nghiên cứu thiết kế bộ nguồn sạc pin lithium ion với hiệu suất cao

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP _______________________ </b>

<b> NGUYỄN TRUNG THÀNH </b>

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>Tên tơi là: Nguyễn Trung Thành </b>

Sinh ngày: 23 tháng 02 năm 1981

Học viên lớp cao học khoá 24 chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa - Trường đại học kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại: Công ty TNHH MTV Cơ điện và Vật liệu nổ 31.

<b>Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu, thiết kế bộ nguồn sạc pin Lithium-ion với hiệu suất cao” do thầy giáo TS. Ngô Minh Đức hướng dẫn là nghiên cứu của tôi với tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. </b>

<i>Thái Nguyên, ngày19 tháng 6 năm 2023 </i>

<i><b> Học viên </b></i>

<b> Nguyễn Trung Thành</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương và được sự hướng dẫn tận tình

<b>giúp đỡ của thầy giáo TS. Ngơ Minh Đức, luận văn với đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế bộ nguồn sạc pin Lithium-ion với hiệu suất cao ” đã được hoàn thành. </b>

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:

<i>Thầy giáo hướng dẫn TS. Ngơ Minh Đức đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả </i>

hồn thành luận văn. Các thầy cơ giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, và một số đồng nghiệp, đã quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập để hoàn thành luận văn này.

Mặc dù đã cố gắng hết sức, tuy nhiên do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế của bản thân cịn ít, cho nên đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp cho luận văn của tơi được hồn thiện hơn.

Tơi xin chân thành cảm ơn!

<i>Thái Nguyên, ngày 19 tháng 6 năm 2023 </i>

<i><b> Tác giả luận văn </b></i>

<b> Nguyễn Trung Thành </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>MỤC LỤC </b>

<i>CHƯƠNG I. TỔNG QUAN XE ĐẠP ĐİỆN, XE MÁY ĐİỆN, Ô TÔ ĐİỆN, CÔNG NGHỆ </i>

<i>SẠC VÀ PIN LITHIUM-ION ... 11</i>

<i>I. TỔNG QUAN XE ĐẠP ĐIỆN, XE MÁY ĐIỆN, Ô TÔ ĐIỆN ... 11</i>

<i>1.1. NHU CẦU SỬ DỤNG XE ĐIỆN HIỆN NAY ...11</i>

<i>1.1.1. Vì sao lại lựa chọn sử dụng xe điện ? ... 11 </i>

<i>1.1.2. Đối tượng sử dụng xe điên. ... 11 </i>

<i>1.1.3. Ưu Điểm - Nhược Điểm Của Xe Điện... 12 </i>

<i>1.2. GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI XE TRÊN THỊ TRƯỜNG ...12</i>

<i>1.2.4. Giới thiệu về các loại xe điện sử dụng pin lithium-ion. ... 14 </i>

<i>a. Xe đạp điện ZINGER extra của HKBike. ... 15 </i>

<i>b.Xe đạp điện ITREND của HKBike. ... 16 </i>

<i>c. Xe đạp điện GIANT. ... 16 </i>

<i>1.3. Nguyên tắc hoạt động của Pin Lithium-ion ...17</i>

<i>1.3.1 . Các phản ứng tại các điện cực. ... 17 </i>

<i>1.3.2 . Sự tạo thành lớp chuyển tiếp điện cực - dung dịch điện phân. ... 18 </i>

<i>1.4. Cấu tạo Pin Lithium-ion ...18</i>

<i>1.4.6. Mơ hình hóa Pin Lithium-ion ... 21 </i>

<i>1.4.6.1. Mơ hình hóa pin Lithium sử dụng mạch tương đương ... 21 </i>

<i>1.4.6.2. Mơ hình hóa q trình trao đổi nhiệt của pin Lithium ion ... 23 </i>

<i>1.5. Phân loại Pin Lithium-ion ...23</i>

<i>1.5.1. Pin li-on dạng trụ. ... 23 </i>

<i>1.5.2. Pin Li­ion lăng trụ phẳng. ... 24 </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<i>II. CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LITHIUM-ION ... 24</i>

<i>2.1. Sạc pin Lithium-ion ...24</i>

<i>2.1.1. Tổng quan về các phương pháp sạc ... 24 </i>

<i>2.1.2. Tiêu chuẩn sạc và các giới hạn về sạc pin cho xe điện ... 25 </i>

<i>a. Tiêu chuẩn sạc pin cho xe điện ... 25 </i>

<i>b. Các giới hạn sạc pin cho xe điện ... 26 </i>

<i>2.1.3. Phương pháp sạc dòng điện không đổi, điện áp không đổi ... 27 </i>

<i>2.1.3.1. Quá trình sạc pin Lithium ion theo phương pháp dòng điện không đổi điện áp không đổi. ... 27 </i>

<i>2.1.3.2. Những vấn đề tồn tại và thách thức của phương pháp dịng điện khơng đổi, điện áp không đổi. ... 28 </i>

<i>2.1.4. Phương sạc nhiều mức dịng điện ... 28 </i>

<i>2.1.4.1. Q trình sạc pin Lithium-ion theo phương pháp sạc nhiều mức dòng điện. ... 28 </i>

<i>2.1.4.2. Những vấn đề tồn tại và thách thức của phương pháp sạc nhiều mức dòng điện ... 30 </i>

<i>2.1.5. Phương pháp sạc xung ... 30 </i>

<i>2.1.5.1. Sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số khơng đổi ... 30 </i>

<i>2.1.5.2. Sạc xung với dòng điện không đổi tần số thay đổi... 31 </i>

<i>2.1.6. Sạc xung với dịng điện thay đổi tần số khơng đổi ... 32 </i>

<i>2.1.7. Phương pháp sạc tăng cường ... 33 </i>

<i>2.1.7.1. Quá trình sạc pin Lithium-Ion bằng phương pháp sạc tăng cường 33 2.1.7.2. Những vấn đề tồn tại và thách thức trong phương pháp sạc bằng phương pháp sạc tăng cường. ... 35 </i>

<i>2.1.8. Phương pháp sạc nhanh được đề xuất. ... 35 </i>

<i>2.2. Một số nguyên tắc cơ bản khi sạc pin. ... 36</i>

<i>2.2.1. Tốc độ sạc và xả của pin. ... 37 </i>

<i>2.2.2. Chế độ sạc nhanh pin Li-ion. ... 38 </i>

<i>2.2.3. Phân loại các chế độ sạc pin. ... 38 </i>

<i>2.2.4. Điều kiện để sạc nhanh pin Li-ion. ... 39 </i>

<i>2.2.5. Ảnh hưởng của sạc nhanh đến tuổi thọ của pin ... 39 </i>

<i>2.3. Kết luận chương ...39</i>

<i>CHƯƠNG 2: THİẾT KẾ BỘ ĐİỀU KHİỂN MPC CHO TỐİ ƯU SẠC NHANH VÀ MẠCH ĐİỀU KHİỂN ... 41</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<i>2.1. Sơ đồ khối hệ thống sạc Pin Lithium-ion ... 41</i>

<i>2.1.1 Mô tả chiến lược MPC được đề xuất ...41</i>

<i>2.1.1.1. Mô hình hóa pin ... 41 </i>

<i>2.1.1.2. Biểu diễn không gian trạng thái của mơ hình mạch tương đương pin </i>

<i>b. Phân tích sóng hài bậc nhất bộ chuyển đổi cộng hưởng ... 46 </i>

<i>c. Phân tích sơ đồ mạch biến đổi DC/AC lý tưởng ... 47 </i>

<i>d. Phân tích bộ chỉnh lưu và mạch lọc một chiều ... 48 </i>

<i>e. Mạng mạch cộng hưởng ... 49 </i>

<i>f. Hệ số biến đổi điện áp đầu ra/đầu vào ... 50 </i>

<i>2.2.4. Bộ chuyển đổi cộng hưởng LLC cầu 1 pha ... 51 </i>

<i>2.2.5. Nguyên lý 3 chế độ hoạt động khác nhau của bộ chuyển đổi LLC ...55</i>

<i>2.2.5.1. Chế độ vận hành toàn cầu ... 55 </i>

<i>2.2.5.2. Chế độ vận hành nửa cầu... 56 </i>

<i>2.2.5.3. Chế độ vận hành nhân đơi tần số ... 57 </i>

<i>2.2.6. Mơ hình hóa bộ biến đổi cộng hưởng LLC sử dụng xác suất cơ bản ... 58 </i>

<i>2.2.7. Đặc điểm của chức năng tăng điện áp ...60</i>

<i>2.2.8. Phạm vi hoạt động của bộ biến đổi cộng hưởng LLC ...62</i>

<i>b. Cuộn cảm trong mạch cộng hưởng ... 66 </i>

<i>2.2.11. Tính tốn tổn hao trên mạch động lực ...67</i>

<i>a. Tổn hao trên van bán dẫn ... 67 </i>

<i>b. Tổn hao trên máy biến áp ... 69 </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<i>c. Tổn hao trên mạch cộng hưởng LLC ... 70 </i>

<i>d. Tổn thất trên bộ biến đổi cộng hưởng ... 71 </i>

<i>2.3. Thiết kế mạch điều khiển và chọn phương pháp điều khiển ... 71</i>

<i>2.3.1. Các khối mạch điều khiển ...73</i>

<i>2.3.1.1. Khối điều khiển (MCU) ... 73 </i>

<i>2.3.1.2. Khối đo cường độ dòng điện ... 73 </i>

<i>2.3.1.3. Khối đo điện áp một chiều ... 74 </i>

<i>2.3.1.4. Khối đo điện áp xoay chiều ... 75 </i>

<i>2.3.1.5. Khối giải mã xung ... 76 </i>

<i>2.3.2. Điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM) ...76</i>

<i>2.3.2.1. Khái niệm ... 76 </i>

<i>2.3.2.2. Nguyên lý hoạt động ... 77 </i>

<i>2.3.2.3. Các loại PWM ... 81 </i>

<i>2.3.3. Cấu trúc điều khiển mạch vịng kín ...82</i>

<i>2.3.4. Phương pháp điều khiển PID ...83</i>

<i>3.1.2. Sơ đồ mơ phỏng Bộ biến đổi DC/DC tồn cầu 1 pha LLC mạch kín ...92</i>

<i>3.1.3. Mơ phỏng Bộ biến đổi DC/DC toàn cầu 1 pha LLC ...92</i>

<i>3.2. Xây dựng mơ hình thực nghiệm ... 94</i>

<i>3.2.1. Xây dựng mạch điều khiển ...94</i>

<i>a. KIT phát triển LAUNCHXL-F28379D C2000 ... 95 </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<i><b>MỤC LỤC ẢNH </b></i>

<i>Hình 1. 1: Phác họa q trình điện hóa trong Pin Lithium-ion ... 17</i>

<i>Hình 1. 2: Cấu tạo Pin Lithium-ion ... 18</i>

<i>Hình 1. 3: Mơ hình tương đương của Pin ... 21</i>

<i>Hình 1. 4: Mơ hình tương đương rút gọn của Pin ... 22</i>

<i>Hình 1. 5: Mặt cắt ngang pin Lithium-ion ... 24</i>

<i>Hình 1. 6: Phần đầu và các điện cực của Pin Li-io trụ phẳng 7Ah ... 24</i>

<i>Hình 1. 7:Bộ sạc 50KW Tera 54 dp ABB sản xuất ... 26</i>

<i>Hình 1. 8: Dạng dòng điện, điện áp tế bào Pin trong phương pháp sạc CC-CV ... 28</i>

<i>Hình 1. 9: Dạng dịng điện, điện áp tế bào pin trong phương pháp sạc nhiều mức dòng điện dự trên áp ngưỡng; Dạng dòng điện, điện áp tế bào pin trong phương pháp sạc nhiều dịng điện dựa trên SĨC ... 29</i>

<i>Hình 1. 10: Dạng dịng điện trong phương pháp CCF-PC ... 30</i>

<i>Hình 1. 11: Dạng dòng điện và điện áp pin trong cả quá trình sạc pin theo phương pháp CCCF-PC ... 31</i>

