EnglishCách đọc đồ thị xả (discharge curve) của pin lithium-ion
Lựa chọn pin nào phù hợp cho thiết bị là một phần vô cùng quan trọng khi thiết kế khối pin. Pin có vô vàn biến thể về hình dạng, hóa chất, kích thước với lợi thế riêng biệt tùy loại.
Khi thiết kế khối pin, đầu tiên bạn cần xác định được 3 yếu tố sau:
- Khoảng nhiệt độ mà thiết bị hoạt động.
- Điện áp cắt dòng của thiết bị.
- Dòng điện tối đa mà thiết bị cần sử dụng.
Pin không phải một thiết bị cấp nguồn với điện áp ổn định. Biểu hiện của nó cũng thay đổi dựa theo nhiều yếu tố khác nhau như nhiệt độ hay dòng điện cần xả. Vì vậy, nếu xem tài liệu kỹ thuật chỉ trang đầu tiên với các thông số sơ bộ sẽ không đảm bảo phù hợp với hệ thống về lâu về dài (do đây chỉ là một mảnh của thông tin trong những điều kiện đã xác định). Bạn cần có khả năng đọc được đồ thị xả (discharge curve) của pin.
Xem xét độ dốc của đồ thị xả
Đồ thị xả của pin sắt và pin polymer. Nguồn Tracer Power
Đường cong xả của pin sẽ cho bạn thông tin điện áp của pin thay đổi như thế nào trong suốt quá trình xả lượng năng lượng có chứa trong pin. Đồ thị sẽ thể hiện mối tương quan giữa dung lượng (Ah) và điện áp (V) trong suốt quá trình xả.
Với pin có đường đồ thị xả tương đối bằng phẳng, điện áp giảm từ từ và ổn định. Điều này cho thấy điện áp ổn định khi cung cấp cho các thiết bị như đèn LED trong suốt quá trình sử dụng. Kết quả là đèn LED có khả năng giữ được độ sáng ổn định thay thay vì qua một thời gian bóng đèn trở nên lờ mờ.
Mặt khác, nếu đồ thị này dốc xuống thì áp sẽ giảm nhanh khi pin xả. Điều này dẫn tới việc độ sáng của đèn sẽ bị giảm đi sau một thời gian sử dụng.
Trong ví dụ trên, so sánh giữa 2 mẫu BP2607 & BP2544, nếu áp cắt điện là 11V, pin BP2607 sẽ hết sau 200 phút, còn pin BP2544 sẽ dừng sau 160 phút.
Vì vậy chọn pin có đường đồ thị xả phẳng có lợi đối với những ứng dụng cần áp cao.
Điện áp cắt điện (cut-off voltage)
Ngoài quan sát độ dốc của đường cong xả, bạn cần quan tâm tới điện áp cắt điện của thiết bị. Nhiều thiết bị, ví dụ đèn LED, có yêu cầu cụ thể về khoảng điện áp hoạt động, nếu không chúng sẽ không làm việc được, đôi khi tắt đột ngột để bảo vệ các linh kiện điện tử nhạy cảm.
Đối với các pin có đường cong xả dốc, nghĩa là áp sẽ tụt nhanh hơn khi xả, pin có nguy cơ rơi vào áp cắt điện nhanh hơn. Vì vậy, đọc hiểu được đường đồ thị xả của pin sẽ giúp bạn ra quyết định chính xác pin có phù hợp với thiết bị hay không.
Với các cell có đồ thị xả dốc xuống, người ta thường cân nhắc “tăng kích cỡ” khối pin (hay còn gọi là thiết kế khối pin có dung lượng lớn hơn cần thiết) để đảm bảo đủ dung lượng cho khối pin hoạt động về cuối chu kỳ xả. Ngoài ra, đối với các thiết bị nhạy cảm mà sử dụng nguồn từ pin này cần có bộ điều hòa kích áp.
Pin axit chì có đường cong xả dốc hơn so với li-ion (gồm NMC và pin sắt). Nguồn: Offgrid Ham
Đọc đồ thị xả ở các hệ số xả C-rate khác nhau.
Dung lượng danh định của pin là số năng lượng mà pin chứa được khi đã sạc đầy, dưới những điều kiện xả đã được xác định. Đối với li-ion, thông thường pin sẽ được xả tới 3V. Khi dòng xả tăng lên, dung lượng của pin sẽ bị giảm xuống. Vì vậy, bạn cần đảm bảo pin có đủ dung lượng để cấp tải cho thiết bị trong suốt vòng đời của nó.
Li-ion với điện áp và dung lượng bị tụt khi C-rate tăng dần (0.2C, 0.5C, 1C VÀ 2C) Nguồn: Richtek
Trong đồ thị này, cell pin có dung lượng tối đa 2000mAh ở hệ số xả 0.2C. Khi tăng hệ số xả lên 2C, cell có dung lượng tối đa là 1800mAh, tức là dung lượng có khả năng sử dụng bị giảm xuống 10%.
Nếu thiết bị cần cấp dòng 4A và điện áp cắt điện là 3.1V, thì dung lượng khả dụng tối đa của pin là 1600mAh. Nếu áp cắt điện ở 3V thì bạn có thể sử dụng được pin lâu hơn chút. Chính vì lý do này, nhiều kỹ sư khi thiết kế hệ thống đề xuất hạ thấp điện áp cắt điện để có nhiều lựa chọn pin hơn.
Đọc đồ thị xả ở mức nhiệt độ khác nhau.
Điện áp và dung lượng biến thiên theo nhiệt độ. Nguồn: Richtek
Việc hiểu rõ thiết bị hoạt động trong khoảng nhiệt độ nào là vô cùng quan trọng trong việc quyết định điện áp của pin. Nhiệt độ thực tế hoạt động ảnh hưởng tới hiệu quả phản ứng điện hóa trong pin: nhiệt cao làm tăng hệ số tự xả – một hiện tượng đặc trưng của li-ion. (phản ứng hóa học trong pin làm giảm mật độ năng lượng khả dụng mà pin không chịu tải nào hoặc không có sự tương tác gì giữa 2 điện cực). Ngược lại, nhiệt độ thấp làm giảm hệ số tự xả, bảo toàn năng lượng lưu trữ, nhưng chất điện phân lại hoạt động kém hơn trong điều kiện lạnh, vì vậy pin cũng yếu hơn. Trong cả hai trường hợp này, đều quan sát thấy điện áp phản ứng với tải xung giảm đi theo thời gian.
Bạn cần đảm bảo pin duy trì được mức áp nằm trên áp cắt điện của hệ thống trong khoảng nhiệt mà thiết bị hoạt động.
Cách đọc:
- Chọn đồ thị nhiệt độ ở khoảng nhiệt mà thiết bị hoạt động.
- Chọn dòng xả tối đa cần cung cấp cho thiết bị (trên trục x), xác định giao điểm với đường cong xả. Nếu giao điểm này nằm dưới mức áp cắt điện của thiết bị thì pin này không phù hợp.
Việc đọc đồ thị xả hữu ích như thế nào cho người dùng?
Bằng cách quan sát đường cong xả, người dùng có thể xác định được cách dùng pin đó một cách tốt nhất, ví dụ như xả với dòng nào là phù hợp, tránh xả sâu, để kéo dài tuổi thọ và thời gian sử dụng của pin.
