Giải pháp duy trì nguồn điện liên tục và hiệu quả cho trạm sạc

Để đáp ứng nhu cầu chuyển dịch mạnh mẽ từ xe xăng sang xe điện ở Việt Nam nói riêng và toàn cầu nói chung, việc duy trì được nguồn điện ổn định và hiệu quả cấp cho các trạm sạc là yếu tố cấp thiết hơn bao giờ hết. Trong bài viết này, hãy cùng KTH ELECTRIC tìm hiểu về các giải pháp đảm bảo nguồn điện liên tục cho trạm sạc xe điện. 

Các nguồn điện chính cung cấp cho trạm sạc

Trạm sạc xe điện hiện tại sử dụng điện từ 3 nguồn chính gồm: điện lưới quốc gia, điện năng lượng mặt trời/ gió và điện từ pin lưu trữ. 

Điện lưới quốc gia

Đây là nguồn cung cấp năng lượng chính cho hệ sinh thái xe điện, cho phép lắp đặt và mở rộng trạm sạc tại nhiều khu vực, địa hình, miễn là có thể tiếp cận với lưới điện ổn định. Ngoài ra, việc sử dụng điện lưới cũng góp phần tiết kiệm tối đa chi phí sạc cho người dùng. 

Năng lượng mặt trời

Các trạm sạc năng lượng mặt trời – nếu phát triển có hệ thống sẽ là giải pháp lý tưởng để giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, góp phần thúc đẩy giao thông điện bền vững.

Các nhà đầu tư có thể trang bị hệ thống pin năng lượng mặt trời trên mái che trạm sạc hoặc đặt ở các khu vực đất đai có tính chất nhàn rỗi nhằm tận dụng tối đa nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và miễn phí. Đây được coi là giải pháp sạc thông minh tại những nơi có nguồn điện lưới yếu, giúp tiến tới xóa bỏ “vùng trắng” trạm sạc, thuận tiện cho quá trình phổ cập xe điện ở Việt Nam. 

Pin lưu trữ

Pin lưu trữ thường gắn liền với các trạm đổi pin, cho phép người dùng không cần mất thời gian dài chờ sạc đầy cho xe điện mà chỉ cần đổi từ pin cũ sang pin mới đã được sạc đầy tại trạm với phí đổi tiết kiệm hơn nhiều so với phí sạc.

Ngoài ra, pin lưu trữ cũng có thể được nạp đầy từ nhiều nguồn cấp như điện lưới, năng lượng mặt trời, máy phát… đảm bảo người dùng không bị gián đoạn hành trình khi nguồn điện chính gặp sự cố. 

Yêu cầu về nguồn điện cấp cho trạm sạc

Các trạm sạc công cộng, nhất là sạc nhanh DC thường hoạt động ở công suất lớn để có thể phục vụ được nhiều xe tại cùng một thời điểm. Do đó, nguồn cấp đầu vào cho trạm sạc phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu khắt khe về công suất, chất lượng và tính an toàn để đảm bảo không có bất kỳ sự cố nào xảy ra cho người và xe trong quá trình sạc. 

Yêu cầu về độ tin cậy

• Tính liên tục của nguồn điện: Trạm sạc cần đảm bảo nguồn cấp liên tục và ổn định, hạn chế tối đa tình trạng mất điện hoặc điện chập chờn, có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin xe và các thiết bị khác. 
• Khả năng dự phòng: Trạm sạc lớn, nên có thêm phương án dự phòng (máy phát điện, nguồn năng lượng mặt trời) để kịp thời chuyển đổi khi nguồn chính bị gián đoạn. 

