Hệ thống pin đóng vai trò then chốt trong hoạt động và tuổi thọ của xe điện (EV), nơi lưu trữ và giải phóng năng lượng để cung cấp cho xe. Tuy nhiên, việc quản lý nhiệt độ của pin thông qua các phương pháp làm mát là rất quan trọng để đảm bảo pin hoạt động tốt.
Pin là trái tim của xe điện, cung cấp năng lượng cần thiết cho hoạt động. Vì pin sinh nhiệt trong quá trình sạc và xả, nên việc có một hệ thống làm mát pin hiệu quả là rất quan trọng. Nhiệt độ pin tăng cao có thể khiến pin nhanh hỏng hơn và thậm chí trở nên không an toàn.
Việc quản lý nhiệt độ giữa các bộ phận khác nhau của xe như pin, hệ thống HVAC (sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí), động cơ điện và biến tần được quản lý thông qua Hệ thống Quản lý Nhiệt Pin (BTMS). Ví dụ, khi động cơ nóng lên, một phần nhiệt lượng đó có thể được truyền đi để làm ấm cabin hoặc khi sạc pin trong môi trường lạnh, giúp tận dụng tối đa năng lượng. Chú ý đến điều kiện thời tiết và điều chỉnh thói quen sạc pin cho phù hợp, bạn có thể đảm bảo pin xe điện luôn ở trạng thái tốt nhất và hoạt động tối ưu trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau.
1. Phương pháp làm mát pin EV
Việc làm mát pin EV chủ yếu dựa vào hai kỹ thuật chính: làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng.
1.1 Làm mát bằng không khí
Làm mát bằng không khí là một cách kiểm soát nhiệt độ của pin bằng cách sử dụng không khí xung quanh. Có hai loại: thụ động và chủ động.
Làm mát bằng không khí thụ động sử dụng không khí tự nhiên từ bên ngoài hoặc bên trong xe để làm mát hoặc làm ấm pin. Phương pháp này đơn giản nhưng có những hạn chế và chỉ xử lý được một lượng nhiệt nhỏ.
Sơ đồ hệ thống làm mát không khí thụ động.Hệ thống làm mát không khí chủ động lấy không khí từ máy điều hòa, bao gồm bộ làm mát và bộ sưởi để điều chỉnh nhiệt độ không khí. Hệ thống này phức tạp hơn và có thể quản lý công suất làm mát lớn hơn, khoảng 1 kW. Hệ thống làm mát không khí chủ động không chỉ làm mát pin mà còn có thể làm ấm cabin.
Làm mát chủ động tốt hơn trong việc tản nhiệt từ pin, giúp cải thiện khả năng vận hành và sạc của xe. Tuy nhiên, chi phí cao hơn và cần nhiều năng lượng hơn để hoạt động. Sự khác biệt giữa làm mát chủ động và thụ động là làm mát chủ động cần các bộ phận bổ sung như quạt, tản nhiệt và chất lỏng làm mát, trong khi làm mát thụ động chỉ sử dụng không khí thông thường xung quanh nó.
Việc hiểu rõ các phương pháp làm mát này rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của pin xe điện, đảm bảo pin được sạc tối ưu và hiệu quả, mà không bị quá nhiệt. Điều này cũng có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn bộ sạc cho ô tô tương thích với các hệ thống làm mát cụ thể, điều chỉnh quá trình sạc phù hợp với cơ chế làm mát hiện có.
1.2 Làm mát bằng chất lỏng
Làm mát bằng chất lỏng là một phương pháp được sử dụng rộng rãi để giữ cho pin xe điện luôn mát. Phương pháp này sử dụng chất làm mát dạng lỏng, chẳng hạn như nước hoặc ethylene glycol, để hạ nhiệt độ. Chất lỏng này chảy qua các ống hoặc tấm xung quanh cell pin, truyền nhiệt đến một nơi khác, chẳng hạn như bộ tản nhiệt. Cell pin với nước làm mát không được tiếp xúc trực tiếp nhau.
Làm mát bằng chất lỏng chủ động sử dụng bơm, quạt và các thiết bị khác để chủ động hút và chuyển hướng nhiệt. Đôi khi, các chất tiếp xúc trực tiếp như dầu được sử dụng, tiếp xúc trực tiếp với các cell pin. Tuy nhiên, phương pháp này phổ biến hơn ở các xe điện không phải xe điện chuyên dụng, vì nó không an toàn và không bảo vệ tốt các cell pin.
