Pin của xe điện có thể sớm bị hư hỏng và đôi khi có thể bùng cháy mà không có nhiều cảnh báo. Theo báo chí quốc tế, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia đang nỗ lực phát hiện sớm các vấn đề hư hỏng này và cung cấp thời gian cảnh báo đầy đủ cho người dùng xe.
(Nguồn ảnh: Phòng thí nghiệm Sandia)
Mặc dù xe điện trang bị các hệ thống phát hiện vấn đề hiệu suất của pin lithium-ion, nhưng những hệ thống này lại không chú ý đến những vấn đề an toàn cấp thiết. Thành viên nhóm an toàn pin tại Sandia, Alex Bates, cho biết: “Tính chất cháy của pin khác nhau tùy thuộc vào chế độ hư hỏng. Một số pin có thể nóng tự phát trong nhiều giờ, trong khi những pin khác thì có thể nóng lên đột ngột và mạnh mẽ. Những pin này bắt đầu nóng lên không thể kiểm soát và cuối cùng dẫn đến cháy.”
Các phương pháp đo lường hiện tại trong hệ thống quản lý pin có thể theo dõi nhiệt độ và điện áp, nhưng đây là các chỉ số chậm trễ về vấn đề an toàn. Điều này có nghĩa là thời gian cảnh báo quá muộn, cho đến khi pin sắp cháy hoặc đã cháy mới phát hiện. Giám đốc an toàn pin Sandia, Loraine Torres-Castro, cho biết: “Chúng tôi tập trung vào việc kéo dài thời gian cảnh báo, nhằm mục đích cho phép hệ thống chẩn đoán cung cấp cảnh báo sớm hơn, để mọi người có thời gian dừng xe và rời khỏi xe một cách an toàn.” Mục tiêu cuối cùng là tích hợp hệ thống cảnh báo này vào bảng điều khiển của xe.
(Nguồn ảnh: Phòng thí nghiệm Sandia)
Phòng thí nghiệm BATLab
Để đạt được mục tiêu này, Torres-Castro và nhóm của bà đã thực hiện các bài kiểm tra chẩn đoán thương mại đối với từng tế bào pin và gói pin tại Phòng thí nghiệm Kiểm tra Lạm dụng Pin (Battery Abuse Testing Laboratory, BATLab). Torres-Castro cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là thực hiện các bài kiểm tra chuẩn cho các giải pháp thương mại nhằm ứng phó với các lỗi hư hỏng khác nhau. Các lỗi đó biểu hiện ra những phản ứng khác nhau và cần chẩn đoán đặc thù. Một phương pháp không thể giải quyết tất cả các vấn đề. Chúng tôi cố gắng tìm những công cụ cụ thể có khả năng cung cấp cảnh báo sớm để phù hợp với từng tình huống hư hỏng, đặc tính hóa học của pin và kỹ thuật pin.”
Bên cạnh phòng thí nghiệm BATLab, Sandia có lợi thế độc đáo trong công tác này. Torres-Castro cho biết: “Nhóm của chúng tôi sở hữu kiến thức chuyên sâu và rộng. Chúng tôi hiểu biết về khoa học vật liệu, điện hóa và kỹ thuật. Quan trọng nhất, chúng tôi hiểu nguyên nhân và cách thức hư hỏng của pin.”
Vào đầu năm nay, một bài báo được công bố trên tạp chí Journal of the Electrochemical Society cho thấy nghiên cứu của Sandia đã thu hút nhiều sự chú ý. Bates cho biết: “Đây là một công việc quan trọng. Ngành công nghiệp rất quan tâm đến lĩnh vực này. Nó vẫn còn mở và bài viết này đã phần nào kích thích cuộc thảo luận hoặc ít nhất đưa vấn đề an toàn pin xe điện lên hàng đầu.”
Bài báo tập trung vào các công nghệ để phát hiện đặc trưng hư hỏng, ảnh hưởng của nó không chỉ giới hạn trong pin xe điện. Torres-Castro cho biết: “Chúng tôi đang hợp tác với các tổ chức Hàn Quốc để đánh giá tiềm năng sử dụng công nghệ này trong hệ thống lưu trữ năng lượng lưới điện. Chúng tôi đang bàn về các pin lớn.”
(Nguồn ảnh: Phòng thí nghiệm Sandia)
Các bước tiếp theo
Các nhà nghiên cứu đều nhất trí rằng vẫn còn nhiều việc phải làm trong việc phát hiện hư hỏng pin xe điện. Bates cho biết: “Giai đoạn tiếp theo là hiểu rõ những hạn chế và áp dụng các thuật toán học máy vào tập dữ liệu. Chúng tôi cần các phương pháp khác để phát hiện tín hiệu và đảm bảo tính nhanh chóng, chính xác, không có lỗi xác định sai.”
Một lĩnh vực quan trọng khác là nâng cao công nghệ cảm biến, để cảm biến không chỉ cung cấp cảnh báo. Torres-Castro cho biết: “Những công cụ này cũng có thể kích hoạt các biện pháp giảm thiểu. Ví dụ, khi nhận được cảnh báo, hệ thống có thể kích hoạt hệ thống quản lý nhiệt của pin, bắt đầu làm mát pin.”
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu tại Sandia sẽ tiến hành kiểm tra gói pin xe điện trong phòng thí nghiệm. Những tế bào pin này sẽ được tháo rời và tiến hành kiểm tra với các quy mô khác nhau để phát hiện những hạn chế của các phương pháp chẩn đoán hiện tại trên thị trường. Torres-Castro cho biết: “Đứng ở đầu sóng thường trong lĩnh vực an toàn pin thực tế, điều này thật sự rất thú vị. Công việc của chúng tôi sẽ mở rộng ra ngoài phòng thí nghiệm.”