Mục lục · 11 phần
Bảo vệ sạc quá mức (Overcharge protection) là chức năng ngắt dòng của hệ thống quản lý pin (Battery Management System, BMS) khi sạc quá mức, tức là sạc tiếp khi pin đã đầy hoặc sạc vượt giới hạn nhà sản xuất quy định.[1][2] Sạc quá mức là việc tiếp tục sạc một cell hoặc pin đã đầy, hoặc sạc vượt giới hạn nhà sản xuất quy định.[2] Cell LFP sạc tới 3,65 V, còn cell lithium-ion dùng cực dương gốc coban, niken, mangan thường sạc tới 4,20 V.[3] BMS đi kèm pin lưu trữ Victron Lithium Smart 12,8 V tắt bộ sạc ngay khi một cell chạm 3,75 V.[4] Trong hệ Victron dùng pin giao tiếp CAN-bus, biến tần (inverter) sạc tắt thuật toán sạc riêng và làm theo giới hạn do pin gửi sang.[5] Pin BYD Battery-Box Premium chỉ đóng relay cấp điện áp ra sau khi đã có giao tiếp với biến tần.[6]
Chức năng chặn pin cạn quá giới hạn ở chiều xả là nội dung bài Bảo vệ xả quá mức.
Tóm tắt nhanh
| Mục | Thông tin chính |
|---|---|
| Tên tiếng Anh | Overcharge protection; IC bảo vệ ghi Overcharge detection (OVP)[7] |
| Định nghĩa | Bảo vệ sạc quá mức (Overcharge protection) là chức năng ngắt dòng của hệ thống quản lý pin (Battery Management System, BMS) khi sạc quá mức, tức là sạc tiếp khi pin đã đầy hoặc sạc vượt giới hạn nhà sản xuất quy định[1][2] |
| Sạc quá mức | Tiếp tục sạc cell hoặc pin đã đầy, hoặc sạc vượt giới hạn nhà sản xuất quy định[2] |
| Giới hạn điện áp sạc của cell | LFP 3,65 V; NMC 4,20 V[8] |
| Bộ phận đo | Ít nhất một kênh đo điện áp cho mỗi cell nối tiếp[9] |
| Bộ phận ngắt | MOSFET sạc trong mạch bảo vệ;[7] công tắc tơ chính trong bộ pin lớn[10] |
| Phối hợp với biến tần | Ở hệ Victron, BMS gửi giới hạn điện áp sạc (CVL) và giới hạn dòng sạc (CCL)[5] |
| Tác hại khi bị sạc quá mức | Mạ lithium ở cực âm, cực dương sinh khí CO2, áp suất cell tăng[3] |
| Tiêu chuẩn thử | IEC 62619:2022, thử cell ở mục 7.2.5, thử hệ pin ở mục 8.2.2 và 8.2.3[11] |
| Mức thử quá áp của hệ pin | Vượt 10% giới hạn trên của điện áp sạc[12] |
1. Bảo vệ sạc quá mức (Overcharge protection) là gì?
Bảo vệ sạc quá mức (Overcharge protection) là chức năng ngắt dòng của hệ thống quản lý pin (Battery Management System, BMS) khi sạc quá mức, tức là sạc tiếp khi pin đã đầy hoặc sạc vượt giới hạn nhà sản xuất quy định.[1][2] Mạch bảo vệ lắp trong bộ pin không cho điện áp vượt mức đã đặt.[3] Bảo vệ quá áp là một tác động bảo vệ pin liên quan tới an toàn.[10] Độ an toàn nội tại của cell phụ thuộc vào việc tuân thủ nghiêm các điều kiện vận hành an toàn đã định cho cell.[9]
Sạc quá mức (Overcharge) là gì?
Sạc quá mức (Overcharge) là việc tiếp tục sạc một cell hoặc pin thứ cấp đã đầy, theo từ vựng kỹ thuật điện IEC 60050-482.[2] Ghi chú của thuật ngữ coi việc sạc vượt giới hạn do nhà sản xuất quy định cũng là sạc quá mức.[2] Ở mức điện hóa, sạc quá mức là trạng thái điện thế cell tăng vượt điện thế cuối sạc của vật liệu cực dương.[13] Điện áp cuối sạc (End-of-charge voltage) là điện áp đạt được ở cuối một bước sạc, tại một dòng không đổi quy định.[14] Điện áp cuối sạc có thể dùng để khởi động việc kết thúc quá trình sạc.[14]
Bảo vệ sạc quá mức trong định nghĩa BMS của IEC 62619
BMS trong IEC 62619:2022 là hệ thống điện tử đi kèm pin, có chức năng ngắt dòng khi sạc quá mức, quá dòng, xả quá mức và quá nhiệt.[1] Một ghi chú của định nghĩa cho phép bỏ chức năng ngắt xả quá mức khi nhà sản xuất cell và khách hàng có thỏa thuận.[1] Tổng quan về BMS được trình bày ở bài Hệ thống quản lý pin BMS. Chức năng ngắt khi quá nhiệt là nội dung bài Bảo vệ quá nhiệt.
Vì sao pin lithium bắt buộc có bảo vệ sạc quá mức?
Mạch bảo vệ là bắt buộc với bộ pin lithium-ion.[15] Pin gốc lithium không chịu được bất kỳ mức quá áp nào.[10] Sạc quá mức một cell lithium-ion có thể dẫn tới thoát nhiệt (thermal runaway).[16]
Bảo vệ sạc quá mức theo điện áp và theo dòng điện
IEC 62619:2022 có hai phép thử riêng ở cấp hệ pin: kiểm soát sạc quá mức theo điện áp và kiểm soát sạc quá mức theo dòng điện.[11] Phép thử theo điện áp đặt điện áp sạc vượt giới hạn trên, phép thử theo dòng điện đặt dòng sạc vượt dòng sạc tối đa.[12] IC bảo vệ BQ2970 cũng tách phát hiện sạc quá mức (OVP) khỏi phát hiện quá dòng sạc (OCC).[7] Giới hạn dòng sạc của pin lưu trữ được trình bày ở bài Dòng sạc xả tối đa.
