Lựa chọn loại pin

February 17, 2023

Có rất nhiều điều cần xem xét khi lựa chọn một hệ thống pin.Làm thế nào để nó tiêu thụ điện năng?Nó có yêu cầu sạc nhanh không?Nhiệt độ môi trường xung quanh trong quá trình sạc và xả là gì?Tổng tuổi thọ mong muốn?Giá?Tất cả những yếu tố này đều quan trọng.

Một số loại pin được sử dụng để dự phòng cho các hệ thống quan trọng như hỗ trợ sự sống, trong khi những loại khác chỉ đơn giản là giữ cho đèn sáng lâu hơn.Tuy nhiên, luôn luôn đáng để nghiên cứu phạm vi, quy mô và các yêu cầu bảo trì – để đầu tư đúng đắn.

Trước hết, điều quan trọng cần nhớ là pin là một bộ chuyển đổi năng lượng lưu trữ năng lượng hóa học.Năng lượng này được chuyển đổi thành điện năng khi nó hoàn thành mạch thông qua mạch ngoài, tải, v.v. hoặc ngược lại lấy năng lượng điện từ bộ sạc và lưu trữ dưới dạng năng lượng hóa học.

Một tụ điện cũng có thể được sạc lại bằng điện và phát ra năng lượng, nhưng trong trường hợp này, nó thực sự là một điện tích được lưu trữ.Xem bên dưới để biết tụ điện và pin.

Pin chì-axit

Ắc quy axit chì kín (VRLA, AGM / GEL) cỡ vừa và nhỏ, đôi khi được gọi hơi nhầm là ắc quy “không cần bảo dưỡng”.Chúng quản lý để cung cấp dòng điện lớn trong thời gian ngắn, nhưng để đạt được tổng dung lượng của pin, mức tiêu thụ điện năng phải tương đối thấp.Công suất danh định áp dụng bình thường với 20 giờ xả, với dòng điện cao hơn (thời gian ít hơn) tổng công suất trở nên thấp hơn.Mật độ năng lượng khoảng 30-50Wh/lít hoặc 20-30Wh/kg, điện áp di động danh định là 2V.

Ắc quy axit chì cung cấp một giải pháp tiết kiệm chi phí và tương đối dễ nạp và bảo dưỡng.Chúng không có cái gọi là hiệu ứng bộ nhớ, có thể được sạc lại ngay cả khi chúng không hoàn toàn trống, nhưng không bao giờ được xả hoặc chúng có thể bị phá hủy trong một thời gian ngắn.

Liti-ion

Pin lithium-ion có công suất rất cao so với khối lượng/trọng lượng, 320-380Wh/lít hoặc 150-200 Wh/kg và có thể là lựa chọn phù hợp khi trọng lượng đóng vai trò chính.Đắt hơn những hệ thống khác, nhưng giá đang giảm dần khi ngày càng có nhiều người bắt đầu sử dụng hệ thống này.Hiện tại, ngành công nghiệp ô tô là ngành ủng hộ mạnh mẽ nhất việc nghiên cứu pin dựa trên hóa học lithium.

Điện áp di động nằm ở mức 3,7V thường sử dụng một ô duy nhất, ví dụ như điện thoại di động.Li-Ion luôn có một mạch điện tử bổ sung nhỏ (Mô-đun mạch bảo vệ PCM) mang lại sự an toàn, ngăn ngừa tình trạng sạc quá mức/xả dưới mức, v.v. thời gian, xuống còn 2-3 giờ.Trong quá trình sạc, sự cân bằng (mức điện áp) giữa các ô riêng lẻ được theo dõi thường xuyên bằng một mạch điện tử đặc biệt (VBB) có thể là một bảng mạch riêng nhưng thường được kết hợp với mạch bảo vệ.Việc cân bằng có thể bị động hoặc chủ động khi cái sau cung cấp kết quả nhanh hơn và chính xác hơn.

Các tế bào được xây dựng cả hình trụ và hình lăng trụ (hình chữ nhật).Pin Li-Ion ngày càng trở nên phổ biến trong các ứng dụng có mức tiêu thụ điện năng từ thấp đến trung bình.

Lithium-ion Mangan dioxit là một biến thể được thiết kế cho dòng xả cao.Lithium-ion không có hiệu ứng bộ nhớ và không cần phục hồi, tốc độ tự xả thấp.Tuy nhiên, phải tính đến việc bảo vệ điện tử, v.v., có mức tiêu thụ nhất định.

