BATERÍAS LIPO, CONCEPTOS Y CUIDADOS. (Resolviendo misterios)
PRÓLOGO:
Antaño, el aeromodelismo estaba reservado para unos pocos, tanto por su elevado costo, cómo por la dificultad de obtener los distintos elementos para construir y volar un avión radiocontrolado. Especialmente dificultoso era conseguir un medio de propulsión adecuado, sobretodo porque había mucho de misterio en las características y capacidades de los motores a explosión, dificultades para dejarlos a punto y su costo. También, usar motores eléctricos era casi algo incierto y muy experimental lo que obligaba a utilizar aviones de poco peso y tamaño, sin mencionar que la autonomía era ridículamente escasa y la potencia de esos aparatos los hacía flotar más que volar.
Motor con reductor, muy típico de esa época de bajas potencias.
Los motores eléctricos más reconocidos de antaño.
El verdadero salto se produjo con el desarrollo de los motores brushless (sin escobillas) y las baterías LiPo (Litio Polímero), que en poco menos de una década han logrado igualar o superar, en algunos casos, las potencias de sus equivalentes a explosión, siendo una opción bastante cómoda, pero no exenta de algunas particularidades y dificultades propias de su naturaleza.
Old Timer, impulsado a la usanza antigua.
Moderno planeador eléctrico impulsado por baterías LIPO
Mi Jet con turbina eléctrica EDF de 105 mm
LAS BATERÍAS LIPO
- Son un medio fácil y confiable de poner en marcha un medio de impulso para nuestro modelo radiocontrolado, ya que es sólo cosa de conectar y, prácticamente está listo para volar o bien, se necesita muy escasa configuración.
- Son un medio limpio de operar, pero complejos al momento de eliminar o almacenar, por su naturaleza un tanto delicada, que las hace propensas al incendio violento si las descuidas o se estropean muy fácilmente si no tomas ciertos resguardos.
- Para motorizar los modelos en forma eléctrica, hay que considerar muchos aspectos técnicos, cómo peso y estilo de modelo, potencia, diámetro del eje u motor, capacidad de descarga y carga de las baterías, amperajes necesarios, etc. Una vez definido estas variables; es sólo cosa de conectar.
- Necesitas a lo menos dos o tres baterías y un cargador que se pueda usar en el terreno para poder disfrutar de una jornada normal de vuelos de tu modelo.
DISEÑO DE LAS BATERÍAS
las Baterías Lipo (batería de polímero de iones de litio, de ion de litio polímero), como todas las baterías; son acumuladores electroquímicos de corriente continua, por lo que disponen de un polo positivo (+) y otro negativo (-). Este polímero de Litio se agrupa en una serie de bloques llamados celdas. Estas celdas, según su tamaño pueden almacenar una cantidad determinada de energía eléctrica. Esto se llama capacidad, normalmente se mide en miliamperios (mAh); 1000mAh= 1Ah. A mayor capacidad (amperes) más tiempo de utilización.
El voltaje nominal de cada celda es de 3,7 y el voltaje de operación (carga), se encuentra entre 3,7V y 4,2V. Nunca se debe de bajar el voltaje de una celda por debajo de 3,0V. En caso contrario dañaríamos irremediablemente esta celda.
Se usa cómo medida sana, nunca bajar más de un 80% el voltaje total disponible de las celdas. La siguiente tabla muestra los valores de voltaje disponibles antes del vuelo y el voltaje óptimo que debería salir una batería después del vuelo, una vez reposada y enfriada.
Cómo todas las baterías, después de una descarga enérgica constante, sufren bajas alarmantes en las celdas, pero que se recuperan tras un rato de reposo. Por eso mismo, conviene medir el voltaje final tras el uso, una vez enfriada la batería. Obviamente, esa baja no debe exceder los 3 volt por celda y para eso nos conviene usar uno de esos voltímetros portátiles que nos indican el valor individual de cada celda.
Llevar el aparato full acelerador en todo momento es la receta ideal para acortar la vida útil de las baterías, pues más de alguna celda bajará más de los 3 volt antes que el resto, provocando que la batería dañe su química y se infle, aumentando su resistencia interna. Conviene volar haciendo pasadas a full ocasionales, seguidas de pasadas más lentas.
