Cách Làm Pin Cho Drone

Hầu hết các phi công không bao giờ nghĩ đến việc pin máy bay không người lái được sản xuất như thế nào cho đến khi bộ pin họ cần lại không tồn tại. Số lượng tế bào sai, hình dạng không vừa khung, đầu nối không khớp với bo mạch phân phối điện của bạn, hoặc giá thành khó biện minh được khi đặt hàng số lượng lớn. Lúc đó, việc tự lắp ráp một bộ pin bắt đầu trông như một ý tưởng hợp lý — và quả thật là như vậy, miễn là bạn coi đó là một công việc lắp ráp cẩn thận chứ không phải một thí nghiệm hóa học.

Việc chế tạo pin máy bay không người lái quy về bốn quyết định: loại tế bào nào, cách bố trí chúng, phương pháp nối chúng với nhau và cách bảo vệ bộ pin. Mọi thứ còn lại chỉ là thực thi. Phần tiếp theo trình bày trình tự này theo đúng thứ tự bạn sẽ thực hiện trong thực tế, kèm theo các bước kiểm tra và lập tài liệu quyết định xem bộ pin có thể hoạt động ổn định suốt một mùa hay không.

1. Hiểu ba thành phần của pin máy bay không người lái

Pin máy bay không người lái đơn giản hơn vẻ ngoài của nó. Có ba thành phần, và cả ba đều quan trọng.

• Các tế bào, nơi lưu trữ năng lượng. Điện áp, dung lượng và xếp hạng xả đều do chúng xác định
• Một bo mạch quản lý hoặc bảo vệ, giữ các tế bào pin trong giới hạn an toàn và, trên các cụm pin thông minh, báo cáo trạng thái tới bộ điều khiển bay
• Phần cơ khí: các điểm nối, dây dẫn, đầu nối và lớp bọc giữ toàn bộ cấu trúc gắn chặt với nhau, ngăn rung lắc khi bay

Bỏ sót bất kỳ thành phần nào trong ba thành phần này thì cụm pin sẽ hỏng, thường là khi đang bay. Người mới bắt đầu thường lên kế hoạch quá kỹ cho tế bào pin nhưng lại thiếu tính toán cho hai thành phần còn lại

2. Chọn loại tế bào pin trước tiên

Hai dòng tế bào pin chiếm ưu thế trên thị trường pin máy bay không người lái, mỗi loại phù hợp với những nhiệm vụ khác nhau

• Tế bào pin dạng túi (LiPo và LiHV) là những cụm pin mềm quen thuộc. Chúng có tốc độ xả cao, nhẹ so với công suất cung cấp và sẵn có ở gần như mọi kích thước — lý do khiến chúng vẫn chiếm ưu thế trên các máy bay không người lái FPV và máy bay chụp ảnh. Loại pin này cần được bảo vệ vật lý và không nên lưu trữ ở mức sạc đầy
• Tế bào pin hình trụ Li-ion (18650, 21700 và các loại tương tự) cung cấp nhiều năng lượng hơn trên mỗi kilogram, tốc độ xả thấp hơn và tuổi thọ chu kỳ cao hơn đáng kể. Các nền tảng bay thời gian dài và máy bay không người lái dùng để lập bản đồ thường sử dụng loại này

Một chỉ số xả ghi trên nhãn trông ấn tượng sẽ vô giá trị nếu các tế bào không thể cung cấp dòng điện đỉnh cho thiết bị của bạn mà không bị sụt áp. Hãy chọn chỉ số xả liên tục phù hợp với dòng điện thực tế mà động cơ của bạn tiêu thụ, sau đó thêm một khoảng dự phòng.

3. Tính toán trước điện áp và dung lượng

Đây là phần cần ghi chép lại trước khi bạn mua bất kỳ thứ gì.

• Các tế bào mắc nối tiếp làm tăng điện áp. Một tế bào LiPo đơn có điện áp danh định là 3,7 V và điện áp sạc đầy là 4,2 V; do đó, cụm pin 6S có điện áp danh định là 22,2 V và điện áp sạc đầy là 25,2 V.
• Các tế bào mắc song song làm tăng dung lượng và khả năng cung cấp dòng điện. Hai nhóm tế bào 2500 mAh mắc song song sẽ cho tổng dung lượng 5000 mAh.
• Watt-giờ (Wh) phản ánh năng lượng thực tế: bằng điện áp nhân với ampere-giờ (Ah). Một cụm pin 6S 5000 mAh chứa khoảng 111 Wh (22,2 V × 5 Ah).

Tiếp theo, kiểm tra trọng lượng. Mỗi cụm pin đều là sự đánh đổi giữa thời gian bay và cách máy bay vận hành; nếu cụm pin nặng hơn khung máy bay được thiết kế để chịu đựng, thì việc gia tăng thời gian bay sẽ ít hơn so với lợi ích từ dung lượng bổ sung.

4. Phối ghép các tế bào trước khi nối chúng với nhau

Các tế bào rời nhà máy cùng lúc thì gần giống nhau, nhưng không hoàn toàn giống nhau. Hãy dùng các tế bào mới cùng mẫu và cùng lô. Không trộn các mẫu khác nhau, và tuyệt đối không trộn tế bào mới với tế bào đã từng được sử dụng.

