Pin Lithium đang trở thành nguồn năng lượng chủ đạo trên nhiều phương tiện xe điện, nhưng đi cùng với đó là những yêu cầu ngày càng cao về an toàn. Khi nhiệt độ cell tăng vượt ngưỡng kiểm soát, hiện tượng thermal runaway có thể xảy ra, khiến nhiệt tiếp tục sinh ra và lan sang các cell lân cận. Vì vậy, an toàn của pin không chỉ nằm ở loại vật liệu sử dụng mà còn phụ thuộc vào thiết kế, BMS và quy trình kiểm soát trong suốt quá trình sản xuất.

Vì Sao An Toàn Pin Lithium Được Quan Tâm Khi Xe Điện Phát Triển?

Khi chuyển sang xe điện, cháy nổ là một trong những vấn đề khiến người dùng đặc biệt quan tâm. Xét về tần suất, một số dữ liệu được trích dẫn cho thấy số vụ cháy liên quan đến xe điện thấp hơn đáng kể so với xe sử dụng động cơ xăng. Chẳng hạn, số liệu được đưa vào hồ sơ của Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Quốc gia Hoa Kỳ (NFPA) từng ghi nhận khoảng 25 vụ cháy/100.000 xe điện, so với 1.530 vụ/100.000 xe chạy xăng.

Tuy nhiên, điểm khiến cháy pin Lithium được chú ý nằm ở đặc tính của quá trình cháy, không chỉ ở số vụ xảy ra. Khi một cell bị hư hỏng nghiêm trọng và xảy ra thermal runaway, nhiệt sinh ra có thể tiếp tục kích hoạt các phản ứng bên trong cell, sau đó truyền sang những cell lân cận. Quá trình này có thể tạo thành chuỗi phản ứng liên tiếp trong cả cụm pin thay vì chỉ cháy tại một điểm. Cơ quan An toàn Giao thông Đường cao tốc Quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA) cho biết hiện tượng thermal runaway có thể lan truyền giữa các cell, tạo ra khói, khí độc, khí dễ cháy và trong trường hợp nghiêm trọng có thể gây cháy hoặc nổ.

Đây cũng là nguyên nhân khiến việc xử lý cháy pin Lithium phức tạp hơn. Dập tắt ngọn lửa bên ngoài chưa đồng nghĩa với việc phản ứng bên trong pin đã dừng lại. Nếu các cell vẫn tiếp tục sinh nhiệt và đạt điều kiện gây thermal runaway, sự cố có thể lan sang những cell khác hoặc tái bùng phát. NHTSA đánh giá các đám cháy liên quan đến thermal runaway trong hệ thống pin Lithium-ion có đặc tính tự duy trì oxy hóa, khiến chúng khó dập tắt.

Vì vậy, khi xe điện ngày càng phổ biến, bài toán an toàn của pin Lithium không chỉ nằm ở việc giảm khả năng xảy ra cháy, mà còn phải kiểm soát nguy cơ phát sinh từ bên trong cell, hạn chế sự lan truyền giữa các cell và ngăn sự cố phát triển thành thermal runaway. Đây là yêu cầu cần được tính đến ngay từ chất lượng cell, thiết kế bộ pin, BMS cho đến quy trình sản xuất và kiểm tra.

Những Yếu Tố Quyết Định An Toàn Của Pin Lithium

An toàn của một bộ pin Lithium không phụ thuộc vào riêng loại cell. Chất lượng vật liệu, thiết kế bộ pin, hệ thống BMS và quy trình sản xuất đều ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng kiểm soát rủi ro trong quá trình sử dụng.

1. Hóa học của pin: LFP có lợi thế về độ ổn định nhiệt

Trong các loại pin Lithium hiện nay, pin LFP được đánh giá có độ ổn định nhiệt tốt hơn so với một số loại pin như NMC và NCA. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi pin gặp sự cố nghiêm trọng như quá nhiệt, chập điện hoặc hư hỏng vật lý.

Một nghiên cứu so sánh trực tiếp LFP với NMC cho thấy, khi xảy ra thermal runaway, tốc độ phản ứng ở cell NMC nhanh hơn khoảng 9 lần so với LFP. Khi xét trên cả module, tốc độ lan truyền sự cố ở NMC cũng nhanh hơn khoảng 5 lần. Nhiệt độ cực đại của module NMC trong thử nghiệm đạt khoảng 899°C, trong khi LFP ở mức khoảng 524°C.