Phân biệt bảo vệ sạc quá mức và bảo vệ xả quá mức
IC BQ2970 có hai chức năng riêng: phát hiện sạc quá mức (OVP) và phát hiện xả quá mức (UVP).[7] Danh mục yêu cầu bảo vệ của BMS cũng liệt kê riêng quá áp và thấp áp.[16] Điện áp ngắt (Cut-off voltage) là điện áp thấp nhất cho phép, thường xác định trạng thái pin cạn.[17]
| Tiêu chí | Bảo vệ sạc quá mức | Bảo vệ xả quá mức |
|---|---|---|
| Đầu điện áp được giám sát với cell LFP | Đầu trên, 3,65 V[8] | Đầu dưới, 2,5 V[8] |
| Nhãn trên IC bảo vệ BQ2970 | Overcharge detection (OVP)[7] | Over-discharge detection (UVP)[7] |
| Chức năng ngắt trong định nghĩa BMS của IEC 62619 | Có trong định nghĩa[1] | Không bắt buộc nếu nhà sản xuất cell và khách hàng thỏa thuận[1] |
Cách BMS chặn pin xả quá sâu được trình bày ở bài Bảo vệ xả quá mức.
Định nghĩa ở mục 1 xoay quanh giới hạn điện áp sạc. Mục 2 giải thích điều xảy ra bên trong cell khi giới hạn đó bị vượt.
2. Sạc quá mức gây hại gì cho pin lithium?
Sạc quá mức gây hại cho pin lithium vì điện áp vượt mức quy định làm pin mất ổn định.[3] Sạc quá mức hoặc xả quá mức làm hỏng nặng pin lithium và có thể khiến pin không còn an toàn để dùng tiếp.[4] Quá áp hoặc quá dòng có thể gây hỏng vĩnh viễn cho hệ pin.[10]
Mạ lithium kim loại trên cực âm
Sạc quá mức làm lithium kim loại bám lên cực âm, hiện tượng gọi là mạ lithium (lithium plating).[3][18] Trên cell LFP/graphite đã lão hóa bị sạc quá mức, điểm uốn V1 trên đường điện áp ứng với mạ lithium ở cực âm.[18] Điểm V1 của cell lão hóa ít thay đổi theo C-rate và thấp hơn một chút so với cell mới.[18] Sạc nhỏ giọt liên tục cũng làm mạ lithium kim loại và giảm an toàn của pin lithium-ion.[3]
Cực dương mất ổn định và sinh khí CO2
Khi bị sạc quá mức, vật liệu cực dương trở thành chất oxy hóa, mất ổn định và sinh khí carbon dioxide (CO2).[3] Sạc quá mức làm cell xả khí (cell venting).[10] Với cell LFP, giảm phản ứng khử chất điện phân là cách hiệu quả để cải thiện khả năng chịu sạc quá mức.[19]
Áp suất trong cell tăng và thiết bị ngắt dòng tác động
Áp suất trong cell tăng khi bị sạc quá mức.[3] Nếu việc sạc tiếp tục, thiết bị ngắt dòng (Current Interrupt Device, CID) của cell ngắt mạch.[3] Trên cell LFP, áp suất trong và lực giãn nở tăng mạnh ở giai đoạn điện áp đi ngang khi bị sạc quá mức.[19] Hai đại lượng này đạt tối đa 1.071 kPa và 6.590 N khi nhiệt độ cell còn dưới 69 °C.[19] Kết quả mô phỏng cho thấy áp suất, không phải nhiệt độ, là yếu tố kích hoạt quá trình xả khí và phun vật chất của cell LFP.[19]
Năm giai đoạn từ sạc quá mức tới thoát nhiệt
Quá trình sạc quá mức cell LFP/graphite được chia thành năm giai đoạn theo hiện tượng quan sát được.[18] Đường điện áp khi sạc quá mức có năm điểm uốn rõ rệt.[18] Từ lúc ngắn mạch trong (ISC) xuất hiện tới khi thoát nhiệt mất hơn 2 phút, bất kể mức sức khỏe (SOH) của cell.[18] Áp suất tối đa trong cell tăng khi C-rate sạc hoặc SOH tăng.[18] Tốc độ sạc theo C-rate được giải thích ở bài C-rate.
Nguồn nhiệt chính khi sạc quá mức
Phản ứng phụ khi sạc quá mức pin lithium-ion được phân tích theo năm giai đoạn.[20] Trong các nguồn nhiệt, nhiệt từ phản ứng giữa cực dương và cực âm lớn nhất, tiếp theo là nhiệt ở cực âm.[20] Nhiệt do ngắn mạch trong đứng cuối trong thứ tự các nguồn nhiệt.[20] Pin đầy có nhiệt độ thoát nhiệt thấp hơn và xả khí sớm hơn pin chỉ sạc một phần.[3]
Pin LFP và pin NCM khi bị sạc quá mức
Trong cùng điều kiện sạc quá mức, cell LFP thoát nhiệt sớm hơn các cell niken coban mangan (NCM), cho thấy khả năng chịu sạc quá mức kém.[21] Khi đã thoát nhiệt, cell LFP có nhiệt độ cực đại thấp hơn và phản ứng nhẹ hơn.[21] Mọi cell NCM trong thí nghiệm đều bốc cháy hoặc nổ, còn cell LFP chỉ xả nhiều khói, không cháy.[21] Với cell NMC, mức sạc cao thúc đẩy thoát nhiệt.[8] Vật liệu LiFePO4 được trình bày ở bài LiFePO4.
Mục 3 điểm qua những tình huống làm việc sạc tiếp diễn khi pin đã đầy.
