Trong thế giới công nghệ ngày nay, việc phát triển của máy bay không người lái cần đi đôi với việc nghiên cứu hệ thống pin thông minh. Do đó, khi máy bay không người lái trở nên phát triển mạnh mẽ hơn và đa dạng hơn thì nhu cầu về các hệ thống pin thông minh để giám sát và tối ưu hóa hiệu suất cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng. Trong đó, pin máy bay không người lái thường được trang bị các giao thức truyền thông tiên tiến nhăm đảm bảo an toàn trong  thời gian bay. Bài viết này sẽ phân tích cách hoạt động chung của pin thông minh và các ứng dụng trong các trường hợp cụ thể của chúng. 

Pin thông minh cho máy bay không người lái là gì?

Đến thời điểm hiện tại, pin thông minh của máy bay không người lái được xem là một cuộc cách mạng trong công nghệ năng lượng. Chúng được thiết kế tích hợp trí thông minh thông qua một hệ thống quản lý pin – BMS. Trong đó, BMS đóng vai trò như bộ não của pin nhằm cho phép cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực với các thông số về trạng thái, sức khỏe và hiệu suất của pin. Ngoài ra, pin thông minh còn cung cấp một số các thông số quan trọng như điện áp chính xác của từng cell pin, dòng điện đang được sử dụng, nhiệt độ bên trong pin, trạng thái sạc,… Ngoài việc cung cấp dữ liệu, pin thông minh còn được tích hợp nhiều tính năng an toàn để ngăn chặn tình trạng quá tải có thể làm hỏng pin. Hơn nữa, pin thông minh còn có khả năng điều chỉnh nhiệt độ thông qua các cảm biến và mạch điều khiển tích hợp, giúp duy trì pin ở nhiệt độ hoạt động tối ưu, giúp ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt trong quá trình hoạt động ở điều kiện khắc nghiệt. Trong khi đó, pin không thông minh chỉ đơn thuần là một nguồn cung cấp năng lượng và không có bất kỳ khả năng cung cấp dữ liệu bổ sung hoặc tính năng quản lý an toàn tích hợp nào. Để theo dõi mức sạc hoặc tình trạng sức khỏe của những loại pin này, người dùng thường phải dựa vào các thiết bị bên ngoài như bộ sạc chuyên dụng hoặc màn hình đo độc lập. Do pin không thông minh không được tích hợp các cảm biến nên chúng thường hoạt động kém an toàn và đòi hỏi sự can thiệp thủ công nhiều hơn trong việc quản lý và bảo trì. 

Vai trò cốt lõi của BMS 

BMS được coi là trái tim của pin thông minh do nó chịu trách nhiệm cho tất cả các chức năng thông minh của nó. Hiện nay, BMS thường được thiết kế với một mạch điện tử phức tạp và được nhúng trực tiếp vào bộ pin để giám sát và điều khiển trong quá trình hoạt động. Khi đó, BMS liên tục thu thập dữ liệu điện áp, dòng điện và nhiệt độ từ các cảm biến khác nhau bên trong pin. Bên cạnh đó, các thông số như dung lượng danh định, dung lượng thực tế còn lại và số chu kỳ sạc/xả cũng sẽ được theo dõi. Dựa trên những dữ liệu trên, việc cân bằng cell pin được thực hiện thông qua BMS, đây cũng là chức năng quản lý chính của chúng. Việc này cần được thực hiện do theo thời gian và thông qua các chu kỳ sạc/xả, các cell pin có xu hướng mất cân bằng về điện áp hoặc dung lượng. Nếu không được cân bằng, các cell yếu nhất sẽ giới hạn hiệu suất của toàn bộ gói pin và có thể gây hỏng trước, hưởng đến toàn bộ pin. Do đó, BMS chủ động cân bằng điện áp giữa các cell pin bằng cách xả năng lượng từ các cell có điện áp cao hơn hoặc sạc thêm vào các cell có điện áp thấp hơn để đảm bảo tất cả các cell đều ở trạng thái cân bằng. Từ đó, tối đa hóa dung lượng khả dụng và kéo dài tuổi thọ của pin.

