Một trong những thắc mắc phổ biến của người dùng xe điện là vì sao cùng một chiếc xe, quãng đường di chuyển trong đô thị có thể đạt gần mức công bố của nhà sản xuất, nhưng khi chạy cao tốc, phạm vi hoạt động lại giảm đáng kể. Thực tế, đây không phải là nhược điểm riêng của xe điện mà là hệ quả của các quy luật vật lý và cách hệ thống truyền động điện hoạt động ở tốc độ cao.
Điểm khác biệt lớn nhất nằm ở lực cản không khí. Khi xe di chuyển trong thành phố với tốc độ khoảng 30–50 km/h, phần lớn năng lượng được dùng để thắng quán tính mỗi lần tăng tốc và lực cản lăn của lốp. Tuy nhiên, khi vận hành trên cao tốc ở tốc độ 100–120 km/h, lực cản khí động học trở thành yếu tố tiêu thụ năng lượng lớn nhất. Theo nguyên lý khí động học, lực cản không khí tăng theo bình phương của tốc độ, trong khi công suất cần thiết để thắng lực cản này lại tăng gần theo lập phương của tốc độ. Điều đó có nghĩa là chỉ cần tăng tốc thêm 20–30 km/h, công suất mà động cơ phải tạo ra có thể tăng lên rất mạnh. Với xe điện, toàn bộ công suất này đều lấy trực tiếp từ bộ pin, khiến tốc độ tiêu hao năng lượng tăng rõ rệt.
Bên cạnh đó, xe điện chỉ đạt hiệu suất cao nhất trong một dải tải và tốc độ nhất định. Động cơ điện có hiệu suất rất cao, thường trên 90%, nhưng không phải lúc nào cũng duy trì ở mức tối ưu. Khi phải liên tục cung cấp công suất lớn để giữ tốc độ cao trên cao tốc, dòng điện xả từ pin tăng lên đáng kể. Dòng điện càng lớn thì tổn hao nội trở trong pin càng nhiều, đồng thời hệ thống làm mát pin cũng phải hoạt động mạnh hơn để kiểm soát nhiệt độ. Cả hai yếu tố này đều tiêu tốn thêm năng lượng, làm giảm phạm vi hoạt động thực tế.
Một lợi thế quan trọng của xe điện trong điều kiện đô thị là khả năng phanh tái sinh. Mỗi lần giảm tốc hoặc phanh, động cơ điện sẽ hoạt động như một máy phát để thu hồi một phần động năng và nạp ngược trở lại pin. Trong môi trường giao thông đông đúc với nhiều lần tăng giảm tốc độ, lượng điện thu hồi này có thể đóng góp đáng kể vào tổng quãng đường di chuyển. Ngược lại, trên cao tốc, xe thường duy trì tốc độ ổn định trong thời gian dài nên cơ hội phanh tái sinh rất ít. Điều đó đồng nghĩa phần năng lượng đã sử dụng gần như không được thu hồi, khiến mức tiêu thụ điện trên mỗi km tăng lên.
Ngoài các yếu tố trên, điều kiện vận hành trên cao tốc cũng khiến nhiều hệ thống phụ trợ hoạt động với cường độ lớn hơn. Hệ thống điều hòa phải duy trì khả năng làm mát hoặc sưởi ổn định trong khoang cabin kín, quạt làm mát pin và bộ biến tần thường hoạt động liên tục để đảm bảo các linh kiện điện tử không vượt quá giới hạn nhiệt độ cho phép. Nếu xe chở đủ tải, lắp thêm giá nóc, hộp chứa đồ trên nóc hoặc kéo theo rơ-moóc, lực cản khí động học sẽ tiếp tục tăng, kéo theo mức tiêu thụ năng lượng cao hơn nữa.
Yếu tố địa hình cũng có ảnh hưởng đáng kể. Khi leo các đoạn cao tốc có độ dốc dài, động cơ phải cung cấp công suất lớn trong thời gian liên tục để thắng trọng lực. Dù khi xuống dốc, hệ thống phanh tái sinh có thể thu hồi một phần năng lượng, nhưng hiệu suất thu hồi luôn thấp hơn lượng điện đã tiêu hao do còn tồn tại tổn thất trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Vì vậy, tổng năng lượng sau cả hành trình vẫn bị hao hụt.
Thực tế thử nghiệm của nhiều tổ chức đánh giá ô tô trên thế giới cho thấy phạm vi hoạt động của xe điện khi duy trì tốc độ cao liên tục thường thấp hơn đáng kể so với điều kiện thử nghiệm hỗn hợp theo chuẩn WLTP hoặc CLTC. Đây là điều đã được các nhà sản xuất tính toán và không phản ánh chất lượng của bộ pin hay động cơ, mà chủ yếu xuất phát từ đặc tính vật lý của quá trình vận hành.
Để tối ưu quãng đường trên cao tốc, người lái nên duy trì tốc độ ổn định ở mức hợp lý thay vì chạy sát giới hạn tối đa, sử dụng chế độ lái tiết kiệm nếu điều kiện giao thông cho phép, kiểm tra áp suất lốp đúng tiêu chuẩn và hạn chế mang theo các phụ kiện làm tăng lực cản gió. Với xe điện, chỉ cần giảm tốc độ hành trình từ khoảng 120 km/h xuống 90–100 km/h trong nhiều trường hợp đã có thể cải thiện đáng kể mức tiêu thụ năng lượng, qua đó kéo dài phạm vi hoạt động mà không cần nâng dung lượng pin. Điều này cho thấy yếu tố quyết định không chỉ nằm ở công nghệ của chiếc xe, mà còn ở cách người sử dụng khai thác các đặc tính kỹ thuật của hệ truyền động điện trong từng điều kiện vận hành cụ thể.
Tuấn Phạm