Como nuestros aparatos tienen distintas necesidades de voltaje y duración de vuelo, existen dos maneras de “unir” las celdas en función de estas necesidades.
CONEXIÓN EN SERIE
La unión en serie se realiza uniendo el polo positivo de una celda o batería con el negativo de otra. Como en las pilas normales, esto produce una suma de voltajes. Dos celdas unidas tendrían un voltaje nominal de 7,4V, tres 11,1V, cuatro 14,8… y así sucesivamente. Lo mismo para baterías completas.
Con éste sistema aumentas el voltaje disponible, pudiendo mover hélices más grandes o usar motores más potentes, siempre y cuando el ESC (Control Electrónico de Velocidad), lo soporte.
CONEXIÓN EN PARALELO
La unión en paralelo se realiza uniendo los polos positivos de las celdas o baterías con el positivo de otras celdas o baterías y negativos con negativos. Como en las pilas normales, se produce la suma de la capacidad de ambas celdas. Si cada una tiene 2000mAh, con este tipo de conexionado, obtendríamos una capacidad de 4000mAh.
Éste sistema sirve para aumentar los tiempos de vuelo, pero no su potencia, y dependerá mucho de la capacidad de carga del modelo.
NOMENCLATURA
Para todas las configuraciones se considera como unidad básica la celda de 3,7 volt, la cual venden en algunos lugares cómo celda única para armar tus propias baterías. Para efectos comerciales, se estandarizaron las baterías en cuanto a voltajes, con un límite de 6 celdas o 22.2 volt, pero las diferencias las poseen en la cantidad de descarga o carga que pueden soportar en una unidad corta de tiempo y en la cantidad de Mili Amper que pueden almacenar. Para obtener mayores voltajes o amperajes, se recurren a las correspondientes conexiones en serie o paralelo, entre baterías.
El único cuidado es que las baterías conectadas entre sí deben ser exactamente de las mismas características y ojalá del mismo fabricante y lote, para obtener resultados óptimos. Caso contrario, se arriesga a dañar las celdas que incurran en mayores descargas.
Generalmente las baterías Lipo viene especificadas de la siguiente forma:
300MAH 11.1V 25C 3S1P o bien 3300mAh 3S 11.1V 25C
La primera nomenclatura (3300MAH 11.1V 25C 3S1P), es más técnica y nos indica cómo está armada la batería (3S, tres celdas conectadas en serie los que hace un paquete conectado en paralelo 1P).
Aclarando eso, tenemos que la estructura de las baterías LiPo se expresa de la siguiente manera: xSyP, donde x e y son números que nos indican los elementos o celdas y cuántos bloques constituyen y como están conexionados.
Por ejemplo, una LiPo 2S1P 1.800mAh está formada por dos celdas de 3,7V y 1800mAh conexionadas en serie (2S, Dos en serie). Forman un paquete con un voltaje nominal de 7,4V en paralelo (1P, uno el paralelo) y 1.800mAh de capacidad.
Otro ejemplo, una LiPo 6S4P 10.000mAh. Esta batería estaría formada por 24 celdas de 3,7V y 2.500mAh. Hay 6 bloques conectados en serie entre ellos y cada uno de los bloques formado por 4 celdas conectadas en paralelo. Con ello obtenemos una batería con 22,2V de voltaje nominal y 10.000 mAh de capacidad.
Si tenemos una batería 6S1P o 6S (significa que tenemos seis celdas en serie), tendríamos una tensión de 22.2 voltios para el conjunto. Si en cambio tenemos una conexión 3S2P, tendremos igualmente 6 celdas, pero esta vez con tres celdas en serie en un paquete, conectadas en paralelo a otro paquete de 3 celdas conectadas en serie; en este caso, tendremos una tensión de 11.1V para el conjunto pero la capacidad será el doble de la del caso anterior.
Con este ejemplo vemos cómo afectan las conexiones en los valores de los parámetros, para un número igual de celdas, 6 en ambos casos.
