Pin ô tô điện là bộ phận cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động của xe điện. Vì thế pin cũng là một trong những yếu tố khách hàng thường quan tâm khi lựa chọn, sử dụng phương tiện xanh. Những tiêu chuẩn pin ô tô điện ngày càng được nâng cao để cải thiện quãng đường di chuyển, đảm bảo an toàn vận hành và tối ưu chi phí.

1. Kết cấu của pin Lithium-ion ô tô điện
Công nghệ pin ô tô điện Lithium - ion hiện được sử dụng phổ biến trong ngành sản xuất ô tô điện. Nhờ cấu tạo nhiều ngăn chứa các tế bào pin lắp nối tiếp nhau, gồm 2 điện cực dương và điện cực âm, giải phân cách phủ gốm chống thấm nên pin Lithium - ion cho phép lặp lại chu trình sạc nhiều lần và đảm bảo chống cháy nổ tốt.

1.1. Khung vỏ pin xe điện
Vỏ pin lithium-ion có khả năng chịu va đập tốt, không bị biến dạng ngay cả khi phần hông xe phải chịu một tác động mạnh từ bên ngoài khi xảy ra va chạm. Khối pin bên trong có các dải phân cách phủ gốm có nhiệm vụ thay cho những màng thấm thông thường, tăng tuổi thọ cho pin. Bên cạnh đó, pin lithium-ion còn có đặc tính tản nhiệt tốt, thích nghi được với điều kiện khắc nghiệt.

1.2. Bộ phận tách khối pin xe điện
Bộ phận tách khối pin lithium xe điện vốn là một lớp màng thấm làm từ nhựa PE hoặc PP và được đặt giữa cực dương và cực âm của pin. Chức năng chính của bộ phận này là giữ cho 2 điện cực cách xa nhau nhằm hạn chế tình trạng ngắn mạch. Các hạt mang điện tích ion cũng có thể di chuyển qua màng thấm để đóng mạch khi có dòng điện chạy qua trong tế bào điện hóa.

Màng thấm được chia thành 2 loại sử dụng cho pin khô hoặc pin ướt. Hiện nay, màng dùng cho pin ướt được sử dụng rộng rãi hơn bởi quy trình hoạt động đơn giản, kích thước lỗ thấm đồng đều nên phát huy hiệu quả tối ưu hơn.

2. Những công nghệ đảm bảo an toàn cho pin ô tô điện
Trong quá trình sử dụng, nếu xảy ra hiện tượng đoản mạch sẽ dẫn đến mất điện, ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình vận hành của ô tô. Để đảm bảo phương tiện hoạt động xuyên suốt, nhà sản xuất đã trang bị nhiều công nghệ an toàn cho pin ô tô điện, bao gồm:

Công nghệ kiểm soát xung đột thành phần
Pin ô tô điện có mối liên kết trực tiếp với động cơ và các bộ phận điện khác. Do đó, khi hệ thống điện xảy ra sự cố sẽ dễ xảy ra hiện tượng xung đột và gây chết pin. Nhằm hạn chế tác động từ bên ngoài, nhà sản xuất trang bị tính năng an toàn để bảo vệ pin hiệu quả.

Công nghệ bảo vệ chủ động
Hệ thống quản lý pin BMS sẽ theo dõi trạng thái sạc, tế bào pin và tự động điều chỉnh cân bằng toàn bộ hoạt động của pin nhằm ngăn ngừa sự cố xảy ra. Nếu phát hiện điểm bất thường, bộ phận rơ le sẽ tự động điều chỉnh (bật/tắt) nguồn điện để đảm bảo an toàn, tránh hiện tượng chập cháy các đầu nối của pin.

Ngắt mạch bằng cầu chì
Cầu chì có chức năng ngắt dòng điện nếu phát hiện tình trạng đoản mạch trong pin, đảm bảo an toàn vận hành.

Cơ cấu chống giật điện khi sạc
Để bảo vệ pin khi sạc điện ở ngoài trời trong điều kiện thời tiết mưa lớn, nhà sản xuất đã thiết kế để ngăn nước chảy vào cổng sạc. Đồng thời, xe còn được thiết kế lỗ hổng giúp thoát hơi ẩm và nước ngưng tụ, ngăn ngừa tình trạng giật điện.

