|
| Cải thiện Hệ thống Quản lý Pin có thể Kéo dài Tuổi thọ của Pin Lithium |
"Thuật toán cho bạn biết những điều như pin của bạn có ổn định không, hoặc bạn có thể lái xe được bao xa trước khi cần sạc lại. Vấn đề là Hệ thống Quản lý Pin (thuật toán BMS) được thiết kế trong điều kiện phòng thí nghiệm lý tưởng không phản ánh được điều gì khi một bộ pin thực tế phải đối mặt", tiến sĩ Simona Onori, giáo sư trợ giảng về khoa học và kỹ thuật năng lượng của Đại học Stanford cho biết.
Để thể hiện sự khác biệt giữa việc kiểm tra trong phòng thí nghiệm và trải nghiệm trên đường thực tế, Onori và đồng nghiệp tại Stanford đã hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Đổi mới và Kỹ thuật của Volkswagen nằm gần khuôn viên của đại học. "Các thuật toán dựa trên dữ liệu lái xe trong phòng thí nghiệm có khả năng không chính xác trong thực tế", Onori - tác giả chính của nghiên cứu nói. "Mục tiêu của chúng tôi là gia tăng tuổi thọ của bộ pin bằng cách thiết kế các thuật toán được đào tạo từ dữ liệu thế giới thực".
Kết quả của nghiên cứu đã được công bố vào ngày 18 tháng 8 năm 2023 trong tạp chí khoa học Joule (paywall). Dưới đây là tóm tắt bản báo cáo đó:
"Triển khai các thuật toán ước tính và dự báo tình trạng sức khỏe pin là việc quan trọng để đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy của các xe điện chạy bằng pin. Các thuật toán SoH được thiết kế và đào tạo từ dữ liệu được thu thập trong phòng thí nghiệm trên các ô tô đang hoạt động khi có tải và nhiệt độ đã được xác định trước". (SoH là một chỉ số quan trọng để đánh giá tình trạng tổng thể của một pin hoặc một hệ thống pin. Chính xác là chỉ số này đo lường mức độ hiệu suất và tuổi thọ còn lại của pin so với trạng thái hoạt động ban đầu).
"Dữ liệu pin trong trường hợp sử dụng thực tế được thu thập trong suốt 1 năm hoạt động của xe từ việc vận hành xe để định nghĩa và trích xuất các chỉ số hiệu suất/sức khỏe và liên kết chúng với đặc điểm lái xe thực tế (thói quen sạc, tăng tốc và phanh) và nhiệt độ môi trường phụ thuộc vào mùa. Các chỉ số hiệu suất trong quá trình lái xe và sự kiện sạc được định nghĩa sau khi thiết lập một tập dữ liệu để trích xuất các tín hiệu quản lý pin chính".
"Công việc này cho thấy sự không phù hợp tồn tại giữa kiểm tra phòng thí nghiệm và việc sử dụng pin thực tế, và cơ hội tồn tại trong việc cải thiện kiểm tra thực nghiệm pin để giải mã thời gian và nhiệt độ để cải thiện thuật toán SoH."
Hệ thống quản lý pin hiện nay thường ghi lại dữ liệu trong quá trình phanh, tăng tốc, giảm tốc và sạc. Bí quyết để kéo dài tuổi thọ cho pin có thể nằm ở việc hiểu sự khác biệt giữa các ô tô điện trong hoạt động thế giới thực.
"Bạn có thể là người lái xe quyết đoán, hoặc là người chỉ sạc một phần pin cho xe. Các phong cách lái xe và cách sạc khác nhau sẽ dẫn đến các vấn đề khác nhau về sự hủy hoại pin. Tuy nhiên, dữ liệu lái xe trong các trường hợp đó không nằm trong thuật toán pin thông thường".