Yêu cầu về công suất/ điện áp

• Công suất thiết kế: Nguồn cấp cho trạm sạc phải đủ khả năng cung cấp tổng công suất tối đa trong trường hợp tất cả bộ sạc đều hoạt động, cộng thêm các tải phụ trợ như hệ thống chiếu sáng, làm mát, màn hình hiển thị… 
• Tỷ lệ Isc​/IL (tỷ lệ giữa dòng đoản mạch và dòng điện tải): Thông số này phải có giá trị đủ lớn để hạn chế độ méo hài điện áp (THDv).
• Cấp điện áp: Công suất của trạm sạc phụ thuộc vào quy mô, số lượng cổng sạc. Tuy nhiên, phải đảm bảo tính tương thích giữa loại trạm sạc với điện áp tiêu chuẩn. Thông thường, sạc chậm AC Mode 1 có thể tận dụng nguồn điện dân dụng 220V tại nhà, sạc chậm AC Mode 2 sẽ sử dụng nguồn điện 220V hoặc 380V. Riêng sạc nhanh DC có thể kết nối với nguồn trung áp để giảm kích thước và chi phí truyền tải. 

Yêu cầu về chất lượng điện

Thiết bị sạc của trạm sạc được xếp vào tải phi tuyến tính nên có thể gây ra một số vấn đề liên quan đến chất lượng điện của trạm như sóng hài, hệ số công suất thấp… Do đó, chất lượng điện luôn là yếu tố quan trọng hàng đầu trong các trạm sạc. 

• Hệ số công suất: Nguồn điện đầu vào cấp cho trạm sạc phải duy trì được hệ số công suất ở mức cao, thường là ≥0.9 hoặc >0.95 đối với các bộ sạc hiện đại.
• Giới hạn sóng hài: Tổng méo hài dòng điện (THDi) do trạm sạc phát ra phải nằm trong ngưỡng cho phép theo các tiêu chuẩn quốc tế IEC 61000-3-12 hoặc IEEE 519. Trong đó, cần triệt tiêu các bậc sóng hài nguy hiểm nhất cho trạm sạc là sóng hài bậc 5 và bậc 7. 
• Ổn định điện áp: Điện áp phải duy trì được mức dung sai cho phép, thường là ±10%. 
• Mất cân bằng pha: Tình trạng mất cân bằng pha cần duy trì trong giới hạn ≤2% đối với khu vực có nhiều trạm sạc AC công suất nhỏ. 

Yêu cầu về tính an toàn

• Bảo vệ dòng rò: Rò rỉ điện trong bất kỳ hệ thống nào cũng tiềm ẩn mối nguy hiểm đến tính mạng con người, đặc biệt là dòng rò DC trơn trong các trạm sạc công suất lớn. Do đó, trạm sạc cần được trang bị thiết bị bảo vệ dòng rò chuyên dụng như RCD/ RCBO/ RCCB Type B hoặc Type EV để có thể xử lý triệt để các loại dòng rò. 
• Bảo vệ quá tải/ ngắn mạch: Giải pháp đơn giản là lắp đặt các thiết bị đóng cắt có chức năng bảo vệ trước quá tải, ngắn mạch như MCB, MCCB. Với các trạm sạc công cộng quy mô lớn nên ưu tiên lắp ACB tại tủ tổng để gia cố thêm khả năng bảo vệ của trạm. 
• Bảo vệ chống sét: So với sét đánh trực tiếp, sét đánh lan truyền mới là mối nguy hiểm thật sự đối với trạm sạc. Trang bị thiết bị chống sét lan truyền SPD Type 1, Type 2 sẽ xử lý được vấn đề này. 
• Hệ thống nối đất: Nối đất cho trạm sạc phải được thực hiện bởi các chuyên gia để đảm bảo điện trở đất thấp nhất, tránh gây ra hiện tượng điện áp bước có thể nguy hiểm cho người và vật thể tại khu vực xung quanh. 

Nguyên nhân khiến nguồn điện cho trạm sạc gián đoạn

Không phải lúc nào, nguồn cấp cho trạm sạc cũng duy trì được tính liên tục. Có rất nhiều nguyên nhân khiến nguồn điện của trạm bị gián đoạn như: mất điện trên lưới, quá tải, quá nhiệt, lỗi thiết bị…

Vấn đề từ nguồn lưới

Đây là nguyên nhân phổ biến nhất và cũng khó kiểm soát nhất khi vận hành trạm sạc.  