Liti-Polyme Liti-ion Polyme

Pin Lithium-Polymer Lithium-ion Polymer Lithium-Polymer (Li-Pol) có thành phần hóa học tương tự như pin Li-ion thông thường.Việc xây dựng sao cho về nguyên tắc, người ta có thể định hình ô theo cách mong muốn, một giấc mơ đối với nhà thiết kế.Về cơ bản, không cần vỏ “cứng”, chỉ có lá nhựa hoặc nhôm và có thể được “ép” theo cách tối ưu, chẳng hạn như máy tính hoặc vỏ pin của điện thoại.Hoạt động như Li-Ion, tốt nhất với lưu lượng thấp hoặc trung bình, cần thời gian sạc lại lâu hơn một chút.Có thể thuận lợi về giá do sản xuất đơn giản hơn Li-Ion và là loại Li-cell phổ biến nhất trong các thiết bị di động hiện nay.

phốt phát sắt lithium-ion

Còn được gọi là tế bào Lithium Sắt Phosphate hoặc LiFe.Thuộc cùng một họ nhưng có cấu trúc hóa học khác và điện áp tế bào thấp hơn một chút, trên danh nghĩa là 3,2V, nhưng thường có công suất dòng cao và khả năng quay vòng tốt, lên đến 2000 chu kỳ đối với một số loại, thậm chí chúng có thể tải nhanh hơn các loại khác tế bào lithium-ion.Mật độ năng lượng khoảng 180Wh/lít hoặc 90Wh/kg.Chúng ổn định hơn và ít bị thoát nhiệt hơn so với lithium-ion / Lithium-Polymer thông thường và trong một số trường hợp yêu cầu các mạch giám sát đơn giản hơn một chút, chẳng hạn như cân bằng tích hợp điện áp giữa các tế bào được kết nối nối tiếp.

Một số hóa chất pin dựa trên Li-ion LiCoO2 Lithium-Koboltdioxid, LiMn2O4, Lithium-Mangan dioxide, LiNiO2 Lithium-Niken oxit là một số trong nhiều hóa chất pin có mật độ năng lượng trong khoảng 200-300 Wh / lít hoặc 100-130Wh / kg, một số hóa chất mới công thức hóa học có thể được mong đợi trong tương lai, chủ yếu được thúc đẩy bởi ngành công nghiệp ô tô hợp tác với các nhà sản xuất pin.

Lithium (tế bào sơ cấp)

Có nhiều công nghệ lithium khác nhau, tất cả đều được đặc trưng bởi mật độ năng lượng rất cao so với trọng lượng và thể tích cũng như thời hạn sử dụng dài, lên tới 10-15 năm.Điện áp tế bào 3,0-3,6V và được sản xuất với kích thước và hình dạng như tế bào tiêu dùng thông thường, cũng như để gắn PCB và sử dụng trong công nghiệp, để sao lưu bộ nhớ, v.v. Các loại phổ biến là lithium thionyl clorua (3,6 V) cho dòng điện vừa và nhỏ và Lithium-Sulfur dioxide và lithium-mangan dioxide (3.0V) cho dòng điện lớn, Loại thứ hai phổ biến trong ví dụ như một số máy ảnh và đèn pin.Ngày nay, thậm chí còn có một số nhà sản xuất tế bào lithium có điện áp 1,5V (lithium iron disulphide, LiFeS2) thay thế trực tiếp các tế bào tiêu dùng kiềm thông thường ở kích thước AAA và AA và trong pin 9V.Chúng có nhiều đặc tính tốt như khả năng chống lạnh tốt, thời hạn sử dụng rất dài, đặc tính dòng điện cao tốt, v.v.Giá cao hơn so với pin kiềm nhưng có thể vượt trội hơn do thời gian sử dụng lâu, một ví dụ kinh điển là pin 9V cho thiết bị báo khói có thể hoạt động tới 8-10 năm trước khi phải thay thế.

Pin thông minh, SM Bus, BMS, SBS, v.v.

Cái gọi là pin thông minh là thứ có thể được nhìn thấy với tần suất ngày càng tăng, còn được gọi là pin Thông tin (ví dụ: liên quan đến máy ảnh ) hoặc pin thông minh.Không thực sự gắn liền với bất kỳ hệ thống hóa chất cụ thể nào từ lâu đã được sử dụng trong một số loại pin máy tính xách tay và video nhất định và trong một số ngữ cảnh khác.Cái gọi là Mạch thông minh có chức năng như bộ đếm thời gian / thước đo năng lượng trên pin.