3. Nguyên nhân khiến pin bị sạc quá mức
Pin bị sạc quá mức khi việc sạc tiếp tục lúc cell hoặc pin đã đầy, hoặc khi pin được sạc vượt giới hạn do nhà sản xuất quy định.[2]
Bộ sạc hoặc biến tần đặt điện áp sạc quá cao
Sách hướng dẫn pin Victron Lithium Smart khuyến nghị bản 12,8 V sạc hấp thụ ở 14,20 V trong 2 giờ, sạc duy trì ở 13,50 V.[4] Báo động A-SL9 của pin này báo điện áp của một hoặc nhiều cell đã lên quá cao.[4] Khi có báo động A-SL9, sách hướng dẫn yêu cầu tắt ngay mọi bộ sạc và liên hệ người lắp đặt để kiểm tra các bộ sạc.[4]
Sạc nhỏ giọt kéo dài khi pin đã đầy
Sạc nhỏ giọt là cách giữ trạng thái sạc của pin bằng dòng điện nhỏ, liên tục, lâu dài và có điều chỉnh.[22] Sạc nhỏ giọt không phù hợp với một số loại pin, ví dụ cell và pin lithium.[22] Sạc nhỏ giọt liên tục làm mạ lithium kim loại và giảm an toàn của pin lithium-ion.[3] Các giai đoạn sạc và sạc duy trì (float) được trình bày ở bài Đường cong sạc.
Cell yếu đầy trước trong chuỗi nối tiếp
Trong chuỗi cell nối tiếp, cell yếu đầy trước, sau đó rơi vào sạc quá mức và sinh nhiệt.[23] Cell không đồng đều là nguyên nhân hỏng thường gặp của pin công nghiệp.[23] Pin Victron Lithium Smart chỉ cân bằng cell trong giai đoạn sạc hấp thụ.[4] Cách BMS cân bằng cell được trình bày ở bài Cân bằng cell pin.
Mục 4 nêu giới hạn điện áp sạc của từng loại cell lithium.
4. Giới hạn điện áp sạc của cell lithium là bao nhiêu?
Giới hạn điện áp sạc của cell lithium khác nhau theo vật liệu điện cực: cell LFP sạc tới 3,65 V, cell NMC sạc tới 4,20 V.[8] Pin Victron Lithium Smart đặt ngưỡng bảo vệ sạc quá mức ở 3,75 V mỗi cell.[4]
Điện áp sạc (Charge voltage) là gì?
Điện áp sạc (Charge voltage) là điện áp pin được sạc tới khi đạt đầy dung lượng.[17] Quá trình sạc gồm sạc dòng không đổi cho tới điện áp sạc, rồi giữ điện áp không đổi để dòng sạc giảm dần tới mức nhỏ.[17]
Giới hạn 3,65 V của cell LFP
Cell LFP có điện áp định mức 3,20 V và sạc tới 3,65 V.[3] Dải điện áp làm việc điển hình của cell LFP là 2,5 V đến 3,65 V.[8] Cell LiFePO4 LF173F163B dung lượng định mức 163 Ah ghi điện áp ngắt sạc 3,65 V và điện áp ngắt xả 2,5 V.[24] Dải điện áp của cả bộ pin được trình bày ở bài Dải điện áp pin.
Vì sao 4,2 V là giới hạn của cell NMC?
Cell lithium-ion dùng cực dương gốc coban, niken, mangan và nhôm thường sạc tới 4,20 V mỗi cell.[3] Điện thế cuối sạc của các cực dương LMO, NMC và NCA nằm trong khoảng 4,1 V đến 4,2 V.[13]
Bảng giới hạn điện áp sạc theo loại cell
Bảng chép giá trị điển hình theo loại hóa học cell.
| Loại cell[8] | Giới hạn trên khi sạc | Thông tin đi kèm |
|---|---|---|
| LFP | 3,65 V | Dải làm việc điển hình 2,5 đến 3,65 V |
| NMC | 4,20 V | Mức sạc cao thúc đẩy thoát nhiệt |
Ngưỡng bảo vệ và điện áp sạc của pin Victron Lithium Smart
Pin Victron Lithium Smart 12,8 V gồm 4 cell, mỗi cell có điện áp định mức 3,2 V.[4] Điện áp sạc hấp thụ 14,20 V chia cho 4 cell là 3,55 V mỗi cell, thấp hơn ngưỡng 3,75 V tại đó BMS tắt bộ sạc.[4] Sách hướng dẫn của pin này ghi một cell không bao giờ được vượt 4 V.[4] IC bảo vệ một cell BQ2970 cho chọn ngưỡng phát hiện sạc quá mức từ 3,85 V đến 4,60 V, bước 50 mV.[7]
Vùng làm việc an toàn trong IEC 62619
IEC 62619:2022 có mục 5.7 về vùng làm việc an toàn của cell và hệ pin lithium.[11] Phụ lục A, loại quy chuẩn, trình bày vùng làm việc an toàn của cell, trong đó mục A.3 bàn về điện áp sạc.[11] Mục 5.4 của IEC 62619:2022 nói về quản lý nhiệt độ, điện áp và dòng điện.[11]
Mục 5 giải thích cách mạch đo và mạch ngắt của bảo vệ sạc quá mức làm việc.
