Các Vấn Đề Cần Lưu Ý Khi Sạc Pin Lithium-ion Có Thể Bạn Chưa Biết – Phần 1

“Pin Lithium-ion” không còn là cái tên quá xa lạ khi nhắc về nguồn điện thứ cấp, hoạt động dựa vào quá trình biến đổi hóa năng thành điện năng để tiến hành tích trữ và cấp điện cho các thiết bị điện. Cũng đều với tên gọi là Pin (Pin) nhưng khác với Pin acid chì, Pin Lithium-ion có giá thành cao hơn nhưng bù lại, nó có tuổi thọ dài hơn, khối lượng nhẹ hơn, thể tích nhỏ hơn và cho phép nạp với tốc độ nhanh hơn rất nhiều. 

Không giống nhau về bản chất hóa học giữa các loại Pin (Pin) nói chung và Pin lithium-ion nói riêng nên Pin Li-ion sẽ có quy trình sạc riêng. Trong bài viết ngày hôm nay, DAKIA sẽ đi sâu vào việc phân tích quy trình sạc và các vấn đề cần lưu ý khi sạc Pin Lithium-ion.

1. Tổng quan về quá trình nạp Pin Lithium-ion

Như đã đề cập ở trên, vì bản chất hóa học bên trong giữa các dòng Pin là khác nhau nên quá trình sạc của chúng cũng khác nhau. Trước tiên hãy cùng tìm hiểu về quá trình nạp sạc Pin lithium-ion nhé.

Quy trình sạc Pin Lithium-ion tiêu chuẩn gồm 2 giai đoạn: Sạc ổn dòng, sạc ổn áp. 

Đầu tiên, trong quá trình sạc ổn dòng, dòng điện được giữ không đổi, thông thường bằng C/2-C (trong đó, C là dung lượng [Ah] của Pin). Dòng điện sạc càng lớn, quá trình sạc ổn dòng càng ngắn nhưng quá trình sạc ổn áp sẽ càng dài; tuy vậy, tổng thời gian sạc cả 2 giai đoạn thường không quá 3h. Đồng thời, dòng điện lớn sẽ làm tăng nhiệt độ Pin.

Trong quá trình sạc cần theo dõi nhiệt độ sát sao vì nhiệt độ quá cao sẽ có thể làm cho Pin bốc cháy hoặc phát nổ. Thông thường, nhiệt độ không nên vượt quá 450C. Một số Pin Li-ion sử dụng công nghệ Lithium-Ferro-Phosphate (LiFePO4) có thể đẩy nhiệt độ khi sạc lên đến 600C.

Một số bộ sạc nhanh (quick charge) chỉ thực hiện bơm dòng ổn định vào Pin (sạc ổn dòng) do đó, giới hạn về nhiệt độ lớn hơn đồng nghĩa với việc dòng điện sạc lớn hơn hay thời gian sạc nhanh sẽ ngắn hơn.

Trong quá trình sạc ổn dòng, điện áp trên 2 đầu cực Pin tăng dần. Khi điện áp đạt bằng sức điện động của Pin lúc đầy, bộ sạc kết thúc quá trình sạc ổn dòng và chuyển sạc chế độ sạc ổn áp. Toàn bộ thời gian sạc ổn dòng thường kéo dài tối đa khoảng 1h (tùy thuộc vào dung lượng còn lại ban đầu của Pin).

Kết thúc quá trình sạc ổn dòng, dung lượng Pin đã phục hồi được khoảng 70%. Trong nhiều trường hợp (quick-charge) người ta có thể đem sử dụng ngay (phương pháp “charge-and-run”). Điều này mặc dù làm giảm bớt thời gian sạc đồng thời làm cho thiết kế của bộ sạc đơn giản hơn rất nhiều nhưng mặt khác sẽ làm giảm tuổi thọ Pin.

Để đảm bảo tuổi thọ của Pin theo đúng thông số nhà sản xuất đưa ra, người ta thường phải tiến hành cả giai đoạn sạc ổn áp – thường mất thời gian hơn rất nhiều so với giai đoạn sạc ổn dòng.

