Tôi nên chọn cáp cho khối pin lithium ion như thế nào?

Khi thiết kế dựng khối pin lithium ion đặc biệt các khối pin lớn, bạn cần chú ý tới loại dây cáp đặc biệt giành để kết nối giữa các pin với nhau, và loại cáp để nối nguồn tổng khối pin ra ngoài thiết bị. Dây cáp nối nguồn khối pin lithium ion đóng vai trò mạch nối giữa nguồn điện với hệ thống thiết bị của bạn. Vì vậy, chúng phải chịu dòng điện (thường được đo bằng amp) lớn hơn nhiều so với bất kỳ kết nối nào khác bên trong khối pin. Do đó, các cáp này thường rất dầy.

Việc cẩn trọng chọn loại cáp và size cáp sẽ đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru hiệu quả, ngoài ra giúp loại bỏ được rủi ro cháy nổ do quá tải, cáp nóng lên, sụt áp. Việc này cũng hạn chế việc hệ thống đột ngột mất điện, giúp giảm thiểu rủi ro thiệt hại gián tiếp về người và tài sản liên quan.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích các nhân tố ảnh hưởng và cách chọn cáp cho pin khối pin lithium ion một cách phù hợp.

Các bước chọn loại cáp cho khối pin lithium ion

Bước 1. Xác định Dòng điện cáp phải chịu tải (peak current)

Tính toán Dòng điện cáp phải chịu tải là việc khá đơn giản.

Ví dụ 1:

Khối pin 36V 30Ah có dòng xả tức thời 3C, tức khối pin này có khả năng xả xung (peak current) ở 30A X 3 = 100A. Cáp nguồn bạn phải chọn loại chịu được dòng điện 100A.

Ví dụ 2:

Trong những hệ thống phức tạp hơn khi bạn dùng pin để cấp nguồn cho nhiều thiết bị khác nhau, bạn cần thiết bị Biến tần (inverter) để đổi dòng DC (từ pin) thành AC (như dòng điện trong nhà bạn). Khi đó bạn cần tính toán tổng công suất của tất cả các thiết bị điện tử cần cấp điện (như nồi cơm điện, bóng đèn, laptop…). Ví dụ: nếu nhu cầu công suất kết hợp của tất cả các thiết bị và đồ điện tử của bạn là 2.500W thì bạn nên dùng biến tần 3.000 W.

Công suất khối pin cần cấp = công suất của biến tần.

Dựa theo công thức Wh = V x I, bạn sẽ tính được dòng điện chịu tải của tổng khối pin. Nếu pin 12V, thì dòng điện mà cáp phải chịu tải là 3000 / 12 = 250A.

Bước 2. Xác định độ dài đoạn cáp và hiện tượng sụt áp (voltage drop)

Hiện tượng sụt áp là gì?

Điều này có nghĩa là điện áp ở cuối của đoạn cáp thấp hơn điện áp của khối pin. Nếu áp sụt quá nhiều, thiết bị điện tử của bạn sẽ không đủ áp để hoạt động

Công thức đo độ sụt áp trên đoạn dây cáp: V = I * R.

Trong đó: V là độ sụt áp, I là cường độ dòng điện chạy qua dây và R là điện trở của dây.

Như bạn thấy, nếu bạn tăng cường độ dòng điện, điện trở hoặc cả hai, bạn sẽ làm tăng độ sụt áp. Điện trở R trong dây phụ thuộc vào tiết diện và chiều dài của dây cáp. (Dây càng to thì R càng bé, dây càng dài thì R càng lớn).

Bước 3. Xác định hiệt độ tối đa mà lớp vỏ bọc co nhiệt có thể chịu được của cáp.

Một so sánh khá dí dóm bạn có thể liên tưởng được là tốc độ tối đa của một đoàn tàu không chỉ phụ thuộc vào động cơ của tàu, nó còn phụ thuộc vào cả việc đường ray cho phép tốc độ tối đa bao nhiêu.

Tương tự, cáp chịu được dòng điện bao nhiêu còn phụ thuộc cả vào vật liệu cách điện bọc ngoài nữa. Hầu hết mọi người không nhận ra điều này: một lượng đồng có thể tải dòng điện lớn hơn hơn nếu lớp cách điện của nó chịu được nhiệt độ cao hơn.

Ví dụ, Non-UF-B (Cáp bọc phi kim loại) chỉ có thể tải 15A ở size cáp 14. Ngược lại, lớp cách điện THHN và XHHW-2 có khả năng chịu nhiệt cao, cho phép cáp cỡ 14 tải dòng 25A dễ dàng. (tham khảo bảng dưới)

Vì vậy, khi chọn loại cáp nào, bạn phải tính toán cả 3 yếu tố kể trên làm thông số đầu vào cho quá trình chọn cáp.

Bảng 1: Bảng khả năng tải dòng của cáp AWG và lớp vỏ chịu nhiệt của cáp. Nguồn: Cellsaviors.com

 

Bảng 2: Bảng Khả năng tải dòng của dây cáp AWG và chiều dài dây cáp. Nguồn: Battlebornbatteries.com

 

FAQ1: Dùng cáp nào cho khối pin 100Ah?