5. Bảo vệ sạc quá mức hoạt động thế nào?
Bảo vệ sạc quá mức trong IC BQ2970 hoạt động theo chuỗi: đo điện áp pin, so với ngưỡng phát hiện qua một thời gian trễ, rồi tắt MOSFET sạc.[7] Mọi cell trong bộ pin lithium-ion đều được đo điện áp.[16]
Đo điện áp từng cell nối tiếp
BMS cần ít nhất một kênh đo điện áp cho mỗi cell nối tiếp.[9] Bộ so sánh cửa sổ (window comparator) báo cho BMS chủ khi một cell làm việc ngoài dải điện áp cho phép.[9] Vì sạc quá mức một cell có thể dẫn tới thoát nhiệt, BMS không được bỏ qua việc đo điện áp của bất kỳ cell nào.[16]
Ngưỡng phát hiện và thời gian trễ
IC BQ2970 nhận biết sạc quá mức khi điện áp pin đo được cao hơn ngưỡng phát hiện.[7] Sai số ngưỡng của BQ2970 là ±10 mV ở 25 °C và ±20 mV trong khoảng 0 °C đến 60 °C.[7] Thời gian trễ phát hiện của BQ2970 có các mức 0,25 s, 1 s, 1,25 s và 4,5 s, sai số ±20%.[7] IC giám sát nhiều cell BQ76952 cho đặt ngưỡng quá áp từ 1,012 V đến 5,566 V, bước 50,6 mV.[25] Thời gian trễ phát hiện quá áp của BQ76952 đặt được từ 10 ms đến 6.753 ms, bước 3,3 ms.[25]
Ngắt sạc bằng MOSFET trong mạch bảo vệ
Khi phát hiện sạc quá mức, BQ2970 kéo chân COUT xuống mức thấp để tắt MOSFET sạc, ngăn pin sạc tiếp.[7] BQ2970 có ngõ lái riêng cho MOSFET sạc (CHG) và MOSFET xả (DSG).[7] Lớp bảo vệ tiếp theo có thể là khóa bán dẫn trong mạch gắn vào bộ pin, đo dòng, áp và ngắt mạch khi giá trị quá cao.[15] Mạch lái MOSFET phía cực dương của BQ76952 cho phép giữ giao tiếp với bộ điều khiển chủ khi MOSFET đã tắt.[25]
Ngắt sạc bằng công tắc tơ (contactor) trong bộ pin lớn
BMS ngắt dòng sạc quá mức hoặc xả quá mức bằng cách tự động mở công tắc tơ chính.[10] Phần lớn bộ pin phải ngắt được về điện ít nhất một trong hai cực pin.[9] Việc mất nguồn đột ngột sau khi ngắt có thể nguy hiểm hơn chính nguyên nhân gây ngắt.[9] Pin BYD Battery-Box Premium chỉ đóng relay sau khi có giao tiếp với biến tần, và chỉ khi đó mới có điện áp ra.[6]
Phục hồi sau khi bảo vệ tác động
BQ2970 thoát trạng thái sạc quá mức khi điện áp pin xuống dưới ngưỡng phát hiện trừ đi độ trễ nhả.[7] BMS của pin Victron Lithium Smart bật lại bộ sạc khi cell cao nhất xuống dưới 3,6 V.[4] Trong lúc bộ sạc tắt, pin Victron vẫn tiếp tục cân bằng cell.[4] Chu kỳ tắt và bật sạc này có thể kéo dài tới 12 giờ khi cell lệch nhiều.[4]
Lớp bảo vệ trong cell: PTC, CID và van xả khí
Thiết bị ngắt dòng (CID) là thiết bị kiểu cầu chì, ngắt mạch điện vĩnh viễn.[15] CID tác động khi áp suất cell quá cao, khi nhiệt độ cao hoặc khi điện áp cao, tùy thiết kế.[15] Phần tử hệ số nhiệt dương (Positive Thermal Coefficient, PTC) có điện trở thấp khi làm việc bình thường.[15] PTC phục hồi được, dẫn điện tốt trở lại khi nhiệt độ về bình thường.[15] Van xả khí giải phóng khí khi có bất thường và có thể đóng kín lại.[15]
Phụ gia con thoi oxy hóa khử trong chất điện phân
Phụ gia con thoi oxy hóa khử (redox shuttle) bị oxy hóa ở bề mặt cực dương khi điện thế cell chạm điện thế oxy hóa của phụ gia.[13] Phụ gia sau đó khuếch tán sang cực âm và bị khử về dạng trung hòa.[13] Mỗi vòng như vậy chuyển một electron từ cực âm sang cực dương, không gây ngắn mạch cell.[13] Với cực dương LMO, NMC và NCA, phụ gia phải oxy hóa ở điện thế ít nhất 4,3 V so với Li+/Li.[13] Phụ gia chống sạc quá mức bên trong cell được đánh giá hiệu quả hơn các thiết bị bảo vệ bên ngoài như BMS hay CID.[20]
Mục 6 trình bày cách BMS phối hợp với bộ sạc của biến tần.
6. BMS và biến tần phối hợp chống sạc quá mức thế nào?
BMS và biến tần phối hợp chống sạc quá mức qua đường giao tiếp trong hệ Victron có chức năng DVCC.[5] Pin gửi giới hạn sạc, bộ sạc làm theo giới hạn đó.[5] Chức năng BMS có thể đặt trong bộ pin, trong thiết bị dùng pin, hoặc chia ở cả hai nơi.[1]
Giới hạn điện áp sạc (CVL) trong hệ Victron
Trong hệ Victron, giới hạn điện áp sạc (Charge voltage limit, CVL) là điện áp sạc tối đa pin chấp nhận ở thời điểm hiện tại.[5] Một số loại pin gửi giá trị thay đổi, tính từ điện áp cell, trạng thái sạc hoặc nhiệt độ.[5] Các hãng pin khác dùng một giá trị cố định.[5]
Giới hạn dòng sạc (CCL) và việc bộ sạc làm theo pin
Giới hạn dòng sạc (CCL) là dòng sạc tối đa pin yêu cầu.[5] Khi pin CAN-bus gửi giới hạn, các bộ sạc Victron tắt thuật toán sạc riêng và làm đúng theo yêu cầu của pin.[5] Khi pin và người dùng cùng đặt giới hạn dòng sạc, hệ dùng giá trị nhỏ hơn.[5] Diễn biến điện áp và dòng điện trong lúc sạc được trình bày ở bài Đường cong sạc.
