Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA oOo
oOo
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên :
Lớp :
Ngành : Kỹ thuật Điện – Điện tử
Chuyên ngành : Tự động hóa
Đề tài:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
BỘ SẠC NHANH CHO PIN LITHIUM-ION
ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN
Nội dung:
- Chương 1: Tổng quan xe đạp, xe máy và ô tô điện.
- Chương 2: Công nghệ pin Lithium-ion.
- Chương 3: Công nghệ sạc và sạc nhanh pin Lithium-ion.
- Chương 4: Các bộ biến đổi DC-DC và tổng quan về vi điều khiển pic 16f877a.
- Chương 5: Thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực và chương trình điểu khiển
mạch sạc pin Lithium-ion.
- Chương 6: Mô hình và kết luận đề tài.
Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Quốc Huy
Giáo viên duyệt: TS Nguyễn Hoàng Mai
Ngày giao đề tài: 28/01/2015
Ngày nộp đề tài: 02/06/2015
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 1
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
Ngày …. tháng …. năm 2015 Ngày … tháng … năm
2015
1
Lời cảm ơn
3
Mục lục
4
Lời mở đầu
7
Chương 1: TỔNG QUAN XE ĐẠP, XE MÁY, Ô TÔ ĐIỆN
8
1.1 Nhu cầu sử dụng xe điện hiện nay
8
1.1.1 Vì sao lại sử dụng xe điện?
8
1.1.2 Đối tượng sử dụng xe điện.
8
1.1.3 Ưu nhược điểm của các loại xe điện 8
1.2 Giới thiệu về các loại xe điện trên thị trường trong và ngoài nước 9
1.2.1 Xe ô tô 9
1.2.1.1 Xe ô tô lai điện – động cơ đốt trong 9
1.2.1.2 Xe ô tô điện 100% 10
1.2.2 Xe máy điện 10
1.2.3 Xe đạp điện 11
1.3 Giới thiệu về các loại xe điện sử dụng pin lithium-ion 12
1.3.1 HKBIKE 13
1.3.2 AIMA 14
1.3.3 GIANT 17
1.4 Vai trò và tương lai của xe điện 18
Chương 2: CÔNG NGHỆ PIN LITHIUM-ION 20
4.1 Khái quát về các bộ biến đổi DC-DC 36
4.2 Bộ biến đổi Buck và nguyên lý hoạt động 36
4.3 Vi điều khiển PIC16F677A 40
4.3.1 Sơ đồ khối VĐK PIC16F877A 40
4.3.2 Chức năng các chân của VĐK PIC16F877A 42
4.3.3 Phương pháp điều biến độ rộng xung PWM 44
4.3.3.1 Giới thiệu phương pháp 44
4.3.3.2 Nguyên lý phương pháp 44
4.3.4 Giới thiệu về ADC của PIC16F877A 46
Chương 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH ĐỘNG LỰC
VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MẠCH SẠC PIN LI-ON 48
5.1 Sơ đồ khối hệ thống mạch sạc pin li-on 48
5.2 Tính toán, thiết kế mạch động lực 49
5.2.1 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha 49
5.2.2 Mạch nguồn nuôi VĐK và các IC trong mạch 50
5.2.3 Mạch nạp theo nguyên lý buck 50
5.2.3.1 Tính toán hệ số duty cycle (D) 51
5.2.3.2 Tính chọn giá trị cuộn cảm (L) 51
5.2.3.3 Tính chọn giá trị tụ (C) 51
5.2.3.4 Tính chọn van MOSFET 52
5.2.3.5 Tính chọn Diode 52
5.2.3.6 Chọn IC điều khiển MOSFET 52
5.3 Thiết kế mạch điền khiển 52
5.4 Tính chọn các phần tử của mạch đo lường 55
5.4.1 Đo dòng điện sạc 55
5.4.2 Đo điện áp sạc 56
5.4.3 Đo nhiệt độ của pin 57
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 5
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
5.5 Chương trình điều khiển 58
điều khiển”, ứng dụng thực tế được nhắm đến ở đây là thiết kế mạch sạc pin Li-ion
trong xe đạp điện.
Trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp
từ các thầy cô và bạn bè. Em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Lê Quốc Huy đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này
trong thời gian quy định.
