EN
Liên kết nhanh
Pin Li-ion thường có mật độ năng lượng khoảng 150 đến 200 Wh/kg, điều này làm cho chúng trở thành lựa chọn tốt khi làm việc với các hệ thống 48V nhỏ gọn nơi không có nhiều không gian trống. Mặt khác, pin lithium sắt phốt phát hay LiFePO4 nổi bật nhờ tuổi thọ kéo dài hơn đáng kể qua các chu kỳ sạc. Chúng ta đang nói đến hơn 2000 chu kỳ hoàn chỉnh so với chỉ 800 đến 1200 chu kỳ của pin Li-ion thông thường theo nghiên cứu về pin lithium dùng trong xe điện năm ngoái. Giá ban đầu của LiFePO4 cao hơn khoảng 10 đến 20 phần trăm so với các loại pin lithium ion thông thường. Tuy nhiên, điều mà nhiều người thường bỏ qua là khoản đầu tư thêm này sẽ được đền đáp về lâu dài vì những viên pin này cần được thay thế ít thường xuyên hơn rất nhiều. Theo thời gian, điều này thực tế giúp tiết kiệm khoảng 40 phần trăm trên mỗi chu kỳ so với việc liên tục mua các cụm pin Li-ion mới.
Cực dương phốt phát sắt trong các pin LiFePO4 giữ được sự ổn định ngay cả khi nhiệt độ đạt khoảng 270 độ C, nhờ đó giảm thiểu nguy cơ xảy ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt độ nguy hiểm. Tuy nhiên, các loại pin lithium-ion thông thường lại có câu chuyện khác. Theo nghiên cứu của Vatrer Power công bố năm ngoái, những hóa chất truyền thống này bắt đầu phân hủy khi chỉ vượt quá 60 độ C một chút. Điều này tạo ra các vấn đề an toàn nghiêm trọng tại những nơi có nhiệt độ cao. Nhờ vào độ ổn định vốn có này, nhiều nhà sản xuất đang chuyển sang sử dụng LiFePO4 cho các hệ thống 48 volt dùng trong thiết bị hạng nặng. Hãy nghĩ đến các nhà máy hay công trường xây dựng, nơi máy móc hoạt động liên tục và nhiệt độ môi trường thường xuyên vượt quá 50 độ. Pin vẫn tiếp tục hoạt động mà không gặp sự cố quá nhiệt.
Sự sinh nhiệt trong các hệ thống 48V dưới tải nặng chủ yếu đến từ ba nguồn: điện trở nội tại khi sạc/xả, hiện tượng tỏa nhiệt Joule khi dòng điện tăng đột ngột, và các phản ứng tỏa nhiệt xảy ra trong quá trình xả sâu. Khi pin hoạt động ở tốc độ xả 3C, bề mặt chúng thường đạt nhiệt độ trên 54 độ Cếu không có hệ thống làm mát chủ động, theo nghiên cứu được MDPI công bố vào năm 2023. Đối với các ứng dụng có nhu cầu công suất cao, chẳng hạn như hệ thống phụ trợ trên xe điện, sự tích tụ nhiệt không kiểm soát này tạo ra các điểm nóng nguy hiểm trên toàn cụm pin. Những khu vực nóng này làm suy giảm tế bào pin nhanh hơn nhiều so với các cụm pin có hệ thống quản lý nhiệt phù hợp, đôi khi làm giảm tuổi thọ khoảng 40 phần trăm hoặc hơn.
Sự kết hợp giữa làm mát gián tiếp bằng chất lỏng và vật liệu thay đổi pha, hay còn gọi là PCMs, đang nổi lên như một trong những phương pháp hàng đầu để đạt được hiệu suất và độ an toàn cao trong các hệ thống 48 volt mới mà chúng ta thấy phổ biến ngày nay. Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Nguồn Năng lượng vào năm 2025 đã chỉ ra một điều khá thú vị. Khi họ thử nghiệm các hệ thống lai sử dụng đồng thời làm mát bằng chất lỏng và PCMs, nhiệt độ đỉnh đã giảm khoảng 18 phần trăm trong các pin xe chạy ở nhiệt độ môi trường 35 độ C. Một kết quả khá ấn tượng. Các hệ thống kiểm soát nhiệt độ hiện đại cũng đang trở nên thông minh hơn. Chúng có thể điều chỉnh lưu lượng chất làm mát dựa trên điều kiện vận hành thực tế tại thời điểm đó. Việc điều chỉnh động này tiết kiệm khoảng 70 phần trăm năng lượng so với các hệ thống tốc độ cố định cũ, trong khi vẫn duy trì chênh lệch nhiệt độ giữa các cell trong phạm vi chỉ 1,5 độ C. Điều này hoàn toàn hợp lý nếu bạn suy nghĩ kỹ.
