các thiết bị bay không người (drone) sử dụng loại pin nào

Pin drone ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian bay, công suất đầu ra, khả năng tải, độ ổn định khi bay và độ an toàn trong vận hành. Hầu hết drone hiện đại sử dụng pin sạc dựa trên lithium, nhưng loại hóa chất pin và thông số kỹ thuật phù hợp nhất phụ thuộc vào kích thước máy bay, động cơ, tải trọng và mục đích sử dụng.

Hướng dẫn này giải thích các loại pin mà drone sử dụng, so sánh các loại pin khác nhau, cách tính thời gian bay, cũng như cách lựa chọn, sạc, bảo quản và bảo dưỡng pin drone một cách an toàn.

Drone sử dụng những loại pin nào?

Hầu hết drone tiêu dùng, drone FPV, drone chụp ảnh hàng không và drone chuyên dụng đều sử dụng một trong các loại pin sau:

- Pin polymer lithium (LiPo)
- Pin lithium-ion (Li-ion)
- Pin polymer lithium điện áp cao (LiHV)
- Pin lithium sắt phốt phát (LiFePO4)
- Bộ pin thông minh tích hợp hệ thống quản lý pin (BMS)
-Các pin dựa trên niken cũ giờ đây ít phổ biến hơn vì chúng nặng hơn và lưu trữ ít năng lượng hơn.

1. Pin Lithium Polymer (LiPo)

Pin lithium polymer, thường được gọi là pin LiPo, là nguồn điện được sử dụng rộng rãi nhất cho các máy bay không người lái FPV, máy bay không người lái đua, máy bay không người lái chụp ảnh trên không và nhiều loại máy bay chuyên dụng khác.

Các tế bào LiPo sử dụng bao bì dạng túi nhẹ, cho phép nhà sản xuất chế tạo pin với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Chúng cũng có thể cung cấp dòng điện cao cần thiết cho tăng tốc nhanh, leo cao và các thao tác mạnh mẽ.

Ưu điểm của pin LiPo dành cho máy bay không người lái

tỷ lệ xả

Kết cấu nhẹ

Hình dạng và kích thước linh hoạt

Đầu ra công suất mạnh

Phù hợp với động cơ hiệu suất cao

Nhược điểm của pin LiPo dành cho máy bay không người lái

- Nhạy cảm với việc sạc quá mức và xả sâu

- Dễ bị phồng rộp và hư hại cơ học hơn

- Yêu cầu bộ sạc cân bằng tương thích

- Có nguy cơ cháy cao hơn khi bị hư hại hoặc sạc sai cách

- Pin LiPo thường là lựa chọn tốt nhất cho đua FPV, bay tự do, chụp ảnh trên không và các ứng dụng khác đòi hỏi khả năng cung cấp điện năng nhanh.

2. Pin Lithium-Ion (Li-ion)

Pin Lithium-Ion thường sử dụng các tế bào hình trụ như loại 18650 hoặc 21700. Chúng thường có mật độ năng lượng sử dụng được cao hơn và thời gian hoạt động lâu hơn so với các cụm pin LiPo có khả năng phóng điện cao, dù công suất dòng điện tối đa của chúng có thể thấp hơn.

Ưu điểm của pin Lithium-Ion dành cho máy bay không người lái

- Thời gian bay dài

- Tỷ lệ tự xả thấp

- Tuổi thọ chu kỳ tốt

- Dung lượng lưu trữ năng lượng cao so với trọng lượng

- Phù hợp cho chuyến bay đường dài

Nhược điểm của pin drone lithium-ion

- Khả năng xả thấp hơn nhiều pin LiPo dùng cho FPV

- Ít phù hợp cho tăng tốc mạnh

- Các tế bào hình trụ giới hạn hình dạng của cụm pin

- Yêu cầu ghép nối tế bào chính xác và thiết kế cụm pin cẩn thận

Pin lithium-ion thường được sử dụng trong các drone có thời gian bay lâu, máy bay lập bản đồ, drone kiểm tra và các ứng dụng khác ưu tiên thời gian bay hơn là công suất bùng nổ tối đa.