Trước khi lắp ráp, đo mỗi tế bào theo hai tiêu chí:

• Dung lượng, để bạn có thể nhóm những tế bào có giá trị gần nhất lại với nhau
• Điện trở trong, yếu tố này ảnh hưởng đến hành vi của cụm pin dưới tải nhiều hơn so với dung lượng

Phân loại tế bào và lắp ráp mỗi cụm pin từ nhóm tế bào đồng đều nhất mà bạn có. Độ bền của một cụm pin chỉ bằng độ bền của tế bào yếu nhất trong đó, và một tế bào có điện trở cao sẽ làm mất cân bằng toàn bộ cụm pin.

5. Nối các tế bào bằng máy hàn điểm

Nhiệt độ cao phá hủy tế bào lithium. Hàn trực tiếp lên cực của tế bào truyền nhiệt vào phần gioăng kín và cấu trúc bên trong, và tổn thương thường không biểu hiện rõ ngay lập tức — mà chỉ xuất hiện khi cụm pin đã đưa vào vận hành. Hàn điểm trên dải niken thực hiện cùng công việc trong vài mili giây với lượng nhiệt thấp hơn nhiều, vì vậy các cụm pin thương mại đều được sản xuất theo phương pháp này.

Bốn yếu tố quyết định độ bền của các mối nối:

• Chọn kích thước dải niken dựa trên dòng điện đỉnh thay vì dòng trung bình, vì dải quá nhỏ sẽ làm tăng điện trở, sinh nhiệt và sụt áp
• Giữ cho mẫu hàn đều để dòng điện phân bố đều trên toàn bộ mối nối
• Sử dụng dây dẫn có tiết diện phù hợp cho các dây dẫn chính và giữ chúng ngắn nhất có thể theo giới hạn của khung máy bay
• Cố định dây dẫn tại vị trí chúng rời khỏi cụm pin. Chấn động — chứ không phải dòng điện — mới là nguyên nhân gây đứt mối hàn

6. Thêm chức năng bảo vệ và cân bằng

Một nhóm tế bào trần sẽ tự phá huỷ một cách dễ dàng, do đó chức năng bảo vệ bắt buộc phải có trên mọi cụm pin bạn lắp ráp, dù đó là hệ thống quản lý pin (BMS) đầy đủ hay chỉ là bảng cân bằng kết hợp với mạch bảo vệ riêng biệt. Tối thiểu, bạn cần:

• Ngắt sạc quá mức và xả quá mức được thiết lập phù hợp với loại hoá chất của pin
• Bảo vệ quá dòng và ngắn mạch có định mức cao hơn dòng đỉnh mà bạn lấy ra, để tránh ngắt trong lúc bay
• Cân bằng tế bào, nhằm duy trì độ đồng đều của cụm pin qua hàng trăm chu kỳ
• Cảm biến nhiệt độ trên các cụm pin phải hoạt động mạnh hoặc bay trong điều kiện nóng

Các cụm pin thông minh đi xa hơn và báo cáo điện áp từng ô, số chu kỳ sạc/xả và tình trạng sức khỏe tới bộ điều khiển chuyến bay — đây chính là yếu tố giúp thiết bị bay cảnh báo bạn trước khi một ô pin ngừng hoạt động. Dữ liệu này cùng quy trình kiểm tra đằng sau nó chiếm phần lớn lý do khiến một cụm pin thương mại có giá cao hơn tổng giá trị các ô pin bên trong.

7. Thiết kế để chịu được khung máy bay

Đây là nơi các cụm pin tự chế thường thất bại trong thực tế: không phải về mặt điện, mà về mặt cơ học.

• Giữ các ô pin bằng các miếng chèn hoặc giá đỡ sao cho chúng không thể cọ xát vào nhau
• Cách điện giữa cụm pin và bất kỳ bộ phận dẫn điện nào trên khung
• Quấn cụm pin bằng băng dính và co nhiệt để đảm bảo không có gì dịch chuyển khi rung động
• Sử dụng đầu nối đạt chuẩn dòng điện của bạn và đảm bảo nó tương thích với đầu nối đã có sẵn trên thiết bị bay
• Bảo vệ cụm pin khỏi độ ẩm nếu thiết bị bay hoạt động ngoài trời, đồng thời giữ lớp quấn nguyên vẹn quanh các dây cân bằng

Cân nặng và trọng tâm cần được kiểm tra cuối cùng. Một cụm pin làm thay đổi trọng tâm sẽ ảnh hưởng đến cách thiết bị bay vận hành, và bộ điều khiển chuyến bay chỉ có thể bù trừ ở mức độ nhất định.

8. Kiểm tra từng cụm pin trước khi bay

Một cụm pin mới giành được sự tin cậy trong xưởng, chứ không phải trên không.

