Chương 2 : HỆ THỐNG ẮC QUY TRÊN XE RENAULT ZOE
2.2 Ắc quy cao áp trên Renault ZOE 2020
2.2.2 Đặc điểm của pin Lithium Nickel Mangan Coban Oxit – NMC
Một trong những hệ thống Lithium-ion thành công nhất là sự kết hợp cực âm của niken-mangan-coban (NMC). Tương tự như Li-mangan, các hệ thống này có thể được điều chỉnh để phục vụ như tế bào năng lượng.
Ví dụ: Pin NMC trong dạng trụ 18650 cho điều kiện tải vừa phải và có dung
lượng khoảng 2.800mAh và có thể cung cấp từ 4A đến 5A. Pin NMC trong cùng một cell được tối ưu hóa cho nguồn điện cụ thể có dung lượng chỉ khoảng 2.000mAh nhưng mang lại dòng xả liên tục là 20A. Một cực dương làm từ silicon sẽ lên đến 4.000mAh và cao hơn nhưng khả năng tải sẽ bị giảm và vòng đời cũng ngắn hơn. Silicon được thêm vào graphite có nhược điểm là làm cho cực dương phát triển và co lại khi tích điện và phóng điện, làm cho tế bào khơng ổn định về mặt cơ học.
Bí mật của Pin NMC nằm ở việc kết hợp niken và mangan. Một ví dụ tương tự của nó là muối ăn. Trong đó các thành phần chính, natri và clorua, ở trạng thái độc lập thì chúng độc hại nhưng việc trộn chúng lại dùng làm gia vị và có thể bảo quản thực phẩm. Niken được biết đến với năng lượng riêng cao nhưng tính ổn định kém, cịn Mangan thì có lợi trong việc hình thành cấu trúc “Spinel”. Kết hợp các kim loại này lại với nhau nhằm nâng cao sức mạnh của chúng.
Pin NMC là loại pin được lựa chọn cho các công cụ điện, xe điện và các hệ thống truyền động bằng điện khác. Sự kết hợp của cực âm thường là một phần ba niken, một phần ba mangan và một phần ba coban, cịn được gọi là tỉ lệ 1-1-1. Coban có giá thành đắt đỏ và nguồn cung cấp hạn chế. Do đó các nhà sản xuất pin đang giảm hàm lượng coban có trong pin của mình.
Một sự kết hợp thành công là NCM532 với 5 phần niken, 3 phần coban và 2 phần mangan. Các kết hợp khác là NMC622, NMC712 và tương lai là NMC811 do LG Chem sản xuất. Lượng coban được ổn định và niken một vật liệu hoạt động năng lượng cao. Các chất điện phân và phụ gia mới cho phép sạc đến 4,4V / cell và cao hơn để tăng cơng suất. (Hình 2.11) thể hiện các đặc điểm của Pin NMC.
19
Hình 2.11: Đặc tính của pin NMC so với những loại khác
Pin NMC có hiệu suất tổng thể tốt và vượt trội về năng lượng. Nhờ đó, loại pin này là ứng cử viên ưu tiên cho xe điện và có tỷ lệ nóng lên thấp nhất.
20
Bảng 2.4: Bảng tóm tắc thơng số kỹ thuật của pin NMC
Lithium Nickel Mangan Coban Oxit:
LiNiMNnCoO2: Cực âm, cực dương bằng than chì
Ký hiệu: NMC (NCM, CMN, CNM, MNC, MCN tương tự với các kết hợp kim loại khác nhau) kể từ năm 2018
Điện áp 3.60V (thực tế), 3.70V (danh định)
Dãy điện áp điển hình 3.0 - 4.2V/cell hoặc cao hơn. Năng lượng cụ thể
(công suất) 150 – 220 Wh/kg
Sạc (C-rate) 0.7-1C, sạc đến 4.20V, một số loại đến 4.30V, sạc điển hỉnh khoảng 3h. Dịng sạc trên 1C có thể làm giảm tuổi thọ pin. Xả (C-rate) 1C, 2C/cell, tới khi cell còn khoảng 2.50V.
Chu kỳ 1000-2000 ( liên quan đến độ xả sâu, nhiệt độ). Nhiệt độ giới hạn 210 0C (410 0F)
Bảng 2.5: Bảng giá trị C- rate của pin
C – Rate Time 5C 12 min 2C 30 min 1C 1 Hr 0.5C or C/2 2 Hr 0.2C or C/5 5 Hr 0.1C or C/10 10 Hr 0.05C or C/20 20 Hr
Bản chất nguyên lý hoạt động của loại pin này cũng tương tự như pin Lithium-ion thông thường chỉ khác nhau ở cực âm. Sự dịch chuyển điện tích giữa 2 đầu cực âm và cực dương. Khi viên pin được xả điện hay được hiểu là những lúc sử dụng pin thì điện tích của viên pin là điện tích dương, lúc này viên pin sẽ cạn dần năng lượng và không đủ để cung cấp cho các hoạt động của thiết bị. Sau khi tiến hành cắm điện để sạc pin thì viên
21 pin sẽ được cung cấp lại các điện tích âm thiếu hụt trong quá trình đã sử dụng. Khi số lượng ion này bão hịa thì viên pin sẽ đầy. Ngun lý này hoạt động lặp đi lặp lại khi bạn xả pin và nạp đầy pin trở lại.
Theo lý thuyết thì tuổi thọ pin Lithium-ion sẽ kéo dài mãi mãi nếu pin được xả và nạp lại điện, đồng thời tuổi thọ của pin cũng sẽ phụ thuộc vào dung lượng của viên pin. Tuy nhiên, thực tế sử dụng thì theo thời gian hoạt động viên pin Lithium-ion sẽ có dấu hiệu bị chai và giảm chất lượng cũng như tuổi thọ cho mỗi 1 lần sạc đầy.
Hình 2.12: Sơ đồ diễn ta quá trình sạc và xả của pin Lithium-ion