Tại sao pin lithium điện năng cần một hệ thống quản lý pin? Các phương tiện sử dụng năng lượng mới được phát triển mạnh mẽ hiện nay chủ yếu được chia thành ba loại: Xe điện lai (HEV), Xe chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV) và Xe điện thuần túy (Electric Vehicle, EV). Ba loại xe điện này có những đặc điểm riêng khác nhau và cũng đang trong những giai đoạn phát triển khác nhau do cấu tạo và nguyên lý làm việc khác nhau.
Xe điện thuần túy sử dụng bộ pin năng lượng trên xe (chẳng hạn như pin lithium-ion, pin axit-chì, pin niken-kim loại hyđrua và pin niken-cadmium, v.v.) làm nguồn năng lượng duy nhất của chúng và được trang bị động cơ công suất cao để lái xe. Do đó, nó khác với các loại xe động cơ đốt trong truyền thống.
Sự khác biệt lớn nhất là hệ thống điều khiển và truyền động điện chỉ có ở xe điện thuần túy. So với xe điện hybrid, xe điện thuần túy có tiếng ồn thấp, không gây ô nhiễm, không khí thải và cấu trúc khung gầm đơn giản hơn; so với xe chạy bằng pin nhiên liệu, tất cả các khía cạnh của công nghệ tương đối hoàn thiện hơn, với độ tin cậy và an toàn cao hơn. Do đó, xe điện thuần túy đã được các chính phủ và các công ty xe hơi trên thế giới đánh giá cao, và nhiều công ty đã đạt được quy trình xử lý hàng loạt và bắt đầu hoạt động trình diễn ở một số khu vực.
Trong các loại xe chạy điện thuần túy, bộ pin lithium điện, là một trong những thành phần cốt lõi, chiếm tỷ trọng rất cao trong chi phí sản xuất toàn bộ xe, và hiệu suất của nó cũng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất lái xe và sự an toàn của toàn bộ xe. Hầu hết pin lithium năng lượng được sử dụng trong các loại xe điện thuần túy ban đầu là pin axit-chì.
Do mật độ năng lượng thấp, phạm vi bay ngắn và thời gian sử dụng ngắn, các loại pin này dần được thay thế bằng các sản phẩm như pin lithium-ion với những ưu điểm vượt trội. Pin Lithium-ion đã thu hút được sự quan tâm và sử dụng của nhiều nhà sản xuất xe điện trong và ngoài nước nhờ những ưu điểm như hiệu suất sạc và xả cao, mật độ năng lượng cao và độ bền cao.
Mặc dù pin lithium-ion có nhiều lợi thế so với các loại pin khác, chúng cũng bị giới hạn bởi các yếu tố như vật liệu tế bào và quy trình sản xuất hiện tại, dẫn đến sự khác biệt về điện trở bên trong, dung lượng và điện áp giữa các pin lithium-ion một cell. Do đó, trong thực tế sử dụng, các tế bào riêng lẻ bên trong bộ pin dễ bị tản nhiệt không đồng đều hoặc sạc và xả quá mức. Theo thời gian, những viên pin này trong điều kiện hoạt động kém có khả năng bị hỏng trước và tuổi thọ tổng thể của pin sẽ bị rút ngắn đáng kể.
Không những vậy, pin còn trong tình trạng sạc quá mức nghiêm trọng và có nguy cơ cháy nổ, gây hư hỏng bộ pin và đe dọa đến an toàn tính mạng của người dùng. Do đó, cần trang bị cho bộ pin lithium năng lượng trên xe điện một bộ hệ thống quản lý pin mục tiêu (Hệ thống quản lý pin, BMS), để theo dõi, bảo vệ, cân bằng năng lượng một cách hiệu quả và cảnh báo sự cố hỏng hóc của bộ pin, do đó cải thiện tổng thể pin lithium năng lượng. Hiệu quả làm việc và tuổi thọ của bộ pin.
Là trung tâm giám sát và quản lý các gói pin lithium chạy điện thuần túy cho xe điện, hệ thống quản lý pin phải theo dõi nhiệt độ, điện áp, dòng điện sạc và xả và các thông số liên quan khác của bộ pin theo thời gian thực và động, đồng thời chủ động thực hiện các biện pháp khẩn cấp để bảo vệ từng pin khi cần thiết. Cảnh giác với các nguy cơ sạc quá mức, xả quá mức, quá nóng và đoản mạch của bộ pin.
Ngoài ra, hệ thống cũng phải ước tính chính xác SOC của pin trong toàn bộ vòng đời của pin và cung cấp kịp thời các thông tin quan trọng như nguồn điện còn lại, phạm vi lái xe và các lỗi bất thường cho người lái xe theo cách phù hợp và đồng thời theo cách thích hợp. Một cách thích hợp để hoàn thành chức năng trao đổi dữ liệu giữa hệ thống và ECU của xe hoặc máy tính chủ.
Tuy nhiên, đây là những chức năng và hiệu suất mà BMS chỉ có thể đạt được trong điều kiện thiết kế tối ưu và lý tưởng. Hiện tại, tất cả các loại tai nạn xe điện liên quan đến nguồn điện pin lithium hoặc việc sử dụng thực tế các sản phẩm BMS trong ô tô nói chung. Có thể thấy từ hiệu suất mà các chức năng của hệ thống quản lý pin được sử dụng rộng rãi chưa đủ hoàn hảo, công nghệ chưa đủ trưởng thành, phạm vi sử dụng hạn chế và tính linh hoạt chưa mạnh. Các chi tiết có thể được tóm tắt trong năm khía cạnh sau:
① Hệ thống quản lý pin không đủ chính xác để thu thập các thông số liên quan của bộ pin lithium nguồn trong trường hợp sử dụng lâu dài.
② Hệ thống quản lý pin không thể hoàn toàn nhận ra ước tính chính xác giá trị SOC của bộ pin lithium nguồn trong toàn bộ vòng đời.
③ Hiệu quả kiểm soát cân bằng năng lượng giữa các ô riêng lẻ trong bộ pin cần được cải thiện hơn nữa.
④Các chức năng tự chẩn đoán và tự bảo trì của hệ thống quản lý pin cho chính nó và bộ pin không hoàn hảo.
⑤ Các sản phẩm hệ thống quản lý pin hiện tại thường được nhắm mục tiêu, phạm vi sử dụng bị hạn chế và tính linh hoạt và tính di động không đủ mạnh.