3. Pin polymer lithium điện áp cao (LiHV)

Các pin polymer lithium điện áp cao, thường được gọi là pin LiHV, được thiết kế để có điện áp sạc tối đa cao hơn so với pin LiPo tiêu chuẩn.

Một tế bào LiPo tiêu chuẩn thường được sạc đến 4,20 V, trong khi một tế bào LiHV có thể được sạc đến khoảng 4,35 V. Điều này cung cấp lượng năng lượng lưu trữ hơi nhiều hơn, nhưng chỉ khi máy bay không người lái và bộ sạc được thiết kế đặc biệt cho pin LiHV.

Không bao giờ sạc pin LiPo tiêu chuẩn bằng chế độ điện áp LiHV. Việc làm này có thể gây phồng rộp, quá nhiệt, hư hỏng vĩnh viễn hoặc cháy nổ.

4. Pin lithium sắt phốt phát (LiFePO4)

Pin lithium sắt phốt phát, hay pin LiFePO4, được đánh giá cao nhờ tính ổn định nhiệt, tuổi thọ chu kỳ dài và hiệu suất đáng tin cậy.

Chúng ít phổ biến hơn trong các máy bay không người lái cỡ nhỏ vì nói chung cung cấp ít năng lượng hơn trên mỗi kilôgam so với pin LiPo hoặc pin lithium-ion thông thường. Tuy nhiên, độ an toàn và độ bền của chúng có thể khiến chúng phù hợp với một số nền tảng công nghiệp, nghiên cứu và các ứng dụng yêu cầu độ an toàn cao.

5. Pin máy bay không người lái dựa trên niken

Pin nickel-cadmium (NiCad) va pin nickel-metal hydride (NiMH) tung duoc su dung tren cac may bay dieu khien tu xa cu, nhung ngay nay chung it duoc lua chon cho drone hien dai.

Cac loai pin nay nang hon va co mat do nang luong thap hon pin lithium. Pin nickel-cadmium con chua cadmium doc hai va co the gap phai van de hieu ung bo nho.

Chung van co the xuat hien tren thiet bi cu, may bay giao duc hoac he thong dac biet, nhung noi chung khong phu hop voi drone hien dai cao cap.

Hieu ve dien ap pin drone

Dien ap pin drone chu yeu phu thuoc vao so luong te bao mac noi tiep. Chu cai 'S' chi so te bao mac noi tiep.

Dien ap cao hon cho phep he thong dong co tao ra cong suat tuong tu voi dong dien nho hon. Tuy nhien, cac thanh phan nhu dong co, bo dieu khien toc do dien tu (ESC), bo dieu khien chuyen bay va cac bo phan khac cua drone phai ho tro dien ap da chon.

Khong bao gio thay the pin bang loai co dien ap cao hon tru khi nha san xuat may bay xac nhan su tuong thich.

Dung lượng pin có nghĩa là gì?

Dung lượng pin được đo bằng milliamp-giờ (mAh) hoặc amp-giờ (Ah). Thông số này cho biết lượng điện tích mà pin có thể lưu trữ.

Pin có dung lượng cao hơn có thể mang lại thời gian bay dài hơn, nhưng đồng thời cũng lớn và nặng hơn. Nếu trọng lượng tăng thêm quá lớn, động cơ sẽ phải tiêu thụ nhiều năng lượng hơn để giữ thiết bị bay ổn định, từ đó làm giảm lợi ích dự kiến về thời gian hoạt động.

Do đó, pin drone tốt nhất không phải lúc nào cũng là pin có dung lượng cao nhất. Đó là pin mang lại sự cân bằng tối ưu giữa dung lượng, trọng lượng, công suất đầu ra và khả năng tương thích với thiết bị bay.

Chỉ số C của pin drone là gì?

Chỉ số C cho biết tốc độ xả an toàn tối đa của pin.

