Thông số sạc xả của pin lưu trữ (Battery charge and discharge parameters) là gì?

Sạc xả pin (Battery charging and discharging) là gì?

Sạc xả pin là quá trình nạp điện năng vào pin để tích thành hóa năng, rồi đổi hóa năng đó ngược lại thành điện năng cấp cho tải.[1][5] Về bản chất, pin là thiết bị đổi hóa năng thành điện năng và đổi ngược lại khi được sạc.[1] Trong hệ điện mặt trời có lưu trữ, pin nhận điện từ tấm pin mặt trời, lưới điện hoặc máy phát qua biến tần hybrid.[4] Khi xả, pin cấp điện cho tải qua khối biến đổi DC/AC của chính biến tần đó.[4]

Vì sao pin lưu trữ cần giới hạn khi sạc và xả?

Pin cần giới hạn dòng xả vì dòng quá lớn có thể làm hỏng pin hoặc làm giảm dung lượng, nên nhà sản xuất đặt mức tối đa.[1] Xả quá sâu có thể làm lá góp dòng bằng đồng của điện cực âm graphite hòa tan và tạo vi đoản mạch khi sạc lại.[14] Sạc ở nhiệt độ thấp làm tăng nguy cơ mạ lithium (lithium plating), tức lithium kim loại bám lên điện cực âm.[15][10] Thiếu quản lý nhiệt, cell quá nóng sẽ xuống cấp, hỏng hoặc rơi vào thoát nhiệt (thermal runaway).[14]

Các nhóm thông số sạc xả trên datasheet

Bảng dưới xếp các thông số sạc xả in trên datasheet pin lưu trữ thành năm nhóm, kèm bài chuyên sâu của từng nhóm.

Các thông số sạc xả liên hệ với nhau thế nào?

Các thông số sạc xả không đứng riêng: dòng điện chia dung lượng ra C-rate, dòng điện nhân điện áp ra công suất.[1][6] Phần dung lượng lấy ra được phụ thuộc độ sâu xả, còn số chu kỳ giảm khi độ sâu xả tăng.[7][1] Nhiệt độ và SOC lại làm dòng sạc xả cho phép thay đổi theo từng lúc.[3] Dung lượng và số chu kỳ đều được hãng công bố kèm điều kiện đo cụ thể, như C-rate và nhiệt độ.[1][3]

Muốn hiểu vì sao có các giới hạn trên, cần xem điều gì diễn ra bên trong cell khi pin được sạc và xả.

Cấu tạo cơ bản: hai điện cực, chất điện phân và màng ngăn

Cell lithium-ion có điện cực dương (cathode), điện cực âm (anode), chất điện phân và màng ngăn giữa hai điện cực.[16] Ion lithium đi qua chất điện phân và màng ngăn, còn electron chạy qua mạch ngoài và tạo ra dòng điện.[16][14] Cell là dạng đóng gói nhỏ nhất của pin, điện áp thường từ một đến sáu vôn.[1] Nhiều cell ghép nối tiếp hoặc song song thành module pin, nhiều module ghép lại thành bộ pin.[1]

Quá trình xả: ion đi từ điện cực âm sang điện cực dương

Khi xả, ion lithium rời điện cực âm, đi qua chất điện phân và màng ngăn để sang điện cực dương.[16] Cùng lúc, điện cực âm bị oxy hóa, điện cực dương bị khử, và electron chạy qua mạch ngoài để cấp điện cho tải.[14] Chuyển động của ion được đẩy bởi chênh lệch điện thế giữa hai điện cực.[14]

Quá trình sạc: nguồn điện bên ngoài đẩy ion quay về

Khi sạc, ion lithium được rút khỏi điện cực dương và cài trở lại điện cực âm, tức đi ngược chiều so với lúc xả.[14][16] Hiện tượng cài xen (intercalation) là việc ion lithium chui vào hoặc rời khỏi vật liệu điện cực, và vật liệu không đổi cấu trúc lớn.[14] Qua mỗi lần sạc và xả, ion lithium đi qua lại giữa điện cực dương và điện cực âm như con thoi.[16]

