Các Vấn Đề Cần Lưu Ý Khi Sạc Pin Lithium-ion

Mặc dù giá thành của Pin Lithium-ion có thể cao hơn, nhưng những lợi ích mà nó mang lại là đáng giá. Một trong những điểm nổi bật là tuổi thọ dài, giúp người dùng không cần thay pin thường xuyên. Bên cạnh đó, Pin Lithium-ion cũng nổi bật với khối lượng nhẹ, giúp giảm trọng lượng của thiết bị và thể tích nhỏ gọn hơn, tối ưu hóa không gian sử dụng. Ngoài ra, khả năng nạp nhanh của nó còn là một điểm mạnh, giúp người dùng tiết kiệm thời gian trong quá trình sạc pin.

Với những ưu điểm đặc trưng này, Pin Lithium-ion không chỉ là sự lựa chọn của ngày nay mà còn là hướng phát triển tương lai trong lĩnh vực nguồn điện di động.

Quá trình sạc của Pin Lithium-ion được chia thành hai giai đoạn chính: Sạc ổn dòng và sạc ổn áp. Trong giai đoạn đầu, được gọi là sạc ổn dòng, dòng điện được duy trì ở một mức độ không đổi, thường là bằng một nửa đến một “C” (nơi “C” là dung lượng của pin, đo bằng ampère-giờ). Dòng điện này có thể ảnh hưởng đến thời gian sạc, với dòng lớn thì quá trình sạc ổn dòng ngắn hơn, nhưng quá trình sạc ổn áp kéo dài. Thời gian tổng cả hai giai đoạn thường không vượt quá 3 giờ. Tuy nhiên, dòng điện lớn có thể làm tăng nhiệt độ của pin.

Quan trọng nhất là theo dõi và kiểm soát nhiệt độ trong quá trình sạc. Nhiệt độ quá cao có thể gây nguy cơ bốc cháy hoặc phát nổ. Thông thường, nhiệt độ không nên vượt quá 45°C. Một số loại Pin Lithium-ion, chẳng hạn như Pin sử dụng công nghệ Lithium-Ferro-Phosphate (LiFePO4), có thể chịu được nhiệt độ lên đến 60°C trong quá trình sạc.

Đáng chú ý là một số bộ sạc nhanh (quick charge) chỉ áp dụng sạc ổn dòng, giảm nguy cơ quá nhiệt độ, nhưng đồng thời dẫn đến dòng điện sạc lớn hơn và thời gian sạc nhanh hơn. Sự cân nhắc giữa dòng điện, thời gian sạc và an toàn là quan trọng khi lựa chọn bộ sạc cho Pin Lithium-ion.

Quy trình sạc Pin Lithium-ion được thực hiện thông qua hai giai đoạn chính: sạc ổn dòng và sạc ổn áp.

Trong giai đoạn sạc ổn dòng, điện áp trên hai đầu cực của Pin tăng dần. Khi điện áp đạt đến mức sức điện động của Pin khi đầy, bộ sạc chuyển đổi sang giai đoạn sạc ổn áp. Thời gian sạc ổn dòng thường kéo dài khoảng 1 giờ (phụ thuộc vào dung lượng còn lại ban đầu của Pin).

Khi kết thúc giai đoạn sạc ổn dòng, dung lượng Pin đã được khôi phục khoảng 70%. Trong một số trường hợp, như sạc nhanh (quick charge), người ta có thể quyết định sử dụng Pin ngay sau khi sạc (phương pháp “charge-and-run”). Mặc dù giảm thiểu thời gian sạc và đơn giản hóa thiết kế của bộ sạc, nhưng điều này có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của Pin.

Để đảm bảo tuổi thọ theo đúng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, thường phải tiếp tục giai đoạn sạc ổn áp. Giai đoạn này thường mất thời gian lâu hơn nhiều so với giai đoạn sạc ổn dòng, nhưng nó là quan trọng để đạt được dung lượng đầy đủ và bảo đảm hiệu suất lâu dài của Pin Lithium-ion.

Trong giai đoạn sạc thứ hai, khi Pin Lithium-ion chuyển sang chế độ sạc ổn áp, điện áp sạc được duy trì ổn định ở mức 4,2V/cell. Trong khi dung lượng của Pin phục hồi, sức điện động tăng lên, dẫn đến giảm dần của dòng điện. Khi dòng điện giảm xuống dưới 3%, chế độ sạc ổn áp chấm dứt, và Pin đạt khoảng 99% dung lượng.

Điều đặc biệt là Pin Lithium-ion không yêu cầu và không được phép duy trì áp sạc sau khi đã đầy, bởi vì tính chất của chúng không cho phép overcharge. Việc cố gắng overcharge có thể gây nóng lên và nguy cơ nổ. Ngược lại với Pin acid-chì, theo các chuyên gia, không nên sạc Pin Lithium-ion vượt quá 100% dung lượng, vì điều này có thể làm giảm tuổi thọ của Pin, như sẽ được thảo luận rõ hơn ở phần sau.

Khi Pin đạt trạng thái đầy đủ sạc, sau khi quá trình sạc dừng lại, điện áp mở mạch của Pin giảm dần về khoảng 3,6 – 3,9V/cell. Ngược lại, nếu chỉ sạc nhanh (sạc ổn dòng), sau khi ngừng sạc, áp Pin sẽ giảm sâu hơn về khoảng 3,3 – 3,5V. Điều này làm nổi bật sự quan trọng của việc hiểu rõ quy trình sạc để bảo vệ và tối ưu hóa hiệu suất của Pin Lithium-ion.

