[Elettronica] Le batterie Li-Po


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Da diversi anni, nel panorama del modellismo dinamico elettrico, si sono affermate le batterie Li-Po o batterie ai Polimeri di Litio. Quando prendiamo in mano una batteria Li-Po possiamo notare che su quest’ultima sono riportate diverse sigle e caratteristiche tecniche; cerchiamo di capire a grosse linee cosa significano e come interpretarle al meglio per non andare incontro ad acquisti ed utilizzi sbagliati.

La capacità di durata: 5000mAh

Iniziamo con il numero stampato più in grande riportato sull’etichetta: in questo caso è “5000” seguito dalla sigla “mAh” ovvero milliampere/ora (mAh). Il milliampere/ora è di fatto un sottomultiplo dell’Ampere/ora e viene utilizzato per indicare la carica delle batterie elettriche. Se convertiamo 1000 milliampere/ora (mAh) in Ampere/ora (Ah) avremo esattamente 1 Ampere/ora (Ah) di corrente elettrica. Quindi i 5000 mAh della nostra batteria, una volta convertiti in Ampere/ora, corrispondono esattamente a 5 Ampere/ora di carica elettrica. La nostra batteria da 5 Ah o 5000 mAh sarà quindi in grado di erogare continuamente 5 Ampere per 1 ora prima di scaricarsi (erogando 1 Ampere, ci impiegherà 5 ore; erogandone 2, 2 ore e mezzo; erogando 10 Ampere, trenta minuti, e così via). Dovremo quindi usare questo parametro per misurare il tempo che impiegherà la nostra batteria per scaricarsi una volta che le avremo applicato un carico di assorbenza.

Il numero delle celle in serie: 2S

Le batterie Li-Po possono essere composte da una o più celle messe in serie. Ogni singola cella ha una tensione nominale pari a 3,7 Volt; questa tensione, quando la cella è completamente carica, è pari a 4,2 Volt mentre, quando è completamente scarica, scende a 2,7 Volt. La lettera S, affiancata ad un numero, ci indica esattamente il numero di celle messe in serie presenti all’interno della batteria. La sigla 2S sta ad indicare che la batteria è composta da 2 celle (S) e che la sua tensione nominale è pari a 7,4 Volt. Questo voltaggio è ottenuto moltiplicando la tensione nominale di ogni singola cella (che ricordiamo essere 3,7 Volt) per il numero di celle che compongono la batteria, in questo caso 2. Avremo quindi:

3,7 Volt x 2 celle = 7,4 Volt totali

Ne consegue che più celle saranno messe in serie al suo interno e più alto sarà il suo voltaggio nominale.

Esempi di batterie Li-Po:

1S: 1 cella x 3,7 Volt = 3,7 Volt

2S: 2 celle x 3,7 Volt = 7,4 Volt

3S: 3 celle x 3,7 Volt = 11,1 Volt

4S: 4 celle x 3,7 Volt = 14,8 Volt

5S: 5 celle x 3,7 Volt = 18,5 Volt

6S: 6 celle x 3,7 Volt = 22,2 Volt

Il numero di celle in parallelo: 1P

Con la lettera P si indicano quante celle sono montate in parallelo all’interno della batteria. Più celle uguali tra loro vengono messe in parallelo e maggiore sarà la quantità di corrente che la batteria sarà in grado di immagazzinare e poi di erogare. Va detto che l’aumento della messa in parallelo delle celle non aumenta in alcun modo il voltaggio complessivo della batteria. Quella presa come esempio è una 2S1P con capacità di 5.000 mAh: ha quindi due celle da 3,7 Volt cadauna (per un totale di 7,4 Volt) che insieme formano un singolo pacco la cui capacità è di 5000 mAh. Ora, se collegassimo in parallelo al pacco esistente un secondo pacco con le medesime caratteristiche, avremo una batteria 2S2P, vale a dire due coppie di celle da 3,7 Volt cadauna per un totale complessivo sempre di 7,4 Volt, la cui capacità è esattamente raddoppiata, passando da 5.000 mAh a 10.000 mAh.