Điện năng hao hụt trong mỗi lần sạc xả

Điện trở trong của pin biến một phần năng lượng sạc thành nhiệt, và phần nhiệt này tăng khi điện trở trong tăng.[1] Nhiệt do điện trở sinh ra tỷ lệ với bình phương dòng điện, nên sạc dòng lớn sinh nhiều nhiệt hơn.[15] Hiệu suất năng lượng của pin giảm khi tốc độ sạc xả tăng.[17] Tổn hao điện hóa này là một phần của tổn hao khứ hồi, nội dung của mục 6.[18]

Pin natri ion sạc xả theo cùng nguyên lý

Pin natri ion hoạt động theo nguyên lý tương tự pin lithium-ion, ion di chuyển giữa hai điện cực là ion natri (Na+).[19] Cơ chế sạc xả của pin natri ion được trình bày ở phần hỏi đáp; vật liệu và đặc tính loại pin này nằm ở bài Pin natri ion.

Pin lithium và ắc quy chì axit cần cách sạc khác nhau

Mỗi loại pin có yêu cầu sạc xả riêng, ví dụ ắc quy chì axit không được xả cạn hoàn toàn.[7] Bộ sạc hoặc bộ điều khiển sạc thiết kế cho một loại pin thường không dùng được cho loại khác.[7] Biến tần hybrid ở mục 9 dùng chiến lược sạc ba giai đoạn cho ắc quy chì axit, còn pin lithium sạc theo thông số điện áp của BMS.[4]

Những quá trình hóa học trên quyết định từng giới hạn in trên datasheet, bắt đầu từ nhóm thông số điện áp.

Điện áp định mức (Nominal voltage)

Điện áp định mức (Nominal voltage) là điện áp tham chiếu hãng công bố cho pin, thường được coi là điện áp bình thường của pin.[1] Cell lithium sắt phốt phát (LFP) có điện áp định mức 3,2 V.[21][22] Module pin Deye SE-G5.1 Pro-B dùng cell LFP và có điện áp định mức 51,2 V.[3] Điện áp mạch hở là điện áp giữa hai cực khi không tải, và điện áp này tăng theo SOC.[1]

Dải điện áp làm việc và điện áp ngắt

Dải điện áp làm việc (Operating voltage) là khoảng điện áp đầu cực pin được phép đi qua khi sạc và xả, có cận dưới là điện áp ngắt.[1][20] Điện áp ngắt (Cut-off voltage) là điện áp thấp nhất cho phép, mốc xác định trạng thái pin cạn.[1] Điện áp ngắt phụ thuộc loại pin, nhiệt độ và tốc độ xả; xả xuống dưới mức này có thể làm hỏng pin vĩnh viễn.[23] Module SE-G5.1 Pro-B có dải điện áp làm việc từ 43,2 V đến 57,6 V.[20][3]

Điện áp đầu cực đổi theo SOC và dòng điện

Điện áp đầu cực là điện áp giữa hai cực pin khi có tải, và mức này thay đổi theo SOC và dòng sạc xả.[1] Khi có dòng chạy qua, điện áp pin có thể lệch nhiều so với điện áp mạch hở.[23] Cách đọc dải điện áp của pin và của biến tần được trình bày ở bài Dải điện áp pin.

Điện áp sạc (Charge voltage)

Điện áp sạc (Charge voltage) là điện áp pin được sạc tới khi đạt đầy dung lượng.[1] Quá trình sạc thường giữ dòng không đổi tới khi pin chạm điện áp sạc, rồi giữ điện áp không đổi để dòng giảm dần tới mức nhỏ.[1] Cell LFP sạc tới 3,65 V, còn cell lithium-ion gốc coban, niken, mangan thường sạc tới 4,20 V.[21][22] Pin được coi là đầy khi đã chạm ngưỡng điện áp và dòng sạc giảm xuống khoảng 3% dòng định mức.[21] Diễn biến điện áp và dòng điện qua từng giai đoạn sạc được trình bày ở bài Đường cong sạc.

