Baterias de li-on Li-po Anatomia de um monstro

[Marco Antonio]

Quando os elétricos apareceram no mercado ainda reinava o mundo de Ni-cad, sendo assim os modelos sofriam e muito, até na pintura deveria se economizar(os famigerados aviões ambulância como eu chamava para ódio do tio Regis). Os motores também não ajudavam mas eram as baterias o maior de todos os vilões.
Vieram ass Metal Hidreto mas foi um reinado curto.... exatamente nessa época eu tive contato com células de li-on, o equipamento que fabrico tinha que usa-las e então fui um dos primeiros a te-las nas mãos...
Elas equipavam os melhores celulares e cogitava-se em usar em aeros.
Não mais que de repente apareceram à venda... e com elas os carregadores que logo de inicio causaram tantos estragos.
Mas como isso é possível?

Uma das vantagens das pilhas de lítio é que cada célula fornece de 3,6(li-on) e 3,7(li-po) então uma célula substitui três de nicad e com peso menor e densidade maior.
As células de li-on são formadas por um anodo de grafite, um catodo de oxido de cobalto, ou oxido de lítio de mangnesio, e um eletrólito liquido orgânico no qual são dissolvidos sais de lítio. A tensão nominal é de 3,6V no caso de catodo de oxido de cobalto e de 3,7V para o catodo de oxido de lítio-mangnezio. A tensão final e de carregamento é de 4,1 no caso de uma célula de 3,6 (li-on) e de 4,2 para uma célula de 3,7 (li-po)
Essas tensões tem que ser extremamente respeitadas(margem de +/- 50mV sob pena de dano e ou explosão, também é necessário que jamais caiam para menos de 2,5V o que no caso causa sua perda .

Próximo capitulo.... reações químicas na carga e descarga, ou como colocar fogo em sua casa.

[Marco Antonio]

A carga com tensão elevada pode danificar facilmente as pilhas de lítio(e sua casa, seu carro, seu gato ou sua sogra... hum, boa idéia)
Se a tensão for superior em apenas 1% a tensão ideal já se corre o perigo de se transformar íons de lítio em lítio metálico que reage violentamente com a água do eletrólito dando origem a um calor extremo que origina uma chama com temperaturas elevadíssimas.
Nas baterias de li-po isso resulta simplesmente em chama intensa que pode chegar a mais de 2000 graus e na bateria de li-on por ter um invólucro metálico a pressão altíssima ocasiona o rompimento da tampa de segurança de forma explosiva enviando material incandescente a media distancia incendiando tudo o que encontra pela frente... eu vi isso de perto, bem perto.

De outra forma se a tensão de carga for baixa a quantidade de energia armazenada também é pequena. Uma tensão de 100mV abaixo do valor ideal resulta numa redução de até 7% na energia acumulada

Assim a descarga além de níveis determinados origina um decréscimo irreversível de sua capacidade para armazenar energia nos carregamentos seguintes.
Reações químicas na bateria

Pólo positivo. Li Co O2 Æ lil-n Co O2 +nLi+ ne-

Pólo Negativo C+ xLi ++ xe- Æ C Lin

[Marco Antonio]

Quando apareceram as primeiras células elas vieram, claro com os primeiros carregadores. As células que chegaram primeiro ao mercado foram as de li-on com tensão de 3,6V e tensão de carga de 4,123V os carregadores se adaptaram perfeitamente e logo o mercado ficou ávido por mais e mais energia..... foi quando o perigo se instalou.
Por mais que digam o contrario, engenheiros cometem erros, se não fosse assim aviões cairiam somente por erro humano ou por intervenção divina, e na ânsia de colocar as coisas no mercado muita experiência foi feita com o consumidor sem ele ao menos saber disso.... até que alguma coisa saia errada.
Hoje passados três anos a tecnologia está bem conhecida e acidentes são raríssimos, eu tive um que poderia ter sido bem sério e só aconteceu porque coloquei pra carregar 2S na tensão de 3S. Faço meu próprio carregador e como na casa de ferreiro o espeto é de pau eu não coloquei um selecionador automático de tensão... mas assim a vida fica mais emocionante.

