Phát hiện lỗi pin nhanh hơn để cải thiện độ an toàn của xe điện
bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia
Một cục pin đã sẵn sàng để thử nghiệm trong một hầm chứa, bao gồm nhiều lớp chắn và tường bê tông, tại Phòng thí nghiệm thử nghiệm lạm dụng pin của Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia. Các nhà khoa học của Sandia đang nỗ lực tìm ra các phương pháp phát hiện lỗi trong pin xe điện trước khi pin bắt lửa. Nguồn: Craig Fritz
Pin trong xe điện có thể hỏng nhanh, đôi khi bắt lửa mà không có nhiều cảnh báo. Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia đang nỗ lực phát hiện sớm những lỗi này và cung cấp đủ thời gian cảnh báo cho người ngồi trên xe.
Mặc dù xe điện có hệ thống phát hiện các vấn đề về hiệu suất với pin lithium-ion, nhưng các hệ thống này không tập trung vào các mối lo ngại về an toàn sắp xảy ra.
"Bản chất của các vụ cháy pin có thể thay đổi rất nhiều, tùy thuộc vào chế độ hỏng. Một số pin tự nóng lên trong nhiều giờ, trong khi những pin khác thì đột ngột và hung hãn", Alex Bates, thành viên của nhóm an toàn pin của Sandia cho biết. "Pin bắt đầu nóng lên không kiểm soát được, cuối cùng dẫn đến hỏa hoạn".
Các phép đo hiện tại trong hệ thống quản lý pin ghi lại nhiệt độ và điện áp, nhưng đây là những chỉ báo trễ về các vấn đề an toàn. Điều này có nghĩa là cảnh báo có thể không xuất hiện cho đến khi quá muộn—khi pin sắp bắt lửa hoặc đã bắt lửa.
"Chúng tôi tập trung vào việc kéo dài thời gian cảnh báo", Loraine Torres-Castro, trưởng nhóm an toàn pin của Sandia cho biết. "Mục tiêu của chúng tôi là hệ thống chẩn đoán sẽ đưa ra cảnh báo sớm, cho phép có thời gian để đỗ xe an toàn và ra khỏi xe". Bà nói thêm rằng mục tiêu cuối cùng là tích hợp hệ thống cảnh báo này vào bảng điều khiển của ô tô.
BATLab
Để đạt được điều này, Torres-Castro và nhóm của bà đã thử nghiệm các phương pháp chẩn đoán thương mại có sẵn trên các cell đơn và bộ pin tại Phòng thí nghiệm kiểm tra tình trạng lạm dụng pin.
"Mục tiêu của chúng tôi là đánh giá chuẩn các giải pháp có sẵn trên thị trường cho các lỗi khác nhau có phản ứng khác nhau và yêu cầu chẩn đoán phù hợp", Torres-Castro cho biết. "Một kích thước không phù hợp với tất cả. Chúng tôi tìm cách xác định các công cụ cụ thể có thể cung cấp cảnh báo sớm cho các điều kiện hỏng hóc cụ thể, hóa chất pin và kỹ thuật pin".
Sandia có vị thế độc đáo để thực hiện công việc này, không chỉ vì BATLab.
"Chúng tôi có chuyên môn sâu rộng trong nhóm của mình", Torres-Castro cho biết. "Chúng tôi hiểu khoa học vật liệu, điện hóa học, kỹ thuật và quan trọng nhất là cách thức và lý do tại sao pin hỏng".
Một bài báo được công bố vào đầu năm nay trên Tạp chí Hiệp hội Điện hóa mô tả nghiên cứu của Sandia đã thu hút được sự chú ý đáng kể.
"Đó là công trình quan trọng. Ngành công nghiệp quan tâm đến lĩnh vực này. Nó vẫn còn rộng mở", Bates cho biết. "Bản thảo này phần lớn đã bắt đầu cuộc trò chuyện hoặc ít nhất là đưa nó lên hàng đầu về an toàn pin cho xe điện".
Bài báo nêu bật các kỹ thuật được sử dụng để phát hiện các dấu hiệu hỏng hóc và có ý nghĩa vượt ra ngoài pin cho xe điện.
"Chúng tôi đang làm việc với một tổ chức tại Hàn Quốc để đánh giá khả năng sử dụng kỹ thuật này trong các hệ thống lưu trữ năng lượng lưới điện. Chúng tôi đang nói về các loại pin lớn", Torres-Castro giải thích.
Các bước tiếp theo
Torres-Castro và Bates đồng ý rằng vẫn còn nhiều việc phải làm để phát hiện lỗi pin xe điện.
"Giai đoạn tiếp theo là tìm hiểu các hạn chế và áp dụng các thuật toán học máy vào các tập dữ liệu", Bates cho biết. "Chúng tôi cần các phương pháp khác để kiểm tra tín hiệu và đảm bảo rằng tín hiệu nhanh, chính xác và không phải là kết quả dương tính giả".
Một lĩnh vực trọng tâm khác là phát triển công nghệ cảm biến đến mức các cảm biến đưa ra nhiều cảnh báo hơn.
"Các công cụ này cũng có thể kích hoạt các biện pháp giảm thiểu. Ví dụ, khi nhận được cảnh báo, hệ thống có thể kích hoạt hệ thống quản lý nhiệt của pin để bắt đầu làm mát pin", Torres-Castro cho biết.
Bước tiếp theo, Sandia sẽ có các cụm pin từ xe điện trong phòng thí nghiệm. Các ô pin sẽ được tháo rời và thử nghiệm ở các quy mô khác nhau để kiểm tra các hạn chế của chẩn đoán hiện tại trên thị trường.
"Thật thú vị khi được đi đầu trong lĩnh vực an toàn pin thực tế, nơi công việc của chúng tôi sẽ mở rộng ra ngoài phòng thí nghiệm", Torres-Castro cho biết.
Bates nói thêm, "Chúng tôi luôn hào hứng với khoa học".
