Những kiến thức cần biết về pin LIPO

Những người chơi mô hình nói chung và chơi máy bay mô hình nói riêng, chắc chắn không ai là không biết đến pin LIPO, là một nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu trong hầu hết các mô hình chạy điện.

1. Pin Lipo là gì và tại sao chúng được sử dụng rộng rãi trong Thế giới RC?

Pin Lipo (viết tắt từ Lithium Polymer) là một loại pin sạc sử dụng chất điện phân polymer khô. Sự ra đời của pin Lipo là một trong những yếu tố khiến cho mô hình điện phát triển nhanh chóng, đặc biệt là mô hình máy bay.

Những ưu điểm chính khiến Pin LiPo được dân chơi mô hình ưu tiên lựa chọn so với các loại pin sạc khác (NiCad, NiMH) là:

  • Pin RC LiPo nhỏ, nhẹ và có thể làm ở mọi hình dáng kích thước.
  • Pin RC LiPo có dung lượng cao trong khi kích thước, khối lượng nhỏ hơn các loại pin khác.
  • Pin RC LiPo có dòng xả cao đảm bảo đủ cung cấp năng lượng cho các động cơ có công suất cao.

Tóm lại, pin Lipo có tỉ lệ năng lượng lưu trữ/đơn vị khối lượng cao và có thể chế tạo ở kích thước, hình dạng đa dạng phù hợp với đa số mô hình RC.

Tuy nhiên, pin LIPO cũng có một vài nhược điểm so với các loại pin khác:

  • Pin LiPo vẫn còn đắt tiền so với pin NiCad và NiMH. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, giá thành pin Lipo sẽ giảm dần.
  • Tuổi thọ Pin LiPo không cao, chỉ khoảng 300-400 lần sạc (và sẽ thấp hơn nhiều nếu không được chăm sóc đúng cách). Tuy nhiên nếu sử dụng đúng cách, tuổi thọ pin Lipo có thể lên tới 1000 lần sạc/xả.
  • Pin Lipo dễ bắt lửa và cháy nổ nếu không bảo quản, sử dụng đúng cách
  • Pin LiPo yêu cầu cao về việc tuân thủ các quy tắc khi sử dụng, khai thác để đảm bảo tuổi thọ và an toàn.

2. Thông số kỹ thuật pin Lipo

Các thông số quan trọng cần biết khi mua pin Lipo gồm có: Điện áp, dung lượng, dòng xả.

2.1 Điện áp

Một cục pin Lipo được ghép (song song hoặc nối tiếp) từ một hay nhiều cell pin. Mỗi cell pin lipo có điện áp 3,7V (khác với cell pin NiCad&NiMH thường có điện áp 1,2V). Tùy theo mô hình lựa chọn cần điện áp lớn hay nhỏ sẽ dùng pin được ghép bởi 1 cell, 2 cell hay nhiều hơn. Để tăng điện áp của pin lipo, các cell pin được ghép nối tiếp với nhau và được kí hiệu bởi chữ S. Ví dụ:

  • Pin 1 cell (1S): Điện áp 3,7V
  • Pin 2 cell (2S): Điện áp 7,4V
  • Pin 3 cell (3S): Điện áp 11,1V
  • Pin 4 cell (4S): Điện áp 14,8V
  • Pin 5 cell (5S): Điện áp 18,5V
  • Pin 6 cell (6S): Điện áp 22,2V
  • Pin 8 cell (8S): Điện áp 29,6V
  • Pin 10 cell (10S): Điện áp 37V
  • Pin 12 cell (12S): Điện áp 44,4V

Để tăng dung lượng pin mà vẫn giữ nguyên điện áp, các cell pin sẽ được mắc song song và được kí hiệu bởi chữ P. Ví dụ pin lipo có kí hiệu 2S2P gồm 2 cục pin 2S được mắc song song với nhau.

Trên máy bay mô hình, thường dùng động cơ 3 pha không chổi quét. Động cơ này có thông số quan trọng là Kv, tương ứng với số vòng quay được ứng với 1V điện áp. Ví dụ: Động cơ 1000kv trong dải từ 10V đến 25V nghĩa là động cơ này sẽ quay với vận tốc 10.000 vòng/phút khi điện áp pin là 10V và lên đến 25.000 vòng/phút khi điện áp là 25V. Chính vì vậy, điện áp pin rất quan trong khi chế tạo máy bay mô hình.

2.2 Dung lượng

Dung lượng pin (Capacity – C) là lượng năng lượng lưu trữ trong pin khi nạp đầy, có đơn vị là mAh (mini ampe giờ). Dung lượng pin tương ứng với dòng tối đa mà pin xả (tiêu hao, tính theo mA) để pin chạy được 1 giờ. Ví dụ, một viên LiPo có dung lượng 1000mAh sẽ được xả hoàn toàn trong một giờ (dùng trong 1 giờ) với dòng tải 1000mA trên nó. Vẫn cùng viên pin này nhưng với dòng tải 500mAh thì dùng được khoảng 2 giờ, nhưng nếu tăng dòng tải lên 15000 mA thì thời gian để tiêu hao pin sẽ chỉ được khoảng 4 phút.