Biến tần dừng sạc khi mất liên lạc với BMS
Khi BMS bị ngắt khỏi hệ ESS của Victron, bộ sạc năng lượng mặt trời dừng và báo lỗi #67, No BMS.[5] Pin BYD Battery-Box Premium tự tắt trong vòng 30 phút sau khi mất giao tiếp với biến tần.[6]
Bảo vệ điện áp pin quá cao phía biến tần
Biến tần sạc Victron MultiPlus-II liệt kê bảo vệ điện áp pin quá cao (battery voltage too high) trong danh mục bảo vệ.[26] Danh mục này còn có bảo vệ điện áp pin quá thấp (battery voltage too low).[26] Bản 48 V của MultiPlus-II có điện áp sạc hấp thụ 57,6 V và điện áp sạc duy trì 55,2 V.[26]
7. Thử nghiệm sạc quá mức theo IEC 62619
Thử nghiệm sạc quá mức trong IEC 62619:2022 gồm một phép thử cấp cell ở mục 7.2.5 và hai phép thử cấp hệ pin ở mục 8.2.2 và 8.2.3.[11] Theo báo cáo JRC năm 2024, cả hai cấp thử của IEC 62619:2022 dựa hoàn toàn vào thiết bị bảo vệ hoặc BMS để kết thúc phép thử.[12]
Phạm vi của IEC 62619:2022
IEC 62619:2022 quy định yêu cầu và phép thử cho vận hành an toàn của cell và pin lithium thứ cấp dùng trong công nghiệp.[27] Ứng dụng cố định của IEC 62619:2022 gồm viễn thông, bộ lưu điện (UPS) và hệ lưu trữ điện năng.[27] Ấn bản 2.0 của IEC 62619 phát hành ngày 24/05/2022.[27] Nội dung chung của tiêu chuẩn được trình bày ở bài IEC 62619.
Thử sạc quá mức cấp cell (mục 7.2.5)
Mục 7.2.5 của IEC 62619:2022 là phép thử sạc quá mức cho cell hoặc khối cell.[11] Phép thử này áp dụng cho hệ pin chỉ có một lớp bảo vệ điều khiển điện áp sạc.[28][29] Phép thử kết thúc khi nhiệt độ đạt trạng thái ổn định.[12][29] Tiêu chí đạt là cell không nổ và không cháy.[12][29]
Thử kiểm soát quá áp khi sạc của hệ pin (mục 8.2.2)
Mục 8.2.2 của IEC 62619:2022 thử khả năng kiểm soát quá áp khi sạc của hệ pin.[11] Phép thử đẩy điện áp sạc của hệ pin lên vượt giới hạn trên của điện áp sạc 10%, ở nhiệt độ môi trường (25 ± 5) °C.[12][29] BMS phải kết thúc việc sạc trước khi điện áp cell vượt giới hạn trên của điện áp sạc.[12][28] Tiêu chí đạt là hệ pin không nổ và không cháy.[28][29] Hình 7 của tiêu chuẩn là ví dụ cấu hình mạch cho phép thử kiểm soát quá áp.[11]
Thử kiểm soát dòng sạc quá mức (mục 8.2.3)
Mục 8.2.3 của IEC 62619:2022 thử khả năng kiểm soát dòng điện khi sạc quá mức của hệ pin.[11] BMS phải phát hiện dòng sạc quá mức và giữ dòng sạc dưới mức dòng sạc tối đa.[12][28] Tiêu chí đạt là hệ pin không nổ và không cháy.[28][29]
Mục 8 chỉ cách đọc ngưỡng bảo vệ và báo cáo thử trên tài liệu sản phẩm.
8. Đọc thông số bảo vệ sạc quá mức trên datasheet và sách hướng dẫn
Đọc thông số bảo vệ sạc quá mức trên datasheet IC BQ2970 là tìm ba nhóm số: ngưỡng phát hiện, thời gian trễ phát hiện và thời gian phục hồi.[7] Pin Victron Lithium Smart ghi các thông số này ở phần báo động và tác động của BMS trong sách hướng dẫn.[4]
Các nhãn bảo vệ sạc quá mức thường gặp
Datasheet IC bảo vệ ghi chức năng này là phát hiện sạc quá mức (Overcharge detection, OVP).[7] Sách hướng dẫn pin Victron Lithium Smart dùng nhãn báo động điện áp cell cao (High cell voltage alarm).[4] Datasheet MultiPlus-II ghi bảo vệ "battery voltage too high".[26]
Ngưỡng, sai số và thời gian trễ trên datasheet IC
Datasheet BQ2970 ghi ba nhóm thông số cài từ nhà máy: ngưỡng phát hiện lỗi, thời gian kích hoạt lỗi và thời gian phục hồi lỗi.[7] Ngưỡng sạc quá mức của BQ2970 được cấu hình tại nhà máy trong khoảng 3,85 V đến 4,60 V.[7] Sai số ngưỡng của BQ2970 ghi riêng cho 25 °C và cho khoảng 0 °C đến 60 °C.[7]
Trích sách hướng dẫn pin Victron Lithium Smart 12,8 V
Pin Victron Lithium Smart là pin lithium sắt phosphat (LiFePO4).[4] Pin truyền báo động sang BMS qua cáp BMS, và BMS điều khiển bộ sạc bằng tín hiệu ngắt sạc (charge disconnect).[4] Pin phải dùng với BMS được Victron chấp thuận.[4]
| Mục trong sách hướng dẫn[4] | Giá trị, bản 12,8 V |
|---|---|
| Số cell và điện áp định mức | 4 cell, mỗi cell 3,2 V |
| Điện áp sạc hấp thụ | 14,20 V, trong 2 giờ |
| Điện áp sạc duy trì | 13,50 V |
| Ngưỡng BMS tắt bộ sạc | Một cell chạm 3,75 V |
| Điều kiện bật lại bộ sạc | Cell cao nhất xuống dưới 3,6 V |
Báo cáo thử IEC 62619 của pin lưu trữ
Báo cáo CN23P29C 001 của TÜV Rheinland (Thâm Quyến) cho bộ pin 12,8 V, 105 Ah ghi phép thử 8.2.2 và 8.2.3 trên hệ pin, cùng ngày 21/07/2023.[30] Kết luận của báo cáo này là mẫu thử phù hợp yêu cầu của IEC 62619:2022.[30]
Ba cặp thông số dễ nhầm
- Điện áp sạc và ngưỡng bảo vệ: pin Victron 12,8 V sạc hấp thụ ở 14,20 V, tức 3,55 V mỗi cell; BMS tắt sạc khi một cell chạm 3,75 V.[4]
- Phát hiện sạc quá mức và phát hiện quá dòng sạc: BQ2970 có hai chức năng riêng, OVP theo điện áp và OCC theo dòng sạc.[7]
- Ngưỡng của cell và điện áp tổng: ngưỡng 3,75 V của pin Victron áp cho từng cell, không áp cho điện áp tổng 12,8 V.[4]
Mục 9 dùng các số trên để tính ngưỡng cho một pin 12,8 V và một bộ pin 16 cell.