• Mất điện diện rộng: Bão lũ, thiên tai, cây đổ, sự cố tại trạm biến áp… hoàn toàn có thể làm mất nguồn cấp chính cho trạm sạc xe điện. Nếu không có kế hoạch dự phòng, thời gian mất điện của trạm sẽ phụ thuộc vào khả năng sửa chữa của đơn vị Điện lực. 
• Sụt áp đường dây: Khi sử dụng chung đường điện với các tải lớn, trạm sạc hoàn toàn có thể gặp phải tình trạng sụt áp khi các thiết bị công suất lớn khởi động. Nếu độ sụt áp xuống ngưỡng an toàn, bộ sạc sẽ tự động ngắt để bảo vệ xe và thiết bị trong trạm. 
• Mất cân bằng pha: Nếu tải không được phân bổ đồng đều trên 3 pha của điện 3 pha, các bộ sạc sẽ phải làm việc trong điều kiện điện áp mất cân bằng, khiến một số bộ sạc tự kích hoạt cơ chế bảo vệ và ngắt.

Vấn đề kỹ thuật/ thiết bị

• Quá tải: Trạm sạc nếu không được tính toán kỹ lưỡng sẽ rất dễ vượt quá công suất chịu tải khi các bộ sạc đồng thời hoạt động cùng lúc. Ngoài ra, nếu hệ thống làm mát trục trặc hoặc hỏng hóc, dây điện và các bộ phận của bộ sạc cũng sẽ nóng lên liên tục. Lúc này, thiết bị đóng cắt ở tủ điện trạm sạc sẽ tự động ngắt nguồn để tránh sự cố chập cháy, hỏa hoạn.
• Lỗi Bộ chuyển đổi OBC: Bộ chuyển đổi OBC tích hợp trong xe hoặc bộ chỉnh lưu có trong trạm sạc nếu dính lỗi ở các linh kiện điện tử công suất do sóng hài, quá áp, quá dòng đều có thể gây gián đoạn việc cấp nguồn cho xe điện.  

Ngoài ra, bất kỳ hỏng hóc nào liên quan đến dây dẫn điện, thiết bị bảo vệ/ đóng cắt đều có thể làm gián đoạn nguồn điện của trạm. 

Vấn đề vận hành/ quản lý

• Vượt quá công suất thiết kế: Đây là tình trạng quá tải trạm sạc khi công suất thực tế vượt quá công suất thiết kế, buộc trạm sạc phải ngắt đột ngột để bảo vệ hệ thống. Nếu được trang bị hệ thống quản lý tải động hoặc một số chức năng thông minh, trạm sạc sẽ tự động điều chỉnh công suất phù hợp với từng thời điểm hoặc hoãn sạc tại 1 số xe sạc chậm. 
• Hệ thống dự phòng thiếu hiệu quả: Máy phát điện hoặc nguồn điện dự phòng của trạm sạc nếu không kịp thời chuyển đổi khi nguồn chính mất, tất yếu trạm sạc sẽ bị gián đoạn hoạt động. 

Giải pháp duy trì nguồn điện liên tục cho trạm sạc

Để duy trì được nguồn điện ổn định và liên tục cho trạm sạc xe điện, yếu tố cốt lõi là phải giảm thiểu được sự phụ thuộc vào nguồn điện lưới và luôn sẵn sàng kế hoạch dự phòng trong trường hợp nguồn chính bị mất. 

Thiết kế 2 đường dây cấp điện độc lập cho trạm sạc

Trạm sạc công suất lớn nên được kết nối với ít nhất là 2 đường dây cấp điện độc lập từ lưới, để khi đường dây chính bị mất, hệ thống sẽ tự động chuyển sang đường dây dự phòng thứ 2, đảm bảo hoạt động tại trạm không bị gián đoạn. Chỉ khi xảy ra sự cố mất điện diện rộng ở cả khu vực, hoặc ảnh hưởng từ thiên tai, bão lũ khiến cả 2 đường dây bị đứt, trạm sạc mới bị mất điện toàn diện. 

