Etiqueta de polímero de litio: una guía completa para trabajar con LiPo

En este Instructable, repasaré los aspectos básicos de la carga, descarga, manipulación, uso, almacenamiento y cuidado adecuados de las baterías de polímero de litio para que pueda usarlas de manera segura y efectiva en sus proyectos futuros. Ahora, de ninguna manera es la información general y final, y siempre es importante consultar las instrucciones para su equipo específico, pero creo que este Instructable proporcionará una buena base de conocimiento sobre el tema de estas increíbles baterías. .

Paso 1: terminología

Si es nuevo en las baterías de polímero de litio / LiPo / LiPoly, debe conocer muchos términos antes de comenzar. Al principio, todo puede parecer un poco desalentador, pero con una comprensión básica, todo es bastante simple, así que entremos.

Cuando miras la hoja de datos o la carcasa de un LiPo, notarás que tiene muchas especificaciones.

Disposición de las celdas: descrita usando el formato xSyP (donde x e y son enteros), esto le indica cómo están conectadas las celdas de la batería. Las baterías están formadas por celdas, cuyo voltaje está determinado por la química de la celda y cuya capacidad está determinada por la densidad de energía y el tamaño físico de la celda. S significa serie y P significa paralelo. Como sabrán, la serie agrega el voltaje de las celdas y el paralelo agrega la capacidad de las celdas, por lo que una combinación de celdas en serie y en paralelo da como resultado una batería. La batería que se muestra en la segunda imagen dice que tiene una disposición de 3S1P, lo que significa que tiene 3 celdas que están todas en serie sin cableado paralelo. Esto puede parecer confuso porque dice "1P", pero piense en la disposición como una cuadrícula. Al multiplicar el 3 y el 1, obtienes el número total de celdas en la batería, que en este caso es 3. Si se tratara de una batería 3S2P, habría 2 juegos de 3 celdas cableadas en serie en paralelo, lo que da como resultado 6 total de celdas. Muchas veces se omite la disposición paralela cuando se discuten las baterías, porque la mayoría de los paquetes son 1P (por lo que en lugar de decir que está usando un paquete 3S1P, también puede decir 3S).

Capacidad: generalmente se mide en mAh (miliamperios horas), esto está determinado por la disposición de la celda (en paralelo) y le dice cuánto tiempo puede esperar que la batería dure con una carga (aunque no es tan simple). 2600 mAh como se muestra en la batería en la imagen es igual a 2.6 Ah (amperios por hora), un formato con el que puede estar más familiarizado con baterías más grandes, como el SLA (ácido de plomo sellado) en su automóvil, que probablemente sea de alrededor de 50 Ah. Una capacidad de 2600 mAh significa que la batería puede descargarse a 2.6 amperios por una hora (por lo tanto, "amperios por hora"), 1.3 amperios por 2 horas, etc., antes de que se agote el "jugo". Debido a que la batería que se muestra tiene una disposición de 1P, cada celda tiene una capacidad de 2600 mAh.

Voltaje: el voltaje de una batería también está determinado por la disposición de la celda (serie), y hay algunas mediciones de voltaje comunes que vale la pena señalar:
Cargado: el voltaje de una celda LiPo completamente cargada es de 4.20V, y cargar por encima de esto dañará la celda.
Nominal: esto puede considerarse una especie de voltaje "medio cargado", ya que es 3.70V, entre cargado y descargado. El voltaje nominal es lo que usan los fabricantes al describir el voltaje de sus baterías.
Descargada: el voltaje de una celda LiPo descargada es de 3.00V, y una descarga por debajo de esta definitivamente dañará la celda.
Debido a que la batería que se muestra tiene una disposición 3S, está marcada con su voltaje nominal de 11.1V (3.70V * 3 celdas). Un paquete 3S completamente cargado es de 12.60V y un paquete 3S completamente descargado es de 9.00V.

Clasificación C constante (descarga): la clasificación C constante (en relación con la descarga) le indica cuántos amperios se pueden extraer de forma segura de la batería constantemente. La "C" en una clasificación de xC (donde x es un número entero) en realidad representa la capacidad de la batería en Ah. Al multiplicar el coeficiente de la calificación C por la capacidad de la batería en Ah, puede determinar el tipo de amperaje que puede extraer. En el caso de esta batería, con una capacidad de 2600mAh (2.6Ah) y una calificación C de 55C (que es bastante alta, para su información), puedo multiplicar 55 * 2.6 y obtener la salida máxima constante de mi batería, que es 143A.