<i>Hình 1. 12: Dạng dịng điện, điện áp trong tồn bộ quá trình sạc theo phương pháp CCVF-PC ... 32</i>

<i>Hình 1. 13: Dạng dịng điện, điện áp pin trong q trình sạc tăng cường ... 34</i>

<i>Hình 1. 14: So sánh dung lượng pin của hai phương pháp CCCV thông thường và sạc tăng cường ... 34</i>

<i>Hình 1. 15: Dạng nhiệt độ sạc trong quá trình sạc theo phương pháp ... 36</i>

<i>Hình 1. 16: Dạng dòng điện sạc theo phương pháp sạc điều khiển nhiệt độ ... 36</i>

<i>Hình 1. 17: Các đường cong tốc độ phóng điện của pin ... 38</i>

<i>Hình 1. 18: Biểu diễn chu kỳ náp và xả của pin Li-ion ở mức 1C, 2C và 3C ... 39</i>

<i>Hình 2. 1: Mơ hình mạch tương đương Thevein được sử dụng ... 41</i>

<i>Hình 2. 2: Sơ đồ khối của bộ sạc điều khiển dự đốn mơ hình (MPC) ... 45</i>

<i>Hình 2. 3: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực ... 43</i>

<i>Hình 2. 4: Cấu trúc chung của bộ chuyển đổi DC/DC cộng hưởng ... 46</i>

<i>Hình 2. 5: Sơ đồ tổng quát các bộ chuyển đổi cộng hưởng ... 46</i>

<i>Hình 2. 6: Sơ đồ mạch DC/AC lý tưởng ... 47</i>

<i>Hình 2. 7: Dạng xung điện áp đầu ra bộ chuyển đổi DC/AC lý tưởng ... 47</i>

<i>Hình 2. 8: Dạng dịng 1 chiều đầu vị bộ biến đổi DC/AC ... 48</i>

<i>Hình 2. 9: Mạch chỉnh lưu và lọc 1 chiều đầu ra ... 48</i>

<i>Hình 2. 10: Dạng xung điện áp, dịng điện cảu bộ chỉnh lưu, lọc lý tưởng ... 49</i>

<i>Hình 2. 11: Mạng mạch cổng hưởng tuyến tính ... 50</i>

<i>Hình 2. 12: Ghép nối các khâu trong mơ hình gần đúng... 50</i>

<i>Hình 2. 13: Bộ biến đổi nửa cầu cộng hưởng nối tiếp ... 51</i>

<i>Hình 2. 14: Các cấu trúc khối nghịch lưu ... 53</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<i>Hình 2. 15: Sơ đồ mạch điện biến đổi máy biến áp tương đương ... 54</i>

<i>Hình 2. 16: Chế độ vận hành tồn cầu ... 55</i>

<i>Hình 2. 17: Dạng sóng vận hành điển hình cho chế độ vận hành tồn cầu ... 55</i>

<i>Hình 2. 18: Tín hiệu cơng cho chế độ vận hành tồn cầu ... 56</i>

<i>Hình 2. 19: Dạng sóng vạn hành điển hình cho chế độ vận hành nửa cầu ... 56</i>

<i>Hình 2. 20: Tín hiệu cổng cho chế độ hoạt động nhân đơi tần số ... 57</i>

<i>Hình 2. 21: Dạng sóng hoạt động điển hình cho chế dộ hoạt động nhân dơi tần số ... 57</i>

<i>Hình 2. 22: Macjk biến đổi cộng hưởng LLC bao gồm điện cảm rị rỉ phía thử cấp ... 58</i>

<i>Hình 2. 23: Mạch tương đương cho điện trở tải phản xạ phía thứ cấp ... 58</i>

<i>Hình 2. 24: Mạch tương đương bao gồm phản xạ phía thứ cấp sang phía sơ cấp ... 59</i>

<i>Hình 2. 25: Điện cảm tương đương Lr và Lp được đo từ phía sơ cấp với cuộn thứ cấp a) ngắn mạch. b) hở mạch ... 59</i>

<i>Hình 2. 26: Mơ phỏng các giá trị của K ... 61</i>

<i>Hình 2. 27: Vùng hoạt động củ bộ biến đổi LLC ... 62</i>

<i>Hình 2. 28: Sơ đồ mạch chỉnh lưu với biến áp có điểm trung tính ... 63</i>

<i>Hình 2. 29: So đồ mạch chỉnh lưu cầu ... 64</i>

<i>Hình 2. 30: Sơ đồ chỉnh lưu nhân đơi điện áp ... 64</i>

<i>Hình 2. 31: Sơ đồ nguyê lý Biến áp tần số cao ... 64</i>

<i>Hình 2. 32: Sơ đồ dạng sóng cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp ... 65</i>

<i>Hình 2. 33: Dịng điện trên cuộn cảm và Diode ... 66</i>

<i>Hình 2. 34: Tổn thất chuyển mạch trên Diode và IGBT ... 67</i>

<i>Hình 2. 35: Khối điều khiển (MCU) ... 73</i>

<i>Hình 2. 36: Khối đo dịng điện ... 73</i>

<i>Hình 2. 37: Khối đo điện áp một chiều ... 74</i>

<i>Hình 2. 38: Khối đo điện áp xoay chiều ... 75</i>

<i>Hình 2. 39: Khối giải mã xung ... 76</i>

<i>Hình 2. 40: Từ thơng trong cuộn cảm điều chế xung ... 77</i>

<i>Hình 2. 41: Biểu đồ điện áp xung tín hiệu ... 78</i>

<i>Hình 2. 42: Chu kỳ nhiệm vụ của PMW ... 79</i>

<i>Hình 2. 43: Giá trị trung bình của dạng sóng ... 80</i>

<i>Hình 2. 44: Các loại PMW ... 81</i>

<i>Hình 2. 45: Sơ đồ điều khiển vịng kín ... 82</i>

<i>Hình 2. 46: Sơ đị nguyên lý bộ điều khiển PID... 83</i>

<i>Hình 2. 47: Đồ thị PV theo thời gian với 3 giá trị củ KP (Ki và Kd giữ nguyên) ... 85</i>

<i>Hình 2. 48: Đồ thị PV theo thời gian với 3 giá trị Ki (giữ nguyên Kp và Kd)... 87</i>

<i>Hình 2. 49: Đồ thị PV theo thời gian với 3 giá trị PV (giữ nguyên Ki và Kd) ... 87</i>

<i>Hình 2. 50: IC Hall cảm biến dịng chun dụng ASC712 ... 89</i>

<i>Hình 2. 51: Mạch phân áp để đ o điện áp sạc ... 90</i>

<i>Hình 2. 52: Hình dáng và sơ đồ của chân IC bán dẫn đo nhiệt độ LM35 ... 90</i>

<i>Hình 3. 1: Mo phỏng khố biến đổi DC/DC cộng hưởng LLC cách ly ... 92</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<i>Hình 3. 2: Điện áp cuộn sơ cấp (Vpri) ... 93</i>

<i>Hình 3. 3: Điện áp cuộn thứ cấp (Vsec)... 93</i>

<i>Hình 3. 4: Điện áp sau chỉnh lưu ... 94</i>

<i>Hình 3. 5: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vịng kín ... 94</i>

<i>Hình 3. 6: Kit phát triển LAUNCH XL-F23879D C2000 {9} ... 95</i>

<i>Hình 3. 7: Khối nguồn trên mạch thực ... 96</i>

<i>Hình 3. 8: Sơ đồ khối MCU mạch thực ... 96</i>

<i>Hình 3. 9: Khối PMW trên mạch thực ... 96</i>

<i>Hình 3. 10: Khối đo điện áp AC trên mạch thực ... 97</i>

<i>Hình 3. 11: Khối đo điện áp ĐC trên mạch thực ... 97</i>

<i>Hình 3. 12: Khối đo cường độ dịng điện trên mạch thực ... 97</i>

<i>Hình 3. 13: Hệ thống thực nghiệm bộ sạc pin ... 98</i>

<i>Hình 3. 14: Van bán dẫn gồm 4 IGBT ... 98</i>

<i>Hình 3. 15: Biến áp lõi Ferrite TDK-PC40 UU101x115x25 ... 98</i>

<i>Hình 3. 16: Mạch cộng hưởng LLC ... 99</i>

<i>Hình 3. 17: Sơ đồ mạch hồn chỉnh với tải điện trở ... 99</i>

<i>Hình 3. 18: Sơ đồ hồn chỉnh với tải Pin Lithium-ion ... 99</i>

<i>Hình 3. 19: Dịng điện xạc trong q trình sạc 01 Cell pin ... 100</i>

<i>Hình 3. 20: Điện áp sạc trên 01 Cell pin ... 100</i>

<i>Hình 3. 21: Trạng thái SoC trong quá trình sạc 01 Cell pin ... 100</i>

<i>Hình 3. 22: Nhiệt độ của Pin trong quá trình sạc 01 Cell pin ... 101</i>

<i>Hình 3. 23: Dịng điện sạc với 30 Cell pin mắc nối tiếp ... 101</i>

<i>Hình 3. 24: Dạng điện áp sạc với 30 Cell pin mắc nối tiếp ... 101</i>

<i>Hình 3. 25: Trạng thái SoC trong quá trình sạc 30 Cell pin ... 102</i>

<i>Hình 3. 26: Nhiệt độ của Pin trong quá trình sạc 30Cell pin ... 102</i>

<i>Hình 3. 27 Sung mở van IGBT ... 103</i>

<i>Hình 3. 28: Điện áp cộng hưởng tại đầu ra cuộn thứ cấp ... 103</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>LỜI MỞ ĐẦU </b>

Kính gửi Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa Điện, Bộ môn Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa và các Thầy/Cơ hướng dẫn,

Em xin trân trọng được trình bày bản luận văn "Nghiên cứu, thiết kế bộ nguồn sạc Pin Lithium-ion với hiệu suất cao," trong khuôn khổ luận văn của chương trình đào tạo Cao học, chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa. Em xin cảm ơn Ban giám hiệu và các Thầy/Cô đã dành sự quan tâm và hỗ trợ tận tâm trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.

Trong thời đại công nghệ ngày càng phát triển như hiện nay, nguồn điện đóng vai trị cốt lõi và thiết yếu trong cuộc sống hằng ngày, từ thiết bị di động cho đến công nghiệp và y tế. Trong số các loại pin hiện có, pin Lithium đã nhanh chóng trở thành sự lựa chọn ưu tiên nhờ vào khả năng lưu trữ năng lượng cao và tuổi thọ dài. Tuy nhiên, việc phát triển các bộ nguồn sạc pin Lithium với hiệu suất cao vẫn đang gặp nhiều thách thức.

Mục tiêu chính của luận văn này là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một Bộ nguồn sạc Pin Lithium tiên tiến, tập trung vào tối ưu hóa hiệu suất sạc và nâng cao tuổi thọ của pin. Qua quá trình nghiên cứu, em đã thực hiện khảo sát và phân tích kỹ lưỡng về các nguyên liệu, linh kiện và công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo bộ nguồn sạc pin Lithium. Từ đó, em đã tiến hành thử nghiệm và so sánh hiệu suất của các mơ hình được đề xuất, từ đó lựa chọn và cải tiến các giải pháp tối ưu nhất.

Luận văn này không chỉ tập trung vào các khía cạnh cơng nghệ, mà cịn tiếp cận một cách toàn diện đến khả năng bền vững và ứng dụng thực tiễn của bộ nguồn sạc. Việc nghiên cứu này nhằm thúc đẩy sự phát triển của các loại xe điện, và trong tương lại có thể ứng dụng vào lưu trữ năng lượng tại các hộ gia đình và doanh nghiệp. Những tiến bộ trong lĩnh vực này không chỉ giúp cải thiện cuộc sống hàng ngày mà cịn đóng góp quan trọng vào bảo vệ môi trường và tiến tới xây dựng một xã hội bền vững hơn.

