Cấu tạo pin ô tô điện bao gồm nhiều lớp bảo vệ và tích hợp thêm hệ thống phần mềm quản lý pin thông minh. Pin xe điện nhìn bề ngoài giống như một chiếc hộp hình chữ nhật lớn. Bạn chắc hẳn đang nghĩ đây là một quả pin khổng lồ. Nhưng thực tế thì ngược lại. Quả pin lớn bạn nhìn thấy thực chất được cấu tạo từ hàng nghìn tế bào pin nhỏ được kết hợp lại với nhau.
Cấu tạo pin xe điện là một hệ thống được thiết kế vô cùng thông minh với nhiều lớp bảo vệ, hệ thống tế bào pin và phần mềm quản lý pin. Tất cả nhằm duy trì pin hoạt động hiệu quả và an toàn.
Hãy cùng DriveGreen tìm hiểu các nội dung chính dưới đây để hiểu rõ hơn về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của pin xe điện nhé:
- Cấu tạo pin xe ô tô điện
- Tìm hiểu tế bào pin xe điện
- Hệ thống làm mát pin
- Phần mềm quản lý pin
- Nguyên lý hoạt động của pin xe điện
Cấu tạo pin xe ô tô điện
Cấu tạo pin xe điện gồm 4 thành phần chính:
- Lớp vỏ: có chức năng bảo vệ pin khỏi các tác động cơ học
- Tế bào pin và mô đun: nơi tích trữ và cung cấp năng lượng cho xe
- Hệ thống làm mát pin: có tác dụng duy trì nhiệt độ tối ưu của pin xe
- Hệ thống quản lý pin: Kiểm tra, phát hiện và duy trì hoạt động tối ưu cho pin
Lớp vỏ pin xe điện
Vỏ pin xe điện không chỉ có một lớp mà được làm nhiều lớp gồm vỏ ngoài, vỏ chống va chạm, khay pin, khung pin và vỏ bảo vệ bên dưới pin.
Lớp vỏ pin ô tô điện thường được làm bằng chất liệu nhôm và thép. Lớp vỏ này đồng thời làm hai nhiệm vụ:
- Bảo vệ pin xe điện khỏi những tác động cơ học
- Kết nối các tế bào pin xe thành một khối hoàn chỉnh
Tế bào pin và các mô đun pin xe điện
Pin xe điện được tạo thành từ hàng trăm, thậm chí hàng nghìn các tế bào pin nhỏ giống như những quả pin mà chúng ta thường thấy. Các tế bào pin này được kết nối với nhau thành các mô đun. Mỗi bộ pin xe điện có thể có tới vài chục mô đun như vậy. Các tế bào pin riêng lẻ được bọc trong vỏ nhôm hoặc thép để kết nối với nhau và tránh các hư hỏng cơ học.
Tế bào pin xe điện có 3 loại phổ biến. Tên gọi của chúng được gọi theo hình dạng.
- Tế bào pin hình trụ: đây là định dạng được sử dụng phổ biến nhất. Lớp vỏ hình trụ giúp chúng có khả năng chống lại các cú sốc cơ học. Tế bào pin hình trụ cũng là loại tiết kiệm chi phí và dễ sản xuất nhất. Nhưng chúng lại bị hạn chế về công suất đầu ra.
- Tế bào pin dạng túi: các tế bào túi được bọc trong một vỏ nhựa mềm, giúp chúng sử dụng không gian rất hiệu quả. Tuy nhiên lớp vỏ mỏng manh này sẽ cần được trang bị thêm các lớp bảo vệ bổ sung để ngăn chặn tổn thương cơ học đối với tế bào.
- Tà tế bào pin hình lăng trụ: các tế bào hình lăng trụ có thể lớn hơn tới 20 đến 100 lần tế bào pin hình trụ. Bởi vì chúng sử dụng ít vật liệu hơn cho vỏ nên các tế bào hình lăng trụ có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn và cung cấp công suất cao hơn, đồng thời quản lý nhiệt tốt hơn các tế bào hình trụ.
Lý do các nhà sản xuất xe điện như Tesla, Lucid… lựa chọn cách nối hàng nghìn tế bào pin nhỏ với nhau mà không sản xuất một khối pin lớn là do giá thành. Các công ty này khẳng định việc sản xuất các tế bào pin nhỏ sẽ rẻ hơn rất nhiều nếu sản xuất số lượng lớn. Tuy nhiên, Tesla đang có kế hoạch chuyển sang sử dụng tế bào pin hình trụ lớn hơn để giảm số lượng kết nối trong bộ pin ô tô của họ.