Một bảng mạch với bộ vi điều khiển, v.v. (Hệ thống quản lý pin BMS, SBS, Hệ thống pin thông minh) được tích hợp vào pin và đo chính xác năng lượng nạp vào và xả, nhiệt độ, số chu kỳ và các thông số khác.

Kết quả được trình bày trong màn hình hoặc màn hình của thiết bị đi kèm và bạn luôn có thể xem ví dụ như dung lượng còn lại tính bằng phần trăm hoặc thời gian hoạt động tính bằng giờ / phút, so với đồng hồ đo pin đơn giản trước đó ở dạng một vài đèn LED, thanh trong một màn hình LCD nhỏ hoặc tương tự, hiển thị đại khái trạng thái của pin.Thông tin giữa pin và thiết bị bên ngoài có thể ở các dạng khác nhau như bus dữ liệu vật lý, bus SM tiêu chuẩn thông thường, bus I2C, bus CAN, v.v.

Trên các hệ thống pin lớn hơn, chẳng hạn như xe điện hoặc hệ thống tương tự thường có nhiều bộ phận và mô-đun, dụng cụ, màn hình, điều khiển động cơ, v.v., mạch sạc, v.v., chia sẻ dữ liệu từ bus giao tiếp chung của pin.Các thành phần của pin và tế bào có thể được phân chia giữa các mô-đun chính và phụ, các nhà sản xuất khác nhau có thể sử dụng một số tên khác nhau cho các bộ phận, BMS, BMU, v.v.

tế bào nhiên liệu

Một hệ thống chuyển hóa năng lượng hóa học thành năng lượng điện một cách trực tiếp và liên tục.Có thể được ví như một cục pin có thể liên tục được nạp đầy nhiên liệu.Nhiên liệu phổ biến nhất là khí hydro, sau đó phân hủy điện hóa và thường sử dụng cái gọi là công cụ cải tổ để chuyển đổi nhiên liệu dựa trên hydrocacbon như metanol thành hydro và carbon dioxide.

Nguyên tắc đằng sau pin nhiên liệu đã có từ đầu những năm 1800, nhưng phải đến những năm 1950, các loại pin nhiên liệu thực tế hơn mới được sản xuất với hiệu quả cao.NASA và chương trình không gian là một yếu tố thúc đẩy và ngày nay bạn có thể mua các hệ thống thực tế, có thể sử dụng được.Về mặt lý thuyết, hiệu quả có thể đạt hơn 80% nhưng trên thực tế thường khoảng 50-60%.Khí thải từ pin nhiên liệu hoạt động liên tục là “sạch”, thường là nước thường nếu pin được cung cấp hydro chẳng hạn.

Tuổi thọ và tính kinh tế của pin và hệ thống pin

Tuổi thọ của các loại pin khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhiệt độ xung quanh, độ sâu xả, v.v. Pin Ni-Cd có thể kéo dài 500-1000 chu kỳ trở lên trong điều kiện thuận lợi, đặc biệt đối với các hệ thống công nghiệp lớn, Ni-MH và Lithium pin -ion thường ít hơn một chút.Nhiều công nghệ Li mới hơn, như Lithium Iron Phosphate có thể được tối ưu hóa để tồn tại qua nhiều chu kỳ, các nguồn lực đáng kể đang được áp dụng và nghiên cứu đang được thực hiện trong lĩnh vực này, đặc biệt là liên quan đến xe điện.

Ngay cả pin axit-chì cũng có thể được tối ưu hóa cho hoạt động theo chu kỳ hoặc chế độ chờ và trong trường hợp sau có thể hoạt động trong ít nhất 10-15 năm.

Ví dụ, một yếu tố quan trọng đối với công nghệ lithium và chì là độ sâu phóng điện (DOD), sau đó được xác định cho tuổi thọ tổng thể.Ví dụ: nếu bạn chỉ sử dụng 80% dung lượng pin danh nghĩa, tổng số chu kỳ của bạn sẽ cao hơn đáng kể và tuổi thọ cao hơn, nguy cơ hỏng hóc pin thấp hơn, v.v.

Sự phát triển nhanh chóng gây khó khăn cho việc cung cấp dữ liệu quá chi tiết và tồn tại các công thức đặc biệt trong các hệ thống hóa học khác nhau.