50C Scarica costante – 100C Burst Scarica di picco

Con la lettera C, accostata ad un numero, si indica la capacità di scarica della batteria. Su quasi tutte le Li-Po sono indicate due distinti valori sempre accostati alla lettera C: uno è il valore della capacità di scarica costante, l’altro indica la capacità di scarica di picco (Burst). Il primo ci indica di fatto la quantità di corrente continua massima prelevabile dalla batteria. Il secondo valore indica invece la quantità di corrente massima prelevabile solo per pochissimi secondi (normalmente non più di 10). La batteria presa ad asempio possiede una capacità di carica di 5.000 mAh e 50C di scarica costante e 100C di scarica di picco (Burst); per calcolare i valori che ci interessano dovremo applicare il seguente calcolo:

mAH x C / 1000

Quindi, per calcolare la scarica costante, dovremo fare il seguente calcolo:

5.000 mAh x 50c = 250.000 mAh /1000 = 250 Ampere

250.000 mAh o 250 Ampere è il valore che può scaricare costantemente.

Per calcolare invece la quantità di corrente massima (Burst), prelevabile solo per pochissimi secondi, dovremo fare il seguente calcolo:

5.000 mAh x 100c = 500.000 mAh /1000 = 500 Ampere

500.000 mAh o 500 Ampere è il valore di corrente massima (Burst) prelevabile per circa 10 secondi.

Altro esempio ma con una batteria con valori minori:

Batteria Lipo 3S 1300 mAh 35C -55C Burst

1300 mAh x 35C / 1000 = 45,5 Ampere (scarica costante)

1300 mAh x 55C /1000 = 71,5 Ampere (scarica burst)

Corrente di carica 1C-5C

Con questa dicitura si indica la quantità di C di carica che la batteria può sopportare in fase di ricarica. Nel nostro caso abbiamo una batteria da 5.000 mAh e per trovare il valore di un singolo C basterà dividere i mAh per 1000, convertendoli cosi in Ah. Quindi avremo:

5.000 mAh / 1000 = 5 Ah

Questo é il valore di 1C di carica della nostra batteria, ovvero la quantità di corrente che il caricabatterie dovrà inviare alla batteria per ricaricarla “teoricamente in un’ora”. La dicitura, però, riporta da 1C a 5C; ciò significa che il costruttore dichiara che questa sua batteria è in grado di essere caricata a 1C, 2C, 3C, 4C e 5C. Ora dobbiamo sapere che, aumentando il numero dei C di carica, diminuiremo il tempo necessario per ricaricare la batteria. Quindi, sapendo che nel nostro caso 1C vale 5 Ah, abbiamo la seguente equazione:

nC : Ah = 60 minuti : x

che svilupperemo come segue:

Ah x 60 minuti /nC = Tempo di Carica

Esempio con 1C di carica

5Ah x 60 minuti / 5Ah = 60 minuti di tempo di ricarica teorico

Esempio con 2C di carica

5Ah x 60 minuti / 10Ah = 30 minuti di tempo di ricarica teorico

Esempio con 3C di carica

5Ah x 60 minuti / 15Ah = 20 minuti di tempo di ricarica teorico

Esempio con 4C di carica

5Ah x 60 minuti / 20Ah = 15 minuti di tempo di ricarica teorico

Esempio con 5C di carica

5Ah x 60 minuti / 25Ah = 12 minuti di tempo di ricarica teorico

Ovviamente, per poter caricare la batteria ad oltre 1C, abbiamo bisogno di un caricabatterie dedicato alle batterie Li-Po in cui sia possibile impostare manualmente i valori dei C di carica e che sia in grado di poter erogare gli Ah che ci occorrono. Personalmente consiglio di caricare le batterie sempre ad 1C, anche quando il costruttore indica nelle caratteristiche tecniche valori superiori. Il vantaggio é sicuramente quello di un minore stress della batteria, favorendo la sua longevità. Quando non ho fretta e mi trovo a caricare batterie di un certo valore, scendo anche a mezzo C ! Oltre a quanto scritto finora sulla carica delle batterie, è bene ricordare che le Li-Po hanno all’interno delle celle che devono rispettare un determinato range di voltaggio per non danneggiarsi. Ogni singola cella non deve, infatti, oltrepassare o abbassarsi sotto un determinato voltaggio. Quando una cella è completamente carica, il suo voltaggio massimo è di 4,2V; quando invece è completamente scarica, il suo voltaggio è pari a 2,7V. Con tale voltaggio la cella tende a gonfiarsi e a danneggiarsi seriamente fino a diventare inservibile e anche pericolosa. E’ buona norma quindi, onde evitare di rovinare la batteria, che non si superino mai i 4,2V per cella nella fase di carica e che non si scenda mai sotto i 3,2V per cella quando si scarica. Per rispettare il giusto voltaggio di carica, si rende quindi indispensabile l’utilizzo di un caricabatterie che carichi in maniera bilanciata, in modo che, “filtrando” la corrente, la suddivida per le singole celle facendole caricare tutte allo stesso identico voltaggio. Per rispettare il voltaggio di scarica ci vengono in aiuto diversi strumenti tra cui: il Cut Off del nostro ESC, i Cell Checker, un timer e, perchè no, anche l’esperienza.