Essas novas baterias são tudo o que se queria e que se espera, são leves... estão cada vez com mais capacidade de carga e descarga e hoje o problema está em como alimentar monstros tão famintos, mas nem tudo é festa

Você compra seu pack e depois de alguns usos se pergunta.... uééééé ó que ta acontecendo com a danada?
Logo no inicio dessa tecnologia eu levantei a questão do desbalanceamento, fui taxado, xingado e questionado.... a razão venceu e o método de balanceamento hoje segue rigorosamente o que eu conlui !

As baterias não são elementos perfeitos com capacidade de carga e descarga rigorosamente iguais, elas tem sutis diferenças que em alguns ciclos começam a aparecer...

Quanto mais células tem um pack maior é a chance disso aparecer mais cedo e o que ocorre é simples:
O sistema enxerga o pack como uma célula única e o carregador também, na descarga uma célula se descarrega mais do que outra e na carga o mesmo acontece aumentando-se o risco de acidente por sobrecarga ou perda de uma célula por sobre descarga.

O balanceador simplesmente monitora a carga e ao uma célula atingir a tensão de monitoramento transfere a carga para um circuito paralelo “desligando” a célula do pack e mantendo a carga nas outras até que todas estejam equilibradas. Isso ocorre geralmente em 4,1V na li-po e como foi dito ainda é necessário deixar ela terminar a carga para alcançar capacidade máxima.

Os modernos balanceadores integrados já fazem isso... e eu também tenho um assim, afinal o espeto de pau pegou fogo

[Marco Antonio]

Isso é só uma mostra... em breve teremos baterias mais poderosas, e carregadores mais maravilhosos ainda....
Hoje temos bateria e motores capazes de superar o seu equivalente Glow, o que vem por ai quem viver verá.

Esse material foi retirado de uma serie de artigos e de experiencias próprias.... algumas bastante arriscadas.

[claudiorfoi]

Ótima informação, Marco. Eu também li muita coisa sobre as Lítio, e sempre fico preocupado quando o pessoal começa a passar "receitinha" usando bateria de celular...

[Marco Antonio]

Processo de carga...

A forma mais segura de se fazer a carga de uma bateria de lítio(a única alias) se utiliza de dois processos.

Primeira fase: tensão crescente

Nessa fase a bateria é colocada com uma DDP de 4,123V para li-on e 4,23V para li-po(por célula) com corrente de 1C mas o recomendável é 0,7C
Ao atingir cerca a tensão de carga entra a segunda fase

Segunda fase: tensão fixa corrente decrescente

Nessa fase a tensão não sobe nem mais um putalhometro de volt (unidade infinitamente pequena, menor que 1 pentelhometro) e a corrente vai caindo até atingir cerca de 10% a 5% da corrente nominal da célula nesse ponto atingindo a total e completa carga da bat

É na fase de tensão crescente que ocorre uma parte do desbalanceamento, se uma célula estiver mais descarregada do que a outra o conjunto irá atingir a tensão máxima que o carregador enxerga mas duas células estarão com mais do que o maximo permitido e a outra com carga menos, ao descarregar essa ira chegar ao mínimo mais rápido fazendo o pack chegar a tensão de corte antes da hora e a coisa vai crescendo até ou queimar, ou perder todo o pack.

[Marco Antonio]

Os carregadores de renome utilizam uma série de processos automáticos para segurança e alguns realizam alguns procedimentos perigosos...(sim, realizam mas não são todos.) Eu nunca comprei um carregador e tirando um único acidente nunca tive problema com o meu, que alias eu ainda prefiro, mas isso é minha opinião, faço por conta e risco e não recomendo a ninguém fazer a não ser que saiba o que está fazendo e o risco que está correndo.

[Maicon]

Com sempre Marco Antonio e seus posts FLOMENAIS xD

Eu andei constatando isso na minnha lipo ontem, eu dei uma carga nela celula por celula ate ficarem as duas com a mesma voltagem, ai voei tdo certoo......... Quando chego em casa vou medir cada celula e constatei que as celulas estavam com 3,45V e a outra com 3,42V.
Pq sera que isso esta ocorendo??


Outra duvida que sempre tive:
Eu posso caregar a bateria antes do CUT-OF do speed cortar ou so quando o speed comesar a cortar o motor??


Maicon...

