Category Archives: Pin sạc

Pin & hệ thống giám sát BMS

Pin acquy năng lượng lớn là bình xăng của ôtô điện. Nguyên lý hoạt động của pin điện dựa vào sự điện phân hóa học biến đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện 1 chiều. Pin sạc hay còn gọi là ác quy là loại pin có thể hoạt động thuận/nghịch, chuyển năng lượng điện thành năng lượng tích trữ trong pin.

Tùy thuộc vào chất hóa học khác nhau mà pin sạc có tên gọi khác nhau, sự phát triển của công nghệ pin sạc (mật độ năng lượng tích trữ/khối lượng) được trình bày trong hình dưới. Pin sạc chì axít là một trong những pin sạc được phát minh đầu tiên và vẫn được sử dụng đến bây giờ (ác quy cho xe máy, xe ôtô,…) bởi giá thành rất rẻ, có thể sạc được nhiều lần (từ 400 đến 1200 lần), không bị “chai” do hiệu ứng nhớ như các loại pin Nickel kẽm (NiCad) và Nickel metal hydride (NiMH). Tuy nhiên nhược điểm của ác quy chì là mật độ năng lượng/khối lượng quá ít 30Wh/kg.

So sánh các loại in ácquy và tác động của nhiệt độ của cell Lithium

Công nghệ pin lithium-ion (Li-ion) được phát triển từ những năm 1990, đến nay được sử dụng rộng rãi trong tất cả các thiết bị điện tử : máy tính xách tay, máy điện thoại, máy ảnh, máy mp3,… Nhược điểm có loại pin này là nhạy cảm với nhiệt độ cần có hệ thống điều tiết và kiểm soát nhiệt đô tối ưu và an toàn, giá thành còn đắt. Tuy nghiên pin sạc Lithium-ion có nhiều ưu điểm : không có hiệu ứng nhớ, sạc được nhiều lần (hơn 1200 lần) và đặc biệt mật độ năng lượng/khối lượng rất cao 200Wh/kg cho một cellule. Vì vậy có thể tích trự được nhiều năng lượng. Tuy nhiên nhược điểm của pin Lithium là phụ thuộc và nhiệt độ, vì vậy cần có hệ thống quản lý giám sát năng lượng.

Pack pin acquy Nissan Leaf 22kWh và cấu trúc hệ thống quản giám sát BMS

Pin Lithium dành cho ôtô điện, từ 1 cell với điện áp định mức 3.7V và mật độ năng lượng cao khoảng 30Ah (gấp hơn 15 lần 1 cell điện thoại di động) ghép nối tiếp và song song để tạo ra 1 module và từ các modules để tạo ra 1 pack pin. Hệ thống quản lý giám sát năng lượng pin BMS (Battery Management System) quản lý nhiệt độ, điện áp, dòng điện, hệ thống làm mát bởi các cảm biến cho mỗi module và thuật toán giám sát. Hệ thống này đảm bảo pin hoạt động trong điều kiện tối ưu năng lượng và an toàn trong các trường hợp va chạm mạnh do tai nạn hoặc ngập nước.

Phân bố giá thành của 1 pack pin acquy ôtô điện

Giá thành của cả khối pin ácquy tùy thuộc rất nhiều yếu tố : giá cell với mật độ năng lượng, số lượng, cấu tạo, khả năng tích trữ, BMS…. Hình trên cho một ví dụ về phân bố giá thành của 1 pack pin/kWh của ôtô điện 22kWh. Tổng chi phí bao gồm bảo hành, mất giá giữa các loại tiền là khoảng 800 $/kWh vào năm 2012. Giá này đã giảm nhiều bới giá cell/kWh đã giảm nhiều từ 2 năm trở lại đây.

So sánh xe ôtô Điện vs Xăng

Sự khác biệt giữa ba loại công nghệ : ôtô xăng/dầu / ôtô 100% điện / ôtô Hybrid và 1 ví dụ so sánh giữa 3 xe ôtô cùng nhóm Sedan từng được bầu là ôtô của năm Opel Insignia / Nissan Leaf / GM Chevrolet Volt được trình bày trong hình dưới.

EV_vs_ICE_2

So sánh ba loại công nghệ xe ôtô và giá bán tại Châu Âu. (*)Giá hiện tại ở Pháp : 0.12€/kWh giờ trung bình, 1.56€/lít xăng

Ôtô điện có rất nhiều ưu điểm :

  • cảm giác lái tuyệt vời bởi động cơ không gây tiếng ồn và tăng tốc rất nhanh bởi mômen xoắn cực đại lớn và có tức thì ngay tại 0 vòng/phút,
  • hiệu suất cao (từ 70-85%) gấp 2 đến 3 lần ôtô xăng/dầu (30-40%),
  • động cơ điện và hệ thống truyền lực đơn giản (hộp số 1 cấp) nên bền bỉ và chi phí bảo dưỡng ít hơn so với động cơ xăng/dầu,
  • không phụ thuộc vào dầu mỏ,
  • không thải trực tiếp khí ô nhiễm môi trường (kể cả khi tính khí thải môi trường do các nhà máy điện sản xuất ra điện để sạc pin, tỉ lệ tổng cộng khí thải CO2 của ôtô điện cũng rất thấp khoảng 10-14 g/km).

Tuy nhiên, vật cản lớn nhất của ôtô điện hiện tại vẫn là khả năng tích trữ năng lượng điện trong pin để có thể đi được 1 quãng đường dài, thời gian sạc pin theo khá lâu và giá thành sản xuất hiện tại đắt vì số lượng ít.

EV_vs_ICE_costSo sánh tổng chi phí/8 năm sử dụng của xe Nissan Leaf vs Open Insignia (giá mua không tính bonus/malus ở Pháp)

Hạn chế về quãng đường đi (175 / 950 km) và thời gian cho mỗi lần sạc pin/bơm xăng (6-8 tiếng / 5 phút), ngay cả khi được hỗ trợ từ chính phủ, giá thành hiện nay của xe Nissan Leaf vẫn đắt hơn 23% so với xe Opel Insignia. Tuy nhiên, ngoài cảm giác lái tuyệt vời, không thải khí thải ô nhiễm vào môi trường 0 g so với 1.74 tấn khí thải CO2 cho 15 nghìn km trung bình 1 năm của xe Insignia, chi phí bảo dưỡng ít hơn và chỉ phí nhiên liệu cho xe hàng năm của xe Leaf cũng rẻ hơn nhiều 300€ so với 2200€ chi phí sạc điện / đổ xăng. Vì vậy nếu tính tổng chi phí mua và sử dụng xe trong 8 năm ở Pháp (tuổi đời trung bình của xe và thời gian bảo hành của pin lithium), Nissan Leaf sẽ có lợi hơn. Tính đến nay, Nissan Leaf đã chạm ngưỡng 100 nghìn xe bán ra trên toàn thế giới kể từ khi xuất xưởng cuối năm 2010, chiếm 45% thị phần xe ôtô 100% điện.