LiPo Batteries

Las baterias LiPo (abreviatura de Litio y polímero) son un tipo de bateria recargables que suelen utilizar los sistemas eléctricos de radiocontrol, especialmente los aviones, helicópteros y multicópteros. Algunos dicen que éstas baterias son la razón principal por las que el vuelo eléctrico es ahora una opción muy viable respecto a los modelos que funcionan con combustible.

Cuando comparamos con las baterias de NiCd/NiHmm, las baterias Lipo tienen 3 cosas importantes que hacen a estas baterias la elección perfecta para los vuelos de radiocontrol:

• Las baterias LiPo son ligeras y se pueden hacer de casi cualquier forma y tamaño.
• Las baterias Lipo tienen gran capacidad lo que significa que tienen un montón de energía en un tamaño reducido.
• Las baterias LiPo tiene una tasa de descarga alta para alimentar los sistemas eléctricos más exigentes.

También existen algunos problemas con las baterías LiPo de radiocontrol:

• Problemas de seguridad a causa del electrolito volátil utiliza exclusivamente en las LiPo pueden incendiarse o explotar.
• Las baterias LiPo de radiocontrol requieren un cuidado único y adecuado para que duren mucho tiempo más que cualquier otra tecnología. La carga, la descarga y almacenamiento afecta a la espereranza de vida de la bateria.

Clasificación de las baterias LiPo de radiocontrol

Voltaje o clasificación "S"

A diferencia de las baterias NiCd o NiHm que contienen celdas de 1.2 voltios, las baterías LiPo tienen celdas de 3,7 voltios y 4.2 voltios cuando están totalmente cargadas. El beneficio aquí es que disponemos de menos celdas para crear una bateria.

En los modelos más pequeños de radiocontrol las baterias LiPo contienen al menos dos celdas conectadas en serie para proporcionar voltaje más altos. Para los modelos RC de mayor tamaño el número de celdas puede ser 6 celdas y aún más para elementos más grandes o aplicaciones de alta tensión.

Aquí una lista de voltajes de carga de las baterías LiPo con recuento de celdas:

• 3.7 voltaje de bateria = 1 celda x 3.7 voltaje (1S)
• 7.4 voltaje de bateria = 2 celdas x 3.7 voltaje (2S)
• 11.1 voltaje de bateria = 3 celdas x 3.7 voltaje (3S)
• 14.8 voltaje de bateria = 4 celdas x 3.7 voltaje (4S)
• 18.5 voltaje de bateria = 5 celdas x 3.7 voltaje (5S)
• 22.2 voltaje de bateria = 6 celdas x 3.7 voltaje (6S)

Si te estás preguntando qué significa el número entre paréntesis, es una manera del fabricante de indicar el número de celdas conectadas en serie "S" que contiene la bateria.

Los baterías también se pueden conectar en paralelo para aumentar la capacidad. Esto se indica mediante un número seguido de una "P". Ejemplo 3S2P indica 2 baterias conectadas en serie de tres celdas.

Clasificación por capacidad o mAh

La capacidad indica cuánta energía puede mantener la batería y se indica en miliamperios (mAh). Esta es una manera de indicar la cantidad de carga medida en miliamperios que se pueden poner en la bateria durante 1 hora para que la batería se descargue completamente.

Por ejemplo las baterias LiPo que tiene 1000 mAh sería completamente descargada en una hora con una carga de 1000 miliamperios colocado en él. Si ésta misma batería tenía una carga de 500 miliamperios tomaría 2 horas para descargarla.

Como se puede ver, para un modelo de radiocontrol con este tipo de consumo de corriente, sería muy ventajoso utilizar una batería de mayor capacidad, como una bateria de 3000 mAh o incluso mayor. La batería usada con 15 amperios reducirá el tiempo de uso a 8 minutos hasta la descarga.

Lo principal es que si quieres más tiempo de funcionamiento necesitas aumentar la capacidad de la batería. A diferencia del voltaje, la capacidad puede cambiar todo para dar más o menos tiempo de uso. Por supuesto con unas restricciones de tamaño y peso la capacidad de la batería está limitado. Cuanto mayor capacidad tiene la batería mayor será su peso y su tamaño.

Tasa de descarga o "C"

Esta es probablemente la característica más sobrevalorada y menos comprendida dentro de la clasificación de las baterías. La tasa de descarga es simplemente la rapidez con que una batería puede ser descargada de forma segura. Cuanto más rápido los iones fluyen del ánodo al cátodo indicará la velocidad de la descarga. En el mundo de las baterías LiPo de radiocontrol la clasificación se denomina "C".

Una batería con una tasa de descarga de 10C se descarga a un ritmo de 10 más que la capacidad de la batería, 15C = 15 veces, , 20C = 20 veces, y así sucesivamente.

Ejemplo: Supongamos que tenemos una batería de 1000 mAh 10C. Esto significa que puede dar una carga máxima sostenida de hasta 10.000 miliamperios.