Qua giai đoạn sạc thứ 2, trong chế độ sạc ổn áp, điện áp sạc thường được giữ không đổi bằng 4,2V/cell. Do dung lượng của Pin phục hồi dần, sức điện động của nó tăng lên làm cho dòng điện giảm dần. Khi dòng điện giảm về nhỏ hơn 3%C, chế độ sạc ổn áp kết thúc. Lúc này, dung lượng Pin đạt khoảng 99%.

Khác với Pin acid-chì, Pin Lithium-ion không cần và không được phép duy trì áp sạc sau khi Pin đã đầy (dòng điện sạc giảm nhỏ hơn 3%C) vì tính chất của Pin Lithium-ion không cho phép overcharge; nếu vẫn cố over-charge có thể sẽ làm nóng Pin và gây ra nổ. Ngoài ra, theo các chuyên gia, không nên sạc Pin Li-ion vượt quá 100% dung lượng vì như vậy sẽ làm giảm tuổi thọ của Pin. Vấn đề này sẽ được làm rõ ở phần tiếp theo.

Nếu Pin được sạc đầy, sau khi ngừng sạc, điện áp hở mạch của Pin sẽ giảm dần về mức ổn định khoảng 3,6 – 3,9V/cell. Trái lại, nếu chỉ sạc nhanh (sạc ổn dòng) thì sau khi ngừng sạc, áp Pin sẽ giảm sâu hơn về khoảng 3,3 – 3,5V.

Do Pin Lithium-ion cũng có tính chất tự phóng điện khi không sử dụng (self-discharge) nên trong một số trường hợp, để điền đầy Pin, ngoài việc sử dụng quá trình ổn dòng, ổn áp, người ta thường kết hợp thêm kỹ thuật sạc xung ngắn.

Chẳng hạn, khi áp Pin đạt 4,2V/cell, quá trình sạc sẽ dừng ngay. Lúc này, điện áp pin sẽ giảm dần; khi điện áp Pin giảm còn 4,05V/cell hệ thống sạc lại tiếp tục đóng áp sạc 4,2V/cell vào để tiếp tục quá trình sạc áp. Việc đóng cắt như vậy sẽ được diễn ra liên tục. Nhờ vậy, điện áp Pin được giữ ổn định trong khoảng 4,05 – 4,2V/cell, do đó, làm Pin được nạp sâu hơn, tránh được hiện tượng over-charging và kéo dài tuổi thọ Pin.

2. Vấn đề Over-charging Pin Lithium-ion

Như chúng ta đã biết, để tăng hiệu suất làm việc cũng như duy trì tuổi thọ thì các thiết bị điện chỉ nên được sử dụng dưới thông số kỹ thuật định mức. Không ngoại trừ đó thì Pin Lithium-ion chỉ nên hoạt động (sạc/xả) ở vùng điện áp được thiết kế (dưới 4,2V/cell). Tuy nhiên, trong một số trường hợp, khi Pin đã đầy mà vẫn bơm dòng điện vào, điện áp Pin sẽ dâng lên cao hơn 4,3V. Lúc này, Pin gọi là bị over-charging.

Khi ở điện áp Pin nằm ngoài vùng làm việc an toàn (trên 4,2V/cell hoặc dưới 2,5V/cell) hoạt động của nó trở nên không ổn định. Các lớp Lithium Metallic sẽ hình thành trên cực dương trong khi cực âm sẽ bị oxi hóa mạnh làm giảm tính ổn định và sản sinh ra khí CO2 bên trong Pin làm áp suất trên trong Pin sẽ tăng lên. Thông thường, để an toàn, bộ sạc cần phải ngừng sạc ngay khi áp suất trong cell đạt 200psi.

Nếu bộ sạc không có chức năng theo dõi và bảo vệ áp suất lớn, do khí CO2 không ngừng sinh ra, áp suất Pin sẽ tiếp tục tăng, đồng thời nhiệt độ Pin cũng tăng nhanh. Khi áp suất đạt khoảng 500psi, lúc này nhiệt độ Pin đạt khoảng 1300C – 1500C, lớp màng an toàn ngăn cách các cell sẽ bị đánh thủng và Pin sẽ bắt đầu bốc cháy thậm chí gây nổ.

