viernes, 3 de junio de 2011

Tutorial: Baterías Lipo en robótica (Polímero de Litio Li-PO)


El usuario Guanajo y administrador de los foros de Bipedolandia, a realizado un estupendo tutorial aclaratorio sobre las baterías Polímero de Litio Li-PO y aclarando todo lo que hay que saber sobre ellas y su funcionamiento, a continuación el excelente tutorial:

Visto que las baterías lipo son muy populares y a la vez muy desconocidas por la mayoría de los usuarios que pretendemos diseñar un bipedo o modificar el que ya tiene, os dejo esta información que nos sera muy útil en la elección, mantenimiento y precauciones con la misma:

Normalmente se suele pasar a las lipo debido a su reducido tamaño, larga duración, mejora del robot , no tiene efecto memoria, bajo tiempo de carga (entre 30 y 45 minutos), son más económicas que las convencionales, más ligeras...Antes de continuar y para evitar confusiones, quiero aclarar como se podrá ver en las fotos, que lleva dos pares de cables;
El pequeño es para cargar la batería o acoplar avisadores de carga/descarga.
El grande es para conectarlo al robot, cpu etc....

Como recordatorio diré que las baterías están formadas por una serie de celdas. Si queda más claro para entenderlo, la batería es el resultado de poner en un paquete varias pilas pequeñas.
En las baterías lipo, cada celda tiene una tensión nominal de 3,7V. Poniendo celdas en serie conseguimos diferentes voltajes.

3,7*1=3,7V
3,7*2=7,4V
3,7*3=11,1V
3,7*3=14,8V

Las baterías que utilizábamos normalmente eran o de 7.2V, 8,4V o 9,6V.
En la robótica, por una cuestión lógica, nos centramos únicamente en dos modelos 7.4 y 11.1 (Bioloid).

A nivel personal, os aconsejaré utilizar las de 7.4V, pues aunque parezca que es un hándicap respecto las de 8,4V tradicionales no es así, ni mucho menos.

Las baterías Lipo tienen una nomenclatura ligeramente diferente a las "convencionales".

Lo explicaremos con un ejemplo que siempre es más fácil de entender. Si tenemos una batería que pone 7,4V 2200mA 3s1p 25C 35C

7.4V, haría referencia a la tensión nominal de la batería

2200mA, haría referencia a la intensidad.

Aquí es lo que cambia respecto a las tradicionales 3S1P nos estaría diciendo que se trata de 3 elementos en serie dispuestos en 1 pack.

Es decir la batería estaría compuesta de 3 celdas en serie. Si fuese 4S2P, 4 elementos en serie dispuestos en 2 packs.

Ojo al dato que viene ahora, la C: es el índice de descarga, el primero haría referencia a la descarga continua y la segunda en ráfagas.

Normalmente viene indicado uno, es el primero, el de la descarga continua.

Aunque parezca que el hecho de poner en el robot una batería de menor voltaje es un hándicap, es todo lo contrario precisamente por el índice de descarga C. Aunque habría que mirar las características de los servos, ya que muchos aumentan su torque con unos voltios de mas.

Esta nos garantiza una intensidad mucho mayor que en una batería "convencional", lo que se traduce que nuestro robot, tendrá suficiente corriente para mover todos sus servos a máxima potencia a la vez.

Ejemplo práctico de lo que significa la C:

Si tenemos varias baterías de 1050mA, con 1C tendríamos que daría 1050mA

Con 7C 7350mA o lo que es lo mismo que 7,35A. Imaginaros con 20C, 25C,….

Aclaración: Hasta ahora se tomaba que cuantos más mA tenía una batería más duraba. (Los mA que vienen escritos en la batería, nos daban una idea de su duración).
Los mA que da al aplicar la C, no indican la duración de la batería, si no los mA que pueden circular por el robot. (Estos no vienen escritos en al batería)

Hay que tener en cuenta que estas baterías fueron pensadas para elementos de radio control, que requieren grandes dosis de corriente, durante periodos muy largos.

No lo he encontrado en ningún sitio, pero aún así, daré este consejo:

Tenemos que tener en cuenta la intensidad máxima que esta diseñado nuestra cpu, robot etc, ejemplo si nuestro robot esta diseñado para intensidades máxima de 20A, el resultados que podríamos obtener si dejamos pasar 30A por el mismo, no seria muy bueno, por lo que lo ideal es buscar índices de descarga de 12 o 15.

Normalmente las baterías que tienen una capacidad muy alta tienen unos índices de descarga altísimos y en las que tienen índices de descarga entre 12 y 15 no suelen pasarse de los 20A.

