Baterias LiPO - Elétricos mais baratos e sem frustrações

Li-po, Li-Ion, Nimh, 1s2p, 10c...... quer aprender mais sobre o "combustivel" dos nossos modelos? Este é o local! Aqui também está aqueles esquema de carregador ou aquele ESC que estava procurando.

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Andre Mauricio
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Baterias LiPO - Elétricos mais baratos e sem frustrações

Mensagempor Andre Mauricio » 04 Out 2021 23:40

Os elétricos estão crescendo, tanto em tamanho, quanto em potência, e as baterias acompanham esse crescimento. As baterias LiPO são as mais difundidas no hobby/esporte elétrico nos dias de hoje. Seu custo vem caindo com o passar dos anos, ao mesmo tempo em que a tecnologia embarcada aumenta exponencialmente a tecnologia embarcada. Neste sentido, compreender conceitos como taxa de descarga, ligações em série e paralelo, capacidade, tensão (...) é fundamental para um correto dimensionamento do setup, bem como para garantir uma maior longevidade do equipamento. Quanto mais conhecemos nossos equipamentos, melhor cuidamos dos mesmos, o que aumenta a vida útil e reduz custos.

Neste tópico serão compiladas informações dispersas em vários tópicos do fórum, além acrescentadas algumas outras.

Informações adicionais podem ser encontradas nos tópicos:

Baterias para leigos
viewtopic.php?f=7&t=63

Cuidados e conservação de baterias
viewtopic.php?f=7&t=51811

Baterias de li-on Li-po Anatomia de um monstro
viewtopic.php?f=7&t=14482

TAXA DE DESCARGA - CLASSIFICAÇÃO C

A taxa de descarga, indicada como “C” no rótulo das baterias, diz respeito à máxima corrente que pode ser exigida de uma bateria e precisa atender ao consumo do motor (amperes), portanto, é um parâmetro que demanda dimensionamento. A máxima corrente que uma bateria fornece pode ser determinada como o produto da multiplicação da taxa de descarga (C) x capacidade da bateria (mAh), de modo que:

C x mAh = mA

Podemos utilizar como exemplo uma bateria com capacidade de 3000 mAh e taxa de descarga de 20C, e um motor com consumo de 60A:

20 x 3.000 = 60.000mAh (ou 60A)

Considerando apenas dados brutos, esta bateria atenderia à demanda por corrente do motor citado. Todavia, bem como o ESC e quaisquer outros componentes elétricos ou eletrônicos, é preciso trabalhar com folgas. Não podemos trabalhar no limite dos equipamentos, por segurança e por durabilidade dos equipamentos. Neste caso seria prudente utilizar, por exemplo, uma bateria com 30C de descarga, que entregaria 90A.

Existe, ainda, a taxa de carregamento da bateria (“C de carga”), também indicado como um valor seguido da letra “C” nos rótulos das baterias; esta taxa é bem menor que a de descarga, geralmente de 5 ou 10C. O cálculo é o mesmo: C x mAh.

Se utilizarmos, como exemplo, uma bateria com capacidade de 5000mAh e taxa de carregamento de 10C, teremos o seguinte:

10 x 5.000 = 50.000 mAh (ou 50A)

Sendo assim, esta bateria pode ser carregada a 50 amperes/hora. Mais uma vez, recomenda-se prudência e utilização de margens de segurança.
Não leve seu equipamento ao limite teórico.

TENSÃO DE STORAGE

Baterias LiPO possuem tensão nominal de 4.20V por célula quando totalmente carregadas, e podem ser descarregadas de 50 a 60% deste total (de 3.60V a 3.70V), sendo mais recomendado o descarregamento seguro de 60% (3.85V por célula). Além disso, estas baterias não devem ser armazenadas com carga total, mas sim em tensão de storage, que corresponde exatamente à tensão mínima de segurança para o descarregamento em voo. Atingir uma tensão muito baixa, bem como armazenagem com carga máxima, podem causar danos irreversíveis às baterias. Ao armazenar as baterias em tensão de storage por longos períodos, realize regularmente a checagem da tensão das células, pois esta tende a diminuir com o tempo. Abaixo, temos uma tabela com as faixas de tensão para baterias segundo seu número de células:



LIGAÇÕES EM SÉRIE E PARALELO

Muitas vezes, principalmente quando partimos para modelos grandes, uma bateria somente pode não atender às nossas necessidades, tanto de tensão, quanto de capacidade. Uma solução muito utilizada é a ligação em série e paralelo das baterias. Ponto importante nas combinações de baterias é que estas devem ser iguais: mesma capacidade, mesma taxa de descarga e (preferencialmente) da mesma fabricante (alguns fabricantes não são muito "precisos" nas informações que fornecem nos rótulos). O número de células pode variar.

Ligação em Série

A ligação em série é feita conectando-se o polo positivo de uma bateria ao negativo da outra; sobram um positivo e um negativo em cada bateria, estes devem ser ligados ao ESC. Relembrando: na ligação em série, soma-se a tensão (voltagem) e mantém-se a capacidade (mAh) e a taxa de descarga (C); é necessário um ESC dimensionado para a soma de células (6s+6s em série = ESC para 12s).



Ligação em Paralelo

Para ligarmos duas baterias em paralelo, conectamos o positivo de uma bateria com o positivo de outra, e repetimos o processo com os polos negativos. Nesta situação, aumentamos a capacidade e taxa de descarga do conjunto mantendo a mesma tensão. Utilizamos um ESC dimensionado para o número de células das baterias (6s + 6s em paralelo = ESC para 6s).



