Trong bài này chúng ta sẽ tìm hiểu tại sao pin Lithium (công nghệ làm pin điện thoại và máy tính, bao gồm cả pin Li-ion, Li-Poly) giảm tuổi thọ trong quá trình dùng, và làm thế nào để cải thiện thời gian sử dụng các pin này.

Công nghệ về pin hiện tại đang tập trung nghiên cứu về Pin dựa trên Lithium (gọi chung là pin Li-ion) quá nhiều, khiến mọi người đều hình dung ra rằng tương lại của pin năng lượng là Lithium. Có nhiều lý do để lạc quan rằng, lithium-ion trong nhiều phương diện có ưu điểm vượt trội hơn hẳn các hóa chất khác. Các pin dự trên công nghệ Acid đang được thay thế bằng Li-ion trong dân dụng và công nghiệp. Nhiều vệ tinh cũng sử dụng pin Li-ion làm nguồn năng lượng.

Các công nghệ về Li-ion vẫn chưa hoàn thiện và đang được phát triển. Nhiều cải tiến đáng kể nhằm làm tăng tuổi thọ, độ an toàn và dung lượng pin đã được đưa ra. Pin Li-ion ngày nay đã đáp đứng được yêu cầu của hầu hết các ứng dụng dân dụng, tuy nhiên trong giao thông vận tải (như xe điện) nó vẫn đang được nghiên cứu tiếp để có thể trở thành nguồn năng lượng đáng tin cậy.

Điều gì làm pin Li-ion giảm tuổi thọ

Pin li-ion làm việc dựa trên việc di chuyển của ion giữa cực dương và cực âm. Theo lý thuyết thì có chế này có thể làm việc mãi mãi, tuy nhiên nhiệt độ và tuổi thọ làm giảm hiệu xuất quả quá trình này theo thời gian. Nhiều nhà sản xuất đã nghiên cứu và đưa ra số vòng đời của pin Li-ion trong hầu hết các sản phẩm là từ 300-500 chu kỳ xả/nạp.

Đánh giá pin dựa vào việc đếm số lượng chu kỳ này không đơn giản vì việc xả pin có thể rất khác biệt theo mức độ (xả kiệt hoàn toàn hoặc xả không kiệt), các mức độ xả khác nhau sẽ ảnh hưởng tới số chu kỳ của pin khác nhau. Một số nhà sản xuất khuyến cáo người dùng thay pin dựa trên thời gian sử dụng pin thay vì theo số chu kỳ. Tuy nhiên cách này cũng không chính xác vì tuổi thọ của pin phụ thuộc vào mức độ sử dụng pin. Thường thời gian sử dụng của pin luôn dài hơn thời gian sử dụng được khuyến cáo từ nhà sản xuất.

Hiệu xuất sử dụng của pin được đo bằng dung lượng là chính. Nội trở và dòng tự xả cũng là các đơn vị đo có ý nghĩa, nhưng nó không quan trọng bằng dung lượng khi dự đoán về tuổi thọ của pin, nhất là đối với các pin Li-ion mới nhất.

Hình 1 minh họa về dung lượng của 11 pin Li-Polymer tại phòng thí nghiệm Cadex. Các cell dung lượng 1500mAh dùng cho điện thoại này đầu tiên sẽ được sạc ở dòng 1,500mA (1C) tới điện áp 4.20V/cell và sau đó dừng ở dòng 0.05C (75mA) như một phần của quá trình sạc. Các pin này sau đó được xả ở 1,500mA tới điện áp 3.0V/cell, và quá trình này được lạp lại như vậy. Dung lượng của các pin giảm sau 250 chu kỳ giống nhau và các pin này đều hoạt động đúng như kỳ vọng.

Hình 1. Minh họa 11 pin Li-Poly được test sử dụng máy phân tích Cadex C7400.
Các pin này ban đều đều có dung lượng 88-94% và sau 250 chu kỳ thì giảm xuống còn 73-84%

Mặc dù một pin nên cung cấp dung lượng 100% trong nawnm đầu sử dụng, tuy nhiên chúng ta thường thấy dung lượng của pin thấp hơn so với dung lượng được nhà sãn xuất đưa ra. Thêm và đo, các nhà sản xuất thường có xu hướng đánh giá pin của mình cao hơn thực sự của nó, vì họ biết rất ít người dùng sẽ phát hiện và check lại dung lượng này nếu nó thấp. Trong các thiết bị di động, điện thoại, máy tính bảng, thường sử dụng nhiều hơn 1 cell pin để có được nguồn năng lượng lớn hơn. Người dùng sẽ rất khó phát hiện các cell pin có dung lượng thấp trong nhóm tất cả các cell của bộ pin.