9. Ví dụ tính ngưỡng bảo vệ sạc quá mức cho pin LFP
Ví dụ dùng số liệu của pin Victron Lithium Smart 12,8 V[4] và giới hạn sạc 3,65 V của cell LFP.[3] Mọi số trong mục này là phép tính ghi ngay trong câu, giả định được nêu rõ ở từng bước.
Bước 1: tính điện áp định mức của pin 12,8 V
Pin Victron Lithium Smart 12,8 V gồm 4 cell 3,2 V nối tiếp.[4] Điện áp định mức là 4 × 3,2 = 12,8 V, khớp con số hãng công bố.
Bước 2: tính điện áp sạc hấp thụ mỗi cell
Điện áp sạc hấp thụ khuyến nghị của bản 12,8 V là 14,20 V.[4] Chia đều cho 4 cell, mỗi cell nhận 14,20 / 4 = 3,55 V. Mức 3,55 V thấp hơn điện áp sạc 3,65 V của cell LFP.[3]
Bước 3: tính khoảng cách tới ngưỡng tắt sạc
BMS tắt bộ sạc khi một cell chạm 3,75 V.[4] Khoảng cách giữa điện áp sạc hấp thụ mỗi cell và ngưỡng tắt là 3,75 - 3,55 = 0,20 V.
Bước 4: tính điện áp tổng khi các cell lệch nhau
Giả định ba cell đang ở 3,40 V và một cell vừa chạm 3,75 V. Điện áp tổng là 3 × 3,40 + 3,75 = 13,95 V, thấp hơn mức sạc hấp thụ 14,20 V. BMS vẫn tắt bộ sạc ở thời điểm này vì một cell đã chạm 3,75 V.[4]
Bước 5: tính ngưỡng bật lại bộ sạc
Bộ sạc được bật lại khi cell cao nhất xuống dưới 3,6 V.[4] Độ chênh giữa ngưỡng tắt và ngưỡng bật lại là 3,75 - 3,6 = 0,15 V.
Bước 6: tính điện áp sạc tối đa của bộ pin 16 cell LFP
Giả định một bộ pin gồm 16 cell LFP nối tiếp, mỗi cell định mức 3,20 V và sạc tới 3,65 V.[3] Điện áp định mức của bộ pin là 16 × 3,20 = 51,2 V. Điện áp sạc tối đa của bộ pin là 16 × 3,65 = 58,4 V.
Bước 7: tính mức điện áp thử kiểm soát quá áp
Phép thử 8.2.2 của IEC 62619:2022 sạc hệ pin vượt giới hạn trên của điện áp sạc 10%.[12] Giả định giới hạn trên của bộ pin 16 cell là 58,4 V, mức điện áp thử là 58,4 × 1,1 = 64,24 V. Tính theo một cell, mức tương ứng là 3,65 × 1,1 ≈ 4,02 V.
Áp dụng tại Việt Nam
TCVN 14499-5-2:2025 tương đương IEC 62933-5-2:2020, quy định yêu cầu an toàn cho hệ lưu trữ điện năng tích hợp lưới điện dựa trên nguyên lý điện hóa.[31] TCVN 14499-5-2:2025 yêu cầu BMS trong mọi hệ tích trữ điện hóa giám sát tất cả thông số an toàn của pin.[31] BMS phải báo cáo các thông số an toàn đó cho hệ thống điều khiển.[31] TCVN 14499-5-2:2025 do Ban kỹ thuật TCVN/TC/E18 Pin và ắc quy biên soạn, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.[31]
Mục 10 gom các câu hỏi thường gặp về bảo vệ sạc quá mức.
10. Câu hỏi thường gặp về bảo vệ sạc quá mức
Q1Pin lithium có bị sạc quá mức khi cắm sạc qua đêm không?
Q2Bảo vệ sạc quá mức kích hoạt ở điện áp nào?
Q3Sau khi bảo vệ sạc quá mức tác động, pin sạc lại được khi nào?
Sau khi bảo vệ sạc quá mức tác động, pin sạc lại được khi điện áp cell giảm xuống dưới ngưỡng nhả.[7] BQ2970 thoát trạng thái này khi điện áp pin xuống dưới ngưỡng phát hiện trừ đi độ trễ nhả.[7] BMS của pin Victron Lithium Smart bật lại bộ sạc khi cell cao nhất xuống dưới 3,6 V.[4] CID trong cell ngắt mạch vĩnh viễn, không tự phục hồi.[15]
Q4Cell LFP được sạc tới điện áp bao nhiêu?
Q5Pin LFP có chịu sạc quá mức tốt hơn pin NCM không?
Q6Sạc nhỏ giọt (Trickle charge) là gì?
