Tutto quello che devi sapere sulle batterie al litio (Lipo, life, Lixx)

 

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Cosa significano i numeri che troviamo sulle batterie Lipo ?

Su tutte le batterie troviamo dei numeri che indicano le caratterstiche distintive di ciascun modello di batteria. Vediamo ora in dettaglio cosa indicano questi numeri e come ci possono aiutare a scegliere la batteria migliore per la nostra applicazione.  

Numero di celle / Tensione

Le batterie Lipo sono composte da celle.  Il numero 1S, 2S, 3S…  indica la quantità di celle che compongono il nostro “pacco batterie”.

Una singola cella LiPo ha una tensione nominale di 3,7 V. Se la nostra batteria  di esempio ha  7,4 V, significa che ci sono due celle in serie (il che significa che la tensione viene sommata). Questo è talvolta il motivo per cui sentirete parlare di un pacco batterie “2S” – significa che ci sono 2 celle in serie. Quindi un pacco a due celle (2S) è 7,4 V, un pacco a tre celle (3S) è 11,1 V, e così via.

La tensione nominale è la tensione di riposo predefinita di un pacco batteria. Ecco come l’industria delle batterie ha deciso di discutere e confrontare le batterie. Non è, tuttavia, la piena tensione di carica della cella. Le batterie LiPo sono completamente cariche quando raggiungono 4.2 v / cella e la loro tensione minima di sicurezza, come vedremo in seguito, è 3.0 v / cell. 3.7 v è praticamente nel mezzo, e questa è la tensione nominale della cella. Quando si sceglie una batteria si considera che la tensione media sarà quella nominale e quindi si dimensioneranno i componenti di conseguenza.

 Potreste trovare delle  batterie  con l’indicazione “2S2P”. Ciò significa che c’erano  quattro celle nella batteria; due celle cablate in serie e altre due cablate nelle prime due batterie in parallelo (parallelamente le capacità vengono sommate). Questa terminologia non è usata molto al giorno d’oggi; la tecnologia moderna ci consente di avere le singole celle con  molta più energia di quanto non fossero in grado di farlo solo pochi anni fa. 

Capacità di una batteria Lipo (carica immagazzinata)

La capacità di una batteria è espressa in mAh ( oppure in Ah se si tratta di batterie molto grandi).

La ‘A‘  idica gli ampére, cioé una misura di corrente.  ( cioé la quantità di elettroni che fluiscono ogni secondo attraverso il nostro cavo di alimentazione) Non va assolutamente confusa con la tensione che è una misura di potenziale elettrico. La tensione e la corrente sono legate dalla legge di Ohm.

mA sta ad indicare i milliAmprere, cioé i millesimi di ampere.

 h  sta ad indicare l’ora intesa come unità di tempo.

Esempio: supponiamo di avere una batteria da 4000mAh.   Supponiamo di prelevare 1000mA in modo continuativo, la carica della batteria durerà  4000/1000 = 4ore.

Quindi la capacità di una batteria mi da un’indicazione di quanta energia è in grado di erogare la batteria e per quanto tempo riuscirò ad alimentare il mio carico.

Scarica

Un’indicazione tipica delle batterie Lipo è la  “Discharge rate”,  cioé la velocità con cui la posso scaricare in modo sicuro e senza danneggiare la batteria. Questo parametro è molto importante, specialmente se andiamo ad utilizzare dei motori brushless dove le correnti di picco possono essere molto intense. La velocità di scarica è indicata in C,  ad esempio 55C.  La C in questo caso  sta per “Capacità”. Facciamo un esempio: supponiamo di avere una batteria  2S 7,4V  5000mAh 50C Il 50C sta ad indicare che possiamo prelevare una corrente massima di 50 x 5000mA = 250A Cioé la nostra batteria non si rovinerà se andremo a prelevare correnti molto intense. Ovviamente la durata della carica sarà veramente minima.  Se preleviamo quella corrente in modo continuo, la nostra batteria sarà scarica dopo circa un minuto. (teorico)  

Corrente di carica

Un’altra indicazione che può essere presente sull’etichetta della batteria, è la corrente di carica.  Generalmente le batterie Lipo si possono caricare ad una corrente di 1C.  Come abbiamo visto prima, la C indica la capacità della batteria, quindi la corrente massima che potremo utilizzare per la carica andrà valutata caso per caso. Facciamo un esempio: supponiamo di avere una batteria  2S 7,4V  5000mAh 50C in questo caso la corrente di carica 1C sarà pari a  5000mA x 1 = 5A.    Viste le correnti in gioco e il rischio di provocare seri danni ( le batterie potrebbero incendiarsi ) vi sconsigliamo di utilizzare apparecchi autocostruiti, ma di optare per oggetti omologati e a controllo elettronico. I moderni caricabatterie  hanno dei programmi preimpostati che facilitano le operazioni di carica, scarica e sotrage delle batterie. Esistono caricatori che coprono varie tipologie di batteria ( Pb, Lipo, Nimh, Nicd ) all in one.

