Batteria LiPo

Guida alla scelta e utilizzo in ambito radio

Le batterie ricaricabili LiPo (Litio-Polimero) sono molto diffuse nell’ambito dell’aeromodellismo per via del basso peso e delle ottime prestazioni e possono trovare applicazione anche nel settore radioamatoriale, soprattutto in attività portatile o QRP. Tuttavia richiedono qualche precauzione nell’utilizzo, sono costose ed il ciclo di vita è limitato a 200-300 ricariche.

Caratteristiche

Le caratteristiche di nostro interesse di una batteria LiPo sono essenzialmente la tensione nominale e la capacità. Sull’etichetta sono generalmente riportate tutte le informazioni utili per l’identificazione e l’utilizzo, vediamole in dettaglio.

Tensione

Il pacco batteria di una LiPo è composto da un certo numero di celle in serie S e parallelo P. Ad esempio una batteria 3S è composta da tre celle collegate in serie, una 4S2P è composta da una serie di quattro coppie.

Il numero di celle in serie determina la tensione nominale della batteria, poiché ogni cella ha una tensione di 3.7 V nominali, la tensione totale della batteria è data dal numero di celle serie che la compongono moltiplicato per 3.7. La tabella seguente ne riassume i valori:

CelleTensione nominale [V]
1S3.7
2S7.4
3S11.1
4S14.8
5S18.5
6S22.2
Tensione nominale batterie LiPo

Come in tutte le batterie la tensione di una LiPo varia con lo stato di carica, da 4.2 V a piena carica fino al cut-off di 3.0 V, quando si considera completamente scarica. Nella pratica si preferisce limitare a circa 3.3 V la minima tensione di utilizzo della batteria. Quando la batteria non deve essere utilizzata per qualche tempo è consigliato caricarla/scaricarla per portare le celle alla tensione di storage di 3.8 V. Nella tabella seguente sono riepilogati i valori significativi:

Tensione cella [V]Descrizione
4.2Massima
3.8Storage
3.7Nominale
3.3Minima suggerita
3.0Cut-off
Valori di tensione cella batteria LiPo

Capacità

La capacità della batteria di immagazzinare energia è indicata in mAh (milli ampere ora), ovvero l’intensità di corrente che la batteria a piena carica può erogare in maniera continuativa per un’ora, prima che possa considerarsi scarica. Supponiamo di utilizzare una batteria da 5000 mAh ed alimentare un carico che assorbe 2.5A (2.5 x 1000 = 2500 mA), in tal caso avremo un’autonomia di 5000/2500 = 2 h.

Scarica

Un’altra informazione presente in etichetta è la massima corrente di scarica, indicata come rate rispetto alla capacità C. Ad esempio una batteria da 2500 mAh con scarica da 20C è in grado di fornire una corrente di picco di ben 50 A (2500/1000 x 20). E’ una dato che interessa maggiormente i modellisti per l’alimentazione dei motori elettrici, che l’ambito radio portatile. In generale è bene non superare del 60-70% questo valore per preservare la vita della batteria.

Considerata la bassa resistenza interna di questo tipo di batterie, quindi l’elevata corrente erogabile, evitare assolutamente cortocircuiti tra i due poli.

Connettori

I morsetti delle batterie LiPo sono generalmente due corti cavi di sezione generosa, connettorizzati con connettore specifico per modellismo. I più diffusi sono gli XT60 o XT30, i Deans Ultra chiamati anche T-plug, gli EC5 o EC3. Probabilmente per la connessione ad una radio risulterà comodo sostituirli con delle prese banana da 4 mm o munirsi di un cavetto di adattamento.

Inoltre per il connettore di bilanciamento, la cui funzione vedremo più avanti, sono generalmente utilizzati connettori JST XH o JST EH.

Ricarica

La ricarica di una batteria LiPo richiede un caricabatterie dedicato. Il processo comincia a corrente costante CC per poi commutare a tensione costante CV quando ci si avvicina alla tensione massima. La corrente di carica è di 1C, a volte si preferisce effettuare le prime ricariche di batterie nuove, in fase di rodaggio, a 0.5C. Alcune batterie supportano cariche rapide con rate di 2 o 3C. E’ preferibile utilizzare la carica veloce solo se necessario per non stressare inutilmente le celle.