Dòng điện liên tục tối đa (A) = Dung lượng pin (Ah) × Chỉ số C

Ví dụ, một pin 4000 mAh có dung lượng là 4 Ah. Nếu tốc độ xả liên tục định mức của nó là 50C:

4 Ah × 50C = 200 A

Trên thực tế, các xếp hạng C được quảng cáo không phải lúc nào cũng được đo lường theo cùng một tiêu chuẩn thử nghiệm. Người mua cũng nên xem xét độ sụt áp, điện trở trong, nhiệt độ hoạt động, giới hạn của đầu nối và dữ liệu thử nghiệm từ nhà sản xuất.

Vượt quá dòng xả an toàn của pin có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt, giảm đột ngột điện áp, phồng pin, giảm tuổi thọ chu kỳ hoặc hư hỏng vĩnh viễn.

Loại pin nào phù hợp với từng loại drone khác nhau?

Drone đua FPV và drone bay tự do

Drone FPV thường sử dụng pin LiPo có khả năng xả cao. Các phi công đua cần các cụm pin nhẹ có thể cung cấp dòng điện lớn trong các tình huống tăng tốc đột ngột và thay đổi hướng nhanh.

Các cấu hình phổ biến bao gồm cụm pin 4S và 6S, mặc dù điện áp phù hợp phụ thuộc vào thông số kỹ thuật của động cơ và bộ điều khiển tốc độ điện tử (ESC).

Drone chụp ảnh trên không và drone tiêu dùng

Các thiết bị bay không người dùng để chụp ảnh trên không thường sử dụng các cụm pin lithium thông minh độc quyền. Những pin này có thể chứa các linh kiện điện tử giám sát nhiệt độ, điện áp, số chu kỳ sạc/xả, cân bằng tế bào và dung lượng còn lại.

Một số pin thông minh cũng cung cấp chức năng xả tự động nhằm phục vụ lưu trữ.

Thiết bị bay không người có thời gian bay dài

Các thiết bị bay không người có thời gian bay dài thường sử dụng các cụm pin lithium-ion vì thời gian bay quan trọng hơn công suất đỉnh tối đa. Động cơ và cánh quạt phải hoạt động hiệu quả trong giới hạn dòng điện của pin.

Thiết bị bay không người dùng trong nông nghiệp và công nghiệp

Các thiết bị bay không người dùng để phun thuốc trong nông nghiệp, lập bản đồ, vận chuyển và kiểm tra yêu cầu các cụm pin lớn hơn nhằm hỗ trợ tải trọng nặng hơn.

– Các pin này có thể bao gồm:

– Các tế bào phóng dòng cao

– Vỏ bọc gia cố

– Cảm biến nhiệt độ

- Giao diện truyền thông

- Hệ thống quản lý pin

- Bộ nối tùy chỉnh

- Bảo vệ chống va đập và rung động

Máy bay không người lái chuyên dụng

Máy bay không người lái chuyên dụng có thể yêu cầu pin tùy chỉnh để hoạt động trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, rung động mạnh, va đập, thời gian bay kéo dài hoặc ở độ cao lớn.

Cách tính thời gian bay của máy bay không người lái

Có thể ước tính thời gian bay một cách đơn giản bằng cách sử dụng năng lượng pin và mức tiêu thụ công suất trung bình:

Thời gian bay (giờ) = Dung lượng pin (Ah) × Điện áp danh định (V) × Hiệu suất hệ thống ÷ Công suất tiêu thụ trung bình (W)

Ví dụ, pin 5Ah, 14,8V lưu trữ khoảng:

5Ah × 14,8 V = 74 Wh

Nếu máy bay không người lái tiêu thụ trung bình 500 W và hiệu suất hệ thống được ước tính ở mức 80%:

74 Wh × 0,8 ÷ 500 W = 0,118 giờ

Điều này tương đương khoảng bảy phút.