Clasificación de ráfaga C (descarga): además de la clasificación constante de C, también hay una clasificación de ráfaga C, que es más alta. La mayoría de las veces, la "explosión" se califica durante 10 segundos. Aunque no está marcado en la batería en la imagen, dice en la documentación que la capacidad de estallido de 10 segundos de esta batería es 80C. Entonces, 80 * 2.6 es una explosión de 208A. ¡Eso es mucho! Vale la pena señalar que su LiPo no durará mucho cuando se extraigan tantos amplificadores. A 208 A, un LiPo de 2600 mAh durará aproximadamente 45 segundos.

Clasificación C (carga): determinada de la misma manera que las clasificaciones C para descarga, la clasificación C para carga le indica a qué amperaje puede cargar su batería de manera segura. Esta información generalmente aparece en la parte posterior de la batería con toda la información de seguridad. Para la batería que se muestra, resulta ser 5C, lo que significa que se puede cargar a 13A (2.6 * 5). Hablaremos mucho más sobre las tasas de carga más tarde ...

Paso 2: la batería

Ahora que tenemos algo de teoría sobre la batería, echemos un vistazo a algunas baterías LiPo.

Todas las baterías de LiPo (deberían) tienen 2 juegos de cables que salen de ellas: cables de descarga y cables de equilibrio (a veces llamados derivaciones de equilibrio). Los cables de descarga son los cables más gruesos de los cuales hay un positivo (rojo, +, ánodo) y negativo (negro, -, cátodo), y se usan para descargar el LiPo como su nombre indica. Los cables de equilibrio se usan cuando se carga la batería para garantizar que todas las celdas de la batería se carguen por igual. Generalmente hay una conexión a tierra común en un lado del conector de equilibrio, así como una conexión positiva a cada celda de la batería. Por lo tanto, dependiendo del número de celdas que tenga la batería, tendrá un conector de equilibrio con un número diferente de pines.

Paso 3: el cargador

Para cargar baterías LiPo, debe usar un cargador compatible con LiPo. Si intenta cargar un LiPo con un cargador que no sea LiPo, algo se incendiará. Como esta no es una guía de compra, no entraré en modelos o recomendaciones de cargadores específicos, pero diré que el 90% de los cargadores de LiPo utilizan exactamente la misma interfaz de usuario y tienen los mismos componentes internos básicos. Comparemos 2 cargadores y hablemos sobre especificaciones y diferencias:

Cargador # 1: Dynam Supermate DC6
Cargador # 2: Thunder AC6

Entrada de energía: debe suministrar más energía a su cargador de la que emite debido a la ineficiencia. Mi Thunder AC6 se puede enchufar directamente a la pared porque tiene un adaptador de CA incorporado, mientras que Supermate DC6 requiere una fuente de alimentación externa (el Thunder AC6 también puede recibir energía de una fuente de alimentación externa, pero no tiene mucho sentido para el uso doméstico). Ambos cargadores tienen una salida máxima de 50 W, lo que significa que necesitan tomar más de 50 W de entrada ... digamos 60 W al menos, probablemente más solo para estar seguros.

Potencia de salida: como dije, tanto Thunder como Supermate tienen una potencia máxima de 50W. Recuerde que la potencia es el producto del voltaje y la corriente, por lo que su corriente máxima que utiliza para cargar su batería depende del voltaje de su batería y viceversa. Sin embargo, los cargadores también tienen un voltaje máximo / mínimo y una salida de corriente máxima / mínima además de sus limitaciones de potencia. Ambos cargadores tienen un rango de salida de corriente de 0.1-5.0A y un rango de voltaje de 1-6S para LiPo (4.2-25.2V cargados). Eso significa que si bien podrá cargar una batería 2S a 5A (8.4V * 5A = 42W), no podrá usar esa misma corriente para cargar una batería 3S (12.6V * 5A = 63W) . Para una batería 3S, la corriente de carga máxima en un cargador de 50W será 3.9A (50W / 12.6V = 3.968A) .

Equilibrio: el equilibrio de las células es posiblemente la parte más importante de la carga de una batería LiPo. A medida que se utilizan baterías LiPo, sus celdas pueden descargarse de manera desigual y quedar "desequilibradas". Para combatir esto, los cargadores de equilibrio como estos se conectan a los cables de equilibrio de la batería LiPo, así como a los cables de descarga, lo que les permite cargar individualmente y "equilibrar" las celdas dentro de la batería LiPo para que todas las celdas tengan el mismo voltaje (4.20 V, ¿recuerdas?) Al final de la carga. Algunos cargadores de LiPo no tienen capacidades de equilibrio, y cuando este es el caso, es necesario comprar y usar un equilibrador separado. Como no tengo mucha experiencia en el uso de equilibradores independientes, no entraré en detalles sobre ellos.

