EnglishTest nhanh cell pin lithium-ion dưới 30s bằng công nghệ mới
Phương pháp test pin truyền thống
Nếu lướt qua trên thị trường đóng pin đagn rất nhộn nhịp, bạn sẽ thấy người ta kiểm tra pin bằng các phương pháp thô sơ như (1) test điện áp và (2) test điện trở.
Tuy nhiên, như chúng ta đã bàn trước đây, điện trở lớn ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc của pin lithium-ion, vì vậy cộng đồng khoa học đã cả tiến được vấn đề này và phép thử ohmic không còn đáng tin cậy đối với các pin li-ion hiện đại. Ngoài ra nội trở R là một thông số chạy phụ thuộc vào SOC, nhiệt độ, và số chu kỳ hoạt động.
Đối với việc kiểm tra điện áp, đây chỉ là một trong những chỉ số liên quan tới sức khỏe pin SOH, và hoàn toàn không dự đoán được khi nào pin sẽ “ra đi”. Ngày nay, việc li-ion được sử dụng ngày càng nhiều trong các phương tiện chạy điện (EV – electrical vehicle), việc kiểm soát được hoạt động của pin một cách nhanh chóng là một bài toán cần có lời giải thỏa đáng.
Phương pháp test nhanh QuickSort™
QuickSort™ là phương pháp test nhanh cell pin từ 500-1800mAh dựa trên tốc độ phản ứng điện hóa của pin chứ không dựa trên điện trở (R). Phương pháp lọc nhanh cell pin này mất khoảng 30 giây với độ chính xác phân loại pin tốt/xấu lên tới 90%. Pin khi test cần ở trạng thái sạng từ 10-100%. Nếu SOC quá thấp, hãy sạc pin khoảng 20 phút, cho nghỉ 15 phút rồi test lại.
Đinh nghĩa
Phương pháp QuickSort™ sử dụng Electrochemical dynamic response – Tốc độ phản ứng điện hóa, đo lường sự di chuyển của dòng ion giữa các điện cực.
Biểu đồ thời gian
Hình 1: Electrochemical dynamic response
Dựa trên phân tích biểu đồ thời gian (time domain analysis) bằng cách áp dụng các xung tải ngắn, đo lường thời gian phản hồi khi chịu tải và phục hồi; Người ta xây dựng một thuật toán tính toán kết quả và so sánh chúng với các tham số sẵn có. Như được thấy trong Hình 1, một pin tốt chịu tải và phục hồi nhanh chóng trong khi tác động của pin yếu bị ảnh hưởng nhiều và hồi phục chậm chạp. Hình 1 minh họa nguyên lý của công nghệ này.
Các loại Pin lithium-ion khác nhau có tốc độ phản ứng khác nhau. Về tốc độ phản ứng điện hóa, pin lá polymer với chất điện phân dạng gel được phát hiện là nhanh hơn Li-ion tiêu chuẩn và phương pháp này cần sửa đổi các hàm tham chiếu để đạt được độ chính xác. Các vật liệu hoạt động và chất phụ gia độc đáo được các nhà sản xuất pin giữ bí mật tuyệt đối làm phức tạp quy trình thử nghiệm.
Biểu đồ tần số
Khi quét pin với tần số từ kilohertz xuống đến millihertz, pin sẽ phản ứng và cho ra kết quả biểu đồ Nyquist theo 03 đoạn đồ thị:
- Migration – sự di chuyển: phản ứng này xuất hiện khi quét ở dải tần cao sẽ cho thấy điện trở của pin.
- Charge transfer- giai đoạn truyền điện: dài tần trung
- Disffusion – sự khuếch tán: dài tần thấp.
Pin đã bị phai dung lượng sẽ thể hiện tốc độ (2) và (3) chậm.
Đánh giá pin ở tần số <01 hertz sẽ cần thời gian thử nghiệm dài. Ví dụ, ở một milihertz, một chu kỳ mất 1.000 giây hoặc 16 phút và cần một số điểm dữ liệu để hoàn tất phân tích. Các thử nghiệm nhanh chỉ nên kéo dài vài giây và không quá 5 phút. Với mô phỏng phần mềm thông minh, thời gian có thể được rút ngắn để nằm trong thời gian thử nghiệm ngắn mong muốn.
