Khi bạn lướt trang web, có thể bạn đã thấy cụm từ "bộ cân bằng pin lithium", nhưng bạn không biết nó có chức năng gì, nguyên lý hoạt động ra sao. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn một số kiến thức cơ bản về bộ cân bằng pin lithium và các xu hướng của nó.
Bộ cân bằng pin lithium là thiết bị hoặc mạch cân bằng mức sạc của từng cell trong bộ pin lithium ion hoặc lithium polymer.
Nguyên lý hoạt động của bộ cân bằng pin lithium là theo dõi mức điện áp của từng cell trong bộ pin Li-ion hoặc Li-polymer và chủ động phân phối lại điện tích giữa các cell để đạt được sự cân bằng.
Sau đây là nguyên tắc chung về cách thức hoạt động của chúng:
① Giám sát điện áp: Bộ cân bằng liên tục giám sát điện áp của từng cell trong bộ pin. Bộ cân bằng thường sử dụng kết hợp mạch cảm biến điện áp và bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số để đo chính xác điện áp của từng cell.
② Phát hiện mất cân bằng: Bộ cân bằng so sánh mức điện áp của pin để xác định xem có bất kỳ sự mất cân bằng đáng kể nào không. Nó tính toán chênh lệch điện áp giữa các cell để xác định các cell bị sạc quá mức hoặc sạc quá mức so với điện áp trung bình.
③ Truyền năng lượng: Khi phát hiện mất cân bằng, bộ cân bằng sẽ khởi động quá trình truyền năng lượng. Bộ cân bằng thường sử dụng các thiết bị điện tử công suất như công tắc, MOSFET (Transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại) hoặc rơle để chuyển hướng dòng điện giữa các pin.
④ Cân bằng dòng điện: Bằng cách truyền dòng điện, bộ cân bằng cho phép pin có điện áp cao xả điện trong khi sạc pin có điện áp thấp hơn. Bộ cân bằng cho phép dòng điện dư chảy từ pin có điện áp cao sang pin có điện áp thấp hơn. Quá trình này tiếp tục cho đến khi điện áp của tất cả các cell pin đạt đến trạng thái cân bằng.
⑤ Thuật toán điều khiển: Bộ cân bằng sử dụng thuật toán điều khiển để quản lý quá trình truyền năng lượng. Thuật toán xác định thời điểm, thời lượng và cường độ truyền dòng điện dựa trên chênh lệch điện áp giữa các cell. Bộ cân bằng áp dụng dòng điện cân bằng một cách có kiểm soát để ngăn ngừa tình trạng sạc quá mức hoặc xả quá mức pin.
⑥ Ngưỡng cân bằng: Bộ cân bằng có thể có ngưỡng điện áp được xác định trước để kích hoạt quá trình cân bằng. Các ngưỡng này có thể được người dùng cấu hình hoặc lập trình sẵn cho các yêu cầu và thành phần hóa học cụ thể của pin. Bộ cân bằng sẽ kích hoạt khi chênh lệch điện áp giữa các cell pin vượt quá ngưỡng đã xác định.
⑦ Giám sát liên tục: Trong suốt quá trình sạc hoặc xả, bộ cân bằng liên tục theo dõi mức điện áp của pin để duy trì sự cân bằng. Bộ cân bằng sẽ điều chỉnh việc cung cấp năng lượng khi cần thiết để tính đến những thay đổi điện áp hoặc bất kỳ sự mất cân bằng mới nào có thể phát sinh.
Cần lưu ý rằng chiến lược triển khai và kiểm soát cụ thể của bộ cân bằng pin lithium có thể khác nhau tùy thuộc vào thiết kế của bộ cân bằng, cấu hình bộ pin và yêu cầu ứng dụng. Bộ cân bằng nâng cao có thể tích hợp các tính năng bổ sung như theo dõi nhiệt độ, chẩn đoán tình trạng pin và bảo vệ quá dòng để nâng cao hơn nữa hiệu suất và độ an toàn của bộ pin.
Pin lithium cần có bộ cân bằng vì một số lý do quan trọng:
① Pin không cân bằng: Pin lithium thường được cấu tạo từ nhiều cell pin được kết nối nối tiếp để đạt được điện áp mong muốn. Tuy nhiên, sự khác biệt về sản xuất, dung lượng pin và thói quen sử dụng có thể gây ra sự mất cân bằng giữa các cell pin. Một số cell pin có thể có điện áp cao hơn các cell khác, dẫn đến phân phối điện không đều. Bộ cân bằng giúp khắc phục sự mất cân bằng này.
② Tối ưu hóa dung lượng: Khi có sự mất cân bằng giữa các cell trong bộ pin, một số cell có thể đạt dung lượng sạc tối đa trước các cell khác. Điều này có nghĩa là tổng dung lượng sử dụng của bộ pin bị giới hạn bởi cell có dung lượng thấp nhất. Bằng cách cân bằng các cell, toàn bộ dung lượng của bộ pin có thể được sử dụng hiệu quả, tối đa hóa việc sử dụng năng lượng khả dụng.
