Chuyên gia phân tích những thách thức về "sức khỏe" của pin xe điện

Dưới đây, PGS.TS. Đàm Hoàng Phúc - Giám đốc Chương trình đào tạo kỹ thuật ô tô, Đại học Bách Khoa Hà Nội đặt ra một số nhận định về thách thức của pin xe điện trong quá trình sử dụng. 

Lão hóa pin

Theo thời gian sử dụng, pin sẽ rơi vào tình trạng lão hóa và được phân thành hai loại. Đầu tiên, quá trình lão hóa liên quan đến sự xuống cấp có thể theo dõi được.

Đối với loại lão hóa thứ hai, sẽ không có bất kỳ dấu hiệu cụ thể nào cho đến khi xảy ra sự cố lớn hoặc thay đổi nhanh chóng về hiệu suất. Trường hợp này vô cùng nguy hiểm khi phần lớn hệ thống pin được sản xuất để trang bị cho các mẫu xe điện hiện nay là pin Lithium-ion.

Để cung cấp năng lượng vận hành xe, cần hàng ngàn viên pin lithium-ion kết hợp lại trong một bộ pin. Theo thời gian, các hạt lithi cực nhỏ sẽ tạo ra cấu trúc sợi được gọi là dendrite trên cực dương carbon. Khi cấu trúc này đủ lớn, hiện tượng đoản mạch có thể xảy ra và làm nhiệt độ tăng đột ngột, dẫn đến cháy nổ pin.

Vấn đề đảm bảo an toàn đối với pin cần phải được giải quyết triệt để bởi các nhà sản xuất ô tô trên thế giới. Họ nên đảm bảo bằng cách cải thiện chất lượng chế tạo ra các cell pin, và sẽ phải kiểm soát chặt chẽ từ khâu sản xuất vật liệu cho đến đóng thành các cell pin.

Tuổi thọ hữu ích của pin

Sự suy giảm dung lượng hữu dụng theo thời gian sử dụng là yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin xe điện. Các yếu tố ảnh hưởng nghiêm trọng đến dung lượng hữu dụng của pin bao gồm nhiệt độ môi trường, cường độ dòng phóng, cường độ dòng sạc (sạc nhanh), độ sâu xả (DoD), khoảng thời gian giữa các chu kỳ sạc đầy.

Nếu điện áp của sạc cao hơn điện áp sạc tối đa thì pin sẽ bị quá tải. Nếu nó thấp hơn điện áp phóng giới hạn, thì sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện quá mức. Do đó, có hai ngưỡng tới hạn, được xác định dựa trên loại pin Li-ion. Đối với loại pin LiCoO2, điện áp tối đa là 4,35v và LiFePO4 là 3,7v.

Pin xe điện đã được thiết kế để hoạt động trong phạm vi chấp nhận được, vì vậy bất kỳ trường hợp sạc/xả quá mức nào cũng có thể đẩy nhanh quá trình xuống cấp của pin và rút ngắn tuổi thọ hữu ích của pin.

Tuy nhiên, ngay cả trong phạm vi chấp nhận được, tốc độ xuống cấp của pin vẫn phụ thuộc vào cường độ dòng sạc hoặc phóng. Thông thường, cường độ dòng phóng phụ thuộc trực tiếp vào điều kiện vận hành. Trong hầu hết các trường hợp, các nhà thiết kế xe điện đặt ngưỡng để giới hạn cường độ dòng phóng tối đa. Khi sạc, cường độ dòng sạc vẫn tương đối ổn định. Cường độ dòng sạc cao hơn có thể sạc pin nhanh hơn. Mặt khác, nó cũng có thể làm giảm tuổi thọ của pin. Hệ thống quản lý pin (BMS) tốt sẽ điều khiển được sự cân bằng giữa tốc độ sạc và tác động của tốc độ này đối với tuổi thọ của pin.

Bên cạnh đó, quá trình sạc pin rất "nhạy cảm" với nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ thấp làm giảm tuổi thọ của pin do điện trở bên trong tăng lên. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hơn, không chỉ tuổi thọ của pin giảm mà nguy cơ hỏng hóc nghiêm trọng cũng cao hơn.