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Desvendando as baterias LiFe A123 M1
Bem, já fazia algum tempo que eu queria escrever algo para esclarecer o que são, como
se usa em helimodelos, como se carrega e demais assuntos correlacionados com as
células LiFe A123 M1 2300 mAh.
O que será abordado aqui é praticamente tudo que um leigo precisa saber para entrar no
mundo das LIFEs e é fruto de muito estudo e leitura na net. Espero que possa ajudar.
OBS.: TUDO O QUE FOR TRATADO AQUI APLICA-SE SOMENTE ÀS
CÉLULAS
LiFe
A123
M1
2300
mAh!!!
NÃO
TENTE
CARREGAR,
DESCARREGAR, UTILIZAR, MANIPULAR E ARMAZENAR LIPOS E/OU
OUTRAS CÉLULAS GENÉRICAS DE LiFePO4 DA MESMA FORMA QUE
APRESENTO AQUI.
Diferenças entre LIPOs e LIFEs
Acredito que a primeira coisa que precisa ser esclarecida são as diferenças entre as Life
e as LiPo:
LIPO
Danifica-se se suas células forem
descarregadas abaixo de 3,0V
Devem ser carregadas no máximo a 1C
(embora fabricantes de Lipos de qualidade
afirmem que suas Lipos possam ser
carregadas até 3C)
Lipos de qualidade e muito bem cuidadas
(carregadas a no máximo 1C) afirmam
que duram até 200 cargas
Se carregadas com tensão excessiva ou
corrente excessiva ou com algoritmo de
carregamento inadequado podem explodir
São tóxicas
LIFE
Podem ser descarregadas até 0,0V que não
sofrem danos.
Podem ser carregadas até 5C sem perda de
vida útil e até 8C com redução de vida útil
(mais tarde tocaremos no assunto
novamente)
Lifes bem cuidadas duram até 1000 cargas
e se forem mal tratadas duram cerca de
500 cargas.
Baterias Life não explodem.
Não são tóxicas
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Baterias de ótima qualidade suportam até
30C de descarga máxima contínua.
Tensão nominal 3,7 Volts
O peso varia dependendo da capacidade
de descarga, mas uma média seria algo em
torno de 55g por célula
Estufam com o passar do tempo
Aconselha-se a não consumir mais de
80% da capacidade da LIPO.
Somente podem ser carregadas com
carregador de Lipos
Precisam ter suas células balanceadas para
que não sofram perda de vida útil.
Descarga contínua máxima de 20C
Tensão nominal de 3,3 volts
Peso de cerca de 70g por célula
Não estufam.
Podem ser esgotadas totalmente sem
perda de vida útil.
Podem ser carregadas sem carregador
(assunto será detalhado posteriormente)
Não precisam ser balanceadas, as células
de A123 tendem a se balancear sozinhas
com a utilização.
Olhando estes comparativos pode-se dizer que as LIFEs são “tudo de bom”, mas num
mundo onde as LIPOs comandam existem problemas de utilização tendo em vista que
os helimodelos tem sua eletrônica e estrutura preparada para trabalhar com Lipos:
•
Para helimodelos pequenos tem o problema de acomodação, onde é
difícil acomodar as células grandes, cilíndricas e pesadas das LIFEs.
•
Os motores, as engrenagens, os ESCs, a proteção de bateria dos ESCs, os
pinhões são projetados para LIPOs
Aliado a isso temos a dificuldade da resistência dos usuários em migrar para uma
tecnologia nova e da necessidade de, muitas vezes, fabricar-se artesanalmente as
baterias a partir de células compradas avulsas na internet.
A queda de tensão sob cargas das LIFEs
Não vou postar gráficos de queda de tensão de LIPOs aqui, pois já estamos carecas de
saber como se comportam
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Acredito que um dos maiores problemas de utilizar-se baterias LIFE seja a queda de
tensão do Pack sob altas descargas, vejamos a Figura 1.
Figura 1: Queda de tensão sob descarga
Nós que voamos modelos elétricos sabemos que a velocidade de nossos motores
elétricos é dada em Kv, ou seja, RPM para cada volt aplicado nos seus terminais.
