1. Đặc điểm của pin lithium dành cho xe năng lượng mới
Pin lithium chủ yếu có ưu điểm là tỷ lệ tự phóng điện thấp, mật độ năng lượng cao, chu kỳ sạc/xả dài và hiệu suất hoạt động cao trong quá trình sử dụng. Sử dụng pin lithium làm thiết bị nguồn chính cho năng lượng mới tương đương với việc có được một nguồn năng lượng tốt. Do đó, trong cấu tạo các bộ phận chính của xe năng lượng mới, bộ pin lithium liên quan đến các cell pin lithium đã trở thành bộ phận cốt lõi quan trọng nhất và là bộ phận cung cấp năng lượng chính. Trong quá trình hoạt động của pin lithium, có những yêu cầu nhất định đối với môi trường xung quanh. Theo kết quả thí nghiệm, nhiệt độ hoạt động tối ưu được duy trì ở mức từ 20°C đến 40°C. Khi nhiệt độ xung quanh pin vượt quá giới hạn quy định, hiệu suất của pin lithium sẽ giảm đáng kể và tuổi thọ cũng giảm đáng kể. Bởi vì nhiệt độ xung quanh pin lithium quá thấp, dung lượng xả cuối cùng và điện áp xả sẽ lệch khỏi tiêu chuẩn đã đặt trước và sẽ có sự sụt giảm mạnh.
Nếu nhiệt độ môi trường quá cao, khả năng xảy ra hiện tượng quá nhiệt của pin lithium sẽ tăng lên đáng kể, và nhiệt lượng bên trong sẽ tích tụ tại một vị trí cụ thể, gây ra các vấn đề tích tụ nhiệt nghiêm trọng. Nếu phần nhiệt này không được tản ra ngoài một cách trơn tru, cùng với thời gian hoạt động kéo dài của pin lithium, pin dễ bị nổ. Mối nguy hiểm về an toàn này đe dọa nghiêm trọng đến an toàn cá nhân, vì vậy pin lithium phải dựa vào các thiết bị làm mát điện từ để nâng cao hiệu suất an toàn của toàn bộ thiết bị khi hoạt động. Có thể thấy rằng khi các nhà nghiên cứu kiểm soát nhiệt độ của pin lithium, họ phải sử dụng hợp lý các thiết bị bên ngoài để tản nhiệt và kiểm soát nhiệt độ hoạt động tối ưu của pin lithium. Sau khi việc kiểm soát nhiệt độ đạt được các tiêu chuẩn tương ứng, mục tiêu lái xe an toàn của xe năng lượng mới sẽ khó bị đe dọa.
2. Cơ chế sinh nhiệt của pin lithium dùng cho xe năng lượng mới
Mặc dù các loại pin này có thể được sử dụng làm thiết bị điện, nhưng trong quá trình ứng dụng thực tế, sự khác biệt giữa chúng trở nên rõ ràng hơn. Một số loại pin có nhược điểm lớn hơn, vì vậy các nhà sản xuất xe năng lượng mới cần lựa chọn cẩn thận. Ví dụ, pin axit chì cung cấp đủ năng lượng cho nhánh giữa, nhưng nó sẽ gây ra thiệt hại lớn cho môi trường xung quanh trong quá trình hoạt động, và thiệt hại này sẽ không thể khắc phục được về sau. Do đó, để bảo vệ an ninh sinh thái, quốc gia đã đưa pin axit chì vào danh sách cấm. Trong giai đoạn phát triển, pin niken-kim loại hydrua (Ni-MH) đã có được những cơ hội tốt, công nghệ phát triển đã dần hoàn thiện và phạm vi ứng dụng cũng được mở rộng. Tuy nhiên, so với pin lithium, nhược điểm của nó hơi rõ ràng hơn. Ví dụ, các nhà sản xuất pin thông thường khó kiểm soát chi phí sản xuất pin niken-kim loại hydrua. Kết quả là, giá pin niken-hydro trên thị trường vẫn ở mức cao. Một số thương hiệu xe năng lượng mới theo đuổi hiệu quả chi phí sẽ khó xem xét sử dụng chúng làm phụ tùng ô tô. Quan trọng hơn, pin Ni-MH nhạy cảm với nhiệt độ môi trường hơn nhiều so với pin lithium và dễ bị cháy do nhiệt độ cao. Sau nhiều lần so sánh, pin lithium nổi bật hơn cả và hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện năng lượng mới.
