Pin Lithium-ions LiFePO4 là gì?

Pin Lithium-ions LiFePO4 là gì?








Pin Lithium-ions LiFePO4 là một dạng của Lithium-ions battery
Lithium-ions battery là tên gọi chung của tất cả các loại pin lưu trữ sử dụng Lithium ion làm phần tử truyền dẫn điện.
Pin LiFePo4 hay còn gọi là lithium-iron-phosphate (lithium sắt phốt phát) với thành phần hóa học bản cực dương bao gồm Lithium (Li) Sắt (Fe) Phốt phát (PO4).
Khi pin được sạc. các lithium-ions di chuyển từ bảng cực âm sang bản cực dương, khi toàn bộ lithium-iron di chuyển hết là pin được sạc đầy, các electron thì di chuyển ngược lại. Khi xả, thì quá trình ngược lại, lithium-ions chuyển từ bản cực dương sang bản cực âm, khi toàn bộ lithium-iron di chuyển hết là pin xả cạn.
Pin LiFePO4 trong sử dụng thực tế được tạo thành từ tổ hợp nhiều cell pin và đi kèm với BMS (Battery Management System) với nhiều mức điện áp khác nhau tùy nhu cầu sử dụng, mỗi cell pin có điện áp danh định 3.2V, với nhiều mức dung lượng và hình dạng khác nhau. Đơn vị dung lượng của cell pin tính bằng Ah (Ampe Hour), và được ký hiệu là C.
Cách quy đổi dung lượng của pin từ Ah sang Wh
Ví dụ Đối với cell lẻ 100Ah: Dung lượng Wh = C x V =100Ah x 3.2V = 320Wh = 0.32kWh
Ví dụ đối với pack Gigabox5S 51.2V-100Ah (ghép tổ hợp dạng 16S (16 cells mỗi cell 3.2V))
Dung lượng Wh = C x V =100Ah x 51.2V = 5120Wh = 5.12kWh (gọi thông thường là 5.12 số điện)
Nghĩa là khi ta có tải tiêu thụ 1kw thì cục pin 51.2V-100Ah sẽ xả được thời gian 5.12kwh : 1kw= 5.12h (danh định), thì pin sẽ cạn hết
Trong thực tế thì sẽ không xả đến cạn, mà chỉ thường chỉ xả đến 80%, hoặc cố xả thì 90%. Khuyến cáo không nên xả thường xuyên pin xuống 90% trừ khi có những tình huống đặc biệt.
Dòng sạc xả của pin LiFePO4: Dòng xả của pin được tính bằng đơn vị A (ampe) và thường được ký hiệu là %C (phần trăm dung lượng), 1C là 100% dung lượng, 0.2C là 20% dung lượng….
Ví dụ 1 bộ Pin 51.2V-100Ah sạc hay xả ở 0.25C = 0.25 x 100=25A
Ví dụ ghép song song 2 cục Pin Gigabox5S 51.2V-100Ah thành hệ 51.2V-200Ah
Thì 0.25C = 0.25 x 200 = 50A.
Pin LiFePO4 có thể xả ở 1C, nhưng chỉ ở khi có những tình huống đặc biệt, thông thường nên xả ở 0.5C, và tối ưu nhất ở 0.2-0.25C.
Cách quy đổi công suất sạc xả sang dòng điện (tính tương đối):
Công suất sạc/xả = dòng sạc/xả (A) x điện áp (danh định)
VD pin 51.2V-100Ah thì nếu xả dòng 0.25C thì Công suất = 0.25×100(Ah) x 51.2(V) = 1280W = 1.28kW
dòng sạc/xả (A) = Công suất sạc/xả : điện áp (danh định)
VD pin 51.2V-100Ah thì nếu sạc hay xả công suất 1.5kW(1500W) thì dòng sạc/xả (A) = 1500W : 51.2V = 29.3A
TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG PIN THẾ NÀO TRONG HỆ THỐNG LƯU TRỮ:
Dựa vào các tính toán dung lượng, dòng sạc xả như trên. Thì tùy thuộc và lượng điện (số kWh) cần lưu trữ và công suất sạc xả thông thường của hệ thống mà tính toán dung lượng phù hợp.
VD: tải cần sài công suất cao nhất 3kw, và tổng lượng điện cần cùng hàng ngày là 11kwh (11 số điện) thì tính như sau.
Ta nên dùng dùng inverter 5 hoặc 6kw (vì chỉ nên sử dụng tải liên tục ở khoảng 70% công suất inverter trở lại, và chọn hệ pin là 51.2V (hệ 48V) cho dễ mua.
Ta tính hệ này như sau:
Dung lượng tối thiểu cần thiết là: 11000Wh : 51.2V = 215Ah
Tuy nhiên trừ đi dung lượng ko xả cạn, và hiệu suất chuyển đổi điện năng thì ta tính hệ số lưu trữ hữu ích là 75%, vậy dung lượng pin thực cần dùng là 215Ah : 0.75 = 280Ah.