Vamos tomar como referência as seguintes baterias abaixo, uma ThunderPower e uma
A123:
Tipo
Config
mAh
Descarga Peso (g)
Vmax Vnom
Vcarga Vpico
Lipo
3S1P
2170
25C/50C
180
4,2
3,7
3,5
3,2
A123
3S1P
2300
16C/33C
230
3,6
3,3
2,7
2,5
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Exemplo:
Vôo com esta LIPO acima e gostaria de mudar para LIFE, o que devo modificar?
Segundo os gráficos que consultei, sob uma descarga continua de uns 32A teríamos
aproximadamente a LIPO a 3,6 volts e a LIFE a 2,8 volts, assim para uma troca de
bateria direta sem modificarmos nada teríamos uma queda de HeadSpeed de:
((3,6-2,8)/3,6)x100=22,22%
O que posso fazer para revolver isso? Basicamente posso, em ordem do mais barato
para o mais caro:
•
aumentar meu pinhão em 22,22%
•
diminuir minha main gear em 22,22%
•
aumentar o Kv do meu motor em 22,22%
Diminuir main gear não é viável, pois geralmente a main gear de um helimodelo tem
um tamanho default, então vamos mudar o pinhão:
Se eu estivesse usando um pinhão de 12 dentes poderia passar para um de 15 dentes,
vejamos:
((12-15)/12)x100=25,00%
Assim meu headspeed ficaria relativamente igual.
Poderia trocar o motor, se meu motor fosse de 3600Kv eu poderia passar para 4400Kv:
((3700-4200)/3700)x100=22,22%
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Claro que esses todos cálculos são aproximados, pois a tensão de trabalho, a corrente, os
rendimentos e as perdas seriam diferentes, mas já podemos ter uma idéia de como
poderíamos migrar de LIPO para LIFE, pelo menos em termos de headspeed.
Outro ponto que precisa ser observado é se o meu ESC vai poder trabalhar com LIFE,
digo isso em relação ao sistema de proteção de bateria utilizado, visto que nenhum
ESCs atualmente no mercado foi feito para LIFE e sua tensão de trabalho mais baixa.
Pela minha experiência com LIFEs, o ideal é desabilitar ou deixar a tensão de corte o
mais baixo possível, vejamos:
No
meu
t-rex
450
eu
uso
um
ESC
Xing-ling
que
comprei
na
net:
http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.11981 e ele está funcionando muito bem
com a LIFE 3S1P, possibilitando que eu esgote totalmente a carga do Pack sem que ele
comece a cortar.
No meu t-rex 500 eu uso o ESC stock com um Pack LIFE 6S1P, configurado para corte
médio, ou seja 3,0volts por célula, mas esses são 3,0 volts por célula de LIPO e quando
conecto meu Pack de LIFE o ESC pensa que é um Pack 5S1P de LIPO que foi
conectado, vejamos porque:
LIPO 5S totalmente carregada: 5 x 4,2 volts = 21,0 volts
LIFE 6S totalmente carregada: 6 x 3,6 volts = 21,6 volts
Assim o meu ESC vai começar a cortar com:
3,0v x 5 = 15 volts
e 15v/6 células de LIFE = 2,5 volts por célula
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Vamos observar as curvas de descarga de uma célula LIFE A123 na Figura 2:
Figura 2: Curvas de descarga de uma célula LIFE A123 2300mAh.
Nesta Figura 2 vemos que com uma tensão de 2,5 volts a célula está praticamente sem
mais carga, então poderemos voar sem sermos incomodados pelo corte do ESC.
Vale ressaltar que a bateria LIFE quando sob alta descarga apresenta uma queda de
tensão abrupta, restando muito pouco tempo para pousar após você sentir que o motor
começou a perder força. Em meus vôos observei que esse tempo é entre 3 e 5 segundos,
exigindo uma aterrissagem forçada, então procure testar o tempo de duração da bateria
LIFE para o seu estilo de vôo e controle no timer do rádio, deixando uma folga para um
pouso com segurança.
Na Figura 3 temos o detalhe da legenda da Figura 2 onde podemos retirar bastante
informação do comportamento da célula sob diversas taxas de descarga.
