Tất cả những gì bạn muốn biết về ắc quy xe điện

Tốc độ, quãng đường đi được, mô-men xoắn và tất cả các thông số quan trọng như vậy của một chiếc ô tô điện chỉ phụ thuộc vào đặc điểm kỹ thuật của động cơ và bộ pin được sử dụng trên xe. Mặc dù sử dụng động cơ mạnh mẽ không phải là vấn đề lớn, nhưng vấn đề nằm ở việc thiết kế một Bộ pin có thể cung cấp đủ dòng điện cho động cơ trong thời gian dài mà không làm giảm tuổi thọ của nó. Để đối phó với điện áp và nhu cầu hiện tại, các nhà sản xuất EV phải kết hợp hàng trăm, nếu không muốn nói là hàng nghìn ô với nhau để tạo thành một Bộ pin cho một chiếc ô tô duy nhất. Để đưa ra ý tưởng, Tesla Model S có khoảng 7.104 ô và chiếc Nissan lá có khoảng 600 ô. Số lượng lớn này cùng với tính chất không ổn định của các tế bào Lithium gây khó khăn cho việc thiết kế Bộ pin cho Ô tô điện. Trong bài viết này, hãy cùng chúng tôi khám phá cách Bộ pin xe điện được thiết kế cho xe điệnvà các thông số quan trọng liên quan đến pin phải được quan tâm là gì.

Bên trong Bộ Pin Xe Điện là gì?

Nếu bạn đã đọc bài viết Giới thiệu về xe điện, bạn sẽ trả lời được câu hỏi ngay bây giờ. Đối với những người chưa quen, hãy để tôi cung cấp thông tin nhanh cho bạn. Hình ảnh dưới đây cho thấy gói pin của Nissan Leaf được tách ra thành từng ô từ Gói của nó.

Ô tô điện hiện đại sử dụng pin Lithium để cung cấp năng lượng cho ô tô của họ do một số lý do rõ ràng mà chúng ta sẽ thảo luận ở phần sau của bài viết này. Tuy nhiên, những loại pin Lithium này chỉ có khoảng 3,7V mỗi cell trong khi một chiếc Xe ô tô EV yêu cầu một nơi nào đó gần 300V. Để đạt được điện áp cao và đánh giá Ah, các tế bào Lithium được kết hợp nối tiếp và kết hợp song song để tạo thành các mô-đun và các mô-đun này cùng với một số mạch bảo vệ (BMS) và hệ thống làm mát được bố trí trong một vỏ cơ khí được gọi chung là Bộ pin như hình trên.

Các loại pin

Trong khi hầu hết các xe ô tô sử dụng Pin Lithium, chúng tôi không chỉ giới hạn ở nó. Có nhiều loại hóa học pin có sẵn. Nói chung, pin có thể được phân thành ba loại.

Pin chính: Đây là loại pin không thể sạc lại. Đó là nó có thể chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện chứ không phải ngược lại. Một ví dụ sẽ là pin Alkaline (AA, AAA) được sử dụng cho đồ chơi và điều khiển từ xa.

Pin thứ cấp: Đây là những loại pin mà chúng tôi quan tâm đến cho các loại xe điện. Nó có thể chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện để cung cấp năng lượng cho EV và cũng có thể chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng hóa học một lần nữa trong quá trình sạc. Loại pin này thường được sử dụng trong điện thoại di động, EV và hầu hết các thiết bị điện tử cầm tay khác.

Pin dự trữ: Đây là loại pin đặc biệt được sử dụng trong các ứng dụng rất độc đáo. Như tên gọi, pin được giữ ở dạng dự trữ (ở chế độ chờ) trong phần lớn thời gian sử dụng và do đó có tốc độ tự xả rất thấp. Ví dụ sẽ là pin áo phao.

Hóa học cơ bản của pin

Như đã nói trước đó, có nhiều loại hóa chất khác nhau dành cho pin. Mỗi hóa học đều có ưu và nhược điểm riêng. Nhưng không phân biệt loại hóa học, có một số điểm chung cho tất cả các loại pin, chúng ta hãy xem xét chúng mà không cần tìm hiểu nhiều về hóa học của nó.

