Sạc Phục Hồi Battery - - Sao Nam Tronics

06-05-2018 03:35:43 PM // 9910 Lượt xem

Tóm tắt - Mục tiêu của bài viết này là để tìm hiểu kỹ thuật mới để sạc pin axít chì (lead–acid battery). Một quy trình sạc mới với điện áp dạng xung có thể thay đổi chu kỳ, tần số cũng được trình bày trong bài viết này. Phương pháp này được biến đổi từ phương pháp thông thường nhiều năm qua để đẩy nhanh tốc độ sạc bên cạnh việc nâng cao tuổi thọ và năng lực của pin.

* Bình điện, hay Battery trong bài viết tôi sử dụng chung bằng thuật ngữ Pin.

* Các thuật ngữ kỹ thuật có thể tôi thêm thuật ngữ tiếng Anh để hiểu chính xác hơn về thuật ngữ.

Lời giới thiệu

Trong xu hướng khuyến khích bảo vệ môi trường của thế giới hiện đại, đề xuất phương tiện giao thông sử dụng năng lượng điện tái tạo thay thế nhiên liệu hóa thạch cho các phương tiện giao thông để giảm ô nhiễm không khí đang trở thành nhu cầu tất yếu. Một trong những vấn đề lớn của triển khai tiến trình chuyển đổi chính là thời gian sạc pin. Do đó nghiên cứu tế bào pin, các phản ứng của nó với các yếu tố cơ bản của một quá trình sạc điên tích bao gồm dòng điện, đỉnh điện áp, thời gian và nhiệt độ ảnh hường thế nào đến hiệu suất sử dụng và tuổi thọ của pin. Sử dụng phương pháp chung (phổ biến) để sạc pin axít chì hiện nay, nó có thể sạc pin lên 90% công suất sử dụng dòng định mức nhưng thời gian sạc sẽ quá dài. Theo xu hướng thị trường của bộ sạc pin, nó sẽ trở nên cần thời gian sạc đầy nhanh nhất để hoàn thành quá trình sạc pin. Sử dụng dòng điện cao để sạc pin, nó rút ngắn thời gian sạc để đáp ứng. Tuy nhiên, dung lượng pin là tỷ lệ nghịch với dòng sạc. Kết quả là sạc nhanh hơn và sử dụng cũng nhanh cạn kiệt. Và cũng là vấn đề áp dụng một dòng điện cao, nhiệt độ sẽ tăng nhanh hơn dẫn đến quá trình chai pin nhanh chóng hơn.

Bên cạnh đó, một lượng lớn pin bị hư hỏng do bảo trì không đúng cách hoặc lão hóa trong thời gian dài sử dụng bị đào thải trong các bãi rác công nghiệp lớn. Đã có các nghiên cứu và phát triển ngành công nghiệp tái tạo đưa chúng trở lại phục vụ con người.

Sự sulfat hóa

Sẽ có nhiều thông tin về nó, ở đây tôi chỉ nhấn mạnh đến quá trình hình thành. Cực âm là chì (Pb) và cực dương là dioxit chì (PbO2). Khi lắp tải vào các điện cực này (Discharge), chì và dioxit chì phản ứng với dung dịch axit sulfuric tạo thành dòng điện, hình thành nên sulfat chì. Ban đầu, sulfat chì là những tinh thể vô định hình lơ lửng trong dung dịch và dễ dàng chuyển hóa lại thành Pb và PbO2 khi ắc quy được cạc lại. Khi pin được nạp xả nhiều lần, sẽ có một lượng sulfat chì không được hòa tan vào chất điện phân để chuyển hóa mà chúng từ từ biến thành dạng tinh thể ổn định không thể hòa tan khi nạp và bám chặt vào các vách ngăn điện cực. Quá trình này xảy ra nhanh hơn khi pin bị xả cạn kiệt. Các lớp sulfat chì càng dày, càng cản trở các quá trình sạc và xả của pin, phản ứng điện phân khó truy cập đến nhiều vùng trong pin, kết quả là dung lượng pin ngày càng giảm. Tất yếu, các tinh thể này sẽ ngày càng lớn và chúng gây ra các vết nứt phá hỏng pin. Để ngăn ngừa và giảm thiểu hiện tượng này, pin cần được nạp điện ngay sau quá trình xả.

Tuy rằng theo ý kiến của nhiều chuyên gia, có những sản phẩm thương mại tuyên bố loại bỏ sulfat chì bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có sạc xung (Pulse charging) nhưng chưa có bằng chứng cụ thể. Tuy nhiên, tôi sẽ giành thêm thời gian để kiểm chứng phương pháp Pulse charging.

Cơ sở để theo đuổi, đó là các quan điểm:

• Áp dụng một điện áp cao để sạc. Một điện áp cao có thể phá hủy các lớp sulfat, tuy nhiên, dòng lớn sẽ phá hủy pin. Hài hòa giữa hai xu hướng này, có thể là một điện áp cao xuất hiện cực ngắn trong một chu kỳ sạc.
• Chất điện phân trong dung dịch sẽ có dao động cộng hưởng tại một tần số xoay chiều nào đó. Khi có cộng hưởng xảy ra, rung động làm tan rã các lớp sulfat mỏng. Dĩ nhiên, với các pin hư hỏng nặng, các lớp tinh thể quá lớn sẽ không thể bị phá hủy.