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Figura 3: Detalhe da legenda
1-
Taxa de descarga.
2-
Tensão média da célula sob essa taxa de descarga.
3-
Quantidade de carga (em Ah) que pode ser utilizada da célula antes de
sua tensão cair abaixo de 2,5 volts.
4-
Quantidade de ciclos que a célula suportou realizando descargas
contínuas nesta taxa.
5-
Temperatura da célula em regime de descarga. Obs.: A temperatura no
gráfico está em graus Fahrenheit.
Basicamente pode-se concluir que para descargas até 13C (30A) as células de LIFE tem
uma vida útil estimada de cerca de 500 recargas, nestas condições a célula trabalhará a
cerca de 140ºF (60ºC).
Para se ter uma idéia, 140ºF é a temperatura máxima de operação indicada para uma
LIPO, inclusive a capacidade nominal de descarga de uma LIPO é calculada com base
nos 140ºF, se a medição de temperatura de sua LIPO ultrapassar 140ºF é sinal que você
está com taxa de descarga acima no máximo permitido.
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Carregando sua LIFE
Células de LIFE podem ser carregadas com até 5C de corrente e até 4,2 volts de tensão
sem danificar-se, embora suportem cargas de até 8C com um pouco de diminuição na
sua vida útil.
Para 5C temos: 5 x 2300mAh = 11,5A
Para 8C temos: 8 x 2300mAh = 18,4A
Outro fato interessante é que um Pack de LIFE praticamente não precisa ser balanceado,
pois suas células tendem a se balancear sozinhas com o uso do Pack. Meu Pack 3S1P
nunca foi balanceado e até agora e nas medições de tensão individual das células que fiz
elas estavam sempre balanceadas, com uma diferença nunca superior a 0,02 volts entre
a célula de maior tensão e a de menos tensão.
Fazendo carga direta
Outra vantagem é a não necessidade de se utilizar carregador para carregar o Pack 3S1P
de LIFE A123 M1 (SOMENTE este Pack de 03 células), ela pode ser carregada
diretamente na bateria do carro, tomando-se apenas o cuidado de limitar a corrente
máxima de carga em 8C, vejamos como fazer isso:
Basicamente após o vôo, quando seu Pack 3S1P de A123 estiver descarregado e
desconectado do modelo ele estará com cerca de 9,0 volts (porque embora a tensão das
células tenha caído a valores de tensão mais baixos, quando você parar de “puxar”
corrente a tensão das células era subir um pouco).
Digamos que você irá usar a bateria chumbo-ácido de seu carro para carregar a LIFE e,
embora a tensão de uma bateria carregada seja 12,6 volts, ela nunca está nessa tensão e
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mesmo se estivesse, logo que a colocarmos sob carga ela cairá para muito próximo de
12 Volts.
Assim temos duas baterias, uma com LIFE com 9,0 volts e uma automotiva com 12,0
volts e queremos calcular um cabo que tenha uma resistência tal que limite a corrente
máxima em uns 15A:
(12,0V-9,0V)/15A= 0,2 ohms
No carregador que fiz usei um cabo de seção de 1,5mm², mas aqui vamos escolher 16
AWG que tem 1,3mm² de seção segundo a Figura 4.
Figura 4: Resistência de cabos
Este cabo 16 AWG tem uma resistência de 0,013 ohms por metro, assim sendo:
0,2 ohms / 0,013 ohms = 15,38m
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Ótimo, agora passe na loja da esquina e compre 15,0 metros de cabo flexível 16 AWG
ou então cabo flexível de seção 1,5mm².
Corte o cabo no meio, solde o conector DEANS de um lado e as garras jacaré do outro,
enrole o cabo para não ficar muito comprido e prenda com cintas.
Você pode usar cabos mais finos ou mais grossos, usando sempre a tabela da Figura 4
para calcular quantos metros de cabo serão necessários, apenas não aconselho usar cabo
mais fino que 1,0mm², pois ele esquentará demais durante a carga.
Obs.: CUIDADO COM A POLARIDADE DO DEANS E DOS CONECTORES
JACARÉ!!! ESSE CARREGADOR NÃO É A PROVA DE INVERSÃO DE FASE!