• Kiểm tra điện trở nội tại từng tế bào sau khi lắp ráp. Các giá trị bất thường cho thấy mối hàn kém hoặc tế bào lỗi
• Thực hiện bài kiểm tra xả hoàn toàn và so sánh dung lượng thực tế cung cấp với dung lượng định mức
• Xác nhận cụm pin cân bằng và bảng bảo vệ ngắt kết nối đúng vị trí quy định
• Theo dõi nhiệt độ dưới tải trong các chu kỳ đầu tiên
• Giữ các chu kỳ đầu ở mức nhẹ nhàng và sạc pin trong khu vực an toàn, không cháy được

Nếu một tế bào lệch khỏi phần còn lại, hãy dừng lại và khắc phục ngay. Một cụm pin mất cân bằng sẽ không tự cải thiện khi sử dụng.

9. Hiểu rõ điều gì được phép vận chuyển hoặc bán

Việc lắp ráp cụm pin cho bản thân và việc bán cụm pin là hai dự án rất khác nhau. Bất kỳ sản phẩm lithium nào tham gia vào thương mại hoặc vận chuyển đều bị coi là hàng nguy hiểm, và một cụm pin lắp ráp tại nhà không có hồ sơ kiểm tra nào đi kèm. Đối với cụm pin rời khỏi bàn làm việc của bạn dưới dạng sản phẩm, tiêu chuẩn tối thiểu là:

• Kết quả thử nghiệm UN 38.3. Mỗi tế bào lithium và mỗi loại pin lithium trong vận chuyển đều phải vượt qua các thử nghiệm này, và bản tóm tắt thử nghiệm phải có sẵn cho cụm pin đang được vận chuyển
• IEC 62133-2:2017, tiêu chuẩn an toàn áp dụng cho tế bào lithium kín và pin lithium di động, bao gồm cả việc lắp ráp các tế bào thành cụm pin
• Nhãn và ký hiệu đúng theo Loại 9 dành cho vận chuyển
• Quy định về pin của Liên minh Châu Âu (EU) 2023/1542, có hiệu lực kể từ tháng Hai năm 2024, với nghĩa vụ dán nhãn được triển khai từng bước bắt đầu từ năm 2026 và các yêu cầu về thông tin kỹ thuật số tiếp theo

Các giấy tờ đó cũng chính là lập luận thực tiễn để lựa chọn mua thay vì tự lắp ráp. Một nhà cung cấp uy tín sẽ giao kèm tài liệu đầy đủ cùng cụm pin, và cụm pin đó đã được kiểm tra đầy đủ trước khi giao

Những sai lầm phá hỏng cụm pin tự lắp ráp

• Hàn trực tiếp lên cực tế bào và làm hỏng lớp niêm phong
• Trộn lẫn các tế bào khác nhau về mẫu mã, lô sản xuất hoặc tuổi đời trong cùng một cụm pin
• Lắp ráp cụm pin mà không có chức năng cân bằng hoặc bảo vệ nào cả
• Chọn kích thước thanh dẫn và dây dẫn dựa trên dòng điện trung bình thay vì dòng điện đỉnh
• Bỏ qua lớp cách điện giữa cụm pin và khung dẫn điện
• Vận hành thử cụm pin mới ngay lập tức trước khi đã kiểm chứng độ ổn định trên bàn thử nghiệm
• Sạc cụm pin nghi ngờ hoặc phồng lên trong nhà để quan sát hiện tượng xảy ra
• Vận chuyển hoặc bán cụm pin mà không có tài liệu kiểm tra đi kèm

Kết luận

Chế tạo pin cho máy bay không người lái là một chuỗi quy trình chứ không phải một kỹ năng đơn lẻ: chọn loại hóa chất phù hợp với nhiệm vụ, tính toán số lượng cell mắc nối tiếp và song song, ghép các cell đồng đều, hàn thay vì hàn chì, bảo vệ cụm pin và kiểm tra kỹ trước khi rời bàn thử nghiệm. Các phi công thực hiện đầy đủ các bước này sẽ sở hữu cụm pin được thiết kế riêng cho phương tiện bay của họ, chứ không phải cụm pin chỉ 'gần như vừa vặn'.

Nếu mục tiêu là vận hành một đội bay đáng tin cậy thay vì tiến hành một thí nghiệm đơn lẻ, thì phép tính sẽ thay đổi. Một cụm pin được giao kèm báo cáo kiểm tra đầy đủ, tài liệu minh bạch và khả năng tái sản xuất là xứng đáng để chi trả — đặc biệt khi phương án thay thế là cụm pin bạn không thể vận chuyển và cũng không dám bay trên bất kỳ tài sản giá trị nào.

Các bài viết liên quan

Cách chọn pin máy bay không người lái
Tìm hiểu cách điện áp, dung lượng, dòng xả định mức và chất lượng cell quyết định cụm pin nào phù hợp với máy bay không người lái của bạn.

Cách kiểm tra tình trạng pin máy bay không người lái
Phát hiện sớm hao mòn bằng cách kiểm tra tình trạng vật lý, điện áp, dung lượng, điện trở trong và cảnh báo pin.

Cách sạc pin máy bay không người lái khi di chuyển
Lên kế hoạch xung quanh thời gian sạc, điều chỉnh tốc độ sạc phù hợp với bộ pin của bạn và đảm bảo an toàn khi sạc ngoài hiện trường.