Điện áp sạc duy trì (Float voltage)

Điện áp sạc duy trì (Float voltage) là điện áp giữ pin sau khi đã sạc đầy 100% SOC, nhằm bù phần tự xả của pin.[1] Pin lithium-ion không có giai đoạn sạc nhỏ giọt (trickle) hay sạc duy trì khi đã đầy.[21] Sạc nhỏ giọt liên tục làm lithium kim loại mạ lên điện cực và giảm an toàn của pin.[21]

Điều gì xảy ra khi điện áp vượt ngưỡng?

Tiêu chuẩn IEC 62619 đặt yêu cầu kiểm soát quá sạc theo điện áp cho hệ pin, nằm trong phần yêu cầu đối với BMS.[13] Phép thử tương ứng sạc hệ pin vượt điện áp sạc giới hạn trên 10% ở dòng sạc tối đa, và BMS phải dừng sạc.[24] Ở chiều xả, BMS không được cho bộ pin hoạt động lại sau khi bị xả sâu, vì nguy cơ đoản mạch do ăn mòn.[2]

Điện áp đặt ra khung giới hạn; tốc độ đưa điện vào và lấy điện ra do nhóm thông số dòng điện quyết định.

Dòng sạc xả khuyến nghị, tối đa và dòng đỉnh

Dòng xả liên tục tối đa (Maximum continuous discharge current) là dòng lớn nhất pin được xả liên tục.[1] Nhà sản xuất đặt mức này để tránh làm hỏng pin hoặc làm giảm dung lượng.[1] Dòng xung tối đa là dòng lớn nhất pin chịu được trong xung ngắn, ví dụ xung tới 30 giây.[1] Dòng sạc khuyến nghị là dòng lý tưởng ở giai đoạn đầu, khi pin được sạc dòng không đổi tới khoảng 70% SOC.[1] Module SE-G5.1 Pro-B có dòng khuyến nghị 50 A, dòng tối đa 100 A và dòng đỉnh 150 A trong 2 phút ở 25 °C.[3] Ý nghĩa từng mức dòng được trình bày ở bài Dòng sạc xả tối đa.

C-rate: dòng điện tính theo dung lượng

Tốc độ sạc xả (C-rate) là thông số đo tốc độ sạc hoặc xả của pin so với dung lượng tối đa của chính pin đó.[1][25] Công thức đổi là: Dòng sạc xả (A) = C-rate × Dung lượng định mức của pin (Ah).[1][26] Pin 100 Ah xả ở 1C dùng dòng 100 A, ở C/2 tức 0,5C dùng dòng 50 A.[1] Thời gian sạc hoặc xả gần đúng bằng 1 chia C-rate: 1C khoảng 1 giờ, 0,5C khoảng 2 giờ, 0,2C khoảng 5 giờ.[25] Các mốc C-rate và cách viết được trình bày ở bài Tốc độ sạc xả (C-rate) dẫn ở phần mở đầu.

Ký hiệu C10, C20 trên ắc quy

Ký hiệu Cx ghi dung lượng đo khi xả hết pin trong x giờ.[7] Theo cách ghi này, C10 là dung lượng khi xả trong 10 giờ, C20 là dung lượng khi xả trong 20 giờ.[7] Tốc độ C/10 còn được viết là 0,1C, tương ứng thời gian xả khoảng 10 giờ.[7][25] Pin 500 Ah xả hết trong 20 giờ có dòng xả 500 / 20 = 25 A.[7]