Esto se calcula determinando primero los mA por minuto de la batería. 1000 mAh divididos por 60 minutos = 16,6 mA por minuto. A continuación multiplica ese número por su clasificación C (10 en este caso) = 166mA por minuto dividido por la capacidad de la batería son alrededor de 6 minutos.

Ejemplo 2 ¿Que ocurre con una batería de 2000 mAh 20C? 20X2000 = 40, 0000 milliamps o 40 amps. con 40amp esta batería se decargará en alrededor de 3 min (2000/60 = 33.3 mA por minuto multiplicado por 20C = 666 mA por minuto dividido entre la capacidad de la batería 2000 mA = 3 minutos). Como se puede ver, es un tiempo de ejecución muy corto y, a menos que esté utilizando la potencia máxima durante todo el vuelo, es poco probable que se acerque a estos números.

La mayoría de las baterías LiPo muestran la clasificación C y también la tasa de "burst". La tasa de "burst" o ráfagas indica cómo la batería se descarga en ráfagas cortas de energía prolongadas. Un ejemlpo podría ser algo así como "Tasas de descarga = 20C / 40C burts".

Una tasa alta de clasificación C, por lo general, indicará un precio mayor de la batería. En función de la aplicación que se este utilizando se puede ahorrar algo de dinero mediante la comprensión de todas las clasificaciones de las baterias LiPo. Conseguir una bateria con altas capacidades cuando no hay necesidad es desperdiciar recursos, pero de cualquier forma no le hará daño. Lo más importante es no descargar la batería hasta niveles muy bajos o la batería de dañará, y posiblemente su ESC (Electronic Speed Controller).

Así que, ¿Cómo saber qué clasificación "C" debe comprar? La respuesta fácil sería la que mayor clasificación C puedas. Este consejo está bien si el dinero no es un problema, pero para la mayoría de la gente, especialmente los principiantes y aficionados intermedios de radiocontrol estiran su presupuesto para comprar baterías RC mediante la comprar de baterías de menor "C", para obtener batería adicionales.

Gastarse 100 Euros en una batería 30C 5000 mAh puede ser un poco exagerado si lo único que está utilizando es un motor. Entender estos parámetros le permitirá elegir mucho mejor su batería.

Las baterías LiPo bajan su precio constantemente. Si encuentra una batería de 30C por el mismo precio que una de 20C, elija la batería de 30C. Se descargará más lento y probablemnete dure más tiempo. Como la mayoría de las cosas, llevar al límite a la baterías LiPo reduce su tiempo de vida. Tener conocimientos sobre ésto, evitará que esto no ocurra.

Por último tomar el valor de la temperatra después de su uso. A veces, sólo porque en la caja ponga que está a 20C, no siempre significa que las aplicaciones en el mundo real tienen una eficiencia del 100%. Por la edad de los paquetes, la resistencia interna se incrementa haciendolos funcionar más cálidamente. La regla general es que si usted no puede sostener cómodamente una batería LiPo en la mano después de utilizarla, es que está demasiado caliente. Esto equivale a algo más de 60ºC aproximadamente, pero la regla general entre los amantes del hobby no es superior a 50ºC. Por lo tanto, si usted encuentra sus baterías cada vez más calientes, debe considerar seleccionar una potencia de descarga más alta para su próxima batería LiPo.

Resistencia interna

La resistencia interna es una de las mejores maneras de controlar la condición de la batería LiPo. A medida que la batería se hace mayor, la resistencia interna aumenta. La mayoría de las baterías LiPo tienen una tasa de descarga interna de 2 a 6 miliohms (0.002 a 0.006 ohms). Para calcular la resistencia interna total de una batería con varias celdas en serie, multiplica el número de celdas (4S) de la bateria por su resitencia interna ($) y se obtiene la resistencia interna total (0.016 ohms).

La resistencia interna aumenta con la edad de la batería. Las baterías con tasa de descarga baja tendrán una resistencia interna más alta.

¿Cómo medir la resistencia interna? Aquí es donde los buenos cargadores como el iCharger entran en juego. Con el iCharger se puede medir la resistencia de cada célda, así como de la totalidad de la batería.

Cargando baterías LiPo

Voltaje y corriente máximo de carga

Una celda de batería LiPo de 3.7 voltios está cargada al 100% cuando alcanza los 4.2 voltios. Cargarla de más puede destruir las celdas de la batería y posiblemente prenda fuego. Es muy importante tener esto siempre en cuenta. Un cargador inteligente se detendrá cuando la batería alcanza los 4.2 voltios por celda. Un cargador inteligente equilibrará la carga por cada celda.

Es muy importante utilizar un cargador específico par las baterías LiPo y seleccionar el voltaje correcto o selecionar el número de celdas al carga la batería. Si usted tiene una batería de 2 celdas (2S) seleccione 7.2 voltios o 2 celdas. Si tiene seleccionado 11.1V (una bateria de 3S) por error y trata de cargar una batería de 2S la batería puede ser dañada y posiblemnete prenda fuego.