Đà Nẵng, ngày tháng 06 năm 2015
Sinh viên thực hiện
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 7
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 8
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
Chương 1: TỔNG QUAN XE ĐẠP, XE MÁY, Ô TÔ ĐIỆN
1.1 Nhu cầu sử dụng xe điện hiện nay.
1.1.1 Vì sao lại lựa chọn sử dụng xe điện?
Trước tình hình các nguyên liệu chất đốt cũng như nguồn dầu khí ngày càng cạn
kiệt thì nhu cầu sử dụng nguồn và dạng nhiên liệu mới và sạch thay thế những nguồn
nhiên liệu đang sử dụng hiện thời trong việc vận hành các loại phương tiện vận chuyển
(xe, tàu, máy bay…) là một nhu cầu cấp thiết. Năng lượng điện nổi lên như là một
dạng năng lượng phù hợp để thay thế cho các loại nguyên liệu hóa thạch đang gây ra
nhiều vấn đề xấu cho môi trường hiện nay. Ví dụ như lượng khí thải độc hại thải ra
môi trường của các loại phương tiện vận chuyển dùng năng lượng điện thấp hơn
nhiều, gần như không đáng kể, so với do các loại phương tiện sử dụng nhiên liệu xăng,
dầu, khí đốt gây ra.
Chúng ta sẽ không có gì ngạc nhiên khi hệ thống xe điện ra đời và ngày càng phát
triển trên thế giới hiện nay. Hầu hết các nhà sản xuất tập trung phát triển hệ thống xe
điện là những phương tiện phổ biến như: xe ô tô điện, xe mô tô điện, xe đạp điện, ….
Công nghệ ngày càng phát triển và hiện đại trong lĩnh vực thiết kế bộ điều khiển với
nhiều tính năng cho xe điện, tạo nhiều thuận tiện cho việc điều khiển cũng như thích
ứng với phương tiện sử dụng nguồn nhiên liệu mới này.
Xe hybrid, thường được gọi là xe lai hay xe lai điện, là loại xe sử dụng hai nguồn
động lực: Động cơ đốt trong và động cơ điện. Hoạt động của xe này là sự kết hợp hoạt
động giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sao cho tối ưu nhất. Một bộ điều khiển sẽ
quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và
khi nào cả hai cùng hoạt động.
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 10
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
Ví dụ một lợi ích rõ ràng của xe lai ở điều kiện đường xá Việt Nam là: khi gặp đèn
đỏ, hay khi kẹt xe thì trên xe lai, không có động cơ nào hoạt động do đó không mất
mát công suất vô ích.
Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo
ra bởi các nhà sản xuất người Nhật. Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius
ở Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid. Những chiếc xe trên hiện
đang lưu thông trên toàn thế giới. Chúng có thể đạt đến tính năng tiêu thụ nhiên
liệu tuyệt hảo. Toyota Prius và các dòng xe Honda có một giá trị lịch sử vì chúng là
những chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp
ứng vấn đề tiêu thụ nhiên liệu của xe.[2]
1.2.1.2 Xe ô tô điện 100 %.
Chúng ta có thể thấy ở đây một ví dụ với dòng xe Cadillac ELR, với một hệ thống
động cơ điện hình chữ T với pin lithium ion và bốn động cơ điện. Nó sử dụng điện
như là nguồn năng lượng chính để vận hành mà không sử dụng xăng hoặc sản xuất
khói xe. Khi năng lượng của pin thấp, ELR liên tục chuyển sang chế độ mở rộng phạm
vi cho phép lái xe hàng trăm dặm.
Hình 1.3: Xe ô tô điện 100 %.