Để thực hiện nghiên cứu này, Volkswagen đã cung cấp cho đội ngũ Stanford khoảng 3.750 giờ dữ liệu lái xe thực tế từ Hệ thống quản lý pin (BMS) thu thập từ một chiếc xe SUV Audi trong một năm, từ tháng 11 năm 2019 đến tháng 10 năm 2020. Dữ liệu này cho phép đội ngũ Stanford đánh giá hai chỉ số chính của pin - năng lượng và công suất.
"Năng lượng cho bạn biết khoảng cách, hoặc có thể lái được bao nhiêu dặm với một bộ pin đã sạc đầy", Pozzato nói. "Công suất là khả năng trích xuất năng lượng một cách nhanh chóng. Khi bạn tăng tốc, bạn sẽ xả pin rất nhanh. Điện trở càng thấp trong bộ pin, công suất sẽ mạnh hơn."
Để tính toán điện trở, các nhà nghiên cứu đã đo sự thay đổi đột ngột trong dòng điện và điện áp trong bộ pin bằng dữ liệu từ 529 sự kiện tăng tốc và 392 sự kiện phanh trong năm. Họ cũng dựa vào một đo lường về điện trở trong quá trình sạc pin - bằng cách phân tích 53 phiên sạc. "Trở kháng và điện trở thường được xem xét là các chỉ số sức khoẻ của pin", Onori nói.
Một mô hình phức tạp hơn nảy sinh khi các nhà nghiên cứu thêm dữ liệu thời tiết theo mùa vào công việc. Họ phát hiện rằng điện trở giảm trong các tháng mùa lạnh và tăng dần vào mùa xuân và mùa hè, một dấu hiệu cho thấy sức khỏe của pin cải thiện khi nhiệt độ tăng.
"Nhiệt độ cao làm tăng dung lượng của pin, vì vậy bạn có cảm giác rằng xe có nhiều năng lượng hơn và bạn có thể lái được nhiều dặm hơn", Onori nói. "Nhưng nếu bạn tiếp tục sử dụng pin ở nhiệt độ cao, nó sẽ bị hỏng nhanh hơn. Đó là những yếu tố rất phức tạp ảnh hưởng đến hiệu suất. Năm tới, chúng tôi sẽ mở rộng dữ liệu của mình sang một đội ngũ xe hơi để xác định chính xác cách nhiệt độ và tuổi thọ ảnh hưởng đến nhau".
Lý thuyết so với thực tế
Các nhà sản xuất ô tô dựa vào các thuật toán quản lý pin thông thường được thiết kế trong điều kiện phòng thí nghiệm lý tưởng. Sử dụng học máy, các thuật toán này thường theo dõi dữ liệu hiệu suất từ một ô tô pin 4 volt duy nhất, có sạc và xả liên tục ở nhiệt độ không đổi cho đến khi hỏng.
"Các thuật toán mới nên tập trung vào toàn bộ bộ pin chứ không phải từng ô tô điện", Onori nói. "Chúng tôi muốn thiết kế các thuật toán để hướng dẫn người lái cách làm cho tuổi thọ của bộ pin kéo dài hơn, đó là thành phần đắt nhất của xe. Ví dụ, bạn có thể thông báo cho người lái nếu họ sạc pin quá nhanh hoặc tăng tốc quá mạnh. Có nhiều điều có thể học từ dữ liệu thực tế để làm cho các thuật toán BMS mạnh mẽ hơn."
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi các thành viên của Trung tâm Đổi mới và Kỹ thuật của Volkswagen tại Belmont, California. Tác giả đã nộp ba đơn xin cấp bằng sáng chế liên quan đến công việc này.
Các nghiên cứu như nghiên cứu tại Stanford này sẽ giúp các xe điện trong tương lai tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của bộ pin. Hệ thống quản lý pin tốt hơn có thể là quyết định quan trọng để cho phép hệ thống pin của xe điện cung cấp năng lượng cho các tải ngoại vi mà không làm giảm tuổi thọ hữu ích của chúng.
Lý thuyết là một điểm khởi đầu tuyệt vời, nhưng không thể thay thế cho những kinh nghiệm thực tế.
