Pin lithium ion trên xe điện – liệu bạn đã biết hết về nó

Pin Lithium-Ion xe điện – Liệu bạn biết hết nó? (News.otohui-com) – Pin Lithium-Ion gì? Ngun lý hoạt động sao? Có ưu nhược điểm ứng dụng pin Lithium-ion xe điện? Nếu bạn có thắc mắc tương tự viết dành cho bạn Tìm hiểu Pin Lithium-ion xe điện Giới thiệu Pin Lithium-Ion: Pin Lithium-Ion hay gọi pin Li-on, pin Lithi-on, viết tắt LIB, thuộc loại pin sạc, thiết bị sinh điện chiều thông qua phản ứng hóa học Khi pin phóng điện hay nạp điện, ion lithium di chuyển qua lại cực (bản cực dương cực âm) Thông thường, cực dương làm từ vật liệu oxide kim loại với kim loại Cobal, Nickel hay Manganese Bản cực âm làm từ graphite Cả cực dương âm có cấu trúc lớp mỏng Ion lithium nằm lớp Trong q trình nạp, ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm Trong trình xả, ion lithium di chuyển từ cực âm sang cực dương Chất điện phân phần quan trọng pin Lithium, cung cấp môi trường dẫn ion Li+ hai cực đồng thời dung mơi khơng dẫn điện Hình Cấu tạo pin Lithium-ion Hình pin Lithium-Ion dạng dẹt dạng trụ tròn Đây hai cấu trúc thường sử dụng ô tô Nguyên lý hoạt động pin Lithium-ion Trong trình nạp, ion Lithium giải phóng khỏi điện cực dương Lúc này, ion Lithium sử dụng chất điện phân làm môi trường truyền dẫn, thẩm thấu xuyên qua lớp ngăn cách gắn vào cực âm Hình Quá trình nạp pin Lithium-ion [2] Trong trình xả, ion Lithium giải phóng khỏi cực âm Ion Lithium sử dụng chất điện phân làm môi trường dẫn, thẩm thấu xuyên qua lớp ngăn cách quay lại cực dương Hình Quá trình nạp pin Lithium-ion [2] Tại cực dương, phản ứng hóa học xảy sau LiCoO2 ↔ CoO2 + Li+ + e– Tại cực âm, phản ứng hóa học xảy sau C6 + Li+ + e– ↔ LiC6 Phản ứng tổng cộng hai trình nạp xả pin: C6 + LiCoO2 ↔ LiC6 + CoO2 Trong đó, nạp chiều thuận, xả chiều nghịch Ảnh hưởng nhiệt độ đến pin xe điện nào? Trong q trình xả, C61- (Cathode) bị oxy hố thành C60, Co4+ bị khử thành Co3+, ngược lại trình nạp Nếu pin Lithium-Ion xả mức Lithi Coban Oxide bão hịa biến đổi thành Lithi Oxide, theo chiều phản ứng sau: LiCoO2 + Li+ + e– → Li2O + CoO Nếu pin LCO nạp điện vượt 5,2 V biến đổi thành Coban IV Oxide, theo chiều phản ứng sau [10]: LiCoO2 → Li+ +e– + CoO2 So sánh Pin Lithium-Ion Ắc quy chì axit: So sánh Pin Lithium-Ion Ắc quy chì axit Độ bền Khoảng – năm Khoảng – năm Mật độ lượng sạc – xả 20 Wh/kg, chịu dòng xả lớn dạng xung (trong thời gian ngắn) chịu tải cao 32 Wh/kg, chịu dòng khả chịu tải Thời gian sạc – Nhanh, – tiếng, chí vài phút – Sử dụng hết pin (gọi xả), không lo bị hỏng pin sau thời gian sử dụng – Chậm, – – Nếu bị xả 50% mà khơ sạc đầy, ắn quy dễ bị hỏng s tháng sử – Nếu bị xả tới tận đáy x PbSO4 gây hỏng cực ch Khối lượng Nhẹ, khoảng – kg Khá nặng, 12 – 15 kg Khả chống nước Có Khơng Khả chống cháy nổ Cao Thấp Ảnh hưởng môi trường Ít, cấu tạo cell rắn lithium, khơng có chì axit Nhiều, cấu tạo chì v Đặc tính xả nạp pin Lithium-ion a Đặc tính xả: Đặc tính xả pin Lithium-ion mơ tả hình sau [3] Hình Đặc tính xả pin Lithium-ion Trong ví dụ này, dung lượng danh định pin C = 3,250 mAh Cường độ dịng điện phóng định nghĩa Id = C Để đảm bảo an tồn cho pin, ví dụ này, điện áp pin giới hạn khoảng Vb = 4.2 ÷ 2.5 (V) Đặc tính thể dịng điện phóng lớn điện áp đo pin ứng với dung lượng nhỏ b Đặc tính nạp: Đặc tính nạp pin Lithium-ion mơ tả hình sau [3] Trong ví dụ này, dung lượng danh định pin C = 