Hệ thống lưu trữ năng lượng Sweep Energy Storage System của Toyota đại diện cho một nỗ lực đầy tham vọng nhằm tạo ra cuộc sống thứ hai cho những viên pin xe điện cũ bằng cách cung cấp năng lượng cho hoạt động nhà máy. Hệ thống này hiện đang được thử nghiệm tại nhà máy Hiroshima của Mazda, thu thập pin từ nhiều nguồn khác nhau bất kể thành phần hóa học hay tình trạng của chúng và kết nối chúng với lưới điện. Mặc dù khái niệm này nghe có vẻ hứa hẹn trên lý thuyết, cộng đồng kỹ thuật đã nêu ra những lo ngại đáng kể về các thách thức thực tiễn liên quan.
Mối quan hệ hợp tác giữa Toyota và Mazda
- Tỷ lệ sở hữu cổ phần của Toyota tại Mazda: 5% (cổ đông lớn nhất)
- Hợp tác bao gồm các cơ sở sản xuất chung
- Các thỏa thuận chia sẻ công nghệ đã được thiết lập
- Nhà máy Hiroshima của Mazda có hệ thống phát điện nhiệt và năng lượng mặt trời tại chỗ
 |
|---|
| Một cơ sở công nghiệp thể hiện sự phức tạp liên quan đến việc triển khai hệ thống lưu trữ năng lượng từ pin xe điện đã qua sử dụng |
Độ phức tạp quản lý pin tạo ra cơn ác mộng cho kỹ sư
Việc quản lý các viên pin có độ tuổi, thành phần hóa học và mức độ hao mòn khác nhau tạo ra một kịch bản ác mộng cho các kỹ sư. Hệ thống phải liên tục chạy các hoạt động cân bằng lại để giữ mọi thứ đồng bộ, điều này trở nên ngày càng nguy hiểm với các bộ pin đã qua sử dụng do nguy cơ phản ứng nhiệt dây chuyền. Không giống như pin mới hoạt động cùng nhau một cách trơn tru, việc trộn lẫn pin lithium-ion cũ, nickel metal-hydride và acid-chì đòi hỏi phần mềm tùy chỉnh và hệ thống giám sát tinh vi có thể chuyển hướng nguồn điện trong vài phần của giây.
Thách thức trở nên phức tạp hơn nữa khi xử lý các tế bào hỏng trong bộ pin. Khi một tế bào bị hỏng trong cấu hình nối tiếp, các kỹ sư thường tắt toàn bộ mảng tế bào xung quanh thành phần bị lỗi, giảm dung lượng tổng thể nhưng giữ cho hệ thống hoạt động. Tuy nhiên, cách tiếp cận này hoạt động tốt hơn trên lý thuyết so với thực tế khi xử lý hàng trăm mô-đun pin từ các phương tiện khác nhau.
Các loại pin được hỗ trợ bởi hệ thống Sweep
- Pin lithium-ion (từ xe điện)
- Pin nickel metal-hydride (từ xe hybrid)
- Pin lead-acid (từ xe truyền thống)
- Khả năng chịu đựng hóa học hỗn hợp với quản lý tự động
 |
|---|
| Máy móc dây chuyền lắp ráp phức tạp phản ánh những thách thức kỹ thuật phải đối mặt trong việc quản lý các loại pin đa dạng trong sản xuất ô tô |
Mối lo ngại về an toàn thống trị cuộc thảo luận cộng đồng
An toàn cháy nổ đã nổi lên như một chủ đề thảo luận chính trong số các chuyên gia kỹ thuật. Pin xe điện đã qua sử dụng thường bị tổn hại do nước, va đập vật lý và các dạng suy thoái khác làm tăng nguy cơ cháy so với các lắp đặt mới. Cộng đồng đề xuất cách ly từng bộ pin trong các thùng chứa thép, nhưng giải pháp này nhanh chóng trở nên đắt đỏ và không hiệu quả về mặt không gian.
Những ai đọc lướt - đây là cho nhà máy, không phải cho xe! Pin xe điện cũ rất tuyệt vời cho việc lưu trữ năng lượng. Tỷ lệ trọng lượng-dung lượng tệ hơn không quan trọng đối với những viên pin đặt trên mặt đất.
Nguyên tắc phòng ngừa trở nên quan trọng ở đây, vì các vụ cháy pin lithium nổi tiếng khó dập tắt một khi chúng bắt đầu. Các kỹ sư phải thiết kế hệ thống có thể ngăn chặn các đám cháy tiềm tàng và ngăn chúng lan sang các đơn vị pin lân cận, đòi hỏi khoảng cách cẩn thận và có thể là hệ thống chữa cháy tự động.
Câu hỏi về tính khả thi kinh tế vẫn chưa có lời giải đáp
Trong khi Toyota và công ty đối tác JERA đã đạt được những thông số kỹ thuật ấn tượng với hệ thống đầu tiên của họ vào năm 2022 - tạo ra công suất đỉnh 485 kW và lưu trữ 1.260 kWh năng lượng - trường hợp kinh tế vẫn chưa rõ ràng. Độ phức tạp của việc quản lý các loại pin hỗn hợp, triển khai hệ thống an toàn và bảo trì cơ sở hạ tầng có thể vượt quá lợi ích của việc tái sử dụng pin cũ.
Cộng đồng kỹ thuật chỉ ra rằng cách tiếp cận này chỉ có ý nghĩa đối với các hoạt động quy mô lớn với nguồn lực kỹ thuật đáng kể. Các công ty nhỏ hơn có thể sẽ thấy việc mua các hệ thống pin mới được tiêu chuẩn hóa hiệu quả về chi phí hơn là xử lý độ phức tạp của pin tái chế hỗn hợp.
Hiệu suất hệ thống Toyota-JERA (2022)
- Công suất đỉnh: 485 kW
- Lưu trữ năng lượng: 1,260 kWh
- Công suất tương đương: Cung cấp điện cho hơn 1,200 hộ gia đình trong một giờ
- Kết nối lưới điện: Lưới điện Chubu Electric Power
 |
|---|
| Bên trong nhà máy Hiroshima của Mazda, nơi tác động kinh tế tiềm năng của việc tái chế pin xe điện cho hoạt động nhà máy đang được thử nghiệm |
Ứng dụng tương lai và nhu cầu tiêu chuẩn hóa
Bất chấp những thách thức hiện tại, khái niệm này đã khơi dậy những cuộc thảo luận thú vị về thiết kế pin mô-đun cho xe điện tương lai. Một số thành viên cộng đồng hình dung các mô-đun pin được tiêu chuẩn hóa có thể dễ dàng hoán đổi, nâng cấp hoặc tái sử dụng trong suốt vòng đời của chúng. Điều này sẽ đòi hỏi sự hợp tác toàn ngành về kích thước, kết nối và tiêu chuẩn an toàn - tương tự như cách chúng ta có các kích thước được tiêu chuẩn hóa cho pin truyền thống.
Sự thành công của hệ thống Toyota tại cơ sở của Mazda có thể sẽ quyết định liệu cách tiếp cận này có được áp dụng rộng rãi hơn hay vẫn là một giải pháp chuyên biệt cho các công ty có chuyên môn kỹ thuật sâu và nhu cầu hoạt động cụ thể.
Tham khảo: Toyota Is Recycling Old EV Batteries to Help Power Mazda's Production Line