1.3 Làm mát theo thời gian
Ngày nay, phần lớn pin được làm mát bằng chất lỏng, sử dụng công nghệ làm mát chủ động, giúp cải thiện khả năng quản lý nhiệt độ. Vì chất lỏng có khả năng dẫn nhiệt hiệu quả hơn không khí hàng trăm lần, nên việc quản lý nhiệt độ cũng đơn giản hơn nhiều.
Khi xe điện mới bắt đầu phổ biến, việc sản xuất pin tốn kém hơn. Các nhà sản xuất đã áp dụng hệ thống làm mát bằng không khí thụ động để giảm chi phí. Tuy nhiên, giá pin đã giảm đáng kể trong những năm gần đây, và công nghệ sạc nhanh – vốn đòi hỏi khả năng làm mát vượt trội – đã trở nên phổ biến. Điều này đã làm giảm mức độ phổ biến của hệ thống làm mát bằng không khí thụ động.
Ví dụ, khoảng mười năm trước, bạn có thể lựa chọn giữa một chiếc Chevy Volt với hệ thống làm mát bằng chất lỏng, phạm vi hoạt động ngắn hơn một chút nhưng pin mạnh hơn, hoặc một chiếc Nissan Leaf với hệ thống làm mát bằng không khí và pin có phạm vi hoạt động lớn hơn. Vào thời điểm đó, việc sản xuất một loại pin mạnh mẽ với phạm vi hoạt động xa và hệ thống làm mát chủ động là quá tốn kém.
Làm mát chủ động tốn kém hơn vì cần thêm các thành phần như bơm nhiệt, bộ trao đổi nhiệt, bơm, van và cảm biến nhiệt độ. Tuy nhiên, phương pháp này hiệu quả hơn nhiều trong việc giữ cho pin mát.
2. Tại sao Pin EV cần được làm mát
Pin xe điện cần được làm mát chủ yếu để duy trì phạm vi nhiệt độ hoạt động tối ưu và đảm bảo hiệu suất an toàn và hiệu quả. Những loại pin này được thiết kế để hoạt động tốt nhất trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, thường là từ 20°C đến 25°C. Khi sử dụng, pin sẽ tự động sinh nhiệt do các phản ứng hóa học xảy ra bên trong cell pin. Nếu nhiệt lượng này không được kiểm soát đúng cách, một số vấn đề có thể phát sinh.
Khi hoạt động, các loại pin này có thể chịu được nhiệt độ từ -5°C đến 60°C. Khi sạc lại, phạm vi nhiệt độ chấp nhận được là từ 0°C đến 50°C. Điều quan trọng là phải kiểm soát nhiệt độ pin trong quá trình sử dụng và đảm bảo pin luôn nằm trong phạm vi này. Khi nhiệt độ tăng lên mức cao, thường từ 70°C đến 100°C, sẽ có nguy cơ xảy ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt, một phản ứng dây chuyền nguy hiểm có thể dẫn đến hỏng pin.
Đôi khi, pin cũng cần được làm nóng, đặc biệt là khi nhiệt độ xuống quá thấp hoặc khi cần hiệu suất tối ưu. Ví dụ, pin không thể sạc nếu nhiệt độ dưới 0°C (khoảng 1,7°C). Một số nhà sản xuất ô tô, chẳng hạn như Tesla, thậm chí còn cung cấp chức năng làm nóng pin trước trên một số mẫu xe để tăng hiệu suất. Tính năng này có thể cho phép tăng tốc nhanh chóng, giúp xe tăng tốc từ 0 đến 96 km/h trong chưa đầy 2 giây.
3. Nhược điểm của quản lý nhiệt
Mặc dù cả hệ thống làm mát bằng chất lỏng và không khí đều đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ pin, mỗi phương pháp đều có những nhược điểm riêng.
Một số nhược điểm về quản lý nhiệt này và sự khác biệt giữa hệ thống làm mát bằng chất lỏng và không khí.
Nhược điểm làm mát bằng chất lỏng:
- Rò rỉ: Hệ thống làm mát bằng chất lỏng tiềm ẩn nguy cơ rò rỉ theo thời gian, đặc biệt là khi pin cũ. Các kết nối ống và gioăng có thể bị xuống cấp, gây ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của hệ thống. Rò rỉ không chỉ làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của pin mà còn có thể gây nguy hiểm cho an toàn nếu độ ẩm xâm nhập vào các bộ phận điện của pin.