1.2.2 Xe máy điện.
Ngoài hệ thống ô tô điện thì hệ thống xe máy điện cũng được các nhà sản xuất
quan tâm như nhà sản xuất EVINO hay BIANCO của Yamaha. Họ đã bắt tay vào việc
chế tạo các loại xe máy chạy bằng điện có những chức năng tương tự như xe máy chạy
bằng xăng. Theo một số tài liệu được nghiên cứu về tình hình phát triển hiện nay của
xe điện tại Việt Nam ta thấy: “ Những chiếc xe máy điện trên thị trường được thết kế
chính là nguồn điện cung cấp cho xe hoạt động, chính vì vậy việc phát triển các loại xe
mô tô điện hay xe ô tô điện lại kém phát triển hơn xe đạp điện. Chính vì các yếu tố về
nguồn điện cung cấp, quãng đường di chuyển ngắn, phương tiện nhỏ gọn và tốc độ
vừa phải là ưu điểm lớn để ngành sản xuất xe đạp điện ngày càng phát triển. Nhiều
loại xe đạp điện ra đời với nhiều tính năng và có tính thẩm mỹ cao. Các nhà sản xuất
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 12
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
dã cho ra đời nhiều dòng xe đạp điện khác nhau với nguồn nhiên liệu được cung cấp
bởi ác quy hoặc pin như là NIJIA, XMEN, ZOOMER, GIANT, AIMA, HKBIKE…
trong đó nổi trội lên có dòng xe đạp điện sử dụng pin Lithium-ion của AIMA và
HKBIKE. Kiêu hãnh và lộng lẫy là các mĩ từ chính xác nhất để miêu tả chiếc xe đạp
điện HKBIKE zinger extra. Xe được thiết kế theo phong cách hiện đại trẻ trung và tinh
tế. Hòa trộn với yếu tố thẩm mỹ chiếc xe đạp zinger extra còn được trang bị những
công nghệ tân tiến nhất tạo nên một chiếc xe hoàn hảo, đầy đam mê và chinh phục
không giới hạn.
Hình 1.5: Xe đạp điện.
1.3 Giới thiệu về các loại xe điện sử dụng pin lithium-ion.
Theo một báo cáo nghiên cứu thị trường gần đây, tương lai của xe điện thuộc về
công nghệ pin Lithium-ion. Đây là công nghệ đáng mơ ước bởi hiệu suất vượt trội và
khả năng tiết kiệm lý tưởng. Thế giới ngày càng quan tâm đến vấn đề bảo vệ môi
trường, hạn chế các chất độc hại. Pin Lithium-ion là pin công nghệ cao, hiện đại, được
ứng dụng trong những lĩnh vực sản xuất pin cho smartphone và tablet, và ngành xe
điện cũng không phải ngoại lệ. Trên xe điện, pin Lithium-ion có nhiều ưu điểm mật độ
năng lượng cao cho phép pin kích thước nhỏ và nhẹ mà xe vẫn đi được quãng đường
lớn ; điện áp ổn định giúp bảo vệ động cơ tốt. Ngoài ra về mặt môi trường, pin sạch và
thân thiện hơn. Công nghệ pin Lithium-ion ra đời tạo một bước đột phá mới cho loại
hình xe điện. [1]
Cũng như điện thoại hay laptop, khả năng vận hành của xe đạp điện phụ thuộc
hoàn toàn vào sức mạnh của nguồn điện được tạo ra từ ắc quy hoặc pin. Trong đó, ắc
quy đã được ứng dụng từ rất lâu trên thị trường và tồn tại tới ngày nay một phần do chi
những nhà máy sản xuất pin Lithium-ion lớn nhất châu Á. Cấu tạo bên trong của pin
chứa 13 phôi pin nhỏ gồm 50 lá đồng ép mỏng, sau đó bọc kín bằng thép nguyên khối,
hàn khắc bằng laser trong 45 ngày tại nhà máy sản xuất. Bọc bên ngoài là lớp nhựa
ABS và PC có khả năng chịu nhiệt, chống va đập đảm bảo tuyệt đối cho pin. Chính vì
vậy, pin xe đạp điện của hãng hoạt động rất bền bỉ, tuổi thọ trung bình khoảng 6 năm.