Thời gian bay thực tế có thể bị ảnh hưởng bởi:

- Trọng lượng máy bay

- Tải trọng

- Tốc độ gió

- Hiệu suất cánh quạt

- Tốc độ bay

-Tăng tốc mạnh

-Nhiệt độ môi trường

-Tuổi thọ pin

-Điện trở trong

-Dự trữ hạ cánh bắt buộc

Phi công thường nên hạ cánh trước khi pin cạn hoàn toàn. Duy trì mức dự trữ hợp lý giúp giảm nguy cơ sụt áp đột ngột và bảo vệ các tế bào pin.

Cách sạc pin máy bay không người lái một cách an toàn

Luôn sử dụng bộ sạc được thiết kế riêng cho loại hóa chất, điện áp và số lượng tế bào của pin.

Đối với pin LiPo tiêu chuẩn dùng cho FPV:

1. Kiểm tra pin để phát hiện phồng rộp, thủng, dây bị hư hỏng hoặc đầu nối lỏng lẻo.

2. Xác nhận đúng loại hóa chất pin và số lượng tế bào nối tiếp trên bộ sạc.

3. Kết nối cả dây dẫn nguồn chính và đầu nối cân bằng khi cần sạc cân bằng.

4. Chọn dòng sạc phù hợp. Tốc độ 1C thường được sử dụng trừ khi nhà sản xuất quy định khác.

5. Sạc pin trên bề mặt không cháy được, ở khu vực thông gió tốt.

6. Luôn ở gần trong suốt quá trình sạc.

7. Ngắt kết nối pin khi sạc hoàn tất.

Sạc ở tốc độ 1C không phải lúc nào cũng có nghĩa là pin sẽ đầy điện chính xác trong một giờ. Các giai đoạn cân bằng cuối cùng và giai đoạn điện áp không đổi có thể làm tăng tổng thời gian sạc.

Nên lưu trữ pin máy bay không người lái như thế nào?

Pin lithium không nên giữ ở trạng thái sạc đầy hoặc xả sâu trong thời gian dài.

Đối với nhiều pin LiPo, điện áp lưu trữ khoảng 3,7–3,85 V mỗi tế bào là phù hợp. Luôn tuân theo hướng dẫn của nhà sản xuất pin, vì các pin thông minh có thể tự động quản lý việc xả để lưu trữ.

Để lưu trữ an toàn hơn:

1. Tháo pin ra khỏi máy bay không người lái sau khi pin đã nguội.

2. Bảo quản ở nơi mát, khô ráo và thoáng khí.

3. Tránh ánh nắng mặt trời trực tiếp và các nguồn nhiệt.

4. Bảo vệ các cực pin để tránh chập mạch ngẫu nhiên.

5. Giữ pin cách xa các vật liệu dễ cháy.

6. Kiểm tra định kỳ pin đang được lưu trữ để phát hiện dấu hiệu phồng rộp hoặc sụt giảm điện áp bất thường.

Khi nào nên thay pin máy bay không người lái?

- Ngừng sử dụng pin nếu bạn nhận thấy:

- Pin bị phồng rộp hoặc phình lên

- Các vết nứt, thủng hoặc biến dạng do bị ép

- Rò rỉ điện phân

- Đầu nối hoặc dây dẫn bị hư hỏng

- Nhiệt độ bất thường trong quá trình sạc hoặc sử dụng

- Mức chênh lệch điện áp giữa các tế bào nghiêm trọng

- Thời gian bay giảm nhanh

- Sụt áp đáng kể

- Điện trở trong tăng mạnh

Không đâm thủng, ép, đốt hoặc kiểm tra pin lithium có dấu hiệu hư hỏng rõ ràng. Cách ly pin một cách an toàn và mang đến cơ sở tái chế pin hoặc xử lý chất thải nguy hại được ủy quyền theo quy định địa phương.

Có thể mang pin máy bay không người lái lên máy bay không?

Các hãng hàng không áp dụng quy định nghiêm ngặt đối với pin lithium. Pin dự phòng cho máy bay không người lái thường phải được mang theo trong hành lý xách tay thay vì hành lý ký gửi. Các cực của pin cũng phải được bảo vệ để tránh chập mạch.