Chúng ta hãy giả định khoảng cách sợi cáp nguồn là 20cm. Vậy so sánh vào bảng 2, chúng ta phải dùng cáp 2AWG. Tuy nhiên nếu đối chiếu vào bảng 1, nếu bạn dùng loại cáp chịu nhiệt cao bọc THHN, bạn chỉ cần dùng 4AWG là đủ. Thông thường, chọn loại cáp nào

FAQ2: Dùng loại cáp nào cho khối pin lithium 12V?

Bạn sẽ phải lật lại các bước trên, tìm ra thông số dòng tải tối đa của khối pin (peak current), độ dài sợi dây dẫn và quyết định chọn loại cáp nào tương tứng dựa vào bảng 1 và bảng 2 bên trên.

FAQ3: Tôi dùng cáp SGT cho khối pin hệ 72V được không?

Không được. SGT là cáp dành cho ô tô, với áp tối đa chịu tải là 50V. Vì vậy bạn nên sử dụng dây silicon, và lặp lại các bước tính từ 1-3 bên trên để xác định loại cáp phù hợp.

 

Các Loại cáp pin lithium ion phổ biến trên thị trường

Cáp pin thường là loại cáp lõi đơn sử dụng đồng bện nguyên chất chịu được tải cao. Vật liệu bọc thường làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau như PVC và chịu được nhiệt, bền với thời tiết.

Các loại cáp pin phổ biến như sau:

• SGT
• SGX
• Cáp pin cho ngành hằng hải
• Cáp CCA (copper-clad aluminum) lõi nhôm mạ đồng
• Fuse link or fusible link: dây chì chảy
• OFC (oxygen-free copper) cáp đồng không ô-xy
• Cáp silicon chịu nhiệt

 

Cáp pin SGT

Cáp pin SGT là loại cáp sử dụng vật liệu THHN (themralplastic high heat resistant nylon) làm lớp phủ bọc. THHN có nghĩa là lớp phủ PVC nylon chịu nhiệt cao. Cáp SGT có điện áp định mức ở 50V, khoảng nhiệt độ hoạt động là -40°C đến +105°C. Trong điều kiện ướt, cáp chịu được tới 75°C.

Cáp SGT có số lượng sợi đồng thấp, cáp khá cứng nhưng có thể uốn cong được ở các góc.

Cáp pin SGX

Cáp SGX là loại cáp dẻo và hoạt động tốt ở nhiệt độ cao. Điện áp định mức 50V, Khoảng nhiệt từ -40°C đến +125°C, số sợi cao hơn cáp SGT. Nếu khối pin hoạt động ở nhiệt độ cao, cáp SGX là một lựa chọn tốt.

Dây chì chảy: fuse link

Dây chì chảy là loại cầu chì trông giống như một đoạn dây cáp nhưng nó hoạt động khá chậm chạp. Dây được sử dụng chủ yếu làm cáp nối máy phát điện ô tô.

Cáp hàng hải

Cáp hàng hải phù hợp nhất cho các ứng dụng nhiệt độ cao, ngập nước hoặc ướt. Cáp có tính năng tự chống cháy. Các loại dây đồng dùng để sản xuất loại cáp này phải có chứng chỉ hằng hải. Định mức loại cáp này hoạt động đa dạng tới 600V, khoảng nhiệt độ dao động từ +105°C khi khô và +75°C khi ướt.

OFC (Đồng không oxy)

Dây OFC tiêu chuẩn được tạo thành từ 99,95% đồng. Cáp OFC đắt hơn so với cáp tiêu chuẩn có kích thước tương tự.

CCA (Nhôm mạ đồng)

Dây CCA là dây nhôm mạ đồng, rẻ hơn, nhẹ hơn nhưng bạn sẽ phải dùng loại tiết diện dây dẫn lớn hơn. Loại cáp này có thể được sử dụng nếu đạt được các tiêu chí trên và chúng sẽ được lắp đặt ở các vị trí cố định.

Cáp silicon chịu nhiệt

đây là loại cáp lõi đồng có khoảng nhiệt độ rộng, chịu được nhiệt tới 200°C, điện áp khoảng 600V, lại rất mềm dẻo. Vì vậy loại cáp này được ưa chuộng hơn do tính thích ứng rộng với nhiều hệ pin khác nhau, mặc dù giá thành đắt hơn SGT. Loại cáp này bán phổ biến ở Việt Nam.

Cáp AWG là gì

Đôi khi muốn tìm cáp dùng để kết nối pin lithium-ion, bạn nghe thấy thuật ngữ AWG rất nhiều. Bạn tìm thấy các thông tin chỉ định loại cáp cần dùng trong tiêu chuẩn kỹ thuật của BMS, của khối pin từ các nhà sản xuất lớn. Tuy nhiên đây không phải là tên loại cáp pin, AWG là viết tắt của American Wire Gauge là hệ thống đo lường của Mỹ quy đổi đường kính của các loại dây cáp điện.

Bạn có thể dùng link bên dưới để quy đổi thông số AWG sang bề mặt tiết diện của dây cáp điện bằng đơn vị mm2. Thông thường, khi đi mua hàng ở Việt Nam bạn phải đọc cho người bán thông số này thay vì hỏi cáp AWG 😊, và nên nói rõ là mua cáp pin (thường dùng loại cáp SGX).

Đổi AWG sang mm2

FAQ: Dây 8Awg bao nhiêu mm?

Khi đem tra bảng trên, bạn sẽ thấy dây 8AWG là 10mm2.