Vì vậy, trong quá trình sạc, cần tuyệt đối tuân thủ các yêu cầu về nhiệt độ và điện áp trên các cell.

3. Sạc Pin Lithium-ion bị over-discharge

Pin Lithium-ion nói chung không nên và không được phép xả quá sâu (over-discharge). Khi điện áp pin giảm xuống dưới 3,0V/cell, tốt nhất nên cắt Pin khỏi mạch. Nếu để điện áp Pin giảm xuống dưới 2,7V/cell hệ thống mạch bảo vệ của bản thân Pin sẽ tự động chuyển Pin sang chế độ sleep. Lúc này, Pin không thể sạc lại được theo cách thông thường mà cần phải sử dụng chu trình sạc 4 giai đoạn theo sơ đồ hình 2.

Trong chu trình sạc 4 giai đoạn, ngoài 2 giai đoạn sạc ổn dòng, ổn áp giống như quy trình sạc Pin Li-ion thường, 2 giai đoạn Pre-charge và Activation được thêm vào để khôi phục lại hoạt động của Pin.

Trước tiên, trong giai đoạn Pre-charge, Pin sẽ được bơm vào một dòng điện nhỏ (5-15%C) sau đó điện áp Pin được giám sát. Nếu sau một khoảng thời gian xác định (testing time), điện áp Pin không tăng hoặc tăng quá chậm thì Pin coi như không thể phục hồi được nữa. Trái lại nếu điện áp tăng lên trên 2,8V khi đó Pin gọi là còn tốt và có thể tiếp tục sạc được. Lúc này, bộ sạc chuyển sang sạc Pin trong chế độ Active để kích hoạt trở lại hoạt động của Pin.

Trong chế độ Activation, dòng điện 5-15%C tiếp tục được duy trì cho đến khi điện áp Pin tăng lên trên 3V. Lúc này bộ sạc lại chuyển sang hoạt động ở chế độ sạc ổn dòng và ổn áp như bình thường.

Khi các nhà sản xuất bán Pin, họ thường sạc sẵn Pin đến 40% dung lượng. Tuy nhiên, sau một thời gian, do hiện tượng tự xả (self-discharge) dung lượng Pin giảm dần, đồng nghĩa với việc điện áp Pin giảm. Vì vậy, để tránh hiện tượng over-discharge, Pin nên được bảo trì định kỳ bằng cách sạc lại sau khi để không dùng trong một thời gian dài.

Vậy là ở phía trên, DAKIA TECH đã giúp bạn đọc có thêm 3 mục kiến thức về quá trình sạc và các lưu ý khi sạc Pin lithium-ion. Ở bài viết tiếp theo DAKIA sẽ tiếp tục cung cấp phần kiến thức còn lại mà bạn cần nắm để giúp Pin của bạn hoạt động với hiệu suất cao nhất nhưng không làm giảm đi tuổi thọ của chúng. Hãy cùng chờ đón bài viết tiếp theo nhé.

Nếu bạn có nhu cầu tìm hiểu thêm về các sản phẩm Pin lithium-ion thì xem TẠI ĐÂY nhé.

4. Các sản phẩm Pin lithium-ion bán chạy tại DAKIA

Để đặt mua Các sản phẩm với chất lượng tốt nhất, Quý khách hàng hãy liên hệ với chúng tôi:

CÔNG TY TNHH DAKIA GROUP

Email: Dakiatech.sales@gmail.com

Địa chỉ: 50/17 Đường Số 9, Phường 9, Gò Vấp, TP.HCM

Hotline: 034.3535.797 hoặc đặt hàng trực tiếp trên DAKIA TECH

Nếu cần tư vấn thêm về sản phẩm khác, Quý khách hãy gọi số: 034.3535.797

DAKIA TECH rất hân hạnh được phục vụ quý khách!