Quãng đường 90km/lần sạc của xe điện HKBike Zinger Extra cũng được tổ chức Kỷ
lục Việt Nam cấp bằng xác nhận ky lục. Trọng lượng của pin trên xe HKBike chỉ 6 kg,
nhẹ hơn rất nhiều. Lợi thế này không chỉ tăng tính linh động giúp người dùng có thể
tháo lắp pin ra sạc ở bất cứ đâu mà còn đóng góp lớn vào thiết kế xe nói chung. Nhờ
vậy, thiết kế tối giản và thanh thoát đi khá nhiều.[1]
Thông số sản phẩm:
Kích thước:
Dài x Rộng x Cao 1640 mm x 600 mm x 1090 mm
Chiều cao yên xe 745 ~ 900 mm
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 14
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
Đường kính bánh xeBánh trước: 18" x 2,125"
Bánh sau: 18" x 2,125"
Thông tin chung:
Vận hànhTay ga, Đạp trợ lực
Cách thức thao tácTự động
Quãng đường đi được khi pin đầy 90 km
Vận tốc tối đa 25 km/h
PIN
• Loại pinPin Lithium-ion - Công nghệ Flip
• Sạc điện tự động ngắt khi đầy
• Thời gian sạc 6 h
• Công suất 250 W
• Điện áp động cơ 48 V
• Điện áp vào 220 V – 50 Hz
Pin: Lithium Ion 48 V/12 Ah
Động cơ: Mô-tơ bánh sau 240 W
Tiêu chuẩn đóng gói (DàiXRộngXCao): 1550x660x1040 mm
Kích thước lốp trước/sau 18x1,75 inch
Trọng lượng xe: 32 kg
Tải trọng: ≥75 kg
Tốc độ tối đa: 25 km/h
Thời lượng sạc pin: 2-6 h
Tiêu hao năng lượng điện sau 100km: <=1,2 kWh
Quãng đường đi được sau khi sạc đầy: >60km
Phanh: Phanh trống
1.3.2.2 ED318 .
Pin: Lithium Ion 48V/12Ah
Động cơ: 240 W
Tiêu chuẩn đóng gói (Dài X Rộng X Cao): 1600X690X1050 mm
Kích thước lốp trước/sau 18x1,75 inch
Trọng lượng xe: 37 kg
Tải trọng: ≥75 kg
Tốc độ tối đa: 25 km/h
Thời lượng sạc pin: 2-6 h
Tiêu hao năng lượng điện sau 100km: <=1,2 kWh
Quãng đường đi được sau khi sạc đầy: >60 km
Phanh: Phanh trống
1.3.2.3 ED315E .
Pin: Lithium Ion 48V/12Ah
Động cơ: 240 W
Tiêu chuẩn đóng gói (DàiXRộngXCao): 1490x640x1080mm
Kích thước lốp trước/sau 16x1,75 inch
Trọng lượng xe: 35 kg
Tải trọng: ≥75 kg
Quãng đường đi được sau khi sạc đầy: >60 km
Phanh: Phanh trống
1.3.2.6 ED210.
Tên xe: ED210E
Pin: Lithium Ion 48V/12Ah
Động cơ: Mô-tơ bánh sau 240 W
Tiêu chuẩn đóng gói (DàiXRộngXCao): 1550X660X1040 mm
Kích thước lốp trước/sau 18x1,75 inch
Trọng lượng xe: 32 kg
Tải trọng: ≥75 kg
Tốc độ tối đa: 25 km/h
Thời lượng sạc pin: 2-6 h
Tiêu hao năng lượng điện sau 100km: <=1,2 kWh
Quãng đường đi được sau khi sạc đầy: >60 km
Phanh: Phanh trống
1.3.2.7 ED318E.
Tên xe: ED318E
Pin: Lithium Ion 48V/12 Ah
Động cơ: 240 W
Tiêu chuẩn đóng gói (DàiXRộngXCao): 1600X690X1050 mm
Kích thước lốp trước/sau 18x1,75 inch
Trọng lượng xe: 37 kg
Tải trọng: ≥75 kg
Tốc độ tối đa: 25 km/h
Thời lượng sạc pin: 2-6 h
Tiêu hao năng lượng điện sau 100km: <=1,2 kWh
Quãng đường đi được sau khi sạc
đầy:
>60 km
Phanh: Phanh trống
− Công suất: 200-240 W.
− Tốc độ tối đa: 25 km/h.
− Tải trọng: 75-180 kg.
− Quảng đường đi được khi sạc đầy: 60-90 km.
• Pin:
− Lithium Ion: 48V/12Ah.
− Công suất: 250 W.
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 18
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
− Thời gian sạc: 2-6 h.
1.4 Vai trò và tương lai của xe điện:
Theo một báo cáo gần đây của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), nhu
cầu sở hữu riêng một chiếc xe và tự lái xe ở các nước phát triển có lẽ sắp bão hòa hoặc
kết thúc, do người ta ngày càng quan tâm đến chi phí vận hành xe hoặc tác động của
nó tới môi trường.[4]
Việc lưu thông bằng các phương tiện chạy bằng điện đóng một vai trò quan trọng
trong việc hướng tới mục tiêu giao thông bền vững, góp phần làm giảm lượng khí thải
gây hiệu ứng nhà kính CO
2
(do các loại xe chạy bằng xăng, dầu xả ra).