Em tin rằng kết quả nghiên cứu trong luận văn này sẽ là nguồn tài liệu cho cộng đồng nghiên cứu và đóng góp vào sự phát triển khoa học và công nghệ của lĩnh vực

<b>này. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy giáo Tiến sĩ Ngô Minh Đức, thày giáo Tiến sỹ Đỗ Đức Tuấn và các thầy cô trong Bộ môn Kỹ thuật điều khiển và </b>

tự động hóa đã hướng dẫn, đóng góp ý kiến và hỗ trợ em trong quá trình thực hiện luận văn này.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>CHƯƠNG I. TỔNG QUAN XE ĐẠP ĐİỆN, XE MÁY ĐİỆN, Ô TÔ ĐİỆN, CÔNG NGHỆ SẠC VÀ PIN LITHIUM-ION </b>

<b>I. TỔNG QUAN XE ĐẠP ĐİỆN, XE MÁY ĐİỆN, Ô TÔ ĐİỆN 1.1. Nhu cầu sử dụng xe điện hiện nay. </b>

<b>1.1.1. Vì sao lại lựa chọn sử dụng xe điện ? </b>

Trước tình hình các nguyên liệu chất đốt cũng như nguồn dầu khí ngày càng cạn kiệt thì nhu cầu sử dụng nguồn và dạng nhiên liệu mới và sạch thay thế những nguồn nhiên liệu đang sử dụng hiện thời trong việc vận hành các loại phương tiện vận chuyển (xe, tàu, máy bay…) là một nhu cầu cấp thiết. Năng lượng điện nổi lên như là một dạng năng lượng phù hợp để thay thế cho các loại nguyên liệu hóa thạch đang gây ra nhiều vấn đề xấu cho môi trường hiện nay. Ví dụ như lượng khí thải độc hại thải ra môi trường của các loại phương tiện vận chuyển dùng năng lượng điện thấp hơn nhiều, gần như không đáng kể, so với do các loại phương tiện sử dụng nhiên liệu xăng, dầu, khí đốt gây ra.

Chúng ta sẽ khơng có gì ngạc nhiên khi hệ thống xe điện ra đời và ngày càng phát triển trên thế giới hiện nay. Hầu hết các nhà sản xuất tập trung phát triển hệ thống xe điện là những phương tiện phổ biến như: xe ô tô điện, xe mô tô điện, xe đạp điện, …. Công nghệ ngày càng phát triển và hiện đại trong lĩnh vực thiết kế bộ điều khiển với nhiều tính năng cho xe điện, tạo nhiều thuận tiện cho việc điều khiển cũng như thích ứng với phương tiện sử dụng nguồn nhiên liệu mới này.

Xe điện có thể được sạc ở nhà hoặc các điểm sạc công cộng, không cần đến các trạm xăng. Điều này mang lại sự tiện lợi và tiết kiệm thời gian cho người dùng. Ngồi ra, chi phí vận hành xe điện thường thấp hơn so với xe động cơ đốt trong, do giá trị nhiên liệu thấp và chi phí bảo dưỡng thấp.

Mặt khác, nhiều quốc gia và các tổ chức đã đưa ra các chính sách khuyến khích sử dụng xe điện. Các biện pháp ưu đãi thuế, giảm giá mua xe, hỗ trợ tài chính cho hạ tầng sạc, và các phần thưởng khác đã tạo điều kiện thuận lợi và hấp dẫn hơn để chuyển đổi sang sử dụng xe điện.

<b>1.1.2. Đối tượng sử dụng xe điên. </b>

Cá nhân: Người dùng cá nhân là một đối tượng chính trong việc sử dụng xe điện, sử dụng nó cho mục đích cá nhân, đi lại hàng ngày hoặc trong các chuyến đi dài. Người dùng cá nhân thường đánh giá cao các lợi ích mơi trường và tiết kiệm năng lượng của xe điện.

Doanh nghiệp và tổ chức: Ngày càng có nhiều doanh nghiệp và tổ chức chọn sử dụng xe điện để đáp ứng nhu cầu di chuyển của nhân viên hoặc trong hoạt động kinh doanh. Các công ty giao hàng, dịch vụ taxi, dịch vụ chăm sóc sức khỏe các doanh nghiệp cũng đang chuyển đổi sang xe điện để giảm chi phí nhiên liệu, quảng cáo hình ảnh thân thiện với môi trường và tuân thủ các quy định về khí thải. Hiện tịa, tại Việt Nam hãng Vinfast cũng đã thành lập hang tãi xe điện, cụ thể ngày 14.4, Công ty CP Di

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

chuyển xanh và thông minh GSM (Green - Smart - Mobility) đã chính thức đưa dịch vụ taxi thuần điện đầu tiên tại VN vào hoạt động, với sự kiện này đã đánh dấu kỷ nguyên xe điện chạy dịch vụ bắt đầu.

Công cộng và giao thông công cộng: Xe điện cũng được sử dụng trong các phương tiện giao thông công cộng như xe buýt, xe điện đô thị và xe điện trên các tuyến đường sắt

<b>1.1.3. Ưu Điểm - Nhược Điểm Của Xe Điện </b>

Xe điện có nhiều ưu điểm nổi bật như là thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và tiền bạc khi sử dụng nó so với các loại xe chạy bằng nhiên liệu khác…

<b>1.2. GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI XE TRÊN THỊ TRƯỜNG 1.2.1. Xe ô tô. </b>

<i><b>a. Xe ô tô lai điện­động cơ đốt trong. </b></i>

Xe hybrid, thường được gọi là xe lai hay xe lai điện, là loại xe sử dụng hai nguồn động lực: Động cơ đốt trong và động cơ điện. Hoạt động của xe này là sự kết hợp hoạt động giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sao cho tối ưu nhất.

Một bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và khi nào cả hai cùng hoạt động. Ví dụ một lợi ích rõ ràng của xe lai ở điều kiện đường xá Việt Nam là: khi gặp đèn đỏ, hay khi kẹt xe thì trên xe lai, khơng có động cơ nào hoạt động do đó khơng mất mát cơng suất vơ ích.

Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo ra bởi các nhà sản xuất người Nhật. Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius ở Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid. Những chiếc xe trên hiện đang lưu thông trên tồn thế giới. Chúng có thể đạt đến tính năng tiêu thụ nhiên liệu tuyệt hảo. Điển hình:

Toyota: Toyota là một trong những nhà sản xuất hàng đầu của xe xăng lai điện. Các mẫu xe nổi tiếng của họ bao gồm Toyota Prius (hybrid), Toyota Camry Hybrid và Toyota RAV4 Hybrid.

Honda: Honda cung cấp các mẫu xe xăng lai điện như Honda Accord Hybrid, Honda Insight và Honda CR-V Hybrid.

Ford: Ford cung cấp các mẫu xe xăng lai điện như Ford Fusion Hybrid và Ford Escape Hybrid. Họ cũng đã giới thiệu mẫu xe điện tự sạc Ford Escape Plug-in Hybrid.

Hyundai/Kia: Hyundai và Kia cung cấp các mẫu xe xăng lai điện như Hyundai Ioniq Hybrid và Kia Niro Hybrid. Họ cũng có các mẫu xe điện tự sạc như Hyundai Ioniq Plug-in Hybrid và Kia Niro Plug-in Hybrid.

Chevrolet: Chevrolet cung cấp mẫu xe xăng lai điện Chevrolet Malibu Hybrid và Chevrolet Volt, một mẫu xe điện tự sạc.

Lexus: Lexus, thương hiệu cao cấp của Toyota, có nhiều mẫu xe xăng lai điện trong danh mục sản phẩm của họ, bao gồm Lexus ES Hybrid, Lexus RX Hybrid và Lexus NX Hybrid.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

BMW: BMW cung cấp các mẫu xe xăng lai điện như BMW 3 Series Hybrid và BMW 5 Series Hybrid. Họ cũng có mẫu xe điện tự sạc BMW 330e và BMW 530e.

<i><b>b. Xe ô tô điện 100 %. </b></i>

Chúng ta có thể thấy ở đây một ví dụ với dịng xe Cadillac ELR, với một hệ thống động cơ điện hình chữ T với pin lithium ion và bốn động cơ điện. Nó sử dụng điện như là nguồn năng lượng chính để vận hành mà không sử dụng xăng hoặc sản xuất khói xe. Khi năng lượng của pin thấp, ELR liên tục chuyển sang chế độ mở rộng phạm vi cho phép lái xe hàng trăm dặm.

<i><b>1.2.2. Xe máy điện. </b></i>

Ngồi hệ thống ơ tơ điện thì hệ thống xe máy điện cũng được các nhà sản xuất quan tâm như nhà sản xuất EVINO hay BIANCO của Yamaha. Họ đã bắt tay vào việc chế tạo các loại xe máy chạy bằng điện có những chức năng tương tự như xe máy chạy bằng xăng. Theo một số tài liệu được nghiên cứu về tình hình phát triển hiện nay của xe điện tại Việt Nam ta thấy: “ Những chiếc xe máy điện trên thị trường được thết kế chủ yếu theo 2 mẫu xe của Yamaha là Bianco và Evino, một số giống loại xe máy tay ga hiện hành.

Tuy chạy bằng điện nhưng nhà sản xuất vẫn để một nắp bình xăng giả phía sau cho giống với xe chạy bằng xăng. Xe cũng được lắp vành đúc và giảm xóc như xe gắn máy. Do bình ắc-quy khơng q lớn nên các xe đều có một cốp xe rất rộng dưới yên. Dưới gầm xe, thay vào chỗ của động cơ là một bình ắc­quy dùng để tạo năng lượng. Mỗi ắc-quy này cần chừng ít nhất 3 tiếng đồng hồ để nạp đầy, đủ để chạy một quãng đường chừng 80km, thích hợp với một người có nhu cầu đi lại ở phạm vi hẹp. Xe có thể đạt vận tốc khoảng 40km/ giờ. So với xe đạp điện, xe máy điện khác ở chỗ có cơng suất lớn hơn, do đó có tốc độ cao hơn.

Tuy nhiên, do dáng xe “nhái” theo kiểu xe ga của các hãng nổi tiếng, nên không có bàn đạp. Về mặt kỹ thuật, xe máy điện được vận hành theo nguyên lý truyền động, dạng động cơ điện một chiều truyền động bằng trục chính của động cơ qua hộp giảm tốc để kéo xe thơng qua xích hoặc bánh răng với năng lượng lấy từ bình ắc-quy khơ được đặt bên trong thân xe. Bình ắc­quy dùng cho xe điện được nạp bằng nguồn điện từ 90 đến 204V. Với xe điện sản xuất trong nước, bình ắc­quy được sử dụng thường là hàng của Nhật, có độ trữ lâu, chất lượng ổn định.

Ngược lại bình ắc­quy xe điện nhập từ Trung Quốc hay bị hư, chảy nước vàcháy. Nay người ta thay thế acquy bằng pin lithium ion khắc phục được nhược điểm trên và có kiểu dáng rất bắt mắt: Mẫu xe máy điện mang tên EVINO được Yamaha mô tả là chiếc xe dành cho khách hàng thường xuyên phải di chuyển trên các quãng đường ngắn, mong muốn một chiếc xe máy điện có giá cả phải chăng. EVINO có kích thước tổng thể 1.675 mm dài, 645 mm rộng và 1.005 mm cao, sử dụng pin lithium-ion.

<b>1.2.3. Xe đạp điện. </b>

Trên thị trường hiện nay loại phương tiện xe điện phổ biến nhất là xe đạp điện, một số nước phát triển ở Châu Á cũng đã và đang phát triển mạnh loại phương tiện

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

như xe đạp điện và xe mô tô điện …. Việc phát triển hệ thống xe đạp điện dựa trên cơ sở nhu cầu thực tế của người sử dụng. Một xe điện nói chung thì nhược điểm lớn nhất chính là nguồn điện cung cấp cho xe hoạt động, chính vì vậy việc phát triển các loại xe mô tô điện hay xe ô tô điện lại kém phát triển hơn xe đạp điện.