Công suất sạc và xả tối đa

Công suất sạc xả bằng điện áp nhân dòng điện: Công suất (W) = Điện áp (V) × Dòng điện (A).[6][7] Pin 12 V xả dòng 25 A cấp cho tải công suất 25 × 12 = 300 W.[7] Trong phép thử, công suất xả định mức là mức xả 100%, công suất sạc định mức là mức sạc 100%.[8] Nhiều hệ lưu trữ giảm công suất xả khả dụng khi SOC thấp và giảm công suất sạc khả dụng khi SOC cao.[8] Giới hạn công suất ở hai chiều được trình bày ở bài Công suất sạc tối đa và bài Công suất xả tối đa.

E-rate: tốc độ tính theo công suất

E-rate là tốc độ xả tính theo công suất; mức 1E là công suất xả hết pin trong 1 giờ.[1] E-rate của một pin bằng công suất (kW) chia dung lượng định mức (kWh), ví dụ 2,5 kW / 5 kWh = 0,5E.[1] Với module 5,12 kWh ở mục 7, công suất định mức 5,12 kW tương ứng 5,12 / 5,12 = 1E.[3]

Dòng điện cho phép giảm theo nhiệt độ và SOC

Dòng sạc xả cho phép không cố định: dòng điện của module SE-G5.1 Pro-B chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và SOC.[3] Dưới 5 °C, dòng sạc của pin lithium-ion cần được giảm.[10] Khi pin lạnh, BMS yêu cầu mức công suất sạc thấp hơn, làm sạc nhanh kém hiệu quả ở nhiệt độ thấp.[15]

Dòng điện và công suất cho biết tốc độ; lượng điện được phép lấy ra mỗi lần do nhóm thông số mức sạc quy định.

Trạng thái sạc (SOC)

Trạng thái sạc (State of Charge, SOC) là dung lượng hiện có của pin, tính bằng phần trăm so với dung lượng tối đa.[1] Pin 500 Ah ở 80% SOC đang chứa 400 Ah.[7] SOC thường được tính bằng cách tích phân dòng điện vào ra theo thời gian.[1] Điện áp chỉ cho ước lượng thô về SOC, vì điện áp còn phụ thuộc nhiệt độ.[7] Với cell LFP, điện áp mạch hở gần như phẳng ở khoảng SOC giữa, nên ước tính SOC theo điện áp càng khó.[26]

Độ sâu xả (DoD)

Độ sâu xả (Depth of Discharge, DoD) là phần dung lượng pin đã được xả, tính bằng phần trăm so với dung lượng tối đa.[1] Xả tới ít nhất 80% DoD được gọi là xả sâu.[1] Độ sâu xả và SOC bổ sung cho nhau: pin đã xả 30% DoD còn 100% - 30% = 70% SOC.[27] Định nghĩa và cách chọn độ sâu xả được trình bày ở bài Độ sâu xả.

Dung lượng khả dụng

Độ sâu xả cho phép quyết định phần dung lượng tải dùng được: pin 500 Ah với DoD 20% chỉ cấp được 500 × 0,2 = 100 Ah.[7] Công thức là: Dung lượng khả dụng (kWh) = Dung lượng định mức của pin (kWh) × Độ sâu xả cho phép (%).[7][1] Module SE-G5.1 Pro-B đo dung lượng khả dụng ở 100% DoD, sạc xả 0,5C và 25 °C.[3] Dung lượng đo được giảm khi xả nhanh hơn, nên số kWh chỉ có nghĩa khi đi kèm tốc độ sạc xả.[28][25] Cách tính dung lượng khả dụng của cả hệ được trình bày ở bài Dung lượng khả dụng.