Funciones adicionales: algunos cargadores tienen funciones adicionales como detección de temperatura o conectividad USB. Ambos cargadores tienen una entrada de sensor de temperatura, que puede ser útil si desea dejar de cargar su batería si las temperaturas exceden un valor predeterminado (volveremos a esto más adelante). El Thunder AC6 tiene USB que funciona con una aplicación de Windows para el registro de datos. Es genial, pero no es especialmente necesario la mayor parte del tiempo.

Paso 4: otro equipo

Además de las baterías y los cargadores, hay algunas otras cosas que necesita para cuidar sus LiPos:

Multímetro digital: a veces las lecturas de voltaje en los cargadores no son totalmente precisas, por lo que es bueno poder siempre recurrir a un multímetro confiable para verificar. Cuando uso una batería LiPo nueva, siempre verifico el voltaje de cada celda con un multímetro después de quitarlo del cargador para asegurarme de que esté cargado correctamente.

Alarma / corte de bajo voltaje: se usan junto con su batería LiPo cuando se está descargando. Una alarma o corte de bajo voltaje, o LVC como se lo conoce más comúnmente, se conecta al conector de equilibrio de la batería y monitorea el voltaje de cada celda. Cuando cualquier celda por debajo de un voltaje seguro (este umbral depende del LVC pero generalmente está entre 3.3V y 3.0V), el LVC o LVA lo alertará con luces y / o un timbre, o cortará la energía para evitar una mayor descarga . Los dispositivos electrónicos que funcionan con baterías de LiPo generalmente tendrán esta característica incorporada, pero si está usando un LiPo con algo que no está diseñado para ello, deberá usar uno de estos o algo equivalente.

Estuche / bolsa de carga: los LiPos NUNCA deben cargarse en un espacio abierto por razones de seguridad. Si algo sale mal dentro de un LiPo, literalmente disparará llamas, incendiando fácilmente cualquier cosa. La mayoría de las personas cargan sus LiPos en bolsas de LiPo, que son mangas acolchadas e incombustibles que pueden ventilar el humo pero mantienen las llamas adentro. Sin embargo, prefiero el método de la caja de munición, principalmente porque se ve mucho más fresco y asusta adecuadamente a las personas. Para fines ilustrativos de este Instructable, estoy cargando mi LiPos al aire libre, pero nunca lo haría de otra manera, ya que mantener su LiPos seguro mientras se carga es probablemente lo más importante que puede hacer.

Paso 5: Configuración de carga de saldo

La carga de baterías LiPo, especialmente la carga equilibrada, es un proceso muy preciso. Si te equivocas, sucederá algo malo, pero afortunadamente los cargadores de LiPo hacen todo lo posible para no hacer incendios.

Al configurar un cargador para equilibrar la carga de las baterías LiPo, se le presentan 2 parámetros principales: corriente y voltaje.

Corriente de carga: la corriente a la que debe cargar su batería LiPo depende de la capacidad de la batería y de la clasificación de carga C. Sin embargo, independientemente de la clasificación de carga C, la mayoría de las personas cargan sus LiPos a 1C, ya que es la tasa más segura, tanto desde el punto de vista del peligro de incendio como de la duración de la batería. Cargar su LiPo a una velocidad más alta hará que se cargue más rápido, pero cargar a velocidades altas también disminuirá la vida útil de la batería a largo plazo.

Voltaje de carga: este es el voltaje nominal de la batería que desea cargar. Muchas veces el cargador indicará la disposición de la celda (como "3S") junto a su voltaje nominal para un reconocimiento más fácil. Mis cargadores comprueban la batería contando sus células a través del enchufe de equilibrio y no se cargarán si el voltaje seleccionado y el voltaje de la batería no coinciden, lo cual es una muy buena característica de seguridad.

