Phương pháp cân bằng thụ động đơn giản hơn phương pháp cân bằng chủ động nhưng gây ra tổn hao trên điện trở. Bộ sạc cần ngắt sạc ngay khi một tế bào nào đó đã đầy. Sau đó, tế bào đã đầy sẽ được xả qua điện trở cho đến khi bằng tế
51
bào thấp hơn. Sau đó, bộ sạc được tiếp tục đóng điện trở lại và chu trình lại được lặp lại cho đến khi tất cả các tế bào đã đầy.
Như vậy, trong quá trình sạc, ngồi việc tn thủ đúng các quy trình sạc, bộ
sạc cần phối hợp chặt chẽ với hệ thống BMS để thực hiện các kỹ thuật nhằm điền
đầy các tế bào, chống sự mất cân bằng giữa các tế bào, qua đó kéo dài tuổi thọ của
cả bộ ắc quy.
e. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến q trình sạc ắc quy
Như đã nói ở mục trên, hoạt động nạp xả của ắc quy phụ thuộc lớn vào nhiệt độ. Nói chung, tất cả các loại ắc quy đều có thể hoạt động trong một dải nhiệt độ
khá rộng. Đối với ắc quy Li-ion, dải nhiệt độ này là từ 0oC – 45oC trong chế độ sạc và 0oC – 60oC trong chế độ xả. Một số ắc quy dựa trên Lithium đời mới hơn như Lithi-Ferro - Phophat (LiFePO4) hoặc Li-Polimer cho phép mở rộng vùng nhiệt độ làm việc hơn một chút. Trong vùng này, tính chất của ắc quy hầu như ổn định, hiệu suất sử dụng năng lượng cao. Nhưng ngoài vùng nhiệt độ đó, ở những nhiệt độ rất thấp hoặc rất cao, hoạt động của ắc quy bị ảnh hưởng mạnh, các phản ứng hóa học bên trong ắc quy diễn ra chậm lại, đồng nghĩa với dòng điện do ắc quy sinh ra hoặc hấp thu sẽ giảm đi so với khi hoạt động trong vùng nhiệt độ an toàn.
Kiểu pin Nhiệt độ nạp Nhiệt độ xả
Chì axit -200C - 500C -200C - 500C
Nicad, NiMH 00C - 500C -200C - 650C
Li-ion 00C - 450C -200C - 600C
Bảng 2.1. Vùng nhiệt độ làm việc của một số loại ắc quy
Đối với ắc quy Li-ion nói chung, người ta đã chứng minh được rằng dải nhiệt độ từ 5oC - 45oC là dải nhiệt độ hoạt động tối ưu. Dưới 5oC dòng sạc cần phải được giảm xuống và khi nhiệt độ giảm xuống dưới 0oC (nhiệt độ đóng băng) cần dừng ngay q trình sạc.
Ngược lại, ở nhiệt độ cao hơn 45oC hoạt động của ắc quy trở nên mạnh mẽ
52
nhiên, cả 2 trường hợp (nhiệt độ quá thấp cũng như nhiệt độ quá cao) đều làm tăng nội trở ắc quy, do đó, nếu vẫn cố gắng sạc thì sẽ làm giảm tuổi thọ ắc quy.
f. Các yêu cầu khi sử dụng ắc quy Li-ion
Từ các nhận xét trên, ta có thể rút ra một số yêu cầu cần chú ý khi sạc ắc quy Li-ion:
i) Tắt tất cả các thiết bị nuôi bởi ắc quy cần sạc. Khi đó, hệ thống đo dịng, áp
sạc sẽ cho kết quả chính xác, phản ánh đúng các thơng số q trình sạc.
ii) Khơng nên sạc khi nhiệt độ môi trường quá thấp hoặc quá cao. iii) Dừng sạc ngay khi bộ nhiệt độ ắc quy tăng cao bất thường.
iv) Dừng sạc ngay khi dung lượng ắc quy đạt khoảng (90 – 99) %. Như vậy
sẽ tốt cho ắc quy hơn là sạc đến 100% hoặc hơn. Thơng thường, các bộ sạc có đèn
báo dung lượng và tự cắt khi dung lượng đạt mức (90 – 99) %. Nếu không, người
dùng cần theo dõi để cắt sạc. Điều này sẽ làm tăng tuổi thọ ắc quy.