Các phương pháp sạc pin

Nhìn chung, sạc pin (Battery) acid chì gồm có 2 phương pháp:

□ Sạc truyền thống với dòng điện không đổi (DC) và điện áp không đổi. - Constant current charging

□ Sạc hiện đại với dòng DC-Square với điện áp và tần số có thể thay đổi. - pulse charging

Và các biến thể của nó trong các nhánh dưới đây:

Dòng điện sạc không đổi - Constant current charging

Phương pháp này là đơn giản bằng cách sử dụng giám sát dòng điện, tuy nhiên theo dõi điện áp của pin là để ngăn chặn quá xả bởi điện áp cao hơn. Phương pháp này sẽ dẫn đến rút ngắn tuổi thọ pin.

Điện áp sạc không đổi - Constant voltage charging

Phương pháp này rất dễ thực hiện nhưng chỉ giới hạn dòng điện bắt buộc để bảo vệ bộ sạc. Hạn chế của phương pháp này là thời gian sạc lâu hơn phương pháp Constant Current.

Điện áp và dòng điện không đổi - Constant Current Constant Voltage charging (CCCV)

Constant Current Constant Voltage charging - CCCV là phương pháp kết hợp các phương pháp trên, phương pháp sạc CCCV được thiết lập. Dòng điện không đổi được sử dụng ở giai đoạn ban đầu để cung cấp dòng điện bắt đầu cho đến khi điện áp sạc lên tới điện áp cắt hoặc điện áp đặt sẵn, pin được chuyển sang chế độ Điện áp không đổi để trở thành điện áp nổi (a float charge) để có thể kết nối sạc vô thời hạn. Float charge là một khái niệm liên quan đến mức điện áp sạc duy trì nhằm bổ sung bù vào những phí tự xả của các tế bào pin. (tuy nhiên, không phải float charge được sử dụng trên mọi loại pin, Một số biến thể lithium ion thường quá nóng nếu ngâm sạc lâu có thể cháy nổ không phải là hiếm.

Sạc xung - Pulse Charging

Trước hết, cần lưu ý rằng tuổi thọ của một pin phụ thuộc lớn vào cách pin được sạc và xả; Xung dòng điện được biết là có hại cho tuổi thọ pin. Hơn thế nữa, phản ứng của pin với các xung dòng điện gần trạng thái được sạc đầy so với trạng thái gần như được xả cạn kiệt là khác nhau. Do đó, trong việc thiết kế bộ điều khiển và chọn bộ chuyển đổi, các điều kiện động phải được xem xét cẩn thận. Thật không may, hiện tại không có sẵn mô hình tốt nào có thể được sử dụng để mô tả phản ứng của pin đối với việc sạc pin tùy ý và xả các xung dòng điện.

Tương tự như phương pháp dòng điện liên tục nhưng xung hiện tại được sử dụng để nạp điện áp vào pin nhưng dòng điện này được cho vào một thời gian nghỉ ngơi trong mỗi chu kỳ sạc. Sử dụng phương pháp này có thể trung hòa chất điện phân bên trong của pin và tăng cường vòng đời của pin. Dòng xung lớn cũng có thể làm giảm thời gian sạc pin.

Phương pháp sạc xung được đề xuất: Variable Pulse Width Charging (VPWC)

Phương pháp này được áp dụng để tăng hiệu suất sạc của pin, xung hiện tại sẽ được điều chỉnh theo chiều rộng tương ứng cho các chế độ khác nhau. Dạng sóng hiện tại được thể hiện trong hình minh họa. Pin được sạc bởi độ rộng xung lớn trong giai đoạn đầu tiên. Cho đến khi pin sạc lên đến cài sẵn điện áp, pin được định nghĩa là đầy đủ. Độ rộng xung giảm xuống giá trị nhỏ. Pin có thời gian thoải mái hơn. Một hệ thống điều khiển được thiết lập trong bộ sạc.

Current waveform of VPWC

Vòng lặp điều khiển

Hai vòng điều khiển kiểm soát dòng điện VPWS.

□ Vòng lặp bên trong là một vòng lặp dòng không đổi. Nó điều khiển dòng điện để duy trì ở giá trị đặt trước thông qua cơ chế điều khiển tín hiệu PWM liên quan đến tần số chuyển mạch điện tử công suất.

□ Vòng lặp ngoài điều khiển độ rộng xung phụ thuộc vào thời gian, điện áp và nhiệt độ của pin. Thời gian bị hạn chế để ngăn thời gian sạc quá mức của pin. Điện áp pin được sử dụng để chuyển đổi chế độ sạc, khi pin đầy thì điện áp trở về điện áp sạc ngâm được cài đặt theo thông số float changer của pin. Kiểm soát nhiệt độ chủ yếu là để bảo vệ bộ sạc và pin.

Các thiết kế nguồn sạc hội đủ hai vòng này (Two current control loops control the VPWS) có giá trị thương mại cao. Với output 100A, 2 upto 90Vpp, 15-70 kHZ có giá 60-70 triệu đồng.

Bản quyền tác giả: Nguyễn Đình Sơn. CTCP Thiết bị công nghệ Sao Nam phát hành.

Tin khác

• Kiểm soát chất lượng quá trình hàn điểm (11.02.2018)
• Core size determination method (02.08.2016)
• Tìm hiểu Mô men xoắn (29.07.2016)
• Ưu và nhược điểm của công nghệ cảm ứng nhiệt (02.06.2016)
• Phân biệt Jasic chính hãng (21.04.2016)