Như vậy, cùng một mô hình, dung lượng pin sẽ quyết định thời gian chạy trước khi hết pin. Đối với máy bay mô hình, dung lượng pin sẽ không tỉ lệ thuận với thời gian bay vì pin dung lượng lớn thì khối lượng pin sẽ lớn và dòng tiêu thụ sẽ cao hơn. Vì vậy cần cân đối của việc tăng dung lượng pin để tăng thời gian bay của mô hình.

2.3 Dòng xả

Thông số quan trọng thứ 3 là dòng xả của pin. Dòng xả hiểu đơn giản là một viên pin có khả năng cung cấp dòng lớn một cách an toàn như thế nào. Dòng xả liên tục (continuous discharge) an toàn trên pin lipo được tính theo bội số của dung lượng pin (C). Một viên pin với một dòng xả 10C có nghĩa là bạn có thể xả một cách an toàn với tốc độ gấp 10 lần so với dung lượng của viên pin đó.

Ví dụ: Pin lipo có dung lượng 2000mAh; dòng xả 20C tức là dòng xả liên tục an toàn của pin là 20 x 2000mA = 40000mA = 40A.

Ngoài dòng xả liên tục (Continuous Discharge Rate), pin có thể xả với dòng cao hơn trong một thời gian rất ngắn (khoảng vài giây) để gia tăng công suất (tiếng anh là Burst Discharge).

Thông thường, Pin có dòng xả càng cao thì càng đắt. Vì vậy, nếu bạn không có nhiều tiền, không nên chọn pin có dòng xả quá cao so với nhu cầu sử dụng.

Vậy làm sao để bạn biết dòng xả bao nhiêu là phù hợp khi mua pin RC Lipo? Câu trả lời dễ dàng nhất sẽ là chọn pin có dòng xả C lớn nhất mà bạn có thể … Nếu tiền không phải là vấn đề. Tuy nhiên, nếu bạn mới chơi, nên chọn pin có dòng xả vừa phải. Để chọn dòng xả pin, bạn phải ước lượng xem, động cơ bạn sử dụng khi chạy với 100% ga thì dòng tiêu thụ là bao nhiêu. Ví dụ là 30A thì bạn nên chọn pin có dòng xả liên tục <40A (ví dụ pin 2000mAh thì chọn dòng xả <20C).

3. Sử dụng pin lipo đúng cách

3.1. Sử dụng (xả) pin lipo: quy tắc 80%

Xả quá ngưỡng – OVER DISCHARGING

Nếu bạn dùng pin lipo quá cạn kiệt, tức là ép điện áp của một cell pin xuống dưới 3.7V thì pin sẽ nóng và sẽ rất nhanh hỏng. Thậm chí, đối với một viên pin có dòng xả cao thì chỉ nên dùng hết một nửa khả năng của Pin.

Khi sử dụng pin lipo, cần tuân thủ “quy tắc 80%”. Điều này đơn giản có nghĩa là: để được an toàn, bạn không bao giờ nên xả (dùng) một viên pin LiPo quá 80% dung lượng của nó.

Ví dụ, nếu bạn có một viên pin LiPo 2000 mAh, bạn không bao giờ nên dùng hơn 1600 mAh của viên pin (80% x 2000).

Các bộ sạc hiện nay đều có chức năng đo dung lượng pin cho phép bạn căn thời gian bay để không dùng quá 80% dung lượng.

Một cách khác là đo điện áp mạch vòng (không có điện áp tải) của từng cell pin riêng rẽ sau khi bay với dụng cụ đo pin hoặc thiết bị đo tương đương. Một viên pin LiPo đã xả 80%, sẽ cung cấp một điện áp khoảng từ 3.75V/cell. Qua đó sau khi xả 80%, một viên pin LiPo 3S sẽ hiển thị khoảng 11,25, một viên pin 6S sẽ là khoảng 22,5 V.

3.2. Sạc pin lipo

Điện áp và dòng sạc tối đa

Một cell pin Lipo có điện áp hai đầu là 3.7V và đạt 4.2V khi được sạc đầy. Nếu sạc vượt quá điện áp này sẽ làm hỏng cell pin và có thể gây ra cháy nổ.

Chính vì vậy, khi sạc pin, cần chọn đúng điện áp sạc. Nếu bạn có viên pin 2S bạn phải lựa chọn 7.4V. Nếu bạn lựa chọn 11.1V (pin 3S) và cố sạc pin 2S, viên pin sẽ bị phá hủy và rất có thể bắt lửa. Những bộ sạc hiện nay sẽ báo cho bạn biết nếu bạn lựa chọn sai số lượng cell.