Tương tự cơ chế làm việc của các thiết bị cơ khí, tuổi thọ của pin sẽ giảm nhanh nếu cường độ sử dụng nhiều. depth of discharge (DoD) – Độ sâu của chu kỳ xả quyết định số chu kỳ trong tuổi thọ pin. Nếu xả nhỏ (không xả kiệt) thì pin sẽ sử dụng được lâu hơn. Nếu có thể, nên tránh sử dụng pin theo các xả kiệt và sạc đầy thường xuyên. Xả từng phần sẽ tốt cho pin Li-ion. Không có hiệu ứng nhớ, và các pin này cũng không cần xả kiệt và sach đầy sau một thời gian sử dụng. Ngoại trừ cần xả kiệt và sạc đầy để căn chỉnh lại bộ đếm dung lượng pin trên một số thiết bị.

Bảng 2 so sánh số lượng chu kỳ xả / sạc Li-ion có thể cung cấp ở các cấp độ khác nhau theo DoD  trước khi dung lượng pin giảm xuống 70%. Tất cả các yếu tố khác như điện áp, nhiệt độ và dòng xả được thiết lập trung bình mặc định.

Độ sâu chu kỳ xả
depth of discharge (DoD)

Tuổi thọ của pin (theo chu kỳ)

100% DoD

50% DoD

25% DoD

10% DoD

300–500

1,200–1,500

2,000–2,500

3,750–4,700

Lithium-ion ảnh hưởng nhiều nhất bởi nhiệt độ và điện áp cao. Một pin ở trên 30 ° C (86 ° F) được coi là nhiệt độ cao và với hầu hết Li-ion điện áp trên 4.10V / cell được coi là điện áp cao. Pin để lâu trong nhiệt độ cao, cũng như điện áp sạc cao sẽ mất đi dung lượng nhiều hơn. Vì thế thường để lưu trữ pin Li-Ion ta để ở nhiệt độ tầm 25oC và sạc đầy ở 40-50%

Bảng 3 ước lượng dung lượng còn lại sau khi để pin Li-ion trong khoảng 1 năm ở các mức nhiệt độ khác nhau.
Chú ý: Không phải mọi pin Li-ion đều bị ảnh hưởng giống như vậy

Nhiệt độ

Sạc 40%

sạc 100%

0°C

25°C

40°C

60°C

98%

96%

85%

75%

94%

80%

65%

60%
(sau 3 tháng)

Điện áp khi đầy của hầu hết pin Li-ion là 4.20V/cell, và mỗi mức giảm điện áp khoảng 0.10V/cell so với mức đỉnh sẽ làm tăng gấp đôi tuổi thọ của pin (số chu kỳ). Ví dụ, một pin lithium-ion đầy tới 4.20V/cell thường có tuổi thọ 300-500 chu kỳ. Nếu chỉ sạc tới 4.10V/cell, tuổi thọ của pin có thể kéo dài đến 600-1,000 chu kỳ; 4.0V/cell thì tuổi thọ là 1,200-2,000 và 3.90V/cell thì tuổi thọ là 2,400-4,000 chu kỳ.

Nhược điểm cảu việc này là, một điện áp thấp sẽ làm giảm dung lượng pin. Mỗi giảm 70mV ở điện áp làm giảm dung lượng tổng thể của pin khoảng 10%. Sau một số chu kỳ sạc, ta lại sạc đầy lên 4.2V thì dung lượng của pin lại được phục hồi.

Để kéo dài tuổi thọ của pin, các chuyên gia tin rằng điện áp sạc của pin tối ưu là tới 3.92V/cell. Việc sạc ở điện áp thấp hơn mức này cũng không đem lại thêm lợi ích gì mà còn gây ra các vấn đề khác của pin. Bảng 4 tóm tắt tuổi thọ của pin và mức điện áp của pin

Mức điện áp sạc(V/cell)

Tuổi thọ (tính theo số chu kỳ)

Dung lượng của pin

[4.30]

4.20

4.10

4.00

3.92

[150 – 250]

300 – 500

600 – 1,000

1,200 – 2,000

2,400 – 4,000

~[114%]

100%

~86%

~72%

~58%

Hầu hết các bộ sạc cho điện thoại di động, máy tính xách tay, máy tính bảng và máy ảnh kỹ thuật số sạc pin Li-ion lên 4.20V/cell. Điều này cho phép pin đạt dung lượng tối đa, bởi vì người tiêu dùng muốn thời gian sử dụng được lâu. Trong công nghiệp lại khác, cái được quan tâm hơn là tuổi thọ và thường pin Li-ion được sạc tới các ngưỡng điện áp thấp hơn. Vệ tinh và các xe điện là ví dụ minh họa.

