Tài liệu tham khảo kỹ thuật --- Những điều cần biết về bộ sạc và pin
Thị trường thiết bị di động không ngừng mở rộng đang tạo ra nhu cầu ngày càng tăng về hiệu suất và tuổi thọ pin được cải thiện. Để đáp ứng các tiêu chí này, dung lượng và khả năng của các cell pin sạc đã không ngừng tăng lên, từ việc giới thiệu pin niken cadmium (NiCd) và pin axit chì kín (SLA) thương mại vào những năm 1960 cho đến sự ra đời gần đây của công nghệ niken kim loại hydride (NiMH) và lithium ion (Li-I, hoặc Li+). Mỗi loại cell pin đều có những ưu điểm riêng, nhưng quyết định sử dụng loại nào trong một ứng dụng cụ thể có thể phụ thuộc vào cả yếu tố kinh tế lẫn tính khả thi về mặt kỹ thuật.
Những điều cần thiết về pin
Bảng dưới đây thể hiện một số đặc điểm vận hành và sạc của các loại cell thứ cấp phổ biến nhất. Hiệu suất sẽ khác nhau tùy theo nhà sản xuất, vì vậy những dữ liệu này chỉ mang tính chất tham khảo. Tốc độ sạc tối đa được phép sẽ khác nhau, nhưng dựa trên thông số này và dung lượng Ampe-giờ (C) của cell, thời gian sạc nhanh có thể được tính toán theo các công thức được hiển thị. Lưu ý rằng đây chỉ là những quy tắc chung, dựa trên kinh nghiệm dày dặn, và dung lượng hoàn trả phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng ban đầu và tuổi thọ của cell.
| Đặc điểm | SLA (Đại hội đồng cổ đông) | NiCd | NiMH | Li+/Li-polymer |
| Mật độ năng lượng (Wh/kg) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| Chu kỳ hoạt động (Điển hình) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Nhiệt độ hoạt động (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Dòng điện sạc tối đa (A) | 0,25°C | 2C | 1C | 1C |
| Phương pháp tính phí | Điện áp không đổi | Dòng điện không đổi | Dòng điện không đổi | Dòng điện/Điện áp không đổi |
| Thời gian sạc nhanh (h) | C/A + 2 giờ | C/A + 20% | C/A + 20% | C/A × 2 |
Bộ sạc phù hợp với pin
Người dùng thích một bộ sạc có thể sạc pin nhanh nhất có thể. Nhưng tốc độ không phải là yếu tố duy nhất khi thiết kế bộ sạc. Nếu có thể sạc qua đêm, bộ sạc nhỏ giọt phù hợp có thể rất nhỏ gọn, vì không cần phải cung cấp quá nhiều dòng điện. Nó cũng có thể nhẹ, dễ di chuyển và chi phí sản xuất tương đối rẻ.
Pin axit chì kín cần sạc ở điện áp không đổi giới hạn dòng điện. Đối với pin SLA ở chế độ chờ, sạc liên tục ở mức 2,25V/cell là đủ. Ở điện thế này, pin sẽ không bị sạc quá mức và có thể duy trì kết nối vô thời hạn mà không bị hư hỏng. Tương đương với NiCd và NiMH là sạc dòng điện không đổi qua đêm (14 giờ) ở 0,1C. Trong khi hầu hết các cell SLA và NiCd phù hợp với sạc nhỏ giọt dài hạn, đối với NiMH, việc sạc phải được dừng lại để tránh hư hỏng.
Tuy nhiên, những yếu tố nào cần được xem xét khi chỉ định bộ sạc nhanh? Tốc độ sạc nhanh quá cao có thể gây hại cho tuổi thọ tổng thể của các cell pin. Các nhà sản xuất pin không nhất thiết phải cân nhắc hàng đầu về việc cảnh báo về tuổi thọ giảm và chu kỳ sạc thực tế, và nếu có, các chi tiết có thể không rõ ràng. Sạc nhanh thành công ở tốc độ lên đến 2C đòi hỏi phải theo dõi thông minh các thông số pin ở mọi giai đoạn của chu kỳ sạc. Thế hệ bộ sạc thông minh mới nhất có thể giải quyết các tác động của mạch bảo vệ và các biến động về nhiệt độ hoạt động và điện trở tiếp xúc. Một tính năng thiết yếu của bộ sạc nhanh là tự động giảm tốc độ sạc trước khi bắt đầu quá tải và nhiệt độ và áp suất tăng sau đó.
Đặc tính sạc của pin NiCd và NiMH tương tự nhau, mặc dù NiMH tỏa nhiều nhiệt hơn trong quá trình sạc và điện áp đỉnh không rõ ràng. Nhiều kỹ thuật kết thúc sạc nhanh bằng dòng điện không đổi được sử dụng trong cả hai loại pin. Các kỹ thuật này bao gồm dV/dt, tốc độ thay đổi điện áp gần với điện áp đỉnh; -dV, mức giảm điện áp pin sau khi đạt đỉnh; và cảm biến nhiệt độ pin khi sạc đầy. Mạch điện để cải tạo và xử lý các pin bị hỏng, chưa định hình hoặc cũ trước khi sạc hàng loạt cũng rất được ưa chuộng đối với pin gốc niken. Rõ ràng, tất cả những tính năng này đều có giá của nó, nhưng nếu không có sự tinh vi này, các pin có thể bị hư hỏng nghiêm trọng, làm giảm cả dung lượng và tuổi thọ, cũng như gây nguy cơ mất an toàn.
Việc sạc cell Li-I tương tự như SLA, cả hai đều yêu cầu điện áp không đổi giới hạn dòng điện. Tuy nhiên, đối với Li-I, điều quan trọng là bộ sạc phải tích hợp chức năng ngắt dòng điện điểm cuối và bộ hẹn giờ an toàn để bảo vệ toàn diện. Do các yêu cầu cụ thể cho từng ứng dụng, hệ thống sạc Li-I nên được tích hợp với thiết kế bộ pin càng sớm càng tốt trong quá trình thiết kế. Thế hệ bộ sạc Li-I thông minh mới của Lawtronics đáp ứng các tiêu chí do nhà sản xuất cell đặt ra và có thể được cấu hình để phù hợp với hầu hết các yêu cầu của OEM.
Công nghệ pin đang dần phát triển và thiết kế bộ sạc thông minh có thể đảm bảo mang lại lợi ích tối đa cho người dùng.