BMS cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán và dự đoán các thông số quan trọng như trạng thái sạc và trạng thái sức khỏe của pin. Trong đó, trạng thái sạc không chỉ được tính toán đơn thuần dựa trên điện áp mà còn dựa trên dòng điện vào/ra, nhiệt độ và các yếu tố khác. Trong khi trạng thái sức khỏe của pin dùng để đánh giá khả năng hoạt động tổng thể của pin so với khi nó còn mới, bao gồm dung lượng tối đa hiện tại và khả năng cung cấp dòng điện. Trong đó, các thuật toán phức tạp của BMS giúp dự đoán thời gian còn lại của pin một cách chính xác hơn nhiều so với việc chỉ dựa vào điện áp đơn thuần, cung cấp thông tin đáng tin cậy cho người vận hành. Cuối cùng, các tính năng bảo vệ của BMS là không thể thiếu giúp đảm bảo an toàn. BMS sẽ tự động ngắt kết nối pin hoặc giới hạn dòng điện/điện áp khi phát hiện các điều kiện nguy hiểm như quá áp, thấp áp, quá dòng, quá nhiệt hoặc ngắn mạch. Khả năng tự bảo vệ này giúp ngăn ngừa hư hỏng vĩnh viễn cho pin, giảm nguy cơ cháy nổ, và bảo vệ các thành phần điện tử khác của máy bay không người lái.

Cách pin thông minh tương tác với hệ thống máy bay không người lái

Trong máy bay không người lái, khả năng tương tác thông minh của pin với các thành phần khác giúp nâng cao chức năng tổng thể của toàn bộ hệ thống. Khi dữ liệu chi tiết và thời gian thực từ hệ thống quản lý pin BMS được truyền tải hiệu quả thông qua bộ điều khiển bay, trạm điều khiển mặt đất và các tải trọng có thể sử dụng để đưa ra các quyết định thông minh, từ đó tối ưu hóa nhiệm vụ và đảm bảo an toàn. Trong đó, bộ điều khiển bay sử dụng dữ liệu về điện áp, dòng điện và trạng thái sạc để ước tính chính xác thời gian bay còn lại và tự động điều chỉnh hiệu suất hoặc kích hoạt các chế độ an toàn khẩn cấp khi pin yếu hoặc có vấn đề về nhiệt độ. Đồng thời, trạm điều khiển mặt đất sẽ cung cấp giao diện trực quan cho người điều khiển về trạng thái pin theo thời gian thực, để đưa ra các cảnh báo an toàn kịp thời và hỗ trợ lập kế hoạch tối ưu dựa trên dung lượng pin còn lại. Hơn nữa, bộ sạc thông minh được thiết kế để giao tiếp hai chiều với BMS, tối ưu hóa quá trình sạc thích ứng, cân bằng điện áp giữa các cell pin, và báo cáo tiến độ sạc, giúp kéo dài tuổi thọ pin đáng kể. Sự kết nối thông minh này biến pin từ một nguồn năng lượng thụ động thành một thành phần chủ động, cung cấp dữ liệu quan trọng để vận hành UAV hiệu quả và an toàn hơn bao giờ hết.

Kết luận

Trong kỷ nguyên của máy bay không người lái, hệ thống pin thông minh không chỉ là một bộ phận mà là một thành phần cốt lõi, đóng vai trò như trái tim cung cấp năng lượng và bộ não quản lý hiệu suất. Việc lựa chọn pin thông minh phù hợp là rất quan trọng để tối đa hóa hiệu suất, an toàn và tuổi thọ của máy bay không người lái. Hiểu được cách chúng hoạt động và tương tác với hệ thống bay cho phép các nhà sản xuất và nhà điều hành đưa ra quyết định sáng suốt phù hợp với nhu cầu cụ thể, từ việc lựa chọn pin phù hợp đến việc quản lý và bảo trì hiệu quả.