Nói đơn giản, khi pin gặp nhiệt độ rất cao hoặc xảy ra sự cố dẫn đến cháy, LFP ít có khả năng bị hiện tượng "thermal runaway" (chạy nhiệt) hơn, khi pin bị hỏng, nguy cơ cháy nổ thấp hơn. Ngược lại, với NMC, phản ứng có thể diễn ra nhanh và mạnh hơn, khiến nhiệt độ tăng cao nhanh hơn và sự cố dễ lan sang các cell xung quanh. Đây là một trong những lý do LFP thường được lựa chọn cho những ứng dụng đặt yêu cầu cao về độ an toàn.
=> So sánh pin NMC và pin LFP

2. Chất lượng cell và vật liệu đầu vào

Cell là thành phần trực tiếp lưu trữ và giải phóng năng lượng nên chất lượng cell có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định của toàn bộ bộ pin. Cell không đồng đều hoặc vật liệu đầu vào không được kiểm soát có thể làm tăng nguy cơ phát sinh bất thường trong quá trình sạc, xả và vận hành.

Vì vậy, kiểm soát an toàn cần bắt đầu từ việc lựa chọn cell và kiểm tra vật liệu đầu vào, thay vì chỉ kiểm tra bộ pin sau khi đã lắp ráp hoàn chỉnh.

3. Thiết kế và cấu trúc bộ pin

Một bộ pin không chỉ là tập hợp nhiều cell ghép lại với nhau. Cách bố trí cell, kết nối điện, khả năng cách điện, tản nhiệt và bảo vệ cơ học đều ảnh hưởng đến cách bộ pin phản ứng khi xảy ra bất thường.

Thiết kế tốt cần hướng đến việc hạn chế nhiệt và sự cố lan từ một cell sang các cell khác, đồng thời bảo vệ bộ pin trước những tác động thường gặp trong quá trình sử dụng xe điện.

4. BMS kiểm soát điện áp, dòng điện và nhiệt độ

BMS là hệ thống theo dõi và quản lý hoạt động của bộ pin. Hệ thống này giám sát các thông số như điện áp, dòng điện và nhiệt độ để phát hiện những trạng thái bất thường trong quá trình sạc và sử dụng.

Khi các thông số vượt khỏi giới hạn thiết kế, BMS có thể thực hiện các biện pháp bảo vệ tương ứng, qua đó giảm nguy cơ bộ pin tiếp tục hoạt động trong điều kiện không an toàn.

5. Quy trình sản xuất và kiểm soát chất lượng

Ngay cả khi sử dụng cell tốt và thiết kế bộ pin phù hợp, chất lượng sản phẩm vẫn phụ thuộc vào quá trình sản xuất. Các công đoạn từ lắp ráp điện, kiểm tra kỹ thuật, lắp ráp cơ khí đến kiểm tra hoàn thiện đều cần được kiểm soát. Đặc biệt, việc kiểm tra sau lắp ráp giúp phát hiện những vấn đề có thể không thể hiện rõ ở từng cell riêng lẻ nhưng có thể xuất hiện khi toàn bộ bộ pin được kết nối và vận hành.

Tại PSG Năng Lượng Việt Nam, an toàn của bộ pin được kiểm soát xuyên suốt quá trình sản xuất, từ kiểm tra vật liệu đầu vào – lắp ráp điện – kiểm tra kỹ thuật – lắp ráp cơ khí – kiểm tra hoàn thiện – đóng gói sản phẩm.

Sau khi hoàn thiện, bộ pin tiếp tục được kiểm tra qua nhiều hạng mục để đánh giá khả năng đáp ứng các điều kiện vận hành và tình huống bất thường. Đây cũng là cơ sở để kiểm soát chất lượng trước khi sản phẩm được đưa vào sử dụng.

Tại PSG Năng Lượng Việt Nam, an toàn của bộ pin được kiểm soát xuyên suốt quá trình sản xuất

Pin Lithium Cần Trải Qua Những Kiểm Tra An Toàn Nào?

Để đánh giá mức độ an toàn của bộ pin sau khi lắp ráp, PSG thực hiện các phép thử mô phỏng những tình huống bất thường có thể xảy ra trong quá trình sử dụng. 8 hạng mục kiểm tra tập trung vào khả năng bảo vệ bộ pin trước các tác động về điện, nhiệt, cơ học và môi trường.

1. Kiểm tra quá sạc

Phép thử mô phỏng tình trạng pin tiếp tục được sạc khi điện áp đã vượt giới hạn cho phép. Điện áp, dòng điện và nhiệt độ được theo dõi để đánh giá phản ứng của bộ pin. Mục đích là kiểm tra BMS có phát hiện tình trạng quá sạc và tự động ngắt sạc để bảo vệ pin hay không.

2. Kiểm tra quá xả

Bộ pin được kiểm tra khi điện áp giảm xuống dưới ngưỡng an toàn trong quá trình xả. Phép thử đánh giá khả năng BMS ngắt xả đúng lúc, hạn chế nguy cơ cell bị suy giảm hoặc hư hỏng do xả quá mức.

