Điện áp cắt{0}}nạp và xả có liên quan trực tiếp đến độ an toàn và tuổi thọ của pin. Cài đặt của chúng đòi hỏi sự cân bằng giữa tính chất vật liệu và điều kiện vận hành. Bài viết này phân tích logic thiết kế ngưỡng điện áp cho các hệ thống như LFP và NCM, đồng thời giải thích chi tiết về cơ chế phối hợp giữa khả năng thích ứng nhiệt độ và khả năng bảo vệ phân cấp nhiều giai đoạn của BMS.
1. Hệ thống vật liệu và tính chất điện hóa
Vật liệu cực âm và cực dương xác định cửa sổ điện áp, vì các tổ hợp cực âm-cực dương khác nhau có các cửa sổ ổn định điện hóa riêng biệt. Ví dụ:
Hệ thống Lithium Iron Phosphate (LFP): Điện áp cắt-điện tích tiêu chuẩn=3.65 V; điện áp cắt-tắt phóng điện=2.5 V (nhiệt độ môi trường xung quanh) hoặc 2,0 V (nhiệt độ thấp).
Hệ thống Vật liệu bậc ba (NCM/NCA): Điện áp cắt điện tích-= 4.2 V; điện áp cắt{2}}tắt phóng điện nằm trong khoảng từ 2,75 V đến 3,0 V.
Hệ thống Lithium Titanate (LTO): Điện áp cắt-tắt điện tích=2.9 V; điện áp cắt-tắt phóng điện=1.5 V.
Rủi ro sạc quá mức và-xả quá mức
Điện áp sạc quá cao gây ra sự suy giảm cấu trúc cực âm, tạo ra oxy và phân hủy chất điện phân.
Điện áp phóng điện quá thấp làm vỡ màng SEI cực dương và gây ăn mòn bộ thu dòng điện.
2. Cơ chế bảo vệ an toàn
Thiết kế bảo vệ phân cấp (lấy LFP làm ví dụ):
Điện áp kết thúc sạc bình thường: 3,65 V - BMS dừng sạc khi đạt đến giá trị này.
Bảo vệ quá tải chính: Quá trình sạc lớn hơn hoặc bằng 3,8 V - bị buộc phải chấm dứt.
Bảo vệ quá tải thứ cấp: Lớn hơn hoặc bằng 4,0 V - BMS khóa hệ thống để tránh thoát nhiệt.
Điện áp kết thúc phóng điện bình thường: 2,5 V - ngừng phóng điện khi đạt đến giá trị này.
Bảo vệ quá mức-phóng điện sơ cấp: Xả nhỏ hơn hoặc bằng 2,0 V - bị buộc phải chấm dứt.
Bảo vệ quá mức-xả thứ cấp: Nhỏ hơn hoặc bằng 1,8 V - BMS khóa hệ thống và cần phải đặt lại thủ công.
3. Khả năng thích ứng nhiệt độ
Điều chỉnh cho môi trường có nhiệt độ-thấp: Điện áp ngắt-xả điện giảm khi nhiệt độ giảm. Đối với tế bào LFP:
Nhiệt độ T > 0 độ: 2,5 V
Nhiệt độ T Nhỏ hơn hoặc bằng 0 độ : 2,0 V Điều này ngăn ngừa hiện tượng ngắt phóng điện sớm do phân cực ở nhiệt độ thấp.
4. Tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ dịch vụ
Tác động đến vòng đời
Việc tăng điện áp-ngắt sạc (ví dụ: nâng giới hạn LFP từ 3,65 V lên 4,0 V) sẽ tăng tốc độ giảm dần công suất.
Điện áp ngắt-phóng điện quá thấp (ví dụ: dưới 2,85 V đối với LFP) dẫn đến mất lithium hoạt động trên cực dương.
Quá trình hình thành
Điện áp ngắt-sạc trước{1}}phải được kiểm soát trong phạm vi hình thành màng SEI (ví dụ: 2,8–3,0 V) để tránh các phản ứng phụ do tạp chất gây ra.
Phần kết luận
Việc xác định-điện áp cắt là kết quả toàn diện về đặc tính vật liệu, yêu cầu an toàn, vòng đời, khả năng thích ứng với nhiệt độ và tiêu chuẩn ngành. Các nhà sản xuất xác minh ngưỡng điện áp thông qua thử nghiệm điện hóa và BMS thực hiện bảo vệ phân cấp tương ứng để đảm bảo hoạt động của pin trong khoảng điện áp an toàn.