Các thiết kế nhiệt cần được điều chỉnh phù hợp với môi trường vận hành:
Các tấm làm mát bằng chất lỏng dạng mô-đun đã nổi lên như một tiêu chuẩn có thể mở rộng, cho phép mở rộng liền mạch từ các hệ thống dân dụng 5kWh đến các hệ thống quy mô lưới điện 1MWh mà không cần thiết kế lại các thành phần nhiệt cốt lõi.
Các nhà nghiên cứu tại Applied Thermal Engineering đã thực hiện các bài kiểm tra vào năm 2025 để xem xét cách hệ thống chất làm mát dạng lỏng đa lớp PCM đặc biệt hoạt động cùng với pin xe nâng 48 volt trong các kho hàng có nhiệt độ lên tới khoảng 45 độ C. Những gì họ phát hiện ra khá ấn tượng. Các viên pin này duy trì được sự mát mẻ, giữ nhiệt độ tối đa ở mức khoảng 29,2 độ C trong suốt ca làm việc kéo dài tám giờ. Thực tế, điều này mát hơn 7,3 độ so với các viên pin thông thường không có hệ thống làm mát. Và còn thêm tin tốt nữa. Lượng hao hụt dung lượng pin hàng năm giảm mạnh từ 15 phần trăm xuống chỉ còn 2,1 phần trăm. Khi được thử nghiệm trong điều kiện thực tế, các hệ thống này cho thấy sự chênh lệch nhiệt độ tối thiểu dưới 2 độ trên toàn bộ 96 cell, ngay cả khi trải qua các phiên sạc nhanh cường độ cao 150 amp. Thật sự là những kết quả đáng kinh ngạc đối với bất kỳ ai đang vận hành các hệ thống pin công suất lớn.
Các nguồn chính gây tổn thất năng lượng trong hệ thống 48V bao gồm điện trở nội tại dao động từ 3 đến 8 phần trăm, cộng thêm tổn thất do tỏa nhiệt khoảng 2 đến 5 phần trăm trong mỗi chu kỳ sạc, chưa kể đến những bất hiệu quả khó chịu tại các bề mặt điện cực. Khi việc sạc không được thực hiện đúng cách, tổn thất Ohmic có thể tăng cao hơn tới 12% so với các phương pháp sạc cân bằng tốt, theo một số nghiên cứu gần đây về tối ưu hóa quá trình sạc pin lithium-ion. Đối với những người làm việc trong các ứng dụng công suất cao như hệ truyền động xe điện (EV), những tổn thất này thực sự quan trọng vì chế độ hoạt động nhanh liên tục sẽ làm hao mòn thiết bị nhanh hơn theo thời gian.
Các hệ thống quản lý pin hiện nay giúp mọi thứ hoạt động hiệu quả hơn nhờ điều chỉnh dòng điện một cách thông minh. Điều này giúp giảm từ 18 đến 22 phần trăm các tổn thất điện trở gây khó chịu ở mức cao nhất. Chúng cũng cân bằng các cell rất chính xác, giữ chênh lệch điện áp giữa các cell trong phạm vi chỉ 1,5%. Và khi trời trở lạnh, các hệ thống này bù trừ cho sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình sạc để tránh xảy ra hiện tượng mạ lithium. Theo các nghiên cứu, pin sử dụng phương pháp dòng điện không đổi nhiều giai đoạn thực tế hao hụt dung lượng ít hơn theo thời gian. Các bài kiểm tra trên hệ thống LiFePO4 48 volt cho thấy mức suy giảm thấp hơn khoảng 16,5% so với các phương pháp điều khiển sạc cũ. Điều đó lý giải vì sao ngày càng nhiều công ty chuyển sang các hệ thống tiên tiến này để có giải pháp nguồn điện bền bỉ hơn.