Inoltre durante la carica il caricabatterie esegue il bilanciamento, ovvero provvede a monitorare la tensione delle singole celle che compongono il pacco e le tiene livellate, applicando una piccola corrente di scarica ove necessario. Questo processo serve a “bilanciare” inevitabili tolleranze costruttive tra le celle, evitando che vadano a caricarsi in maniera diversa e si esegue mediante un apposito connettore supplementare rispetto ai morsetti della batteria, detto appunto connettore di bilanciamento. Per il collegamento di questo connettore al caricabatteria sarà probabilmente necessario disporre di una basetta universale o di un cavetto di adattamento.

I caricabatterie forniscono anche la funzione di scarica, ma ricordiamo che le LiPo non soffrono di effetto memoria, quindi non è necessario scaricarle prima della carica. La funzione di carica senza bilanciamento, assolutamente da evitare, tranne che non si tratti di una batteria 1S. L’utile funzione di storage per portare la batteria allo stato ideale di conservazione.

Generalmente i caricabatterie sono alimentati a 12 Vdc per essere utilizzati anche sul campo e forniti di un alimentatore esterno AC per l’uso domestico.

Caricabatterie LiPo
Caricabatterie LiPo

Conservazione

Le batterie LiPo vanno conservate portando le celle alla tensione di storage di 3.8 V, come abbiamo visto la maggior parte dei caricabatterie sono dotati dell’apposita funzione che si occupa di portare la batteria alla tensione ideale di immagazzinamento. Evitare di conservare le LiPo completamente cariche o scariche per molto tempo. Si raccomanda inoltre di riporle in un luogo idoneo, non eccessivamente caldo o freddo, all’interno di una scatola metallica o dell’apposita borsa.

Sicurezza e Precauzioni

La ricarica e l’utilizzo di questo tipo di batterie richiede qualche precauzione aggiuntiva rispetto alle normali ricaricabili:

  • Ricaricare con caricabatterie specifico;
  • Non lasciare incustodite le batterie durante la ricarica;
  • Non ricaricare le batterie in prossimità di materiali infiammabili;
  • Non utilizzare batterie con l’involucro gonfio;
  • Non forare l’involucro;
  • Non far surriscaldare le batterie durante la ricarica o l’utilizzo;
  • Non cortocircuitare;
  • Conservare le batterie all’interno di un contenitore metallico o nell’apposita storage bag;
  • Conservare le batterie con le celle in condizioni di storage, non conservare batterie completamente cariche o scariche.

Considerazioni

Tornando all’impiego in ambito radioamatoriale, ne scaturisce qualche considerazione finale.

Innanzitutto occorre scegliere tra una 3S o 4S. Per radio portatili previste per essere alimentate a batteria, come lo Yaesu FT-817, FT-818 o Elecraft KX3, la scelta opportuna è la 3S che a piena carica ha una tensione di 12.6 V e fino a circa 10 V alimenta la radio senza degradazione delle prestazioni. Radio di tipo veicolare richiedono una 4S, ma si dovrà prestare attenzione alla massima tensione di alimentazione che in questo caso raggiunge i 16.8 V e nel caso adottare un riduttore di tensione o un converter switching DC/DC (attenzione al noise RF).

Molto utile, soprattutto se la radio non dispone di un voltmetro sul display, collegare alla batteria un LiPo tester, ovvero un display sul connettore di bilanciamento che visualizza la tensione delle celle e lancia un avviso acustico quando sono scariche.

Per quanto riguarda la capacità, con una batteria da 5000 mAh o più si hanno diverse ore di operatività in QRP. Batterie più piccole da 2500 mAh delle giuste dimensioni potrebbero essere collocate direttamente nel vano batteria della radio.

Preferire batterie con involucro rigido, così da avere maggiore protezione nell’impiego in portatile. Evitare i modelli a basso costo ed orientarsi verso prodotti di qualità che danno garanzia di sicurezza, affidabilità e durata nel tempo.

Radio e batteria LiPo
Radio e batteria LiPo

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