Lý do pin lithium có thể cung cấp năng lượng cho xe năng lượng mới chính là vì điện cực dương và âm của chúng có chứa vật liệu hoạt tính. Trong quá trình nhúng và giải phóng vật liệu liên tục, một lượng lớn năng lượng điện được tạo ra, và sau đó theo nguyên lý chuyển đổi năng lượng, năng lượng điện và động năng được trao đổi với nhau để đạt được mục đích cung cấp năng lượng mạnh mẽ cho xe năng lượng mới, giúp xe có thể tự di chuyển. Đồng thời, khi tế bào pin lithium trải qua phản ứng hóa học, nó sẽ có chức năng hấp thụ nhiệt và giải phóng nhiệt để hoàn thành quá trình chuyển đổi năng lượng. Ngoài ra, nguyên tử lithium không tĩnh, nó có thể di chuyển liên tục giữa chất điện phân và màng ngăn, và có điện trở nội phân cực.
Giờ đây, nhiệt lượng cũng sẽ được giải phóng một cách thích hợp. Tuy nhiên, nhiệt độ xung quanh pin lithium của xe năng lượng mới quá cao, dễ dẫn đến sự phân hủy các lớp ngăn cách cực dương và cực âm. Ngoài ra, cấu tạo của pin lithium xe năng lượng mới bao gồm nhiều cụm pin. Nhiệt lượng sinh ra từ tất cả các cụm pin vượt xa nhiệt lượng của một pin đơn lẻ. Khi nhiệt độ vượt quá một giá trị nhất định, pin rất dễ bị nổ.
3. Các công nghệ chủ chốt của hệ thống quản lý nhiệt pin
Hệ thống quản lý pin của xe năng lượng mới đã nhận được sự quan tâm cao độ cả trong và ngoài nước, tiến hành nhiều nghiên cứu và thu được nhiều kết quả. Bài viết này sẽ tập trung vào việc đánh giá chính xác công suất pin còn lại của hệ thống quản lý nhiệt pin xe năng lượng mới, quản lý cân bằng pin và các công nghệ chủ chốt được áp dụng trong đó.hệ thống quản lý nhiệt.
3.1 Phương pháp đánh giá công suất còn lại của hệ thống quản lý nhiệt pin
Các nhà nghiên cứu đã đầu tư rất nhiều năng lượng và công sức vào việc đánh giá SOC, chủ yếu sử dụng các thuật toán dữ liệu khoa học như phương pháp tích phân ampe-giờ, phương pháp mô hình tuyến tính, phương pháp mạng nơ-ron và phương pháp lọc Kalman để thực hiện một lượng lớn các thí nghiệm mô phỏng. Tuy nhiên, lỗi tính toán thường xảy ra trong quá trình áp dụng phương pháp này. Nếu lỗi không được sửa chữa kịp thời, khoảng cách giữa các kết quả tính toán sẽ ngày càng lớn. Để khắc phục nhược điểm này, các nhà nghiên cứu thường kết hợp phương pháp đánh giá Anshi với các phương pháp khác để kiểm chứng lẫn nhau, nhằm thu được kết quả chính xác nhất. Với dữ liệu chính xác, các nhà nghiên cứu có thể ước tính chính xác dòng xả của pin.
3.2 Quản lý cân bằng hệ thống quản lý nhiệt độ pin
Chức năng quản lý cân bằng của hệ thống quản lý nhiệt pin chủ yếu được sử dụng để điều phối điện áp và công suất của từng phần của pin. Sau khi sử dụng các loại pin khác nhau ở các phần khác nhau, công suất và điện áp sẽ khác nhau. Lúc này, cần sử dụng chức năng quản lý cân bằng để loại bỏ sự chênh lệch giữa hai giá trị này. Hiện nay, kỹ thuật quản lý cân bằng được sử dụng rộng rãi nhất là...
Nó chủ yếu được chia thành hai loại: cân bằng thụ động và cân bằng chủ động. Từ góc độ ứng dụng, nguyên tắc thực hiện được sử dụng bởi hai loại phương pháp cân bằng này khá khác nhau.
(1) Cân bằng thụ động. Nguyên tắc cân bằng thụ động sử dụng mối quan hệ tỷ lệ giữa công suất và điện áp của pin, dựa trên dữ liệu điện áp của một dãy pin đơn, và việc chuyển đổi giữa hai yếu tố này thường được thực hiện thông qua quá trình phóng điện trở: năng lượng của pin công suất cao sinh nhiệt thông qua quá trình gia nhiệt điện trở, sau đó tản nhiệt qua không khí để đạt được mục đích giảm tổn thất năng lượng. Tuy nhiên, phương pháp cân bằng này không cải thiện hiệu quả sử dụng pin. Ngoài ra, nếu quá trình tản nhiệt không đồng đều, pin sẽ không thể hoàn thành nhiệm vụ quản lý nhiệt do vấn đề quá nhiệt.