v) Trước khi lưu trữ ắc quy không sử dụng trong một thời gian dài, nên sạc
trước cho nó đến khoảng (40-50) % dung lượng để tránh hiện tượng over-discharge
vì ắc quy bị self- dischage.
vi) Khơng nên cố sạc ắc quy có suất điện động dưới 2,7V/tế bào (đã bị over-
discharge) bằng các bộ sạc thơng thường (chỉ có chế độ ổn dịng và ổn áp) mà phải dùng các bộ sạc chuyên dụng (hỗ trợ đầy đủ cả 4 chế độ: Pre-charge, Activation,
Constant Current, Constant Voltage).
2.3. Sạc nhanh xe điện
Bộ sạc điều chỉnh các mức nạp liên tục để phù hợp với khả năng của ắc quy chấp nhận các mức nạp. Nguy hiểm do sạc quá mức có thể tránh được, và các mơ-
đun ắc quy có thể nạp từ 20 đến 30 phút. Việc nạp nhanh này cũng giúp tăng cường
tuổi thọ ắc quy và cung cấp hiệu suất ắc quy cao hơn.
Một ắc quy xả hết tại 0% SOC có thể chấp nhận tỷ lệ dòng điện sạc ban đầu cao nhất. Một ắc quy sạc đầy ở 100% SOC không phải nạp thêm nữa.
53
Khi sạc ắc quy tiến tới trạng thái sạc đầy, là giảm việc chuyển đổi từ trạng thái xả tới trạng thái nạp trong khối điện cực. Do đó, khả năng chấp nhận sạc khơng ngừng giảm đi. Đường cong mô tả việc chấp nhận sạc, tỷ lệ nạp tối đa của ắc quy (chuyển đổi thành năng lượng điện được lưu trữ). Bất cứ điều gì trên mức nạp này thể hiện một sự quá tải. Do đó, ắc quy có thể rơi vào trạng thái quá tải tại bất kỳ
thời điểm nào, trong bất cứ trạng thái dòng điện nạp quá mức.
Từ (5-15) phút sạc ắc quy sẽ đòi hỏi vượt quá 40C của khả năng sạc để sạc ắc quy 85 Ahr. (Một bộ ắc quy 85 Ahr cần dòng điện 85A trong một thời gian một
giờ để sạc đầy).
Một tỷ lệ nạp cao quá 40C sẽ tàn phá mạnh về mặt hóa học của ắc quy. Nhiệt
độ tăng trong quá trình nạp sẽ tạo ra các phản ứng hóa học bổ sung. Nhiệt tạo ra oxy, làm tăng áp suất trong tế bào ắc quy. Áp suất ôxy dẫn đến mất nước làm giảm
tuổi thọ ắc quy. Việc sạc nhanh ắc quy yêu cầu phải giám sát tình trạng điện hóa của các tế bào trong q trình sạc. Việc điều chỉnh các sóng nạp sẽ cho phép tối ưu quá trình nạp.
Bộ sạc nhanh chóng kiểm tra tính tồn vẹn ắc quy, phản ứng ắc quy, sạc tốc
độ cao, điều khiển nạp ắc quy (ắc quy được chấp nhận và kết hợp ắc quy), sạc kết
thúc, và chấm dứt sạc ắc quy. Bộ sạc nhanh chóng nhận ra ranh giới của khu vực quá tải như thể hiện trong hình 2.17 trên cơ sở tiềm năng của điện hóa học. Cơ chế phản hồi cho phép điều chỉnh liên tục dòng điện của bộ sạc để phù hợp với ắc quy hoặc khả năng chấp nhận sạc của ắc quy. Các thuật toán sạc nhanh cũng cung cấp chẩn đoán ắc quy bằng cách liên tục phát hiện khả năng điện hóa như chức năng của hợp chất hóa học và mật độ dịng điện. Bộ sạc nhanh chóng cung cấp dịng điện có mật độ cao để thúc đẩy các phản ứng điện hóa mà khơng để ắc quy rơi vào tình
54