Điện Tử Cơ Bản

Khái niệm cơ bản về sạc pin Li-ion

Sạc pin Li-ion : Pin Lithium-ion là một loại pin phổ biến khác được sử dụng trong các thiết kế của Bộ lưu điện (UPS). Loại pin này thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử cầm tay. Đây là những loại pin bảo trì thấp có mật độ năng lượng cao, kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ nên phù hợp để sử dụng trong hầu hết các thiết bị di động.

Tuy nhiên, do mật độ năng lượng cao so với trọng lượng và thể tích của Pin Li-ion, nên cũng có một số lo ngại về an toàn khi sạc pin Li-ion. Trước khi thiết kế mạch sạc cho các loại pin này, trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu các phương pháp sạc và cấu trúc liên kết liên quan đến việc sạc pin Li-ion. Ngoài ra, bạn phải biết các biện pháp phòng ngừa khi xử lý, cất giữ và vứt bỏ các loại pin này.  

Hình 1:.  Hình ảnh của một Pin 12V Lithium Ion

Có thể bạn quan tâm

Sạc pin Li-ion

Có nhiều phương pháp sạc khác nhau để sạc bất kỳ loại pin nào – 
1.  Sạc dòng điện không đổi hay sạc đẳng áp (viết tắt là sạc CC)
2.  Sạc điện áp không đổi hay sạc đẳng dòng (viết tắt là sạc CV)
3.  Dòng điện không đổi-Sạc điện áp không đổi (Sạc CC-CV)
Các nhà sản xuất Pin Li-ion khuyến nghị các tiêu chuẩn nghiêm ngặt để sạc pin Li-ion. Pin Li-ion phải được sạc bằng phương pháp Sạc Điện áp Không đổi-Dòng điện Không đổi. Vì vậy, việc thiết kế một bộ sạc pin Li-ion cần một mạch điện thông minh có thể chuyển đổi sạc pin giữa các chế độ sạc CC và CV. 
Có ba trạng thái khi sạc pin Li-ion như được hiển thị trong biểu đồ bên dưới: 
1.  Trạng thái Sạc duy trì nhỏ giọt
2.  Trạng thái Sạc đẳng dòng (CC)
3.  Trạng thái Sạc đẳng áp (CV)

Hình 2:Quá trình sạc pin Lithium IOn

Trạng thái sạc pin Li-ion duy trì nhỏ giọt

Pin Li-ion không thể xả dưới giới hạn xả của nó. Hầu hết các pin Li-ion có giới hạn xả từ 2,8V đến 3V. Dưới 3V pin được cho là ở trạng thái chết. Để khắc phục trạng thái chết, pin cần được sạc theo tỷ lệ 0,1C hoặc 0,3C hoặc 10% dung lượng pin tối đa. 
Tốc độ sạc ở đây đề cập đến tốc độ sạc và xả của Pin Li-ion. Nó được xác định bởi dòng điện sạc và phóng điện so với dung lượng pin. Điều này được thể hiện bằng đơn vị ‘C’. Việc sử dụng dòng điện định mức thay vì giá trị dòng điện cho phép dễ dàng so sánh dung lượng của pin khi so sánh các công nghệ pin khác nhau hoặc các kích thước pin khác nhau cho cùng một công nghệ. 
Vì vậy, ở trạng thái sạc nhỏ giọt, dòng sạc pin có thể được biểu thị bằng ‘C’. Ở trạng thái sạc nhỏ giọt khi điện áp của pin đạt đến 3V, sau đó pin sẽ hết trạng thái chết và sau đó nó có thể được sạc bằng mạch sạc CC và CV.
Nếu ở trạng thái sạc nhỏ giọt, điện áp của pin chết không sạc lên đến mức 3V sau một khoảng thời gian đủ thì điều đó có nghĩa là pin đã bị hỏng vĩnh viễn. Nói chung, thời gian sử dụng pin Li-ion cho trạng thái sạc nhỏ giọt là 10 phút.

