Nguyên lý hoạt động của pin lưu trữ áp cao và hệ thống quản lý BMS

Điện mặt trời ngày càng được ứng dụng rộng rãi cho hộ gia đình và các dự án thương mại – công nghiệp. Nhu cầu lưu trữ điện năng ổn định, hiệu quả và an toàn cũng trở thành yếu tố then chốt. Pin lưu trữ áp cao xuất hiện như một giải pháp công nghệ tiên tiến, khắc phục nhiều hạn chế của các hệ pin áp thấp truyền thống. Để khai thác hiệu quả giải pháp này, người dùng và chủ đầu tư cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của pin lưu trữ áp cao, cũng như vai trò cốt lõi của hệ thống quản lý pin BMS trong việc đảm bảo an toàn, tuổi thọ và hiệu suất vận hành lâu dài.

Vậy nguyên lý hoạt động của pin lưu trữ áp cao là gì? Vì sao hệ thống BMS lại đóng vai trò “bộ não” quyết định độ bền và an toàn của pin? Hãy cùng Ánh Dương Solar tìm hiểu qua trong bài viết dưới đây nhé.

1. Tổng quan về pin lưu trữ áp cao

Pin lưu trữ áp cao là hệ thống pin lithium được thiết kế để hoạt động ở mức điện áp lớn. Thường dao động từ khoảng 120V đến trên 800V DC. Điện áp cao này không phải đến từ một cell đơn lẻ mà được hình thành thông qua việc ghép nối tiếp nhiều module pin lithium. Phổ biến nhất hiện nay là pin lithium sắt photphat (LiFePO₄).

Khác với pin áp thấp 48V thường dùng cho các hệ dân dụng nhỏ. Pin lưu trữ áp cao được phát triển để đáp ứng nhu cầu công suất lớn hơn, tối ưu hiệu suất truyền tải năng lượng và giảm tổn thất điện trong toàn hệ thống.

2. Nguyên lý hoạt động của pin lưu trữ áp cao

2.1. Cấu trúc kỹ thuật của hệ pin áp cao

Một hệ pin lưu trữ áp cao hoàn chỉnh bao gồm nhiều cấp cấu trúc khác nhau. Ở cấp thấp nhất là các cell pin lithium. Sau đó được ghép thành module pin với điện áp trung bình khoảng 48–60V. Nhiều module tiếp tục được ghép nối tiếp để hình thành một chuỗi pin áp cao (battery string), đạt mức điện áp phù hợp với inverter hybrid hoặc bộ chuyển đổi công suất (PCS).

Toàn bộ hệ pin được kiểm soát bởi hệ thống BMS, kết hợp với các thiết bị bảo vệ như contactor, cầu chì DC và bộ ngắt mạch an toàn.

2.2. Nguyên lý tăng điện áp thông qua ghép nối tiếp

Nguyên lý nền tảng của pin lưu trữ áp cao là ghép nối tiếp các module pin để cộng dồn điện áp. Khi các module được mắc nối tiếp, điện áp tổng của hệ thống bằng tổng điện áp của từng module. Trong khi dòng điện vẫn giữ nguyên.

Ví dụ:

Nếu mỗi module pin có điện áp danh định 51.2V, khi ghép 8 module nối tiếp, điện áp toàn hệ đạt 409.6V DC. Nhờ điện áp cao, hệ thống có thể truyền tải cùng một công suất với dòng điện thấp hơn. Từ đó giảm tổn hao trên dây dẫn và giảm sinh nhiệt trong quá trình vận hành.

2.3. Chu trình sạc và xả của pin lưu trữ áp cao

Trong quá trình sạc, điện năng từ hệ thống điện mặt trời hoặc từ lưới điện được inverter chuyển đổi. Sau đó cấp vào pin dưới dạng dòng điện một chiều ở mức điện áp cao. Năng lượng điện này được lưu trữ trong pin dưới dạng năng lượng hóa học thông qua các phản ứng điện hóa trong cell lithium.

Khi hệ thống cần sử dụng điện, pin sẽ xả năng lượng, cung cấp dòng DC cho inverter. Inverter tiếp tục chuyển đổi điện DC thành AC để cấp cho tải tiêu thụ hoặc cho hệ thống điện nội bộ. Trong toàn bộ chu trình sạc – xả, BMS liên tục giám sát và điều chỉnh để đảm bảo pin luôn hoạt động trong giới hạn an toàn.

3. Hệ thống BMS và vai trò trong pin lưu trữ áp cao

3.1. BMS là gì?

BMS (Battery Management System) là hệ thống quản lý pin, có nhiệm vụ theo dõi và điều khiển toàn bộ trạng thái hoạt động của pin lưu trữ. Đối với pin lưu trữ áp cao, BMS không chỉ là một thành phần phụ trợ. Đây là yếu tố quyết định đến độ an toàn và tuổi thọ của toàn hệ thống.