Caricare le batterie Lipo in modo corretto

È importante utilizzare un caricatore LiPo compatibile. Le batterie LiPo, a differenza di altre tipologie, richiedono “cure specialistiche”. Si caricano utilizzando un sistema chiamato ricarica CC / CV. Sta per Constant Current / Constant Voltage. Fondamentalmente, il caricabatterie manterrà la corrente, o la velocità di carica, costante fino a quando la batteria raggiunge la sua tensione di picco (4,2 v per cella in un pacco batteria). Quindi manterrà quella tensione, riducendo la corrente. Ad esempio  le batterie NiMH e NiCd si ricaricano meglio utilizzando un metodo di ricarica a impulsi. Caricare una batteria LiPo in questo modo può avere effetti dannosi, quindi è importante avere un caricabatterie compatibile con LiPo.

Il secondo motivo per cui è necessario un caricabatterie compatibile con LiPo è il bilanciamento. Il bilanciamento è un termine che usiamo per descrivere l’atto di equalizzare la tensione di ogni cella in un pacco batteria. Bilanciamo le batterie LiPo per garantire che ogni cella scarichi la stessa quantità. Questo aiuta con le prestazioni della batteria. È anche cruciale per motivi di sicurezza, ma ci arriveremo nella sezione sulla scarica.

Mentre sul mercato esistono bilanciatori indipendenti, consiglio di acquistare un caricabatterie con funzionalità di bilanciamento integrate (quasi tutti i caricabatterie attualmente sul mercato integrano questa funzionalità).

Bilanciamento e carica delle celle Lipo

La maggior parte delle batterie LiPo viene fornita con un connettore chiamato connettore JST-XH sul cavo di bilanciamento.  I caricabatterie hanno dei connettori dedicati, oppure delle piccole schedine esterne da collegare al cavo di bilanciamento. E’ fondamentale che il cavo di blinaciamento sia sempre collegato prima di iniziare la carica. La maggior parte delle batterie LiPo deve essere caricata piuttosto lentamente, rispetto alle batterie NiMH o NiCd. Mentre normalmente ricarichiamo una batteria NiMH da 3000mAh a quattro o cinque ampere, una batteria LiPo della stessa capacità dovrebbe essere caricata a non più di tre ampere. Proprio come il C Rating di una batteria determina qual è la scarica continua sicura della batteria, esiste anche un C Rating per la ricarica. Per la stragrande maggioranza di LiPo, la tariffa è di 1C. L’equazione funziona allo stesso modo della precedente valutazione di scarica, dove 1000mAh = 1A. Quindi, per una batteria da 3000mAh, vorremmo caricare a 3A, per un LiPo da 5000mAh, dovremmo impostare il caricabatterie a 5 A e, per un pacco da 4500 mAh, 4,5 A è la velocità di carica corretta.

Utilizzo e carica delle batterie in parallelo

L’utilizzo, ma anche la carica delle batterie in parallelo può essere estremamente pericoloso, perché le batterie potrebbero incendiarsi.   Le tensioni di cella, infatti, potrebbero non essere bilanciate correttamente fra loro. Quindi le batterie non sono identiche, ma potrebbe fluire corrente da una batteria all’altra. Queste correnti possono essere anche molto intense e quindi potrebbero provocare il surriscaldamento delle batterie. Nel capitolo “Sicurezza” vedremo che la temperatura di innesco è abbastanza bassa. Per questo motivo consigliamo di non lasciare mai incustodito un caricabatterie Lipo, e se necessario, usare una safety bag ignifuga.

 
Sicurezza delle batterie Litio

E’ comprovato che, superata la soglia dei 75 °C, la reazione di surriscaldamento interno diventa autonoma a tal punto da generare un fenomeno di non-ritorno definito come Domino Effect nel quale pur agendo sulla batteria, è impossibile evitare l’esplosione . 

Per evitare danni o spiacevoli incidenti, non caricare mai le  batterie appoggiate su superfici infiammabili.

Se non avete la possibilità di sorvegliare la carica o di evitare superfici potenzilamente infiammabili, potete utilizzare delle safety bag. Tipo questa.