Trạng thái dòng điện không đổi (trạng thái CC)

Sau khi hoàn thành trạng thái sạc nhỏ giọt, pin nên được sạc bằng phương pháp dòng điện không đổi. Ở trạng thái dòng điện không đổi, pin được sạc bằng dòng điện không đổi giữ điện áp bằng điện áp cực đại của pin. Dòng điện không đổi cần thiết để sạc pin do C của nó quyết định. Nói chung, pin được sạc theo tốc độ 0,5C đến 0,8C trong chế độ sạc này. Pin sạc rất nhanh ở trạng thái này. Đó là lý do tại sao trạng thái này còn được gọi là Trạng thái sạc nhanh. Ở trạng thái này, pin được sạc 80% và 20% còn lại được sạc bằng chế độ Điện áp không đổi (CV).  

Trạng thái điện áp không đổi (trạng thái CV)

Khi điện áp của pin đạt đến 4,2V thì pin cần được sạc bằng Nguồn điện áp không đổi. Bây giờ trạng thái CC sẽ bị cắt và dòng sạc sẽ bắt đầu giảm. Điện áp không đổi phải bằng hiệu điện thế cực đại của pin để sạc đầy. Tuy nhiên, bạn nên sạc pin ở điện áp thấp hơn một chút so với điện áp danh định tối đa của nó.
Điều này làm tăng tuổi thọ của pin. Dòng điện trong chế độ này bắt đầu giảm từ từ bằng cách duy trì một điện áp không đổi. Ở trạng thái này, tốc độ sạc của pin là rất ít. Vì vậy, cần nhiều thời gian hơn để sạc 20% pin còn lại và do đó, một số bộ sạc được thiết kế để bỏ qua trạng thái sạc này.
Các cấu trúc sạc cho pin Li-ion
Về cơ bản có hai loại cấu trúc liên kết được sử dụng để sạc pin Li-ion – 
1.  Bộ điều chỉnh tuyến tính
2.  Bộ điều chỉnh chuyển mạch

1.  Bộ sạc tuyến tính

Bộ điều chỉnh tuyến tính được sử dụng để duy trì điện áp không đổi ở đầu ra. Bộ điều chỉnh hoạt động giống như một biến trở duy trì điện áp ổn định ở đầu ra bằng cách liên tục tản nhiệt. Điều này làm giảm hiệu quả chung của hệ thống. Vì vậy, trong cấu trúc liên kết này, một bộ điều chỉnh tuyến tính được sử dụng để sạc pin. Hiệu quả của bộ sạc này tương đối kém hơn nhưng nó được thiết kế đơn giản và có giá thành rẻ.

2. Bộ sạc chuyển mạch

Bộ điều chỉnh chuyển mạch nâng cấp và giảm điện áp cung cấp đầu vào đến mức điện áp mong muốn. Bộ điều chỉnh chuyển mạch (như bóng bán dẫn) liên tục chuyển đổi giữa trạng thái BẬT và TẮT của chúng. Vì vậy, nó sẽ dành khá ít thời gian ở trạng thái tiêu tán nhiệt , làm giảm tiêu hao năng lượng của hệ thống. Điều này cải thiện hiệu quả của bộ điều chỉnh chuyển mạch so với bộ điều chỉnh tuyến tính. Do đó, thiết kế bộ sạc theo cấu trúc liên kết này làm tăng hiệu quả của hệ thống. Nhưng cấu trúc liên kết này đòi hỏi các thành phần điện tử tương đối đắt tiền hơn cũng như có một mạch phức tạp liên quan đến thiết kế hệ thống.

