Cảm biến: Chìa khoá cho Pin EV

Các loại pin hóa chất mới có thể tăng lượng xe chạy điện (Electric Vehicle - EV) lưu thông trên đường. Tuy nhiên, chúng ta vẫn không tối ưu được hiệu suất của chúng, giống như trên các pin lithium-ion cũ. Được sự tài trợ của Dự án nghiên cứu nâng cao về Năng lượng, viết tắt là ARPA-E, một liên minh của hai công ty đang hướng tới mục tiêu thiết kế các cảm biến nhỏ hơn, nhẹ hơn, có thể làm cho pin lithium-ion nhỏ hơn, rẻ hơn, và an t]oàn hơn. Các thiết bị này được chế...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cảm biến: Chìa khoá cho Pin EVCảm biến: Chìa khoá cho Pin EVCác loại pin hóachất mới có thểtăng lượng xe chạyđiện (ElectricVehicle - EV) lưuthông trên đường. Tuy nhiên, chúng ta vẫn không tối ưu đượchiệu suất của chúng, giống như trên các pin lithium-ion cũ.Được sự tài trợ của Dự án nghiên cứu nâng cao về Nănglượng, viết tắt là ARPA-E, một liên minh của hai công tyđang hướng tới mục tiêu thiết kế các cảm biến nhỏ hơn, nhẹhơn, có thể làm cho pin lithium-ion nhỏ hơn, rẻ hơn, và ant]oàn hơn. Các thiết bị này được chế tạo bằng sợi quang họchoặc vật liệu màng mỏng, có thể được tích hợp bên pin, chophép phát hiện sự thay đổi nhiệt độ (tránh tình trạng quánóng, gây cháy, nổ…) và ước lượng chính xác dung lượnghiện thời của pin.Tại sao cần phải thực hiện hệ thống cảm biến trong từng tếbào pin? Trong các xe điện hoặc xe lai hiện nay có chứa hàngtrăm tế bào pin đơn nối với nhau, cùng với một loạt các thiếtbị điều khiển. Các cảm biến, như nhiệt độ, điện áp, … hiệntại đặt bên ngoài, thu thập dữ liệu và chuyển tới thiết bị điềukhiển. Nhưng điều đó tiết lộ chính xác mọi thứ đang diễn rabên trong các tế bào pin. Chuyện gì xảy ra nếu các tế bào pintrở lên nóng bất thường?Việc thêm các thành phần điều khiển bên ngoài có thể làmtăng đáng kể kích thước của gói pin. Đồng thời cũng khôngđáp ứng được nhu cầu về tối ưu hiệu suất hệ thống. Nếu việcgiám sát được thực hiện tại mỗi tế bào trong một gói pin, nógiúp tối ưu kích thước và hiệu suất của pin, cắt giảm trọnglượng và chi phí, …Đương nhiênviệc này cũnghoàn toànkhông dễdàng. Việc đođạc bên trongpin là rất khó, do môi trường điện, ăn mòn và nhiệt đố. Hệthống cần xây dựng phải nhỏ, rẻ, và miễn dịch với hiện tượngphóng tính điên. Điều đó gợi ý các nhà nghiên cứu củaPARC chuyển sang cảm biến sợi quang.Cảm biến sợi quang cho phép phát hiện sự thay đổi của môitrường thông qua những thay đổi của bước sóng, từ đó xácđịnh sự biến đổi kích thước, nhiệt độ… Một máy dò cho phépphát hiện sự thay đổi kích thước ¼ bước sóng được thiết kế.Vì sự hạn chế trong môi trường đo, nên máy dò này có chiphí rẻ hơn rất nhiều, chỉ vài trăm Đô, so với máy dò thôngthường giá thành 10.000 Đô, sử dụng tia laser và mảng thiếtbị tích điện kép. Các máy dò mới bao gồm một bộ lọc quanghọc có thể chuyển đổi sự thay đổi bước sóng để một sự thayđổi ở vị trí chùm ánh sáng chiếu trên một mảng diode táchsóng quang nhỏ. Các cảm biến sợi quang có thể đọc nhữngthay đổi bước sóng nhỏ như 50 femtometers. Điều này cónghĩa là họ có thể phát hiện được những thay đổi tinh tế vềmặt môi trường thông qua sự thay đổi bước sóng.Một trong những mục tiêu đặt ra là tập trung vào các cảmbiến trong pin, tức là cho một môi trường cụ thể. Các nhànghiên cứu cũng xây dựng các thuật toán xử lý dữ liệu thô từcác cảm biến và xử lý trung tâm. Khi có thông tin, ví dụ tếbào 5 nóng bất thường, hệ thống xử lý trung tâm sẽ ra lệnhgiảm tải hoặc tắt tế bào 5, và tiến hành thay đổi cấu trúc cungcấp năng lượng trong gói pin. Trong khuôn khổ hợp tácnghiên cứu, các kết quả trên sẽ được tiến hành thử nghiệmtrên một số sản phẩm của LG Electronics.Một hệ thống khác cũng đang được GE Global Research pháttriển với nguồn tài trợ 3 triệu USD từ ARPA-E. GE đã báncảm biến nhiệt độ cho pin xe hơi, nhưng cảm biến màngmỏng đang là hướng nghiên cứu thay thế của họ. Hiện tại,các cảm biến nhiệt độ nằm ở mép pin, và như thế kết quả thuđược sẽ không đủ tin cậy. Các cảm biến mới, đủ mỏng đểnằm giữa các tế bào pin, cho phép đọc nhiệt độ và áp suất bềmặt của tế bào pin.Dữ liệu cảm biến thu được sẽ được kết hợp với mô hình phầnmềm cho phép dự toán tình trạng và tuổi thọ của tế bào pin.Đồng thời cũng xác định số lượng cảm biến cần thiết cho mộtpin, hay mô hình phân bố năng lượng và vị trí của tế bàotrong gói pin.Tại thời điểm này, các nghiên cứu đang được tiến hành. Sảnphẩm thực tế có lẽ sẽ phải chờ từ 2 đến 3 năm nữa. Khi đượcáp dụng, các nghiên cứu trên có thể tạo ra sự thay đổi trongxu hướng sử dụng thiết bị di chuyển, từ nhiên liệu hóa thạchsang điện, khi năng lượng được phân phối hợp lý hơn, kíchthước nhỏ hơn và thời gian sử dụng lâu hơn. q ...