Vậy ta có thể chọn tổ pin 300Ah, ghép từ 3 bộ 51.2V – 100Ah
Dòng xả yêu cầu là: tải 3000W : 51.2V = 59A. vẫn dưới dòng xả liện tục tối ưu của hệ pin 300Ah, bộ pin xả liên tục tối ưu ở 0.25C = 0.25 x 300Ah = 75A.
Tổng kết lại với tải 3kw và sử dụng 11kwh mỗi ngày, ta nên dùng inverter 5-6kw, hệ pin 51.2V-300Ah.
Hoặc ta tính đơn giản như sau:
Lượng lưu trữ cần dùng là: 11kwh : 0.75 = 14.6kwh (0.75 là hệ số sử dụng 75% sau khi trừ đi hiệu suất chuyển đổi và lượng điện không xả cạn, tức là phải cộng thêm 25% lượng cần thực tế)
Với 14.6kw cần thì mình dùng 3 cục pin 5.12kWh (51.2V-100Ah), hoặc 6 cục pin 2.5kwh (51.2V-50Ah)
Lưu ý: tính toán trên mang tính tương đối, chưa tính đến hệ số dự phòng khi pin không được nạp sau khi xả, ví dụ như mất điện lưới nhiều ngày (khi sạc bằng lưới) hoặc không có nắng vài ngày (khi nạp bằng solar).
Nếu khi dùng hệ inverter hybrid có điện lưới, có thể dùng lưu trữ 1 phần, dùng lưới một phần thì giảm được lưu trữ tương ứng.
Pin Lithium LiFePo4 có an toàn không?
Pin LiFePo4 là loại pin có tính ổn định và an toàn nhất trong các dạng pin Lithium-ion khác, rất ít nguy cơ tự cháy nổ. Tuy nhiên không có nghĩa là pin LiFePo4 an toàn tuyệt đối khi gặp phải những hư hại, vẫn cần sự lắp đặt cấu hình cài đặt bởi người có kinh kiệm và đào tạo
Pin Lithium LiFePo4 được dùng ở đâu?
Pin Lithium LiFePo4 chủ yếu dùng trong xe điện, và các mục đích lưu trữ năng lượng dân dụng, công nghệp, năng lượng tái tạo,….
Các thông số giải thích dưới đây là áp dụng đối với nhu cầu pin Lithium LiFePo4 cho lưu trữ năng lượng như hệ thống dự phòng ups, năng lượng tái tạo,…
Sạc Pin Lithium LiFePo4 thế nào?
Đối với các loại pin thương mại có BMS tương thích giao tiếp với inverter (Ví dụ như pin Gigabox 5S) thì khi kết nối, giữa pin và inverter tự cập nhật điện áp sạc, dòng điện sạc xả từ BMS mà người dùng không cần can thiệp gì thêm. BMS đã được canh chỉnh thông số chuẩn theo đặc tính cell pin của hãng.
Đối với các loại pin Lithium LiFePo4 không có giao tiếp, thì tham khảo theo thông số chung như dưới đây.
Nếu bộ pin của bạn có khuyến cáo điện áp sạc thì nên tham khảo hướng dẫn sử dụng, hoặc thông số trên tem, nhãn. Nếu không có thì cài theo hướng dẫn bên dưới đây.
Đa số các loại điều khiển sạc, inverter hiện hành đều có thể sạc tốt cho pin LiFePo4 với mức cài đặt phù hợp.
Để dễ hình dung, các lý giải, ví dụ dưới đây quy theo hệ điện áp 48V danh định (DC 51.2V 16ells pin LiFePo4). Các hệ khác như 24V danh định (25.6V 8cell), 12V danh định (12.8V 4 cell) , … thì quy đổi tương ứng.
Dòng sạc pin Lithium LiFePo4 là bao nhiêu?
Pin Lithium LiFePo4 nên cài dòng sạc giới hạn ở 0.5C, và pin bền nhất ở khi sạc ở mức 0.25C
Điện áp sạc pin Lithium LiFePo4 là bao nhiêu?
Điện áp sạc cưỡng bức: Nên cài điện áp sạc pin ở mức điện áp khoảng 3.55V/cell, tương ứng với 56.8V ở hệ 16cell. (có thể thay đổi ở khoảng 56.5-57.6V)
Sạc thả nổi: Pin Lithium LiFePo4 không cần chế độ sạc thả nổi, do đó nếu inverter hay điều khiển sạc không thể tắt được chế độ sạc thả nổi thì nên cài điện áp này thấp hơn áp sạc một chút, để sạc thả nổi không sảy ra, VD cài ở mức 3.5V/cell hay 56V ở hệ 16cell.
Sạc cân bằng: Pin Lithium LiFePo4 không cần chế độ sạc cân bằng, do đó nếu inverter hay điều khiển sạc không thể tắt được chế độ sạc cân bằng thì nên cài điện áp này cao hơn một chút so với điện áp sạc. VD cài ở mức 3.6V/cell hay 57.6V ở hệ 16cell.