Le Batterie LiPo, LiIon ,LiFe,LiHv : carica, scarica e gestione ATTENZIONE!! NON TRATTARE MAI LE BATTERIE LI-PO O LI-ION NELLA STESSA MANIERA DEGLI ALTRI TIPI DI BATTERIA! Le celle Li-Po e Li-Ion sono molto più sensibili e volatili delle batterie NiCd, NiMH e Pb. Un errato utilizzo o un sovraccarico possono portare le celle al litio al surriscaldamento a rigonfiarsi, che può portare in breve a VIOLENTE ESPLOSIONI E/O FUOCO che possono causare gravi danni e ferite. MAI lasciare incustodite le batterie al litio mentre sono in carica o in scarica! MAI posizionare le batterie al litio su superfici infiammabili durante la carica. MAI cercare di usare le funzioni di carica per NiCd, NiMH o Pb per le batterie al litio. MAI usare di nuovo batterie al litio che abbiano iniziato a gonfiarsi o che si surriscaldino con facilità o che non si caricano sufficientemente nel tempo prestabilito. In caso contrario si potrebbero verificare delle esplosioni o degli incendi!! MAI scaricare celle agli ioni di litio al di sotto dei 2.5V per cella.

Prima di iniziare con la teoria  sulla carica delle batterie al litio,  precisiamo che  un processo ottimale si ottiene con la tecnologia a microprocessore oggi integrata nei caricabatterie di buona qualità.  Un esempio di caricabatterie computerizzato che “carica di tutto” è l’ IMAX B6 che si può trovare qui.

Le celle al litio non soffrono di autoscarica ed effetto memoria, non devono quindi essere sottoposte a cicli di carica/scarica.  Anche se rimane l’ idea, derivante dalle batterie NiMh di vecchia generazione, contrariamente a quanto si pensa, le batterie al litio vanno caricate “appena possibile”, cioé ogni volta che è disponibile una presa o un caricabatterie. Lunghi cicli di carica e scarica, riducono sensibilmente la vita della batteria.  Se si tratta di batterie del telefonino o di un gadget portatile, consigliamo di fare una scarica e carica completa una volta al mese.  Se invece state utilizzando un caricabatterie a microprocessore,  esso sarà provvisto di varie modalità: carica completa, rigenerazione, storage.  Vi consigliamo di far riferimento al manuale di istruzioni per un corretto utilizzo.

Le celle al litio devono essere caricate completamente almeno una volta all’anno per prevenire l’effetto sotto-scarica. Le batterie al litio devo essere conservate con circa il 30-50% della loro capacità se non le si utilizza per un lungo tempo. Se la batteria si danneggia o si gonfia NON UTILIZZATELA!! Sostituitela immediatemente con una nuova e integra. Le batterie al Litio possono essere di tre tipi, Polimeri di Litio (LiPo), Ioni di Litio (LiIon) e Polimeri di litio ferro (LiFePo4). Le più utilizzate nel modellismo sono sicuramente le LiPo per la loro incredibile efficenza e potenza e le LiFe per la loro affidabilità e robustezza. A causa del loro elevato potenziale le batterie al Litio necessitano una gestione particolare e oculata visto che possono danneggiarsi facilmente e anche ESPLODERE!!! Quindi maneggiate sempre le batteria al Litio con estrema attenzione e seguite scrupolosamente le specifiche della vostra batteria e verificate sempre le impostazione del caricabatterie. Malgrado la loro apparente delicatezza, le batterie al Litio sono in realtà molto più efficenti e, a causa della loro chimica, non necessitano di cicli o di particolari processi per mantenerle al meglio. Non soffrono dell’effetto memoria ed hanno un’autoscarica molto ridotta quindi la gestione è assai più semplice. L’unica accortezza che si deve avere, oltre ad usarle dentro le loro specifiche, è quella di mantenere sempre le celle all’interno del pacco SEMPRE BILANCIATE. A tal proposito i caricabatterie Equilibrium hanno un programma dedicato e ottimizzato per il bilanciamento delle celle, a patto di collegare la presa di bilanciamento presente sul vostro pacco batterie. Tramite il connettore di bilanciamento infatti, il caricabatterie verifica il voltaggio di ogni singolo elemento del pacco applicando dei piccoli carichi (circa 200mA) per tenere alla stessa tensione

