Công nghệ mới này cung cấp cho các nhà cung cấp năng lượng tái tạo những hệ thống pin ổn định, có thể kiểm soát được để xử lý sự dao động năng lượng.

Các nhà nghiên cứu vừa công bố một kỹ thuật đo lường đột phá theo thời gian thực, có thể cải thiện đáng kể độ an toàn, hiệu quả và tuổi thọ của pin được sử dụng trong xe điện (EV), hệ thống năng lượng tái tạo, và cả máy bay trong tương lai.

Được phát triển bởi Viện Công nghệ sản xuất và vật liệu tiên tiến Fraunhofer (IFAM) của Đức, một trong những cơ sở nghiên cứu hàng đầu châu Âu về công nghệ liên kết chất kết dính, bề mặt, định hình và vật liệu chức năng, phương pháp này dựa trên một phiên bản tinh chỉnh của phương pháp quang phổ trở kháng (impedance spectroscopy).

Dưới sự dẫn dắt của tiến sĩ Fabio La Mantia, giáo sư về hệ thống lưu trữ và chuyển đổi năng lượng tại Đại học Bremen, dự án đã biến đổi phương pháp quang phổ trở kháng - một kỹ thuật được sử dụng để nghiên cứu hành vi điện bên trong của pin - trở nên mạnh mẽ hơn, nhanh hơn và thực tế hơn để sử dụng theo thời gian thực trong quá trình vận hành.

Trong khi phương pháp này theo truyền thống chỉ có thể thực hiện khi pin ở trạng thái nghỉ và thường mất tới 20 phút để đưa ra kết quả, thì giờ đây, nhờ vào đổi mới của IFAM, nó có thể được thực hiện một cách linh hoạt, trong quá trình hoạt động thực tế.

Theo dõi pin chính xác

Được gọi là quang phổ trở kháng động (dynamic impedance spectroscopy), kỹ thuật này ghép một tín hiệu kiểm tra đa tần số lên dòng sạc hoặc xả tiêu chuẩn. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu theo dõi trạng thái bên trong của pin theo thời gian thực, thu thập tới một triệu phép đo mỗi giây.

Tiến sĩ Hermann Pleteit, trưởng dự án tại Fraunhofer IFAM, cho biết: “Trước hết, quang phổ trở kháng động mở ra những khả năng mới để tối ưu hóa việc quản lý pin, từ đó kéo dài tuổi thọ của pin. Nó cũng mở đường cho việc sử dụng các loại pin này trong các ứng dụng quan trọng về an toàn”.

Các nhà khoa học tiết lộ rằng tất cả dữ liệu từ phương pháp đo độ phân giải cao này được đưa vào một hệ thống xử lý theo thời gian thực, nơi phần mềm phân tích sự thay đổi trở kháng để xác định tình trạng của cell pin. Để xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ này ngay lập tức, nhóm nghiên cứu đã đưa ra các thuật toán chuyên biệt giúp giảm bớt bộ dữ liệu mà không làm mất đi độ chính xác.

“Chúng tôi đã phát triển các thuật toán giúp giảm đáng kể khối lượng dữ liệu trước khi phân tích mà không bỏ sót thông tin liên quan”, Pleteit giải thích.

Điều này tạo ra một bức ảnh chụp nhanh theo thời gian thực về trạng thái sạc (SoC), trạng thái sức khỏe (SoH), và độ an toàn tổng thể của pin, mang lại những hiểu biết nhanh hơn và chính xác hơn trong quá trình hoạt động.

Hỗ trợ năng lượng tái tạo và hàng không

Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống quản lý pin có thể sử dụng dữ liệu trở kháng để phát hiện ngay lập tức khi một cell pin quá nhiệt và phản ứng bằng cách giảm công suất hoặc tắt nó, do đó loại bỏ nhu cầu về các cảm biến nhiệt độ bên ngoài chậm hơn. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu về các cảm biến nhiệt độ bên ngoài, vốn phát hiện nhiệt quá muộn để ngăn ngừa hư hỏng cell pin.

Ngoài ra, công nghệ này cũng cải thiện việc sạc xe điện bằng cách cho phép hệ thống lựa chọn giữa sạc nhanh trong các điểm dừng ngắn và sạc chậm hơn cho các phiên sạc dài, từ đó ngăn ngừa quá nhiệt và giảm hao mòn pin.

Phương pháp này cũng hứa hẹn đối với các nhà cung cấp năng lượng tái tạo, những người phụ thuộc vào hệ thống lưu trữ pin để cân bằng đầu vào năng lượng dao động. Với việc giám sát theo thời gian thực, các hệ thống này có thể phản ứng chính xác hơn với sự thay đổi trong nhu cầu hoặc sản xuất. Các ngành công nghiệp quan trọng về an toàn khác cũng đang thể hiện sự quan tâm đến việc áp dụng công nghệ này.

“Những kiểu hệ thống này có thể được sử dụng trong máy bay điện thân thiện với môi trường, chẳng hạn”, Pleteit kết luận trong một thông cáo báo chí. “Thị trường này hiện vẫn còn non trẻ. Và ngành công nghiệp vận tải biển cũng đang cho thấy sự quan tâm đến công nghệ này”.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng quang phổ trở kháng động không chỉ giới hạn ở pin lithium-ion (Li-ion). Nó cũng có thể được áp dụng cho các công nghệ pin thể rắn, natri-ion, lithium-lưu huỳnh, và các công nghệ pin tương lai.

P.T.T (NASTIS), theo https://interestingengineering.com, 9/2025