- Ăn mòn: Hệ thống làm mát bằng chất lỏng sử dụng chất làm mát như glycol, có thể dẫn đến ăn mòn các tấm làm mát khi chất làm mát cũ đi. Việc ngăn ngừa ăn mòn đòi hỏi phải thay thế chất làm mát thường xuyên như một phần của quy trình bảo dưỡng xe, làm tăng chi phí sở hữu và độ phức tạp của việc bảo trì.
- Tắc nghẽn: Nhiều kênh nhỏ mà chất lỏng di chuyển bên trong pin có nguy cơ bị tắc nghẽn theo thời gian. Tắc nghẽn có thể cản trở quá trình lưu thông chất làm mát, dẫn đến làm mát không đều và có khả năng gây ra các điểm nóng bên trong pin.
Nhược điểm của làm mát bằng không khí:
- Biến động khí hậu: Khí hậu khác nhau trên toàn thế giới đặt ra những thách thức đa dạng cho pin làm mát bằng không khí. Nhiệt độ khắc nghiệt, dù là nắng nóng thiêu đốt hay giá lạnh buốt giá, đều có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu suất của pin. Để giải quyết vấn đề này, các hệ thống làm mát bằng không khí cần có cảm biến nhiệt độ môi trường để đảm bảo hoạt động pin hiệu quả.
- Làm mát đồng đều: Không giống như hệ thống làm mát bằng chất lỏng, vốn có thể chủ động điều chỉnh nhiệt độ ngay cả khi xe đang đỗ, hệ thống làm mát bằng không khí dựa vào luồng khí bên ngoài. Việc đảm bảo làm mát đồng đều trong nhiều tình huống lái xe và đỗ xe khác nhau, đặc biệt là trong thời gian dài không hoạt động, có thể là một thách thức.
Những nhược điểm thức chung:
- Lão hóa: Khi pin cũ đi, việc quản lý nhiệt trở nên phức tạp hơn. Pin cũ có thể bị tăng sinh nhiệt và mất năng lượng do quá trình thoái hóa. Hệ thống quản lý nhiệt cần tính đến những thay đổi này để duy trì hoạt động an toàn và hiệu quả của pin theo thời gian.
4. Ví dụ về Hệ thống quản lý nhiệt pin
Một số nhà sản xuất ô tô đã tiên phong trong việc áp dụng hệ thống quản lý nhiệt pin tiên tiến để giải quyết những nhược điểm này.
4.1 Tesla
Xe Tesla được trang bị hệ thống làm mát bằng chất lỏng, sử dụng mạng lưới các ống chứa chất làm mát để duy trì nhiệt độ pin ổn định. Phương pháp này cho phép làm mát và sưởi ấm bộ pin hiệu quả, đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ tối ưu.
4.2 Chevrolet Volt
Chevrolet Volt cũng sử dụng hệ thống làm mát bằng chất lỏng, tương tự như phương pháp của Tesla, để quản lý nhiệt độ pin. Điều này giúp duy trì điều kiện vận hành ổn định và đảm bảo hiệu suất cũng như độ bền của pin.
4.3 Nissan
Xe LEAD của Nissan sử dụng hệ thống làm mát bằng không khí, một hệ thống đã được cải tiến theo thời gian để nâng cao hiệu quả. Phiên bản LEAD mới nhất sử dụng hệ thống làm mát bằng không khí tiên tiến hơn để giảm thiểu các vấn đề tiềm ẩn về nhiệt.
Trên đây là thông tin về cách làm mát pin EV mà trung tâm VATC gửi đến bạn. Hy vọng bạn đã có thêm cho mình kiến thức hay trong ngày.
Nếu bạn có đang đam mê hoặc muốn tìm hiểu về các khóa học trong ngành ô tô thì liên hệ ngay với trung tâm VATC theo thông tin dưới đây để được tư vấn chi tiết nhất nhé!
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam – VATC
- Địa chỉ: Số 4-6, Đường số 4, Phường Hiệp Bình Phước, Thành Phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
- Điện thoại: 0945711717
- Email: info@oto.edu.vn
Xem thêm:
Hoặc để lại thông tin qua form dưới đây, bộ phận tuyển sinh tại VATC sẽ liên hệ để tư vấn miễn phí cho bạn!