Bảo dưỡng Pin Li-ion và tiêu chuẩn sạc và xả của Pin Li-ion 

Pin Li-ion là loại pin bảo trì thấp. Chúng có tốc độ tự xả rất chậm so với các loại pin sạc khác. Công nghệ liên quan đến thiết kế và phát triển pin lithium ion vẫn đang được phát triển và nó sẽ còn rất xa trong tương lai. Các loại pin này có vấn đề về lão hóa liên quan đến cả thời gian trở đi kể từ khi sản xuất chúng cũng như số chu kỳ sạc và xả mà các pin này trải qua. Ngoài ra còn có các vấn đề an toàn với những loại pin này và thậm chí ở một số nơi, những loại pin này không được phép mang lên máy bay. Do công nghệ chưa trưởng thành và các vấn đề an toàn, những loại pin này cần được sử dụng cẩn thận. Đó là lý do tại sao điều quan trọng là phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa nhất định trong khi thiết kế bộ sạc cho pin Lithium Ion. 
Để có tuổi thọ tốt hơn của những loại pin này, chúng nên được sạc ở tốc độ sạc từ 0,5 C đến 0,8 C ở trạng thái Dòng điện không đổi (CC). Pin phải được sạc ít hơn một chút so với điện áp danh định lớn nhất của nó ở trạng thái Điện áp Không đổi. Pin Li-ion có thể hoạt động tốt ở nhiệt độ cao nhưng tiếp xúc trong thời gian dài có thể làm giảm tuổi thọ của chúng. Loại pin này có thể sạc nhanh trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 45 độ C. Đó là lý do tại sao nên sạc trong khoảng nhiệt độ này nếu có thể. Ngay cả ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ này, vẫn có thể sạc nhưng nó làm tăng điện trở bên trong của pin, dẫn đến sạc chậm và do đó thời gian sạc lâu hơn.
Ở nhiệt độ cao hơn 45 độ C, tuổi thọ của pin có thể giảm. Loại pin này không mạnh và có thể dễ bị hỏng do sạc quá nhiều và xả quá mức. Vì vậy, tốt nhất nên tránh việc xả hết pin hoàn toàn. Ngoài ra, cũng nên tránh sạc pin Li-ion đã xả sâu nếu chúng đã được để trong tình trạng đó trong vài tháng. Việc sạc quá mức các loại pin này có thể dẫn đến việc tích tụ lithium kim loại trên cực dương, có thể dẫn đến hiện tượng đoản mạch và thông hơi tế bào (nổ pin và cháy). 
Lưu trữ pin Li-Ion 
Các loại pin này khi không sử dụng nên bảo quản ở nơi thoáng mát. Trước khi bảo quản, chúng phải được sạc hoặc xả đến mức 50% để tránh tình trạng sạc quá mức hoặc xả quá mức. Vì những loại pin này có vấn đề về lão hóa và mặc dù có thể tự xả nếu không sử dụng và không được giám sát trong thời gian dài hơn, chúng phải được sạc ít nhất sáu tháng một lần. Chúng phải được tính đến mức 50 phần trăm trong mỗi chu kỳ. Các loại pin này phải được bảo quản ở nơi thoáng mát, nơi nhiệt độ có thể nằm trong khoảng từ 5 đến 20 độ C. 
Các biện pháp phòng ngừa cần thiết khi sử dụng Pin Li-ion 
Những loại pin này có thể bắt lửa khi đoản mạch, do đó, các thiết bị đầu cuối của chúng không bao giờ được đoản mạch do nhầm lẫn. Ngay cả khi được gắn vào mạch điện, cần cẩn thận để các thiết bị đầu cuối của chúng không bị ngắn mạch do ngẫu nhiên. Do chất lỏng được sử dụng trong thiết kế của chúng, những loại pin này không bền với rung hoặc sốc. Đó là lý do tại sao những loại pin này không được khuyến khích sử dụng trong giao thông. Thậm chí, có những hạn chế trong việc mang các loại pin này trong máy bay ở nhiều nơi. 
Vứt bỏ pin Li-Ion 
Không nên vứt bỏ những pin này vào lửa hoặc nước. Để tiêu diệt chúng, chúng không bao giờ được nghiền nát vì chúng chứa chất lỏng có thể gây hại cho con người và môi trường. Nếu pin Li-ion bắt đầu rò rỉ chất lỏng, không được chạm vào chất lỏng và phải hết sức cẩn thận khi tháo pin ra. Tốt nhất nên xử lý các loại pin này bằng cách xử lý đến cơ sở xử lý chất thải. Nếu không có cơ sở nào gần đó, chúng có thể được vứt vào thùng rác thông thường trong một túi riêng để cơ sở quản lý chất thải có thể dễ dàng thu gom. 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button