Các hạn chế về pin thường dựa trên đơn vị watt-giờ (Wh):

Watt-giờ (Wh) = Điện áp danh định (V) × Dung lượng (Ah)

Quy định có thể khác nhau tùy theo hãng hàng không, quốc gia, kích thước pin và tuyến bay. Hãy kiểm tra các yêu cầu hiện hành của hãng hàng không và cơ quan hàng không liên quan trước khi khởi hành. Tuyệt đối không mang theo pin bị hư hỏng hoặc phồng rộp.

Cách chọn nhà sản xuất pin cho máy bay không người lái

Đối với các dự án máy bay không người lái thương mại và tùy chỉnh, việc đánh giá nhà sản xuất pin không nên chỉ dựa vào giá cả.

Các yếu tố quan trọng bao gồm:

- Kinh nghiệm trong việc sản xuất cụm pin LiPo và pin lithium-ion

- Nguồn gốc tế bào pin và khả năng truy xuất nguồn gốc

- Độ đồng nhất về điện áp, dung lượng và điện trở trong

- Phát triển hệ thống quản lý pin

-Tùy chỉnh hình dạng và tùy chọn đầu nối

-Thiết kế mạch bảo vệ

-Khả năng chế tạo mẫu và kiểm tra

-Năng lực sản xuất và kiểm soát giao hàng

-Quy trình quản lý chất lượng

-Hỗ trợ kỹ thuật và dịch vụ bảo hành

Tùy thuộc vào sản phẩm và thị trường mục tiêu, tài liệu liên quan có thể bao gồm UN38.3, MSDS, IEC 62133, CE, RoHS hoặc các chứng nhận và báo cáo thử nghiệm đặc thù khác.

Một quy trình tùy chỉnh chuyên nghiệp thường bao gồm xác nhận yêu cầu, thiết kế điện, thiết kế cơ khí, sản xuất mẫu, kiểm tra hiệu năng, xác minh an toàn, tối ưu hóa và sản xuất hàng loạt.

Công nghệ pin cho máy bay không người lái trong tương lai

Pin lithium-ion và pin LiPo sẽ tiếp tục được sử dụng rộng rãi, nhưng một số công nghệ mới nổi có thể cải thiện thời gian bay và độ an toàn của máy bay không người lái.

Pin thể rắn

Pin thể rắn thay thế chất điện phân lỏng hoặc dạng gel thông thường bằng vật liệu rắn. Những lợi thế tiềm năng của chúng bao gồm độ an toàn cao hơn và mật độ năng lượng cao hơn, dù chi phí sản xuất và việc thương mại hóa quy mô lớn vẫn còn là những thách thức.

Pin lithium-lưu huỳnh

Công nghệ lithium-lưu huỳnh có thể mang lại năng lượng riêng cao hơn so với pin lithium-ion thông thường. Công nghệ này đang được nghiên cứu cho các ứng dụng hàng không yêu cầu thời gian bay kéo dài, nhưng tuổi thọ chu kỳ, độ ổn định và khả năng mở rộng thương mại vẫn cần cải thiện.

Pin liti-kim loại

Tế bào lithium-kim loại có thể làm tăng đáng kể năng lượng lưu trữ mà không làm tăng tương ứng trọng lượng pin. Tuy nhiên, độ an toàn, tuổi thọ chu kỳ, hiện tượng hình thành dendrite và tính nhất quán trong sản xuất vẫn là những thách thức phát triển quan trọng.

Pin nhiên liệu hydro

Hệ thống pin nhiên liệu hydro có thể cung cấp thời gian hoạt động dài hơn cho một số loại máy bay không người lái công nghiệp. Chúng phức tạp hơn các cụm pin sạc lại và đòi hỏi thiết bị lưu trữ hydro, thiết bị hỗ trợ đi kèm cũng như quy trình vận hành chuyên biệt.