RESISTÊNCIA INTERNA - VIDA ÚTIL DAS BATERIAS

A Resistência Interna (RI) é uma medida referente à eficiência (saúde) das baterias. Refere-se à dificuldade que uma bateria enfrenta para transmitir sua energia ao ESC ou RX. Quanto mais elevada for a RI, mais difícil será para a energia ser transmitida e, consequentemente, maior será a perda em forma de calor.

A unidade de medida frequentemente utilizada para aferição da RI é miliohms (mΩ), um submúltiplo do Ohm (Ω), de modo que:

1.000 mΩ = 1 Ω

O método mais viável de medir a RI de uma bateria é utilizando um carregador que tenha esta função. Alguns fazem a medida da RI total, outros fazem a medida por célula. Caso o carregador faça a medição célula por célula, basta somar todas para ter a RI total da bateria:

C1: 1 mΩ | C2: 2 mΩ | C3: 2 mΩ | C4: 1 mΩ | C5: 3 mΩ | C6: 1 mΩ
Total da Bateria: 10 mΩ


A Lei de Ohm nos diz que a corrente (amperes) através de um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à diferença de tensão entre estes. De modo que:

Amperes (A) = Volts (V) / Resistência (Ω)

Para sabermos a tensão perdida em decorrência da resistência, basta invertermos alguns fatores da equação, de modo que teremos:

Amperes (A) x Resistência (Ω) = Volts (V)

Suponhamos que nossa LiPo 6s (25.2V carregada) tenha uma resistência interna total de 20 mΩ que, convertidos para Ω serão 0,020 Ω. Esta bateria estará conectada à um motor hipotético que consome 60A máximos. Utilizando nossa equação, teremos:

60 A x 0,020 Ω = 1.20 V

Deste modo, uma RI total de 20 mΩ ocasiona uma perda de 1.20V na tensão total fornecida ao motor no momento de sua exigência máxima (60A).

Mas, quais as implicações práticas da resistência interna no voo dos nossos modelos? Para compreender esta questão, precisamos compreender o KV. KV é uma constante de tensão, de modo que as RPM do motor serão diretamente proporcionais à tensão (V) fornecida à ele. Se o nosso motor com consumo de 60A máximos tiver 420 KV trabalhando com nossa bateria 6s (25.2 V), ele entregará, teoricamente (outros fatores interferem neste desempenho), 10.584 RPM com a bateria totalmente carregada.

Entretanto, nossa bateria possui uma RI total de 20 mΩ, o que causa uma perda de 1.20V na tensão total fornecida ao motor no momento de sua exigência máxima (60A). Como RPM é diretamente proporcional à tensão, compreendemos que a RI causará perda de RPM.

Desconsiderando a RI, teremos:
25.2 V x 420 KV = 10.584 RPM


Considerando a perda de 1.20V em decorrência da RI total de 20 mΩ, teremos:
(25.2 V - 1.2 V) x 420 KV
24 V x 420 KV = 10.080 RPM


A RI total de 20 mΩ, neste caso apresentado, gera uma perda de 1.20V, o que ocasiona uma perda de 504 RPM; uma redução de 4.77% da capacidade máxima do motor. Uma RI menor representa mais potência, de modo que o contrário também é válido: quanto maior for a resistência interna, menor será a potência entregue pelo motor. Como sabemos, a potência dos motores é medida em Watts, que nada mais é a taxa de trabalho resultante da corrente (A) fluindo através da diferença de potencial elétrico (V); ou, simplificadamente, Watt é o produto da multiplicação de Amperes (A) por Volts (V).

Watts (W) = Amperes (A) x Volts (V)

Desta maneira, desconsiderando a RI da nossa bateria, este motor entregaria 1.512 W de potência, todavia, com a perda de 1.2 V em decorrência da RI, este motor entrega 1.440 W.

Considerando o mesmo motor e a mesma bateria, porém, com uma RI total de 80 mΩ, teremos uma perda de 2016 RPM, de modo que nosso motor com potencial para entregar 1.512 W, entregará 1.224 W; uma redução de 19.04% da potência total.

Então, qual seria uma RI tolerável para uma bateria? Esta não é uma resposta simples, depende da sua bateria, do seu motor e, principalmente, do seu uso. Uma RI total de 20 mΩ pode ser péssima para um F3A de alto desempenho, ou irrelevante para um treinador pequeno.

Todavia, como referência teórica, podemos falar em 4 faixas de RI:

0 a 6 mΩ: situação ideal
7 a 12 mΩ: situação razoável
12 a 20 mΩ: perdas observáveis na maioria das aplicações
Acima de 20mΩ: descarte/outras aplicações

Ressalta-se, novamente, que a RI ideal ou elevada dependerá do seu uso.
Live to fly, fly to live , aces high!

MARCEL YANN
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Re: Baterias LiPO - Elétricos mais baratos e sem frustrações

Mensagempor MARCEL YANN » 05 Out 2021 06:30

É um bom post pra ficar fixo!

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Paulinho
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Re: Baterias LiPO - Elétricos mais baratos e sem frustrações

Mensagempor Paulinho » 05 Out 2021 09:47

Pronto, sugestão de Tópico Fixo aceita!
"Todos nós pensamos em deixar um planeta melhor para nossos filhos... Quando é que pensaremos em deixar filhos melhores para nosso planeta?"

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nery
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Re: Baterias LiPO - Elétricos mais baratos e sem frustrações

Mensagempor nery » 05 Out 2021 13:02

Bom post, uma referêcia para aqueles que começam nos elétricos e para os que já conhecem, ajuda lembrar quando esqueçemos algum detalhe. Parabéns!!!


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