Hay que tener en cuenta, que cuanto más alta sea la intensidad que da, más rápido irá todo el mecanismo y en consecuencia más sufrirá el robot, por lo que no aconsejo que se extienda mucho en el tiempo.

Como he dicho antes, la intensidad que suministran estas baterías, es mucho mayor a la intensidad suministrada por las baterías convencionales, lo que hace muy aconsejable el uso de mosfets.

Otra diferencia en estas baterías radica en que tienen conectores distintos, pero el cambio de conectores resulta muy sencillo.
Si no queremos cambiar los conectores, podemos hacer adaptadores o mirar de comprarlos ya hechos.

Precauciones:

No le sientan nada bien, el hecho de bajar a menos de 3V, pues si pasa nos hemos cargado la batería.

Si queremos despreocupar del tema de no sobrepasar la carga tenemos varias alternativas:

Podemos utilizar zumbadores, sistemas que cuando la batería baje de 3V, nos avisa evidentemente zumbando:





Como se puede deducir por las fotos hay de muchos tipos, algunos indican el voltaje total de la batería, otros únicamente pitan, otros la tensión de cada celda,… Aunque si van a ir como elemento de seguridad dentro del robot, yo aconsejaría que únicamente pitaran, pero para gustos..... también se puede hacer mediante software, ejemplo en el robovie yo lo tengo programado para cuando su tensión baje de 5v me mande una señal al mando para que vibre, avisándome de esta forma que debo de cambiar la batería.

Visores de carga:

Sirven para mostrar el voltaje de la batería después de cargarla.

Hay otros elementos, que se pueden incorporar, (a diferencia de los anteriores estos ofrecen seguridad activa), cortan la corriente cuando se llega a los fatídicos 3V.


Mal uso de baterías

El mal uso de estas baterías o el poco cuidado puede provocar que se hinchen, como poco, o incluso exploten y ardan como caso mas extremo(a mi me ha sucedido).

NUNCA dejar que cada celda baje de 3 Voltios. Se puede inflar, incendiar o incluso estallar.
No se puede descargar una batería de 3 celdas por debajo de los 9.9 Voltios.
No se puede descargar una batería de 2 celdas por debajo de los 6.6 Voltios.



Precauciones:
No dejar las baterías sin vigilancia cuando las estés cargando.
No dejar las baterías en el coche al sol ya que si superan una temperatura se pueden estropear, inflar, ….
No cortocircuitar las baterías, explotan!
No perforar ni golpear.

Ejemplo de perforación:
(me encanta este vídeo, he hecho la prueba y funciona)



Ejemplo de lo que pasa al cortocircuitarlas:




Estos solo son algunos ejemplos de lo que puede pasar si no se va con cuidado.

"A la hora de cargarlas y descargarlas hay que tener algunas precauciones. Nunca deben sobrepasar en carga 4.20 V y en la descarga nunca debe bajar de los 3V por celda.

Ejemplos de voltajes luego de cargarlas:

1 sola celda debe tener 4.2 Voltios (debe estar entre 4.15 y 4.22 Voltios)
2 celdas deben tener 8.4 Voltios (debe estar entre 8.32 y 8.44 Voltios)
3 celdas deben tener 12.6 Voltios (debe estar entre 12.48 y 12.66 Voltios)
4 celdas deben tener 16.8 Voltios (debe estar entre 16.64 y 16.88 Voltios)
5 celdas deben tener 21 Voltios (debe estar entre 20.68 y 20.80 Voltios)

Aunque dependiendo de cada batería serán unos valores, estos son los generales del 99% de las baterías."

CARGADORES DE BATERÍAS LIPO
:

Los cargadores de las baterías Lipo, son específicos para las baterías Lipo.

Las baterías Lipo, han de mantener la misma carga en todas sus células, lo que implica que necesitan balanceadores, dispositivos que hacen que la tensión sea la misma en todas las células. Esto implica que necesitaremos un balanceador para que la carga sea uniforme y alargar así la vida de las baterías.

Aunque si no queremos complicaciones, lo más sencillo es comprar un cargador lo más completo posible. Es decir, que entre otras cosas lleve el balanceador incorporado.

Y para terminar, los cargadores más comunes son:




FIN

Agradecer a Guanajo su excelente trabajo con este tutorial y a continuación os pongo el enlace original del foro Bipedolandia, por si queréis preguntar o compartir algo directamente con el autor y otros foreros o simplemente felicitarlo.

Bipedolandia: Baterías Lipo en robótica (Polímero de Litio Li-PO)

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