Bảo vệ quá điện áp: Nên cài mức bảo vệ quá đện áp ở mức 3.65V/cell, tức khoảng 58.4V ở hệ 16cell
Nhệt độ hoạt động: Pin Lithium LiFePo4 hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ môi trường dưới 30 độ C, nên đặt pin ở không gian nhiệt độ thấp có thể, nơi thông thoáng để giải nhiệt tốt. Pin Lithium LiFePo4 không hoạt động ở nhiệt độ âm, do đó ở xứ lạnh có nhiệt độ thấp thì không thể sử dụng pin Lithium LiFePo4
ĐIỆN ÁP XẢ, DÒNG ĐIỆN XẢ LITHIUM LIFEPO4 NHƯ THẾ NÀO?
Đối với các bộ pin và hybrid inverter hybrid có hỗ trợ giao tiếp với nhau (Ví dụ như pin Gigabox 5S và Inverter hybrid Megarevo 6kw R6KL1). Người dùng không cần cài đặt dòng xả và điện áp xả, hệ thống sẽ tự nhận diện để hoạt động, người dùng chỉ cần cài mức DoD xả, tức độ xả sâu % mong muốn.
Còn với inverter và pin không hỗ trợ giao tiếp nhau, thì ta cài như thông số sau
Thường pin Lithium LiFePo4 cho phép dòng xả đến 1C hoặc hơn, tuy nhiên để ổn định ta nên giới hạn dòng xả ở 0.5C và pin bền và ít tổn hao nhất ở là ở 0.25C.
Điện áp ngưng xả: cell pin Lithium LiFePo4 cạn hẳn 0% ở mức điện áp 2.6V, và ở 10% là 3V. Để pin không bị xả cạn gây giảm tuổi thọ, ta nên cài điện áp ngưng xả ở tầm 3.1V, tức khoảng 49.x Vđến 50.x V với hệ 16cells. Tuy nhiên khi inverter đang xả dòng, điện áp xuống thấp hơn bình thường hở mạch, do đó có thể inverter ngưng xả trong khi pin vẫn còn ở mức dung lượng cao hơn mức cần ngắt. Do đó điện áp ngắt xả này cũng mang tính tương đối, và chúng ta phải chấp nhận với điều đó. Vì thế, Inverter hybrid và Lithium LiFePo4 có hỗ trợ giao tiếp vẫn là lựa chọn hàng đầu cho một hệ lưu trữ năng lượng điện mặt trời.
BMS (BATTERY MANAGEMENT SYSTEM) LÀ GÌ?
BMS là thành phần cực kỳ quan trong bộ pin Lithium LiFePo4. BMS có nhiệm vụ bảo vệ quá điện áp, bảo vệ thấp điện áp (bảo vệ cho cả hệ, cũng như sự quá áp/thấp áp của từng cell pin). Bảo vệ quá dòng sạc xả, bảo vệ quá nhiệt, câng bằng đều các cell pin trong dãy pin. Không nên sử dụng pin Lithium LiFePo4 mà không có bộ BMS tương thích.
Ngoài ra đối với các pin lithium có giao tiếp với inverter, thì BMS sẽ hoạt động đồng bộ với inverter, giúp nâng cao tính ổn định và tuổi thọ của hệ thống.
PHÂN LOẠI CHẤT LƯỢNG CỦA PIN LITHIUM LIFEPO4:
Pin Lithium LiFePo4 được sản xuất ra và ứng dụng trong rất nhiều mục đích khách nhau.
Pin Lithium LiFePo4 có chất lượng cao nhất được sử dụng cho xe điện. Yêu cầu dòng sạc dòng xả đáp ứng rất cao. Cả BMS cũng yêu cầu rất cao.
Pin Lithium LiFePo4 có chất lượng thấp hơn được dùng cho năng lượng tái tạo, sạc xả mỗi ngày, và không đòi dòng sạc và xả quá cao. BMS cũng được cấu hình phù hợp nhu cầu cho năng lượng tái tạo, và được cấu hình chuẩn để hoạt động đồng bộ với các dòng inverter hybrid thông dụng.
Pin Lithium LiFePo4 có chất lượng thấp hơn nữa thì dùng cho nhu cầu dự phòng điện năng như UPS hay dự phòng cho trạm viễn thông BTS. Nhu cầu xả với tần xuất ít nên không cần đòi hỏi chất lượng cell quá cao. BMS cũng giới hạn dòng sạc giúp pin có chất lượng thấp này hoạt động tốt cho nhu cầu dự phòng. Nếu mang dòng pin này sử dụng cho năng lượng tái tạo sẽ không tốt như pin chuyên dụng cho năng lượng tái tạo, tuy nhiên vẫn có thể tốt hơn ắc quy acid chì thông thường.