Tất cả các loại sạc pin sẽ dùng phương pháp dòng không đổi/điện áp không đổi (cc/cv – constant current/constant voltage). Điều này có nghĩa là dòng điện không thay đổi được áp dụng cho pin trong phần đầu của chu kỳ sạc. Khi điện áp của pin gần với mức 100% của điện áp sạc, Bộ Sạc sẽ tự động giảm dòng sạc và sau đó áp dụng điện áp không thay đổi cho giai đoạn còn lại của chu kỳ sạc. Lúc này bộ sạc sẽ DỪNG sạc khi điện áp sạc 100% của viên pin cân bằng với điện áp không đổi được thiết lập trên bộ sạc (4.2V trên một cell), chu kỳ sạc kết thúc. Vượt quá điện áp này, thậm trí là 4.21V cũng làm giảm tuổi thọ Pin.

Dòng sạc pin LIPO

Lựa chọn đúng dòng sạc cũng rất quan trọng khi sạc pin LiPo RC. Quy tắc vàng ở đây áp dụng là: “không bao giờ Sạc pin LiPo hoặc Pin LiIon lớn hơn 1 lần so với dung lượng của Pin (1C).”

Ví dụ viên pin 2000 mAh có thể sạc với tối đa dòng sạc là 2000mA = 2A. Không bao giờ sạc cao hơn nếu không tuổi thọ pin sẽ bị giảm đáng kể. Nếu bạn chọn dòng sạc cao hơn đáng kể so với giá trị 1C, pin sẽ nóng lên và có thể phồng lên (phù pin), xì khói, hoặc bắt lửa.

Công nghệ ngày càng phát triển …

Ngày nay, với viên pin Lipo tốt, cùng với bộ sạc tốt, bạn có thể sạc pin với dòng 2C, 3C cho viên pin có dòng xả >20C mà không làm giảm tuổi thọ của pin.

Có rất nhiều pin Lipo cho phép dòng sạc 2C, 3C thậm chí một vài nhà sản xuất cho dòng sạc lên đến 5C; khi đó pin có thể được sạc đầy chỉ trong vòng 10 phút.

3.3 Cân bằng Pin Lipo

Cân bằng pin Lipo là gì? Tại sao nó lại quan trọng?

Như đã nói ở trên, một cell pin khi sạc đầy 100% sẽ có điện áp là 4.2V/cell. Với pin chỉ có một cell đơn lẻ (Pin Lipo 3.7V) bạn chẳng cần lo lắng đến vấn đề cân bằng, sạc sẽ tự động dừng khi điện áp đạt tới mức 100% là 4.2V.

Tuy nhiên trong một viên pin Lipo có nhiều hơn một cell, nếu chỉ đo điện áp hai đầu bộ sạc không thể xác định được sự chênh lệch điện áp giữa các cell và có thể một cell bị vượt quá ngưỡng mặc dù tổng điện áp của cả viên pin hiển thị đúng. Lấy ví dụ một viên pin Lipo 3S (3 cell mắc nối tiếp hoặc gọi là 3S). Nó sẽ là viên pin có điện áp 11.1V (3.7V x 3). Điện áp khi sạc đủ 100% sẽ là 12.6V (4.2V x 3 = 12.6V). Bộ sạc tin cậy của chúng ta được thiết lập 11.1V cho pin Lipo và sẽ dừng sạc khi khi đủ 12.6V, rất đơn giản đúng không.

Vậy điều gì sẽ xảy ra khi một trong ba cell được sạc nhanh hơn 2 cell còn lại? có thể 2 cell mới sạc đến 4.1V thì cell kia sạc nhanh hơn một chút và vượt quá ngưỡng lên tới 4.4V trước khi bộ sạc dừng sạc ở 12.6V. Điều đó chắc chắn sẽ làm hư hại cho cell pin đó và có thể gây ra cháy nổ.

Đối với viên pin mới, loại tốt thì sự chênh lệch điện áp giữa các cell là rất nhỏ. Tuy nhiên, khi viên pin đã sử dụng nhiều, đã cũ thì sự chênh lệch điện áp giữa các cell pin sẽ không thể bỏ qua được. Ngay cả một sự khác biệt điện áp 0.1V (100mV) giữa các cell cũng là nguyên nhân gây ra các nguy cơ cháy nổ và hư hại pin theo thời gian.

Bạn không cần phải cân bằng pin Lipo mỗi khi sạc. Hầu hết chỉ cần sạc cân bằng sau 10 hoặc 20 lần sạc đối với bộ pin còn tốt khỏe, vấn đề là bạn phải biết viên pin của bạn là khỏe (còn tốt). Các cell trong viên pin cũ thường trở nên không ổn định. Vì vậy, nếu bạn có bộ cân bằng, nên sạc cân bằng ở mỗi lần sạc hoặc ít nhất sau mỗi 2 lần sạc, như vậy sẽ giúp tang tuổi thọ của pin và giảm nguy cơ cháy nổ.

Một lần nữa, bốn thủ phạm chính làm rút ngắn tuổi thọ pin LiPo là:

  • NÓNG
  • XẢ QUÁ NGƯỠNG (dòng và điện áp)
  • SẠC QUÁ NGƯỠNG (dòng và điện áp)
  • KHÔNG ĐỦ CÂN BẰNG

(tổng hợp)