Chính vì các yếu tố về nguồn điện cung cấp, quãng đường di chuyển ngắn, phương tiện nhỏ gọn và tốc độ vừa phải là ưu điểm lớn để ngành sản xuất xe đạp điện ngày càng phát triển. Nhiều loại xe đạp điện ra đời với nhiều tính năng và có tính thẩm mỹ cao. Các nhà sản xuất dã cho ra đời nhiều dòng xe đạp điện khác nhau với nguồn nhiên liệu được cung cấp bởi ác quy hoặc pin như là NIJIA, XMEN, ZOOMER, GIANT, AIMA, HKBIKE…trong đó nổi trội lên có dịng xe đạp điện sử dụng pin Lithium-ion của AIMA và HKBIKE. Kiêu hãnh và lộng lẫy là các mĩ từ chính xác nhất để miêu tả chiếc xe đạp điện HKBIKE zinger extra. Xe được thiết kế theo phong cách hiện đại trẻ trung và tinh tế. Hòa trộn với yếu tố thẩm mỹ chiếc xe đạp zinger extra cịn được trang bị những cơng nghệ tân tiến nhất tạo nên một chiếc xe hoàn hảo, đầy đam mê và chinh phục không giới hạn.

<b>1.2.4. Giới thiệu về các loại xe điện sử dụng pin lithium-ion. </b>

Theo một báo cáo nghiên cứu thị trường gần đây, tương lai của xe điện thuộc về công nghệ pin Lithium­ion. Đây là công nghệ đáng mơ ước bởi hiệu suất vượt trội và khả năng tiết kiệm lý tưởng. Thế giới ngày càng quan tâm đến vấn đề bảo vệ môi trường, hạn chế các chất độc hại. Pin Lithium-ion là pin công nghệ cao, hiện đại, được ứng dụng trong những lĩnh vực sản xuất pin cho smartphone và tablet, và ngành xe điện cũng không phải ngoại lệ. Trên xe điện, pin Lithium-ion có nhiều ưu điểm mật độ năng lượng cao cho phép pin kích thước nhỏ và nhẹ mà xe vẫn đi được quãng đường lớn ; điện áp ổn định giúp bảo vệ động cơ tốt. Ngồi ra về mặt mơi trường, pin sạch và thân thiện hơn. Công nghệ pin Lithium­ion ra đời tạo một bước đột phá mới cho loại hình xe điện.

Cũng như điện thoại hay laptop, khả năng vận hành của xe đạp điện phụ thuộc hoàn toàn vào sức mạnh của nguồn điện được tạo ra từ ắc quy hoặc pin. Trong đó, ắc quy đã được ứng dụng từ rất lâu trên thị trường và tồn tại tới ngày nay một phần do chi phí rẻ. Tuy nhiên những bất cập đi liền với sự lỗi thời của ắc quy khiến khách hàng không khỏi lo ngại. Chỉ với tuổi thọ 1­1,5 năm, độ bền của ắc quy theo đó giảm sút đáng kể gây ra các vấn đề như hao mịn sulfat hóa hay chảy chì axit làm tăng nguy cơ cháy nổ, ơ nhiễm mơi trường và tốn kém chi phí thay thế. Trong quá trình sử dụng ắc quy đạt hiệu suất thấp hơn nhiều so với pin, quãng đường di chuyển rất ngắn, chỉ tầm 20-30km/lần sạc.

Trong khi đó, pin đi được gấp nhiều lần ắc quy. Nguyên tắc lưu trữ năng lượng của pin và ắc quy là muốn dung lượng nhiều, tương đương quãng đường đi được nhiều, thì phải tăng kích thước. Tuy nhiên, để giữ thiết kế và kiểu dáng cho xe điện, việc tăng kích thước phải trong giới hạn nhất định. Những thông tin ắc quy trên xe điện đi tới 60-80 km/lần sạc chỉ là lời quảng cáo của các hãng. Vì để làm được điều đó thì kích thước ắc quy sẽ rất to, nặng, và thiết kế xe điện sẽ cồng kềnh quá mức. Chưa

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

kể, việc phải tải thêm trọng lượng bình ắc quy quá lớn (18-20 kg) khiến xe càng đi chậm chạp và ì ạch hơn. Cần rất nhiều bình ắc quy nặng từ 18-20 kg để xe điện có thể đi xa hơn.

Pin Lithium­ion có ưu điểm là mật độ năng lượng cao gấp nhiều lần so với ắc quy. Do vậy, cú ng một kích thước và khối lượng, pin có thể cung cấp được cơng suất điện cao hơn rất nhiều ắc quy. Tức là, quãng đường đi được của xe cũng xa hơn rất nhiều, thậm chí đến hàng trăm Kilomet nếu có những cải tiến đột phá và được sản xuất trên dây chuyền hiện đại.

Như vậy, có thể khẳng định, trên thị trường xe điện Việt Nam hiện nay, chỉ xe điện nào áp dụng pin Lithium-ion mới có thể đi được xa hơn:

<i><b>a. Xe đạp điện ZINGER extra của HKBike. </b></i>

Đây là dịng xe điện có khả năng nâng cấp quãng đường đi được lên tới 90km/lần sạc như xe điện Zinger Extra của HKBike. Hãng xe điện HKBike được biết đến là thương hiệu đầu tiên mang pin Lithium-ion - công nghệ FLiP cải tiến đến với người tiêu dùng. Cấu tạo bên trong pin Lithium-ion - công nghệ FLiP trên xe điện HKBike. Pin Lithium-ion công nghệ FLiP được sản xuất khép kín, nghiêm ngặt tại một trong những nhà máy sản xuất pin Lithium-ion lớn nhất châu Á.

Cấu tạo bên trong của pin chứa 13 phôi pin nhỏ gồm 50 lá đồng ép mỏng, sau đó bọc kín bằng thép nguyên khối, hàn khắc bằng laser trong 45 ngày tại nhà máy sản xuất. Bọc bên ngoài là lớp nhựa ABS và PC có khả năng chịu nhiệt, chống va đập đảm bảo tuyệt đối cho pin.

Chính vì vậy, pin xe đạp điện của hãng hoạt động rất bền bỉ, tuổi thọ trung bình khoảng 6 năm. Quãng đường 90km/lần sạc của xe điện HKBike Zinger Extra cũng được tổ chức Kỷ lục Việt Nam cấp bằng xác nhận ky lục. Trọng lượng của pin trên xe HKBike chỉ 6 kg, nhẹ hơn rất nhiều. Lợi thế này khơng chỉ tăng tính linh động giúp người dùng có thể tháo lắp pin ra sạc ở bất cứ đâu mà cịn đóng góp lớn vào thiết kế xe nói chung. Nhờ vậy, thiết kế tối giản và thanh thốt đi khá nhiều.

Thơng số sản phẩm: - Kích thước:

Dài x Rộng x Cao 1640 mm x 600 mm x 1090 mm Chiều cao yên xe 745 ~ 900 mm.

Đường kính bánh xeBánh trước: 18" x 2,125" Bánh sau: 18" x 2,125". - Thông tin chung:

Vận hànhTay ga, Đạp trợ lực Cách thức thao tácTự động.

Quãng đường đi được khi pin đầy 90 km Vận tốc tối đa 25 km/h. - PIN:

Loại pinPin Lithium-ion - Công nghệ Flip Sạc điện tự động ngắt khi đầy. Thời gian sạc 6 h Công suất 250 W Điện áp động cơ 48 V.

Điện áp vào 220 V – 50 Hz TRỌNG LƯỢNG. Trọng lượng xe 36 kg và tải trọng 180 kg.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<i><b>b.Xe đạp điện ITREND của HKBike. </b></i>

Đây cũng là dòng xe của HKBike sử dụng pin lithium-on công nghệ flip rất tiên

Đường kính bánh xe trước: 18" x 2,5" ; sau: 18" x 2,5" .

Quãng đường đi được khi pin đầy 75 km Vận tốc tối đa 25 km/h. - PIN:

Loại pin Pin Lithium-ion - Công nghệ Flip Sạc điện tự động ngắt khi đầy. Thời gian sạc 6 h.

Công suất 250 W Điện áp động cơ 48 V. Điện áp vào 220 V – 50 Hz TRỌNG LƯỢNG. Trọng lượng xe 40 kg Tải trọng 180 kg.

<i><b>c. Xe đạp điện GIANT. </b></i>

Là một ví dụ về dịng xe đạp điện chạy bằng ắc quy hiện có trên thị trường Việt Nam. Xe GIANT M133 ­ S đời 2014.

Thông số sản phẩm:

Động cơ xe điện Giant M133S 500W, 3 pha, không chổi than. Cách thức thao tác tự động.

Quãng đường đi được khi pin đầy từ 50 - 60km.

Vận tốc tối đa 40 – 50 km/h cải tiến về tốc độ Ắc quy 48V - 20A. Sạc điện tự động ngắt khi Ắc quy đầy.

Thời gian sạc : 8 -- 10 giờ.

Bánh xe trước sau thiết kế lốp đặc không săm, rộng hơn, bám đường hơn Giảm sóc có giảm xóc trước tạo sự mềm mại khi di chuyển.

Chắn bùn thiết kế rộng và lớn hơn so với mẫu sản phẩm trước đó.

Gương hậu đã thiết kế cải tiến thêm 2 gương chiếu hậu rất an tồn so với mẫu trước đó.

Yên xe thiết kế rộng và dài, rất êm ái và thoải mái khi ngồi Cốp xe thiết kế rộng rãi để đồ.

Đèn pha trước và sau soi xa và rộng hơn.

Tay ga làm việc ở 2 chế độ: thường và Sport (Đi được 60km).

<b>Kết luận: </b>

Xe đạp điện:

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

- Công suất: 200-240 W. - Tốc độ tối đa: 25 km/h. - Tải trọng: 75-180 kg.

- Quảng đường đi được khi sạc đầy: 60-90 km.

- Pin: Lithium Ion: 48V/12Ah. Công suất: 250 W. Thời gian sạc: 2-6 h.

<b>1.3. Nguyên tắc hoạt động của Pin Lithium-ion </b>

<i>Hình 1. 1: Phác họa q trình điện hóa trong Pin Lithium-ion </i>

Nguyên tắc hoạt động của pin Li-ion dựa vào sự tách các ion Li+ từ vật liệu điện cực dương điền kẽ vào các "khoảng trống" ở vật liệu điện cực âm. Các vật liệu dùng làm điện cực thường được quét lên bộ góp bằng đồng (với vật liệu điện cực âm) hoặc bằng nhôm (với vật liệu điện cực dương) tạo thành các điện cực cho pin Li-ion, các cực này được đặt cách điện để đảm bảo an toàn và tránh bị tiếp xúc dẫn đến hiện tượng đoản mạch.

Trong quá trình nạp, vật liệu điện cực dương đóng vai trị là chất oxi hố cịn vật liệu điện cực âm đóng vai trị là chất khử, tại cực dương, các ion Li+ được tách ra và điền kẽ vào giữa các lớp graphite carbon. Trong quá trình nạp, vật liệu điện cực dương đóng vai trị là chất oxi hố cịn vật liệu điện cực âm đóng vai trò là chất khử, tại cực dương, các ion Li+ được tách ra và điền kẽ vào giữa các lớp graphite carbon. Trong q trình phóng thì quá trình xảy ra ngược lại, ion Li+ tách ra từ cực âm và điền kẽ vào khoảng trống giữa các lớp oxi trong vật liệu điện cực dương. Các quá trình phóng và nạp của pin Li-ion khơng làm thay đổi cấu trúc của các vật liệu dùng làm điện cực.