Trong Hình 2, một cục pin tốt và một cục pin đã cũ được quét từ 0,1Hz đến 1kHz. Sự khác biệt về điện trở cảm kháng (-Imp -Z) mạnh nhất trong khoảng từ 1Hz đến 10Hz. Cần lưu ý rằng việc chỉ ghi lại các thông số điện trở có giá trị hạn chế vì trạng thái sạc (SoC) và nhiệt độ là hai nhân tố ảnh hưởng đến đồ thị này và làm nhiễu thông số SoH. Hơn nữa, các loại pin Li-ion khác nhau và cách pin bị lão hóa cũng ảnh hưởng đến kết quả này. Lão hóa tự nhiên tạo ra đường đồ thị khác với lão hóa nhân tạo và lý do cho sự khác biệt này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ.
Hình 2: Tần số quét của pin điện thoại di động tốt và yếu [2] Biến thiên trở kháng dễ thấy nhất ở tần số dưới 10Hz.
Kết quả thử nghiệm được ghi lại theo đồ thị tần số được thể hiện bằng biểu đồ Nyquist. Được phát minh bởi Harry Nyquist (1889–1976) khi còn làm việc tại Phòng thí nghiệm Bell; biểu đồ Nyquist thể hiện phản ứng tần số của hệ thống tuyến tính hiển thị cả biên độ và góc pha trên một biểu đồ duy nhất sử dụng tần số làm tham số. Trục x vector nằm ngang của biểu đồ Nyquist cho thấy trở kháng Ohm thực trong khi trục y dọc biểu thị trở kháng ảo.
Hình 3 chia kết quả pin được quét theo biểu đồ Nyquist thành di chuyển, truyền điện tích và khuếch tán. Di chuyển có được ở tần số cao ở bên trái cung cấp các đặc tính điện trở của pin; chuyển điện tích cực kỳ quan trọng ở giữa tạo thành một nửa hình tròn biểu diễn động học của pin; và phần tần số thấp ở bên phải biểu diễn khuếch tán.
Hình 3: Biểu đồ Nyquist được chia thành các phần tần số cao, trung bình và thấp [2]
Phần đồ thị tần số trung bình thể hiện tốt nhất đặc điểm của pin.
Một xét nghiệm nhanh có thể kéo dài từ vài giây đến không quá 5 phút, nhưng việc áp dụng tần số cực thấp sẽ kéo dài thời gian. Ví dụ, ở một milihertz (mHz), một chu kỳ mất 1.000 giây hoặc 16 phút và cần một số điểm dữ liệu để hoàn tất phân tích. Thời gian thử nghiệm thường có thể được rút ngắn bằng mô phỏng phần mềm thông minh.
Pin Li-ion có điểm tương đồng với pin axit chì; công nghệ Spectro™ được sử dụng để đo dung lượng của pin axit chì cũng có thể sử dụng cho pin Li-ion (Xem Cách đo dung lượng )
Kết luận
Không có xét nghiệm nhanh nào có thể đánh giá tất cả các triệu chứng của pin và luôn có những trường hợp ngoại lệ làm các nỗ lực trở nên thiếu chính xác. Dự đoán đúng phải là 9 trên 10. QuickSort™ (của Cadex) vượt quá yêu cầu này với hầu hết các bộ pin Li-ion cho điện thoại di động, nhưng công nghệ này chỉ xét nghiệm các bộ pin đơn có dung lượng lên đến 1.800mAh. Các công nghệ mới đang được phát triển hứa hẹn sẽ xét nghiệm các bộ pin Li-ion lớn hơn, nhưng điều này có thể kéo dài thời gian xét nghiệm thêm vài phút để phù hợp với việc lấy mẫu tần số thấp.
Dung lượng là chỉ số tốt nhất để đánh giá chất lượng pin và việc ước tính dung lượng trong tương lai có thể được tích hợp vào BMS. Các công nghệ kiểm tra nhanh cũng có thể được đưa vào bộ sạc để hiện đèn xanh nếu đạt được dung lượng cài đặt. Điều này giúp kiểm soát chất lượng pin mà không làm tăng chi phí.
