Các loại pin cơ bản cho xe điện hybrid

Thứ tư, 25/10/2023, 13:49 (GMT+7)

Trong thập kỷ qua, công nghệ pin đã phát triển vượt bậc và nhiều loại pin có hiệu suất cao đã được phát triển. Do đó, nhiều loại pin có thể được sử dụng cho các ứng dụng xe hybrid. Trong bài viết này giới thiệu ngắn gọn một số loại pin tiêu biểu được sử dụng trong xe điện hybrid.

1. Ắc quy chì-axit

Pin axit-chì là một trong những loại pin có thể sạc lại lâu đời nhất. Hai loại ắc quy axit-chì, khởi động và chu kỳ sâu, được sử dụng cho các ứng dụng trên xe. Loại bắt đầu của pin axit-chì bao gồm nhiều bản mỏng để đạt được diện tích bề mặt tối đa để thu được đầu ra dòng điện tối đa, trong khi pin axit-chì chu kỳ sâu có các tấm dày hơn nhiều để đạt được thời gian tồn tại lâu hơn. Loại khởi động của ắc quy axit-chì được sử dụng để khởi động động cơ trong một chiếc xe thông thường và trong phần lớn thời gian còn lại, nó được giữ trong phao sạc trạng thái. Nếu loại pin này được sạc / xả liên tục, cũng như trường hợp của loại pin được sử dụng trong một chiếc xe hybrid, nó cuối cùng sẽ dẫn đến thiệt hại. Đối với các ứng dụng xe hybrid, các tế bào axit-chì chu kỳ sâu được thiết kế đặc biệt là cần thiết để chịu được việc sạc / thay đổi thường xuyên. Những ưu điểm chính của pin axit-chì bao gồm:

• Giá thành thấp hơn so với các loại pin khác;

• Điện áp mạch hở tế bào cao

• Dễ dàng tái chế các thành phần tế bào;

• Chỉ định SOC chính xác do chất điện phân tham gia phản ứng, do SOC có thể được xác định bằng cách đo trọng lượng riêng của chất điện phân.

Những nhược điểm chính bao gồm:

• Tuổi thọ của chu kỳ tương đối thấp (con số này thường chỉ khoảng 500–800 chu kỳ đầy đủ);

• Mật độ năng lượng thấp, thường là 30–40 Wh / kg;

• Tỷ lệ tự xả cao;

• Hiệu suất sạc / xả thấp.

2. Pin Nickel – Metal Hydride (NiMH)

Pin niken-kim loại hiđrua (NiMH) sử dụng hydro được hấp thụ trong hợp kim kim loại để chất âm hoạt động. Vì điện cực hiđrua kim loại có mật độ năng lượng cao hơn một điện cực cadmium, pin NiMH có dung lượng cao hơn và tuổi thọ cao hơn NiCd pin. Ngoài ra, pin NiMH không chứa cadmium, do đó nó được coi là loại pin thân thiện với môi trường. Năng lượng cụ thể cao hơn và tuổi thọ chu kỳ tốt làm cho pin NiMH rất thích hợp cho các ứng dụng HEV / EV.

3. Pin Lithium-ion (Li-ion)

Do các đặc tính nổi bật của lithium kim loại, pin lithium-ion đã nhanh chóng bắt đầu lĩnh vực xe điện hybrid và tất cả các loại xe điện chạy bằng pin. Pin Li-ion có hiệu suất cao, công suất cụ thể và mật độ năng lượng, tỷ lệ tự phóng điện thấp và tuổi thọ cao. Chúng cũng thân thiện với môi trường, vì các thành phần của chúng có thể được tái chế. Một tế bào pin lithium-ion chủ yếu bao gồm một điện cực dương (cực âm), một điện cực âm (cực dương), chất điện phân, bộ phân tách, chất kết dính và hai bộ thu dòng điện.