<i><b>1.3.1 . Các phản ứng tại các điện cực. </b></i>

Các phản ứng điện hoá bao gồm sự dịch chuyển tại một bề mặt danh giới điện cực - dung dịch, chúng thuộc loại phản ứng được coi là các quá trình không đồng nhất. Động lực của các phản ứng không đồng nhất này thường được quy định bởi sự tách và

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

điền kẽ các ion thơng qua q trình phóng và q trình nạp. Mơ hình của q trình điện hoá trong một pin Li­ion được phác hoạ như sau:

<i><b>1.3.2 . Sự tạo thành lớp chuyển tiếp điện cực - dung dịch điện phân. </b></i>

Sự xen vào của ion Li+ xảy ra trong khoảng 0,2→0,0V, điện tích tiêu thụ trong khoảng 0,8→0,2V (phụ thuộc Li/Li+) là do sự khử của các thành phần điện phân tại bề mặt điện cực. Phản ứng này được gọi là lớp chuyển tiếp rắn ­ điện phân (lớp chuyển tiếp không gian) và các phản ứng xảy ra từ các chất điện phân có trạng thái nhiệt động ổn định. Q trình đó diễn ra liên tục cho đến khi bề mặt điện cực được bao bọc hoàn toàn và độ dày lớp chuyển tiếp xuất hiện ít nhất đủ để tạo ra hiệu ứng xuyên hầm của các điện tử.

Các điều kiện mà từ đó pin được tạo thành quyết định các tính chất và độ dày của lớp chuyển tiếp, độ dày của lớp chuyển tiếp có thể thay đổi (15→900A0) trên cùng một điện cực. Sự tạo thành lớp chuyển tiếp ổn định là điều kiện quyết định tới sự tạo thành Pin. Mặt khác, sự khử chất điện phân tiếp tục xảy ra, lớp chuyển tiếp cũng rất quan trọng để có cấu trúc ổn định

của cực âm graphite. Nếu khơng có lớp chuyển tiếp, sẽ rất nguy hiểm bởi các phân tử dung mơi cũng tham gia vào q trình điền kẽ và dẫn tới sự phá huỷ cấu trúc graphite. Tính chất của lớp chuyển tiếp ảnh hưởng đến một số yếu tố quan trọng của pin trong q trình sử dụng: độ an tồn, hiện tượng tự phóng, dung lượng Pin và việc sử dụng pin ở nhiệt độ thấp cũng như nhiệt độ cao.

<b>1.4. Cấu tạo Pin Lithium-ion </b>

Pin Li-ion có cấu tạo gồm 3 thành phần cơ bản: điện cực dương, điện cực âm và chất điện phân. Ngồi ra cịn có một số thành phần khác.

<i>Hình 1. 2: Cấu tạo Pin Lithium-ion</i>

<i><b>1.4.1. Điện cực dương. </b></i>

Các vật liệu dùng làm điện cực dương là các oxit kim loại Lihium dạng LiMO2 trong đó M là các kim loại chuyển tiếp như Fe, Co, Ni, Mn... hay các hợp chất thay thế một phần cho nhau giữa các kim loại M. Pin Li­ion đầu tiên được hãng Sony sản

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

xuất và đưa ra thị trường dùng LiCoO2 làm điện cực dương, do Goodenough và Mizushina nghiên cứu và chế tạo.

Hợp chất được sử dụng tiếp sau đó là LiMn2O4 (Spinel) hoặc các vật liệu có dung lượng cao hơn như LiNi1­xCoxO2. Các vật liệu dùng làm điện cực dương cho pin Li-ion phải thoả mãn những yêu cầu sau:

- Năng lượng tự do cao trong phản ứng với Lithium. - Có thể kết hợp được một lượng lớn Lithium. - Khơng thay đổi cấu trúc khi tích và phóng ion Li+. - Hệ số khuếch tán ion Li+ lớn.

- Dẫn điện tốt.

- Không tan trong dung dịch điện li. - Giá thành rẻ.

Đặc trưng điện áp và dung lượng của vật liệu làm điện cực dương nói chung được thống kê trong bảng sau :

Loại vật liệu Dung lượng riêng

(mAh/g) ^{Thể tích trung bình} Ưu – nhược điểm

đắt

Loại pin Li-ion đầu tiên do hãng Sony sản xuất dùng than cốc làm điện cực âm. Vật liệu nền than cốc cho dung lượng tương đối cao, 180mAh/g và bền trong dung dịch propylene thay thế bởi graphitic hoạt động, đặc biệt là Mesocarbon Microbead (MCMB) carbon. MCMB carbon cho dung lượng riêng cao hơn 300 mAh/g và diện tích bề mặt nhỏ, vì vậy việc làm thấp dung lượng là khơng thể và tính an tồn cao. Mới đây, các loại hình carbon được sử dụng làm điện cực âm đã được đa dạng hoá. Một số pin dùng graphite tự nhiên, khả dụng với giá thành rất thấp, mặc dù việc thay thế carbon cứng cho dung lượng cao hơn với vật liệu graphite.

Tính chất và đặc tính vật lí của các loại carbon khác nhau được thống kê trong bảng sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<i>Bảng 1. 2: Đặc trưng của các loại carbon </i>

Từ bảng ta thấy vật liệu làm điện cực âm sẽ quyết định dung lượng pin.

<b>1.4.3. Chất điện li. </b>

Có bốn loại chất điện li được sử dụng trong pin Li-ion: chất điện li dạng lỏng, các chất điện li dạng gel, chất điện li cao phân tử (polime) và chất điện li dạng gốm.

- Chất điện li dạng lỏng: là những muối chứa ion Li+ (LiPF6, LiClO4) được hoà tan và các dung mơi hữu cơ có gốc carbonate (EC, EMC).

- Chất điện li dạng gel: là loại vật liệu dẫn ion được tạo ra bằng cách hoà tan muối và dung môi trong polime với khối lượng phân tử lớn tạo thành gel.

- Chất điện li dạng polimer: là dung dịch dạng lỏng với pha dẫn ion được hình thành thơng qua sự hồ tan muối Lithium trong vật liệu polime có khối lượng phân tử lớn.

- Chất điện li dạng gốm: là vật liệu vơ cơ ở trong trạng thái rắn có khả năng dẫn ion Li+.

- Mỗi loại chất điện li có các ưu điểm khác nhau. Nhưng nói chung, các chất điện li này phải có khả năng dẫn ion Li+ tốt, độ ổn định cao, ít chịu ảnh hưởng của môi trường như độ ẩm, khơng khí …

<b>1.4.4. Dung mơi. </b>

Dung môi được sử dụng rất đa dạng, bao gồm các hợp chất carbonate, ete và hợp chất acetate, chúng được dùng thay thế cho chất điện phân khô. Tiêu điểm hiện nay của ngành

công nghiệp là các hợp chất carbonate, chúng có tính bền cao, tính an tồn tốt và có tính tương thích với các vật liệu làm điện cực.

Các dung môi carbonate nguyên chất điển hình có độ dẫn thực chất dưới 10-7S/cm, hằng số điện môi lớn hơn 3, và dung hợp các muối Lithium cao. Một số dung môi hữu cơ được dung như: ethylene carbonate(EC), plopylene carbonate(PC),

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

dimethyl carbonate(DMC), ethylmethyl carbonate(EMC), diethyl carbonate(DEC), dimethyletherDME), acetonitrile(AN), tetrahydrofuran(THF), Butyrolacton.

<b>1.4.5. Vật cách điện. </b>

Trong các pin Li-ion, vật liệu cách điện thường dùng là những màng xốp mỏng (10 m 30 m) để ngăn cách giữa điện cực âm và điện cực dương. Ngày nay, các loại pin thương phẩm dùng chất điện li dạng lỏng thường dùng các màng xốp chế tạo từ vật liệu poliolefin vì loại vật liệu này có tính chất cơ học rất tốt, độ ổn định hoá học tốt và giá cả chấp nhận được.

Các vật liệu Nonwoven cũng được nghiên cứu, song không những sử dụng rộng rãi do khó tạo được các màng có độ dày đồng đều, độ bền cao.

Nhìn chung, các vật liệu cách điện dùng trong pin Lithium ion phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

Có độ bền cơ học cao.

Khơng bị thay đổi kích thước.

Khơng bị đánh thủng bởi các vật liệu làm điện cực. Kích thước các lỗ xốp nhỏ hơn 1m.

Dễ bị thấm ướt bởi chất điện phân.

<b>1.4.6. Mơ hình hóa Pin Lithium-ion </b>

<b> Pin lithium ion là một đối tượng vật lý mà hoạt động phụ thuộc nhiều vào các </b>

phương trình điện hóa, các điều kiện mơi trường. Những q trình này không thể quan sát và đo lường một cách trực tiếp. Do đó, mơ hình hóa pin Lithium ion cần được xây dựng, để có thể diễn tả mối quan hệ giữa những đại lượng không thể đo lường được bằng những đại lượng có thể đo lường được. Dựa trên mơ hình hóa của pin Lithium, mơ hình nhiệt diễn tả q trình trao đổi nhiệt của pin được xây dựng.

<b>1.4.6.1. Mô hình hóa pin Lithium sử dụng mạch tương đương </b>

Mơ hình động học của pin được mơ tả bằng cách sử dụng một mơ hình mạch tương đương được đưa ra như hình 2.1.

Trong đó:

Uocv là điện áp hở mạch. R<small>0 </small>là nội trở của pin.

R<small>d1</small>, R<small>d2</small>, …, R<small>dn </small>là các điện trở phân cực trong các mạng tụ điện trở. C<small>d1</small>, C<small>d2</small>, …, C<small>dn </small>là các tụ điện phân cực trong các mạng tụ điện trở. U<small>d1</small>, U<small>d2</small>, …, U<small>dn </small> là điện áp phân cực rơi trên mạng tụ điện trở.

U<small>b </small>là điện áp trên hai cực của Pin. I là dịng tải.

<i>Hình 1. 3: Mơ hình tương đương của Pin</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Mạng tụ điện trở RC thể hiện tính chất quá độ của điện áp trên hai cực pin khi dòng điện qua pin thay đổi. Trên lý thuyết, đặc tính động học của mơ hình pin sẽ càng giống đặc tính động học trên thực tế khi càng nhiều mạng tụ điện trở được mô tả. Tuy nhiên, việc mô tả càng nhiều mạng tụ điện trở sẽ dẫn đến khối lượng tính tốn càng nhiều

Để đơn giản hóa mơ hình pin, mơ hình tương đương rút gọn của pin được đưa ra như hình 1.4. Mơ hình này gồm:

Điện áp hở mạch Uocv(t) Nội trở R0(t)

Một mạng tụ điện trở R1 và C1 tương ứng là điện trở phân cực và tụ điện phân cực.

i(t) là dịng tải. Dịng điện i(t) di chuyển trong pin có chiều dịng điện như trên hình, trong điều kiện sạc thì i(t)>0, trong điều kiện xả thì i(t)<0.

<i>Hình 1. 4: Mơ hình tương đương rút gọn của Pin</i>

Sử dụng định luật Thevenin cho mơ hình tương đương rút gọn của pin được mô

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<i><b>1.4.6.2. Mơ hình hóa q trình trao đổi nhiệt của pin Lithium ion </b></i>

Nhiệt độ là một biến trạng thái thay đổi một cách khó khảo sát đặc tính, trên thực tế, nhiệt độ của pin là không đồng đều trên từng mặt của pin. Tuy nhiên, để đơn giản hóa q trình, nhiệt độ bề mặt của pin được coi như trải đều như nhau.

Như trong tài liệu đã trình bày, Quá trình trao đổi nhiệt của pin được diễn tả

m là khối lượng của pin,

C là nhiệt dung riêng của pin, T là nhiệt độ của pin, Q0 là năng lượng thất thoát, Q là nhiệt lượng trao đổi.

Phương trình trao đổi nhiệt được diễn tả như phương trình PT.7

h là hệ số trao đổi nhiệt,

A là diện tích bề mặt của pin, T<small>amb</small> là nhiệt độ môi trường.

Điện áp của pin bao gồm điện áp phân cực, điện áp ohmic và điện áp hở mạch. Việc mất năng lượng của pin là do thất thoát trên điện trở phân cực và nội trở của pin. Do đó thì năng lượng thất thốt của pin có thể được diễn tả theo phương trình PT.8.

Trong đó: U<small>d</small> là điện áp phân cực, Rd là nội trở phân cực

Sau khi gián đoạn hóa, ta được phương trình thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ và dòng điện sạc được thể hiện trong PT 1.9

T<small>k</small> là nhiệt độ tại thời điểm k T<small>k-1</small> là nhiệt độ tại thời điểm k-1 Q0,k là năng lượng thất thoát tại thời điểm k

<b>1.5. Phân loại Pin Lithium-ion </b>

Pin Li-ion được chế tạo theo các định dạng khác nhau, thường có 2 nhóm là: dạng hình trụ và dạng hình lăng trụ.