Độ sâu xả hằng ngày

Độ sâu xả hằng ngày là lượng điện năng tối đa được lấy ra khỏi pin trong 24 giờ, một số hãng ghi riêng thông số này.[7] Hệ lớn có nhiều pin thường được thiết kế để giới hạn này không gây ràng buộc.[7] Hệ nhỏ chỉ lưu trữ cho vài ngày cần tính kiểm độ sâu xả hằng ngày.[7]

SOC cao, SOC thấp và tuổi thọ pin

SOC cao làm pin lithium-ion xuống cấp nhanh hơn, còn SOC thấp làm giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng.[26] Độ sâu chu kỳ và khoảng SOC sử dụng ảnh hưởng mạnh tới mức lão hóa theo chu kỳ của pin lithium-ion.[26]

Mức sạc cho biết lượng điện mỗi chu kỳ; phần điện năng hao hụt, nhiệt độ và số chu kỳ quyết định pin dùng được bao lâu.

Hiệu suất khứ hồi (Round-trip efficiency)

Hiệu suất khứ hồi (Round-trip efficiency) là tỷ số giữa điện năng xả ra và điện năng nạp vào qua một chu kỳ sạc xả, tính bằng phần trăm.[8][9] Công thức là: Hiệu suất khứ hồi (%) = Điện năng xả ra (kWh) / Điện năng nạp vào (kWh) × 100.[8][27] Hệ nạp vào 10 kWh và xả ra 8 kWh có hiệu suất khứ hồi 8 / 10 = 80%.[27] Phép thử sạc pin tới giới hạn SOC trên, xả tới giới hạn SOC dưới ở công suất quy định, rồi lặp lại ở các mức công suất khác.[8]

Hiệu suất khứ hồi của hệ lưu trữ thường là bao nhiêu?

Tổn hao khứ hồi gồm tổn hao điện hóa trong pin, tổn hao biến đổi công suất và điện tự dùng của thiết bị phụ.[18] Điện tự dùng của hệ quản lý nhiệt tăng khi hệ được khai thác nhiều hơn.[26] Hiệu suất khứ hồi 85% là giá trị giả định cho hệ lithium-ion quy mô lưới loại 4 giờ trong dự báo chi phí.[9] Mức giả định này khớp với các giá trị đã công bố.[9] Hiệu suất năng lượng của pin giảm khi C-rate tăng, sạc siêu nhanh và tải nặng làm hiệu suất giảm thêm.[17]

Dải nhiệt độ sạc và xả

Dải nhiệt độ sạc và xả là khoảng nhiệt độ cell được phép sạc hoặc xả, do nhà sản xuất công bố trên datasheet.[3][10] Pin lithium-ion không được sạc dưới 0 °C, vì sạc dưới nhiệt độ đóng băng làm lithium kim loại mạ lên điện cực âm.[10][11] BMS phải chặn việc sạc khi nhiệt độ nằm ngoài cửa sổ cho phép.[2] Module SE-G5.1 Pro-B cho phép sạc từ 0 °C đến 55 °C và xả từ -20 °C đến 55 °C.[3] Khoảng nhiệt độ làm việc của thiết bị được giải thích ở bài Dải nhiệt độ làm việc.

Nhiệt độ cao làm pin lão hóa nhanh hơn

Lão hóa theo thời gian của cell phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ: nhiệt độ lõi tăng 10 K làm mức lão hóa này gần gấp đôi.[26] Vùng nhiệt độ thuận lợi cho hệ lưu trữ cố định nằm khoảng 10 °C đến 30 °C, tùy công nghệ cell và ứng dụng.[26]

Số chu kỳ sạc xả (Cycle life)

Số chu kỳ sạc xả (Cycle life) là số lần sạc xả pin chịu được trước khi không còn đạt tiêu chí hiệu năng đã định.[1] Số chu kỳ được ước tính cho điều kiện sạc xả cụ thể, và độ sâu xả càng cao số chu kỳ càng thấp.[1] Trong giới hạn của hãng, tốc độ xả, độ sâu xả và nhiệt độ vẫn làm số chu kỳ tới mốc 80% dung lượng lệch nhau hàng nghìn.[29] Module SE-G5.1 Pro-B đạt ít nhất 6.000 chu kỳ ở 25 °C, sạc 0,5C, xả 0,5C, tới khi còn 70% dung lượng.[3] Cách đọc tuổi thọ pin được trình bày ở bài Tuổi thọ pin lithium.

