LiPo accu’s beter leren kennen

De telegeleide schaalmodellen hebben electriciteit nodig zowel om de afstandsbediening alsook om de motorisatie te voeden, ttz. allebei gelijktijdig. Door de jaren heen, hebben de verschillende generaties van accu’s zich opgevolgd, Nikkel-Cadmium (NiCd), dan Nikkel-Metaal Hydride (NiMH) en vandaag zijn de meest gebruikte de Lithium-Polymeer (LiPo) accu’s.

---

Wat is een Lithium accu ?

Een lithium-ion-polymeer-accu, beter bekend als een lithium-polymeer-accu of kortweg LiPo accu is een oplaadbare batterij. De batterij is een variant van de lithium-ion-accu.
De LiPo accu wordt met name in de modelbouw gebruikt vanwege het grote vermogen per gewicht. Tevens hebben deze accu’s een lage interne weerstand waardoor ze een hoge stroom af kunnen geven. De LiPo-cel heeft geen last van het geheugeneffect zoals bij de NiCd-cel.
Het laden van een LiPo-accu gaat vrij snel : in zo’n 1 à 1,5 uur is een LiPo accu opgeladen. Wel is het belangrijk dat het opladen van een LiPo accu gebeurt met de juiste lader. LiPo accu’s kunnen bij verkeerd laden, waarbij de temperatuur hoog op kan lopen, in brand vliegen of exploderen. Er zijn dan ook speciale LiPo celladers in de handel.

---

Karakteristieken van de LiPo accu’s

De spanning :
Een LiPo-cel heeft een bronspanning van 3.7 Volt, bijna drie keer zo hoog als die van NiCd- en NiMH-cellen. Bij het ontladen mag de spanning van een LiPo-cel niet onder de 3 Volt komen, anders is de kans groot dat de accu niet meer te laden is. Bij volledige lading kan de spanning van een LiPo-cel tot 4,2 Volt bedragen.
LiPo-cellen kunnen in serie worden geschakeld. Als de cellen ook in serie worden geladen, dient de lader uiteraard geschikt te zijn voor het laden van het juiste aantal in serie geschakelde LiPo-cellen. De globale nominale spanning van gelijk welke pack zal automatische een veelvoud van 3,7 Volt zijn: 3,7 V, 7,4 V, 11,1 V, 14,8 V, 18,5 V, 22,2 V, enz. Ook is het mogelijk om LiPo-cellen parallel te schakelen. De totaal opgenomen stroom van de belasting wordt dan evenredig verdeeld over de parallel geschakelde cellen.

De capaciteit :
opgeslagen worden in het element en in de modelbouw is de eenheid milliampère per uur (mAh). Zo kan een element van 1000 mAh een stroom afleveren van 1000 mA (1 Ampere) gedurende 1 uur. Als het verbruik stijgt, vermindert de autonomie : ditzelfde element zal met een verbruik van 2 A, 30 minuten stroom afleveren en met 4 A verbruik slechts 15 minuten, …
Om de autonomie te evalueren kan men volgende formule gebruiken :

Tijd in minuten = ((Capaciteit in mAh/100)/Verbruikte stroom in A) x 60

Voorbeeld : een accu van 3200 mAh dat een motor voedt waarvan het verbruik 20 A is zou in theorie een werktijd hebben van ((3200/1000)/20) x 60 = 9,6 minuten. In de praktijk, doordat het belangrijk is om een LiPo accu nooit helemaal te ontladen, om de levensduur en de veiligheid te vrijwaren, rekent men het maximum van de leverbare capaciteit op 70% van de capaciteit van de LiPo accu en zo wordt de theoretische tijd herleidt tot 70% van de berekende tijd, 6,7 minuten.