3,250 mAh Hìn h Đặc tính xả pin Lithium-ion Pin Lithium-ion nạp qua hai giai đoạn, giai đoạn đẳng dòng (CC) giai đoạn đẳng áp (CV) Ở ví dụ này, giai đoạn CC, dịng điện giữ khơng đổi IC = 0.3C Khi điện áp pin đạt 4.2V, pin chuyển sang giai đoạn nạp đẳng áp Q trình nạp kết thúc dịng điện nạp nhỏ giá trị định trước, IC = 65mA Tại nước không ảnh hưởng đến pin xe điện động điện? Thiết kế bố trí pin Lithium-ion xe điện: a Pin Lithium-ion xe điện Chevrolet Bolt: Bố trí hệ thống pin xe điện Chevrolet Bolt mơ tả hình sau Bộ pin bố trí thấp phần khung xe Trong pin có 288 pin Lithium-ion đơn (cell) dạng miếng dẹt, loại Nickel Lithium-ion Mỗi cell có điện áp danh định 3.65V Hình Bố trí pin xe điện Chevrolet Bolt Bộ pin có tổng lượng 54.7 kWh Bộ pin có nhiều module ghép lại, module có nhiều nhóm, module có hình dạng sau Hình Hình dạng module Bộ pin xe chia làm 96 nhóm, nhóm có cell mắc song song Như điện áp tổng khối pin 350.4V Hình dạng cell pin mơ tả hình sau Hình Hình dạng cell pin b Pin Lithium-ion xe điện Tesla Model S: Để đạt điện áp dẫn động động điện xe điện, pin Lithium mắc nối tiếp với Để tăng cường độ dòng điện xả pin, pin Lithium đơn bố trí song song Như vậy, pin ô tô điện cấu trúc gồm nhiều pin Lithium mắc song song nối tiếp Thơng thường pin bố trí gầm xe để giảm trọng tâm xe Hì nh Bố trí pin Tesla Model S Trên xe Tesla Model S năm 2012, pin bao gồm 7,104 pin Linthium-ion đơn, loại 18650 Lithium Nickel Manganese Oxide Tổng lượng pin 85 kWh Hình 10 Hình dạng pin Lithium đơn Tesla Model S Bộ pin có 16 module riêng rẽ mắc nối tiếp với nhau, module có 444 pin Lithium đơn (cell) Trong module, 74 cell mắc song song thành cụm, với điện áp danh định 3.6V Mỗi module có cụm mắc nối tiếp với tạo điện áp 21.6V Như điện áp tổng cộng pin với 16 module mắc nối tiếp 345.6V Hình 11 Hình ảnh module pin Tesla Model S Hệ thống quản lý pin xe điện (BMS – Battery Management System): Sơ đồ nguyên lý hệ thống quản lý pin BMS mơ tả hình sau Hình 12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống quản lý pin BMS Xem chi tiết về: Hệ thống quản lý pin Lithium (BMS)? Các chức hệ thống quản lý pin lithium BMS là: Duy trì tính an tồn ổn định pin: BMS bảo vệ ngắn mạch chống cháy nổ, đảm bảo độ bền pin hoạt động lâu dài Giám sát đánh giá tình trạng pin: đánh giá dung lượng pin, quãng đường tối đa xe chạy Điều khiển tình trạng nạp (SoC – State of Charge): cho phép nạp pin hết, ngắt nạp đầy Cân cell (cell-balancing): Cân cell pin mắc nối tiếp Dung lượng cell không đồng sai số chế tạo hay thối hóa khơng đồng qua q trình sử dụng Điều khiển theo nhiệt độ: Duy trì nhiệt độ hoạt động pin, đảm bảo không nhiệt ảnh hưởng đến độ bền, điều khiển nước tản nhiệt Quản lý lượng phanh tái sinh: Nạp cho pin xe phanh tái sinh  ... trí pin Lithium- ion xe điện: a Pin Lithium- ion xe điện Chevrolet Bolt: Bố trí hệ thống pin xe điện Chevrolet Bolt mơ tả hình sau Bộ pin bố trí thấp phần khung xe Trong pin có 288 pin Lithium- ion. .. Để đạt điện áp dẫn động động điện xe điện, pin Lithium mắc nối tiếp với Để tăng cường độ dòng điện xả pin, pin Lithium đơn bố trí song song Như vậy, pin ô tô điện cấu trúc gồm nhiều pin Lithium. .. Cấu tạo pin Lithium- ion Hình pin Lithium- Ion dạng dẹt dạng trụ tròn Đây hai cấu trúc thường sử dụng ô tô Nguyên lý hoạt động pin Lithium- ion Trong q trình nạp, ion Lithium giải phóng khỏi điện cực