[Marco Antonio]

Cada bateria tem uma capacidade de descarga ligeiramente diferente da outra pois cada bateria tem uma resistencia interna ligeiramente diferente da outra e é por isso que ocorre o desbalanceamento.
tanto faz, as baterias não se importam se vc carrega elas assim ou depois, elas só ficam amuadinhas se vc deixar elas ficarem desbalanceadas

[William Okamura]

Marco, procurei pelo forum e nao achei nada sobre carregar lipo com carregador de lion, eu tenho um triton que foi feito para lion, porem todos inclusive a great planes jura de pe junto que tambem carrega lipo sem problemas.. isso pode prejudicar minhas lipo??
Abracos..

[FELIPE BARROS]

A PERGUNTA Q NÃO QUER CALAR:

LIPO TEM EFEITO MEMÓRIA????

posso recarregar o PACK antes de a tensão estar perto de 2,5V por célula?

[Marco Antonio]

Essa pergunta nem deveria ter sido feita.... já está patente que não tem!

O tal "efeito memoria" é explicado pela teoria da metalurgia do pó, todas as bat antes dela usavam anodo ou catodo metalico em forma de pó para aumentar a area, com o tempo o pó forma cristais que vão diminuindo sua area e consequentemente a capacidade, o processo de "recuperação" tenta desfazer os cristais mas nunca fica perfeito.

E não há anodo ou catodo em pó metalico na lithium.

Você pode recarregar as lithium a partir de qualquer instante, o que acontece é o desbalanceamento(exorciza um demonio e logo aparece outro)... mas é só usar um balanceador que tudo bem.

[ArthurB]

Aproveitando o topico,

baterias de nicd não desbalanceiao?

[Marco Antonio]

[quote:135a95e671="ArthurB"]Aproveitando o topico,

baterias de nicd não desbalanceiao?[/quote:135a95e671]

Você quis dizer:
Baterias de nicad não desbalanceiam.. né!

Sim, todo pack de bateria recarregavel uma hora ou outra acaba ficando desbalanceado.

[claudiorfoi]

Marco, eu ainda estou engatinhando nas lítio... Você acha imprescindível balancear a cada carga? eu comprei um Apache e uma bateria 3S com conector para balanceamento, e antes de usar carregeuei cada célula individualmente . Ainda não suei "de verdade", só alguns testes. Mas digamos que antes de voar eu carregue cada célula individualmente e apenas no campo carregue o pack como um todo. Acha que haveria algum problema? Posso inclusive verificar a tensão individual no campo, pois sempre carrego o multímetro para checar a bateria do Rx do meu glow antes de cada vôo (seguro morreu de velho, e C....zão levou flores no enterro... Era eu... heheheeh)
Abraços...
Ainda termino a minha Física...

[alexcmag]

Completando o que o Marco Antonio escreveu.

NiMh ou NiCd também desbalanceia. A vantagem delas é que quando a tensão limite é alcançada a célula esquenta um pouco mas não explode, então acaba ficando igual às outras novamente.

Para garantir um bom condicionamento, algumas cicladas completas com carga lenta resolvem o problema.

No caso das LiPo, o ideal é que não sejam feitas descargas até o limite nem cargas acima do limite. Se a bateria for sempre carregada abaixo de 4,23V por célula e descarregada acima de 3,6V durará bem mais.

Pode-se carregar com menos, isto é, usar carregador de LiIon a 4,1V por célula para as LiPo, elas ficarão felizes, apesar de nunca se ter o tanque "cheio".

Da mesma forma, não se devem guardar LiPos totalmente carregadas (40% é o ideal) nem em lugares quentes. 40% de carga a zero grau é o ideal.

Se quiser que as baterias durem muito, use até uns 3,4V por célula e guarde-as assim depois de voar. Na véspera do próximo vôo carregue com corrente até 0,7C a 4,23V por célula (4,1V de carregador LiIon serve).

A cada 5 cargas em média, verifique a tensão individual, se estiver com diferença, balanceie. Se estiverem iguais (com carga completa) não precisa se preocupar. Tive packs que nunca precisaram ser balanceados, mas sempre usando como descrito acima.

Quem tem carregador que já balanceia ou já usa balanceador direto não precisa verificar nada, o equipamento se encarregará disto.

[araripe]

Marco,

O que vc recomenda então para quem tá iniciando? O que é ideal comprar? Qual carregador/balanceador (custo benefício)?

Você forneceria o esquema do seu carregador?

Parabens pelo seu(s) post(s). Aprende-se paca.

