Pin trên xe điện có cần được làm mát như trên động cơ xe xăng?

[Romano]

Xe điện thường không có lưới tản nhiệt phía trước như những dòng phương tiện chạy bằng nguyên liệu hóa thạch nhưng pin của chúng vẫn cần được làm mát.
Theo Driving, động cơ xăng và diesel tạo ra nhiều nhiệt đến mức nếu không được làm mát đúng cách, chúng có thể phát nổ sau vài phút. Còn xe điện (EV) rõ ràng dòng phương tiện không gặp phải vấn đề này, nhưng pin của chúng cần được làm mát để giúp duy trì hiệu suất và tuổi thọ.

Các phương tiện thông thường hút không khí qua lưới tản nhiệt phía trước, trong khi nhiều xe điện thậm chí còn không có lưới tản nhiệt và nếu có thì chủ yếu chỉ nhằm tăng tính thẩm mỹ trong thiết kế thay vì chức năng tản nhiệt.

Ngay cả lưới tản nhiệt trên xe điện cũng không được sử dụng để làm mát pin trên xe.

Việc giữ cho khối pin trên xe điện luôn nằm trong ngưỡng nhiệt độ phù hợp là điều quan trọng nhằm gia tăng hiệu suất và tuổi thọ của pin. Thông thường, trong quá trình hoạt động, pin có thể chịu được ngưỡng âm 30-50 độ C, khi sạc là 0-50 độ C. Tuy nhiên, pin trên xe điện hoạt động tốt nhất ở ngưỡng 20-25 độ C, không quá nóng và không quá lạnh.

Nếu để khối pin quá nóng, 70-100 độ C thì quá trình thoát nhiệt (thermal runaway) có thể diễn ra, làm pin tăng nhiệt liên tục và hư hỏng vĩnh viễn. Vì thế, để giúp pin nằm trong mức nhiệt độ tối ưu khi hoạt động, phải có những cách giải nhiệt.

Làm mát bằng không khí

Các thức làm mát pin bằng không khí đơn giản, ít tốn kém, là một trong những phương án đầu tiên được các nhà sản xuất áp dụng.

Có hai dạng làm mát bằng không khí. Thứ nhất là gom gió từ bên ngoài khi xe di chuyển vào các ống dẫn khí, hướng luồng gió vào khối pin. Cách làm này tuy đơn giản, nhưng độ hiệu quả không cao, vì nhiệt độ của pin sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ không khí. Điều kiện thời tiết càng nóng nực, hiệu quả giảm nhiệt càng kém.Cách thứ hai để làm mát pin là tận dụng luồn không khí lạnh bên trong khoang xe, vốn được làm mát bằng điều hòa. Ví dụ trên mẫu xe điện cỡ nhỏ Nissan Leaf, nhà sản xuất luân chuyển không khí mát lạnh bên trong khoang xe để làm mát cho bộ pin.Với hệ thống này, pin có thể được làm mát, cũng như được sưởi trong điều kiện thời tiết lạnh, có tuyết. Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống làm mát bằng không khí là hiệu quả không cao, và hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường cũng như nhiệt độ của điều hòa.

Vì thế, hệ thống làm mát bằng không khí không được sử dụng nhiều đối với các xe điện tại thị trường có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm.

Làm mát bằng chất lỏng

Làm mát bằng chất lỏng là cách phổ biến nhất để làm mát bộ pin trên xe điện. Hệ thống làm mát này nhiều thành phần hơn so với làm mát bằng không khí. Tesla, Audi là những công ty áp dụng hệ thống làm mát bằng chất lỏng trên các mẫu xe điện.

Trên những mẫu xe này, pin được làm mát bằng hệ thống riêng, tách biệt với hệ thống làm mát của mô-tơ và các hệ thống điều khiển khác vì nhiệt độ của những linh kiện này là khác nhau, pin phải luôn được giữ ở mức dưới 60 độ C, còn mô-tơ và cụm điều khiển có thể đạt mức 140 độ C.

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng hoạt động bằng cách dẫn nước hoặc dung dịch làm mát qua các đường ống chạy xung quanh bộ pin, các linh kiện sinh nhiệt. Chất làm mát sẽ hấp thụ nhiệt lượng, sau đó mang nhiệt lượng này đi đến nơi khác, ví dụ bộ tản nhiệt hoặc bộ trao đổi nhiệt.Làm mát bằng chất lỏng cần đến máy bơm, quạt và các thiết bị khác để hoạt động, nên đây được coi là hình thức làm mát chủ động trên xe điện, khác biệt với hình thức làm mát bị động bằng không khí.Ngoài việc quản lý nhiệt trong khi lái xe, hệ thống chất lỏng còn bảo vệ pin trong quá trình sạc, đặc biệt là khi sạc nhanh trên bộ sạc DC. Quá trình sạc tạo ra nhiệt, sạc càng nhanh càng sinh nhiều nhiệt, trên khối pin và trên cả dây/chấu sạc.

Vì thế một số xe tích hợp ống dẫn chất lỏng làm mát ngay trên dây cáp sạc để theo dõi nhiệt độ. Nếu hệ thống phát hiện nhiệt độ quá ngưỡng cho phép, dòng điện sạc sẽ tự động giảm để bảo vệ pin, đặc biệt khi trời nắng nóng. Pin sẽ mất nhiều thời gian hơn để sạc, nhưng nó sẽ được bảo vệ tốt hơn.

Ưu điểm của hệ thống làm mát bằng chất lỏng là hiệu suất cao, hoạt động ổn định, nhất là những xe điện hoạt động tại thị trường nhiệt đới, nóng ẩm. Tuy nhiên, làm mát bằng chất lỏng có chi phí sản xuất, bảo dưỡng, sửa chữa cao hơn thông thường.

Bên cạnh đó, có một số cách làm mát cho khối pin ít thông dụng hơn, và đang trong quá trình phát triển là ngâm pin trong chất lỏng không dẫn điện, tương tự như việc giải nhiệt bằng chất lỏng cho các hệ thống máy tính hiệu năng cao.