Mặc dù việc đưa các loại xe máy điện vào sử dụng rộng rãi diễn ra khá chậm do cơ
sở hạ tầng phục vụ việc sạc điện vẫn chưa hoàn thiện, nhưng loại phương tiện này
được cho sẽ xuất hiện ngày càng nhiều trong tương lai.
Nắm bắt được xu hướng này, các hãng sản xuất ô tô, mô tô hàng đầu thế giới cũng
đã tập trung nhiều nguồn lực hơn cho sản phẩm xe điện. Bên cạnh đó, Chính phủ nhiều
nước châu Âu đang thắt chặt các quy định về khí thải từ các phương tiện cá nhân. Do
đó, đã có dự báo về viễn cảnh xe máy điện dần thay thế xe sử dụng động cơ đốt trong.
Trong số những nước triển khai mô hình xe máy điện, Trung Quốc được xem là
một ví dụ điển hình. Nước này đang tập trung vào kế hoạch chiến lược nhằm biến việc
sử dụng xe điện như một giải pháp giao thông bền vững và thân thiện với môi trường.
- Vật liệu làm điện cực dương là oxit kim loại điển hình như: Lithium Cobalt Oxide
(LiCoO
2
), Lithium Manganese Oxide (LiMn
2
O
4
), phủ trên một cực góp điện bằng lá
nhôm.
- Vật liệu làm điện cực âm là Glaphite Cacbon phủ trên một cực góp điện.
Pin Li-ion đã được thương mại hoá và phát triển đầu tiên bởi công ty SONY (Nhật
Bản) từ đầu những năm 90 và tới năm 1999 đã có hơn 400 triệu pin thương phẩm. Lợi
nhuận thu được khoảng 1,86 tỷ USD trong năm 2000. Tới 2005 có hơn 1,1 tỷ pin được
đưa ra thị trường với giá trị hơn 4 tỉ USD, trong khi giá thành giảm xuống chỉ còn 46%
từ 1999 đến 2005. Trong tương lai, những sản phẩm với giá cả hiệu dụng, tính năng
cao, công nghệ an toàn sẽ ngày càng được thị trường quan tâm.
Công nghệ này nhanh chóng trở thành nguồn năng lượng chuẩn của thị trường trên
một mảng rộng, và tính năng của pin Li-ion tiếp tục được cải tiến làm cho pin được
ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các phạm vi ứng dụng khác nhau. Nhằm đáp ứng
yêu cầu của thị trường, các thiết kế ngày càng được cải tiến và phát triển, bao gồm
những pin hình ống trụ lượn xoắn ốc, pin có mặt cắt dạng lăng trụ, những tấm pin
được thiết kế phẳng từ cỡ nhỏ (0,1 Ah) tới lớn (160Ah). Hiện nay pin Li-ion được ứng
dụng rộng rãi trong các đồ điện tử như pin điện thoại, máy tính sách tay, mạng điện tử
quân đội, trong radio, máy dò mìn và dự đoán pin Li-ion còn được ứng dụng trong
khinh khí cầu, tàu không gian, vệ tinh
Pin Li-ion cho tốc độ tự phóng điện thấp (2%
÷
8% mỗi tháng) và có dải nhiệt độ
hoạt động rộng (nạp điện ở nhiệt độ từ -20
0
-Hiệu quả năng lượng, điện lượng cao.
-Năng lượng riêng và mật độ năng
lượng cao.
-Không có hiệu ứng nhớ.
-Giá trung bình ban đầu cao.
-Giảm khả năng ở nhiệt độ cao.
-Cần phải bảo vệ hệ thống mạch điện.
-Dung lượng bị giảm hoặc nóng lên khi bị
quá tải.
-Bị thủng và có thể bị toả nhiệt khi bị ép.
-Thiết kế dạng trụ điển hình cho mật độ
năng lượng thấp hơn NiCd hoặc NiMH.
Hiện nay các công trình nghiên cứu về Pin Li-ion vẫn tiếp tục được tiến hành và
trên cơ sở các kết quả thu được có thể chế tạo các điện cực chất lượng tốt hơn, giá
thành rẻ hơn và các phương pháp chế tạo tối ưu áp dụng được trong sản xuất công
nghiệp.