Sạc nhỏ giọt (Trickle charge) là cách sạc giữ trạng thái sạc của pin bằng dòng điện nhỏ, liên tục, lâu dài và có điều chỉnh.[22] Sạc nhỏ giọt bù phần tự xả để giữ pin ở trạng thái gần đầy.[22] Sạc nhỏ giọt không phù hợp với một số loại pin, ví dụ cell và pin lithium.[22] Với pin lithium-ion, sạc nhỏ giọt liên tục làm mạ lithium kim loại.[3]
Q7Bảo vệ sạc quá mức khác bảo vệ quá dòng sạc thế nào?
Bảo vệ sạc quá mức khác bảo vệ quá dòng sạc ở đại lượng được giám sát, như IC BQ2970 tách OVP theo điện áp khỏi OCC theo dòng sạc.[7] IC BQ2970 có hai chức năng riêng là phát hiện sạc quá mức (OVP) và phát hiện quá dòng sạc (OCC).[7] IEC 62619:2022 thử riêng kiểm soát quá áp ở mục 8.2.2 và kiểm soát dòng ở mục 8.2.3.[11]
Q8Vì sao BMS ngắt sạc khi điện áp tổng của pin chưa tới mức sạc đầy?
BMS ngắt sạc khi điện áp tổng chưa tới mức sạc đầy vì một cell đã chạm ngưỡng bảo vệ.[4] BMS của pin Victron Lithium Smart tắt bộ sạc ngay khi một cell chạm 3,75 V.[4] Trong chuỗi nối tiếp, cell yếu đầy trước rồi rơi vào sạc quá mức.[23] Bước 4 ở mục 9 cho thấy điện áp tổng 13,95 V vẫn thấp hơn mức sạc hấp thụ 14,20 V.
Q9Mất liên lạc giữa BMS và biến tần ảnh hưởng gì tới việc sạc?
Mất liên lạc giữa BMS và biến tần làm bộ sạc dừng hoặc làm pin tự tắt ở hai hệ được ghi trong tài liệu hãng.[5][6] Trong hệ ESS của Victron, bộ sạc năng lượng mặt trời dừng và báo lỗi #67 khi BMS bị ngắt.[5] Pin BYD Battery-Box Premium tự tắt trong vòng 30 phút sau khi mất giao tiếp với biến tần.[6]
Q10Pin đã bị sạc quá mức còn dùng tiếp được không?
Q11Phép thử sạc quá mức trong IEC 62619 đạt khi nào?
Q12Bảo vệ sạc quá mức nằm trong pin hay trong biến tần?
11. Việt Nam Solar và danh sách cửa hàng
Việt Nam Solar là công ty cung cấp toàn bộ giải pháp điện mặt trời, phân phối chính hãng hơn 20 thương hiệu thiết bị. Công ty hoạt động từ năm 2018, làm tổng thầu EPC và ESCO cho các dự án điện mặt trời. Đội kỹ thuật tư vấn chọn pin lưu trữ và biến tần hybrid theo ngưỡng bảo vệ sạc quá mức và cách BMS giao tiếp với biến tần. Khách hàng được khảo sát tận nơi, thiết kế và lắp đặt hoàn chỉnh. Ba chi nhánh tại Hồ Chí Minh, Cần Thơ và Khánh Hòa trưng bày sản phẩm thật và nhận yêu cầu báo giá.
| Chi nhánh | Địa chỉ | Kho | Đường dây nóng |
|---|---|---|---|
| Trụ sở chính Hồ Chí Minh | 188 ĐHT41, Phường Đông Hưng Thuận, Tp. HCM | 2939 QL1A, Phường Đông Hưng Thuận, Tp. HCM | 088.60.60.660 |
| Chi nhánh Cần Thơ | 41D Mậu Thân, Phường Cái Khế, Tp. Cần Thơ | Khu vực Tràng Thọ A, Phường Trung Nhứt, Tp. Cần Thơ | 094.42.44.424 |
| Chi nhánh Khánh Hòa | Thôn Đông Dinh, Xã Diên Khánh, Tỉnh Khánh Hòa | Thôn Đông Dinh, Xã Diên Khánh, Tỉnh Khánh Hòa | 081.60.60.660 |
Thông tin chi nhánh lấy theo danh sách cửa hàng của Việt Nam Solar.[32]
Tài liệu tham khảo từ nguồn quốc tế
- 1International Electrotechnical Commission. (2022). IEC 62619:2022, Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes, Safety requirements for secondary lithium cells and batteries, for use in industrial applications, sample pages, definition 3.12 battery management system. iTeh Standards.
- 2International Electrotechnical Commission. (2004). IEV 482-05-44, overcharge. IEC Electropedia.
- 3Battery University. (2021). BU-409, Charging Lithium-ion. Cadex Electronics.
- 4Victron Energy. (2026). Lithium Smart Battery Manual, rev 21. Victron Energy.
- 5Victron Energy. (n.d.). GX device manual, DVCC, Distributed Voltage and Current Control. Victron Energy.
- 6BYD Battery-Box. (n.d.). Service Guideline and Checklist for BCU-V2.0, Battery-Box Premium HVS and HVM, Version 1.1. BYD.
- 7Texas Instruments. (2024). BQ2970, BQ2971, BQ2972, BQ2973 data sheet, SLUSBU9I, revised August 2024. Texas Instruments.
- 8Battery University. (2023). BU-205, Types of Lithium-ion. Cadex Electronics.
- 9Lelie, M., Braun, T., Knips, M., Nordmann, H., Ringbeck, F., Zappen, H., & Sauer, D. U. (2018). Battery Management System Hardware Concepts: An Overview. Applied Sciences, 8(4), 534. MDPI.
- 10Gabbar, H. A., Othman, A. M., & Abdussami, M. R. (2021). Review of Battery Management Systems (BMS) Development and Industrial Standards. Technologies, 9(2), 28. MDPI.
- 11International Electrotechnical Commission. (2022). IEC 62619 Ed. 2.0, Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes, Safety requirements for secondary lithium cells and batteries, for use in industrial applications, preview. VDE Verlag.
