Sạc pin lithium-ion ở các tốc độ khác nhau giúp tăng tuổi thọ của bộ pin cho xe điện

Sạc pin lithium-ion ở các tốc độ khác nhau giúp tăng tuổi thọ của bộ pin cho xe điện

    Sạc pin lithium-ion ở các tốc độ khác nhau giúp tăng tuổi thọ của bộ pin cho xe điện
    bởi Adam Hadhazy, Đại học Stanford

    electric vehicle
    Ảnh: Pixabay / CC0
    Các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford đã phát minh ra một phương pháp mới để làm cho pin lithium-ion có tuổi thọ cao hơn và ít bị hư hỏng hơn khi sạc nhanh.

    Nghiên cứu được công bố ngày 5 tháng 11 trên tạp chí IEEE Trans Transaction on Control Systems Technology cho thấy việc quản lý tích cực lượng dòng điện chạy đến từng tế bào trong một gói thay vì phân phối điện tích một cách đồng nhất có thể giảm thiểu hao mòn như thế nào. Phương pháp này cho phép mỗi tế bào sống tốt nhất và lâu nhất - một cách hiệu quả.

    Theo giáo sư Stanford và tác giả nghiên cứu cao cấp Simona Onori, các mô phỏng ban đầu cho thấy pin được quản lý bằng công nghệ mới có thể xử lý chu kỳ sạc-xả nhiều hơn ít nhất 20%, ngay cả khi sạc nhanh thường xuyên, điều này gây thêm căng thẳng cho pin.

    Hầu hết các nỗ lực trước đây để kéo dài tuổi thọ pin ô tô điện đều tập trung vào việc cải thiện thiết kế, vật liệu và sản xuất các tế bào đơn lẻ, dựa trên tiền đề rằng, giống như các mắt xích trong một chuỗi, một bộ pin chỉ tốt bằng tế bào yếu nhất của nó. Nghiên cứu mới bắt đầu với sự hiểu biết rằng mặc dù các liên kết yếu là điều không thể tránh khỏi - do sự không hoàn hảo trong quá trình sản xuất và do một số tế bào thoái hóa nhanh hơn những tế bào khác khi chúng tiếp xúc với những căng thẳng như nhiệt - chúng không cần thiết phải làm hỏng toàn bộ tế bào. Điều quan trọng là điều chỉnh tốc độ sạc phù hợp với dung lượng duy nhất của mỗi tế bào để ngăn chặn lỗi.

    Onori, trợ lý giáo sư về kỹ thuật khoa học năng lượng tại Stanford Doerr, cho biết: “Nếu không được xử lý đúng cách, sự không đồng nhất giữa tế bào với tế bào có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ, sức khỏe và sự an toàn của bộ pin và gây ra sự cố bộ pin sớm”. Trường phái Bền vững. "Phương pháp tiếp cận của chúng tôi cân bằng năng lượng trong mỗi tế bào trong gói, đưa tất cả các tế bào đến trạng thái sạc mục tiêu cuối cùng một cách cân bằng và cải thiện tuổi thọ của gói."

    Được truyền cảm hứng để chế tạo pin hàng triệu dặm

    Một phần của động lực cho nghiên cứu mới bắt nguồn từ thông báo năm 2020 của Tesla, công ty sản xuất ô tô điện, về việc nghiên cứu "pin triệu dặm". Đây sẽ là loại pin có khả năng cung cấp năng lượng cho ô tô đi được 1 triệu dặm trở lên (với sạc thường xuyên) trước khi đạt đến điểm, giống như pin lithium-ion trong điện thoại hoặc máy tính xách tay cũ, pin của EV chứa quá ít điện năng để hoạt động .

    Loại pin như vậy sẽ vượt quá bảo hành thông thường của các nhà sản xuất ô tô đối với pin xe điện là tám năm hoặc 100.000 dặm. Mặc dù các bộ pin thường tồn tại lâu hơn bảo hành, nhưng niềm tin của người tiêu dùng vào xe điện có thể được củng cố nếu việc thay thế bộ pin đắt tiền trở nên hiếm hơn. Một loại pin vẫn có thể sạc sau hàng nghìn lần sạc cũng có thể dễ dàng tạo ra quá trình điện khí hóa cho các xe tải đường dài và áp dụng cái gọi là hệ thống nối xe với lưới điện, trong đó pin EV sẽ lưu trữ và cung cấp năng lượng tái tạo cho lưới điện.

    Onori nói: “Sau đó, người ta giải thích rằng khái niệm pin triệu dặm không thực sự là một hóa học mới, mà chỉ là một cách để vận hành pin bằng cách không làm cho nó sử dụng hết phạm vi sạc đầy. Nghiên cứu liên quan tập trung vào các tế bào lithium-ion đơn lẻ, thường không bị mất khả năng sạc nhanh như các bộ pin đầy.

    Hấp dẫn, Onori và hai nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của cô — học giả sau tiến sĩ Vahid Azimi và Ph.D. sinh viên Anirudh Allam — đã quyết định điều tra cách quản lý sáng tạo các loại pin hiện có có thể cải thiện hiệu suất và tuổi thọ sử dụng của một bộ pin đầy, có thể chứa hàng trăm hoặc hàng nghìn ô.

    Mẫu pin có độ trung thực cao

    Bước đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình máy tính có độ trung thực cao về hoạt động của pin thể hiện chính xác những thay đổi vật lý và hóa học diễn ra bên trong pin trong suốt thời gian hoạt động của nó. Một số thay đổi này diễn ra trong vài giây hoặc vài phút — những thay đổi khác trong nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm.

    Onori, giám đốc Phòng thí nghiệm kiểm soát năng lượng Stanford cho biết: “Theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi, không có nghiên cứu nào trước đây sử dụng loại pin có độ trung thực cao, nhiều lần mà chúng tôi đã tạo ra”.

    Chạy mô phỏng với mô hình cho thấy rằng một bộ pin hiện đại có thể được tối ưu hóa và kiểm soát bằng cách nắm bắt sự khác biệt giữa các tế bào cấu thành của nó. Onori và các đồng nghiệp hình dung mô hình của họ sẽ được sử dụng để hướng dẫn phát triển hệ thống quản lý pin trong những năm tới có thể dễ dàng triển khai trong các thiết kế xe hiện có.

    Không chỉ xe điện mới được hưởng lợi. Onori cho biết, hầu như bất kỳ ứng dụng nào "gây căng thẳng cho pin nhiều" đều có thể là một ứng cử viên sáng giá để quản lý tốt hơn. Một ví dụ? Máy bay giống máy bay không người lái với khả năng cất và hạ cánh thẳng đứng bằng điện, đôi khi được gọi là eVTOL, mà một số doanh nhân mong đợi sẽ hoạt động như taxi hàng không và cung cấp các dịch vụ di chuyển hàng không đô thị khác trong thập kỷ tới. Tuy nhiên, các ứng dụng khác cho bột pin lithium-ion có thể sạc lại bao gồm hàng không chung và lưu trữ quy mô lớn năng lượng tái tạo.

    Onori nói: “Pin Lithium-ion đã thay đổi thế giới theo nhiều cách. "Điều quan trọng là chúng ta nhận được nhiều nhất có thể từ công nghệ biến đổi này và những người kế nhiệm của nó."

    Zalo
    Hotline