Chìa khóa rút ra:
- Điện áp là yếu tố then chốt trong thiết kế bộ pin tùy chỉnh, ảnh hưởng đến công suất đầu ra và khả năng tương thích của thiết bị. Hiểu điện áp danh định, điện áp sạc và điện áp phóng điện, đồng thời xem xét tính chất hóa học của pin, yêu cầu ứng dụng và quy định vận chuyển.
Thiết kế một gói pin tùy chỉnh giống như việc ghép lại một câu đố phức tạp. Bạn cần suy nghĩ về thông số kỹ thuật nguồn, dòng điện, công suất, yêu cầu về kích thước, cấu hình ô và số lượng ô. Nhưng có một phần quan trọng thường bị bỏ qua: điện áp. Vì vậy, hãy đi sâu vào thế giới điện khí hóa của điện áp pin và hiểu tầm quan trọng của nó.
Điện áp là gì và tại sao nó lại quan trọng?
Điện áp giống như áp lực nước trong vòi tưới vườn của bạn. Nó đẩy điện qua các thiết bị của bạn. Điện áp càng cao thì thiết bị của bạn có thể sử dụng càng nhiều năng lượng.
Sản phẩm điện áp thấp và điện áp cao
Các thiết bị có nhu cầu năng lượng khác nhau. Sản phẩm có điện áp thấp không cần nhiều năng lượng để chạy nên bộ pin chỉ cần đẩy ra một lượng dòng điện nhỏ. Ngược lại, các sản phẩm có công suất lớn cần nhiều năng lượng để chạy nên cần một bộ pin có thể đẩy ra nhiều dòng điện.
Giải mã điện áp pin
Để hiểu điện áp của bộ pin, chúng ta cần xem xét ba điều:
1. Điện áp danh định
2. Điện áp khi sạc đầy
3. Điện áp khi phóng điện hoàn toàn
Hãy giải mã những thuật ngữ này.
Điện áp danh định
Đây là điện áp đầu ra mà tế bào phát ra khi được sạc. Nó giống như tốc độ trung bình của một chiếc ô tô trên một hành trình dài.
Điện áp sạc đầy
Đây là điện áp cao nhất mà pin có thể đạt được khi được sạc đầy. Nó giống như tốc độ tối đa mà ô tô của bạn có thể đạt được trên đường thẳng.
Điện áp xả hoàn toàn
Đây là mức điện áp thấp nhất mà pin có thể đạt tới trước khi được xem xét “trống”. Nó giống như tốc độ chậm nhất mà ô tô của bạn có thể đi trước khi ngừng di chuyển.
Điện áp bằng hóa học pin
Giống như những chiếc xe khác nhau có tốc độ khác nhau, các loại pin khác nhau có điện áp khác nhau. Dưới đây là điện áp danh định cho một số hóa chất phổ biến của pin:
1. NiCad: 1,2 volt
2. NiMH: 1,4 volt
3. Lithium-ion: 3,6 volt
4. Axit chì: 2 volt
Hãy nhớ rằng, đây chỉ là những “tốc độ trung bình” – sản lượng thực tế có thể thay đổi.
Pin NiMH có điện áp danh định là 1,2V, nhưng chúng có thể cung cấp tới 1,4V khi được sạc đầy. Pin NiCad và NiMH đều có điện áp sạc đầy là 1,4V. Pin axit chì có điện áp sạc đầy là 2,1V, trong khi pin lithium-ion có điện áp sạc đầy là 4,2V.
Pin NiCad và NiMH có thể xả hết tới 1,0V, trong khi pin axit chì xả đến 1,75V. Không nên xả hết pin lithium-ion vì điều này có thể làm hỏng chúng. Tính năng ngắt an toàn đảm bảo rằng pin lithium-ion không bao giờ xuống dưới mức 2,8V đến 3,0V.