Trạng thái sức khỏe (SOH)

Trạng thái sức khỏe (State of Health, SOH) là tỷ số giữa dung lượng đo được hiện tại và dung lượng định mức, đo ở điều kiện chuẩn.[26] Ứng dụng ô tô thường thay pin khi còn 80% dung lượng, ứng dụng cố định có thể dùng ngưỡng thấp hơn.[26] Tiêu chuẩn IEC 62620 cho pin lithium công nghiệp, gồm cả pin lưu trữ cố định, có phép thử độ bền theo chu kỳ.[30]

Bảng giá trị điển hình của thông số sạc xả

Các nhóm thông số trên chỉ thật sự có nghĩa khi đọc cùng nhau trên một datasheet cụ thể.

Bảng thông số sạc xả của module SE-G5.1 Pro-B

Bước 1: kiểm dung lượng định mức từ điện áp và Ah

Dung lượng định mức tính bằng Wh xấp xỉ bằng dung lượng Ah nhân điện áp định mức: Dung lượng (Wh) = Dung lượng (Ah) × Điện áp định mức (V).[28][1] Với module này, 100 Ah × 51,2 V = 5.120 Wh = 5,12 kWh, khớp số hãng in.[3]

Bước 2: đổi dòng điện sang C-rate và thời gian

Chia từng mức dòng cho 100 Ah: 50 / 100 = 0,5C, 100 / 100 = 1C và 150 / 100 = 1,5C.[1] Ở dòng khuyến nghị 0,5C, module sạc đầy hoặc xả hết trong khoảng 1 / 0,5 = 2 giờ.[25] Mức 1,5C chỉ được giữ trong 2 phút, đúng thời hạn hãng ghi kèm dòng đỉnh.[3]

Bước 3: đổi dòng điện sang công suất

Nhân dòng với điện áp định mức: 50 A × 51,2 V = 2.560 W và 100 A × 51,2 V = 5.120 W.[6] Mức 5,12 kW ở dòng tối đa trùng công suất DC định mức hãng in.[3] Điện áp thật của module đi từ 43,2 V tới 57,6 V.[20] Ở cùng dòng 100 A, công suất vì thế đi từ 100 × 43,2 = 4.320 W tới 100 × 57,6 = 5.760 W.[1]

Bước 4: tính dung lượng khả dụng theo ngưỡng SOC

Dung lượng khả dụng hãng công bố đo ở 100% DoD, sạc xả 0,5C và 25 °C.[3] Giả định biến tần đặt ngưỡng dừng xả ở 10% SOC, độ sâu xả cho phép còn 100% - 10% = 90%.[27] Phần lấy ra được khi đó là 5,12 kWh × 90% = 4,608 kWh, theo công thức ở mục 5.[7]

Bước 5: kiểm dải nhiệt độ sạc và xả

Module sạc được từ 0 °C đến 55 °C và xả được từ -20 °C đến 55 °C.[3] Dưới 0 °C, module cần tùy chọn sưởi mới sạc được, vì phiên bản sưởi mở dải sạc xuống -20 °C.[3] Dòng sạc xả cho phép của module còn thay đổi theo nhiệt độ và SOC, theo chú thích trên datasheet.[3]

Bước 6: đọc số chu kỳ và điện năng xả qua pin

Số chu kỳ ít nhất 6.000 đo ở 25 °C, sạc xả 0,5C, tới khi còn 70% dung lượng.[3] Mức 16 MWh điện năng xả qua pin tương đương 16.000 kWh / 5,12 kWh = 3.125 lần xả đầy.[3] Hai con số đo theo hai cách khác nhau, và điều kiện bảo hành cụ thể nằm trong thư bảo hành của hãng.[3]