SE VOCÊ LIGAR ELE INVERTIDO NA BATERIA VAI DAR UM CURTOCIRCUITO PERIGOSO!
Observe na Figura 5 a polaridade correta de ligação
Figura 5: Polaridade correta do carregador
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Se você quiser pode colocar um interruptor no seu carregador para ligar e desligar.
Depois de pronto ele ficará igual ao meu da Figura 6.
Figura 6: Carregador pronto
Eu ainda estou testando meu Pack, mas até agora já foram 50 cargas diretas sem
carregador e ele continua perfeito, totalmente balanceado e sem perda de capacidade.
Obs.: Meu Pack nunca foi balanceado até agora.
Você pode melhorar este carregador, colocando chaves que mudem a quantidade de
cabo e conseqüente resistência em série, assim ter um carregador que lhe dê uma
corrente “mais contínua” durante o carregamento.
Mas esse é um assunto extenso, para maiores informações favor consultar o excelente
tópico criado pelo nosso amigo Márcio no e-voo, onde o assunto está bem detalhado. O
endereço é http://www.e-voo.com/forum/viewtopic.php?t=39099
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Como comprar e quanto custa?
Atualmente, no meu ponto de vista a forma mais barata é comprando células e
montando seu pack, mas não comprando células avulsas e sim comprando uma bateria
DeWalt DE9360 36V como da Figura 7.
Figura 7: Bateria DeWalt DE9360
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Desmontando conforme este tutorial:
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=587606
E montando seu Pack conforme este tutorial:
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=599316
A vantagem aqui é que você já terá as células interligadas conectadas em série com
solda ponto e isso facilita muito, porque assim você não correrá o risco de danificar as
células esquentando demais seus pólos e nem precisará de um ferro de solda monstro
com mais de 100W para tal. Você apenas terá que soldar os cabos de potência e de
balanceamento e nesse caso poderá usar um ferro de solda mais modesto.
Bem, está tudo explicado nestes tutoriais acima, qualquer dúvida peça para algum
amigo mais experiente fazer as soldas.
Haaa, já ia esquecendo, se você não quiser montar o Pack pode comprar ele pronto
também! :o) Na net já tem vários sites vendendo packs prontos e no ebay você também
pode encontrar e comprar.
Depois de montado seu Pack ficará como os meus da Figura 8, Figura 9, Figura 10, e
Figura 11.
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Figura 8: Packs 3S1P e 6S1P instalados respectivamente no T-rex 450 e T-rex 500
Figura 9: Packs 3S1P e 6S1P instalados respectivamente no T-rex 450 e T-rex 500
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Figura 10: Pack 6S1P no T-rex 500
Figura 11: Pack 6S1P
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Considerações finais
Atualmente a utilização de LIFEs é mais difundida em helimodelos elétricos de grande
porte, trabalhando com sistemas de alta tensão de muitas células em série, já vi T-rex
600 com A123 16S1P! Nestes casos é necessário substituir o motor e o ESC stocks por
motores e ESCs de alta tensão, nesta condição teremos condição de setups adequados
para 3D, porém isso será discutido em uma próxima versão deste documento.
Informações adicionais: cuide bem da bateria do seu carro!
Vou falar sobre baterias chumbo-ácido, pois observo que a maioria das pessoas não faz
a mínima idéia de como utilizá-las corretamente.
Se onde você voa não tiver energia elétrica disponível, você deverá usar uma bateria
chumbo-ácido para carregar suas LIFEs e é aí que as pessoas pecam pela falta de
conhecimento.
Este é um assunto que a maioria das pessoas não dá muita atenção e acaba estragando a
bateria do seu carro sem saber o motivo.
Existem vários tipos de baterias chumbo-ácido, mas elas podem ser agrupadas em dois
grandes grupos:
•
Baterias de ciclo normal
•
Baterias de ciclo profundo
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A bateria de ciclo normal é a bateria automotiva que temos em nossos carros, ela é
fabricada para sofrer descargas de no máximo 20 % de sua carga total e logo após ser
carregada novamente.