Temperatura

La temperatura ambientale legata alle Li-Po è uno degli argomenti più discussi in rete e su cui ognuno ha la propria idea e convinzione. Personalmente, dopo aver letto molti articoli in rete, ho effettuato alcune prove e ho notato che nei giorni più caldi la resa delle batterie è stata leggermente migliore rispetto alle giornate invernali, nelle quali tendevano a scaricarsi più velocemente. Nel mio caso, la differenza è stata più evidente sui multirotori rispetto ai mezzi terrestri r/c come auto, moto e camion. Credo che questa condizione sia da attribuirsi al fatto che i modelli r/c che volano si trovino maggiormente esposti alle correnti di aria calda o fredda e quindi siano più soggetti a questa differenza di prestazioni delle batterie rispetto ai modelli r/c terresti.

Storage

Quando non usiamo le batterie Li-Po è buona norma “mandarle in letargo” usando il programma “Storage” presente normalmente nei caricabatterie di medio livello. Questo programma ha il compito di portare il voltaggio delle singole celle tra i 3,80V e i 3,85V. Tale operazione consente di non usare le batterie per alcuni mesi, stando tranquilli che non si rovineranno. Personalmente uso tale programma anche quando ho un fermo di una settimana tra un utilizzo e l’altro.

Sicurezza

Le batterie Li-Po sono prodotti abbastanza delicati, che vanno trattati con i giusti accorgimenti per non incorrere in spiacevoli inconvenienti come esplosioni, fiammate, anomali rigonfiamenti etc. Per prima cosa non utilizziamo mai pacchi di batterie che presentano dei rigonfiamenti: questi ultimi possono portare alla rottura dei componenti interni delle celle, con la conseguente fuoriuscita dei gas presenti al loro interno, i quali possono anche generare delle mini esplosioni. E’ buona norma evitare di farle urtare in modo violento contro altri oggetti o ostacoli; vanno evitate tassativamente anche le modifiche improvvisate del tipo “fai da te “e le forature degli hard-case, quando presenti. Bisogna stare attenti anche a non mandare le batterie in crisi, chiedendo a quest’ultime correnti superiori a quelle in grado di erogare e indicate nella scheda tecnica. Anche la temperatura d’esercizio va monitorata: appena finito l’utilizzo della batteria, la temperatura dovrebbe aggirarsi intorno ai 40°-45° (se la temperatura tende ad avvicinarsi ai 55°-60° è il caso di farla raffreddare fino a temperatura ambiente e poi sarà possibile effettuare una nuova ricarica). Se l’episodio si ripete ad ogni fine utilizzo e si accennano anche dei leggeri rigonfiamenti che tendono a sparire quando si raffredda, vuol dire che la batteria che stiamo utilizzando è sottodimensionata dal punto di vista dei C; va quindi sostituita con un’altra più performante e adatta alle esigenze del nostro modello r/c. Quando si effettuano le operazioni di carica/scarica è sempre sconsigliato lasciare incustodite le batterie Li-Po; se proprio non si possono seguire tali operazioni, sarebbe opportuno riporre le batterie nelle apposite sacche o case ignifughi in metallo. Anche quando non vengono utilizzate sarebbe consigliato lasciarle riposte all’interno di questi ultimi; nel caso non li avessimo a nostra disposizione, conviene poggiarle su delle basi in metallo o in muratura e lontano da oggetti infiammabili.

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Gettermachine

Informazioni su Gettermachine

Credo che il modellismo abbia fatto sempre parte del mio DNA, ricordo infatti che sin da piccolo avevo la passione di lavorare con degli attrezzi, costruire oggetti, aprire giocattoli per verificare come fossero fatti al loro interno e per capirne il loro funzionamento. A consacrare questa mia passione fu una macchinina radiocomandata con motore a miscela che mi fu regalata per il mio decimo compleanno nel lontano 1986. Negli anni, questa mia passione si è sempre più consolidata fino ad abbracciare diversi settori modellistici e collezionistici, gokin, A/F, prop repliche, busti, auro r/c etc. Dal 1991 sono sulla rete come vortice11 e gettermachine, e dal 2006 ho dato vita al forum MetalRobot e ai siti gokin.it, metalrobot.it e onroadrc.it!