Khi người dùng cắm đầu sạc vào ổ sạc trên xe, lẫy khóa sẽ đóng lại tạo ra không gian kín giúp dòng điện nạp vào được xuyên suốt. Chỉ khi dừng rút phích cắm, quá trình sạc pin mới được dừng lại, nhờ đó ngăn chặn rủi ro phát sinh từ điểm tiếp xúc của đầu mối nối.

3. Những bài kiểm tra an toàn tiêu chuẩn pin ô tô điện
Trước khi được đưa vào ứng dụng sản xuất, pin ô tô điện sẽ phải vượt qua nhiều bài kiểm tra thử nghiệm an toàn và các lưu ý về pin ô tô điện để hạn chế xảy ra sự cố và vận hành ổn định nhất. Các bài kiểm tra cụ thể như sau:

An toàn khi va chạm: Xe sẽ được thử nghiệm những va đập từ nhiều hướng khác nhau để kiểm tra khả năng chịu tác động của pin.
Độ kín nước: Xe được vận hành thử nghiệm tại đoạn đường ngập nước, mưa lớn để kiểm tra khả năng chống nước của pin.
Ngâm nước: Xe sẽ được thử nghiệm ngâm trong nước mặn với thời gian dài để xác định khả năng chịu ướt của pin là bao lâu.
Đốt cháy: Pin sẽ được trải qua các bài đốt cháy trực tiếp với lửa để kiểm tra khả năng chịu nhiệt.

4. Chứng chỉ kiểm tra an toàn pin ô tô điện UL 2580
UL - Phòng thí nghiệm bảo hiểm là một tổ chức chuyên kiểm tra và đánh giá chất lượng nhiều loại sản phẩm các thiết bị công nghiệp trước khi đưa ra thị trường. Trong đó, tiêu chuẩn UL 2580 là chứng nhận an toàn cao nhất dành cho pin xe điện. Việc đạt được chứng chỉ kiểm tra an toàn pin UL 2580 là quy định bắt buộc đối với nhà cung cấp pin Lithium-ion. Chứng chỉ được thực hiện bởi các tổ chức quốc tế có uy tín như Phòng thí nghiệm bảo hiểm (UL). Các bài kiểm tra về giới hạn của pin, mô-đun pin sẽ được thực hiện tại các buồng thử nghiệm để xác định khả năng chịu tác động trong điều kiện bất lợi và độ an toàn khi sử dụng của pin.

4.1. Kiểm tra ngắn mạch pin dòng điện lớn
Thử nghiệm này được thực hiện trên mẫu pin đã sạc đầy. Quá trình kiểm tra ngắn mạch thực hiện bằng cách nối cực âm và cực dương của pin và cho tải mạch lớn hơn hoặc bằng 20 mΩ chạy qua.

Thử nghiệm được lặp lại ở tải mạch có dòng điện tối đa bằng 15% hiệu suất bảo vệ mạch ngắn trước đó. Các mẫu sẽ đạt được nhiệt độ cân bằng khi các đầu nối được liên kết với nhau. Trong suốt quá trình đánh giá, các mẫu pin có thể phải trải qua bài kiểm tra lửa để phát hiện những loại khí dễ cháy bên trong nhằm đảm bảo không xảy ra hiện tượng cháy nổ.

4.2. Kiểm tra độ nát của pin
Pin sẽ được kiểm tra khả năng chịu lực ở cường độ cao nhằm bảo đảm an toàn cho người lái và phương tiện khi xe xảy ra va chạm. Tại buồng thử nghiệm, pin sẽ lần lượt được 3 dạng trục lăn nghiền nát trên bề mặt đã chuẩn bị trước, cụ thể:

Cách 1: 3 trục tiếp xúc được sắp xếp vuông góc và thực hiện nghiền pin từ 3 hướng khác nhau.
Cách 2: Sử dụng EESA có 2 trục đối xứng vuông góc và thực hiện tiếp xúc với pin theo 2 hướng khác nhau.
Cách 3: Sử dụng khung bảo vệ DUT trong quá trình nghiền.
Ngoài ra, các chuyên gia sẽ sử dụng thêm tia lửa điện để phát hiện nồng độ khí dễ cháy có trong pin. Nếu các mẫu được thử nghiệm không xảy ra hiện tượng cháy nổ hoặc thoát ra khí độc sẽ được chứng nhận UL 2580.