Hình 1. Các thành phần chính của Pin Li-ion

Chất điện phân của pin là thành phần cốt lõi của pin Li-ion và đóng một vai trò quan trọng trong vận chuyển các hạt ion liti giữa cực âm và cực dương. Phổ biến nhất chất điện phân đã sử dụng bao gồm muối liti, chẳng hạn như LiPF6, trong dung dịch hữu cơ. Ngoài muối liti, một số chất phụ gia cũng được bao gồm để cung cấp các đặc tính cần thiết cho dung dịch điện phân. Các chất phụ gia này cũng được sử dụng để cải thiện độ ổn định, ngăn ngừa sự hình thành đuôi gai và sự phân hủy của dung dịch, và các chất phụ gia cụ thể có tác dụng tuyệt vời ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của pin, đặc biệt là trong các ứng dụng EV năng lượng cao.

Công thức chất điện phân cụ thể khác nhau tùy thuộc vào cực dương và cực âm cụ thể vật liệu đang được sử dụng. Các tiêu chí chính để chọn một sản phẩm điện phân trong phép lai Các ứng dụng đẩy điện như sau:

• Vòng đời tốt;

• Tính ổn định nhiệt và thủy phân tuyệt vời;

• Độ dẫn điện cao;

• Tốc độ xả cao;

• Cải thiện đáng kể về hiệu suất phóng điện dòng lớn;

• Hoạt động tốt ở nhiệt độ cao;

• Hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp;

• Hiệu suất chống sạc quá mức tuyệt vời

Bộ tách pin đóng một vai trò quan trọng trong việc tách cực âm khỏi cực dương để điện có thể được tạo ra. Bộ tách pin là bộ đệm chạy bằng năng lượng và có thể được sản xuất bằng vải sợi thủy tinh hoặc màng nhựa dẻo làm từ nylon, polyetylen, hoặc nhựa polypropylene. Bộ phân tách phải có tính thấm và mỏng để cho phép các ion lithium tích điện để đi qua mà không bị cản trở và chúng phải chiếm không gian tối thiểu, để lại không gian cho các phần tử hoạt động cực âm / cực dương. Trong chu kỳ sạc, các ion lithium được sạc di chuyển từ cực âm, qua bình phân cách đến cực dương. Ngược lại, trong quá trình xuất viện, các ion lithium đã tích điện di chuyển từ cực dương, qua các bộ phân tách pin đến cực âm.

Trong cả hai chu kỳ tích điện hoặc phóng điện, các điện tử di chuyển qua tải trọng bên ngoài từ cực âm / cực dương đến cực dương / cực âm, dẫn đến dòng điện chạy qua tải. Các ion liti di chuyển qua bình tách nhờ dung dịch điện li.

Yêu cầu đối với bộ tách pin phụ thuộc vào hiệu suất cần thiết của pin trong các điều khoản về nhiệt độ hoạt động, tỷ lệ phí, độ an toàn và chi phí. Những cân nhắc chính khi chọn một dấu phân tách bao gồm:

• Cách điện điện tử;

• Điện trở kháng;

• Tính ổn định cơ học và kích thước;

• Khả năng chống phân hủy hóa học của chất điện phân, tạp chất và chất phản ứng điện cực;

• Hiệu quả trong việc ngăn chặn sự di chuyển của các hạt hoặc các chất dạng keo hoặc hòa tan giữa hai điện cực;

• Dễ bị thấm ướt bởi chất điện phân.

Vật liệu lá được sử dụng phổ biến nhất trong pin Li-ion là nhôm, đồng và niken. Thông thường, lá đồng được sử dụng cho bộ thu dòng điện cực dương được kết nối với điện cực âm và lá nhôm được sử dụng cho bộ thu dòng điện cực âm được kết nối với điện cực dương. Lá niken là chất dẫn điện và có giá thành cao hơn; do đó, nó thường được sử dụng khi có các yêu cầu về đặc tính chống ăn mòn cao và siêu mỏng.

So với lá đồng, lá niken được sản xuất rộng hơn và mỏng hơn. Các tính năng chính của giấy bạc là:

• Độ dẫn điện cao để giảm thiểu trở kháng của tế bào;

• Tuyệt vời cho các ứng dụng công suất cao - động cơ điện và dụng cụ điện;

• Khả năng chịu nhiệt - cung cấp độ bền kéo nhiệt và độ dẻo cao;

• Bề mặt nhẵn nhất quán - không có vết lồi lõm lớn;

• Sạch - không có ôxít và dầu;

• Xử lý bề mặt để tăng cường độ bám dính.