Apenas para referencia, achei hoje este artigo (o que me deixou meio assustado mas mais tranquilo depois que lí o seu post). Apesar disso o artigo é excelente e elucida muita coisa soble Li.

http://www.flyingsites.co.uk/features/lipo.htm

Sds

[wilmail]

Marco,

Sou iniciante no mundo dos elétricos, e tenho recebidos muitas informações sobre o assunto e é claro, muitas acabam sendo conflitantes. E como estou percebendo pelos seus posts que suas informações são baseadas em fatos e experiência, gostaria de tirar algumas dúvidas.

Sobre a carga. 1C seria a amperagem nominal do pack, correto? No meu caso 1700 mah. Então a amperagem de carga ideal seria de 1190 mah. É isso? Se for estou fazendo errado pois estou carregando com 1.7 amp. A bateria está legal e não está esquentando durante a carga. Com esta amperagem a bateria está carregando em aproximadamente 50 minutos, partindo de 20% da carga, que é quando o Esc corta o motor. Até agora só uma vez voei até cortar o motor, normalmente pouso com 40 - 50% da carga ainda, que dá um voo de uns 10 minutos.

Quanto ao balanceamento, de quanto em quanto tempo ou a cada quantas cargas/descargas é necessário fazer?

Não estou nunca fazendo desgarga do pack usando o carregador (Triton JR). Ou seja independente do tempo de vôo, antes de voar novamente carrego totalmente a bateria. As vezes nem 10% da carga é consumida em voos curtos. Algum problema nisso? Se for para descarregar, quanto descarregar?

E pra encerrar (ufa, hehehe) , existe uma maneira dar uma carga mais rápida na bateria de maneira segura? Tipo quando se esta no final de tarde e o tempo de luz do dia não dá pra uma carga normal e se quer aproveitar pra um ultimo vôo. Ou então, há algum problema em interromper uma carga pela metade e voar?

[Marco Antonio]

O titulo diz, anatomia de um mostro... mas até que elas são mansinhas se vc não abusar :P

Dar uma carga de 0,7C preserva a vida util e por experiencia as deixa mais "cheinhas" mas vc pode dar cargas de 1C sem medo. Se vc usar um balanceador comercial daqueles mais modernos ele mesmo vai dizer se é necessario ou não fazer o balanceamento, mas uso um que eu mesmo fiz e só balanceio se notar alguma diferença no tempo de voo.

Não há problemas em dar meia carga e sair para o voo... só vai voar menos,rsrs

Fique tranquilo, as novas baterias estão mais mansas mas se vc abusar o dragão mostra a sua cara :twisted:

[claudiorfoi]

Marco, uma atropelada: você acha que aquele balanceador baseado em três CIs TL431 e três transisitores de potencia é bom? eu tenho boa experiência em eletrônica e um Minipa zerinho para calibrar a tensão.. Estou pensando em fazer um desses...
Gostaria de sua opinião.
Grato!

[Marco Antonio]

Tem um legal no RCGroup, se for esse pode fazer.

[claudiorfoi]

Você tem o link ? ou basta dar busca por "balancer" ?
Esse com os 431 eu achei interessante,pois o CI é uma referencia de precisão, eu uso no ciclador de NiCd... Quando a tensão sobe além do ponto de ajuste,ele faz o transistor começar a conduzir, desviando a corrente da célula (fica um em paralelo com cada célula)

[jdomes]

Foi citado anteriormente que baterias de lipo podem ser carregadas por carregadores de lion. Portanto, pode ocorrer o inverso, ou seja, baterias de lion podem ser carregadas por carregadores de lipo, se não for possível pode adaptar um limitador de tensão como um diodo zener ou resistor ou coisa similar?

[alexcmag]

A maioria das LiIon que estão sendo fabricadas atualmente já são de 3,7V nominais, portanto aceitam carga como LiPo. Tanto que alguns carregadores nem trazem mais opção para 3,6V nominais.

[jdomes]

Como 90% dos carregadores de baterias de lítio trazem a opção de carga em 2S e 3S e que a grande maioria das baterias é em 2 ou 3 células em série, gostaria de propor o seguinte esquema de pack: 2 ou 3 células em série paraleladas com duas ou 3 células em série, exemplificando: com uma bateria de 3,6 V x 700 mAh, o pack seria de 7,2 V x 1400 mAh ou 10,8 V x 1400 mAh. Seria um pack de maior capacidade. Se esta associação fosse possível de ser feita, como seria o balanceamento? Teria que dar um jeito de balancear as baterias isoladamente.