Giám sát nhiệt độ pin (battery)

Giám sát nhiệt độ pin battery

 

Tầm quan trọng của giám sát nhiệt độ pin

Các lỗi bên trong cell pin, lỗi mạch sạc pin có thể ảnh hưởng đế nhiệt độ pin. Các lỗi phổ biến làm nhiệt độ  pin tăng cao: tiếp đất, pin bị chập, thông gió kém hoặc hệ thống làm mát không đủ làm mất khả năng điều tiết sạc. Theo dõi nhiệt độ pin có thể xác định được các lỗi này và cảnh báo trước khi xảy ra hiện tượng thoát nhiệt.

Nếu nhiệt độ của pin không được theo dõi và điều chỉnh thích hợp, có thể dẫn đến hư hỏng, pin bị biến dạng cơ học, bị phù, một số trường hợp nghiêm trọng như cell pin bị vỡ, làm rò rỉ hóa chất, cháy nổ,...

Theo dõi nhiệt độ pin tại đâu?

Giám sát nhiệt độ pin (battery)

 

Nhiệt độ pin tăng thường biểu hiện trên cực âm của pin. Khi áp dụng các điều kiện hoạt động bình thường như sạc và tải ắc quy, nhiệt độ của pin không được quá 3*C so với nhiệt độ của môi trường. Có thể triển khai 2 cảm biến nhiệt độ, 1 đặt ở cực âm của pin, 1 đặt ở môi trường xung quanh. Khi đó sự khác biệt giữa 2 cảm biến có thể để cảnh báo các vấn đề tiềm ẩn về sức khỏe của pin hoặc các hỏng hóc của trong các mạch điện theo kèm.

Nhiệt độ hoạt động lý tưởng của pin là bao nhiêu?

Nói một cách dễ hiểu, pin là một kho năng lượng. Nó chứa các chất hóa học, và dòng điện là kết quả của các phản ứng diễn ra giữa các chất hóa học đó. Như với tất cả các phản ứng hóa học, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ của phản ứng cũng tăng theo. Tốc độ tăng của phản ứng hóa học này có thể cải thiện hiệu suất của pin. Nếu nhiệt độ trở nên quá cao, hóa chất (chất điện phân) có thể bị hư hỏng vĩnh viễn, làm giảm tuổi thọ và số chu kỳ sạc của pin. Trường hợp xấu nhất là xảy ra hiện tượng thoát nhiệt.

Ở nhiệt độ thấp hơn, các phản ứng hóa học trong pin chậm lại. Điện trở bên trong của pin tăng lên và khả năng tạo ra dòng điện cao theo yêu cầu của pin giảm. Đây là một trong những lý do tại sao vào những ngày lạnh, ắc quy ô tô có thể gặp vấn đề trong việc tạo ra đủ dòng điện để động cơ quay một cách hiệu quả. Ở nhiệt độ cực thấp, các chất điện phân bên trong pin thậm chí có thể bị đóng băng, khiến pin ngừng hoạt động hoàn toàn.

Trong tài liệu này, chúng tôi sẽ tập trung chủ yếu vào việc theo dõi nhiệt độ của pin đối với nhiệt độ cao, vì đây là chỉ báo về lỗi pin và sức khỏe kém.

Hiện tượng thoát nhiệt là gì, tại sao nó lại nguy hiểm ?

Sự thoát nhiệt xảy ra khi nhiệt sinh ra từ phản ứng hóa học không thể tản đi đủ nhanh và cung cấp cho phản ứng hóa học nhiều hơn. Phản ứng dây chuyền này làm nhiệt độ pin tăng liên tục và phá hủy tế bào pin (các cell pin). Hiện tượng này có thể gây cháy nổ (data center, phòng máy,...) . Nếu pin không thể tỏa nhiệt đủ nhanh, nhiệt độ có thể nhanh chóng đạt đến điểm sôi và cao hơn nữa. Các thành phần vật lý của pin có thể bị nóng chảy, khí nổ có thể thoát ra, axit trong pin có thể bị đẩy ra. Lưu ý: ở khoảng 160 ° C, các thành phần nhựa của pin sẽ nóng chảy.

Ắc quy axit chì trải qua phản ứng tỏa nhiệt trong quá trình sạc. Điều đó có nghĩa là nhiệt được tạo ra từ các phản ứng hóa học đang diễn ra. Trong trường hợp bình thường, nhiệt này sẽ tản ra. Nhưng nếu pin bị sạc quá mức, dòng điện sạc có thể phá vỡ nước trong pin. Khi nước bị phân hủy, nó sẽ giải phóng khí hydro và khí oxy. Khí này có thể đi qua bản cực dương. Nếu có, thì nó sẽ phản ứng để quay trở lại nước. Khi điều này xảy ra, nhiệt được giải phóng. Nhiệt lượng tỏa ra làm cho nhiệt độ của pin tăng lên, làm tăng tốc độ của phản ứng. Khi tốc độ phản ứng tăng, tế bào pin nhận nhiều dòng điện sạc hơn, dẫn đến nhiều khí hơn và do đó quá trình tiếp tục. Hệ thống theo dõi nhiệt độ pin có thể kiểm tra và cảnh báo nếu tình trạng này đang diễn ra.

Ảnh hưởng của nhiệt độ khi sạc pin

Để sạc pin một cách hiệu quả và an toàn, điện áp sạc cần được kiểm soát chính xác. Điện áp sạc lý tưởng thay đổi dựa trên nhiệt độ. Sử dụng cảm biến nhiệt độ pin làm đầu vào cho hệ thống sạc của bạn, cho phép đưa ra các quyết định điều chỉnh điện áp sạc. Khi nhiệt độ pin tăng, điện áp sạc sẽ giảm.

Biểu đồ dưới đây minh họa việc điều chỉnh điện áp này dựa trên nhiệt độ của pin. Nếu không có bù nhiệt độ, ở nhiệt độ pin thấp, điện áp sạc sẽ quá thấp. Điều này dẫn đến việc sạc đầy pin. Trong pin axit-chì, việc sạc quá mức dẫn đến hư hỏng do quá trình sunfat hóa. Ở nhiệt độ cao, điện áp sạc quá cao. Điều này dẫn đến sự suy giảm của bản cực dương bên trong pin. Cả hai điều kiện này đều dẫn đến việc rút ngắn tuổi thọ pin và giảm hiệu suất.

Giám sát nhiệt độ pin battery biểu đồ nhiệt độ và sạc pin

 

Một hệ thống theo dõi nhiệt độ pin thủ công đơn giản là yêu cầu ai đó kiểm tra thực tế chuỗi pin một hoặc hai lần một tuần. sử dụng súng đo nhiệt độ hồng ngoại IR và bạn có thể ghi dữ liệu vào bảng tính. Hãy nhớ rằng bạn đang tìm kiếm sự chênh lệch không quá 3 ° C giữa pin và nhiệt độ môi trường xung quanh.

Trong thời đại tự động hóa như hiện nay, tại sao không cài đặt một hệ thống giám sát nhiệt độ pin thường trực 24/7? Cơ bản nhất là một cảm biến nhiệt độ được lắp đặt trên cực âm của pin. Bạn sẽ có một biểu đồ của nhiệt độ và với việc bổ sung một cảm biến nhiệt độ môi trường xung quanh, chúng có thể được vẽ trên cùng một biểu đồ và biểu thị ∆T. Các hệ thống giám sát pin tiên tiến hơn có thể theo dõi nhiệt độ của từng cell, dòng sạc, điện áp, dòng tải và điện áp.