(2) Cân bằng chủ động. Cân bằng chủ động là sản phẩm nâng cấp của cân bằng thụ động, khắc phục những nhược điểm của cân bằng thụ động. Về nguyên lý thực hiện, nguyên lý cân bằng chủ động không dựa trên nguyên lý cân bằng thụ động mà áp dụng một khái niệm hoàn toàn mới: cân bằng chủ động không chuyển đổi năng lượng điện của pin thành năng lượng nhiệt và tiêu tán nó, do đó năng lượng cao được truyền từ pin này sang pin khác. Hơn nữa, kiểu truyền tải này không vi phạm định luật bảo toàn năng lượng, và có ưu điểm là tổn thất thấp, hiệu suất sử dụng cao và kết quả nhanh chóng. Tuy nhiên, cấu trúc tổ hợp của quản lý cân bằng tương đối phức tạp. Nếu điểm cân bằng không được kiểm soát đúng cách, nó có thể gây hư hỏng không thể khắc phục cho bộ pin do kích thước quá lớn. Tóm lại, cả quản lý cân bằng chủ động và quản lý cân bằng thụ động đều có ưu điểm và nhược điểm. Trong các ứng dụng cụ thể, các nhà nghiên cứu có thể lựa chọn tùy theo dung lượng và số lượng chuỗi của bộ pin lithium. Các bộ pin lithium dung lượng thấp, số lượng ít phù hợp với quản lý cân bằng thụ động, còn các bộ pin lithium dung lượng cao, số lượng nhiều phù hợp với quản lý cân bằng chủ động.
3.3 Các công nghệ chính được sử dụng trong hệ thống quản lý nhiệt của pin
(1) Xác định phạm vi nhiệt độ hoạt động tối ưu của pin. Hệ thống quản lý nhiệt chủ yếu được sử dụng để điều phối nhiệt độ xung quanh pin, vì vậy để đảm bảo hiệu quả ứng dụng của hệ thống quản lý nhiệt, công nghệ chủ chốt do các nhà nghiên cứu phát triển chủ yếu được sử dụng để xác định nhiệt độ hoạt động của pin. Chỉ cần nhiệt độ pin được giữ trong phạm vi thích hợp, pin lithium luôn có thể ở trong điều kiện hoạt động tốt nhất, cung cấp đủ năng lượng cho hoạt động của xe năng lượng mới. Bằng cách này, hiệu suất pin lithium của xe năng lượng mới luôn có thể ở trong tình trạng tuyệt vời.
(2) Tính toán phạm vi nhiệt của pin và dự đoán nhiệt độ. Công nghệ này liên quan đến một số lượng lớn các phép tính mô hình toán học. Các nhà khoa học sử dụng các phương pháp tính toán tương ứng để có được sự chênh lệch nhiệt độ bên trong pin và sử dụng điều này làm cơ sở để dự đoán hành vi nhiệt có thể có của pin.
(3) Lựa chọn môi chất truyền nhiệt. Hiệu suất vượt trội của hệ thống quản lý nhiệt phụ thuộc vào việc lựa chọn môi chất truyền nhiệt. Hầu hết các xe năng lượng mới hiện nay sử dụng không khí/chất làm mát làm môi chất làm mát. Phương pháp làm mát này dễ vận hành, chi phí sản xuất thấp và có thể đạt được mục đích tản nhiệt cho pin một cách hiệu quả.Máy sưởi không khí PTC/Bộ gia nhiệt nước làm mát PTC)
(4) Áp dụng thiết kế cấu trúc tản nhiệt và thông gió song song. Thiết kế thông gió và tản nhiệt giữa các cụm pin lithium có thể mở rộng luồng không khí để nó có thể được phân bổ đều giữa các cụm pin, giải quyết hiệu quả sự chênh lệch nhiệt độ giữa các mô-đun pin.
(5) Lựa chọn điểm đo nhiệt độ và quạt. Trong mô-đun này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một số lượng lớn các thí nghiệm để thực hiện các tính toán lý thuyết, sau đó sử dụng các phương pháp cơ học chất lỏng để thu được các giá trị công suất tiêu thụ của quạt. Sau đó, các nhà nghiên cứu sẽ sử dụng các phần tử hữu hạn để tìm điểm đo nhiệt độ phù hợp nhất nhằm thu được dữ liệu nhiệt độ pin một cách chính xác.
Thời gian đăng bài: 10/09/2024