2.2 Nguyên tắc hoạt động của pin Li-ion.
Nguyên tắc hoạt động của pin Li-ion dựa vào sự tách các ion Li
+
từ vật liệu điện
cực dương điền kẽ vào các "khoảng trống" ở vật liệu điện cực âm. Các vật liệu dùng
làm điện cực thường được quét lên bộ góp bằng đồng (với vật liệu điện cực âm) hoặc
bằng nhôm (với vật liệu điện cực dương) tạo thành các điện cực cho pin Li-ion, các
cực này được đặt cách điện để đảm bảo an toàn và tránh bị tiếp xúc dẫn đến hiện tượng
đoản mạch. Trong quá trình nạp, vật liệu điện cực dương đóng vai trò là chất oxi hoá
còn vật liệu điện cực âm đóng vai trò là chất khử, tại cực dương, các ion Li
+
được tách
ra và điền kẽ vào giữa các lớp graphite carbon. Trong quá trình phóng thì quá trình xảy
ra ngược lại, ion Li
¬
.
Phương trình tổng quát:
nap
2 x 1-x 2
phong
LiMO +C Li C+Li MO
→
¬
.
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 23
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
2.2.2 Sự tạo thành lớp chuyển tiếp điện cực - dung dịch điện phân.
Sự xen vào của ion Li
+
xảy ra trong khoảng 0,2
÷
0,0V, điện tích tiêu thụ trong
khoảng 0,8
÷
0,2V (phụ thuộc Li/Li
+
) là do sự khử của các thành phần điện phân tại
bề mặt điện cực. Phản ứng này được gọi là lớp chuyển tiếp rắn - điện phân (lớp chuyển
tiếp không gian) và các phản ứng xảy ra từ các chất điện phân có trạng thái nhiệt động
ổn định. Quá trình đó diễn ra liên tục cho đến khi bề mặt điện cực được bao bọc hoàn
toàn và độ dày lớp chuyển tiếp xuất hiện ít nhất đủ để tạo ra hiệu ứng xuyên hầm của
các điện tử. Các điều kiện mà từ đó pin được tạo thành quyết định các tính chất và độ
dày của lớp chuyển tiếp, độ dày của lớp chuyển tiếp có thể thay đổi (15 ÷ 900A
0
2
O
4
(Spinel) hoặc các vật liệu có
dung lượng cao hơn như LiNi
1-x
Co
x
O
2
.
Các vật liệu dùng làm điện cực dương cho
pin Li-ion phải thoả mãn những yêu cầu sau:
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 24
Hình 2.2: Cấu tạo pin li-on có điện
cực dương là LiCoO
2
[4]
Bộ sạc nhanh pin Lithium-ion ứng dụng vi điều khiển
− Năng lượng tự do cao trong phản ứng với Lithium.
− Có thể kết hợp được một lượng lớn Lithium.
− Không thay đổi cấu trúc khi tích và phóng ion Li
+
.
− Hệ số khuếch tán ion Li
+
lớn.
− Dẫn điện tốt.
− Không tan trong dung dịch điện li.
− Giá thành rẻ.
O
2
220 3,76
Có dung lượng riêng cao
nhất.
LiNiO
2
200 3,55 Phân li mạnh nhất.
LiMn
2
O
4
120 4,00
Mn rẻ, tính độc hại thấp, ít
phân li.
Từ bảng ta thấy tùy vào vật liệu làm pin sẽ quyết định dung lượng và thế trung
bình của pin.
2.3.2 Điện cực âm.
Loại pin Li-ion đầu tiên do hãng Sony sản xuất dùng than cốc làm điện cực âm.
Vật liệu nền than cốc cho dung lượng tương đối cao, 180mAh/g và bền trong dung
dịch propylene thay thế bởi graphitic hoạt động, đặc biệt là Mesocarbon Microbead
(MCMB) carbon. MCMB carbon cho dung lượng riêng cao hơn 300 mAh/g và diện
tích bề mặt nhỏ, vì vậy việc làm thấp dung lượng là không thể và tính an toàn cao. Mới
đây, các loại hình carbon được sử dụng làm điện cực âm đã được đa dạng hoá. Một số
SVTH: Mai Văn An Lớp: 09D1 25
Copyright: Tài liệu đại học ©