3.2. Nguyên lý hoạt động của BMS trong hệ pin áp cao

BMS hoạt động dựa trên nguyên tắc giám sát liên tục và phản ứng tức thời. Hệ thống thu thập dữ liệu điện áp, dòng điện và nhiệt độ của từng cell hoặc từng module pin. Khi phát hiện bất kỳ thông số nào vượt ngưỡng cho phép, BMS sẽ chủ động can thiệp bằng cách giới hạn dòng sạc, ngắt xả hoặc tách pin khỏi hệ thống.

Trong các hệ pin áp cao, BMS thường được tổ chức theo cấu trúc hai tầng:

• BMS cấp module chịu trách nhiệm giám sát chi tiết từng module pin.
• BMS tổng (master BMS) tổng hợp dữ liệu và giao tiếp trực tiếp với inverter hoặc hệ thống điều khiển trung tâm.

3.3. Cân bằng cell và ảnh hưởng đến tuổi thọ pin

Một trong những chức năng quan trọng nhất của BMS là cân bằng cell. Trong quá trình sử dụng, các cell pin không bao giờ lão hóa hoàn toàn đồng đều. Nếu không được cân bằng, cell yếu hơn sẽ nhanh chóng bị quá xả hoặc quá sạc. Điều này có thể dẫn đến suy giảm dung lượng toàn hệ pin.

BMS sẽ điều chỉnh mức điện áp giữa các cell, đảm bảo sự đồng đều trong toàn bộ pack pin. Nhờ cơ chế này, pin lưu trữ áp cao có thể đạt tuổi thọ từ 6.000 đến 8.000 chu kỳ sạc xả trong điều kiện vận hành tiêu chuẩn.

4. Giao tiếp giữa pin lưu trữ áp cao và inverter

Pin lưu trữ áp cao không thể hoạt động độc lập mà phải giao tiếp chặt chẽ với inverter hybrid hoặc PCS thông qua các chuẩn truyền thông như CAN hoặc RS485. Thông qua kênh giao tiếp này, BMS truyền dữ liệu về trạng thái pin, dung lượng còn lại và các cảnh báo an toàn đến inverter.

Dựa trên dữ liệu nhận được, inverter sẽ điều chỉnh chiến lược sạc – xả phù hợp. Việc thiếu hoặc sai giao tiếp giữa pin và inverter có thể dẫn đến các rủi ro nghiêm trọng như quá sạc, quá xả hoặc lỗi hệ thống.

5. Phân loại pin lưu trữ áp cao theo cấu trúc

Pin lưu trữ áp cao hiện nay được thiết kế dưới nhiều dạng khác nhau nhằm đáp ứng từng quy mô ứng dụng:

• Dạng stack (xếp tầng): Các module được xếp chồng trực tiếp theo dạng tháp với khả năng mở rộng linh hoạt. Pin thường được sử dụng cho nhà ở cao cấp và các hệ hybrid dân dụng lớn.

• Dạng rack: Được lắp đặt trong tủ rack theo tiêu chuẩn công nghiệp. Dạng pin này phù hợp cho nhà máy, xưởng sản xuất và dự án thương mại.

• Dạng container: Được tích hợp đầy đủ PCS, hệ thống làm mát và phòng cháy chữa cháy trong container tiêu chuẩn. Đây là dạng pin chuyên phục vụ các dự án BESS quy mô lớn.

6. Kết luận

Nguyên lý hoạt động của pin lưu trữ áp cao dựa trên việc ghép nối tiếp các module pin lithium để tạo ra điện áp lớn, kết hợp với hệ thống BMS thông minh nhằm giám sát, bảo vệ và tối ưu toàn bộ quá trình sạc – xả. Nhờ đó, pin lưu trữ áp cao không chỉ nâng cao hiệu suất hệ thống điện mặt trời mà còn đảm bảo an toàn và tuổi thọ lâu dài cho thiết bị. Trong xu hướng chuyển dịch năng lượng hiện nay, pin lưu trữ áp cao chính là giải pháp lưu trữ điện năng hiệu quả, bền vững và phù hợp cho cả hiện tại lẫn tương lai.

Bạn đang cần tư vấn pin lưu trữ áp cao phù hợp inverter & công suất thực tế? Liên hệ ngay Ánh Dương Solar để được khảo sát – thiết kế – báo giá chính xác, tối ưu chi phí đầu tư:

• Hotline: 0982114115
• Địa chỉ VP: K13 Khu Thương Mại DV Trung Văn, Năm Từ Liêm, Hà Nội
• Địa chỉ VP: 17 Đường D1, Phường 7, Quận 8, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam
• Địa chỉ VP: 249 Phạm Hữu Lầu P. 6,TP Cao Lãnh, Đồng Tháp. (Nội Thất Hoàn Mỹ)
• Địa chỉ kho: 486/14a QL13, Khu  Phố 6, Hiệp  Bình  Phước, Thủ  Đức, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam
• Địa chỉ kho: 397 Nguyễn Sinh Sắc, P1, TP Sa Đéc Đồng Tháp. (đối diện công viên Bác Hồ)
• Địa chỉ kho: 9A Châu Văn Liêm, phường Mỹ Bình, TP Long Xuyên, An Giang
• Địa chỉ kho: Số 12 Thủ Khoa Huân, Phường 1, Mỹ Tho, Tiền Giang.