Pin xe điện có nguy cơ mất hiệu suất nhanh chóng và đôi khi có thể bùng cháy mà không có cảnh báo trước. Theo thông tin từ truyền thông quốc tế, Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia của Mỹ đang nỗ lực xác định sớm các lỗi như vậy để cung cấp đủ thời gian cảnh báo cho hành khách. Mặc dù xe điện đã được trang bị hệ thống có thể phát hiện các vấn đề về hiệu suất của pin lithium-ion, nhưng các hệ thống này không tập trung vào những vấn đề an toàn cấp bách.
Hệ thống chẩn đoán lỗi pin đang được thử nghiệm (Hình ảnh từ: Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia)
Alex Bates, thành viên của nhóm nghiên cứu an toàn pin tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia cho biết: “Đặc tính cháy nổ của pin sẽ thay đổi tùy theo kiểu lỗi, một số pin sẽ tự bùng cháy trong vài giờ, trong khi những pin khác có thể bùng phát ngọn lửa dữ dội đột ngột. Khi pin bắt đầu tăng nhiệt độ không kiểm soát, cuối cùng sẽ dẫn đến cháy nổ.”
Hiện tại, các phương pháp đo lường trong hệ thống quản lý pin chỉ bao gồm dữ liệu về nhiệt độ và điện áp, thuộc loại chỉ số trễ của sự cố an toàn pin, nghĩa là hệ thống chỉ đưa ra cảnh báo khi pin sắp bùng cháy hoặc đã bùng cháy, mà lúc đó đã quá muộn.
Loraine Torres-Castro, người đứng đầu nhóm nghiên cứu an toàn pin tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia cho biết: “Chúng tôi tập trung vào việc kéo dài thời gian cảnh báo. Mục tiêu là hệ thống chẩn đoán có thể đưa ra cảnh báo sớm, đảm bảo đủ thời gian để dừng xe an toàn và hành khách có thể thoát khỏi xe.” Cuối cùng, mục tiêu là tích hợp các hệ thống cảnh báo này vào bảng điều khiển của xe.
Để đạt được mục tiêu trên, Torres-Castro và nhóm của bà đã thực hiện các thử nghiệm tại Phòng thí nghiệm Kiểm tra Lạm dụng Pin (BATLab) đối với từng tế bào và bộ pin bằng cách sử dụng các phương pháp chẩn đoán thương mại hiện có. Bà nói: “Mục tiêu của chúng tôi là thực hiện thử nghiệm tiêu chuẩn cho các giải pháp thương mại đối với những lỗi khác nhau (có phản ứng khác nhau và cần chẩn đoán tùy chỉnh). Phương pháp một kích thước cho tất cả không phù hợp với tất cả các loại lỗi, chúng tôi đang tìm kiếm các công cụ chuyên dụng có thể cung cấp cảnh báo sớm cho các điều kiện lỗi cụ thể, đặc tính hóa học của pin và thiết kế pin.”
Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia có vị trí độc đáo trong nghiên cứu này nhờ vào BATLab của họ, cũng như do nhóm nghiên cứu có kiến thức chuyên sâu về khoa học vật liệu, điện hóa học, kỹ thuật, và đặc biệt là hiểu biết về cách mà pin thất bại và nguyên nhân gây ra sự thất bại đó.
Vào đầu năm 2024, Tạp chí Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (Journal of the Electrochemical Society) đã xuất bản một bài nghiên cứu về công trình này của Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, thu hút sự chú ý rộng rãi. Bates cho biết: “Đây là một nghiên cứu rất quan trọng, trong ngành thể hiện sự quan tâm lớn đối với lĩnh vực này. Hơn nữa, lĩnh vực này vẫn chưa được khảo sát đầy đủ. Bài báo đã thúc đẩy mạnh mẽ cuộc thảo luận về chủ đề này, đặc biệt là đưa vấn đề an toàn pin xe điện ra ánh sáng.” Ngoài ra, bài báo cũng tập trung vào các công nghệ phát hiện dấu hiệu lỗi, không chỉ giới hạn trong pin xe điện. Torres-Castro giải thích: “Chúng tôi đang hợp tác với một cơ quan Hàn Quốc để đánh giá tiềm năng áp dụng công nghệ này cho hệ thống lưu trữ điện lưới, chúng tôi đang thảo luận về ứng dụng pin quy mô lớn.”
Công việc tiếp theo
Cả Torres-Castro và Bates đều cho rằng còn nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực phát hiện lỗi pin xe điện cần được thực hiện. “Bước tiếp theo là hiểu sâu hơn về những hạn chế của công nghệ hiện tại và áp dụng các thuật toán học máy vào tập dữ liệu, chúng tôi cũng cần khám phá các phương pháp phân tích tín hiệu khác nhau để đảm bảo quá trình phát hiện vừa nhanh chóng vừa chính xác, đồng thời tránh báo động giả.”
Một lĩnh vực khác cũng được chú ý là nâng cao công nghệ cảm biến, không chỉ có thể phát ra cảnh báo mà còn kích hoạt các biện pháp giảm thiểu. Ví dụ, khi nhận được cảnh báo, hệ thống có thể khởi động hệ thống quản lý nhiệt của pin để bắt đầu làm mát pin. Bước tiếp theo, Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia sẽ tháo rời bộ pin xe điện trong phòng thí nghiệm và tiến hành thử nghiệm ở nhiều quy mô khác nhau để đánh giá hiệu quả và hạn chế của công cụ chẩn đoán hiện có trên thị trường.