CẤU TẠO KHỐI PIN CỦA XE Ô TÔ ĐIỆN

           Ngày nay, pin Li-ion được dùng phổ biến trên các dòng xe ô tô điện do chúng có mật độ năng lượng và hiệu suất cao. Tuy nhiên, chúng lại tiền ẩn những nguy cơ như sốc điện và cháy nổ. Hệ thống quản lý pin ( Battery Management System - BMS) giúp duy trì hiệu suất của khối pin. Nó giúp cho khối pin khỏi việc bị hư hỏng do việc sạc quá áp. BMS sẽ duy trì cho khối pin làm việc dưới điều kiện an toàn bằng cách theo dõi điện áp nạp và sẽ dừng nạp khi đạt điện áp yêu cầu. BMS cũng đo đạc trạng thái sạc thông qua thông số là dung lượng của pin. Có thể nói BMS giúp duy trì và kéo dài tuổi thọ của pin.

          Khối pin trên xe điện thường được cấu tạo từ những cell pin có dạng hình túi. Các cell sau đó sẽ được mắc nối tiếp, song song với nhau để tạo thành các mô đun pin và khối pin có điện áp và dung lượng theo thiết kế của nhà sản xuất.

Bảng 1. Cấu trúc vật lý của các cell pin Li-ion

Như đã đề cập ở trên việc phóng nạp điện của khối pin phải được giám sát và điều khiển bởi BMS để đảm bảo khối pin làm việc an toàn và hiệu quả. Để làm được điều này BMS cần có những bộ phận sau:

Cảm biến nhiệt độ: Nhiệt độ của khối pin ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của nó. Khoảng nhiệt đọ làm việc của pin Li-ion là từ - 20⁰C ÷ 60⁰C. Ví dụ như cell pin Li-ion 18650 của Panasonic ở 25⁰C có mật độ năng lượng là 100 Wh/L nhưng khi ở nhiệt độ 40⁰C thì mật độ năng lượng chỉ còn 5Wh/L. Do đó việc trang bị cảm biến để đo nhiệt độ của pin và từ đó có những điều chỉnh kịp thời là vô cùng quan trọng. Các cảm biến nhiệt độ sẽ được bố trí tại các vị trí thích hợp trong khối pin. Nhà sản xuất sẽ sử dụng các chương trình mô phỏng để tìm ra vị trí thích hợp để đặt các cảm biến.

Cảm biến điện áp: Cần tối thiểu một kênh thu nhận điện áp cho mỗi cell pin. Hầu hết các loại xe điện đều có một thiết bị lập trình bổ sung để cảnh báo cho BMS bất cứ khi nào có một cell pin nào không được hoạt động trong dải điện áp cho phép. Việc thu nhận điện áp cũng giúp cho việc xác định trạng thái sạc (State of charge – SOC). Điện áp xác định càng chính xác thì việc xác định trạng thái sạc càng chính xác.

Cảm biến dòng điện: Để xác định trạng thái sạc của pin ta có thể sử dụng phương pháp đo điện áp hoặc phương pháp đo dòng điện thông qua cảm biến dòng điện. Những cảm biến dòng điện trên xe ô tô điện hiện nay có dải giá trị làm việc từ cỡ mA đến hàng nghìn Ampe.

Ngoài các cảm biến để lấy tín hiệu đầu vào thì BMS cần phải có hệ thống thông tin liên lạc với các hệ thống khác để thực hiện điều khiển các hoạt động tương ứng. Các hệ thống có liên lạc với BMS như các thiết bị điện tử công suất, hệ thống quản lý năng lượng…Thông thường chúng sẽ sử dụng đường truyền CAN (Controller Area Network). Bởi nó có thể đảm bảo sự giao tiếp trong điều kiện môi trường khắc nghiệt như nhiều tín hiệu nhiễu điện. Ngoài ra BMS còn bao gồm thiết bị lọc nhiễu điện từ (EMI) làm giảm ảnh hưởng của nhiễu lên cảm biến; các thiết bị cách điện để cách ly phần điện áp cao và phần điện áp thấp của bộ pin và bộ tiếp điểm để cắt dòng DC khi các sự cố nguy hiểm xảy ra.

Tác giả: Nguyễn Ngọc Đàm