Este tipo de bateria se for descarregada abaixo de 80% começa a sofrer processo de
sulfatação e conseqüente perda de vida útil.
Na Figura 12 podemos esclarecer melhor o que é o ciclo normal:
Figura 12: Bateria de Ciclo normal
A linha vermelha é a carga máxima da bateria e a verde é o máximo que ela pode
descarregar sem começar a estragar. Em azul é a nossa utilização da bateria: ela deve
descarregar e recarregar sem nunca baixar da linha verde.
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Mas quanto é a linha verde?
Se sua bateria for de 40Ah, a linha vermelha é 40Ah e a verde é 32Ah, assim você
poderá gastar 8Ah e logo depois deverá recarregar a bateria.
Ok, mas o que eu posso fazer com 8Ah?
Se você tiver um Pack 3S1P de LIFE de 2300mAh (2300mAh = 2,3Ah), você poderá
carregar no máximo 3 vezes:
3 x 2,3Ah = 6,9Ah, pois se carregar 4 vezes já descarregará demais a bateria do carro:
4 x 2,3Ah = 9,2Ah
Mas é muito pouco! Eu sei que é pouco, mas essa bateria é pra trabalhar assim e estimase que se você descarregar uma bateria automotiva metade de sua carga ela não durará
nem 50 recargas.
Ninguém gosta de ficar sem arranque no carro, então cuide de sua bateria automotiva!
Mas o que eu posso fazer? Você pode comprar uma bateria de ciclo profundo! Por
exemplo as baterias náuticas (desenvolvidas para alimentar os sistemas eletrônicos e
elétricos de barcos). Nestas baterias você pode descarregar até 80% da carga sem
estragar a bateria, vejamos na Figura 13 a diferença para a bateria anterior:
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Figura 13: Baterias de ciclo profundo
As cores significam a mesma coisa, mas agora eu posso consumir bem mais carga sem
sulfatar as placas da bateria, vejamos:
Se eu tiver uma bateria de 40Ah de ciclo profundo, a linha vermelha será 40Ah e a
verde será 8Ah e nessa bateria eu poderei usar 32Ah, podendo carregar:
13 vezes uma LIFE 3S1P de 2300mAh: 13 x 2,3Ah = 29,9Ah! Bem melhor não é?
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No meu caso eu comprei uma bateria náutica de 80Ah e posso carregar 27 vezes meu
Pack de LIFE 3S1P de 2300mAh ou então 13 vezes meu Pack de LIFE 6S1P de
2300mAh
Uma bateria náutica é um pouco mais cara que uma bateria normal, mas usando desta
forma ela durará facilmente mais de 400 recargas:
Se você voar todos os sábados e domingos, poderá voar 200 finais de semana e um ano
tem 52 finais de semana! :o)
Posso saber com apenas um multímetro como anda a carga da minha bateria chumboácido? Pode sim, porém a medição da tensão deve ser feita depois de a bateria ter
descansado no mínimo 12 horas após ter sido recarregada, se você medir antes desse
tempo terá uma leitura equivocada. Lembre-se também de que a medida tem que ser
feita com circuito aberto, ou seja, sem nenhum outro equipamento “puxando” corrente
da bateria. Os valores de tensão para cada nível de carga da bateria podem ser vistos na
Figura 14.
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Figura 14: Tensão da bateria chumbo-ácido para diversos níveis de carga.
Espero que tudo que foi dito neste texto que escrevi seja útil e ajude o nosso hobby a ser
mais prazeroso e gerar menos dor de cabeça e complicações!
Você pode divulgar livremente este documento, desde que seja de forma integral e sem
modificá-lo.
Se desejar contribuir, opinar, esclarecer dúvidas ou apontar correções, por favor, o faça
via e-mail para [email protected] ou então no fórum www.e-voo.com para o
usuário cassiorage.
Abraço.
Cássio
Cuidado e bom senso são sempre importantes! As informações aqui contidas são
meramente informativas e não me responsabilizo por danos causados por imperícia na
utilização das mesmas. Se você não se sentir seguro em trabalhar com essas baterias
procure ajuda de alguém tecnicamente capacitado ou então simplesmente não as utilize.