- 12Hildebrand, S., Eddarir, A., & Lebedeva, N. (2024). Overview of battery safety tests in standards for stationary battery energy storage systems, JRC135870, EUR 31823 EN. Joint Research Centre, European Commission.
- 13Kaur, A. P., Casselman, M. D., Elliott, C. F., Parkin, S. R., Risko, C., & Odom, S. A. (2016). Overcharge protection of lithium-ion batteries above 4 V with a perfluorinated phenothiazine derivative. Journal of Materials Chemistry A, 4, 5410-5414. University of Kentucky.
- 14International Electrotechnical Commission. (2004). IEV 482-05-55, end-of-charge voltage. IEC Electropedia.
- 15Battery University. (2023). BU-304, Why are Protection Circuits Needed?. Cadex Electronics.
- 16Plett, G. L. (2015). ECE5720 Battery Management and Control, Chapter 1, Battery-management-system requirements. University of Colorado Colorado Springs.
- 17MIT Electric Vehicle Team. (2008). A Guide to Understanding Battery Specifications. Massachusetts Institute of Technology.
- 18Wang, C., Zhu, Y., Gao, F., Qi, C., Zhao, P., Meng, Q., Wang, J., & Wu, Q. (2020). Thermal runaway behavior and features of LiFePO4/graphite aged batteries under overcharge. International Journal of Energy Research, 44(7), 5477-5487. Beijing Institute of Technology.
- 19Xu, P., Li, J., Chai, Z., Liu, Z., Liu, Z. M., & Xue, Q. (2024). Experimental and modeling approaches to investigate overcharge-induced thermal runaway behavior for LiFePO4 battery. Journal of Energy Storage, 92, 111687. Beijing Institute of Technology.
- 20Chen, Y. (2022). Recent advances of overcharge investigation of lithium-ion batteries. Ionics, 28, 495-514. Springer.
- 21Wang, Z., Jing, Y., Zhu, X., Wang, H., Huang, L., Wang, Y., & Xu, S. (2021). Overcharge-to-thermal-runaway behavior and safety assessment of commercial lithium-ion cells with different cathode materials: A comparison study. Journal of Energy Chemistry, 55, 484-498. Oak Ridge National Laboratory.
- 22International Electrotechnical Commission. (2004). IEV 482-05-47, trickle charge. IEC Electropedia.
- 23Battery University. (2021). BU-803a, Cell Matching and Balancing. Cadex Electronics.
- 24Gabsi, I., Saad, I., Maalej, S., & Zaghdoudi, M. C. (2024). Thermal management of Li-ion batteries in electric vehicles by nanofluid-filled loop heat pipes, Table 3. Science and Technology for Energy Transition, 79, 23.
- 25Texas Instruments. (2021). BQ76952 data sheet, SLUSE13B, revised November 2021. Texas Instruments.
- 26Victron Energy. (n.d.). MultiPlus-II inverter/charger datasheet. Victron Energy.
- 27International Electrotechnical Commission. (2022). IEC 62619:2022, Safety requirements for secondary lithium cells and batteries, for use in industrial applications. IEC Webstore.
- 28Shenzhen Tiansu Calibration and Testing Co., Ltd. (2026). Test report TSZ26C3046A06-01, IEC 62619:2022, Rechargeable Li-ion Battery Module LF51314A, LF51314E, 51.2 V, 314 Ah. Huizhou Epever Technology, lưu trên Exel Solar.
- 29Shanghai Global Testing Services Co., Ltd. (2021). Test report THJS21051731000R, IEC 62619:2017, Rechargeable Li-ion Cell 26650M1B. Lithium Werks.
- 30TÜV Rheinland (Shenzhen) Co., Ltd. (2023). Test report CN23P29C 001, IEC 62619:2022, battery HKPBATLSL105, 12.8 V, 105 Ah. Hardkorr.
- 31Bộ Khoa học và Công nghệ. (2025). TCVN 14499-5-2:2025 (IEC 62933-5-2:2020), Hệ thống lưu trữ điện năng, Phần 5-2, Yêu cầu an toàn đối với hệ thống EES tích hợp lưới điện, Hệ thống dựa trên nguyên lý điện hóa. Thư viện Pháp luật.
- 32Việt Nam Solar. (n.d.). Danh sách cửa hàng và hệ thống chi nhánh. Công ty TNHH Việt Nam Solar.
Bài viết do đội ngũ 50 kỹ sư của Công ty TNHH Việt Nam Solar biên soạn và kiểm duyệt. Công ty hoạt động liên tục trong lĩnh vực điện mặt trời từ năm 2018, đã khảo sát, thiết kế và thi công hàng nghìn công trình trên cả nước, đồng thời là nhà phân phối chính hãng hơn 20 thương hiệu biến tần, tấm pin và pin lưu trữ. Mọi kỹ sư tham gia biên soạn đều nắm chứng chỉ hành nghề về điện và xây dựng do cơ quan quản lý Nhà nước cấp.
Việt Nam Solar hoạt động với đầy đủ tư cách pháp nhân, gồm Giấy phép hoạt động điện lực số 175/GP-SCT do Sở Công Thương cấp, Giấy phép năng lực hoạt động xây dựng HCM-00076550 công bố trên cổng thông tin Bộ Xây dựng, cùng nhãn hiệu độc quyền số 604703 do Cục Sở hữu trí tuệ cấp văn bằng bảo hộ. Công ty duy trì ba chứng nhận hệ thống quản lý còn hiệu lực gồm ISO 9001:2015, ISO 14001:2018 và ISO 45001:2018, trạng thái hiệu lực xác minh trên IAF CertSearch.
Mọi số liệu kỹ thuật, thông tin pháp lý và mốc thời gian nêu trong bài đều được đối chiếu với hồ sơ chính hãng của nhà sản xuất và văn bản pháp luật hiện hành trước khi xuất bản, để nội dung công bố có thể kiểm chứng độc lập.