4.3. Bài kiểm tra độ nghiền của pin (dọc)
Theo thử nghiệm pin UL 2580, các dụng cụ nghiền tiêu chuẩn phải là hình bán trụ hoặc hình bán cầu. Khi tiến hành thử nghiệm pin sẽ được kẹp chặt và chịu lực bóp 2500 (17,2Mpa). Sau khi kết thúc bài kiểm tra, pin không bốc khói, cháy hoặc nổ sẽ được cấp chứng chỉ UL 2580.

4.4. Bài kiểm tra độ nghiền của pin (ngang)
Thử nghiệm UL 2580 nghiền pin ngang để đánh giá khả năng chắc chắn của pin. Áp suất nghiền được tạo ra từ đầu thủy lực của piston và tiến hành ép cho đến khi đầu áp suất thủy lực đạt mức 17,2 Mpa, tổng lực được sử dụng là khoảng 13KN. Bên cạnh đó, khi thực hiện nghiền, pin phải song song với bề mặt của thiết bị nghiền để kiểm tra khả năng chịu lực.

4.5. Thiết bị thử nghiệm ngâm nước biển
Bài kiểm nghiệm ngâm nước biển được thực hiện với mục đích kiểm tra khả năng xả pin và chống giật điện cho người dùng khi phương tiện bắt buộc phải di chuyển trong điều kiện nước ngập, hoặc khi có sự cố xe rơi xuống nước.

Tại phòng thử nghiệm, pin xe sẽ được ngâm kín toàn bộ trong nước mặn với thời gian 1 tiếng. Kết quả cho thấy pin 12V có thể xả năng lượng ra ngoài trong vòng 1 giờ. Theo đó, thời gian giải phóng nhanh sẽ giúp ngăn chặn việc đóng chặt cửa xe, khiến người ngồi trong xe dễ dàng thoát ra ngoài khi xe rơi xuống nước. Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng hiện tượng giật điện hoặc cháy có thể xảy ra nếu pin bị ngâm quá lâu .

4.6. Kiểm khả năng thoát nhiệt
Khi pin Lithium - ion trục trặc hoặc quá tải nhiệt có thể tạo ra một số phản ứng phát xạ nhiệt và phóng điện. Sức nóng có thể làm cháy pin và khí thoát ra nhanh có thể làm hỏng vỏ hộp pin. Tiêu chuẩn kiểm tra pin UL 2580 được thực hiện nhằm nâng cao nhận thức tổng thể về nguy cơ thoát nhiệt.

Buồng kiểm tra khả năng thoát nhiệt bao gồm 1 lò sưởi bên ngoài được sử dụng để làm nóng các tế bào để thoát nhiệt, 1 dây nichrome dùng để dẫn nhiệt và có kết nối với tế bào sử dụng băng Kapton. Một điện áp liên tục được đặt trên van cho đến khi pin chuyển sang trạng thái thoát nhiệt. Trong quá trình thử nghiệm, lò xo thường được cấp điện từ 30W - 50W.

Những tiêu chuẩn pin lithium-ion ô tô điện giúp gia tăng phạm vi di chuyển, cải thiện sự thích ứng của xe với điều kiện vận hành bất lợi. Để đảm bảo hệ thống pin xe có thể hoạt động trong trạng thái tốt nhất, người dùng nên sử dụng đúng bộ sạc chính hãng để đảm bảo sự tương thích với xe. Bên cạnh đó, để bảo vệ bản thân và tăng tuổi thọ pin, người dùng không nên thường xuyên sử dụng xe trong điều kiện tiềm ẩn nhiều rủi ro.