Aquí hay algunos escenarios de carga de saldo LiPo de la vida real:

2600mAh 3S LiPo cargado a 1C
1C * 2.6Ah = 2.6A corriente de carga
3S * 3.7V = 11.1V voltaje de carga
2.6A * 12.6V (voltaje completamente cargado) = 32.76W consumo de energía

1800mAh 2S LiPo cargado a 1C
1C * 1.8Ah = 1.8A corriente de carga
2S * 3.7V = 7.4V voltaje de carga
1.8A * 8.4V (voltaje completamente cargado) = consumo de energía de 15.12W

5000mAh 2S LiPo cargado a 1C
1C * 5.0Ah = 5.0A corriente de carga
2S * 3.7V = 7.4V voltaje de carga
5.0A * 8.4V (voltaje completamente cargado) = 42.00W consumo de energía

Todas estas cargas de sus respectivas baterías son muy seguras y están dentro del ámbito de la capacidad del cargador. Además, cada una de estas cargas, debido a que se realizan a una velocidad de carga de 1C, teóricamente toma 1 hora para cargar cada batería de 3.00V por celda "muerta" a 4.20V por celda "llena". En la vida real, el tiempo de carga varía según el grado de descarga de la batería (la mayoría de las veces dejará de usar la batería antes de que alcance 3.00V / celda) y el grado de desequilibrio entre las celdas (cuanto más desequilibradas estén, cuanto más tiempo tarde el cargador en equilibrarlos).

Solo para más ilustración, echemos un vistazo a las mismas baterías, pero esta vez cargadas a 2C:

2600mAh 3S LiPo cargado a 2C
2C * 2.6Ah = 5.2A corriente de carga
3S * 3.7V = 11.1V voltaje de carga
5.2A * 12.6V (voltaje completamente cargado) = consumo de energía de 65.52W

1800mAh 2S LiPo cargado a 2C
2C * 1.8Ah = 3.6A corriente de carga
2S * 3.7V = 7.4V voltaje de carga
3.6A * 8.4V (voltaje completamente cargado) = consumo de energía de 30.24W

5000mAh 2S LiPo cargado a 2C
2C * 5.0Ah = 10.0A corriente de carga
2S * 3.7V = 7.4V voltaje de carga
10.0A * 8.4V (voltaje completamente cargado) = consumo de energía 84.00W

Podemos ver que los cargadores que poseo son incapaces de cargar la batería 2600mAh 3S y la batería 5000mAh 2S a 2C, pero hay muchos otros cargadores que sí. Cargar a 2C significa que cada carga teóricamente tomaría solo 30 minutos. Nunca cargue la batería a una velocidad superior a la prevista. Incluso entonces, todavía no recomiendo cargar ninguna batería por encima de 1C, ya sea que esté clasificada para ello o no. Puede hacerlo si su batería es capaz y tiene poco tiempo, pero las cargas repetidas a tasas C más altas desgastan su batería más rápido que las cargas a tasas C más bajas.

Paso 6: carga de saldo

Después de configurar su cargador para el LiPo que va a cargar, es hora de enchufar todos los cables en el lado de la batería de las cosas. Enchufe el adaptador de equilibrio en el cargador, y el equilibrio de la batería se dirige a la ranura correspondiente del adaptador de equilibrio (solo cabe en el que está hecho para su recuento de células). Luego, conecte los cables de carga del cargador a los cables de descarga de su batería. Dependiendo de su cargador y sus accesorios, puede conectarse a su batería de diferentes maneras. En mi caso, el cargador viene con una variedad de cables de conexión tipo banana. Convenientemente extravié los cables que se conectan al enchufe de mi batería (llamado enchufe Deans Ultra), así que tuve que usar un enchufe diferente en el cable del cargador y colocar un adaptador entre eso y mi batería ...

Una vez que todo esté enchufado, continúe y comience a cargar su LiPo. Como dije, después de decirle a mi cargador que se inicie, verifica las celdas de la batería y me pide que confirme mi configuración antes de que comience a cargar, por lo que la suya puede hacer lo mismo.

Los cargadores LiPo siguen un proceso de 2 partes, usando primero una técnica de "corriente constante" y una técnica de "voltaje constante" en segundo lugar. Durante la parte de "corriente constante" del proceso, el cargador aumenta a su salida de amperaje especificada y mantiene ese amperaje constante a medida que aumenta el voltaje de la celda. Cuando las celdas alcanzan cierto umbral, el cargador cambia a "voltaje constante". Durante esta parte, el cargador varía la salida de corriente para mantener todas las celdas de la batería al mismo voltaje. El equilibrio ocurre en esta parte del proceso de carga. A medida que el cargador se acerca a su finalización, la corriente disminuye significativamente hasta que la batería se carga completamente a 4.20V por celda, momento en el cual el cargador se detiene.