Có ba lớp chính trong pin, chúng là Cathode, Anode và Separator. Cathode là lớp tích cực của pin và anode là lớp âm của pin. Khi một tải được kết nối với các cực của pin, dòng điện (điện tử) chạy từ Anốt sang Cathode. Tương tự như vậy khi một bộ sạc được kết nối với các cực của pin, dòng electron sẽ bị đảo ngược, đó là từ Cathode sang Anode như thể hiện trong hình trên.

Để bất kỳ pin nào hoạt động, một phản ứng hóa học được gọi là Phản ứng oxy hóa-khử sẽ diễn ra. Đôi khi còn được gọi là phản ứng oxy hóa khử. Phản ứng này xảy ra giữa cực dương và cực âm của pin thông qua chất điện phân (chất phân tách). Phía Anode của pin sẽ sẵn sàng nhận các electron và do đó phản ứng Oxi hóa sẽ xảy ra và phía Cathode của pin sẽ sẵn sàng để các electron rời và do đó sẽ xảy ra Phản ứng khử. Do phản ứng này các ion được chuyển từ Cathode sang phía Anode của pin thông qua bộ phân tách. Kết quả là sẽ có nhiều ion tích tụ trong Anode. Để trung hòa Anode này phải đẩy các electron từ phía bên của nó sang Cathode.

Nhưng Bộ phân tách chỉ cho phép dòng ion đi qua nó và chặn mọi chuyển động của điện tử từ Cực dương sang Cực âm. Vì vậy, cách duy nhất để pin có thể chuyển các electron là thông qua các cực bên ngoài của nó, đây là lý do tại sao khi chúng ta kết nối một tải với các cực của pin, chúng ta sẽ nhận được một dòng điện (electron) chạy qua nó.

Các nguyên tắc cơ bản về hóa học pin Lithium

Vì chúng ta sẽ thảo luận về pin lithium vì chúng là loại pin được ưu tiên nhất cho EV nên hãy tìm hiểu kỹ hơn một chút về hóa học của nó. Có rất nhiều loại trong Pin Lithium, Lithium niken coban Aluminium (NCA), Lithium-niken mangan coban (NMC), Lithium-mangan Spinel (LMO), Lithium Titanate (LTO), Lithium-iron Phosphate (LFP) là nhiều nhất những cái chung. Một lần nữa, mỗi chất hóa học có những đặc tính riêng được nhóm Tư vấn Boston minh họa rõ nét dưới đây.

Trong số này, Lithium niken Coban Aluminium được sử dụng nhiều nhất vì giá thành rẻ. Chúng ta sẽ đi sâu vào các tham số này ở phần sau của bài viết này. Nhưng một điểm chung mà bạn có thể nhận thấy ở đây là Lithium có mặt trong tất cả các loại pin. Điều này chủ yếu là do cấu hình electron của Lithi. Một nguyên tử kim loại Lithium trung tính được hiển thị dưới đây.

Nó có số nguyên tử là 3 nghĩa là 3 electron sẽ ở xung quanh nuclease của nó và lớp vỏ ngoài cùng chỉ có một electron hóa trị. Trong quá trình phản ứng, điện tử hóa trị này bị kéo ra do đó cho chúng ta một điện tử và một ion liti với hai điện tử tạo thành một ion liti. Như đã thảo luận trước đó, điện tử sẽ chạy như dòng điện qua các cực bên ngoài của pin và ion lithium sẽ chảy qua chất điện phân (chất phân tách) trong phản ứng oxy hóa khử.

Khái niệm cơ bản về pin xe điện

Bây giờ chúng ta đã biết cách hoạt động của pin và cách nó được sử dụng trong Xe điện, nhưng để tiếp tục từ đây chúng ta cần hiểu một số thuật ngữ cơ bản thường được sử dụng khi thiết kế một bộ pin. Hãy để chúng tôi thảo luận về chúng…

Xếp hạng điện áp: Hai xếp hạng rất phổ biến mà bạn có thể thấy để được đánh dấu trên pin là xếp hạng điện áp của nó và Xếp hạng Ah. Pin axít chì thường là loại 12V và pin lithium là loại 3,7V. Đây được gọi là điện áp danh định của pin. Điều này không có nghĩa là pin sẽ cung cấp 3,7V trên các thiết bị đầu cuối của nó mọi lúc. Giá trị của điện áp sẽ thay đổi tùy theo dung lượng của pin. Chúng ta sẽ thảo luận