LiPo accu's

Inleiding

Als je op LiPo zoekt op het web, zie je snel de grote voordelen: het zijn kleine, lichte accu's met een hoge capaciteit die hoge stromen kunnen leveren. Ideaal voor een robot dus. Maar er zijn ook nadelen: brand- en explosiegevaar en als je als je ze te ver leeg trekt kun je deze dure batterijen weggooien. Laat maar zitten, was daarom mijn idee. Maar Patrick heeft me laten zien dat LiPo accu's prima te gebruiken zijn voor robots en dat de prijzen vergelijkbaar zijn met die van NiCd. De grote voordelen van Lipo accu's zijn :

Een hoge spanning per cel van gemiddeld 3.7 Volt
Een zeer hoog energiedichtheid, dus lichte batterijen die lang meegaan.
Bevat geen vervuilende en giftige metalen

In dit artikel ga ik uit van LiPo batterijen voor modelbouw. Deze zijn bijvoorbeeld verkrijgbaar bij [HobbyKing [1]]. De codering van een accu is bijvoorbeeld "1000mAh 2S 1P 30C Lipo Pack". De betekenis hiervan is als volgt:

1000mAh = de capaciteit van de accu (1000 mAh = 1Ah).
2S = 2 cellen (van 3.7V) in serie, dus een accu van 7.4V
1P = 1 cel parallel (zware packs hebben soms meerdere cellen parallel)
30C = maximale ontlaadstroom is 30 * de uur capaciteit (1Ah) = 30A!

Zie [Wikipedia[2]] voor algemene informatie over LiPo accu's.

Het gebruik

In principe valt hier weinig over te vertellen, plus en min aansluiten en vertrekken ! Toch één punt van aandacht : LiPo's zijn zeer gevoelig voor koude temperaturen. Als het te koud wordt leveren ze niet meer de gewenste stroom. De ideale temperatuur van een lipo is zo'n 40°C, handwarm zeg maar, maar kamertemperatuur is ook prima te doen. Ga je ze echter buiten wil gebruiken in de herfst en winter, zorg dan dat je ze vooraf opwarmt door ze binnen naast de chauffage te leggen of door ze in een elektrisch koelbox die je als verwarming gebruikt te vervoeren. Voor onze bescheiden stroomvereisten is dit geen probleem en is kamertemperatuur prima, maar als je met bv. RC vliegtuigen, helicopters of auto's begint, worden er stromen van 40A tot 100A getrokken en dan is dit wel degelijk relevant.

Laden

NiCd en loodaccu's kun je eenvoudig laden en doordat de marges groot zijn, gaat het niet snel fout. LiPo accu's laden is kritischer, omdat je rekening moet houden met de individuele cellen van de accu, de capaciteit van de accu en zeker niet moet overladen want dit geeft het risico op brand en exposie! Maar voor modelbouw zijn laders voor LiPo accu's beschikbaar die dat allemaal voor je regelen, dus koop zo'n lader en je hoeft je geen zorgen te maken.

Zo'n lader heeft, net als een 'LiPo pack' twee aansluiting:

een tweepolige connecctor die op de 'hoofdaansluiting' van de batterij wordt aangesloten. Het type aansluiting varieert per batterij, maar verloopjes zijn eenvoudig te maken en ook kun je een andere connector aan de batterij zetten.
Een kleine SIL connector, waarop alle cellen individueel worden aangesloten. Het aantal pennen van deze connector is het maximaal aantal cellen dat de lader aankan + 1. Het aantal aansluitingen van een accu-pack is afhankelijk van het aantal cellen (#cellen + 1).

De lader is automatisch: aan het begin een hoge laadstroom, die later zakt naar 10% van de maximale stroom en aan het einde worden de cellen 'gebalancereerd' om te zorgen dat alle cellen helemaal geladen zijn. Het laden gebeurt met in principe met maximum "1C". Een accu van 1000 mAh wordt dus maximaal geladen met 1 A. Sommige accu's kunnen een grotere laadstroom verwerken, bijvoorbeeld 2C. Als geen laadstroom wordt opgegeven, is 1C een veilige aanname. Daarnaast mag ook de laadspanning nooit over de 4.2 Volt/cel gaan. Daarom zakt de laadstroom naar het einde van het laden. Het spreekt voor zich dat het een slecht idee is om zelf een lader te maken. Niet doen dus. En ook geen lader of voeding gebruiken die niet speciaal gemaakt is voor LiPo batterijen. Niet doen. En als toch probeert: kijk eerst even of je brandverzekering uitkeert als je de brand zelf veroorzaakt hebt ;) Alhoewel iedereen gedachteloos zijn GSM of Laptop aan de lader hangt zonder toezicht, zou ik dat bij niet doen bij het laden van Lipo cellen voor modelbouw. Immers, deze hebben geen ingebouwde temperatuurbeveiliging, en ook is het bij sommige laders mogelijk om een verkeerd laadprogramma te starten. Daarom steeds een oogje in het zeil houden. De laadtijd van 80% ontladen cellen bedraagt ca 1 uur indien de laadstroom 1C bedraagt.

