Nghiên cứu Khoa học

Thiết kế mô hình giám sát cháy nổ cho Pin xe điện

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, xe điện ngày càng trở nên phổ biến nhờ tính thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và phù hợp với xu hướng phát triển bền vững. Tuy nhiên, pin Lithium-ion – nguồn năng lượng chính của xe điện – tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ cao do quá nhiệt, đoản mạch, quá dòng hoặc va chạm mạnh. Các vụ cháy nổ pin xe điện trên thế giới và tại Việt Nam đã gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản, đồng thời ảnh hưởng đến niềm tin của người tiêu dùng.
Do đó, việc nghiên cứu và thiết kế mô hình giám sát cháy nổ cho pin xe điện là cần thiết, nhằm nâng cao an toàn, kéo dài tuổi thọ pin, đồng thời đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp xe điện.

2. Mục tiêu nghiên cứu

• Xây dựng mô hình giám sát pin xe điện nhằm phát hiện sớm các nguy cơ cháy nổ.
• Thiết kế hệ thống cảm biến đo nhiệt độ, điện áp, dòng điện và khí thoát ra từ pin.
• Phát triển bộ xử lý trung tâm (vi điều khiển/vi xử lý) để thu thập và phân tích dữ liệu cảm biến.
• Tích hợp cảnh báo (âm thanh, hình ảnh, hoặc truyền dữ liệu từ xa) khi phát hiện nguy cơ bất thường.
• Đề xuất giải pháp kỹ thuật góp phần ứng dụng thực tế trong các hệ thống BMS (Battery Management System).

3. Đối tượng nghiên cứu

• Pin Lithium-ion sử dụng trong xe điện (gói pin dạng module hoặc cell).
• Các tham số giám sát chính: nhiệt độ, điện áp, dòng điện, khí thoát (gas sensor).
• Mạch điện tử, vi điều khiển, hệ thống IoT hỗ trợ giám sát từ xa.
• Các thuật toán phát hiện sớm nguy cơ cháy nổ dựa trên dữ liệu cảm biến.

4. Phương pháp nghiên cứu

• Nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu cơ chế cháy nổ pin Lithium-ion, tiêu chuẩn an toàn và các hệ thống giám sát pin hiện có.
• Mô phỏng: Sử dụng phần mềm (Proteus, Matlab/Simulink, LTspice, v.v.) để mô phỏng hoạt động của hệ thống giám sát.
• Thực nghiệm: Thiết kế, lắp ráp mô hình giám sát thử nghiệm với các cảm biến và vi điều khiển (ESP32/Arduino/Raspberry Pi).
• Phân tích và đánh giá: Đo lường độ chính xác, độ tin cậy, khả năng cảnh báo sớm của hệ thống.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

• Ý nghĩa khoa học:
• Góp phần nghiên cứu cơ chế giám sát an toàn pin Lithium-ion.
• Đề xuất mô hình tích hợp cảm biến và xử lý dữ liệu hiệu quả trong hệ thống BMS.
• Đóng góp vào tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, giảng dạy và đào tạo trong lĩnh vực năng lượng và điện tử công suất.
• Ý nghĩa thực tiễn:
• Giúp nâng cao an toàn trong việc sử dụng xe điện, giảm thiểu rủi ro cháy nổ.
• Có thể áp dụng cho các lĩnh vực khác sử dụng pin Lithium-ion (như hệ thống lưu trữ năng lượng, thiết bị điện tử di động).
• Hỗ trợ doanh nghiệp trong việc phát triển các sản phẩm xe điện an toàn và đáng tin cậy, phù hợp xu hướng phát triển xanh.

6. Giải pháp thực hiện

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, đề tài dự kiến triển khai các giải pháp sau:

•   Khảo sát và phân tích yêu cầu an toàn

o   Tìm hiểu tiêu chuẩn quốc tế (UN 38.3, IEC 62660, ISO 26262) và quy định trong nước về an toàn pin xe điện.

o   Xác định các tham số quan trọng cần giám sát (nhiệt độ, điện áp, dòng điện, khí thoát).

•   Thiết kế hệ thống giám sát

o   Lựa chọn và tích hợp các cảm biến phù hợp (cảm biến nhiệt, điện áp, dòng, khí).

o   Xây dựng mạch thu thập tín hiệu và bộ xử lý trung tâm (dựa trên vi điều khiển như ESP32, STM32).

o   Thiết kế thuật toán xử lý dữ liệu để phát hiện sớm các trạng thái bất thường.

•   Phát triển chức năng cảnh báo và giám sát từ xa

o   Tích hợp cảnh báo trực tiếp (đèn LED, còi, màn hình hiển thị).

o   Phát triển module truyền dữ liệu không dây (WiFi/LoRa/4G) để gửi cảnh báo đến thiết bị di động hoặc máy chủ giám sát.

•   Mô phỏng và thử nghiệm

o   Sử dụng phần mềm mô phỏng để đánh giá hoạt động của hệ thống trước khi lắp đặt thực tế.

o   Xây dựng mô hình thử nghiệm nhỏ (mô-đun pin thay thế cho bộ pin xe điện thật).

o   Tiến hành các kịch bản kiểm tra (quá nhiệt, quá dòng, đoản mạch giả lập).

•   Đánh giá và hoàn thiện

o   Đánh giá độ chính xác, độ tin cậy và tốc độ phản ứng của hệ thống giám sát.

o   So sánh với các giải pháp hiện có và đề xuất cải tiến.

o   Chuẩn hóa quy trình thiết kế để có thể nhân rộng và ứng dụng thực tế.

 

Các tin khác

• Ứng dụng IoT trong xây dựng và thiết kế mô hình máy sấy nông sản
• Điều khiển LED ma trận dùng IoT
• Các cấp độ đóng gói và cấu trúc hệ thống trong công nghệ IC
• Điều khiển hệ thống sấy với MSP430
• Ứng dụng trí tuệ nhân tạo nhận dạng lỗi động cơ điện 1 pha qua phân tích âm thanh hoặc dòng điện