Quản lý Pin Thông minh

Pin máy bay không người lái trong tương lai sẽ ngày càng sử dụng giám sát thông minh để ước tính thời gian bay còn lại, phát hiện mất cân bằng tế bào pin, dự đoán tuổi thọ pin và ngăn ngừa hoạt động không an toàn.

Các câu hỏi thường gặp

Hầu hết máy bay không người lái sử dụng loại pin nào?

Hầu hết máy bay không người lái hiện đại sử dụng pin lithium polymer hoặc pin lithium-ion. Máy bay không người lái FPV thường dùng bộ pin LiPo có khả năng xả cao, trong khi các phương tiện bay có thời gian bay dài hơn có thể dùng pin lithium-ion.

Tôi có thể dùng pin có dung lượng cao hơn cho máy bay không người lái của mình không?

Chỉ khi điện áp, kích thước, trọng lượng, đầu nối, khả năng xả và ảnh hưởng đến trọng tâm của máy bay phù hợp với thiết bị.

Tôi có thể thay pin 4S bằng pin 6S không?

Không, trừ khi động cơ, bộ điều khiển tốc độ điện tử (ESC) và các thành phần điện tử khác được thiết kế đặc biệt để chịu được điện áp 6S.

Pin drone kéo dài được bao lâu?

Thời gian bay có thể dao động từ chỉ vài phút đối với máy bay không người lái đua đến hơn 30 phút đối với máy bay không người lái chụp ảnh trên không hiệu quả hoặc máy bay không người lái có thời gian bay dài.

Tuổi thọ dịch vụ của pin phụ thuộc vào nhiệt độ hoạt động, độ sâu xả, thói quen sạc, điều kiện bảo quản và tải hoạt động.

Tại sao pin máy bay không người lái của tôi hết nhanh vậy?

Các nguyên nhân có thể bao gồm thời tiết lạnh, tải trọng nặng, gió mạnh, cách bay hung bạo, cánh quạt kém hiệu quả, tế bào pin lão hóa, điện trở trong tăng cao hoặc thông số kỹ thuật pin không phù hợp.

Kết luận

Vậy máy bay không người lái sử dụng loại pin nào? Phần lớn máy bay không người lái dựa vào pin LiPo để đạt công suất cao và thiết kế bao bì linh hoạt, hoặc pin lithium-ion để có thời gian bay lâu hơn. Pin LiHV và pin LiFePO4 phục vụ các yêu cầu chuyên biệt hơn, trong khi các công nghệ mới nổi có thể hỗ trợ các phương tiện bay có thời gian hoạt động dài trong tương lai.

Việc chọn pin máy bay không người lái phù hợp đòi hỏi nhiều hơn là chỉ khớp điện áp và dung lượng. Bạn cũng cần xem xét số lượng tế bào, tốc độ xả, trọng lượng, kích thước, loại đầu nối, nhiệt độ hoạt động, nhu cầu công suất của máy bay, phương pháp sạc và các biện pháp bảo vệ an toàn.

Ba quy tắc đặc biệt quan trọng là:

1. Không bao giờ để pin lithium sạc mà không có người giám sát.

2. Không bao giờ tiếp tục sử dụng pin bị phồng, rò rỉ hoặc hư hỏng về mặt vật lý.

3. Bảo quản pin ở điện áp do nhà sản xuất khuyến nghị, tại nơi mát, khô ráo và được bảo vệ.

Hướng dẫn đầy đủ này đề cập đến các loại pin dùng cho máy bay không người lái, các chỉ số hiệu suất, an toàn và bảo trì. Nội dung giải thích về pin LiPo, Li-ion, LiHV và LiFePO4; điện áp, dung lượng, xếp hạng C, cách tính thời gian bay, sạc pin, bảo quản và các dấu hiệu cần thay thế pin. Ngoài ra, tài liệu còn khám phá các công nghệ tương lai như pin thể rắn, pin lithium-lưu huỳnh và pin lithium-kim loại nhằm tăng thời gian hoạt động