Generalmente, no nos interesa mucho cómo están armadas las baterías, así que nos remitimos y encontramos más informativo la segunda nomenclatura (3300mAh 3S 11.1V 25C ), Pues nos interesa saber el número de celdas y por ende, el voltaje (3S 11.1V), la cantidad de miliamperes (3300 mAh) y su capacidad de descarga (25C).
Ya sabemos que el voltaje nos indica la tensión eléctrica con la cual se va a trabajar y los miliamperios es la cantidad de energía potencial que tenemos “para gastar” en una hora…. Y aquí viene lo importante…
TASAS DE CARGA Y DESCARGA… LA FAMOSAS “C”
Un parámetro muy importante de las baterías son las famosas “C”. Se emplean para indicar la capacidad de carga y/o descarga que tienen.
La velocidad de descarga, podríamos definirla como la rapidez con la que la batería se puede descargar de forma segura, es decir, la cantidad de amperios que la batería nos puede suministrar durante una hora de forma continuada, y que normalmente viene expresada en referencia a su capacidad, como 15C, 20C, etc…
Tomemos el caso de una batería con la siguiente nomenclatura:
5000mAh 45-90C 2S 2C
Tenemos que se trata de una batería de 5000mAh, con una tasa de descarga de 45 a 90C y dos celdas (2S= 7,4v). En ocaciones en las baterías también se indica un valor para la tasa de carga, que en éste ejemplo son 2C y que nos indica que podríamos cargar la batería, fácilmente a 10 Amper en media hora.
La tasa de descarga se mide en ‘C’ y es la velocidad con la que se puede descargar la batería, es decir, la intensidad máxima que puede dar la batería de forma segura (esto es importante recalcarlo). La unidad ‘C’ básicamente significa por cuantas veces tienes que multiplicar la capacidad de la batería para saber la descarga máxima, con lo que se podría decir que la tasa de descarga viene definida en función a la capacidad de la batería.
Si nos fijamos, en la batería pone 2 números respecto a la descarga, 45-90C. El primero se refiere a la descarga constante y el segundo al máximo pico (burst en inglés), que soporta. Los C´s continuos se los puedes exigir a la batería constantemente sin problemas (o al menos teóricamente) pero los C´s de pico o burst solo se los puedes exigir durante un corto periodo de tiempo (normalmente unos 10 o 15 segundos máximo).
Siguiendo nuestro ejemplo, nuestra batería tiene una descarga constante de 45C, es decir, 5000mAh x 45C = 225.000mA (225A), y 450A de pico, pero dado que su capacidad es de 5000mAh y suponiendo que estuviésemos consumiendo al máximo nos duraría aproximadamente 1 minuto y 20 segundos. ¿Cómo llegamos a este cálculo? Si la batería da 5000mAh en una hora (60 minutos) y utilizamos una descarga de 45C (45 veces su capacidad) dividimos los 60 minutos por 45 y nos da 1.3 minutos, es decir, 1 minuto y 20 segundos.
Lo recomendable es comprar baterías que superen con su descarga continua, el consumo máximo de nuestro motor en un 50% o más para aumentarles la vida útil, porque de lo contrario van a sufrir mucho más y su vida se reducirá notablemente.
Dejo aquí un concepto a tener en cuenta a la hora de elegir las baterías: dado que la capacidad de descarga (en el ejemplo 225 Amp), depende de la capacidad de la batería y de las C de descarga, una batería con más capacidad y menos tasa de descarga puede dar la misma capacidad de descarga, es decir, una batería de 7500mAh y 30C da 225A igualmente.
TASA DE CARGA
Algunas baterías (normalmente las de buena marca) soportan tasas de carga superiores al nominal (en el ejemplo el nominal son 5000 miliamperes o, lo que es lo mismo, 5 Amp/hora); e incluso, algunas pueden manejar tasas hasta valores de varias veces el nominal (5C), lo que equivaldría a una velocidad de carga de 25 Amperes (5000mAh x 5C); es decir, la podríamos cargar en poco más de 10 minutos. Lógicamente tendríamos que tener un cargador y fuente de poder que tuviese esa capacidad de carga.
Si en la batería o en las nomenclatura o especificaciones [b]no[/b] figura la tasa de carga máxima; entonces se deduce que sólo puede soportar 1C de carga, es decir, que en nuestro caso deberíamos cargarla como máximo a 5 Amp y por lo tanto la carga demoraría 1 hora, poco más.