Bởi vì Pin Lithium-ion thường xuất hiện hiện tượng tự phóng điện khi không sử dụng (self-discharge), nhiều người sử dụng kỹ thuật sạc xung ngắn để tối ưu hóa quá trình sạc và bảo vệ Pin một cách hiệu quả. Điều này thường được áp dụng kết hợp với quá trình sạc ổn dòng và ổn áp truyền thống.

Ví dụ, khi điện áp Pin đạt đến 4,2V/cell, quá trình sạc tự động dừng lại. Trong khi điện áp Pin giảm xuống khoảng 4,05V/cell, hệ thống sạc sẽ tự động kích hoạt lại quá trình đóng áp sạc 4,2V/cell để tiếp tục sạc áp. Quá trình này lặp đi lặp lại, tạo ra một chu kỳ đóng cắt liên tục. Nhờ vào cơ chế này, điện áp Pin được duy trì ổn định trong khoảng 4,05 – 4,2V/cell.

Kỹ thuật này mang lại lợi ích lớn bằng cách giúp Pin được nạp sâu hơn, tránh tình trạng over-charging và giúp kéo dài tuổi thọ của Pin. Sự kết hợp giữa các phương pháp sạc truyền thống và sạc xung ngắn giúp tối ưu hóa hiệu suất sạc và bảo vệ Pin Lithium-ion một cách tối đa.

2. Vấn đề Over-charging Pin Lithium-ion

Để tối ưu hóa hiệu suất làm việc và bảo dưỡng tuổi thọ của Pin Lithium-ion, việc duy trì sử dụng dưới các thông số kỹ thuật định mức là vô cùng quan trọng. Điều này áp đặt một giới hạn về điện áp hoạt động của Pin, thường được thiết kế để duy trì ở mức dưới 4,2V/cell. Tuy nhiên, có những tình huống ngoại lệ khi Pin, đã đầy, vẫn nhận dòng điện và dẫn đến tình trạng over-charging.

Khi Pin trải qua over-charging, điện áp của nó có thể vượt quá ngưỡng an toàn, với giá trị thường cao hơn 4,3V. Trong tình trạng này, Pin trở nên không ổn định và có thể gây ra hiện tượng over-pressurization. Các lớp Lithium Metallic sẽ hình thành trên cực dương, trong khi cực âm bị oxi hóa mạnh, gây giảm tính ổn định và tạo ra khí CO2 bên trong Pin. Áp suất bên trong Pin tăng lên, và để đảm bảo an toàn, bộ sạc cần phải dừng quá trình sạc ngay khi áp suất trong cell đạt 200psi.

Nếu không có chức năng theo dõi và bảo vệ áp suất lớn, áp suất trong Pin có thể tiếp tục tăng, đồng thời nhiệt độ cũng tăng nhanh. Khi áp suất đạt khoảng 500psi, nhiệt độ Pin có thể đạt 1300C – 1500C, làm hỏng lớp màng an toàn giữa các cell và gây ra tình trạng cháy hoặc thậm chí là nổ.

Do đó, tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu về nhiệt độ và điện áp trong quá trình sạc là quan trọng để đảm bảo an toàn và bền vững cho Pin Lithium-ion.

3. Sạc Pin Lithium-ion bị over-discharge

Giai đoạn Pre-charge:
Trong giai đoạn này, Pin sẽ được bơm vào với một dòng điện nhỏ (5-15%C). Điện áp Pin được theo dõi, và nếu sau một khoảng thời gian xác định, điện áp không tăng hoặc tăng quá chậm, Pin được coi là không thể phục hồi được nữa. Ngược lại, nếu điện áp tăng lên trên 2,8V, Pin được xem là có khả năng hoạt động lại.

Giai đoạn Activation:
Nếu Pin được coi là có khả năng hoạt động lại, giai đoạn Activation sẽ được thực hiện. Dòng điện 5-15%C tiếp tục được duy trì cho đến khi điện áp Pin tăng lên trên 3V. Lúc này, bộ sạc chuyển sang chế độ sạc ổn định và ổn áp như bình thường.

Kỹ thuật này giúp khôi phục lại hoạt động của Pin sau khi trải qua tình trạng over-discharge. Trong quá trình sản xuất, Pin thường được sạc đến mức khoảng 40% dung lượng. Tuy nhiên, do hiện tượng tự xả (self-discharge), dung lượng Pin giảm dần và điện áp giảm. Để tránh tình trạng over-discharge, việc bảo trì định kỳ bằng cách sạc lại Pin sau một khoảng thời gian không sử dụng là quan trọng để duy trì hiệu suất và tuổi thọ của Pin Lithium-ion.

Vậy là ở phần trên, AladinLED đã chia sẻ cùng bạn đọc 3 mục kiến thức quan trọng về quá trình sạc và những điều cần lưu ý khi sạc Pin lithium-ion. Trong bài viết tiếp theo, AladinLED sẽ tiếp tục mang đến phần kiến thức còn lại, giúp bạn hiểu rõ hơn về cách duy trì và tối ưu hóa hiệu suất của Pin mà không làm giảm đi tuổi thọ của chúng. Hãy cùng đón đọc và khám phá những thông tin hữu ích trong bài viết sắp tới!

Nếu bạn đang tìm kiếm thông tin về các sản phẩm Pin lithium-ion, hãy truy cập trang web của AladinLED TẠI ĐÂY để biết thêm chi tiết và lựa chọn những sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu của bạn. Chúng tôi luôn cam kết mang đến cho bạn những giải pháp chiếu sáng hiệu quả và an toàn nhất. Đừng quên theo dõi để cập nhật thông tin mới nhất từ chúng tôi!