③ Cải thiện hiệu suất: Cân bằng cell pin giúp cải thiện hiệu suất của bộ pin. Nó đảm bảo mỗi cell pin hoạt động trong phạm vi điện áp tối ưu, cải thiện tổng công suất đầu ra và hiệu suất năng lượng của bộ pin. Điều này dẫn đến hiệu suất tốt hơn trong các ứng dụng như xe điện, thiết bị điện tử di động và hệ thống lưu trữ tài nguyên tái tạo.
④ Tăng cường an toàn: Pin không cân bằng gây ra rủi ro an toàn. Pin sạc quá mức có thể gây ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt, khiến pin sinh ra nhiệt không thể kiểm soát và có thể bắt lửa hoặc phát nổ. Pin cân bằng giúp ngăn ngừa tình trạng sạc quá mức từng cell pin, giảm thiểu nguy cơ xảy ra sự cố an toàn và cải thiện an toàn tổng thể cho pin.
⑤ Kéo dài tuổi thọ: Việc sạc quá mức hoặc xả quá mức sẽ đẩy nhanh quá trình suy giảm dung lượng và rút ngắn tuổi thọ của pin. Bằng cách cân bằng mức sạc, pin hoạt động đồng đều hơn, kéo dài tuổi thọ của pin.
⑥ Độ chính xác của trạng thái sạc: Bộ cân bằng giúp xác định chính xác trạng thái sạc (SoC) của bộ pin. Bằng cách duy trì mức điện áp cân bằng giữa các cell pin, BMS có thể dựa vào các phép đo điện áp nhất quán để ước tính SoC chính xác hơn. Dữ liệu này rất quan trọng để xác định dung lượng pin còn lại và đảm bảo quản lý pin hợp lý.
Tóm lại, pin lithium cần bộ cân bằng để giải quyết tình trạng mất cân bằng cell, tối ưu hóa việc sử dụng dung lượng, cải thiện hiệu suất, tăng cường độ an toàn, kéo dài tuổi thọ pin và cung cấp số liệu SoC chính xác. Bộ cân bằng đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý từng cell trong bộ pin để đảm bảo hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Sự phát triển của công nghệ cân bằng pin lithium được thúc đẩy bởi nhu cầu ngày càng tăng về bộ pin lithium hiệu suất cao và an toàn trong nhiều ngành công nghiệp. Sau đây là một số xu hướng và triển vọng cho tương lai của công nghệ cân bằng pin lithium:
① Hệ thống cân bằng thông minh: Tương lai của bộ cân bằng pin lithium nằm ở hệ thống cân bằng thông minh. Các hệ thống này sẽ kết hợp các thuật toán tiên tiến và công nghệ cảm biến thông minh. Hoạt động cân bằng được điều chỉnh linh hoạt theo các thông số khác nhau như điện áp pin, nhiệt độ và điện trở bên trong. Bộ cân bằng thông minh có thể thích ứng với các điều kiện thay đổi của pin, tối ưu hóa quá trình cân bằng và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.
② Giám sát pin chủ động: Giám sát pin chủ động có thể phát hiện sớm các dấu hiệu xuống cấp của pin, xác định pin bị lỗi và cho phép thực hiện các chiến lược bảo trì và thay thế chủ động, do đó cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ của bộ pin lithium.
③ Bộ cân bằng thu năng lượng: Khám phá các công nghệ thu năng lượng, chẳng hạn như sử dụng năng lượng dư thừa từ phanh xe điện hoặc sử dụng năng lượng môi trường để cấp nguồn cho mạch cân bằng. Bộ cân bằng thu năng lượng có thể cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống bằng cách giảm mức tiêu thụ điện năng và tăng tính tự chủ của hệ thống cân bằng.
④ Công nghệ cơ chế cân bằng mới: Khám phá một cơ chế cân bằng mới vượt ra ngoài các phương pháp truyền năng lượng truyền thống. Ví dụ, vật liệu hoặc hệ thống tự cân bằng phân phối lại điện hóa hoặc cơ học bên trong cell hoặc mô-đun. Các cơ chế cân bằng sáng tạo này có tiềm năng cải thiện hiệu suất, giảm số lượng linh kiện và nâng cao hiệu suất tổng thể của bộ cân bằng pin Li-ion.
⑤ Tăng cường bảo vệ an toàn: Trong tương lai, bộ cân bằng pin lithium dự kiến sẽ được tích hợp thêm các tính năng an toàn, bao gồm bảo vệ quá dòng, giám sát quá nhiệt, phát hiện đoản mạch và chẩn đoán lỗi mức pin. Các tính năng an toàn tích hợp trong bộ cân bằng sẽ cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện trước các mối nguy hiểm tiềm ẩn và đảm bảo hoạt động an toàn của bộ pin lithium.
Nhìn chung, trọng tâm tương lai của công nghệ cân bằng pin lithium nằm ở việc cải thiện hiệu suất, trí thông minh, bảo mật và khả năng tùy chỉnh ứng dụng. Những tiến bộ này sẽ góp phần mở rộng việc sử dụng pin lithium-ion trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, mang lại hiệu suất được cải thiện, tuổi thọ dài hơn và vận hành an toàn hơn cho các hệ thống lưu trữ năng lượng.
Return
VIEW All