Bước 7: đối chiếu với giới hạn của biến tần hybrid

Dải điện áp pin của biến tần hybrid Deye SUN-14K đến 20K-SG05LP3-EU-SM2 là 40 V đến 60 V, bao trọn dải 43,2 V đến 57,6 V của module.[4][20] Dòng sạc xả pin tối đa của dòng biến tần này đi từ 260 A ở model 14 kW tới 350 A ở model 20 kW.[4] Một module 100 Ah chạy ở 260 A tương ứng 260 / 100 = 2,6C, vượt xa mức tối đa 1C của module.[3] Mục 9 trình bày cách đặt giới hạn dòng trên biến tần theo dung lượng pin.

Các cặp thông số sạc xả dễ nhầm

Các giới hạn đọc được trên datasheet chỉ có tác dụng khi BMS và biến tần hybrid giữ hệ trong đúng các giới hạn đó.

BMS đo gì và bảo vệ gì?

BMS phải đo các đại lượng cơ bản gồm điện áp cell, nhiệt độ cell và dòng điện.[2] Từ các biến trạng thái này, BMS bảo vệ pin khỏi sạc quá mức hoặc xả quá sâu.[2] BMS cấp chuỗi pin giám sát để hệ chạy trong vùng an toàn và mở công tắc tơ tách pin khi có lỗi nghiêm trọng.[14] Chức năng và cấu trúc BMS được trình bày ở bài Hệ thống quản lý pin BMS.

Yêu cầu đối với BMS trong IEC 62619

Phần yêu cầu BMS của IEC 62619 gồm kiểm soát quá sạc theo điện áp, quá sạc theo dòng điện và quá nhiệt cho hệ pin.[13] Trong phép thử quá sạc theo dòng, hệ pin bị sạc ở dòng sạc tối đa cộng 20%.[24] BMS phải phát hiện dòng quá mức và kéo dòng về dưới mức tối đa tới khi pin đầy.[24] Các phép thử này theo IEC 62619:2022 chỉ kết thúc khi thiết bị bảo vệ hoặc BMS tác động.[24]

BMS gửi giới hạn sạc xả sang biến tần

Qua cổng CAN hoặc RS485, BMS gửi cho biến tần điện áp sạc, dòng sạc và dòng xả tối đa pin chấp nhận lúc đó.[12][4] Một số loại pin gửi giá trị thay đổi theo điện áp cell, SOC hoặc nhiệt độ, loại khác gửi giá trị cố định.[12] Biến tần hybrid dùng làm ví dụ ở mục 9 sạc pin lithium theo chiến lược tự thích ứng với BMS (Self-adaption to BMS).[4]

Chọn giới hạn thấp hơn trong chức năng DVCC

Ở hệ có chức năng DVCC (Distributed Voltage and Current Control), hệ chọn mức thấp hơn giữa dòng sạc BMS yêu cầu và mức người cài.[12] Với pin giao tiếp CAN trong hệ này, bộ sạc tắt thuật toán sạc riêng và làm đúng giới hạn pin gửi sang.[12] Cài điện áp sạc trên bộ sạc lúc này không còn tác dụng.[12] Khi dòng xả tối đa BMS gửi bằng 0, bộ biến tần sạc của hệ này tắt nếu đang chạy độc lập lưới.[12]

Điều gì xảy ra khi vượt giới hạn?

Khi điện áp vượt giới hạn sạc trên, BMS dừng sạc.[24] Khi pin nóng lúc sạc, ngưỡng ngắt theo nhiệt độ bảo vệ pin khỏi quá nhiệt.[11] Nếu nhiệt độ cell vẫn vượt giới hạn, lớp polyetylen trong màng ngăn nóng chảy và chặn dòng điện.[14]

Hiểu cách BMS và biến tần phối hợp giúp cài đặt sạc xả pin lithium trên biến tần theo đúng thứ tự.