3. Kiểm tra chống đoản mạch ngoài

Mô phỏng tình huống hai cực âm dương của bộ pin bị chập, khiến dòng điện tăng đột ngột. Đây là điều kiện có thể làm nhiệt độ tăng nhanh nếu dòng điện không được kiểm soát kịp thời. Vì vậy, phép thử tập trung vào khả năng phát hiện và cô lập dòng điện bất thường của hệ thống bảo vệ.

4. Thử nghiệm chọc kim

Một vật sắc nhọn được đâm xuyên trực tiếp vào cell đã sạc đầy để mô phỏng tình huống pin bị tổn thương cơ học nghiêm trọng khi bị va đập hoặc tai nạn ở ngoài thực tế. Khi đó, nguy cơ đoản mạch bên trong cell có thể xuất hiện và làm nhiệt độ tăng nhanh. Phép thử theo dõi phản ứng của cell sau khi bị xuyên thủng, đồng thời đánh giá khả năng kiểm soát nhiệt. Đây là một trong những phép thử khắc nghiệt để kiểm tra mức độ an toàn của cell khi xảy ra hư hỏng vật lý.

5. Thử nghiệm thả rơi

Bộ pin được thả từ độ cao quy định xuống bề mặt cứng, mô phỏng tình huống rơi hoặc va đập trong quá trình vận chuyển và sử dụng. Sau thử nghiệm, vỏ pin và các bộ phận bên trong được kiểm tra để phát hiện nứt, biến dạng hoặc hư hỏng kết cấu. Tình trạng điện áp và khả năng hoạt động của bộ pin cũng được đánh giá. Mục tiêu là xác định liệu một cú va đập mạnh có làm ảnh hưởng đến cấu trúc bảo vệ và độ an toàn của bộ pin hay không.

6. Thử nghiệm ngâm nước

Bộ pin được ngâm nước theo điều kiện thử nghiệm để đánh giá khả năng chống nước và độ kín của vỏ bảo vệ. Phép thử đặc biệt chú ý đến khả năng nước xâm nhập vào các bộ phận điện bên trong. Sau thử nghiệm, tình trạng của bộ pin và hệ thống BMS được kiểm tra để phát hiện dấu hiệu bất thường. Qua đó, khả năng bảo vệ pin trước tác động của môi trường ẩm ướt được đánh giá.

7. Kiểm tra khả năng chống cháy

Bộ pin được đặt trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc tiếp xúc với nguồn lửa theo yêu cầu thử nghiệm. Phép thử mô phỏng tình huống pin chịu tác động nhiệt từ bên ngoài và đánh giá khả năng chống chịu của cấu trúc bảo vệ. Các yếu tố như nhiệt độ, tình trạng vỏ và diễn biến của sự cố được theo dõi trong quá trình thử. Đặc biệt, kiểm tra xem ngọn lửa có lan rộng ra ngoài khu vực kiểm soát hay không là một phần quan trọng của đánh giá. Kết quả giúp xác định khả năng hạn chế mức độ nghiêm trọng khi bộ pin phải chịu tác động nhiệt bất thường.

8. Kiểm tra khuếch tán nhiệt

Phép thử mô phỏng tình huống một cell xảy ra sự cố nhiệt và theo dõi khả năng truyền nhiệt sang các cell lân cận. Từ đó, khả năng cách ly và hạn chế sự lan truyền của sự cố trong toàn bộ bộ pin được đánh giá. Đây là yếu tố quan trọng để ngăn một điểm bất thường phát triển thành sự cố trên cả cụm pin.

8 hạng mục kiểm tra pin lithium tại PSG

Vì Sao Không Phải Bộ Pin Lithium Xe Điện Nào Cũng An Toàn Như Nhau?

Không phải bộ pin Lithium nào cũng có mức độ an toàn giống nhau, bởi độ an toàn không chỉ phụ thuộc vào loại hóa học của cell. LFP có lợi thế về độ ổn định nhiệt, đồng thời có tuổi thọ cao nên được nhiều doanh nghiệp và người dùng xe điện, đội xe lựa chọn và tin dùng trong những năm gần đây.

Tuy nhiên, LFP không đồng nghĩa với miễn nhiễm trước mọi sự cố. Cell vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi quá sạc, quá xả, va đập, nhiệt độ cao hoặc hư hỏng vật lý nếu không được kiểm soát đúng cách.

Vì vậy, an toàn của pin Lithium cần được xây dựng từ nhiều lớp: Chất lượng cell, vật liệu đầu vào, thiết kế bộ pin, BMS, quy trình sản xuất và các phép thử an toàn sau lắp ráp. Kiểm soát đầy đủ từ những yếu tố này giúp bộ pin phát huy lợi thế về độ bền, độ ổn định và an toàn trong quá trình sử dụng.
------------------------------------

CÔNG TY TNHH PSG NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM 

• Địa chỉ: Thôn 3 Thượng Mỹ, xã Vĩnh Trụ, tỉnh Ninh Bình
• Hotline : 0933.055.188
• Website : https://psgvn.com/