Kết hợp năng lượng mặt trời

Trạm sạc năng lượng mặt trời sử dụng các tấm pin mặt trời để tạo năng lượng cấp trực tiếp cho pin xe điện hoặc lưu trữ trong hệ thống pin nhằm mục đích hòa lưới hay sạc cho xe vào ban đêm, trong những ngày thiếu nắng. 

Đây được coi là giải pháp sử dụng năng lượng bền vững, vừa góp phần thúc đẩy người dùng chuyển đổi xe xăng, vừa giảm sự phụ thuộc vào điện lưới và tăng khả năng bảo vệ môi trường của hạ tầng giao thông toàn cầu. 

Tuy nhiên, việc đầu tư cho một trạm sạc năng lượng mặt trời hoặc hệ thống pin mặt trời cấp cho trạm sạc cá nhân không hề rẻ. Do đó, mô hình này vẫn chưa được nhân rộng ở Việt Nam. 

Hệ thống pin lưu trữ (BESS – Battery Energy Storage System)

Giải pháp này sử dụng các khối pin lưu trữ năng lượng dạng lớn để cung cấp điện tạm thời trong trường hợp khẩn cấp của trạm sạc như mất điện.

Thông thường hệ thống pin lưu trữ sẽ được sạc đầy từ nguồn năng lượng mặt trời hoặc sạc từ lưới điện trong giờ thấp điểm để tiết kiệm chi phí. Ngay khi nguồn cấp chính gặp vấn đề, hệ thống pin lưu trữ sẽ hoạt động như một bộ lưu điện (UPS) khổng lồ, đảm bảo trạm sạc tiếp tục hoạt động trong khoảng thời gian nhất định. 

Tuy độc lập với lưới điện, giúp xử lý tình trạng gián đoạn nguồn cấp nhưng chi phí đầu tư cho hệ thống lưu trữ pin rất lớn. Do đó, không phải nhà cung cấp nào cũng đủ tiềm lực tài chính để đầu tư vào hệ thống này. Tại Việt Nam, hiện có trạm sạc năng lượng mặt trời và trạm đổi pin cho xe điện đang ứng dụng công nghệ lưu trữ pin xe để sạc cho xe điện. 

Máy phát điện

Đây là giải pháp dự phòng truyền thống, phù hợp với các trạm sạc AC tại nhà hơn là trạm sạc công cộng. 

Ưu điểm của máy phát điện là có thể duy trì nguồn điện dự phòng trong thời gian dài (chỉ cần cấp đủ nhiên liệu) nên không phụ thuộc quá nhiều vào tình trạng của lưới điện. Tuy nhiên, máy phát điện tạo ra khí thải và khói đen gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt, điện tạo ra từ máy phát có tần số và điện áp không ổn định nên sẽ ảnh hưởng đến chất lượng và tuổi thọ của các bộ sạc. 

Vai trò của Bộ chuyển nguồn ATS trong việc duy trì nguồn điện trạm sạc

Thực tế, các trạm sạc hiện nay ở Việt Nam vẫn ưu tiên sử dụng nguồn cấp chính từ điện lưới. Ngay cả một số trạm sạc năng lượng mặt trời cũng được hòa lưới để chủ động chuyển đổi nguồn điện trong tình huống nguồn chính bị gián đoạn. Khi đó, hệ thống cần được trang bị thiết bị tự động chuyển mạch như ATS (Automatic Transfer Switch) để có thể linh hoạt chuyển đổi nguồn điện khi có sự cố, đảm bảo trạm sạc luôn có điện để hoạt động, tránh tổn thất doanh thu.  