Ondanks al deze snufjes hoeft zo'n lader helemaal niet duur te zijn voor $30 tot $50 vind je in Hong Kong prima toestellen. Wil je echter het neusje van de zalm en ga je in de modelbouw speciaalzaak om de hoek, dan ben je al gauw het dubbele tot drievoud kwijt.

Ontladen

LiPo accu's zijn veel gevoeliger voor diep-ontlading dan lood- of NiCd accu's. Als een LiPo cel onder de 3V komt, kan deze mogelijk niet meer geladen worden. Het is daarom zaak de spanning van de accu in de gaten te houden. Hiervoor zijn zeer goedkoop [modules[3]] te verkijgen. Deze modules worden op de balance-connector worden aangesloten en geven per cel met een rode (<3.3V) of groene (>3.6V) led aan wat de status is. En zodra er een rode led aangaat, gaat ook de (luide!) buzzer aan.

Het idee is om zo'n module aan te sluiten op je modelvliegtuig zodat je hoort dat het tijd is om te landen, maar zo'n module is natuurlijk ook prima bruikbaar voor een robot. En in veel gevallen zal het volstaan om vooraf aan een rondje even te controleren of alle cellen op groen staan. Een alternatief is een beveiligingscircuit dat de accu loskoppelt als de spanning te laag wordt. Deze circuits moeten de grote ontlaadstromen van de LiPo accu kunnen verwerken, waardoor ze wat duurder zijn.

Tot slot over ontladen: zoals we gezien hebben kan een LiPo accu een grote stroom leveren. 40C is geen uitzondering en een accu van 4000mAh kan dus probleemloos 160A leveren. Kortsluiten moet je dus te allen tijde verkomen!

Bewaren

De Lipo accu moet je niet leeg bewaren. Als de accu binnenkort (1-2 weken) opnieuw opnieuw gaat gebruiken, dan deze gewoon volladen voor je deze in de kast legt. Als ze voor langere tijd bewaard worden, kun je ze met een speciaal 'storage' programma in je lader klaarmaken voor opslag. In praktijk betekent dit dat de lipo's ontladen of bijgeladen worden tot 3.75V per cel. Daarna kan je ze langere tijd wegleggen. Op Internet hebben we mensen gevonden die ze 6 maand wegleggen zonder problemen. Wat wel aangeraden wordt is af en toe te checken dat de celspanning niet onder de 3V daalt. Ze moeten droog en op kamer temperatuur bewaard worden, dus niet zoals NiCd of NiMH die men wel in een koude garage zou mogen leggen. En zoals gezegd: kortsluiten is geen goed idee. Een tip van Patrick is om de aansluitpinnen af te schermen met een hoesje (van krimpkous) als de batterijen ze niet gebruikt. Overigens verouderen Lipo cellen sowieso, of je ze nu gebruikt of niet. Dit uit zich in het verminderen van de capaciteit. Een levensduur van 3 tot 5 jaar is realistisch, als je kunt leven met een capaciteitsverlies tot 50%.

Tot slot

De bovengenoemde webwinkel heeft een uitgebreid assortiment van zowel LiPo packs als laders. Deze leverancier verstuurt op de eerste plaats uit Hong Kong, maar bijvoorbeeld ook uit Duitsland. De prijzen vanuit Hong Kong voor zowel de producten als verzending (!) zijn het laagst. Maar je moet wel meer geduld hebben en krijgt wellicht te maken met import-heffingen. Mijn indruk (voorzichtig) is dat 'Turnigy' een goede kwaliteit accu geeft voor een lage prijs.

Vanzelfsprekend zijn er veel meer leveranciers van dergelijke producten, dus kijk vooral ook wat verder rond!