Mientras su LiPo se está cargando, tenga cuidado con las temperaturas (¡le dije que volvería!). Un LiPo que funcione correctamente no debe exceder los 90-100 grados F mientras se carga. Si parece que se está poniendo más caliente que eso (puede sentirlo con la mano, leerlo con el sensor de temperatura del cargador o usar un termómetro IR), deje de cargarlo inmediatamente. Dentro de mis cargadores, puedo configurar el cargador para que corte la energía de la batería a un umbral de temperatura.

Paso 7: almacenamiento

Si no planea usar su LiPo por un período prolongado de tiempo (unas pocas semanas a un mes o más), es una muy buena idea almacenarlo correctamente. El primer paso para el almacenamiento de LiPo es cargarlo / descargarlo al voltaje de almacenamiento adecuado. LiPos, como todas las otras químicas de batería, se autodescarga, pero a un ritmo muy bajo. Si se deja descargado, un LiPo puede descargarse más allá de su rango de voltaje seguro, volviéndolo inútil y peligroso la próxima vez que desee cargarlo. Si se deja completamente cargada, las celdas en un LiPo se desequilibrarán rápidamente. El voltaje de almacenamiento adecuado para un LiPo es 3.85V por celda. La mayoría de los cargadores LiPo tienen una función de almacenamiento que cargará o descargará la batería hasta que alcance los 3.85V por celda.

Como mis cargadores tienen un rango de descarga de 0.1-1.0A, la velocidad máxima de carga de almacenamiento es 1.0A, por lo que lo configuré lo más cerca posible de 1C (generalmente el 1.0A completo) y configuré el voltaje de acuerdo con la batería I querer almacenar

Después de que su LiPo esté a 3.85V por celda para almacenamiento, puede encontrar un buen lugar para que se quede. Los LiPos se almacenan mejor a temperaturas relativamente bajas (40-45 grados F), por lo que un refrigerador es un excelente lugar para ellos. Es una buena idea proteger las baterías almacenadas en caso de incendio, por lo que recomiendo colocar el LiPos en una bolsa de LiPo y poner la bolsa de LiPo en el refrigerador. Sin embargo, la nevera no es el único lugar para LiPos. Cualquier lugar con baja humedad y temperaturas razonables será suficiente.

Paso 8: descarga

En algunos casos, deberá descargar completamente su LiPo. La razón más probable para esto es medir la capacidad, porque cargar de 3.0V por celda a 4.2V por celda (o descargar de 4.2V por celda a 3.0V por celda) es la única forma de juzgar con precisión la capacidad. Como dije en el último paso, mis cargadores tienen una corriente de descarga máxima de 1.0A, así que eso es lo que uso cuando descargo la mayoría de mis LiPos a menos que sean realmente pequeños (los autos RC en los que uso mi LiPos consumen constantemente 25-75A, entonces 1A no es un problema para mis baterías). Piense en la clasificación C constante para la descarga de su batería y acérquese lo más posible a su corriente de descarga constante máxima.

Por las razones mencionadas en el último paso, no deje su LiPos completamente descargado por mucho tiempo o corre el riesgo de no poder cargarlo nuevamente.

Paso 9: uso

Si cuida su batería LiPo, se encargará de usted. O no quemar su casa al suelo al menos. Aquí hay algunas pautas a seguir para el uso seguro de LiPos:

-no lo pinches ni lo pinches. el fuego sucederá

-No lo dejes caer. el fuego sucederá

-No lo corto. el fuego sucederá

-no lo sobrecargues. el fuego sucederá

-No dejes que se sobrecaliente. el fuego sucederá

-No lo tires al fuego. más fuego ocurrirá

Dejando de lado todos los chistes, siga las instrucciones que vienen con su equipo y debería estar bien, pero siempre manténgase alerta. Evite alejarse de su cargador mientras está funcionando en su LiPo, porque si algo sale mal, es bueno estar cerca para que funcione bien ... o al menos menos mal.

Una de las pautas más importantes para una buena experiencia con estas baterías es trabajar siempre dentro de las capacidades eléctricas de su LiPo haciendo lo siguiente:

-controla constantemente el voltaje de cada celda de forma manual o, mejor aún, automáticamente con un LVC o algo similar

- Haga coincidir los componentes de su proyecto para asegurarse de que nunca extraiga demasiada corriente de su LiPo


Planeo actualizar este Instructable en el futuro con información adicional y respuestas a las preguntas de las personas. Mientras tanto, califique y comente este Instructable. ¡Espero que haya proporcionado alguna información útil sobre el ámbito del polímero de litio!

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