De ontlaadcapaciteit  (C waarde):
Er is wel nog een groot verschil in Lipo accu's, niet alle lipo's zijn even geschikt om een hoge stroom te kunnen leveren. Bij een Lipo accu hoort een "C" rating, als b.v. 20C, 25C, 50C. Deze "C" staat voor het aantal maal de capaciteit wat een accu als continu stroom mag leveren. 20C betekent dus 20 x de Capaciteit. Een accu van 5000 mAh met een 20C rating, mag dus 100,000mA of te wel 100A continue leveren. 20C bij 5000 mAh is wel het minste wat je moet hebben. Het is echter geen absoluut getal, maar een getal relatief aan de capaciteit. Een 25C accu van 3000 mAh mag 75A continue leveren, een 20C accu van 5000mAh mag 100A continue leveren. Er is ook nog de term "BURST", die staat voor de maximale kortstondige (Piek) belasting. Deze ligt over het algemeen ongeveer op het dubbele van de continu C waarde. Let dus goed op als er accu's aangeboden worden voor een lage prijs met een hele hoge C waarde, dat dat dan vaak om de C-Burst waarde gaat!
De C waarden van de accu's die wij aanbieden zijn altijd gespecificeerd met de Continu-C waarde om misverstanden te voorkomen, maar dat doet helaas niet iedereen!
Lipo accu's kunnen heel lang een hoge stroom leveren zonder "uitputtingsverschijnselen". Daarmee bedoel ik dit: als je een accu met een kleine stroom ontlaadt kun je daar een hele hoge capaciteit uit halen. Een 5000 mAh accu kan (theoretisch) b.v. 5 uur lang een lampje wat 1A verbruikt laten branden (5 uur x 1 Ampere = 5Ah of te wel 5000mAh). Trek je er veel hogere stroom uit, dan komt er in verhouding een lagere capaciteit uit, bij een stroom van 50A zou je dus een looptijd van 6 minuten verwachten (0.1 uur x 50A), maar in de praktijk is dat een stuk minder. Het bijzondere aan lipo accu's is dat ze t.o.v. een NiMh accu ook bij veel hogere belastingen toch hun verwachte capaciteit halen. Met een 5000 mAh lipo accu kun je dus langer hard rijden dan met een 5000 mAh NiMh accu, je kunt de capaciteit van een lipo accu dus niet 1 op 1 vergelijken met de capaciteit van een NiMh accu.
De nieuwe generatie lipo accu's zijn dus zeer geschikt voor gebruik in auto's. Let wel op dat er nu ook weer oudere types voor hele lage prijzen aangeboden worden, maar die halen bij lange niet de gewenste piekstromen, en zullen dan ook snel hun prestatie verliezen.
Op dit moment van schrijven is de normale Capaciteit voor een Lipo met stick pack afmetingen ongeveer 5000 mAh.

---

Kies een veiligheidsmarge

Bij de keuze van een LiPo accu komt het erop aan om een veiligheidsmarge in te bouwen zodat de levensduur van uw packs optimaal is. Ze moeten onder hun maximale capaciteit gebruikt worden. Reken op een factor 1,5 tot 2, wat wil zeggen dat indien u een motorisatie hebt dat werkt op 3S en 40 A verbruikt, u een batterij moet kiezen die 60 tot 80 A continu kan leveren.
Voorbeeld :
- Een 3S pack - 3000 mAh - 20 C
- Een 3S pack - 2000 mAh - 30C
- Een 3S pack - 1500 mAh - 40C
De keuzen zal ook afhangen van de gewenste autonomie en het toegelaten gewicht van de accu… Het gaat erom om het juiste compromis te vinden !

---

Kenmerken van een element :

De basiskenmerken van een element zijn :
Een LiPo element 2200 mAh 20C/30C, wat betekent, LiPo = 3,7 V spanning, zijn capaciteit is 2200 mAh (2,2 Ah), het continu maximale verbruik is 20 x 2,2 of 44 A en het piekverbruik is 30 x 2,2 of 66 A.

---

En voor de laadstroom ?

Het beste kun je LiPo accu's met maximaal 1C laden. 1C staat daarbij voor 1 x de capaciteit.
Een 5000 mAh accu kun je dus met 5A laden, een 3000 mAh accu met 3A.
De oude generatie LiPo Accu's mochten niet met een hogere stroom geladen worden, omdat ze dan konden ploffen, maar dat doet de nieuwe generatie niet.
De nieuwste generatie zoals onze TCR LiPo accu's kunnen met een veel hogere stroom geladen worden, 2C is dan nog geen enkel probleem.
De fabrikant geeft zelfs op dat je ze met 5C kunt laden zonder te ploffen. Maar dat wil nog niet zeggen dat dat goed voor de accu is.
In de technische datasheets die wij van de echte accu fabrikanten hebben (er zijn veel leveranciers die hun eigen naam op een accu plakken, maar er zijn maar een paar fabrieken die ze maken) staat het bij de top-accu's als volgt omschreven:
Deze accu's worden het best bij 1 tot max. 2C geladen zonder verlies van levensduur of prestatie. Indien gewenst kunnen ze met 5C geladen worden, maar de levensduur loopt dan drastisch terug.
Helaas zien we dat veel leveranciers dit in hun eigen specificaties maar simpel omschrijven als:
"mag met 5C geladen worden."
Dat is dus wel zo, maar de levensduur als je de accu steeds met 5C laadt, kan wel met 95% teruglopen!

---

De "packs"

Alleen de hele kleine modellen hebben voldoende met 3,7 V maar in de meeste gevallen moeten modellen gevoed worden met accu blokken, die “packs” worden genoemd. Deze bestaan uit meerdere elementen die in serie en/of parallel geschakeld zijn.

---

Specificaties van de packs

De letter “S“ wordt gebruikt om aan te tonen dat elementen in serie geschakeld zijn. Een 3S pack betekent dat 3 elementen in serie geschakeld zijn.
De letter “P” wordt gebruikt om aan te tonen dat elementen in parallel geschakeld zijn. Een 2P pack betekent dat 2 element in pararallel geschakeld zijn.
Soms worden serie- en parallel-schakelingen in 1 pack teruggevonden … vooral voor zware motorisaties! In dit geval kan men volgende specificatie vinden : 3S2P wat betekent dat 2 blokken van 3 in serie geschakelde elementen in parallel geschakeld worden… er zijn dus in totaal 6 elementen aanwezig. De spanning bedraagt (3S) 11,1 V, de capaciteit (2P) zal het dubbele zijn van de capaciteit van de gebruikte elementen.

---

Packs groeperen

Op dezelfde manier dat packs geassembleerd zijn is het mogelijk om verschillende packs te groeperen om zo, of een hogere spanning, of een grotere capaciteit te bekomen.
Er zijn echter wel bepaalde regels na te leven :

- U mag packs met verschillende nominale spanningen (voorbeeld 3S (11,1 V) en 2S (7,4 V) in serie schakelen, samen maakt dit 5S (18,5V)). De capaciteit van elke pack moet exact dezelfde capaciteit hebben.

- Voor een parallel groepering, moeten de packs absoluut dezelfde spanning en capaciteit hebben. Indien u packs groepeert met verschillende spanningen, zal de pack met de hoogste spanning de andere laden met daarbij een te hoge stroom met als gevolg een onmiddellijke oververhitting (brand, explosie).
Twee packs 2S (7,4 V) 2500 mAh in parallel geschakeld geven een globale pack van « 2S2P » (7,4 V) en 5000 mAh.

- Daarenboven zowel bij serie als parallel schakelingen is het zeer belangrijk dat de gebruikte elementen identiek zijn : zelfde fabrikant, zelfde serie, zelfde capaciteit, zelfde C waarde en zelfs indien mogelijk hetzelfde “slijtage” niveau (geen oude en nieuwe packs mengen).

---

Balancing

Om een Lipo op de goede manier te laden, moet je dus een Lipo lader hebben. Deze zijn er in twee uitvoeringen: met ingebouwde balancer, en zonder balancer. Wij raden alleen het gebruik van laders met een balancer aan. Als je al een lipolader zonder balancer hebt, kun je daar een losse balancer bij kopen welke tussen de lader en de accu geschakeld wordt. Deze zorgt ervoor dat de cellen individueel beschermd worden tegen overladen (kan ook voor ontladen gebruikt worden, en ook dan schakelt hij de cyclus uit bij het bereiken van de ondergrens).

---

LiPo accu’s laden

Het laden van een LiPo accu moet ook op een speciale manier gebeuren.
Daar waar de spanning van een NiMH tijdens het laden eerst oploopt, en daarna bij het bereiken van de maximale laad toestand weer in spanning daalt, (dat is het moment waarop een lader afslaat), blijft een LiPo tijdens het laden in spanning toenemen. De spanning van een LiPo cel mag echter nooit boven de 4.21 Volt komen. Gebeurt dat wel, dan gaat de cel kapot, en kan er zelfs brand ontstaan. Een LiPo lader werkt daarom anders dan een NiMH lader:
Een NiMH lader laadt met een constant amperage tot de accu vol is, dan slaat de lader af.
Een LiPo lader laadt in het begin met een hoog amperage, en naarmate de spanning van de cel dichter bij de 4.21 Volt per cel komt, neemt het amperage af. Daarbij wordt niet alleen naar de totale spanning gekeken, maar een goede lader heeft ook een balancer aansluiting waardoor de spanning van elke cel apart gemeten kan worden. Sommige oudere LiPo laders hebben geen balancer aansluiting, zulke laders moet je nooit gebruiken, of er een losse balancer module bij gebruiken. Voor speciale toepassingen hebben ook moderne laders een mogelijkheid om zonder gebruik van de balancer te laden, maar die stand moet je nooit gebruiken. Verwarrend is dat deze mode vaak "Lipo Charge" genoemd wordt, maar je moet een standje verder naar "LiPo Balance" mode, dan wordt het balanceer proces wel gebruikt.

Een LiPo accu heeft voor het balanceren dus niet alleen de dikke plus en min aansluiting waar de lader (en bij gebruik de regelaar) op aangesloten wordt, maar ook een paar dunnere draden met een speciale kleine stekker die naar de balancer ingang van de lader gaat. Daarmee kan de lader de spanning van elke cel apart meten, en aan de hand daarvan het laadproces aanpassen.
De oudere generatie laders werken zo dat als 1 cel bijna 4.21 V haalt, en de andere nog niet, dan wordt toch de laadstroom teruggenomen. Er blijft dan net zoveel stroom lopen als nodig is om de ene cel op 4.2 V te houden, terwijl de ander cel nog steeds geladen wordt, net zolang tot ook die de maximale spanning heeft bereikt. Dit systeem staat erom bekend dat doordat het balanceren pas in de laatste fase gebeurt, de LiPo accu in een relatief korte tijd (+/- 50 minuten) op 90% van zijn capaciteit gebracht worden, maar daarna kan het nog vrij lang duren voor hij maximaal geladen is. In de praktijk stopt men het laden dan ook vaak als de accu zo vol is dat de laadstroom merkbaar terug gaat lopen, omdat het laatste beetje toch niet meer zoveel uitmaakt.
De huidige laders werken niet meer zo, maar daar komt het verhaal vandaan wat nog steeds de ronde doet dat je een lipo accu in korte tijd naar 90% van zijn capaciteit kan laden, en het laatste beetje veel tijd zou kosten.

Alle laders die wij leveren werken veel slimmer en hebben een dynamische balancer: meteen vanaf het moment dat het laden begint, gaat er een hoge stroom lopen via de twee dikke plus en min aansluitingen. maar via de balancer aansluiting, wordt continue de spanning van de individuele cellen gemeten. Zodra de spanning tussen de cellen uiteen loopt, laat de lader een stroompje van (meestal) 300 mA via de balancer aansluiting uit de vollere cel lopen naar de cel met een lagere spanning, tot ze weer gelijk zijn. Dit gebeurt continue tijdens het hele laadproces, zodat als de accu vol is, de cellen ook volledig gebalanceerd zijn.

Het is dan ook belangrijk om het laadproces zo veel mogelijk helemaal af te laten lopen, tot de lader stopt. Zeker bij nieuwe cellen, die nog veel uit elkaar kunnen liggen. Bij cellen die al vaker gebruikt zijn kun je af en toe best een keer eerder stoppen, maar af en toe moet je ook die helemaal tot het eind laten laden om het balanceer proces helemaal af te maken.

---

LiPo accu’s opslaan

LiPo accu's kunnen theoretisch het beste half-opgeladen opgeborgen worden. Dit heeft te maken met de chemische samenstelling van de accu: Door het chemische verschil tussen de anode en kathode kan inwendige corrosie optreden. Bij een half-opgeladen accu (celspanning 3.7 V) is dit verschijnsel het kleinst. De meeste LiPo laders hebben een programma waarbij je op kan geven hoeveel mAh er maximaal geladen mag worden. Door de accu leeg te maken en deze waarde op de helft van de capaciteit in te stellen, zal de lader automatisch afslaan zodra de helft van de capaciteit bereikt is. De meeste moderne laders hebben zelfs een z.g. "storage mode", waarin de lader de spanning door laden of ontladen automatisch naar 3.7 V per element brengt.
Daarbij hoor je een LiPo accu die langere tijd niet gebruikt wordt, elke 2 á 3 maanden dan weer een beetje bij te laden, want als de accu echt leeg gaat, kan hij kapot gaan.
In de praktijk gebeurt dit half opgeladen wegleggen niet zo vaak, maar denk er wel om dat je de accu na gebruik beter dan maar helemaal vol laadt en hem dan weg legt, dat is in ieder geval beter dan het risico lopen dat hij door eigen ontlading te diep ontlaadt.
Wij hebben gemerkt dat juist diegenen die de accu netjes in half-opgeladen weggelegd hadden, na de winterstop vaker met problemen kwamen dan diegenen die hem vol opgeladen weggelegd hadden.
Waarom precies weten we niet, het vermoeden is dat het slechter is om hem half opgeladen weg te leggen en er dan niet meer naar te kijken. Als je hem vol weglegt, is de kans dat hij te ver ontladen is na een bepaalde periode natuurlijk kleiner, en geeft dat daarom minder problemen.
Ons advies is dan ook: na gebruik zo snel mogelijk weer helemaal opladen en dan wegleggen. Misschien in theorie iets slechter dan half opgeladen wegleggen, maar de kans op schade doordat het wat langer duurt voor je er weer naar om kan kijken is dan wel het kleinst.
In getallen gezegd: leeg wegleggen is een 1, half opgeladen is technische gezien een 10, vol geladen wegleggen is een 8.

---

Zich ontdoen van niet meer te gebruiken of beschadigde accu’s

Stap 1.
Accu helemaal ontladen. Niet door kotsluiten maar door bijvoorbeeld een fietslampje op de accu aan te sluiten en hem zo een paar dagen te laten liggen.
Stap 2.
Met een scherp mesje de accu boven en onderaan open snijden. Niet te diep snijden, alleen de "verpakking" open snijden is genoeg.
Stap 3.
Leg de accu's in een bak met zout water (2 tot 3 afgestreken eetlepels keukenzout op een liter water). Zorg ervoor dat het zoute water goed in de accu komt.
Stap 4.
Na een dag (of twee) de accu uit het zoute water halen, uit laten lekken en binnenbrengen bij Bebat.

---

Opslaan voor langere tijd

Het is het beste een LiPo gedeeltelijk geladen te bewaren. Wat onder gedeeltelijk wordt verstaan is verschillend maar als het ergens tussen de 50% en 70% is zal het prima zijn.
Twee zaken moet je dus niet doen.
1. Helemaal geladen wegleggen en
2. Leeg of bijna leeg wegleggen.
Wanneer je een LiPo helemaal geladen weglegt gebeuren er bepaalde dingen IN de cellen die niet goed zijn voor de cellen. Wat precies weet ik niet want dat wordt nergens duidelijk uitgelegd door de fabrikanten.
Een lege LiPo is chemisch instabiel, de chemie gaat verkeerde dingen doen waardoor er materiaal van de positieve en de negatieve platen wordt omgezet in materialen die niet meer als accu kunnen werken. Met andere woorden de capaciteit wordt (vrij rap) minder en de inwendige weerstand wordt hoger.

---

Levensduur van LiPo accu’s

Als u de gebruiksvoorschriften respecteert kan de levensduur 2 tot 3 jaar bedragen, zelfs als sommige packs langer meegaan, of een honderdtal laad-/ontlaadcycli. Nadien kan de pack nog altijd werken, maar zullen de prestaties achteruit lopen doordat de interne weerstand verhoogt (te wijten aan het verouderen van het electrolyt).

---

Herinnering van de gebruiksvoorschriften van LiPo accu’s

• Batterij altijd buiten het model laden.
• Nooit een lader voor NiCd/NiMh batterijen gebruiken voor het laden van een LiPo accu.
• De accu laden met maximum 1C.
• Niet meer dan 4,2 V per element laden.
• De accu niet onder 3 V ontladen.
• De accu moet nooit een temperatuur hoger dan 65°C bereiken.
• De accu altijd plaatsen op een niet-brandbaar oppervlak gedurende het laden en altijd onder toezicht laden.
• Indien de batterij oververhit gedurende het laden, onmiddellijk uitschakelen, zelfs indien het lampje aanduidt dat het laden nog niet voltooid is..
• Eenmaal de batterij geladen is, onder toezicht houden.
• Verander de connectoren van een accu pack niet.
• Wijzig nooit de samenstelling van een LiPo pack.
• Doorboor nooit een LiPo pack.
• Nooit een LiPo pack kortsluiten.
• Een licht gezwollen batterij is defekt en mag dus niet gebruikt worden.
• De accu’s altijd buiten het bereik van kinderen houden.
• Na een crash, altijd de pack uit het model halen en gedurende 20 minuten laten rusten op een veilige plaats.
• Indien de accu zwelt, haal deze uit het model en breng hem in veiligheid, liefst in een speciaal daarvoor ontworpen LiPo-veiligheidszak. Probeer nooit een brandend accu te blussen met water.