử nghiệm nhiều thuật toán điều khiển hơn.