Cuidados com baterias LiPo

Meu amigo Mario Neto, usuário de equipamentos Graupner e um entusiasta de propulsão elétrica para o aeromodelismo, me enviou um artigo publicado na página do Club Aéromodélisme Marcy Savigny, da cidade de Marcy-lÉtoile, na França.

O artigo foi escrito por Mike Freeman, colunista da revista britânica RCM&E, traduzido para o francês por Pierre-Xavier O e publicado na página do Clube francês na Internet. Não consegui achar o texto original.

Fiz uma adaptação do artigo para o português usando meu francês bem enferrujado e alguma ajuda do Google.

Bateria LiPo Inchada?

A bateria de polímero de lítio (LiPo) é a mais usada fonte de energia para aeromodelos elétricos, uma alternativa para a propulsão com motores a explosão. O artigo mostra os motivos do inchaço nas LiPo e o que se recomenda para o cuidado das baterias e como estender sua vida útil.

Por que a LiPo começa a inflar?

Se uma bateria LiPo começa a inchar é um claro sinal de que sua vida útil está chegando ao fim. Há vários motivos para que isto aconteça e saber isto é irrelevante para a maioria dos aeromodelistas. As causas são as seguintes – sem ordem específica – com todas as combinações possíveis:

• Calor excessivo
• Corrente de descarga excessiva
• Tensão muito baixa
• Armazenamento longo com carga total
• Resistência interna aumentada
• Idade
• Defeito de fabricação.

 Como é construída uma bateria LiPo

Se observar com detalhes uma bateria LiPo ou de qualquer química semelhante (Li-On, LiFe, etc.) vai notar que ele é construída com várias pilhas de folhas, cada uma das pilhas sendo uma célula. O número expresso na embalagem (2S, 3S, 4S, etc.) representa a quantidade de pilhas utilizadas na construção da bateria, onde a letra “S” significa simplesmente que as pilhas estão ligadas em série.

Como em todas as baterias existentes, cada uma delas tem três componentes: um catodo, um anodo e um eletrólito. Em uma célula LiPo existem várias camadas de anodo e catodos separados pelo eletrólito, que é integrado em um separador isolante, evitando o contato entre as camadas.

As camadas catódicas conectadas entre si formam o polo positivo. As camadas de anodo formam o polo negativo. Ambas as camadas são formadas por compostos de lítio misturados a nível molecular com outros elementos (que depende da cada fabricante) e o eletrólito é polímero condutor que permite que os íons fluam do catodo para o anodo na carga e do anodo para o catodo no uso ou descarga da bateria.

Quando a bateria sofre abuso por sobrecarga, descarga excessiva (em corrente e/ou voltagem), por superaquecimentos ou armazenagem por longo tempo com carga máxima, diferentes reações químicas ocorrem dentro das células. Isto leva os átomos de lítio a escapar dos anodos e catodos, além de provocar o escapamento de oxigênio que abandonam os eletrodos e o eletrólito.  A combinação dos átomos de oxigênio com os dois átomos de lítio forma óxido de lítio, uma espécie de ferrugem que bloqueia a corrente elétrica, aumentando a resistência interna da bateria.

A combinação dos átomos de oxigênio  como outros formam dióxido e monóxido de carbono, o que provoca o inchaço da bateria.

Sendo um metal alcalino, o lítio forma uma reação violenta na presença de água, mas nas baterias que usamos o lítio é hermeticamente selado dentro das camadas que constituem uma bateria LiPo.

As reações químicas que podem ocorrer durante uma sobrecarga (corrente ou voltagem excessiva), mais átomos de lítio e de oxigênio são liberados, com maior produção de óxido de lítio e o consequente aumento da resistência interna da bateria, provocando calor excessivo, que libera mais átomos de lítio e de oxigênio, numa espiral de divergência infernal. Neste caso extremo a pressão interna das células pode chegar a um ponto que provoque o rompimento do isolamento hermético do lítio. A combinação dos gases lítio e oxigênio com mais oxigênio e vapor de água pode levar à combustão espontânea.

Tais condições extremam só acontecem se a bateria LiPo tiver sofrido abuso (ou acidente) ou tiver um defeito inerente em sua fabricação.

Segundo o autor do artigo, uma bateria LiPo pode sofre até 2 mm de inchaço ao longo de sua vida útil. Mais que isto, deve ser descartada imediatamente.

Meu Pitts S-2B 33% usa uma LiFe 3000 mAh para o receptor 
e uma LiPo 2250 mAh para a ignição do DLA 64cc Twin

Como evitar o inchaço nas baterias LiPo

• Evite tempo muito quente: o calor é o inimigo número um das baterias LiPo. A temperatura máxima aceitável (durante a carga ou uso) é em torno de 55-60° C. Nunca deixe a bateria dentro de um veículo no sol ou dentro de uma garagem fechada, no verão. Se a bateria estiver mais quente que uma xícara de café, por exemplo, é um mau sinal.
• Evite descargas violentas, com corrente excessiva. Nunca ultrapasse a capacidade máxima de descarga, informada com o número seguido da letra “C”. O ideal é que a descarga fique entre 50% e 80% da capacidade máxima declarada no número C.
• Evite sobrecarga. As baterias modernas podem suportar até 5C de carga, mas isto vai reduzir drasticamente sua vida útil. Deve-se limitar a corrente de carga a um máximo de 1 -1,5 C. Por exemplo numa LiPo de 2200 mAh, use uma corrente de carga entre 2,2 A e 3,3 A.

O Mario Neto recomenda que em baterias com capacidade de 5C ou mais, uma taxa de recarga até 3C pode ser usada e dá um bom equilíbrio no uso, agregando velocidade na recarga e diminuindo somente de 15 a 20% a vida útil da bateria.

A carga deve ser, sempre, feita com balanceamento para garantir que cada célula carregue até um máximo de 4,2 V. Isto se altera com a temperatura do ambiente onde está sendo carregada. Numa temperatura de 10°C, a carga máxima deve ser de 4,1 volts. Assim, ao carregar a bateria dentro de casa, no inverno, observe como está a temperatura ao ar livre e se direcione de acordo. Isto vai maximizar a vida útil da bateria.

Nunca deixe uma bateria LiPo descarregar abaixo de 3 volts por célula! 

Ao final de um voo a voltagem deve ser de pelo menos de 3,7v. Qualquer valor abaixo disto indica que tensão da célula caiu abaixo de 3v durante o voo. Um testador de bateria é um instrumento indispensável na sua caixa de campo!

Sempre armazene suas baterias com 50% de sua capacidade máxima. A maioria dos carregadores de qualidade, tem a opção de armazenamento (Storage). Sempre coloque suas baterias na condição de armazenamento ao final do dia.

Resistência interna

Este é um assunto bastante discutido e controverso, mas a regra geral é manter a resistência interna de cada célula abaixo de 20 microOhms.

De novo, o Mario Neto nos dá sua recomendação, com a experiência de 15 anos voando exclusivamente aeromodelos elétricos:

• Baterias para motor: baterias com células que estejam abaixo 8 microOhms
• Baterias para servos: abaixo de 15 microOhms
• Baterias para ignição de motor a gasolina: abaixo de 20 microOhms

Ele recomenda o descarte da bateria com células acima desses valores, pois a possibilidade de aquecimento da célula é grande.

Bons voos.