No es recomedable cargar siempre las baterías LIPO a su máximo C de carga, pues acort mucho su vida útil. Conviene, cada cierto tiempo, darle una carga más lenta y en el modo de Balance.
¿CUANTO DURA UNA BATERIA EN VUELO?
Para saber el tiempo que dura una batería operando en vuelo; teóricamente, conocida su capacidad y su velocidad de descarga (y suponiendo que el consumo que le vamos a exigir es este valor máximo de descarga de forma continua); tenemos la siguiente relación que nos da una primera aproximación:
Tiempo (min) = Capacidad de la batería (Amp*min) / Velocidad de descarga (Amp)
Es decir, en el ejemplo anterior, tenemos una batería con capacidad de 5000mAh, es decir, dividiendo entre 1000 para pasar a Ah, tenemos capacidad de 5Ah. Estos 5Ah multiplicados por 60 minutos que tiene 1 hora, nos da 300A*min.
Por otra parte, la velocidad de descarga hemos dicho que es 10C, es decir, 10*5A que es igual a 50A.
Luego el tiempo que nos dura la batería suministrando esta corriente de consumo máxima es:
T= 300A*min/50A= 6minutos
Todo esto claro está, es una corriente máxima teórica que la batería es capaz de suministrar; luego está la corriente que realmente suministra la batería en cada momento en función de lo que solicitemos de ella, ya que la carga o el consumo no es constante todo el tiempo; y además sería inviable que la batería estuviera entregando de forma continua su corriente máxima en todo momento.
Por este motivo, el tiempo calculado con la expresión anterior siempre es menor que lo que realmente suele durar, y además, ese resultado no tiene en cuenta factores como por ejemplo que la batería no debe descargarse completamente por razones de seguridad (recuerdan ese 80%?) y, aparte, existen pérdidas de potencia eléctrica “por el camino” por diferentes elementos del sistema.
Por lo tanto, para saber qué batería elegir, debemos ver primero qué carga tenemos (motor, etc…) y ver qué corriente va a necesitar durante su funcionamiento. El consumo máximo de la carga debe ser menor que la corriente máxima continua que es capaz de suministrar la batería; y aparte, deberíamos prever cierto margen de seguridad.
USO PRÁCTICO DE LAS TASAS "C"
- Las “C” de carga, nos indicará que intensidad de carga máxima admite. Esto es bueno para no dañar nuestras baterías o calentarlas en exceso en este proceso.
- Las “C” de descarga nos dirá la rapidez con la que podemos descargar nuestra batería. No todos los modelos trabajan de la misma manera. Un dron de carreras, un avión Ducted,o un acrobático, por sus diseños y prestaciones, necesitan una batería “cañera” que permita entregar mucha energía en el menor tiempo posible. Elegir una batería con baja tasa nos penalizará, ya que no atenderá las demandas de nuestros motores. En estos casos se necesitan baterías de alto rendimiento o baterías para drones de carreras . Por otro lado un multicóptero para filmación, trabajos aéreos o un velero (planeador) con motor, no necesitan esas tasas de descarga tan altas, porque no tienen demandas tan energéticas. Para este tipo de necesidades hay baterías diseñadas especialmente para multirrotores, que nos dan máximo tiempo en vuelo.
CARGADORES PARA LIPO
Este tipo de baterías nos brindan unas excelentes prestaciones, pero necesitan ser cargadas por unos aparatos específicos. Estos cargadores de baterías deben de poder chequear y cargar cada celda independientemente; por lo tanto, se deben cargar estas baterías con un sistema que trabaje en cada celda (balanceador). NUNCA USE UN CARGADOR QUE NO SEA CON PUERTO BALANCEADOR.
Esta baterías necesitan que sus celdas no difieran en su voltaje de más de 0,1V.
Cuando cargamos una batería que está formada por varios elementos, siempre hay el riesgo de que uno de los elementos reciba más carga que el resto y en el caso de las LiPo esto podría derivar en un sobrevoltaje de alguna de las celdas, con los consiguientes problemas (dañar la batería o incluso producir una explosión). Para ello, los cargadores LiPo (la mayoría), disponen del balanceador de carga, que lo que hace es controlar el voltaje de cada una de las celdas individualmente para ver cuál necesita ser cargada más y cual no.