La mayoría de los cargadores buenos de baterías LiPo utilizan un método de carga de corriente constante / voltaje constante (cc/cv). Lo que significa que la corriente constante se aplica a la batería durante la primera parte del ciclo de carga. A medida que la tensión de la batería se acerca a la tensión de carga al 100%, el cargador reducirá automaticamente la corriente de carga y luego aplicará una tensión constante. El cargador dejará de cagar cuando el 100% del voltaje de carga de la batería iguala la constante de voltaje configurada (4.2 voltios por celda). Pasarse del voltaje máximo por celda acorta la vida de la batería.

Corriente de carga de las baterías LiPo de radiocontrol

Seleccionar una corriente de carga correcta es crítico cuando se carga una batería LiPo. La regla de oro que tradicionalmente se ha utilizado es nunca cargue una LiPo o LiIon a más de 1 vez su capacidad (1C). Por ejemplo una batería de 2000 mAh, debería cargarse como máximo a una corriente de 2000 mA o 2.0 amps.

Pero los tiempos cambian y la mayoría de los fabricantes de baterías especifican su propia corriente de carga.

Una vez más, las tres cosas principales que acortan la vida de la batería son:

• Calor
• Sobre descarga
• Equilibrado inadecuado

Equilibrio batería LiPo

Como se mencionó anteriormente cada celda de la batería LiPo es de 4.2 voltios cuando está cargada (3.7 voltios normalmente). Se requiere de equilibrado en cualquier batería LiPo que tiene más de una celda. Por ejemplo veamos una batería de 3 celdas (tres celdas LiPo conectadas en serie o 3S). Esto sería una batería 11,1 voltios (3,7 voltios por celda x 3 = 11.1 voltios). La tensión de carga del 100% de esta LiPo es de 12,6 voltios (4,2 voltios x 3 = 12,6 voltios). Nuestro cargador configurado para un batería de 11.1 voltios debería para de cargar en 12.6 voltios.

¿Qué pasaría si una de las tres celdas, se está cargando un poco más rápido que las otras dos? Podría haber dos celdas en sólo 4,1 voltios y la otra que se esta cargando más rápido podría sobrecargarse hasta los 4.4 voltios antes de que la carga paré en 12,6 voltios. Esto podría dañar la celda y incluso incendiarse.

En el otro extremo se encuentra si hay una celda de la batería que no está cargada al 100% cuanda la batería esta cargada y se descarga por debajo de los 3 voltios (a pesar de que la batería indicar que tiene un voltaje superior a 9 voltios), esto puede causar problemas también

El equilibrado asegura que todas las celdas están siempre entre 0.01-0.03 voltios por celdas. Esto significa que la carga o la descarga de la batería de una o más celdas no va a estropearse. Esto se realiza gracias al uso de un balanceador de celdas o con un cargador inteligente con función de balanceo.

El funcionamiento es que el cargador o balanceador compruebe cada una de las celdas de baterías LiPo, para cargar o descargar y ajustar la tensión de lo que se carga o descargar por igual y terminar con la misma tensión. Por ejemplo si cada celda de una batería de 3 celdas sería 4,2 voltios, para un total de 12,6 voltios. En lugar de una celda de carga a 4,15 voltios, otra 4,2 y otra 4,25 hacen un total de 12,6 voltios. Esto se conoce como una carga no balanceada, el cargador a alcanzado la tensión de corte de 12,6 volios y está hecho. Pero lo que no sabe es que está dañando la batería cada vez que se carga y descarga.

Conectores de baterías LiPo

Un conector de blanceo no es más que un conector que permite acceder individualmente a cada celda de la LiPo. Esto permite monitorizar y manipular cada celda individualmente.

Cargando a través de un conector de balanceo

Esto se puede hacer pasando celda por celda.

Equilibrando conectores

Seguridad:

El calor y las LiPos suelen ser una mala combinación, a veces muy muy mala. Se pueden ocasionar explosiones o fuego. Hay un montón de video en Youtube con baterías LiPos explotando y expulsando gases tóxicos. Cargue las baterías en buenas condiciones, nunca sobrecargue ni permita que se caliente la batería. El uso de un cargador inteligente con una sonda de temperatura y configurar los ajustes de corte de teperatura, es una buena manera de controlar la temperatura de las baterías.

• Carga una batería multicelda (7,4 voltios o más) con resistencia al fuego. Una bolsa a prueba de incendios es una buen artículo para transportar y almacenar la batería.
• Dejar reposar la batería durante al menos 15 minutos antés de cargarla después de usarla. Esto prolonga la vida de la batería y previene posibles sobrecalentamientos y daños.
• Nunca dejes la casa desatiendida durante la carga de la batería.
• Instala un detector de humos de bajo costo donde cargue las baterías.

Una buena regla es seguir la regla del 80%. Esto significa que nunca de debe descargar una Lipo por debajo del 80% de su capacidad para estar a salvo. Por ejemplo, si usted tiene una batería de 2000 mAh, nunca superar de los 1600 mAh.

Fuentes:

• Introduction to LiPo batteries
• All about lipo balance connectors
• Battery University