Xác định điện áp cho một ứng dụng
Việc xác định điện áp cho một ứng dụng cũng giống như việc cân bằng một chiếc bập bênh. Điện trở của ứng dụng giống như trọng lượng ở một đầu của bập bênh và dòng điện giống như trọng lượng ở đầu kia. Phương trình rất đơn giản:
Điện áp (V) = Dòng điện (I) x Điện trở (R)
Việc sử dụng đồng hồ đo dòng điện và nguồn điện có thể điều chỉnh được có thể giúp xác định mức tiêu thụ hiện tại cho hệ thống. Sự sắp xếp này có thể được sử dụng để xác định cả điện áp tối đa và tối thiểu cần thiết cho hệ thống của bạn. Điều quan trọng là ghi lại các bài đọc hiện tại. Mục tiêu của bạn là tìm một giá trị nằm giữa hai phép đo này, giá trị này sẽ thể hiện điểm sử dụng năng lượng tối thiểu.
Việc hiểu phổ điện áp theo cách này rất quan trọng đối với các sản phẩm và ứng dụng có thể phụ thuộc vào nguồn điện dao động. Ngược lại, một số sản phẩm và ứng dụng sẽ có mức tiêu thụ điện năng ổn định.
Dải điện áp
Mỗi sản phẩm đều có một dải điện áp cụ thể mà nó có thể xử lý trước khi bắt đầu gặp trục trặc. Nó giống như phạm vi tốc độ có thể chấp nhận được của một chiếc ô tô. Nếu bạn đi quá chậm, động cơ có thể bị chết máy. Nếu bạn đi quá nhanh, nó có thể quá nóng.
Công suất và điện áp di động
Một yếu tố quan trọng khác là dung lượng tế bào. Điều này xác định thời gian sản phẩm của bạn có thể chạy trước khi sạc lại pin. Hãy coi nó như kích thước của bình xăng ô tô của bạn. Dung lượng pin lớn hơn có nghĩa là sản phẩm của bạn có thể chạy trong thời gian dài hơn trong một lần sạc. Dung lượng pin nhỏ hơn có nghĩa là bạn sẽ cần sạc lại sản phẩm của mình thường xuyên hơn.
Hạn chế vận chuyển dựa trên điện áp
Vận chuyển các thiết bị điện áp cao, đặc biệt là những thiết bị có pin lithium, cần được chăm sóc đặc biệt do khả năng mất ổn định của chúng. Giống như vận chuyển hóa chất dễ bay hơi – bạn cần phải tuân theo các quy định an toàn nghiêm ngặt như VÀ 38,3.
Theo hướng dẫn được đặt ra bởi IATA, pin lithium có thể được vận chuyển độc lập hoặc trong thiết bị. Nếu được vận chuyển độc lập, trạng thái sạc (SoC) của chúng không được vượt quá 30%.
Hơn nữa, số lượng tế bào hoặc pin có thể được vận chuyển đồng thời được xác định bởi lượng kim loại lithium có trong pin và liệu chúng được vận chuyển bên trong thiết bị, độc lập hay cùng với thiết bị. Một số gói hàng có thể cần có các dấu hiệu cụ thể để biểu thị sự hiện diện của pin lithium bên trong hộp đựng.
Điện áp bộ pin cho thiết kế sản phẩm
Để tùy chỉnh bộ pin cho sản phẩm của mình, bạn cần xem xét nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm điện áp, thành phần hóa học, cách sắp xếp tế bào và kích thước pin. Mục tiêu là tạo ra một loại pin cung cấp lượng điện năng phù hợp đồng thời phù hợp với các hạn chế về thiết kế của sản phẩm.
Ví dụ, một gói pin NiMH gồm 10 viên có thể cung cấp điện năng 14 volt trong khi vẫn giữ được chi phí thấp. Tuy nhiên, khi nhiều ô được thêm vào, gói sẽ trở nên cồng kềnh và nặng hơn. Một giải pháp nhẹ hơn có thể là sử dụng pin lithium với ít cell hơn. Nhân tiện, những loại pin này phải trải qua các quy trình và hạn chế chứng nhận vận chuyển bổ sung, điều này có thể làm tăng chi phí.
Phần kết luận
Hợp tác với một nhà sản xuất gói pin tùy chỉnh đủ điều kiện sớm trong quá trình thiết kế có thể giúp ích rất nhiều khi tìm ra điện áp cần thiết. Tại Holo Battery, chúng tôi có thể giúp bạn xác định thiết kế vỏ hộp pin để đảm bảo có đủ chỗ cho gói pin. Với những thiết kế này, bạn có thể kiểm tra chức năng của sản phẩm và thực hiện mọi sửa đổi cần thiết.
Những bài viết liên quan:
