Vaya! Qué raro! Otro post sobre otro de los cacharros que van en el dron. Hoy nos tocan las baterías. Vale.  Con una lectura diagonal me vale, porque qué problema pueden tener las baterías? Ya sé lo que es una batería. En mi coche tengo una. También hay otra en mi teléfono. Las baterías se cargan, se gastan y luego se vuelven a cargar otra vez. Para eso se enchufan y ya está. Qué problema puede haber? Veamos…

Te acuerdas del Samsung Galaxy ese con el que no se podía viajar en avión porque tenía la desagradable tendencia a estallar en llamas en cualquier momento? Si te vas a dedicar a este hobby, te conviene tener al Samsung Galaxy en la mente, porque vas a meter en tu casa varias baterías del mismo tipo, pero cada una cuatro o seis veces más potente que la de ese teléfono.

Tampoco se trata de dinamita, no te alarmes. Pero es imprescindible leer este post, no sólo para aprender a manejar las baterías LiPo con seguridad, sino también para ser capaces de elegir cual es la batería LiPo más adecuada para tu cuadracóptero y tu forma de volar.

Se calienta tu teléfono mucho cuando usas algunas aplicaciones? Te dura poco la batería? Aquí puedes aprender que está pasando:

Los multirrotores, o drones, son alimentados por baterías de polímeros de litio, normalmente llamadas LiPo, que son capaces de guardar y entregar una buena cantidad de potencia, En esta guía aprenderás como leer las especificaciones de una batería LiPo para tu mini quad, y también a elegirlas y a manejarlas con seguridad.

Indice de contenido

• Las bases de una batería LiPo
• La cuenta de celdas y el voltaje
• El tamaño y la capacidad
• El C Rating y la velocidad de descarga
• Conectores
• Resistencia Interna (IR)
• HVLI
• Cómo elegir LiPo para un cuadracóptero
• Cómo cargar las baterías LiPo
• Desechar las LiPo

Las baterías de polímeros de Litio, comúnmente conocidas como LiPo tienen una alta densidad de energía, alta velocidad de descarga y peso ligero, lo que las hacen ideales para aplicaciones de RC.

Todas las buenas baterías LiPo cuentan con un cableado principal y un cableado de balance, y llevan imporesas en su cubierta sus especificaciones: su capacidad expresada en miliamperios hora (mAh), su voltaje, bien indicado explícitamente o bien implícitamente si sólo se menciona el numero de celdas (1S, 2S, etc.) y su capacidad de descarga, esto es, la velocidad a la que es capaz de entregar la energía sin dañarse.

Aprendiendo las bases de las baterías LiPo serás capaz de leer y entender sus hojas de especificaciones.

Las baterías LiPo usada en RC están compuestas de celdas individuales conectadas en serie. Cada celda tiene un voltaje nominal de 3.7 V, por lo tanto el voltaje se define simplemente como la cantidad de celdas de la batería, también conocido como su numero “S”. así :

1S = 1 celda = 3.7V
2S = 2 celdas = 7.4V
3S = 3 celdas = 11.1V
4S = 4 celdas = 14.8V
5S = 5 celdas = 18.5V
6S = 6 celdas = 22.2V

Así, una batería 4S es una batería que proporciona 14,8 Voltios.

El voltaje afecta directamente la velocidad de los motores sin escobillas, así que usando baterías con más S puedes aumentar la velocidad del cuadracóptero si es que los ESC y el resto de la electrónica soporta este voltaje más alto.

Una batería con más celdas que otra pero la misma capacidad es más pesada simplemente porque contiene más celdas.

Para hacer una batería 4S de 1000 mAh podrías combinar 2 baterías 2S de 1000 mAh o también una 3S de 1000 mAh y una 1S de 1000 mAh.

El voltaje nominal de una LiPo es 3.7 V. Sin embargo éste no es el valor del voltaje cuando la batería está completamente cargada ni el que tiene cuando está descargada, sino un valor medio.

Las baterías LiPo están diseñadas para operar entre 3V y 4.2 V. Descargar una batería por debajo de 3 V le causaría una pérdida de rendimiento y posiblemente un daño irreparable. Cargarla a más de 4.2 V puede ser peligroso en incluso ocasionar fuego.

Es aconsejable no descargar las LiPo por debajo de 3.5V por motivos de salud de la batería. Por ejemplo, con una batería 3S, cuyo voltaje máximo es 12.6 V, deberías aterrizar antes de que el voltaje llegue a 10.5 V (es decir, 3,5 V por celda).

La capacidad de una batería LiPo se mide en mAh (mili amperios hora). mAh es básicamente una indicación de cuanta corriente puedes extraer de la batería en una hora hasta que está vacía.

Por ejemplo, una LiPo de 1300 mAh se descargaría completamente en una hora si se extraen 1,3 A de ella. Si la corriente extraída se doblase (2.6 A), el tiempo se reduciría a la mitad. Si se sacasen 39 A de corriente de forma continua, la batería solo duraría dos minutos (1,3/39=0.0333=1/30 de una hora).

Incrementar el tamaño de la batería podría incrementar el tiempo de vuelo, pero también aumenta el tamaño y peso de la misma, que a su vez disminuye el tiempo de vuelo.

Hay por tanto un compromiso por tanto entre la capacidad y el peso para definir cual es el tamaño óptimo de la batería que afecta a la agilidad del vuelo. Por otro lado, las baterías con más capacidad permiten la descarga de una corriente mayor, como podrás ver a continuación.

Todas las baterías LiPo para cuadracópteros viene con un C Rating. Conociéndolo, así como la capacidad de la batería, podemos calcular en teoría cual es la descarga máxima segura que se puede realizar de forma continua de una batería LiPo.

Máxima Descarga = C Rating x Capacidad

Por ejemplo una batería de 1300mAh con un C Rating de 50C tiene una descarga máxima continua de 65A

Algunas baterías vienen con 2 C Rating: continuo y ráfagas. El rating de ráfagas sólo es aplicable para cortos periodos de tiempo (p.e. 10 s).

El significado del C Rating

A pesar de que el C Rating podía ser una herramienta muy útil, hoy día es principalmente una herramienta de marketing.

Si el C Rating es demasiado bajo, la batería no podrá entregar la corriente que necesitan los motores y el quad no tendrá potencia. Puedes incluso dañar la batería si la corriente de salida excede su rating de seguridad.

Cuando el C Rating es mayor de lo que necesitas, no ganarás mucha mejora en el rendimiento. La batería será más pesada y el peso extra reducirá tu tiempo de vuelo.

La regla de cajón es que tanto la batería como el dron deben tener el mismo tipo de conector. Una vez elijas uno de los dos, atente a ese tipo. La segunda regla de cajón es que es inevitable que te equivoques haciendo el pedido o quizás porque pasa un burro volando, pero de un modo u otro acabarás con un conector equivocado que tienes que cambiar.

Todas (aunque siempre hay excepciones) las baterías LiPo vienen con dos juegos de cables, unos para la carga y otros para la descarga (excepto las baterías 1S que sólo tienen un juego). Hay unos cuantos conectores diferentes entre los que se puede elegir. Las principales diferencias son el peso, la forma y la corriente que soportan.

 

Conectores para baterías 1S

Los conectores para baterías 1S son muy pequeños y capaces de soportar sólo un bajo amperaje. Normalmente se utilizan en drones con motores de escobillas.

LOSI

Pico blade

JST-PH / JST WH

 

Conectores para baterías 2S a 6S

 

Encontrarás un montón de conectores distintos en esta categoría, de hecho, ni siquiera están todos listados aquí, pero como la mayoría de ellos no se utilizan en cuadracópteros no tienes que pensar en ellos. Para los mini quads, el conector más popular es el XT60. En cualquier caso debido a que el XT sólo soporta 60 A y a que los mini quads cada vez funcionan con voltajes y amperajes más elevados, es probable que empecemos a ver un cambio en los conectores usados.

JST		Principalmente 2S
XT30		Principalmente 2S y 3S
XT60	Similar al anterior, pero más grande	Principalmente 3S, 4S
XT90	Similar al anterior pero más grande
HXT-4mm
EC3
EC5	Similar al anterior pero más grande
Deans (T)

JST

XT

 

HXT-4mm

EC3

EC5

Deans

 

 

 

 

 

 

 

 

Línea de balance

La línea de balance es principalmente usada en la carga para asegurarse que todas las celdas se cargan por igual. También permite monitorizar el voltaje de cada celda.

El número de cables en la linea de balance empieza en 3 para una batería 2S. Cada nueva celda que tenga la batería exige un cable adicional en la línea de balance.

Cada una de las celdas de una batería tiene una resistencia interna, y ésta puede ser distinta en cada una de las celdas de la misma batería. La resistencia interna limita la máxima corriente que la batería LiPo puede producir. Cuando una batería LiPo envejece, o si ha sido usada muy intensivamente pierde fuerza o pegada.

La resistencia interna no aparece en la hoja de especificaciones, porque cambia con el tiempo. La resistencia interna aumenta con:

• El tiempo que tiene la batería
• Daños físicos (choques)
• Sobre- descargas
• Sobre-calentamientos
• Otros usos abusivos

Puedes medir la IR con herramientas específicas. Algunos cargadores LiPo ofrecen esta función.

LiHV es un tipo diferente de batería LiPo. HV significa“high voltage” o alto voltaje. Estas batería son más densas energéticamente que las LiPo tradicionales y pueden ser cargadas hasta los 4,35 V por celda.

Su longevidad por otro lado es controvertida y hay quien dice que pierden rendimiento antes que las LiPo normales.

Para elegir la mejor batería LiPo para tu dron, primero debes conocer tus necesidades, el voltaje deseado, y lo que sería la máxima corriente demandada.

Una vez has elegido tus motores y el tamaño de tus hélices, deberías ser capaz de encontrar datos online. Por ejemplo, voy a usar un motor determinado con hélices 5010×3 que a 100% de acelerador, según el gráfico de las especificaciones del motor, extrae 36,7A.

La máxima corriente extraída al 100% sería 36.7 x 4 = 146.8A al 100 % de acelerador. Si quisieras estar seguro podrías simplemente usar este número para escoger la batería, pero es mejor descontar un 10%, esto es: 146.8*0.9 =132.1A

Descontamos el 10% por lo siguiente:

En condiciones reales, la intensidad requerida es normalmente menor de la que arrojan los ensayos debido a el aire que se mueve. Puedes ver en la gráfica como la corriente es significativamente distinta entre el 90% y el 100% de acelerador. Te deberías preguntar cómo de a menudo pones el acelerador al 100%. Lo normal es volar entre un 40 y un 80% de gas y utilizar hasta el 100% sólo en cortas ráfagas de unos pocos segundos.

Por supuesto que hay otros componentes además de los motores que hacen uso de la batería, como el FC, RX. LED, FVP, etc. pero todo ello junto supone muy poco comparado con el consumo de los motores, así que simplemente se pueden despreciar en el cálculo, o si quisieras ser muy preciso, puedes añadir 1.5 A.

Ahora debemos definir la capacidad y el C Rating que necesitamos. Esta es una pequeña guía que te puede servir para hacerte a la idea. Relaciona la capacidad de la batería con el tamaño de las hélices:

• 6” – de 1500 mAh a 2200 mAh
• 5” – de 1300 mAh a 1800 mAh
• 4” – de 850 mAh a 1300 mAh
• 3” – de 650 mAh a 1000 mAh

Digamos que para un mini quad de 5”, si deseamos una construcción relativamente ligera, se usaría una batería de 1300 mAh (1,3 Ah). Por lo tanto, el C Rating en ráfaga requerido sería 132.1 / 1.3 =102 C. El C rating en continuo será la mitad de este número: 102 / 2 = 51C.

Es posible que quieras una batería con un C rating más alto si vas a volar constantemente abusando del acelerador.

Por supuesto que tienes que tener en cuenta qué tipo de vuelo piensas hacer y qué tiene más importancia para ti: el peso o la capacidad.

Los corredores de carreras muy quemados irán a por las baterías más ligeras posibles. Si te gusta el vuelo libre,y el peso no es la única prioridad y puedes preferir tener un mayor tiempo de vuelo.

Cargar bien las LiPo es importante para operar con ellas con seguridad y que las baterías tengan la longevidad adecuada (cientos de ciclos!!), y un buen cargador no es barato (bfff… más dinero? Cuándo vamos a parar?). Por supuesto que hay cargadores baratos, mucho más baratos que lo que cuesta una sola batería, y te pueden servir perfectamente para salir del paso o cuando estás empezando, pero puedes mirarlo así: lo que no te gastes en el cargador ahora te lo vas a gastar (y de sobra) más tarde reemplazando baterías. Más adelante haremos un tutorial sobre cargadores para baterías. 

Tipos de carga

• Carga balanceada

El cargador monitoriza el voltaje de cada celda y las puede cargar individualmente intentando mantener el mismo voltaje en todas las celdas. Este es el método recomendado y más seguro para cargar una batería LiPo.

• Carga directa (carga rápida)

La batería se carga a través de la línea principal y el cargador no chequea el voltaje de cada celda. Esto es normalmente más rápido pero puede producir que las cargas de las distintas celdas no esté equilibrada y que la batería no se cargue al 100 %.

• Carga de almacenaje.

El cargador carga todas las celdas a la carga de almacenaje, que es entre 3.80 y 3.85 V

• Descarga – El cargador intenta “drenar” la batería LiPo muy lentamente, incluso más que la carga.

Por qué usar la carga balanceada?

Cada celda en una batería es un poco distinta, Incluso cuando la batería está descargada, puedes ver como los voltajes de las celdas son todos distintos.

Si fuéramos a cargar una batería no balanceada sin monitorizar el voltaje de cada celda, es muy probable que algunas de las celdas acabasen por debajo de los 4,2 V (no completamente cargadas) y lo que sería peor, algunas podrían acabar por encima de 4.2 V. Recuerda que si las baterías LiPo exceden los 4,2 V puede ser peligroso.

La mayoría de los buenos cargadores de baterías LiPo son programables y admiten la carga balanceada que ejecutan automáticamente.

 

El manejo incorrecto de las baterías LiPo podría potencialmente causar fuego. Por favor tómate tu tiempo para repasar estas normas de seguridad para el manejo de baterías.

• Agarra las baterías por el cuerpo, nunca por los cables, que se podrían desprender de sus contactos soldados.
• Carga tus baterías en un lugar seguro, idealmente a prueba de fuego. Hay bolsas LiPo-safe para ello y hay quien incluso construye un pequeño bunker para ello. Una caja de galletas metálica puede ser una opción barata y efectiva.
• No cargues las baterías inmediatamente después de su descarga. Espera a que se enfríen completamente antes.
• Es aconsejable cargar la batería a 1C o menos. Esto se explica en el artículo como escoger un cargador LiPo
• Nunca dejes tus baterías cargando desatendidas. Chequea regularmente si la batería se calienta o se empieza a hinchar, para la carga inmediatamente.
• Nunca cargues o uses una batería dañada. No la cargues si está hinchada, blandita o tiene otros daños visibles.
• Asegúrate de que ajustas correctamente en el cargador el número de celdas para que iguale al número de celdas de la batería.
• No sobre cargues la batería. Aunque de esto normalmente se encarga el cargador, es buena idea comprobar los voltajes de todas las celdas regularmente.
• No dejes las baterías al sol.

Cargas paralelas

Las cargas paralelas puede que no sea el método más seguro para cargar baterías, pero es probablemente uno de los más rápidos para aficionados al RC. Te permite cargar al mismo tiempo múltiples baterías pero no es un proceso sin riesgos

• Cargando baterías LiPo 1S

Cargar la pequeñas baterías LiPo 1S puede ser un poco diferente a cargar baterías más grandes.

Se pueden cargar múltiples baterías 1S simultáneamente usando una tarjeta en paralelo (básicamente combinándolos como si fuese una gran batería 1S). Otra solución es hacer un cable que conecte las baterías en serie y cargarlas como si fuese una sola batería 3S, 4S o incluso 6S.

Cómo medir el voltaje de una batería LiPo

 

Es importante tener un método para monitorizar la carga de cada celda en una batería LiPo para asegurarse que todas tienen un nivel parecido. Si una celda en particular tiene un voltaje sensiblemente más bajo o más alto que el resto de las celdas ( o lo que se llama un voltaje se celdas desequilibrado), podría indicar un problema con esa celda y necesitas chequearla cuidadosamente y realizar una carga balanceada antes de usar esa batería.

Temperatura de trabajo

Las baterías LiPo trabajan bien entre 30 y 60ºC.

El tiempo frío es matador para el rendimiento de las baterías LiPo. Reduce la capacidad y la velocidad de descarga. La descripción típica al usar baterías LiPo en el crudo invierno es: poco tiempo de vuelo, le falta pegada o tiene poco voltaje.

Así que asegúrate calentar las baterías en invierno antes de usarlas. Mételas en tu bolsillo, por ejemplo.

A las baterías LiPo tampoco les gusta el calor, una vez superan los 60ºC pueden empezar a hincharse e incluso incendiarse.

Cuándo es momento de aterrizar?

Una cuestión común de los principiantes es “Cuándo debería aterrizar?”

La respuesta es cuando el voltaje llegue a 3.5 o 3.6 voltios. En las LiPo, no deberías usarlas hasta vaciarlas completamente. El voltaje no cae linealmente con la capacidad usada, sino que cae dramáticamente una vez se llega a los 3,5 ó 3,6 V. Si aún no has aterrizado, podrías dañar la batería al descargarla más de lo aconsejable.

 

Sobre descargar la batería puede ocasionarle daños permanentes y acortar su vida.

Cómo almacenar las baterías LiPo

Si no vas a usar las baterías en un periodo prolongado de tiempo (más de una semana, por ejemplo), deberías:

• Cargarla de 3,8 a 3,85 V
• Guardarlas en un lugar seguro (una bolsa LiPo o una caja metálica)
• Guardarla a temperatura ambiente

Cuando una batería LiPo tiene entre 3,8 y 3,85 V, tiene aproximadamente entre el 40 y el 50% de su carga máxima, y éste es el estado más estable para una LiPo, Este es el estado de carga que traen todas las baterías LiPo al comprarlas, por eso vienen cargadas a medias.

Dejar una batería LiPo con plena carga durante un periodo prolongado además de ser inseguro podría perjudicar su rendimiento. Si puedes volar cada pocos días, esto no es problema para ti.

Bolsas LiPo

Las bolsas LiPo cuestan muy poco dinero y es una inversión importante para tus baterías LiPo. Se utilizan para cargarlas y almacenarlas. Están diseñadas para contener las llamas en caso de que una batería se ponga a arder.

Qué hacer con una batería LiPo sobre descargada

Cuando una batería LiPo se descarga completamente, las celdas se oxidan con el tiempo lo que provoca una reducción del rendimiento permanente. En cualquier caso, si se coge a tiempo, normalmente se puede salvar la batería sin dañar demasiado su comportamiento.

Los cargadores podrían no reconocer una LiPo sobre descargada si el voltaje es demasiado bajo. Lo mejor es desechar la batería y aunque hay un método para salvarla, (ya lo contaremos), debes saber que lo haces bajo tu propio riesgo.

Viajando con baterías LiPo

la mayoría de aerolíneas permiten que los pasajeros viajen con baterías LiPo en su equipaje de mano. Hay algunas cosas que conviene tener en cuenta:

• Chequea con tu aerolínea lo concerniente a viajar con baterías LiPo
• No metas las baterías en tu equipaje facturado
• Viaja con tus baterías con carga de almacenaje
• Pon cinta a los conectores y guárdalas en una bolsa LiPo
• Nunca viajes con baterías dañadas

Qué hacer si una batería LiPo coge fuego?

• Lo primero no entres en pánico.
• Desconecta primero todas las conexiones.
• La forma más efectiva y económica para apagar el fuego de una batería LiPo sería cubrirla con arena. Si ocurriese que no tienes ni gato ni arena en casa, métela en una caja metálica (la caja de galletas) y ciérrala para evitar que la combustión tenga oxígeno
• Simplemente espera a que el fuego se apague y a que la batería se enfríe. No respires el humo.
• NUNCA uses agua para apagar una LiPo en llamas.

Desechar las LiPo

Cuando retirar las baterías LiPo?

Las LiPo tienen un ciclo de vida limitado. Cada ves que las cargas y las descargas supone un ciclo. Con la acumulación de ciclos, la batería empezará a perder pegada (incrementar su resistencia interna) y capacidad. Se dice que una LiPo puede ser usada más de 300 ciclos si se cuida adecuadamente, pero no es extraño dañarlas antes. Lo mejor es reemplazarlas si son incapaces de mantener el 80% de su capacidad nominal.

Las baterías LiPo deben ser desechadas adecuadamente en contenedores adecuados. Nunca agujerees una batería LiPo porque arderá en llamas.