Hệ thống làm mát pin
Pin xe điện luôn được gắn với hệ thống làm mát để duy trì nhiệt độ tối ưu và sự an toàn cho pin xe.
Hiện nay có 2 hệ thống làm mát pin phổ biến bao gồm:
- Làm mát bằng không khí: sử dụng quạt để luân chuyển không khí.
- Làm mát bằng chất lỏng: liên quan đến việc luân chuyển các loại chất làm mát qua bộ pin để tản nhiệt hiệu quả hơn.
Công nghệ làm mát phổ biến nhất là sử dụng chất làm mát dạng lỏng như nước, chất làm lạnh hoặc ethylene glycol để làm mát pin. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng sử dụng chất làm mát được lưu thông bằng bơm điện. Bộ tản nhiệt được sử dụng trong vòng làm mát để giải phóng nhiệt ra không khí xung quanh.
Chất lỏng đi qua các ống, tấm lạnh hoặc các bộ phận khác bao quanh tế bào pin và mang nhiệt đến vị trí khác, chẳng hạn như bộ tản nhiệt hoặc bộ trao đổi nhiệt đẩy nhiệt ra không khí xung quanh. Hệ thống các ống dẫn chất lỏng sẽ ngăn cản sự tiếp xúc điện trực tiếp giữa các tế bào pin và chất lỏng làm mát.
Phần mềm pin EV
Pin xe điện sử dụng phần mềm quản lý pin BMS để theo dõi tất cả các thông số của pin. Các mô-đun pin và bản thân bộ pin được gắn một loạt cảm biến để giám sát năng lượng được cung cấp bởi từng bộ phận cũng như nhiệt độ của bộ pin.
Nếu pin có dấu hiệu quá nóng hệ thống quản lý pin BMS sẽ luân chuyển chất làm mát qua bộ pin để tỏa nhiệt và đưa nhiệt độ về mức tối ưu nhất.
Tương tự khi pin hoạt động trong thời tiết lạnh thì phần mềm điều khiển và BMS sẽ sử dụng năng lượng lưới (nếu được cắm điện) hoặc có thể là một số năng lượng từ pin để làm nóng pin.
Pin xe điện hoạt động như thế nào?
Hiện nay xe điện sử dụng chủ yếu là pin Lithium – ion. Pin Lithium-ion có 2 cực là cực dương và cực âm.
- Cực âm tích điện dương và thường được làm từ hỗn hợp lithium, niken, coban và manga
- Trong khi cực dương tích điện âm thường được chế tạo từ bằng than chì.
Cực âm và cực dương của tế bào pin được ngăn cách bằng tấm màng làm bằng vật liệu nhựa PE hoặc PP. Tấm màng này có các lỗ nhỏ để cho các ion lithium đi qua.
Pin xe điện hoạt động theo chu kỳ sạc và xả:
- Quá trình xả: xảy ra khi pin cung cấp năng lượng cho xe. Lúc này sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện. Các ion sẽ chảy qua dải phân cách từ cực âm sang cực dương trong pin. Đồng thời ở mạch bên ngoài các electron sẽ chuyển động từ cực âm sang cực dương để sinh ra dòng điện từ cực dương sang cực âm cho tải bên ngoài.
- Quá trình sạc: là quá trình đảo ngược của quá trình xả. Khi pin ở trạng thái sạc – tế bào pin được tích điện thì electron từ nguồn năng lượng bên ngoài sẽ di chuyển theo hướng từ dương sang âm. Song song đó quá trình đảo ngược cũng diễn ra trong tế bào pin. Các electron sẽ di chuyển từ cực âm trở lại cực dương làm tăng năng lượng cho tế bào.
Công nghệ pin xe điện trong tương lai
Công nghệ pin luôn thay đổi và ngày càng phát triển. Mặc dù xe điện ngày nay chủ yếu sử dụng gói Lithium-ion nhưng các nhà khoa học đang đẩy mạnh quá trình nghiên cứu ra các loại pin mới. Ví dụ như pin thể rắn với mật động năng lượng cao hơn, phạm vi di chuyển dài hơn là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn mà nhiều nhà sản xuất đang đầu tư vào. Dù sao đi nữa, tương lai của xe chạy bằng pin vẫn đầy hứa hẹn.