<b>1.5.1. Pin li-on dạng trụ. </b>

<b>Mặt cắt ngang của một pin Li-ion dạng trụ được mơ tả trong hình sau: </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

<i>Hình 1. 5: Mặt cắt ngang pin Lithium-ion</i>

<b>1.5.2. Pin Li­ion lăng trụ phẳng. </b>

Cấu tạo mặt cắt của những pin lăng trụ phẳng cũng tương tự như phiên bản trụ,

<b>chỉ khác là trục tâm phẳng được sử dụng thay cho trục tâm. </b>

<i>Hình 1. 6: Phần đầu và các điện cực của Pin Li-io trụ phẳng 7Ah (vỏ là điện cực âm), 40Ah</i>

<b>II. CÔNG NGHỆ SẠC VÀ SẠC NHANH PIN LITHIUM-ION 2.1. Sạc pin Lithium-ion </b>

Phần này sẽ trình bày tổng quan các phương pháp sạc nhanh hiện nay đang được sử dụng trong xe điện và khảo sát các tiêu chuẩn quốc tế về bộ sạc pin cho xe điện, các giới hạn của việc sạc pin Lithium. Bên cạnh đó, các vấn đề và thách thức của việc sạc pin cũng sẽ được đề cập. Cuối cùng chương này sẽ trình bày về phương pháp sạc nhanh được đề xuất.

<b>2.1.1. Tổng quan về các phương pháp sạc </b>

Để đảm bảo pin lithium ion hoạt động ổn định, cần các phương pháp sạc phù

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

hợp. Các phương pháp sạc phải đảm bảo các yêu cầu như: giảm thời gian sạc, kéo dài tuổi thọ pin, nâng cao hiệu suất sạc pin.

Những phương pháp sạc đơn giản như sạc ổn dòng (CC) hoặc sạc ổn áp (CV) đều không hiệu quả và cho đến nay đã không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng khắt khe của ngành công nghiệp xe điện. Việc nghiên cứu để sạc nhanh, tăng hiệu suất sạc hoặc tăng tuổi thọ của pin được phát được thực hiện một cách mạnh mẽ trong những năm gần đây . Hiện nay, pin Li – ion được sạc một cách phổ biến với dòng sạc C/3 theo phương pháp ổn dòng - ổn áp (CC-CV). Tuy nhiên, quá trình sạc này diễn ra chậm để có thể sạc đầy được pin. Vì vậy, việc nghiên cứu để cải thiện hiệu suất sạc từ việc phân tích cơ chế phản ứng điện hóa trong pin và các thuật toán điều khiển sạc được thực hiện. Tuy nhiên, các thơng số đều rất khó đo lường và khó có tính hứa hẹn trong ứng dụng thực tế. Nhằm đáp ứng các yêu cầu trên, các phương pháp sạc nhanh ra đời nhằm giảm thiểu tối đa thời gian sạc, nhưng vẫn đảm bảo tuổi thọ pin. Các phương pháp sạc nhanh tiêu biểu như: sạc nhiều mức dòng điện, sạc xung, sạc tăng cường.

<b>2.1.2. Tiêu chuẩn sạc và các giới hạn về sạc pin cho xe điện </b>

<i><b>a. Tiêu chuẩn sạc pin cho xe điện </b></i>

Hiện nay, có hai tiêu chuẩn sạc pin cho xe điện, đó là tiêu chuẩn SAE và tiêu chuẩn IEC. Tiêu chuẩn SAE là tiêu chuẩn của Hiệp hội kỹ sư ô tô (Society of Automotive Engineers) xây dựng. Còn lại, tiêu chuẩn IEC (International Electrotechnical Commission) – là tiêu chuẩn do Uỷ ban Kỹ thuật Điện Quốc tế xây dựng. Mục tiêu của IEC là thúc đẩy sự hợp tác quốc tế về tiêu chuẩn hoá trong lĩnh vực điện - điện tử và các vấn đề có liên quan. Tiêu chuẩn SAE được sử dụng phổ biến tại Mỹ và tiêu chuẩn IEC được sử dụng phổ biến tại các nước thuộc liên minh châu Âu EU.

Các mức sạc pin theo tiêu chuẩn SAE được thể hiện như trong bảng 1.3 Trong đó thời gian sạc theo từng mức và các loại phương tiện phù hợp với từng mức sạc được đưa ra một cách cụ thể. Trong khi đó, tiêu chuẩn IEC có hơn 6500 tiêu chuẩn về thiết kế và lắp đặt hệ thống điện, trong đó, tiêu chuẩn IEC 61851-1 là tiêu chuẩn cho các bộ sạc pin của xe điện. Một cách cụ thể, IEC 61851-21- 1:2017 quy định những tiêu chuẩn cho bộ sạc “on-board” và IEC 61851-21-2:2018 quy định những tiêu chuẩn cho bộ sạc “off-board”. Bảng 1.4 mô tả một cách cụ thể các mức sạc cũng như dòng điện và điện áp cực đại trong từng mức sạc.

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>Mức sạc Mơ tả ^{Dịng điện, điện áp cực}đại </b>

Mức 1

Kết nối giữa nguồn AC và xe điện khơng có giao tiếp hay những tính năng an tồn bổ xung

16A và 250Vac, 1 pha 16V và 480Vac, 3 pha

Mức 2

Kết nối giữa nguồn AC và xe điện có giao tiếp hay những tính năng an tồn bổ xung

32A và 250Vac, 1 pha 32A và 480Vac, 3 pha

Mức 3

Kết nối giữa nguồn AC và bộ sạc EV được kết nối một cách cố định và có những tính năng an toàn bổ xung

70A và 250Vac, 1 pha 63A và

<i>Bảng 1. 4: Các mức sạc pin theo tiêu chuẩn IEC</i>

<i>Hình 1. 7:Bộ sạc 50KW Tera 54 dp ABB sản xuất </i>

Hiện nay, có nhiều hãng công nghệ nghiên cứu và sản xuất các bộ sạc cho xe điện. Trong đó, có thể kể đến như Tesla, Porsche, ABB. Tập đoàn ABB nghiên cứu bộ sạc có cơng suất 180kW, điển hình là họ các sản phẩm Terra 24 và Terra184. Tuy nhiên, sản phẩm bán chạy nhất ở Châu Âu và Bắc Mỹ là dịng Terra 54 với cơng suất

<i>50kW DC như (hình 1.7). </i>

<b>b. Các giới hạn sạc pin cho xe điện </b>

Cấu tạo chung của Pin Lithium ion bao gồm một lớp graphite ở cực anode, một lớp hợp kim Lihium ở cực cathode được sắp xếp theo dạng lớp, một dung dịch chất điện môi chứa hỗn hợp cacbonat hữu cơ, muối và các chất phụ gia và một lớp polyme xốp. Khi pin Lithium được sạc, các ion di chuyển từ cực cathode thông qua chất điện phân và đến cực anode. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ dịch chuyển của các ion như chất liệu điện cực, dung dịch điện phân, hay những yếu tố từ bên ngoài như dịng sạc, nhiệt độ mơi trưởng. Với một loại pin nhất định và trong một mơi trường nhất định thì vật liệu điện cực và chất điện môi là không thể thay đổi.

Các nghiên cứu về các phương pháp sạc nhằm mục đích cải thiện thời gian sạc, tăng hiệu suất và giữ được tuổi thọ lâu dài của Pin. Một số giới hạn của quá trình sạc pin Lithium –ion có thể kể đến như: lớp mạ Lithium trên cực anode và sự oxy hóa

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

dung dịch chất điện phân ở cực cathode. Điện áp sạc pin bị giới hạn bởi q trình oxy hóa các dung môi điện phân .Việc quá áp trên tế bào pin thúc đẩy quá trình sinh nhiệt và gây ra sự phá vỡ cấu trúc của cực cathode. Do các chất điện phân của pin Lithium – ion rất dễ cháy, điều này có thể dẫn đến hỏa hoạn do sự cháy nổ của tế bào pin. Do đó, việc nghiên cứu bất kỳ q trình sạc nào cho pin Lithium – ion đều cần xem xét những hạn chế cơ bản này để có thể đạt được sự an tồn trong hoạt động và đảm bảo được tuổi thọ của pin.

Gần đây, các nghiên cứu đã tập trung phát triển bộ sạc có cơng suất lớn. Tesla lần đầu tiên phát triển bộ sạc có cơng suất sạc 120kW. Vào năm 2017, hãng xe Porsche của Đức đã cho ra mắt bộ sạc có cơng suất 350kW ghép nối hai bộ CCS tại Berlin, Đức. Những pack pin cho EVs hiện nay chủ yếu đạt mức điện áp 400VDC, những bộ sạc có cơng suất lớn hơn 350kW yêu cầu mức điện áp lớn hơn để tránh dòng điện quá lớn dẫn đến sinh nhiệt và gây mất an toàn trong việc sạc pin. Vào tháng 12 năm 2018, Porsche đã thử nghiệm thành công bộ sạc 450kW với mức điện áp 800VDC trên hai mẫu xe được nghiên cứu của hãng tại Bavaria, Đức.

Tuy nhiên, ngoài sự ảnh hưởng của cơng suất bộ sạc thì thời gian sạc còn chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, thời gian sạc sẽ giảm mạnh khi sạc ở nhiệt độ môi trường thấp. Các phần dưới đây sẽ trình bày các phương pháp sạc khác nhau cho pin Lithium – ion và đặc điểm cụ thể của từng phương pháp.

<b>2.1.3. Phương pháp sạc dòng điện khơng đổi, điện áp khơng đổi </b>

<b>2.1.3.1. Q trình sạc pin Lithium ion theo phương pháp dịng điện khơng đổi điện áp không đổi. </b>

Phương pháp sạc dịng điện khơng đổi dựa trên sự chính xác của việc ước lượng trạng thái sạc (SOC) của pin, phương pháp sạc điện áp không đổi đã không đạt được những yêu cầu của sạc xe điện. Để tận dụng được những ưu điểm và hạn chế những nhược điểm của phương pháp sạc CC và phương pháp sạc CV, phương pháp sạc dịng điện khơng đổi – điện áp không đổi được nghiên cứu và phát triển. Đây là phương pháp sạc phổ biến nhất hiện nay để sạc pin Li – ion cho xe điện ngày nay. Có rất nhiều phương pháp sạc được phát triển dựa trên nền tảng của phương pháp CC- CV.

Phương pháp này cơ bản gồm 2 giai đoạn: giai đoạn sạc dòng điện không đổi và giai đoạn sạc điện áp không đổi. Giai đoạn đầu tiên, tế bào pin được sạc với dòng điện cố định Ich (thường là C/3) cho đến khi điện áp đạt tới điện áp sạc Vch. Sau đó điện áp tế bào pin được giữ ở mức cố định ở Vch, và dịng điện sạc giảm dần. Q trình này kết thúc khi dòng điện sạc đạt mức quy định Iend hoặc thời gian sạc đạt mức Tmax. Thời gian sạc chủ yếu được quyết định bởi dòng điện sạc Ich, dung lượng sử dụng được xác định bởi Vch và Iend.

Hình dạng dịng điện và điện áp trong q trình sạc CC và quá trình sạc CV của phương pháp sạc CC-CV thơng thường như hình 1.8. Q trình sạc CC chiếm phần lớn thời gian của tồn bộ q trình sạc CC-CV, chiếm khoảng 85% dung lượng định mức của Pin Lithium – ion.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

<i>Hình 1. 8: Dạng dòng điện, điện áp tế bào Pin trong phương pháp sạc CC-CV</i>

<b>2.1.3.2. Những vấn đề tồn tại và thách thức của phương pháp dịng điện khơng đổi, điện áp khơng đổi. </b>

Phương pháp sạc ổn dịng – ổn áp có ưu điểm là phương pháp sạc đơn giản, dễ nắm bắt. Nhưng cũng có nhiều vấn đề cần được giải quyết, có thể kể đến như: sự lão hóa của pin làm dung lượng của pin bị giảm xuống kéo theo thời gian sạc pin giảm xuống. Giai đoạn sạc CV mất nhiều thời gian không đáp ứng được nhu cầu sạc nhanh hiện nay.