Caricare le batterie Lixx Per caricare le batterie al Litio sono disponibile due differenti programmi, uno dedicato puramente alla carica (CHARGE) e l’altro dedicato alla carica bilanciata (BAL-CHG). In entrambi i processi è bene collegare il connettore di bilanciamento, tuttavia nel processo di carica semplice si presta meno attenzione al bilanciamento e la tolleranza è molto più alta. Questo rende il processo di carica più veloce ma è caldamente sconsigliato a meno che non abbiate un pacco di per se PERFETTAMENTE BILANCIATO e NUOVO, in questo caso se avete fretta potrete usare il processo CHARGE per aver la batteria pronta il prima possibile. Non abusatene, e verificate sempre e comunque che il pacco rimanga bilanciato prima di utilizzarlo, se vedete che il pacco tende a sbilanciarsi è bene procedere all’utilizzo del programma BAL-CHG. La carica bilanciata infatti presta estrema attenzione al bilanciamente delle singole celle e finchè non ha completamente il bialnciamento di tutte le celle, il processo non termina. Per questo motivo completare questo processo richiede un tempo sensibilmente superiore ad una normale carica, ma il bilanciamento della batteria è garantito. Si consiglia vivamente di eseguire sempre questo processo e di preferirlo alla carica normale per questioni di sicurezza e di prestazioni.  Note generali a proposito del caricamento delle batterie al litio:  Rispettare sempre i valori di corrente di carica indicati dalle specifiche della batteria. Se una batteria si carica a 1C non caricarla a correnti superiori! Può danneggiarsi irreparabilmente. Le batterie al litio vengono caricate usando il processo “corrente costante / voltaggio costante”. La corrente costante viene erogata nella prima parte del processo di carica veloce. Quando la batteria raggiunge il voltaggio pre- impostato, non verrà più fornita corrente costante e verrà applicato voltaggio costante al pacco. Quando il voltaggio della batteria diventa uguale a quello dell’output del caricatore, la corrente di carica inizierà immediatamente a scendere. Questo è normale. Quando la corrente raggiungerà un valore approssimativo di 1/10C, il processo di carica sarà completamente terminato. Le batterie LiPo/Ion non necessitano di carica di compensazione e non esiste la funzione nel caricatore Per le batterie al litio da 11.1V o più, l’ammontare attuale della corrente fornita alla batteria può essere ridotta a causa della limitazione di potenza del caricabatterie. Questo è normale. Per ragioni di sicurezza, è bene impostare tutti i cutoff per capacità e tempo. Il backup safety timer può essere impostato per garantire un livello ulteriore di sicurezza. Se il pacco batterie è estremamente sbilanciato oppure lil caricabatterie  non riesce a bilanciare corettamente il pacco può significare che una o più celle del pacco sono danneggiate. NON utilizzate il pacco, sostituitelo con uno nuovo, utilizzare un pacco sbilanciato o che tende a sbilanciarsi molto può essere pericoloso! Processo di stoccagio delle batterie al Litio Se non utilizzate per molto tempo le batterie Litio è bene, prima di riporle, eseguire un processo dell’Equilibrium chiamato STORAGE. Tramite il processo di STORAGE, l’Equilibrium porta la batteria al tensione di stoccaggio che evita il deperimento della cella al Litio. E’ caldamente consigliato eseguire questo processo se non utilizzate le batterie per molto tempo (magari un mese), altrimenti la batteria si danneggerà calando le sue prestazioni notevolmente. La tensione di stoccaggio consigliata è poco sopra la tensione nomimale (intorno a 3,8V per le LiPo), tuttavia il programma STORAGE si occuperà di portare AUTOMATICAMENTE il pacco batterie alla tensione consigliata basandosi sui dati inseriti. Il processo di STORAGE quindi caricherà o scaricherà il pacco a seconda delle necessità. E’ caldamente consigliato utilizzare il connettore di bilanciamento per garantire un risultato più accurato. Scaricare le batterie al Litio A differenza delle batterie NiMH e NiCd scaricare le batterie al Litio serve a poco. Caricare una batteria al Litio quando è già carica per metà ha esattamente lo stesso effetto che caricare una batteria totalmente scarica, a differenze di quanto succede per le batterie NiXX. In ogni caso se doveste avere la necessità di dover scaricare le vostre batterie, il programma DCHG fa al caso vostro. I caricabatterie Equilibrium non permettono di scaricare le batterie sotto un determinato voltaggio (3,0V per le LiPo e LiIon e 2,0V per le LiFe), potrete comunque regolare questo valore verso l’alto se necessario. Anche nel processo di scarica è consigliabile collegare la presa di bilanciamente per tenere sottocontrollo il comportamento delle singole celle e bilanciare il pacco.
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