Bước 1: đọc tài liệu của hãng pin trước

Vùng làm việc an toàn của cell phải lấy theo hướng dẫn của nhà sản xuất cell.[2] Bảng cài đặt khuyến nghị của biến tần ghi rõ pin lithium làm theo điện áp của BMS, ắc quy gel theo hướng dẫn hãng ắc quy.[4] Với module ví dụ, các số cần có trước khi cài là 100 Ah, dòng khuyến nghị 50 A, dòng tối đa 100 A và cổng CAN 2.0, RS485.[3]

Bước 2: chọn chế độ pin và giao thức giao tiếp

Trang Battery Setting có bốn chế độ: Lithium, Use Batt V (theo điện áp), Use Batt % (theo phần trăm) và No Batt (không có pin).[4] Chế độ Lithium cần nhập mã giao thức BMS, tra trong danh sách pin được duyệt (Approved Battery list) theo đúng model pin.[4] Cổng BMS của biến tần nối với pin qua CAN hoặc RS485.[4]

Bước 3: cài theo điện áp hoặc phần trăm (Use Batt V, Use Batt %)

Chế độ Use Batt V dùng điện áp pin để đặt mọi ngưỡng liên quan tới dung lượng còn lại.[4] Khi chọn Use Batt %, người cài phải nhập tổng dung lượng của dàn pin.[4] Chế độ Lithium dựa vào mã giao thức BMS, còn hai chế độ này dựa vào điện áp hoặc phần trăm dung lượng của pin.[4]

Bước 4: đặt giới hạn dòng sạc và dòng xả

Mục Max A Charge và Max A Discharge đặt dòng sạc và dòng xả pin tối đa.[4] Khoảng cài đặt đi từ 0 A tới 260 A ở model 14 kW và tới 350 A ở model 20 kW.[4] Với pin lithium, hướng dẫn biến tần khuyến nghị dòng sạc xả bằng dung lượng pin (Ah) nhân 50%.[4] Với một module 100 Ah, mức này là 100 × 50% = 50 A, trùng dòng khuyến nghị 50 A hãng pin công bố.[3] Hai module 100 Ah ghép song song có tổng 200 Ah, mức tương ứng là 200 × 50% = 100 A.[4]

Bước 5: đặt ngưỡng SOC dừng xả và khởi động lại

Ngưỡng Shutdown dùng ở chế độ độc lập lưới: SOC giảm tới mức này, khối DC/AC tắt và điện mặt trời chỉ còn dùng để sạc pin.[4] Ngưỡng Restart là mức SOC pin phải hồi lại để khối DC/AC chạy lại và cấp điện AC.[4] Ngưỡng Low Batt áp dụng khi nối lưới có bật sạc từ lưới, giữ SOC của pin luôn trên mức này.[4] Ngưỡng dừng xả càng cao, độ sâu xả cho phép càng nhỏ và dung lượng khả dụng càng ít.[7]

Bước 6: cho phép sạc từ lưới hoặc máy phát

Mục Grid Charge cho phép sạc pin bằng điện lấy từ cổng lưới.[4] Mục Gen Charge cho phép sạc pin bằng điện lấy từ cổng máy phát.[4]

Bước 7: kiểm lại số liệu BMS trên màn hình biến tần

Trang chi tiết pin trên màn hình biến tần hiển thị điện áp sạc, điện áp xả, dòng sạc và dòng xả BMS báo về.[4] Trang chi tiết pin trong ảnh minh họa hiển thị các giá trị mẫu 53,2 V, 47,0 V, 50 A và 25 A.[4] Các giá trị BMS báo về có thể thay đổi theo nhiệt độ và SOC, đúng như chú thích về dòng điện trên datasheet pin.[3]

Các câu hỏi dưới đây gom những điểm người lắp đặt và người mua pin hay hỏi về thông số sạc xả.