Hạn chế lớn nhất của phương pháp ổn dòng – ổn áp là thời gian sạc còn dài. Để cải thiện thời gian sạc, cần tăng mức dịng điện ở q trình sạc ổn dịng, nhưng khi tăng dòng điện trong một thời gian dài sẽ làm nhiệt độ pin tăng cao, cùng các phản ứng phụ trong các lớp tinh thể của bề mặt hai cực pin làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới tuổi thọ pin. Bên cạnh đó giai đoạn sạc ổn áp mất nhiều thời gian trong qúa trình sạc.

Thách thức đối với sạc ổn dòng – ổn áp là xác định giá trị dòng điện cố định, điện áp cố định và thời gian phù hợp với từng giai đoạn sạc. Giá trị phù hợp sẽ giúp cân bằng giữa tốc độ sạc, hiệu suất sạc và nhiệt độ của pin.

<b>2.1.4. Phương sạc nhiều mức dòng điện </b>

Từ những hạn chế của giai đoạn sạc ổn áp trong phương pháp sạc CC – CV, phương pháp sạc nhiều mức dòng điện được nghiên cứu mạnh mẽ trong những năm gần đây để thay thế giai đoạn CV. Để giảm được thời gian sạc thì cần phải có dịng điện sạc lớn, đó là lý do làm cho điện áp trên đầu cực chạm đến điện áp ngưỡng trong một khoảng thời gian ngắn trong khi không đạt được công suất dự kiến. Phương pháp sạc MSCC hồn tồn có thể giải quyết được vấn đề đó.

<b>2.1.4.1. Q trình sạc pin Lithium-ion theo phương pháp sạc nhiều mức dịng điện. </b>

Q trình sạc theo phương pháp MSCC theo những giai đoạn như được thể hiện

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

như hình. Pin sẽ được sạc với dòng điện sạc ban đầu được xác định từ trước cho đến khi điện áp trên pin đạt điện áp ngưỡng, quá trình sạc sẽ được chuyển sang giai đoạn tiếp theo với dòng điện sạc nhỏ hơn dòng điện sạc của giai đoạn trước để ngăn cho điện áp của pin đạt đến điện áp ngưỡng q nhanh.

<i>Hình 1. 9: Dạng dịng điện, điện áp tế bào pin trong phương pháp sạc nhiều mức dòng điện dự trên áp ngưỡng; Dạng dòng điện, điện áp tế bào pin trong phương pháp sạc nhiều dòng điện dựa trên SoC</i>

Nghiên cứu [23] đã đưa ra thực nghiệm về sạc pin Lithium – ion 5 mức dòng điện (2.1C, 1.7C, 1.5C, 1.3C và 1.0C), và kết quả là phương pháp này có thể sạc pin tới khoảng 70% dung lượng định mức (930mAh) trong vòng 30 phút. Việc xác định dòng điện sạc trong từng giai đoạn là rất quan trọng trong phương pháp này, nghiên cứu [24] đã đưa ra phương pháp Taguchi để thực hiện được điều đó. [23] đã sử dụng thuật toán tối ưu đàn kiến (ant colony system algorithm - ACS) kết hợp với phương pháp Taguchi để xác định dòng sạc tối ưu (1.45C, 1.05C, 1.00C, 0.7C và 0.1C). Từ đó có thể sạc pin dung lượng 650mAh trên 95%. Nếu so với phương pháp sạc CC – CV thông thường với dịng sạc 1.45C thì phương pháp này giảm thời gian sạc 11.2%, chu kỳ tuổi thọ của pin được kéo dài thêm 57%. Ngoài việc sử dụng thuật tốn ACS để tìm được dịng điện tối ưu, cịn có nhiều phương pháp khác để thực hiện điều đó, như phương pháp tối ưu bày đàn (particle swarm optimization – PSO).

Ngoài việc chuyển giai đoạn nhờ xác định thời điểm điện áp đạt điện áp ngưỡng thì có thể dựa trên giới hạn của trạng thái sạc (SOC). Nghiên cứu đã đề xuất sạc MSCC 4 giai đoạn, quá trình chuyển giai đoạn được quyết định bởi trạng thái sạc SOC như trên hình 1.5. Dịng điện sạc được xác định là 1.8C, 1.3C, 0.9C và 0.5C ứng với mỗi 25% SOC. Việc tìm dịng điện tối ưu cho từng giai đoạn được thực hiện

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

bằng ACS hoặc PSO. Việc ước lượng SOC ở trong phương pháp này là rất quan trọng, nó quyết định việc chuyển trạng thái. Do đó phương pháp sạc nhiều mức với chuyển trạng thái dựa vào SOC cần phải ước lượng SOC một ách chính xác.

<b>2.1.4.2. Những vấn đề tồn tại và thách thức của phương pháp sạc nhiều mức dòng điện </b>

Phương pháp sạc nhiều mức dòng điện giúp quá trình sạc diễn ra nhanh hơn. Tuy nhiên, dòng điện lớn ở những giai đoạn đầu làm nhiệt độ pin tăng cao, dẫn đến giảm tuổi thọ của pin.

Việc xác định điện áp ngưỡng của từng giai đoạn sạc, hay ước lượng SOC cũng là một thách thức lớn. Yêu cầu xác định chuẩn xác để đảm bảo thuật toán sạc hoạt động tối ưu. Cùng đó là xác định dòng điện tối ưu trong từng giai đoạn, nhằm tối ưu thời gian sạc và đảm bảo nhiệt độ pin ở mức cho phép.

<b>2.1.5. Phương pháp sạc xung </b>

Sạc xung ban đầu được nghiên cứu và phát triển để sạc nhanh cho pin chì axit, sau đó được phát triển để sạc nhanh cho pin Lithium – ion . Phương pháp sạc xung là phương sạc pin là sử các xung dòng điện để sạc cho pin và có thể coi sạc xung là phương pháp sạc ổn dịng (CC) ở dạng khơng liên tục.

<b>2.1.5.1. Sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số không đổi </b>

Phương pháp sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số khơng đổi là phương pháp sạc xung đơn giản để thực hiện nhất. Phương pháp yêu cầu cung cấp một xung dịng điện khơng đổi về biên độ và tần số trong suốt quá trình sạc. Hình 1.7 thể hiện chi tiết dạng dòng điện sạc trong phương pháp CCCF-PC và hình 1.8 thể hiện dạng dòng điện và điện áp pin trong cả quá trình sạc.

<i>Hình 1. 10: Dạng dòng điện trong phương pháp CCF-PC</i>

Thời gian sạc phụ thuộc vào Duty cycle và điện áp ngưỡng. Trong đó Duty

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

cycle được tính theo phương trình PT.1:

<i> D = t pulse </i>

<i> T </i>

Trong đó:

<i>t</i>

<i><small>pulse</small> là thời gian phát xung </i>

T là tổng thời gian trong một chu kỳ

<i>Hình 1. 11: Dạng dịng điện và điện áp pin trong cả quá trình sạc pin theo phương pháp CCCF-PC</i>

Biên độ của xung dòng điện, giá trị độ rộng của xung dòng điện và tần số của các xung được tối ưu cho kiểu sạc xung khác nhau. Biên độ dòng điện thường từ 0-1C. Theo như một số nghiên cứu, với kiểu sạc này thì chỉ tương đương việc sử dụng phương pháp sạc ổn dịng CC mà khơng có đặc điểm gì nổi bật hơn.

<b>2.1.5.2. Sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số thay đổi </b>

Phương pháp này được nghiên cứu để có thể kết hợp phương pháp dịng điện không đổi điện áp không đổi và phương pháp sạc xung. Phương pháp sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số thay đổi được thực hiện nhằm thay thế giai đoạn sạc CV của phương pháp CC – CV.

Ban đầu, cell pin Lithium – ion được sạc với một dòng điện sạc cố định cho đến khi điện áp pin đạt được mức điện áp ngưỡng thì chuyển sang giai đoạn sạc PC. Ở giai đoạn sạc xung, dòng điện sạc vẫn được giữ biên độ như ở giai đoạn sạc ổn dòng, nhưng thời gian sạc được gián đoạn chứ khơng liên tục như ở giai đoạn ổn dịng. Sau mỗi xung thì điện áp pin, dung lượng pin sẽ tăng lên và SOC cũng tăng lên, do đó độ rộng của xung sau sẽ nhỏ hơn độ rộng của xung trước. Quá trình sạc sẽ kết thúc khi thời gian dừng phát xung lớn hơn thời gian dừng định mức cho trước. Phương pháp này không cần điều khiển dòng điện, chỉ cần điều khiển thời gian ngừng cũng như thời gian phát xung. Hình 3.7 thể hiện dạng dịng điện, điện áp pin trong tồn bộ q trình sạc và hình 3.8 thể hiện dạng dòng điện sạc trong một khoảng thời gian dựa theo phương pháp sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số thay đổi.

<i> (1.11) </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

<i>Hình 1. 12: Dạng dịng điện, điện áp trong tồn bộ q trình sạc theo phương pháp CCVF-PC</i>

<i>Hình 1.11: Dạng dịng điện trong phương pháp CCVF-PC </i>

<b>2.1.6. Sạc xung với dòng điện thay đổi tần số khơng đổi </b>

Để giải quyết vấn đề tìm tần số thay đổi liên tục thích hợp ở phương pháp sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số thay đổi, và vấn đề cần giảm dòng điện giai đoạn cuối quá trình sạc mà phương pháp sạc xung với dịng điện khơng đổi tần số khơng đổi gặp phải, thì phương pháp sạc xung với dòng điện thay đổi tần số không đổi được nghiên cứu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

<i>Hình 1.12: Dạng dịng điện trong phương pháp CCVF-PC </i>

Phương pháp sạc này có đặc điểm khá tương đồng so với phương pháp sạc nhiều mức dòng điện, khi mà dòng điện trung bình trong mỗi giai đoạn sạc sẽ giống với mức dòng điện đặt trong phương pháp sạc nhiều mức.

<b>2.1.7. Phương pháp sạc tăng cường </b>

<b>2.1.7.1. Quá trình sạc pin Lithium-Ion bằng phương pháp sạc tăng cường </b>

Với những ứng dụng cần sạc gấp thì việc sạc nhanh khi pin ở trạng thái SOC thấp là hết sức quan trọng. Sạc tăng áp lần đầu tiên được biết đến bởi Notten. Với phương pháp này Pin có thể được sạc tới mức 1/3 dung lượng chỉ trong 5 phút đầu tiên.

Phương pháp sạc tăng cường là phương pháp dựa trên phương pháp CCCV và có thêm giai đoạn sạc dịng điện khơng đổi ở đầu qua trình sạc trong khoảng thời gian ngắn với SOC thấp và sau đó chuyển sang quá trình CCCV [28]. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi sạc điện áp pin cao hơn điện áp định mức 100mV thì sẽ hầu như khơng ảnh hưởng đến tuổi thọ của Pin. Dạng dòng điện, điện áp pin trong quá trình sạc theo phương pháp sạc tăng cường được mơ tả như trong Hình 1.13.

Ban đầu pin được sạc với dòng điện 4C tới khi điện áp đạt tới điện áp đặt, trong giai đoạn hai thì pin được sạc với dịng điện 1C. Do giai đoạn hai có dịng điện sạc nhỏ hơn dịng điện sạc của giai đoạn 1 nên điện áp pin sẽ giảm xuống. Giai đoạn CC2 và CV, pin được sạc theo phương pháp sạc CC – CV thông thường. Tuy nhiên, dòng sạc ở giai đoạn CC1, dòng điện sạc 4C là rất lớn nên giai đoạn này thường diễn ra trong khoảng 5 phút để có thể khơng làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin.