Una herramienta indispensable en terreno es disponer de un tester de baterías. Este nos brinda información instantánea de cómo se encuentra esta, voltaje total, porcentaje de carga, voltaje de cada celda, diferencia de voltaje entre celdas… cantidad de parámetros para cuidar y prolongar su vida.
VIDA ÚTIL DE LA BATERÍAS
Las LiPo, como todas las baterías y acumuladores, tienen una vida útil o estimada de entre 350 y 400 ciclos de carga-descarga. Esto no quiere decir que cuando llegue a ese número se mueran y ya está. La batería pierde efectividad y no carga y descarga de la misma manera. Esto va sucediendo de manera paulatina. Llegado al punto que no cumple con nuestras necesidades energéticas, deberemos de deshacernos de ella en un lugar seguro ya que como todas las pilas, son residuos muy contaminantes y deberemos de cumplir la normativa.
Las LiPo tienen una caducidad de unos tres años desde su fabricación. Esto significa que a partir de esa fecha, van perdiendo prestaciones poco a poco. Por este motivo y para alargar su uso, es conveniente que compres tus LiPo´s en sitios donde haya rotación rápida o su stock sea mínimo.
ALMACENAMIENTO
Cuando por motivos diversos, necesitas guardar las baterías por varias semanas o meses, ya que no las vas a ocupar; es muy recomendable descargarlas. Una forma entretenida es hacerlo por medio de un vuelo, pero lo óptimo es usar la función STORAGE en tu cargador.
Esta función permite dejar tus baterías en un punto de equilibrio que evita el daño de la química interna y éstas no se inflan o deterioran.
FENÓMENO DE PASIVACIÓN (LIPOS "DURAS"):
Cuándo las baterías no se utilizan durante un tiempo prolongado, por temas químicos, se produce una película protectora de cloruro de litio en el ánodo de la batería que evita la autodescarga, lo que es algo positivo para el almacenamiento. Pero cuando esta capa es lo suficientemente gruesa por haber estado sin utilizar la batería una temporada larga, puede provocar que la batería no entregue sus máximas prestaciones hasta que esta capa se reduzca y la manera de reducirla es a base de cargas y descargas, de ahí que éstas mejoren al utilizar las baterías un par de veces más. Por eso mismo, las baterías nuevas deben hacérseles un “rodaje” antes de que entreguen su potencia máxima.
RIESGO DE EXPLOSIÓN!!!
Por su composición son muy sensibles al calor y los golpes. Hay alto riesgo de explosión por perforación del recubrimiento de la celda o una temperatura por encima de los 50ºC (jamás dejes tus baterías Lipo dentro de un vehículo encerrado).
También puede producirse cuando la carga de la misma no es la adecuada, provocando consecuencias fatales.
Por ello es recomendable el uso de bolsas específicas para su transporte y almacenamiento, miminizando riesgo de incendio y/o explosión.
CONSEJOS PARA SU USO
Para finalizar, conozcamos que cosas debemos hacer para garantizar un buen funcionamiento y longevidad de nuestras LiPo´s:
• Evitar golpes y perforaciones.
• No utilizar baterías excesivamente hinchadas. Ante la duda, desecharla y adquirir otra.
• Utilizar solamente cargadores diseñados para la carga de este tipo de baterías.
• No cargar por encima de su tasa de carga en amperios (A)
• Evita los cortocircuitos o los cambios de polaridad, son muy sensibles.
• No guardarlas cargadas, se van descargando y pierden eficiencia.
• Cargarlas cuando las vayamos a utilizar y si no las usamos, descargarlas para su almacenaje.
• No bajar de su voltaje nominal, y por supuesto que las celdas no bajen en ningún caso de 3,0V
• No cargarlas calientes o inmediatamente después de su uso.
• Mantener y transportar las baterías en sitio fresco y seco, a ser posible dentro de bolsas salva-lipos.
• Utiliza LiPo´s acordes con el modelo y sus necesidades energéticas.
Saludos y buenos vuelos.