KTH ELECTRIC” >

Vai trò quan trọng của ATS trong trạm sạc được thể hiện ở 3 khía cạnh: 

• Đảm bảo nguồn cấp liên tục: Khi nguồn điện chính bị mất hoặc chất lượng điện áp xuống ngưỡng thấp nhất, ATS sẽ tự động chuyển sang nguồn dự phòng. Quá trình này chỉ diễn ra trong vài giây, đủ để hạn chế tối đa “thời gian chết” của trạm sạc, cũng như không ảnh hưởng đến tiến trình sạc của xe điện. 
• Phục hồi tự động: ATS có nguyên lý làm việc là luôn ưu tiên nguồn chính (thường là điện lưới). Do đó ngay khi nguồn chính được phục hồi, ATS sẽ chuyển mạch trở lại nguồn chính và tắt ngay nguồn dự phòng. Tính năng này đảm bảo trạm sạc luôn ưu tiên nguồn điện lưới trong điều kiện hoạt động bình thường. 
• Tăng cường độ tin cậy của hệ thống: Một hệ thống điện ổn định, tất yếu độ tin cậy sẽ cao hơn hệ thống điện chập chờn. Bằng cách tự động và linh hoạt thay đổi nguồn chính – nguồn phụ khi nguồn chính mất điện hoặc xảy ra sự cố quá tải, chập cháy… ATS đảm nhận chức năng bảo vệ các bộ sạc và thiết bị điện tử nhạy cảm bên trong trạm sạc, hạn chế tối đa thời gian gián đoạn của trạm. 

Đáng nói, so với giải pháp lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời hoặc trang bị hệ thống pin lưu trữ quy mô lớn, sử dụng ATS giúp tiết kiệm chi phí hơn nhiều. 

Bộ chuyển nguồn tự động tại KTH ELECTRIC sở hữu hiệu suất chuyển mạch vượt trội với cơ chế cuộn hút điều khiển bằng kích thích tạm thời. Thiết bị có kết cấu chắc chắn, an toàn, cùng dải dòng điện rộng từ 63~3200A, đa dạng số pha 2~4P, đáp ứng tiêu chuẩn IEC/EN 60947-6-1 nên phù hợp với nhiều công suất trạm sạc khác nhau. Người vận hành có thể linh hoạt lựa chọn chuyển trực tiếp 2 nguồn điện hoặc tắt nguồn A trước khi chuyển sang nguồn B, giúp giảm thiểu tối đa thời gian mất điện tại các trạm sạc công suất lớn. 

KTH ELECTRIC 1″ >

Một số câu hỏi về duy trì nguồn điện cho trạm sạc

Câu hỏi 1: Nên sử dụng 1 ATS công suất lớn cho cả trạm sạc hay thay thế bằng 2-3 ATS công suất nhỏ hơn?

Trả lời: Đối với các trạm sạc tư nhân chỉ có khoảng 3,4 trụ sạc, một ATS là đủ cho nhu cầu tự động chuyển đổi nguồn điện. Tuy nhiên, với các trạm sạc công cộng có từ 10 trụ trở lên, các chuyên gia khuyến cáo nên sử dụng từ 2-3 ATS nhỏ có tổng công suất cộng lại bằng công suất của 1 ATS lớn để quản lý tải tốt hơn, cũng như tăng khả năng khoanh vùng và giới hạn sự cố. Ví dụ, nếu ATS chính bị lỗi, các ATS phụ vẫn có thể chuyển mạch cấp điện cho các vùng phụ tải khác. Ngược lại, trạm sạc lớn khi phụ thuộc vào 1 ATS rất dễ bị ngừng hoạt động hoàn toàn nếu ATS dính lỗi. 

Câu hỏi 2: Trường hợp dùng máy phát điện cấp điện cho trạm sạc, thời gian giới hạn cho máy phát điện là bao nhiêu?

Trả lời: Hiện tại không có một tiêu chuẩn cố định nào quy định thời gian hoạt động tối đa của máy phát điện cho trạm sạc. Tuy nhiên, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) khuyến cáo, máy phát điện bằng dầu cho trạm sạc không nên chạy quá 100 giờ/năm, đặc biệt ở khu vực đô thị đông dân cư nên giới hạn dưới 50giờ/năm để bảo vệ môi trường.