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

<i>Hình 1. 13: Dạng dịng điện, điện áp pin trong quá trình sạc tăng cường</i>

<i>Hình 1. 14: So sánh dung lượng pin của hai phương pháp CCCV thông thường và sạc tăng cường</i>

Sự so sánh về thời gian sạc pin khi sử dụng hai phương pháp CC – CV thông thường và sạc tăng cường được thể hiện trong hình 1.14, từ đó có thể thấy với phương pháp sạc tăng cường, pin được sạc 60% chỉ mất 10 phút và sạc đầy trong vòng chưa đến 30 phút, trong khi đó, với phương pháp sạc CC- CV thơng thường thì việc sạc

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

60% dung lượng cần 35 phút và việc sạc đầy cần tới 65 phút. Với sạc tăng cường, thời gian sạc để đạt 60% pin được rút ngắn xuống hơn 3 lần. Hiện nay, trong phương pháp sạc CC – CV, bộ điều khiển PI được dùng một cách phổ biến để điều khiển dòng điện và điều khiển điện áp. Tuy nhiên, việc tìm được thời gian sạc, dòng điện sạc tối ưu cho từng giai đoạn trở nên rất khó khăn. Trong những năm gần đây, phương pháp thuật toán di truyền (GA) hay thuật toán tối ưu bày đàn (PSO) được sử dụng để có thể giải quyết được vấn đề đó.

Theo cách này sạc tăng cường sẽ không gây ra hiệu ứng suy giảm tiêu cực nào cho Pin. Phương pháp này được sử dụng cho các loại pin Lithium – ion được chế tạo bởi các hợp chất hóa học khác nhau. Tuy nhiên, phương pháp sạc này không nên sử dụng cho các loại Pin nhạy cảm về điện áp, đặc biệt là pin chì axit.

<b>2.1.7.2. Những vấn đề tồn tại và thách thức trong phương pháp sạc bằng phương pháp sạc tăng cường. </b>

Phương pháp sạc tăng cường là một phương pháp tiềm năng trong quá trình phát triển các thuật toán sạc pin, khi phương pháp này nhằm tối ưu hóa một phương pháp sạc nhanh khá phổ biến hiện nay là phương pháp sạc ổn dòng, ổn áp (CC- CV). Tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề cần khắc phục như:

Trong quá trình sạc tăng cương giai đoạn đầu, việc kiểm soát điện áp sạc cho pin phải vơ cùng chính xác vì nếu để xảy ra hiện tượng điện áp tăng lên quá cao pin sẽ xảy sự cố như phát nóng nhanh, cháy, nổ gây nguy hiểm cao.

Phải liên tục xác định các giá trị điện áp sạc tăng cường, cũng như thời gian sạc cho pin trong từng giai đoạn sử dụng khác nhau. Vì số một số chu kỳ sạc nhất định, tính chất hóa học của pin bắt đầu thay đổi nên các thông số ban đầu của pin đã khơng cịn chính xác nữa, để tối ưu thời gian sạc và hiệu suất sạc thì giá trị phải được tính toán lại liên tục.

Cũng như phương pháp sạc CC-CV thì phương pháp sạc tăng cường cũng cần một thuật toán ước lượng dung lượng pin (SOC) một cách chính xác để chuyển giữa các q trình sạc với nhau. Thuật tốn Taguchi được đề xuất nhưng vẫn còn nhiều vấn đề cần phải giải quyết.

<b>2.1.8. Phương pháp sạc nhanh được đề xuất. </b>

Pin Lithium là một loại pin nhạy cảm với nhiệt độ, do đó để có thể cải thiện được hiệu suất, đảm bảo tuổi thọ của pin cũng như tăng độ an tồn cho việc sạc pin thì nhiệt độ pin trong tồn bộ q trình sạc cần được điểu khiển.

Để giữ được nhiệt độ ở giá trị yêu cầu, phương pháp sạc dựa trên điều khiển nhiệt độ không đổi được để xuất. Nếu nhiệt lượng được xả ra lớn hơn nhiệt lượng thu vào thì pin sẽ được làm mát, từ đó có thể cải thiện được sự tăng nhiệt độ một cách đáng kể. Hơn nữa, để giảm thời gian sạc thì dịng điện sạc cần phải tăng, kéo theo đó là nhiệt độ pin sẽ tăng. Trong quá trình sạc thì điện áp pin khơng được vượt ngưỡng điện áp ngưỡng trên của pin. Với dòng sạc tăng, điện áp sạc sẽ nhanh chóng đạt được điện áp ngưỡng trên, dẫn đến pin khơng được sạc đầy hồn tồn. Để giải quyết vấn đề đó thì phương pháp sạc dựa trên điều khiển nhiệt độ được đề xuất.

Phương pháp này gồm có hai q trình chính là quá trình quá độ và quá trình ổn

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

định nhiệt độ, ngồi ra cịn có q trình tỏa nhiệt khi đã hồn thành việc sạc pin. Trong giai đoạn quá độ, khi nhiệt độ của pin chưa đạt tới mức nhiệt độ đặt, dòng điện sạc sẽ được huy động cao nhất có thể của bộ sạc. Khi đó, nhiệt độ của pin sẽ tăng nhanh và pin cũng sẽ được sạc một cách nhanh chóng. Hết giai đoạn quá độ, nhiệt độ của pin đã đạt giá trị đặt. Khi đó, dịng điện sạc sẽ được giảm xuống dựa trên mối quan hệ giữa nhiệt độ và dòng điện sạc. Trong giai đoạn này, do việc sinh nhiệt và tỏa nhiệt cùng xảy ra đồng thời nên có những thời điểm nhiệt lượng pin sinh ra lớn hơn nhiệt độ tỏa ra môi trường, khi đó, dịng điện sạc sẽ được điều khiển giảm xuống để đảm bảo nhiệt độ pin ổn định. Ngược lại, có những thời điểm nhiệt lượng pin sinh ra ít hơn nhiệt độ tỏa ra môi trường, khi đó, dịng điện sạc sẽ được điều khiển tăng lên, vừa để giữ nhiệt độ không đổi vừa để cải thiện thời gian sạc. Sau khi kết thúc giai đoạn ổn định nhiệt độ, pin đã được sạc đầy. Khi đó, dịng điện sạc sẽ trở về khơng, và quá trình tỏa nhiệt được bắt đầu. Trong quá trình này, pin không sinh thêm nhiệt độ mà chỉ có q trình tỏa nhiệt ra mơi trường. Q trình tỏa nhiệt kết thúc khi nhiệt độ trên pin bằng với nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ sạc lớn nhất cho pin Lithium ion là 45°C-50°C, do đó, trong luận văn này, nhiệt độ đặt lớn nhất cho bộ điều khiển nhiệt độ được đặt ở mức 47°C. Hình dạng nhiệt độ trên pin và hình dạng địng điện sạc trong tồn bộ q trình sạc được thể hiện như hình 1.15 và 1.16.

<i>Hình 1. 15: Dạng nhiệt độ sạc trong quá trình sạc theo phương pháp điều khiển nhiệt độ</i>

<i>Hình 1. 16: Dạng dịng điện sạc theo phương pháp sạc điều khiển nhiệt độ</i>

<b>2.2. Một số nguyên tắc cơ bản khi sạc pin. </b>

Thiết bị sử dụng nên được tắt khi sạc. Điều này cho phép pin đạt được điện áp ngưỡng mà khơng bị cản trở và phản hồi dịng bão hịa chính xác để kết thúc q trình

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

sạc.

- Một tải phụ sẽ làm rối quá trình sạc. - Sạc ở nhiệt độ vừa phải.

- Không sạc thấp dưới điểm đông (0<small>0</small>C – 45<small>0</small>C).

- Lithium-ion không cần phải được sạc đầy; chỉ câǹ Ngừng sử dụng bộ sạc pin nếupin bị quá nóng.

- Sạc một phần là tốt hơn.

- Trước khi bảo quản lâu dài, nên sạc 50% pin.

<b>2.2.1. Tốc độ sạc và xả của pin. </b>

Trong cuối những năm 1700, Charles­Augustin de Coulomb cho rằng một pin mà nhận được doǹ g sac một ampere (1A) mỗi giây thì nhận 1 cu-lơng (1C). Trong 10 giây thì 10 cu­lơng đi vào pin và cứ như vậy, đối với quá trình xả thì ngược lại. Ngày nay, ngành công nghiệp pin sử dụng C-rate theo tỷ lệ dòng sạc và xả của pin.

Hầu hết pin di động ở mức 1C, có nghĩa là một pin 1000mAh được xả với tỷ lệ 1C nên trong điều kiện lý tưởng cung cấp được dòng 1000mA trong một giờ. Xả pin tương tự ở 0.5C sẽ cung cấp dòng 500mA trong hai giờ, và tại 2C, pin 1000mAh sẽ cung cấp dòng 2000mA trong 30 phút. 1C cũng được hiểu như xả một giờ, 0.5C là hai giờ và 2C là xả nửa giờ.

Dung lượng pin, hoặc lượng năng lượng pin có thể nắm giữ, có thể được đo bằng một máy phân tích pin. Các phân tích phóng điện pin ở doǹ g điện tiêu chuẩn khi đo thời gian bao lâu để đạt đến giới hạn điện áp của quátriǹ h phóng điện. Một dụng cụ hiển thị các kết quả về đánh giá công suât́ của pin sẽ hiển thị 100 phần trăm nếu một pin 1000mAh có thể cung cấp 1000mA trong một giờ. Nếu quá trình phóng điện kéo dài trong 30 phút trước khi đạt giới hạn điện áp ngắt của q trình phóng điện thìpin có cơng suất 50 phần trăm.

Khi xả pin bằng bộ phân tích pin có khả năng áp dụng tốc độ khác nhau thì tốc độ cao hơn sẽ đem lại số ghi công suất thấp hơn và ngược lại. Bởi vậy xả pin 1000mAh tại 2C hay 2000mA là nhanh hơn, pin tốt nhất nên cung cấp đầy đủ công suât́ trong 30 phút. Trong thực tế, điện trở trong của pin chuyển hóa một số năng lượng thành nhiệt và làm giảm khả năng dẫn đến khoảng 95 phần trăm hoặc ít hơn. Xả pin cùng một lúc 0.5C hay 500mA hơn hai giờ có thể sẽ tăng cơng suất lên trên 100 phần trăm.

Để đạt được công suất tốt, các nhà sản xuất thường đánh giá theo axít chì tại 0.05C hay xả 20 giờ. Ngay cả ở tốc độ xả chậm này, pin ít khi đạt công suất 100 phần trăm. Các nhà sản xuất cung cấp hiệu suất để điều chỉnh cho sự khác biệt trong khả năng nếu thải ra với tốc độ cao hơn so với quy định. Hình

3.2 minh họa lần xả pin axít chì ở tải khác nhau như được thể hiện trong C-rate.

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

<i>Hình 1. 17: Các đường cong tốc độ phóng điện của pin</i>

Trong khi pin chì và nickel-based có thể được phóng điện với tốc độ cao, pin Li- ion có thiết kế mạch an toàn với cathodes cobalt ngăn chặn phóng điện trên 1C. Mangan và phosphate có thể chịu đựng được mức xả lên đến 10C và ngưỡng dòng được đặt cao hơn cho phù hợp.

<b>2.2.2. Chế độ sạc nhanh pin Li-ion. </b>

Sạc nhanh đang là một nhu cầu rất lớn đối với những chiếc xe điện và bộ sạc nhanh đã có trong nhiều năm gần đây. Hầu hết các loại pin NiCd và những loại sản phẩm đặc biệt của pin Li-ion, có thể được sạc ở tốc độ rất cao lên đến 70% state- of-charge (SoC-dung lượng pin).

Tại một tỷ lệ 10C hoặc 10 lần doǹg định mưć, một pin 1Ah về mặt lý thuyết được sạc trong sáu phút, nhưng có giới hạn.

<b>2.2.3. Phân loại các chế độ sạc pin. </b>

Các chế độ sạc được phân loại dựa theo tốc độ sạc. Gồm có 4 loại như sau:

<b>Chế độ sạc Loại pin C rate Thời gian sạc _{Nhiệt độ}</b>

</div>