Các tải biến đổi trong robot và lưới điện vi mô tái tạo tạo ra những thách thức về hiệu suất:
| Đặc tính tải | Tác động đến hiệu suất | Chiến lược phòng ngừa |
|---|---|---|
| Các xung dòng điện cao (≥3C) | sụt áp 8–12% | Tụ điện ESR cực thấp |
| Dao động tần số (10–100Hz) | tổn thất gợn sóng 6% | Lọc hài hoạt động |
| Các khoảng thời gian chờ ngắt quãng | tự phóng điện 3%/giờ | Chế độ BMS ngủ sâu |
Dữ liệu hệ thống dự phòng viễn thông cho thấy việc điều chỉnh tải làm tăng hiệu suất lưu thông hai chiều từ 87% lên 93% trong các pin lithium 48V và giảm nhu cầu năng lượng quản lý nhiệt xuống 40%.
Sự mất dung lượng trong các hệ thống pin 48V chủ yếu xảy ra do ba nguyên nhân: sự phát triển của lớp giao diện điện phân rắn, sự hình thành các lớp phủ lithium trên các điện cực, và ứng suất cơ học do hiện tượng giãn nở và co lại liên tục của vật liệu trong các chu kỳ sạc. Khi nhiệt độ tăng lên, các phản ứng hóa học không mong muốn này diễn ra nhanh chóng một cách đáng kể. Nghiên cứu công bố năm ngoái cho thấy nếu nhiệt độ vận hành tăng thêm chỉ 10 độ Celsius so với mức 30 độ, số lần sạc mà pin có thể thực hiện trước khi hỏng sẽ giảm đi một nửa. Đối với các nhà sản xuất ô tô xử lý các điều kiện lái xe thực tế, tình trạng mài mòn cơ học này còn trở nên nghiêm trọng hơn theo thời gian khi phương tiện làm pin phải chịu nhiều loại rung động và thay đổi tải đột ngột trong quá trình di chuyển trên đường.
Vận hành pin 48V trong phạm vi 20%–80% trạng thái sạc (SOC) làm giảm 43% sự hình thành lớp SEI so với chu kỳ sạc đầy. Phân tích của NREL năm 2023 cho thấy tốc độ sạc 0,5C (sạc trong 3 giờ) giữ được 98% dung lượng ban đầu sau 800 chu kỳ, so với mức giữ 89% tại 1C.
| Tỷ lệ tính phí | Số chu kỳ đến 80% dung lượng | Tổn thất Dung lượng Hàng năm |
|---|---|---|
| 0,3C | 2,100 | 4.2% |
| 0,5c | 1,700 | 5.8% |
| 1.0C | 1,200 | 8.3% |
Bảng: Tác động của tốc độ sạc đến tuổi thọ pin lithium-ion 48V (NREL 2023)
Sạc nhanh ở mức 1C chắc chắn giảm đáng kể thời gian chờ đợi, nhưng đi kèm với nhược điểm: pin có xu hướng nóng lên bên trong khoảng 55 đến 70 phần trăm so với tốc độ sạc chậm hơn là 0,5C. Một nghiên cứu gần đây về hệ thống lưu trữ năng lượng thương mại năm 2024 đã chỉ ra một điều thú vị. Họ thử nghiệm phương pháp sạc với tốc độ tối đa (1C) cho đến khi đạt khoảng 70% dung lượng, sau đó giảm tốc độ xuống còn 0,3C. Sau 1.200 chu kỳ sạc, phương pháp này vẫn giữ được khoảng 85% dung lượng ban đầu, thực tế khá gần với kết quả của các phương pháp sạc chậm cực kỳ cẩn trọng. Và đây là điểm quan trọng — nếu các hệ thống này được trang bị quản lý nhiệt tốt, có thể giảm nhiệt độ ít nhất 30%, thì việc sạc nhanh từng phần bắt đầu trở thành giải pháp cân bằng thông minh giữa nhu cầu sạc nhanh và mong muốn kéo dài tuổi thọ pin.