Vì lý do an toàn, nhiều lithium-ion không sạc quá 4.20V/cell (Một số pin NMC là ngoại lệ). Điện áp cao làm tăng dung lượng pin,  nhwung sẽ rút ngắn thời gian sử dụng và giảm độ an toàn. Hình 5 thể hiện tính tuổi thọ của pin theo điện áp sạc. Tại 4.35V, tuổi thọ của pin Li-ion bị giảm đi một nửa.

Hình 5. Điện áp cao làm tăng dung lượng pin, nhưng lại làm giảm tuổi thọ của pin

Ngoài việc chọn các ngưỡng điện áp tốt nhất phù hợp cho các ứng dụng nhất định, thông thường pin Li-ion không nên để ở điện áp 4.20V/cell trong thời gian dài. Bộ sạc pin Li-ion sẽ ngắt dòng sạc và để điện áp pin trở lại trạng thái tự nhiên hơn.

Vậy người sử dụng có thể làm gì?

Điều kiện sử dụng, làm ảnh hưởng tới tuổi thọ của pin lithium-ion. Tình hình tồi tệ nhất là sạc đầy pin và lưu trữ pin ở pin sạc đầy ở nhiệt độ cao. Các pin sẽ không chết đột ngột, nhưng thời gian sử dụng dần dần rút ngắn cũng như dung lượng mất dần.

Điện áp sạc pin thấp sẽ kéo dài tuổi thọ pin, xe điện và vệ tinh đang áp dụng điều này. Tuy nhiên thông tin này ít khi được nhà sản xuất cung cấp cho người dùng.

Một pin máy tính xách tay có thể được kéo dài tuổi thọ bằng cách hạ thấp điện áp pin khi kết nối với nguồn điện AC. Để sử dụng tính năng này, một thiết bị thêm chế độ “Long Life” cho phép giữ pin ở 4.05V/cell và sạc pin đầy ở 80%. Một giờ trước khi đi du lịch, yêu cầu người sử dụng chế độ “Full Capacity”, thiết bị sẽ sạc pin lên điện áp tối đa 4.20V / cell.

Một câu hỏi hay được hỏi là, “Tôi có nên ngắt kết nối máy tính xách tay của tôi từ lưới điện khi không sử dụng?” Trong những trường hợp bình thường này là không cần thiết vì các bộ sạc đều ngắt khi pin Li-ion được sạc đầy. Bọ sạc sẽ được kích hoạt khi điện áp pin xuống đến một mức độ nhất định. Hầu hết người dùng không loại cần rút nguồn AC, và điều này hoàn toàn là an toàn.

Máy tính xách tay hiện đại chạy mát hơn so với các máy cũ và ít bị cháy hơn. Tuy nhiên luôn luôn giữ cho luồng không khí tản nhiệt trong máy không bị cản trở khi chạy các thiết bị điện, tránh chặn các khe tản nhiệt của máy khi để trên đệm hoặc hoặc gối. Một máy tính xách tay sẽ kéo dài tuổi thọ khi sử dụng ở môi trường mát mẻ. Các cell pin trong hầu hết các sản phẩm tiêu dùng nên được sạc tại dòng 1C hoặc thấp hơn. Tránh cái sạc nhanh pin, nhất là dùng các bộ sạc nhanh để sạc đầy pin Li-ion trong vòng chưa đầy một giờ.

 

================================================================================

==============================================
Mua hàng
  • Call/SMS/viber/Zalo: 0913384126
  • Facebook: TestSacDienThoai
***** Mua hàng qua ứng dụng di dộng Shopee với nhiều ưu đãi tại https://shopee.vn/chiroshop và  https://shopee.vn/boxsacduphong  *****

One thought on “Những điều cần biết khi sử dụng pin Lithium trên điện thoại, laptop,…

Trả lời